JPH0993985A

JPH0993985A - Ｓｒｍに於ける電流プロフィールを制御する方法及び装置

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Publication number: JPH0993985A
Application number: JP7269449A
Authority: JP
Inventors: Edward Host Gary; ゲーリー・エドワード・ホースト
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JP3764513B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＲＭの騒音を低減する。【解決手段】ＳＲＭ（Ｍ）の相の付勢部分に於ける電
流プロフィール（Ｐ2 ）を制御する装置（１０）。ＰＷ
Ｍ信号発生器（１６）又はマイクロプロセッサ（２０）
がセンサ（１４）の入力に応答し、スイッチ（Ｓ1 、Ｓ
2 ）の少なくとも一方へＰＷＭ動作信号（Ｇ2 ）を出力
して巻線へ供給される電流を制御する。巻線へ供給され
る電流は電流プロフィールに従って供給される。この電
流プロフィールにより、電流は相が付勢状態になるとき
に０よりピーク値（Ｉp ′）まで始めのうちは迅速に上
昇され、しかる後相が消勢状態になるまでにピーク値よ
りこれよりも低い第二の値（Ｉp ）まで低下され、更に
相が消勢状態になるときに第二の値より０に低下され、
これにより相が付勢状態より消勢状態に切換わる際に於
ける電流プロフィールの変化が穏やかにされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切換え式反作用電
動機（本明細書に於いては「ＳＲＭ」と略称する）に係
り、更に詳細には電動機のための電流プロフイールを制
御し又は操作することにより電動機の騒音を低減する方
法及び装置に係る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】切換え
式反作用電動機、即ちＳＲＭは当技術分野に於いてよく
知られている。この種の電動機を運転させることに関す
る一つの問題は騒音である。本願の発明者による米国特
許出願第１７５，２６８号に記載されている如く、かか
る騒音はその一つの発生源として各相がそのサイクルの
終端に於いて切換えられる際に電動機の相巻線に於いて
電流が消散されることにより惹起される。電動機が一つ
の相より他の一つの相へ切換えられる際には、相巻線が
付勢されている間に相巻線に供給されるエネルギの約３
０％程度のエネルギが減衰する。上記米国特許出願に記
載されている如く、このエネルギの一部は貯蔵コンデン
サを用いて回収され、或いは消散される。

【０００３】一般に電動機の騒音の主要な発生原因は、
電動機のステータとロータとの間に作用する垂直力が急
激に変化することである。また騒音はかかる急激な変化
が電動機のサイクルの最大の変形の位置に於いて生じる
場合に特に激しい。本願の発明者の出願にかかる米国特
許第５，２３９，２１７号には、「楕円形変形」と呼ば
れる現象が記載されている。この現象はロータ極及びス
テータ極が互いに整合した状態になると発生される力に
より、電動機の実質的に円形のロータ及びステータが楕
円形に変形される状態である。上述の米国特許出願及び
米国特許にはかかる楕円形変形力を低減する方法が記載
されている。

【０００４】上述の米国特許出願及び米国特許に記載さ
れた方法は電動機の騒音を低減する点に於いて有効なも
のであるが、電動機の騒音を更に一層低減する他の方法
も重要である。かかる方法の一つは電動機の各相の電流
プロフィールを制御することである。トルクを低減する
よう電流が制御される一つの制御方法に於いては、制御
を達成するための種々のルックアップテーブルやスケジ
ュールが使用される（米国特許第４，８６８，４７７号
参照）。また相の長さを増大させ、これにより相のドエ
ルタイムを増大させることにより電流プロフィールを制
御することも知られている（米国特許第４，２５３，０
５３号）。また第三の方法が「Performance Enhancemen
t of Single-phase Switched Reluctance Motor by DC
Link Voltage Boosting 」と題するS. Chan 及びH. R.
Boltonによる論文（IEEE Proceedings-B，Volume 140，
論文番号５、１９９３年９月）に記載されている。この
論文に於いては電流が相に供給され、しかる後相の終了
開始時にブースト電圧を使用することによって通常の速
度よりも速く電流が除去される。この方法の一つの欠点
はフレキシビリティに欠けるということである。

【０００５】上述の各方法は有効なものではあるが、こ
れらの方法に於いて十分な制御を達成するためには多大
な回路や多大な操作が必要である。電流プロフィールを
制御する他の方法にはより一層有効であり容易に達成可
能なものもある。騒音の低減は、相の付勢部分の終了時
に於ける電流プロフィールの傾斜を電流プロフィールの
テール電流減衰部分の傾斜とできるだけ一致させること
により達成される。本願発明者は上述の米国特許出願第
１７５，２６８号に於いてテール電流減衰を制御する装
置及び方法を提案した。この方法によれば、電流プロフ
ィールの減衰部分の傾斜を制御することができる。これ
に対し本発明の回路及び方法によれば、相の付勢区間や
電動機の他の重要な運転パラメータに影響を及ぼすこと
なく電流プロフィールの滑らかな変化を達成し、これに
より騒音を大きく低減するよう電流プロフィールの相付
勢部分を制御することができる。

【０００６】

【発明の概要】本発明の幾つかの目的は、単相又は二相
ＳＲＭ、例えば１２−６型の二相ＳＲＭや６−４型の三
相ＳＲＭの如き二相及び三相のＳＲＭの各相に於ける電
流プロフィールを操作する制御方法及び装置を提供する
こと、電動機の騒音を低減すべく各相の付勢部分に於け
る電流プロフィールを制御する制御方法及び装置を提供
すること、ハードチョッピング又はソフトチョッピング
による電流制御法を用いて電流プロフィールを制御する
制御方法及び装置を提供すること、電流のレベルを通常
の電流レベルよりも高いピーク値にまで上昇させる制御
方法及び装置を提供すること、相の通常の付勢部分に於
いて電流がそのピーク値より該ピーク値よりも低いレベ
ルに低下され、これにより相が消勢状態になるときに発
生する電流プロフィールの傾斜の変化が他の場合よりも
遥かに穏やかにされる制御方法及び装置を提供するこ
と、既存のＳＲＭ制御回路に容易に組み込むことが可能
であり、またマイクロプロセッサを含んでいてよい制御
方法及び装置を提供すること、相巻線に印加される電圧
を始めのうちは大きく増大させることによって電流をピ
ーク値に上昇させる制御方法及び装置を提供すること、
相が付勢状態になるときに相巻線に流れる電流を制御
し、これにより相の付勢区間の開始時に電流をそのピー
ク値まで迅速に上昇させるために使用されるＰＷＭ信号
のデューティサイクルを制御する制御方法及び装置を提
供すること、これと同一の結果を達成すべくＰＷＭ信号
の周波数を制御する制御方法及び装置を提供すること、
これと同一の結果を達成すべくＰＷＭ信号のデューティ
サイクル及び周波数の両方を変化させる制御方法及び装
置を提供すること、電動機の相が付勢状態より消勢状態
に変化する際に電動機に作用する平準化された楕円形変
形力の変化が穏やかになり、これにより電動機に於ける
リンギングが低減されるよう、電動機内に発生する垂直
力を修正する制御方法及び装置を提供すること、ＳＲＭ
の運転範囲全体に亘り騒音を低減する低廉にして信頼性
に優れた制御回路を提供することである。

【０００７】本発明によれば、概説すれば、単相又は多
相ＳＲＭの相の付勢部分に於ける電流プロフィールを制
御する装置が提供される。相が付勢状態にあるときに電
流を巻線へ導くようスイッチが閉じられる。ＳＲＭの種
々の運転パラメータを検出するためにホール効果センサ
及び他の型式のセンサが使用される。ＰＷＭ信号出力端
子を有するＰＷＭ信号発生器又はマイクロプロセッサが
センサよりの入力に応答し、二つのスイッチの少なくと
も一方へＰＷＭ動作信号を出力して巻線への電流を制御
する。動作信号はスイッチの動作が動作信号の信号特性
の関数として制御されるようスイッチを制御する。この
ことにより巻線への電流の供給は所定のプロフィールに
従って行われる。この所定のプロフィールによれば、電
流は相が付勢状態になるときに０よりピーク値まで始め
のうちは迅速に増大される。次いで電流は相が消勢状態
になるまでにピーク値より該ピーク値よりも低い第二の
値まで低下される。更に電流は相が消勢状態になるとき
に第二の値より０に低下する。相が付勢状態より消勢状
態に切換わる際に生じる電流プロフィールの変化は急激
な変化ではなく穏やかな変化である。この穏やかな変化
により、巻線への電流の供給が停止される際に一般に電
動機に発生するリンギングの程度が低減され、これによ
り電動機の騒音が低減される。また本明細書に於いては
電流プロフィールを制御する方法も開示される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照しつつ、本
発明を実施形態について詳細に説明する。

【０００９】添付の図に於いて、切換え式反作用電動機
Ｍ（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）は単相切換え式反
作用電動機或いは二相、三相又は四相の電動機であって
よく、典型的には多相電動機である。かかる電動機の例
は１２−６型の二相電動機や６−４型の三相電動機であ
る。電動機は複数のステータ歯ＳＴ（その一つのみが図
面に示されている）を含むステータ組立体Ｓを有してい
る。電動機は更にシャフトＨに取り付けられステータ組
立体に対し相対的に回転するよう配置されたロータ組立
体Ｒを含み、ロータ組立体Ｒは複数のロータ歯ＲＴを有
している。ロータが図示の如く時計回り方向へ回転する
と、ステータ組立体及びロータ組立体には力が発生す
る。これらの力は図６（Ａ）及び図６（Ｂ）にそれぞれ
矢印の長さにより示されている如く、ロータ歯がステー
タ歯に直接的に対向する状態になると最大値になる。こ
れらの力は電動機に対し楕円形変形効果を生じる。

【００１０】電動機の運転中には、各電動機の各相が順
次付勢され消勢される。各相が付勢される時間は種々の
運転パラメータに依存し、一つの相より次の相への切換
えが行われるべき時点を決定するための種々の制御法が
従来より開発されている。相が付勢状態になるときには
電動機の相巻線Ｗへ電流が供給される。電流は相が付勢
状態にある間巻線へ連続的に供給される。図４（Ｂ）に
示されている如く、巻線への電流の供給は時点Ｔo に於
いて開始する。

【００１１】本発明の装置１０は各相の付勢部分の間単
相又は多相の切換え式反作用電動機Ｍに於ける電流プロ
フィールＰ（図４（Ｄ）参照）を制御するために使用さ
れる。図１に示されている如く、相巻線Ｗはスイッチ装
置１２によりＤＣバスに接続される。スイッチ装置は相
が付勢状態あるときには巻線へ電流を導くようになって
おり、巻線をバスの一方の側に接続する第一のスイッチ
Ｓ1 と、巻線をバスの他方の側に接続する第二のスイッ
チＳ2 とを含んでいる。またスイッチ装置はそれぞれ対
応するダイオードＤ1 、Ｄ2 を含んでいる。巻線により
示される相が付勢状態にあるときには、スイッチＳ1 及
びＳ2 は閉じられる。

【００１２】電動機の運転パラメータを検出するための
種々の検出装置が設けられる。例えば図６（Ａ）に於い
ては、ロータ組立体Ｒの瞬時位置を検出するホール効果
センサ１４が設けられている。また図には示されていな
いが、電動機の回転速度、トルク及びこれらと同様のパ
ラメータ情報を出力する他のセンサも設けられる。更に
図１に於いて符号１６にて全体的に示された信号発生装
置が設けられており、この信号発生装置はＰＷＭ信号発
生器を含み、該信号発生器は巻線Ｗへの電流を制御すべ
く後述の理由からスイッチＳ1 及びＳ2 の一方又は両方
へ動作信号を出力する。また図１に於いて符号１８に全
体的に示された制御装置が設けられており、この制御装
置は検出装置よりの入力信号に応答して信号発生装置の
動作を制御する。制御装置は巻線への電流の供給が所定
のプロフィールに従って行われるようにする動作特性を
有する動作信号を信号発生装置が出力するよう信号発生
装置の動作を制御する。

【００１３】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）に於
いて、電動機の一つの相に対する典型的な電流プロフィ
ールＰ1 及び電動機に発生する平準化された力が図示さ
れている。特に図４（Ｂ）に於いては、電流レベルは巻
線に対応する特定の相が付勢状態になる以前には０であ
るものとして図示されている。相は時点Ｔo に於いて付
勢状態になる。しかる後時点Ｔc まで電流が相巻線へ供
給される。時点Ｔc に於いては、相は消勢状態になり、
巻線へ電流が供給されなくなる。時点Ｔc より時点Ｔf
までに於いて電流が０に漸次減少する。電流が相巻線へ
流れ始めると、電流レベルはレベルＩp まで上昇し、時
点Ｔx に於いてこのレベルに到達する。時点Ｔx より時
点Ｔc までに於いては巻線に流れる電流は一定であり、
レベルＩp に維持される。時点Ｔc に於いて巻線への電
流の供給が停止されると、電流プロフィールの傾斜が急
激に変化する。このことは、電流プロフィールの急激な
傾斜により示されている如く時点Ｔc に於いて巻線中の
電流がＩp より０になるよう急激に低減されることによ
る。巻線ＷについてのインダクタンスプロフィールＬが
図４（Ａ）に示されており、図４（Ｂ）のプロフィール
に従って相へ供給される電流について巻線中のインダク
タンスを示している。図５（Ａ）に示されている如く、
電動機についての平準化された力のプロフィールＦ1 も
電流が遮断される時点Ｔc に於ける急激な変化を示して
いる。平準化された力のプロフィールの傾斜がかくして
急激に変化することにより図５（Ａ）に於いて波形Ｖ1
により示された騒音リンギングが発生する。このリンギ
ングが電動機に高いレベルの騒音を発生し、この騒音の
レベルは好ましくないほど高いものである。

【００１４】図４（Ｄ）に示されたプロフィールＰ2 の
如き電流プロフィールを発生することが本発明の回路１
０及び方法の一つの特徴である。本発明の方法によれ
ば、巻線への電流は相が付勢状態になると０よりピーク
値Ｉp ′まで急激に上昇する。図４（Ｄ）に示されてい
る如く、電流は時点Ｔo と時点Ｔx との間に於いてこの
ピーク値に上昇される。時点Ｔx に於いて電流の低減が
開始され、電流は相が時点Ｔc に於いて消勢状態になる
までピーク値よりも低い第二の値、例えば電流レベルＩ
p まで低減される。次いで電流は相が消勢状態になると
きにこの第二の値より０に減少する。かくして電流プロ
フィールを制御することの利点は、時点Ｔx と時点Ｔc
との間に於ける電流プロフィールの傾斜が図４（Ｂ）の
典型的な状況に於いて発生するような実質的に水平の状
態にはならないということである。即ち電流プロフィー
ルは時点Ｔc より時点Ｔf までの傾斜と同様でありしか
も傾斜度合が小さい負の傾斜を有する。従って相への電
流の供給が時点Ｔc に於いて停止されても、発生する電
流プロフィールの変化は急激な変化ではなく遥かに穏や
かで滑らかな変化である。電流がプロフィールＰ2 に従
って相へ供給される場合に於ける電動機の平準化された
力のプロフィールＦ2 を示す図５（Ｂ）に於いて、現状
では巻線への電流が停止される際に電動機に於いて発生
しているリンギングの程度が上述の穏やかで滑らかな変
化により低減される。このことが図５（Ｂ）に於いて波
形Ｖ2 により示されており、図示の如く電動機の騒音が
大幅に低減される。

【００１５】前述の如く本発明の回路１０はスイッチＳ
1 及びＳ2 の一方又は両方へ動作信号を供給するＰＷＭ
信号発生器１６を含んでいる。或いは図２に示されてい
る如く、回路１０′はスイッチへ動作信号を供給するＰ
ＷＭ信号出力端子を有するマイクロプロセッサを含んで
いる。信号発生器１６及びマイクロプロセッサ２０の何
れも「ソフト」チョッピング信号又は「ハード」チョッ
ピング信号であるＰＷＭ信号を出力することができる。
ソフトチョッピングのＰＷＭ信号が図３（Ａ）に図示さ
れ、ハードチョッピングのＰＷＭ信号が図３（Ｂ）に示
されている。信号発生器又はマイクロプロセッサがソフ
トチョッピング信号を出力する場合には、その信号は一
方のスイッチ、例えばスイッチＳ2 にのみ供給され、こ
れによりそのスイッチが「オン」位置と「オフ」位置と
の間に切換えられる。他方のスイッチＳ1 は相の付勢部
分の間「オン」状態に維持される。これに対し信号発生
器又はマイクロプロセッサがハードチョッピング信号を
出力する場合には、その信号は両方のスイッチへ同時に
供給される。

【００１６】図４（Ｃ）には電流プロフィールＰ1 に従
って相巻線へ電流を供給するＰＷＭ信号Ｇ1 が図示され
ている。信号Ｇ1 は時点Ｔo から時点Ｔc までの相付勢
時間全体に亘り一定の周波数及び一定のデューティサイ
クルを有する。平均電圧曲線Ａ1 は相付勢時間中に相へ
供給されるＰＷＭ波形の平均電圧を示しており、相付勢
時間全体に亘り一定の値である。本発明による電流プロ
フィールＰ2 を達成すべく、巻線へ供給されるＰＷＭ信
号、即ち信号Ｇ2 （図４（Ｅ）参照）は多数の種々の方
法により制御されてよい。図４（Ｅ）に於いて、動作信
号の周波数は一定であるがそのデューティサイクルは可
変である。図４（Ｅ）に示されている如く、時点Ｔo よ
り時点Ｔx までに於いては動作信号は第一の値にて開始
しこの区間全体に亘り徐々に短くなるデューティサイク
ルを有する。また時点Ｔx より時点Ｔc までに於いては
動作信号は一定のデューティサイクルを有する。しかし
このデューティサイクルは時点Ｔo より時点Ｔx までに
於いて一方のスイッチ又は両方のスイッチへ供給される
動作信号のデューティサイクルよりも短い。従って相付
勢部分に於いて相へ供給されるＰＷＭ信号の平均電圧曲
線は、平均電圧が第二の部分の平均電圧よりも実質的に
高い第一の部分を有する。第一及び第二の部分の長さは
相へ供給されるＰＷＭ信号の可変及び一定のデューティ
サイクルの時間にそれぞれ対応している。このことは重
要である。何故ならば、このことは時点Ｔx までに電流
を所望のピーク値Ｉp ′に増大させるためには、相へ入
力される平均電圧が他の要領にて供給される平均電圧よ
りも実質的に高い値でなければならないことを意味する
からである。

【００１７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に於いて、特に図
７（Ａ）は図４（Ｅ）に示された動作信号に対応する他
の一つのＰＷＭ動作信号の波形を示している。この波形
によれば、時点Ｔo より時点Ｔx までの区間に於いては
動作信号のデューティサイクルは始めのうちは第一の値
であり、しかる後徐々に短くなる。また時点Ｔx より時
点Ｔc までの区間に於いては動作信号は時点Ｔo より時
点Ｔx までの区間に於いてスイッチ装置へ供給される何
れの動作信号のデューティサイクルよりも短い一定のデ
ューティサイクルを有する。図７（Ｂ）には同一の結果
を達成する、即ち相付勢時間の第一の部分の間相へかな
り高い電圧を供給する他の一つの方法が図示されてお
り、この方法はデューティサイクルが一定であるが周波
数が可変のＰＷＭ信号を供給すること含んでいる。周波
数は所定の周波数にて開始し、時点Ｔo より時点Ｔx ま
での間に徐々に高くなる。時点Ｔx より時点Ｔc までの
区間に於いては動作信号は時点Ｔo より時点Ｔx までの
間にスイッチ装置へ供給される何れの動作信号の周波数
よりも高い一定の周波数を有する。更に図７（Ｃ）には
相付勢時間の第一の部分の間相へかなり高い電圧を供給
する第三の方法が図示されており、この方法はデューテ
ィサイクル及び周波数の両方が可変であるＰＷＭ信号を
供給することを含んでいる。時点Ｔo より時点Ｔx まで
の間に於いて動作信号の周波数及びデューティサイクル
が如何に変化するかに拘らず、動作信号は時点Ｔx より
時点Ｔc までの区間に於いては一定の周波数及び一定の
デューティサイクルを有する。

【００１８】以上の説明内容は単相又は多相ＳＲＭの各
相に於ける電流プロフィールを操作するための制御方法
及び装置である。この制御方法を達成する回路は電動機
の騒音を低減するよう各相の付勢部分に於ける電流プロ
フィールを制御する。また本発明の回路及び方法に於い
ては、電流プロフィールを制御するためにハードチョッ
ピング又はソフトチョッピングの何れの電流制御法が使
用されてもよい。作動に於いては電流のレベルが通常時
よりも高いピーク値までまず上昇される。次いで電流は
相が消勢状態になるときにそのピーク値より通常の値と
同一の電流レベルに低下される。その結果相が消勢状態
になるときの電流プロフィールの傾斜が他の場合よりも
遥かに穏やかになる。本発明の制御装置及び方法は既存
のＳＲＭ制御回路に容易に組み込まれるものであり、ま
たマイクロプロセッサを含んでいてよい。本発明の方法
によれば、相が付勢状態にあるときに相巻線に流れる電
流を制御し、これにより相の付勢時間の開始時に電流を
そのピーク値に迅速に上昇させるためにＰＷＭ信号のデ
ューティサイクルが使用される。またこれと同一の結果
を達成すべくＰＷＭ信号の周波数が変化される。またこ
れと同一の結果を達成すべくＰＷＭ信号のデューティサ
イクル及び周波数の両方が変化されてもよい。電動機の
相が付勢状態より消勢状態に変化する際に電動機に作用
する平準化された楕円形変形力の変化を穏やかにし、こ
れにより電動機に於けるリンギングを低減するよう電動
機内に於いて発生する垂直力を修正することは本発明の
制御方法及び装置の一つの利点である。

【００１９】以上の説明より、本発明の幾つかの目的が
達成され、他の有利な結果が得られることが理解されよ
う。

【００２０】以上に於いては本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】相の付勢部分に於いてＳＲＭの巻線に供給され
る電流の電流プロフィールを操作するための本発明の第
一の回路を示すブロック線図である。

【図２】電流プロフィールを操作するための本発明の第
二の回路を示すブロック線図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ巻線に供給される
電流を制御するためのソフトチョッピング及びハードチ
ョッピングのＰＷＭ信号の波形を示している。

【図４】（Ａ）は電動機の相の付勢部分及び消勢部分に
於ける相の巻線インダクタンスを示すグラフであり、
（Ｂ）は相の付勢部分に於ける一つの典型的な電流プロ
フィールを示しており、（Ｃ）は（Ｂ）の電流プロフィ
ールを発生するために使用されるＰＷＭ信号及びその平
均電圧を示しており、（Ｄ）は本発明の回路により発生
される電流プロフィールを示しており、（Ｅ）は（Ｄ）
の電流プロフィールを発生するために使用されるＰＷＭ
信号及びその平均電圧を示している。

【図５】（Ａ）は電動機のための電流プロフィールが図
４（Ｂ）のプロフィールに対応する場合について相の付
勢部分に於ける電動機内の垂直力及び相が消勢状態にな
るときに発生されるリンギングを示しており、（Ｂ）は
電動機のための電流プロフィールが図４（Ｄ）のプロフ
ィールに対応する場合について相の付勢部分に於ける電
動内の垂直力及び相が消勢状態になるときに発生される
リンギングを示している。

【図６】電動機のロータ極がステータ極を通過する際に
電動機内に発生する力を示しており、特に（Ａ）は二つ
の極が互いに整合していない場合について示し、（Ｂ）
は二つの極が互いに整合した場合について示している。

【図７】図４（Ｄ）の電流プロフィールを得るために本
発明の回路により使用可能な種々のＰＷＭ信号を示して
いる。

【符号の説明】

１０…本発明の装置１２…スイッチ装置１４…ホール効果センサ１６…信号発生装置（ＰＷＭ信号発生器）１８…制御装置２０…マイクロプロセッサＭ…切換え式反作用電動機Ｓ…ステータ組立体Ｒ…ロータ組立体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単相又は多相ＳＲＭの相の付勢部分に於け
る電流プロフィールを制御する装置にして、相巻線と、相が付勢状態にあるときには前記巻線へ電流を導くスイ
ッチ装置と、前記ＳＲＭの運転状態を検出する検出装置と、前記巻線への電流を制御する動作信号を前記スイッチ装
置へ供給する信号発生装置と、前記信号発生装置が所定のプロフィールに従って前記巻
線へ電流を供給する動作特性を有する動作信号を出力す
るよう、前記検出装置に応答して前記信号発生装置を制
御する制御装置と、を含み、前記所定のプロフィールに
於いては前記相が付勢状態になるときに電流が０よりピ
ーク値まで迅速に増大され、しかる後前記相が消勢状態
になるまでに前記ピーク値より該ピーク値よりも低い第
二の値まで減少し、電流は前記相が消勢状態になるとき
に前記第二の値より０まで減少し、これにより前記相が
付勢状態より消勢状態に切換わる際に電流プロフィール
に発生する変化が急激な変化ではなく、この急激ではな
い変化によって前記巻線への電流の供給が停止される際
に電動機に一般に発生するリンギングの程度が低減さ
れ、これにより電動機の騒音が低減されるよう構成され
た装置。
【請求項２】請求項１の装置に於いて、前記スイッチ装
置は第一及び第二のスイッチを含み、前記第一及び第二
のスイッチは前記相巻線のそれぞれ対応する側に設けら
れており、各スイッチは前記相が付勢状態にあり前記巻
線へ電流が流れることができるときにはオン状態にさ
れ、前記第一及び第二のスイッチの少なくとも一方は前
記信号発生装置よりの動作信号により制御され、これに
より前記スイッチの動作は前記動作信号の信号特性の関
数として制御されることを特徴とする装置。
【請求項３】請求項２の装置に於いて、前記第一及び第
二のスイッチは前記信号発生装置よりの前記動作信号に
より制御され、これにより前記第一及び第二のスイッチ
の動作は前記動作信号の信号特性の関数として制御され
ることを特徴とする装置。
【請求項４】請求項２又は３の装置に於いて、前記信号
発生装置はＰＷＭ信号発生器を含み、ＰＷＭ信号のパル
ス幅、デューティサイクル及び周波数は前記ＳＲＭの運
転特性及び前記相が付勢状態にあるときに発生されるべ
き所望の電流プロフィールの関数であることを特徴とす
る装置。
【請求項５】請求項２又は３の装置に於いて、前記制御
装置はマイクロプロセッサを含み、前記マイクロプロセ
ッサは前記ＳＲＭの運転に関する入力を受け、これらの
入力及び前記相が付勢状態にあるときに発生されるべき
所望の電流プロフィールの関数として前記信号発生装置
により発生される前記動作信号の前記信号特性を制御す
ることを特徴とする装置。
【請求項６】請求項４の装置に於いて、前記制御装置は
前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの入力
に応答し、デューティサイクルが始めのうちは或る長さ
であり、電流が前記電流プロフィールの前記ピーク値に
到達するまで０より上昇するにつれて徐々に短くなるよ
う、前記信号発生装置により発生される前記ＰＷＭ動作
信号のデューティサイクルを変化させることを特徴とす
る装置。
【請求項７】請求項６の装置に於いて、前記制御装置は
更に前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの
入力に応答し、電流が前記電流プロフィールの前記ピー
ク値になる時点より前記相が消勢状態になるまで前記信
号発生装置により発生される前記ＰＷＭ動作信号のデュ
ーティサイクルを一定に維持することを特徴とする装
置。
【請求項８】請求項４の装置に於いて、前記制御装置は
前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの入力
に応答し、周波数が始めのうちは或る周波数であり、電
流が前記電流プロフィールの前記ピーク値に到達するま
で０より上昇するにつれて徐々に高くなるよう、前記信
号発生装置により発生される前記ＰＷＭ動作信号の周波
数を変化させることを特徴とする装置。
【請求項９】請求項８の装置に於いて、前記制御装置は
更に前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの
入力に応答し、電流が前記電流プロフィールの前記ピー
ク値になる時点より前記相が消勢状態になるまで前記信
号発生装置により発生される前記ＰＷＭ動作信号の周波
数を一定に維持することを特徴とする装置。
【請求項１０】請求項４の装置に於いて、前記制御装置
は前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの入
力に応答し、周波数及びデューティサイクルがそれぞれ
始めのうちは或る値であり、電流が前記電流プロフィー
ルの前記ピーク値に到達するまで０より上昇するにつれ
て変化するよう、前記信号発生装置により発生される前
記ＰＷＭ動作信号の周波数及びデューティサイクルを変
化させることを特徴とする装置。
【請求項１１】請求項１０の装置に於いて、前記制御装
置は更に前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よ
りの入力に応答し、電流が前記電流プロフィールの前記
ピーク値になる時点より前記相が消勢状態になるまで前
記信号発生装置により発生される前記ＰＷＭ動作信号の
周波数及びデューティサイクルを一定に維持することを
特徴とする装置。
【請求項１２】請求項５の装置に於いて、前記マイクロ
プロセッサは前記相が付勢状態になるときに前記電動機
の運転状態を示す種々の入力に応答して前記ＰＷＭ動作
信号の周波数及びデューティサイクルの一方又は両方を
制御し、これにより周波数若しくはデューティサイクル
がそれぞれ始めのうちは或る値であり、電流が前記電流
プロフィールの前記ピーク値に到達するまで０より上昇
するにつれて変化するよう、前記ＰＷＭ動作信号の周波
数若しくはデューティサイクルを変化させることを特徴
とする装置。
【請求項１３】請求項１２の装置に於いて、前記マイク
ロプロセッサは更に前記相が付勢状態になるときに前記
入力に応答し、電流が前記電流プロフィールの前記ピー
ク値になる時点より前記相が消勢状態になるまで前記Ｐ
ＷＭ動作信号の周波数及びデューティサイクルを一定に
維持することを特徴とする装置。
【請求項１４】請求項２の装置に於いて、前記制御装置
は前記相が付勢状態になる付勢時間の間電流のソフトチ
ョッピングを行う動作信号を発生するよう前記信号発生
装置を駆動することを特徴とする装置。
【請求項１５】請求項３の装置に於いて、前記制御装置
は前記相が付勢状態になる付勢時間の間電流のハードチ
ョッピングを行う動作信号を発生するよう前記信号発生
装置を駆動することを特徴とする装置。
【請求項１６】請求項１の装置に於いて、前記検出装置
はホール効果センサであることを特徴とする装置。
【請求項１７】単相又は多相ＳＲＭの相の付勢部分に於
ける電流プロフィールを制御する装置にして、相巻線と、相が付勢状態にあるときには前記巻線へ電流を導くスイ
ッチ装置であって、第一及び第二のスイッチを含み、前
記第一及び第二のスイッチは前記相巻線のそれぞれ対応
する側に設けられており、前記第一及び第二のスイッチ
は前記相が付勢状態にあり前記巻線へ電流が流れること
ができるときにはオン状態にされるスイッチ装置と、前記ＳＲＭの運転状態を検出する検出装置と、前記巻線への電流を制御するＰＷＭ動作信号を前記スイ
ッチ装置へ供給し、前記動作信号は前記第一及び第二の
スイッチの少なくとも一方を制御すべく該スイッチへ供
給され、これにより前記スイッチの動作は前記動作信号
の信号特性の関数として制御される信号発生装置と、前記信号発生装置が所定のプロフィールに従って前記巻
線へ電流を供給する動作特性を有する動作信号を出力す
るよう、前記検出装置に応答して前記信号発生装置を制
御する制御装置と、を含み、前記所定のプロフィールに
於いては前記相が付勢状態になるときに電流が０よりピ
ーク値まで迅速に増大され、しかる後前記相が消勢状態
になるまでに前記ピーク値より該ピーク値よりも低い第
二の値まで減少し、電流は前記相が消勢状態になるとき
に前記第二の値より０まで減少し、これにより前記相が
付勢状態より消勢状態に切換わる際に電流プロフィール
に発生する変化が急激な変化ではなく、この急激ではな
い変化によって前記巻線への電流の供給が停止される際
に電動機に一般に発生するリンギングの程度が低減さ
れ、これにより電動機の騒音が低減されるよう構成され
た装置。
【請求項１８】請求項１７の装置に於いて、前記第一及
び第二のスイッチは前記信号発生装置よりの前記動作信
号により制御され、これにより前記第一及び第二のスイ
ッチの動作は前記動作信号の信号特性の関数として制御
されることを特徴とする装置。
【請求項１９】請求項１７の装置に於いて、前記制御装
置は前記相が付勢状態になるときに前記検出装置よりの
入力に応答して前記ＰＷＭ動作信号の周波数及びデュー
ティサイクルの一方又は両方を制御し、これにより周波
数若しくはデューティサイクルがそれぞれ始めのうちは
或る値であり、電流が前記電流プロフィールの前記ピー
ク値に到達するまで０より上昇するにつれて変化するよ
う、前記ＰＷＭ動作信号の周波数若しくはデューティサ
イクルを変化させることを特徴とする装置。
【請求項２０】請求項１９の装置に於いて、前記制御装
置は更に前記相が付勢状態になるときに前記検出装置に
応答し、電流が前記電流プロフィールの前記ピーク値に
なる時点より前記相が消勢状態になるまで前記ＰＷＭ動
作信号の周波数及びデューティサイクルを一定に維持す
ることを特徴とする装置。
【請求項２１】請求項２０の装置に於いて、前記制御装
置は前記相が付勢状態になる付勢時間の間電流のソフト
チョッピングを行う動作信号を発生するよう前記信号発
生装置を駆動することを特徴とする装置。
【請求項２２】請求項２０の装置に於いて、前記制御装
置は前記相が付勢状態になる付勢時間の間電流のハード
チョッピングを行う動作信号を発生するよう前記信号発
生装置を駆動することを特徴とする装置。
【請求項２３】単相又は多相ＳＲＭの相の付勢部分に於
ける電流プロフィールを制御する装置にして、相巻線と、相が付勢状態にあるときには前記巻線へ電流を導くスイ
ッチ装置であって、第一及び第二のスイッチを含み、前
記第一及び第二のスイッチは前記相巻線の対応する側に
設けられており、前記第一及び第二のスイッチは前記相
が付勢状態にあり前記巻線へ電流が流れることができる
ときにはオン状態にされるスイッチ装置と、前記ＳＲＭの種々の運転パラメータを検出する検出装置
と、前記検出装置に応答して前記巻線への電流を制御するＰ
ＷＭ動作信号を前記スイッチ装置へ供給し、前記動作信
号は前記第一及び第二のスイッチの少なくとも一方を制
御すべく該スイッチへ供給され、これにより電流が所定
のプロフィールに従って前記巻線へ供給されるよう前記
スイッチの動作は前記動作信号の信号特性の関数として
制御されるマイクロプロセッサと、を含み、前記所定の
プロフィールに於いては前記相が付勢状態になるときに
電流が０よりピーク値まで迅速に増大され、しかる後前
記相が消勢状態になるまでに前記ピーク値より該ピーク
値よりも低い第二の値まで減少し、電流は前記相が消勢
状態になるときに前記第二の値より０まで減少し、これ
により前記相が付勢状態より消勢状態に切換わる際に電
流プロフィールに発生する変化が急激な変化ではなく、
この急激ではない変化によって前記巻線への電流の供給
が停止される際に電動機に一般に発生するリンギングの
程度が低減され、これにより電動機の騒音が低減される
よう構成された装置。
【請求項２４】請求項２３の装置に於いて、前記第一及
び第二のスイッチは前記マイクロプロセッサよりの前記
動作信号により制御され、これにより前記第一及び第二
のスイッチの動作は前記動作信号の信号特性の関数とし
て制御されることを特徴とする装置。
【請求項２５】請求項２４の装置に於いて、前記マイク
ロプロセッサは前記相が付勢状態になるときに前記検出
装置よりの入力に応答して前記ＰＷＭ動作信号の周波数
及びデューティサイクルの一方又は両方を制御し、これ
により周波数若しくはデューティサイクルがそれぞれ始
めのうちは或る値であり、電流が前記電流プロフィール
の前記ピーク値に到達するまで０より上昇するにつれて
変化するよう、前記ＰＷＭ動作信号の周波数若しくはデ
ューティサイクルを変化させることを特徴とする装置。
【請求項２６】請求項２５の装置に於いて、前記マイク
ロプロセッサは更に前記相が付勢状態になるときに前記
検出装置に応答し、電流が前記電流プロフィールの前記
ピーク値になる時点より前記相が消勢状態になるまで前
記ＰＷＭ動作信号の周波数及びデューティサイクルを一
定に維持することを特徴とする装置。
【請求項２７】請求項２３の装置に於いて、前記マイク
ロプロセッサは前記相が付勢状態になる付勢時間の間電
流のソフトチョッピングを行う動作信号を発生すること
を特徴とする装置。
【請求項２８】請求項２３の装置に於いて、前記マイク
ロプロセッサは前記相が付勢状態になる付勢時間の間電
流のハードチョッピングを行う動作信号を発生すること
を特徴とする装置。
【請求項２９】単相又は多相ＳＲＭの相の付勢部分に於
ける電流プロフィールを制御する方法にして、相が付勢状態にあるときに相巻線を回路に組込むよう切
換えて前記巻線へ電流を導く工程と、前記巻線へ供給される電流を制御するために使用される
動作信号を発生する工程と、前記動作信号が所定のプロフィールに従って前記巻線へ
電流を供給する動作特性を有するよう、前記動作信号の
動作特性を制御する工程であって、前記所定のプロフィ
ールに於いては前記相が付勢状態になるときに電流が０
よりピーク値まで迅速に増大され、しかる後前記相が消
勢状態になるまでに前記ピーク値より該ピーク値よりも
低い第二の値まで減少し、電流は前記相が消勢状態にな
るときに前記第二の値より０まで減少し、これにより前
記相が付勢状態より消勢状態に切換わる際に電流プロフ
ィールに発生する変化が急激な変化ではなく、この急激
ではない変化によって前記巻線への電流の供給が停止さ
れる際に電動機に一般に発生するリンギングの程度が低
減され、これにより電動機の騒音を低減する工程と、を
含む方法。
【請求項３０】請求項２９の方法に於いて、前記動作信
号を発生する工程はＰＷＭ動作信号を発生することを含
んでいることを特徴とする方法。
【請求項３１】請求項３０の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は可変デューティサイクルのＰ
ＷＭ動作信号を発生することを含み、デューティサイク
ルは始めのうちは或る長さであり、電流が前記電流プロ
フィールの前記ピーク値に到達するまで０より上昇する
につれて徐々に短くなることを特徴とする方法。
【請求項３２】請求項３１の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は電流が前記電流プロフィール
の前記ピーク値に到達する時点より前記相が消勢状態に
なるまで一定デューティサイクルのＰＷＭ動作信号を発
生することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３３】請求項３０の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は可変周波数のＰＷＭ動作信号
を発生することを含み、周波数は始めのうちは或る周波
数であり、電流が前記電流プロフィールの前記ピーク値
に到達するまで０より上昇するにつれて徐々に高くなる
ＰＷＭ動作信号を発生することを特徴とする方法。
【請求項３４】請求項３３の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は電流が前記電流プロフィール
の前記ピーク値に到達する時点より前記相が消勢状態に
なるまで一定周波数のＰＷＭ動作信号を発生することを
含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３５】請求項３０の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は周波数及びデューティサイク
ルが可変の信号を発生することを含み、周波数及びデュ
ーティサイクルは始めのうちは或る値であり、電流が前
記電流プロフィールの前記ピーク値に到達するまで０よ
り上昇するにつれて変化することを特徴とする方法。
【請求項３６】請求項３５の方法に於いて、前記ＰＷＭ
動作信号を発生する工程は更に電流が前記電流プロフィ
ールの前記ピーク値に到達する時点より前記相が消勢状
態になるまで周波数及びデューティサイクルが一定の信
号を発生することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３７】単相又は多相ＳＲＭの相の付勢部分に於
ける電流プロフィールを制御する方法にして、相が付勢状態にあるときに相巻線を回路に組込むよう切
換えて前記巻線へ電流を導く工程と、前記巻線へ供給される電流を制御するために使用される
動作信号を発生する工程と、前記相が付勢状態になるときに前記相の電流を０よりピ
ーク値まで迅速に上昇させ、しかる後前記相が消勢状態
になるまで電流を前記ピーク値より該ピーク値よりも低
い第二の値に低下させ、更に前記相が消勢状態になると
きに電流を前記第二の値より０まで低下させる工程と、
を含み、電流を０よりピーク値まで上昇させる前記工程
は、前記巻線へ供給される電流を制御するために使用さ
れる前記動作信号の平均電圧が、電流が前記ピーク値よ
り前記第二の値まで低下する区間に於いて前記巻線へ供
給される電流を制御するために使用される前記動作信号
の平均電圧よりも高い値を有するようにし、これにより
前記相が付勢状態より消勢状態に切換わる際に発生する
電流プロフィールの変化が急激な変化ではなく穏やかな
変化であり、この穏やかな変化により前記巻線への電流
の供給が停止される際に一般に電動機に発生するリンギ
ングの程度を低減し、これにより電動機の騒音を低減す
る方法。