WO1991015894A1 - Device for driving variable reluctance motor - Google Patents

Description

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明 細 害

可変リ ラ ク タ ン ス モー タ の駆動装置

技 術 分 野

本発明は可変リ ラ ク タ ン ス モータの駆動装置に関する。

背 景 技 術

可変リ ラ ク タ ンス モータ は、 励磁コ イ ルが巻回された 複数の突極を有するス テー タ と複数の突極を有するロー 夕 とを備え、 励磁された ス テ一夕突極の磁気吸引力によ り ロータ突極をステ一 夕突極側に吸引 してロータ を回転 させている。 口一夕に加わる回転 ト ノレク は、 励磁コ イ ル に流れる電流の向き とは無関係にス テー タ突極と ロータ 突極間の磁気抵抗を減少させる方向に作用する。 従って、 回転 ト ルク の作用方向は、 ス テータ突極と ロ ー タ突極と の位置関係を表すロータ回転位置に応じて定ま る。 そこ で、 モータを所要回転方向に回転させるベく、 一般には、 直流電源 E と各栢励磁コ ィ ル L 間に介在する Hブ リ ッ ジ 回路 （第 1 図） の第 1 の対の ス イ ッ チ ン グ素子 Q l , Q 2及び第 2 の対の ス イ ッ チ ン グ素子 Q 3， Q 4 の う ちの いずれか一方のス イ ッ チ ン グ素子対に P W M信号を、 他 方のスィ ツ チ ング素子対に反転 P W M信号を印加 して、 第 1 , 第 2 の対のス イ ッ チ ン グ素子を交互にオ ン オフさ せ、 夫々の相のス テ ー タ突極を所要の順序で所要のロ ー 夕回転角度領域にわたって順次励磁している。

第 1 図の H プリ ッ ジ回路を用いる と、 励磁コ ィ ル Lに は極性が交番する励磁電流が流れる。 しかしながら、 回 ― _

転 ト ルク の作用方向が励磁電流の向きに依存しない可変 リ ラ ク タ ンス モー タでは、 励磁電流を一方向に流し得る。 斯かる観点か ら、 回路構成の単純化， 低廉化などを企図 して、 第 1 図の Hブリ ッ ジ回路のいずれか一方の対のス ィ ツ チ ング素子に代えて一対のダイ ォー ドを用いた第 2 図及び第 3 図に示すモータ駆動回路が提案されている。

この提案によれば、 第 4図に示すよう に、 振幅が e O のキャ リ ア信号 1 ' と電流偏差 ε とをキ ャ リ ア信号 1 ' の中心レベル （ 0 V) において比較して、 下記第 （ 1 ) 式で表されるデューティ比なの P WM信号を発生させて いる ο

= ( ε + ε θ ) / 2 ε 0 · · · ( 1 ) この P WM信号を例えば第 2 図の駆動回路のス ィ ツチ ング素子 Q l , Q 2 に印加する場合、 両ス イ ッ チ ング素 子が同時に閉成したと き、 励磁コ イ ル L のイ ンダクタ ン ス及び抵抗値で定まる時定数で立ち上がる電流 i (第 5 図 （ b ) ) が、 直流電源 Eからス イ ッ チ ング素子 Q l， 励磁コ イ ル L及びスィ ツ チ ング素子 Q 2 を介して直流電 源 E に流れる。 この結果、 大き さが直流電源電圧 Eに略 等しい正の電圧 + Eがコ イ ル L の両端間に発生する。 一 方、 両ス ィ ッ チ ング素子が開成したと きは、 励磁コイル Lの時定数で立ち下がる電流 i が、 ダイ ォ― ド D 2， 励 磁コ イ ル L及びダイ ォー ド D 1 を介して直流電源 Eに帰 還され、 コ イ ル Lの両端間に負の直流電源電圧一 Eが発 生する。 PWM信号のオ ンオ フ · デュ ー テ ィ比 が励磁コ イ ル Lの時定数等に関連する値 （例えば 5 0 % ) を上回る場 合、 PWM信号のオ ン オ フ に伴ってコ ィ ル両端間電圧が 上述のよ う に交互に値 + E, — Eになる。 この場合、 第 4図に照ら して、 励磁コ イ ル L に加わる平均電圧 V L a は第 （ 2 ) 式で表される。 換言すれば、 平均電圧 V L a は、 デューテ ィ比 a及び電流偏差 ε に対して線形になる。

V L a = E · ε / ε 0

= Ε ( 2 α - 1 ) · · · ( 2 ) その一方、 Ρ WM信号のデュ ーティ比なが例えば 5 0 %以下の場合は、 第 5図に示すよ う に、 PWM信号がォ フ された後に電流 i が漸減して値 「 0」 になるに至ると、 遮断状態のス イ ツ チ ング素子 Q 1及びダイ オー ド D 1 と 同様の回路要素 Q 2, D 2 とに両端が夫々接铳された励 磁コ イ ル Lが浮いた状態になり、 励磁コ イ ル Lの両端電 圧 V Lは不定になる。 結局、 デューティ比 が 5 0 %以 下の場合は、 平均電圧 V L a, 電源電圧 E及びデューテ ィ比 αの間に第 （ 2 ) 式が成立せず、 換言すれば、 平均 電圧 V L aが電流偏差 ε に対して非線形になる。 このた め、 モータ制御上、 困難が生じ る。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 励磁コィ ルに加わる平均電圧が電流 偏差又は電流指令に対して線形に変化するよ う に可変リ ラ ク タ ン ス モータを駆動制御でき る駆動装置を提供する し と 》し あ " ώ ο 上述の目的を達成するため、 本発明の一つの態様によ れば、 可変リ ラ ク タ ン ス モー タ の駆動装置は、 直流電源 とモー タ の相の数と同数の駆動部とを備え、 各々 の駆動 部は、 これに対応する励磁コイ ルを励磁 非励磁とする ための駆動回路と、 キ ャ リ ア信号の最低レベルを比較基 準レベルと して用いて閉ループ式モータ電流制御に用い る電流指令と実際電流との電流偏差の絶対値とキ ャ リ ア 信号とを比較して P W M信号を発生させるための信号発 生手段と、 駆動回路の作動を制御するための制御手段と を含み、 駆動回路の各々は、 励磁コ イ ルの一端と直流電 源の正極間に接铳した第 1 ス ィ ツチ ング素子と、 励磁コ ィ ルの他端と直流電源の負極間に接続した第 2 ス ィ ッ チ ン グ素子と、 アノ ー ドが第 2 ス イ ッ チ ン グ素子と励磁コ ィ ルとの接铳点に接铳される と共にカ ソ ー ドが直流電源 の正極に接铳された第 1 ダイ オ ー ドと、 ア ノ ー ドが直流 電源の負極に接続される と共にカ ソ ー ドが第 1 ス ィ ッ チ ング素子と励磁コィ ルとの接铳点に接続された第 2ダイ ォー ドとを含み、 制御手段は、 電流偏差が正又は零であ る場合は、 第 1 及び第 2 スィ ッ チ ング素子のいずれか一 方を閉成する と共に他方のス ィ ツ チ ン グ素子を P W M信 号に従って開閉し、 電流偏差が負である場台は、 P W M 信号を反転して得た信号に従っ て一方のス ィ ツ チ ング素 子を開閉する と共に他方のス ィ ツチ ン グ素子を開成する。

本発明の別の態様によれば、 駆動装置の各々の P W M 信号発生手段は、 キ ャ リ ア信号の最低レベルを比較基準 一 _ レベルと して用いて一つの極性を有し開ループ式モータ 霪流制御に用いられる電流指令とキ ヤ リ ア信号とを比較 して P W M信号を発生し、 各々 の制御手段は、 電流指令 に従って第 1 及び第 2 ス ィ ツチ ン グ素子のいずれか一方 を閉成する と共に他方のス イ ッ チ ン グ素子を P W M信号 に従って開閉する。

好ま し く は、 第 1 , 第 2 ス ィ ッ チ ング素子のう ちの、 P W M信号に従う ス ィ ッ チ ン グ素子開閉制御中に常に閉 成状態にされ、 或は、 反転 P W M信号に従って開閉制御 される ものと協働して励磁コ ィ ルの両端を短絡させる第 1， 第 2 ダイ オー ドの対応する一方に対して直列に接铳 された抵抗を更に含む。 好ま し く は、 直流電源と各々の 駆動回路との間又は直流電源と各栢駆動回路の一つとの 間において直流電源から駆動回路への電流供袷を許容す る向きに接続された第 3 ダイ ォ ー ドと、 直流電源と各駆 動回路又は各相駆動回路の一つ と の間に接続した第 3 ダ ィ ォー ドと直流電源からなる直列回路の両端間に接続さ れたコ ンデンサとを更に含む。

上述のよ う に、 本発明によれば、 キ ヤ リ ァ信号の最低 レベルを比較基準レベル と して用いて、 電流指令とキヤ リ ア信号とを又は電流偏差の絶対値とキ ヤ リ ア信号とを 比較して P W M信号を発生させる と共に、 電流指令或は 正又は零の電流偏差に応じて第 1， 第 2 ス イ ッ チ ング素 子のいずれか一方を閉成する と共に他方のス ィ ツ チング 素子を P W M信号に従って開閉 し、 負の電流偏差に応じ て反転 P W M信号に従って一方のス ィ ツ チ ン グ素子を開 閉する と共に他方のス ィ ツ チ ン グ素子を開成する ように したので、 一対のス イ ッ チ ン グ素子と一対のダイ オー ド とからなる駆動回路を用いて、 励磁コ イ ルに加わる平均 電圧が電流指令又は電流偏差に対して線形に変化するよ う に可変リ ラ ク タ ン スモータを駆動制御でき、 従って、 モータ制御を安定かつ正確に、 しかも容易に行える。 好ま し く は、 第 1， 第 2 ス ィ ッ チ ング素子のう ちの、 反転 P W M信号に従って開閉制御される ものと協働して 励磁コ イ ルの両端を短絡させる第 1 , 第 2 ダイ オー ドの 対応する一方に対して抵抗を直列に接铳したので、 モー タの減速運転時に励磁コィ ル電流を迅速に消弒させるこ とができる。 好ま し く は、 直流電源と各々の駆動回路と の間又は直流電源と各相駆動回路の一つとの間において 直流電源から駆動回路への電流供給を許容する向きに第 3 ダイ ォー ドを接続する と共に、 直流電源と各駆動回路 又は各相駆動回路の一つとの間に接続した第 3 ダイォー ドと直流霪源からなる直列回路の両端間に コ ンデ ンサを 接続したので、 励磁コ イ ル電流の立ち上がり， 立ち下が りを急峻にできる。

図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は、 可変リ ラ ク タ ン ス モータの駆動回路として 従来公知の H プリ ッ ジ回路を示す回路図、

第 2 図は、 Hプリ ッ ジ回路の一対の ト ラ ン ジス 夕に代 えて一対のダイ オー ドを用いた駆動回路を示す回路図、 第 3 図は、 Hプリ ッ ジ回路の別の一対の ト ラ ン ジスタ に代えて一対のダイ ォー ドを用いた駆動回路を示す回路 図、

第 4図は、 第 2図の駆動回路に印加される P W M信号 の発生原理を示す波形図、

第 5 図は、 5 0 %以下のデュ ーテ ィ比の P W M信号に 応じて第 2 図の駆動回路が作動 したと きの、 コ イ ル電流 及びコ イ ル両端電圧の変化を示す波形図、

第 6 図は、 本発明の一実施例による可変リ ラ ク タンス モータの駆動装置を示すブロ ッ ク図、

第 7図は、 負の電流偏差に応 じて第 6 図の駆動装置に おいて生成される反転 P W M信号をコ イ ル両端電圧と共 に示す波形図、

第 8図は、 正の電流偏差に応じて第 6 図の駆動装置に おいて生成される P W M信号または第 6 図の駆動装置の 変形例 （開ループのこ と である） における P W M信号及 びコ ィ ル両端電圧を示す波形図、

第 9 図は、 第 6 図の駆動装置における平均コ イ ル両端 電圧と電流偏差との関係を示すグラ フ、

第 1 0 図は、 モータ減速運転時に発生する コ ィ ル電流 を迅速に消减させるための抵抗を含む本発明の変形例に よる駆動回路を示す回路図、

第 1 1 図は、 第 1 0 図と同様の変形例を示す図、 第 1 2 図は、 コ イ ル電流の立ち上がり， 立ち下がりを 急峻にするためのダイ ォー ド及びコ ンデ ンサを含む本発 明の更に別の変形例による駆動回路を示す回路図、 第 1 3 図は、 第 1 2 図と同様の変形例を示す図、 第 1 4図は、 第 1 2 図と同様の変形例を示す図、 第 1 5 図は、 コ イ ル電流の立ち上がり， 立ち下がりを 急峻にするための一組のダイ ォー ド及びコ ンデンサを各 相駆動回路に共通に用いる本発明の別の変形例を示す図、 第 1 6図は、 第 1 5 図と同様の変形例を示す図、 第 1 7 図は、 第 1 5 図と同様の変形例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

多相可変リ ラ ク タ ンスモータ に装備される本発明の一 実施例による駆動装置は、 第 6 図に示す駆動部をモータ の相の数と同数備えている。 以下、 駆動装置の、 モータ の一つの相に対応する駆動部を説明する。

第 6 図を参照する と、 駆動部は、 閉ループ式モータ電 流制御に用いられる電流指令と実際電流との偏差を表し 上位制御装置 （図示略） から供給される電流偏差 εを入 力してその絶対値 I s I を表す出力信号を発生するため の絶対値回路 1 0 と、 該回路 1 0 の出力信号とキ ャ リ ア 信号とを比較して P W M信号を発生するための P W M回 路 1 1 とを備えている。 P W M回路 1 1 はアナ口 グ回路， 数値計算を行う プロセ ッサ等からなる。

P W Μ回路 1 1 では、 中心レベルが 0 Vの従来のキヤ リ ア信号 1 ' (第 4図） に代えて、 第 8 図 （ a ) に示す よ う に、 最低レベルが 0 Vのキ ヤ リ ァ信号 1 を用いてい る。 このキャ リ ア信号 1 は、 従来のキ ャ リ ア信号 1， を その振幅 ε θ だけプラ ス方向に シフ ト した ものに ものに 対応する。 そ して、 P WM回路 1 1 は、 第 8図に示すよ う に、 キャ リ ア信号 1 の最低レベル （ = 0 V ) を比較基 準レベルと して用いて、 電流偏差の絶対値 I s I とキヤ リ ア信号 1 とを比較し、 P WM信号を発生するよ うにし ている。 この P WM信号は、 電流偏差の絶対値 I ε Iが キヤ リ ア信号 1 に等しいか又はこれよ り大きいと Ηレべ ルをとる一方、 値 I ε I がキャ リ ア信号 1 よ り小さいと L レベルをと る。

駆動部は、 電流偏差 e の極性を判別して判別結果を表 す信号 S を発生するための極性判別回路 1 2 を更に含み、 極性判別信号 S は、 電流偏差 e が正又は ( 0 V以上） のと き L レベルをとる一方で、 偏差 e が負 （ 0 V未満） のと きに H レベルをと る。 更に、 駆動部は、 各相励磁コ ィ ルの対応する ものを励磁又は非励磁にするための駆動 回路 3 0 と、 電流偏差 s の符号に応じて、 駆動回路 3 0 への P WM信号及び後述のオ ンオ フ信号生成回路出力の 印加経路を切り換えるための信号選択回路 1 3 とを含む。 信号選択回路 1 3 は、 極性判別回路 1 2 と協働して駆動 回路 3 0 を制御するための制御手段を成す。 信号選択回 路 1 3 と駆動回路 3 0 間には ドラ イ バ 1 4 a， 1 4 b 介在している。 そ して、 駆動装置は、 各相に共通の、 直 流電源 Eならびにモー タのロー タ位置及び ト ルク指令の 極性に従って各相励磁コ イ ルを励磁又は非励磁にするォ ンオフ信号を発生するための回路 2 0 を更に備えている。 詳し く は、 信号選択回路 1 3 は、 N A N D回路 1 5 と、 第 1 〜第 3 A N D回路 1 6〜 ： 1 8 と、 イ ンバータ 1 9 と を含む。 N A N D回路 1 5 は、 P WM回路 1 1 の出力端 子及び極性判別回路 1 2 の出力端子に夫々接铳した第 1 , 第 2入力端子と、 第 2 A N D回路 1 7 の第 1 入力端子に 接続した出力端子とを有している。 第 1 A N D回路 1 6 は、 P WM回路 1 1 の出力端子に接続した第 1 入力端子 と、 イ ンバータ 1 9 を介して極性判別回路 1 2 の出力端 子に接铳した第 2入力端子と、 第 3 A N D回路 1 8の第 1 入力端子に接铳した出力端子とを有している。 第 2, 第 3 A N D回路 1 7 , 1 8 の夫々の第 2入力端子はオ ン オ フ信号生成回路 2 0 の出力端子に接铳され、 両 AN D 回路の出力端子は第 1 , 第 2 ドライ バ 1 4 a , 1 4 bの 入力端子に夫々接続されている。

駆動回路 3 0 は、 第 1， 第 2 ス イ ッ チ ング ト ラ ンジス タ （一般的には、 第 1 , 第 2 ス ィ ッ チ ング素子） Q 1， Q 2 と、 第 1 ， 第 2 ダイ オー ド D l， D 2 とを備え、 両 ト ラ ン ジス タ Q l， Q 2 のベー ス は、 ド ライノ、 * 1 4 a， 1 4 bの出力端子に接続されて いる。 第 1 ト ラ ン ジスタ Q 1 の コ レ ク タ及びエ ミ ッ タ は電源 Eの正極及びコ イ ル Lの一端に夫々接続され、 第 2 ト ラ ン ジ ス タ Q 2 のコ レ ク タ及びェ ミ ッ タはコ イ ル Lの他端及び電源 Eの負極に 夫々接铳されている。 第 1 ダイ オ ー ド D 1 は、 アノー ド が第 2 ト ラ ン ジス タ Q 2 と コ イ ル との接铳点に接続さ れ、 力 ソー ドが電源 E の正極に接続されている。 そして、 _ _

第 2 ダイ ォー ド D 2 は、 ァ ノ — ドが電源 Eの負極に接続 され、 力 ソー ドが第 1 ト ラ ン ジ ス タ Q 1 と コィ ノレ との 接铳点に接铳されている。

以下、 第 6 図の駆動部の作動を説明する。

電流偏差 £ が正又は零である場合、 P WM回路 1 1 は、 電流偏差の I ε I を表す絶対値回路 1 0 の出力信号を入 力して第 8図 （ b ) に示す P WM信号に対応する PWM 信号を発生する。 この P WM信号のデュ ーティ比なは第 ( 3 ) 式で表される。

= I ε I / 2 ε 0

= ε / 2 ε 0 · · · ( 3 )

又、 極性判別回路 1 2 は、 L レベルの極性判別信号 S を発生する。 信号 Sが L レベルであるので、 P WM信号 と極性判別信号 S を入力する N A N D回路 1 5 は、 常に Η レベルの出力信号を発生する。 L レベルの極性判別信 号 S は、 イ ンバー夕 1 9 において Η レベルに反転される。 反転極性判別信号 S ' が Η レベルであるので、 P WM信 号と反転極性判別信号 S ' とを入力する第 1 A N D回路 1 6 のゲー トが開き、 P WM信号は第 1 A N D回路 1 6 を介して第 3 A N D回路 1 8 に印加される。

オ ン オ フ信号生成回路 2 0 は、 ロータ位置と ト ルク指 令に極性に従って、 各相励磁コ イ ルを励磁すべき期間に わたって H レ ベルの出力信号を発生する。 オ ン オ フ信号 生成回路 2 0 から H レベルの出力信号が送出されている 間、 第 2 , 第 3 A N D回路 1 7， 1 8 のゲー トが開く。 この結果、 N A N D回路 1 5 の H レベル出力信号が第 2 A N D回路 1 7及び第 1 ドライ バ 1 4 a を介して第 1 ト ラ ン ジス タ Q 1 のベー ス に印加され、 第 1 ト ラ ン ジスタ Q 1 がォ ン （第 1 ス ィ ッ チ ング素子が閉） の状態にされ る。 又、 第 1 A N D回路 1 6 からの P WM信号が第 3 A N D回路 1 8.及び第 2 ドラ イバ 1 4 bを介して第 2 トラ ン ジス夕 Q 2 のベー ス に印加されて、 第 2 ト ラ ン ジスタ Q 2 は P WM信号に従ってオ ン オ フされる。

第 1 ト ラ ン ジス タ Q 1 がオ ン状態にあるので、 第 2 ト ラ ン ジス タ Q 2 がオ ン される と、 両 ト ラ ン ジス タ を介し て励磁コイ ル Lが直流電瀛 Eに接铳され、 コイ ル Lに電 流が流れてコ ィ ル両端間に正の直流電源電圧 + Eが発生 する。 一方、 第 2 ト ラ ン ジス タ Q 2がオ フ される と、 励 磁コ イ ル Lの両端が、 第 1 ト ラ ン ジス タ Q 1 及び第 1 ダ ィ オー ド D 1 を介して互いに短絡され、 コイ ル両端間電 圧は 0 Vになる。 結局、 励磁コ イ ル Lの両端電圧 V Lは、 第 2 ト ラ ン ジ ス タ Q 2 のオ ンオ フ に従って第 8図 （ c ) に示すよ う に変化する。 換言すれば、 第 1， 第 2 トラ ン ジスタ Q l， Q 2の、 正又は零の電流偏差 s に応じたデ ユ ーティ比 α での開閉動作と これに伴ってモータ に印加 すべき電圧とが所要の対応関係に維持される。 そ して、 コ イ ル平均電圧 V L a は、 第 （ 4 ) 式で表される。

V L a = E - a

= E · £ / 2 ε 0 · · · ( 4 ) 第 （ 4 ) 式か ら明らかなよ うに、 コ ィ ル平均電圧 V L a - -

は、 電流偏差 S 及びデューテ ィ比 に対して線形になる。 換言すれば、 正又は零の電流偏差 ε の領域においては、 電流偏差 ε に対応するデューテ ィ比 αがいかなる値をと ろ う と も、 デューティ比な に対応する所要の平均電圧が モータ に印加され、 モータ制御が好適に行われる。

次に、 電流偏差 s が負である場合について説明する。

P WM回路 1 1 は P WM信号を発生し、 極性判別回路 1 2 は Η レベ ルの極性判別信号 S を発生する。 信号 Sが Η レベルであるので、 N A N D回路 1 5 のゲー ト が開き、 P WM信号を レベル反転したも のに対応する出力信号が N A N D回路 1 5 から送出される。 すなわち、 N A N D 回路 1 5 の出力信号 （反転 P WM信号） は、 P WM信号 が Η レベルの と き L レベルに、 P W Μ信号が L レベルの と きに Η レベルになる。 そ して、 反転 P WM信号 （第 7 図 （ b ) 〉 のデューテ ィ比 α は第 （ 5 ) 式で表される。

a = I ε I / 2 ε 0

= - ε / 2 ε 0 · · · ( 5 ) ィ ンバータ 1 9 の出力信号 （反転極性判別信号 S ' ) が L レベルであるので、 第 1 A N D回路 1 6 のゲー ト力 s 閉じる。 この結果、 第 1， 第 3 A N D回路 1 6， 1 8の 出力信号ひいては第 2 ドラ イ バ 1 4 b の出力信号は常に L レベルにな り、 第 2 ト ラ ン ジ ス タ Q 2 はオ フ状態にさ れる。

その一方で、 オ ンオ フ信号生成回路 2 0 の出力信号が H レベルであ る間、 第 2 A N D回路 1 7 のゲー ト が開く。 従って、 この間、 N A N D回路 1 5 の出力信号 （反転 P W M信号） が、 第 2 A N D回路 1 7及び第 1 ドラ イバ 1 4 a を介して第 1 ト ラ ンジス タ Q 1 のベー スに印加され、 ト ラ ン ジスタ Q 1 は反転 P WM信号に従ってオ ンオフす る。 第 2 ト ラ ン ジスタ Q 2 がオ フ状態にあるので、 第 1 ト ラ ン ジスタ Q 1 がオ ンされる と、 励磁コ イ ル L の両端 が、 第 1 ト ラ ンジスタ Q 1 及び第 1 ダイ オー ド D 1を介 して互いに短絡され、 コ イ ル両端に 0 Vの電圧が発生す る。 一方、 第 1 ト ラ ン ジスタ Q 1 がオ フ される と、 励磁 コ イ ル L に蓄え られたエネルギによ って第 2 ダイ オー ド D 2から第 1 ダイ ォ— ド D 1 に向かう電流が励磁コイル L に流れ、 コ イ ル Lの両端に負の直流電源電圧一 Eが発 生する。 結局、 オ ンオ フ信号生成回路 2 0 の出力信号が H レベルである間、 励磁コ イ ルの両端電圧 V L は、 第 1 ト ラ ンジスタ Q 1 のオ ンオフ動作に伴って第 7図 （ c〉 に示すよ う に変化する。 従って、 第 1， 第 2 ト ラ ンジス タ Q l， Q 2 の、 負の電流偏差 e に応じたデュー ティ比 なでの開閉動作とこれに伴ってモー タ に印加すべき電圧 とが所要の対応関係に維持される。

そ して、 オ ンオフ信号生成回路 2 0 の出力信号が L レ ベルになる と、 第 1， 第 2 ト ラ ン ジス タ Q l , Q 2は共 にオフになる。

電流偏差 s が負である場合でのコ ィ ル平均電圧 V L a は、 第 （ 6 ) 式で表される。

V L a = - E - a · · - ( 6 ) - - 第 （ 6 ) 式に第 （ 5 ) 式を代入して、

V L a = E · ε / 2 ε 0 · · · ( 7 ) を得る。

第 （ 7 ) 式から明らかな様に、 コ ィ ル平均電圧 V L a は電流偏差 ε 及びデュ ーテ ィ比な に対して線形になる。 従って、 負の電流偏差 e の領域においても、 デュ ーティ 比ながいかなる値をとろ う と も、 デュ ーテ ィ比 α に対応 する所要の平均電圧がモー夕に印加され、 モー夕制御が 好適に行われる。 第 9 図に、 第 （ 4 ) 式及び第 （ 7 ) 式 に対応し、 かつ、 コ イ ル平均鼋圧 V L a と電流偏差 s と の関係を表す曲線を示す。

本発明は上記実施例に限定されず、 種々の変形が可能 あ O

例えば、 実施例では、 閉ルー プ式モ - タ電流制御に用 いられる電流指令と実際電流との電流偏差 £ を駆動装置 に印加したが、 これに代えて、 開ループ式モータ電流制 御に用いられ一つの極性 （典型的には正） を有する電流 指令 （ ト ルク指令） を印加しても良い。 この場合、 絶対 値回路 1 0及び極性判別回路 1 2 を除去し、 信号選択回 路 1 3 に代えて、 第 2 A N D回路 1 7 に対応する A N D 回路を用いる。 そ して、 電流指令を P WM回路 1 1 に印 加する と共に、 A N D回路の 2 つの入力端子ならびに出 力端子を、 P WM回路 1 1 の出力端子及びオ ンオ フ信号 生成回路 2 0 の出力信号ならびに第 1 ド ラ イ バ 1 4 aの 力端子に接続し、 オ ンオ フ信号生成回路 2 0 の出力端 子を第 2 ドラ イバ 1 4 bの入力端子に接铳すれば良い。 この場合、 オ ンオ フ信号生成回路 2 0 の出力信号が H レ ベルである間、 第 1 ト ラ ンジス タ Q 1 が第 8図の P W M 信号に従ってオ ンオ フ し、 回路 2 0 の出力信号が L レべ ルになる とオ フ状態になる。 第 2 ト ラ ン ジス タ Q 2は、 オ ンオ フ信号生成回路 2 0 の出力信号に従ってォ ンオフ する。

又、 実施例で用いたキ ヤ リ ァ信号 1 に代えて、 従来の キ ャ リ ア信号 1 ' (第 4図） を用いても良い。 この場合 は、 キ ャ リ ア信号の振幅 ε 0 だけ電流偏差 ε をマ イ ナス 方向にシフ トすれば足り る。 又、 三角波のキ ヤ リ ァ信号 に代えて、 のこぎり波等のキ ャ リ ア信号を用いて も良い。 上記実施例では第 1 , 第 2 ドラ イバ 1 4 a , 1 4 bを 第 1， 第 2 ス イ ッ チ ン グ素子 Q 1， Q 2 に接铳したが、 両 ド ラ イ バ 1 4 a , 1 4 bを第 2， 第 1 ス ィ ッ チ ング素 子 Q 2 , Q 1 に接铳しても良い。 そ して、 実施例では本 発明を第 2図の駆動回路に適用したが、 第 3 図の駆動回 路に適用'可能である。 又、 第 1 ， 第 2 ス イ ッ チ ン グ ト ラ ンジスタ Q l , Q 2 に代えて、 その他のスィ ッ チ ング素 子を用いても良い。

更に、 第 1 0図及び第 1 1 図に示すよ う に、 反転 P W M信号に従って開閉制御される ト ラ ン ジ ス タ Q 1 又は Q 2 と協働して励磁コィ ル L の両端を短絡させるダイォー ド D 1 又は D 2 に対して直列に抵抗 Rを接続して も良い。 この場合、 モータを減速運転すべく負の電流偏差 （電流 _ .

指令） ε が印加されたと き、 励磁コ イ ル L に蓄え られた エ ネ ルギによ つ て コ ィ ル L に流れる電流が、 抵抗 Rでの 電流消費によ って迅速に消减する。 反転 P W M信号に応 じて第 1 ト ラ ン ジ ス タ Q 1 が開閉する場合は第 1 0図の 駆動回路を、 第 2 ト ラ ン ジス タ Q 2 が開閉する場合は第 1 1 図の駆動回路を用いる。

また、 励磁コ イ ル電流の立ち上がり， 立ち下がりを急 峻にするため、 第 1 2 図に示すよ う に、 直流電源 Εと各 々の駆動回路との間において電源 Εから駆動回路への電 流供給を許容する向きに第 3 ダイ ォー ド D 3 を接続する と共に、 電源 Ε と各駆動回路の第 3 ダイ オー ド D 3 とか らなる直列回路の両端間にコ ン デンサ Cを接続しても良 い。 この場合、 曰本国特願平 2 - 1 0 7 4号に記載のよ うに、 コ ンデ ンサ Cは励磁コ イ ル Lからの帰還電流で充 電されてコ イ ル電流を迅速に立ち下がらせ、 励磁コ イ ル Lの次の励磁の開始時に放電してコ ィ ル電流を迅速に立 ち上がらせる。 第 1 3 図及び第 1 4 図は、 第 3 ダイォー ド D 3及びコ ンデンサ C と第 1 0 図及び第 1 1 図の駆動 回路との組合せを夫々示す。 第 3 ダイ オー ド D 3 及びコ ンデンサ Cを各々の駆動回路に設ける こ とは必須ではな く、 第 1 5 図に示すよ う に、 一組のダイ オー ド D 3及び コ ンデ ンサ C を各相駆動回路に共通に用いても良い。 第 1 6 図及び第 1 7 図は、 一組のダイ ォ— ド D 3 及びコ ン デンサ C と第 1 0 図又は第 1 1 図の回路構成から夫々な る各相駆動回路との組合せを示す。

Claims

請 求 の 範 囲

. 直流電源とモー タ の相の数と同数の駆動部とを備え る可変リ ラ ク タ ン ス モー タ の駆動装置において、 各前記駆動部は、 これに対応する励磁コ イ ルを励磁 Z非励磁とするための駆動回路と、 キ ャ リ ア信号の最 低レベルを比較基準レベルと して用いて閉ルーブ式モ 一夕電流制御に用いる電流指令と実際電流との電流偏 差の絶対値と前記キ ヤ リ ァ信号とを比較して P W M信 号を発生させるための信号発生手段と、 前記駆動回路 の作動を制御するための制御手段とを含み、

前記駆動回路の各々は、 前記励磁コ イ ルの一端と前 記直流電源の正極間に接铳した第 1 ス ィ ッ チ ング素子 と、 前記励磁コ イ ルの他端と前記直流電源の負極間に 接铳した第 2 ス イ ッ チ ン グ素子と、 ァノ ー ドが前記第 2 ス ィ ッ チ ン グ素子と前記励磁コ ィ ル と の接続点に接 続される と共にカ ソ ー ドが前記直流電源の正極に接铳 された第 1 ダイ ォー ドと、 ァノ ー ドが前記直流電源の 負極に接铳される と共にカ ソ ー ドが前記第 1 ス ィ ッチ ン グ素子と前記励磁コ ィ ルと の接続点に接続された第 2 ダイ オー ドとを含み、

前記制御手段は、 前記電流偏差が正又は零である場 合は、 前記第 1 及び第 2 ス ィ ッ チ ング素子のいずれか —方を閉成すると共に他方のス ィ ツ チ ン グ素子を前記 P W M信号に従って開閉し、 前記電流偏差が負である 場合は、 前記 P W M信号を反転して得た信号に従って 前記一方のス ィ ッ チ ング素子を開閉する と共に前記他 方のス ィ ツ チ ング素子を開成する こ とを特徴とする駆 動装置。

2 . 前記第 1 , 第 2 ス イ ッ チ ン グ素子のう ちの前記反転 P W M信号に従って開閉制御される ものと協働 して前 記励磁コ イ ルの両端を短絡させる前記第 1 , 第 2ダイ ォー ドの対応する一方に対して直列に接続された抵抗 を更に含む請求の範囲第 1 項記載の駆動装置。

3 . 前記直流電源と各前記駆動回路との間において前記 直流電源から前記駆動回路への電流供給を許容する向 きに接続された第 3 ダイ ォー ドと、 前記第 3 ダイォー ドと前記直流電源からなる直列回路の両端間に接銃さ れたコ ンデンサ とを更に含む請求の範囲第 1 項又は第 2項記載の駆動装置。

4 . 前記直流電源と前記駆動回路の一つ との間において 前記直流電源から前記駆動回路への電流供給を許容す る向きに接続された第 3 ダイ オー ドと、 前記第 3 ダイ ォー ドと前記直流電源からなる直列回路の両端間に接 続されたコ ンデンサとを更に含む請求の範囲第 1項又 は第 2項記載の駆動装置。

5 . 直流電源とモー タ の相の数と同数の駆動部と を備え る可変リ ラ ク タ ン ス モー タ の駆動装置において、

各前記駆動部は、 これに対応する励磁コ イ ルを励磁 /非励磁とするための駆動回路と、 キ ャ リ ア信号の最 低レベルを比較基準レベルと して用いて一つの極性を

有し開ループ式モータ電流制御に用いられる電流指令 と前記キヤ リ ア信号とを比較して P W M信号を発生さ せるための信号発生手段と、 前記駆動回路の作動を制 御するための制御手段とを含み、

前記駆動回路の各々は、 前記励磁コ イ ルの一端と前 記直流電源の正極間に接铳した第 1 ス ィ ッ チ ング素子 と、 前記励磁コ イ ルの他端と前記直流電源の負極間に 接铳した第 2 ス イ ッ チ ング素子と、 ァノ ー ドが前記第

2 スィ ッ チ ング素子と前記励磁コ ィ ルとの接続点に接 铳される と共にカ ソ ー ドが前記直流電源の正極に接铳 された第 1 ダイ オー ドと、 ァノ ー ドが前記直流電源の 負極に接铳される と共にカ ソ ー ドが前記第 1 ス ィ ッチ ング素子と前記励磁コィ ルとの接铳点に接続された第 2 ダイ ォー ドとを含み、

前記制御手段は、 前記電流指令に従って前記第 1及 び第 2 スィ ツチ ング素子のいずれか一方を閉成すると 共に他方のスィ ツチ ング素子を前記 P W M信号に従つ て開閉する こ とを特徵とする駆動装置。

6 . 前記第 1 ， 第 2 ス イ ッ チ ン グ素子のう ちの、 前記 P W M信号に従う スィ ッ チ ング素子開閉制御中に常に閉 成状態にされる もの と協働して前記励磁コ イ ルの両端 を短絡させる前記第 1 , 第 2 ダイ ォ― ドの対応する一 方とは異な る ものに対して直列に接続された抵抗を更 に含む請求の範囲第 5項記載の駆動装置。

7 . 前記直流電源と各前記駆動回路との間において前記 直流電源か ら前記駆動回路への電流供給を許容する向 きに接铳された第 3 ダイ オー ドと、 前記第 3 ダイォー ドと前記直流霪源からなる直列回路の両端間に接続さ れたコ ンデ ンサとを更に含む請求の範囲第 5項又は第 6項記載の駆動装置。

. 前記直流電源と前記駆動回路の一つとの間において 前記直流電源から前記駆動回路への電流供給を許容す る向きに接铳された第 3 ダイ オー ドと、 前記第 3ダイ ォー ドと前記直流電源からなる直列回路の両端間に接 铳されたコ ンデンザ とを更に含む請求の範囲第 5項又 は第 6項記載の駆動装置。