JPH099667A

JPH099667A - Ｓｒｍに於ける残留電流の減衰を制御する制御回路及び方法

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Publication number: JPH099667A
Application number: JP7174450A
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: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-01-10
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP3625532B2

Abstract

(57)【要約】【目的】騒音を低減しつつテール電流を効果的に減衰
させる。【構成】ＳＲＭに於いて相が消勢される際に巻線中に
残存するテール電流の減衰を制御する制御回路（１
０）。信号発生装置（４４）が動作信号を半導体スイッ
チ（２２）へ出力し、相が付勢状態にあるときには電流
を巻線へ導き、相が消勢状態になると巻線中の残留エネ
ルギを回収回路と消散回路との間に導く。制御モジュー
ル（４２）又はマイクロプロセッサ（５２）がロータの
位置情報に応答して信号発生装置を制御する。動作信号
は巻線への電流が存在するか否かにより異なる特性を有
し、これにより相が消勢されている間零電圧の残留電流
減衰区間と強制転流の残留電流減衰区間とが交互に発生
される。減衰期間中にはリンギング及び騒音を排除する
電流減衰が行われるよう、動作信号の周波数及びデュー
ティサイクルの両方が変更可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、
更に詳細にはかかる電動機のための電流減衰制御回路に
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、各相がそのサイクルの終端に於いて切
換えられる際に相巻線中の電流の回復により惹起される
騒音である。ある特定の相の入力エネルギを表す電流は
その相が切換えサイクルの付勢部分にある間にその相の
巻線へ供給される。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、消勢された巻線中の残留エネル
ギが減衰する。このエネルギは一般に相巻線が付勢され
ている間に相巻線に供給されるエネルギの約３０％であ
り、「テール減衰エネルギ」と呼ばれる。相巻線は誘導
要素であるので、巻線が次のサイクル中に再度付勢され
る前にエネルギが実質的に消散されなければならないに
も拘らず、巻線に流れる電流を維持しようとする。従っ
て減衰は迅速な減衰でなければならない。かくしてエネ
ルギを低減することの一つの効果は、相電流曲線の付勢
部分と消勢部分との間に於ける過渡変化時に惹起される
リンギング効果である。この効果はサイクルの付勢部分
を表す傾斜の緩やかな部分と相が消勢状態になるときに
電流が０に低減される急峻な傾斜の部分との間に於ける
電流曲線の傾斜の急激な変化として認められる。かかる
リンギングの結果により、即ち力が電動機フレームに伝
達されることにより騒音が発生され、この騒音は５０dB
程度である。

【０００３】電動機の種々の運転パラメータの関数とし
て電動機の複数の相の間の切換えを制御するために転流
回路が使用される。転流回路には一般にパルス幅変調器
（ＰＷＭ）が使用される。ＰＷＭ回路は電動機の各相へ
の電圧の供給を制御することに加えて、残留電流の減衰
を制御するためにも使用され得るものである。これらの
回路は所定のアルゴリズムに従って残留電流の減衰を制
御する。しかしかかる電流減衰制御回路の一つの欠点
は、それらの回路が通常１００％の強制転流減衰を採用
しており、従って騒音の問題を悪化させる傾向を有する
ということである。減衰に関する一つの試みがC. Y. Wu
及びC. Pollockにより著された「Analysis and Reduc
tion of Vibration and Acoustic Noise in the Switch
ed Reluctance Drive 」と題する論文に於いて提案され
ている。この論文に記載された方法は、相が消勢状態に
切換えられるときには電動機の共振時間の半分に等しい
時間に亘り相巻線中の電流を零電圧にて減衰させ、その
後消勢時間の残りの部分について強制転流することを含
んでいる。この方法の欠点は二つの部分に分割された一
つの減衰区間しか存在しないということである。従って
電流が０に低減される際に於ける電流曲線の傾斜に対す
る制御の度合は騒音を大きく低減し得るほど融通性のあ
るものではない。

【０００４】上述の方法は有効ではあるが、騒音を低減
しつつテール電流の減衰を容易に行うに有効な方法が必
要とされている。

【０００５】

【発明の概要】本発明の幾つかの目的は、電動機の巻線
に於ける残留電流、即ちテール電流の減衰を制御するた
めの制御回路を提供すること、電動機の騒音を現状の騒
音レベルより少なくとも１０dB低減するようテール電流
の減衰を制御する制御回路を提供すること、ハードチョ
ッピングによる電流減衰制御法及びソフトチョッピング
による電流減衰制御法を統合する制御回路を提供するこ
と、一つのゲート駆動のみを用いて二種類のチョッピン
グを行う制御回路を提供すること、１２−６型の二相Ｓ
ＲＭや６−４型の三相ＳＲＭの如き二相及び三相のＳＲ
Ｍに使用可能な制御回路を提供すること、ＰＷＭ型の制
御装置に容易に組み込むことができＳＲＭの各相に供給
される全体としての平均電圧を制御する制御回路を提供
すること、相巻線が消勢状態にある場合のテール電流を
制御するためにＰＷＭ信号のパルス幅特性を逆転し、こ
れにより相が消勢されているときに電流が０に減少する
速度を穏やかにすることを補助する制御回路を提供する
こと、一方の組のスイッチが相の切換えに応じて開閉さ
れ、他方の組のスイッチがＰＷＭ信号により制御される
二組のスイッチを使用する制御回路を提供すること、相
が付勢状態より消勢状態に切換えられる際にＰＷＭ信号
の周波数若しくはデューティサイクルを制御し、これに
より減衰電流の曲線の傾斜を良好に制御する制御回路を
提供すること、エネルギ回収回路とエネルギ消散回路と
の間に於ける巻線の接続の切換えを制御して残留電流を
０に低減する制御回路を提供すること、ＳＲＭに於いて
騒音を発生する楕円変形力が電動機の高速且つ低トルク
の運転条件の場合よりも低い低速且つ高トルクの条件に
て運転されているＳＲＭに於ける騒音を低減することに
も有効なテール電流制御回路を提供すること、電動機の
特定の条件に応じて広範囲の減衰スケジュールを発生す
ることのできるマイクロプロセッサが使用された制御回
路を提供すること、電動機の共振周波数の少なくとも２
倍の周波数にて動作することができる制御回路を提供す
ること、低廉にして信頼性に優れ、ＳＲＭの運転範囲全
体に亘り騒音を低減する機能を果たす制御回路を提供す
ることである。

【０００６】本発明によれば、概説すれば、単相又は多
相ＳＲＭに於ける残留電流、即ちテール電流の減衰を制
御する制御回路が使用される。ホール効果センサがＳＲ
Ｍのロータの位置を検出する。巻線により表される相が
付勢状態にあるときには電流が巻線に流れ、消勢された
状態になるときには巻線への電流の流入が終了する。半
導体スイッチが相が付勢状態にあるときに巻線へ電流を
導き、また相が消勢状態になるときには巻線中の残留エ
ネルギを回収し又は消散させることを補助する。このこ
とはエネルギ回収回路とエネルギ消散回路との間に所定
の要領にて巻線の接続を切換えることによって達成され
る。ＰＷＭ信号発生器がＰＷＭ動作信号をスイッチへ供
給し、巻線へ流入する電流及びその後のエネルギの回収
又は消散を制御する。ＰＷＭ制御モジュール又はＰＷＭ
出力を有するマイクロプロセッサがホール効果センサに
応答してＰＷＭ信号発生器の動作を制御する。従ってＰ
ＷＭ信号発生器は巻線に電流が流れているか否かによっ
て異なる信号特性を有するＰＷＭ信号を発生する。相が
消勢された状態にある場合に於けるＰＷＭ信号の周波数
及びデューティサイクルは、電流減衰の傾斜を制御し電
動機の騒音を低減し得るよう変更可能である。

【０００７】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【０００８】添付の図に於いて、切換え式反作用電動機
（図示せず）は１〜５の相を有する電動機であり、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。各相は
電動機の運転中に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よって異なり、一
つの相より次の相へ切換えが行われる時点を決定するた
めの種々の制御方法が従来より提案されている。一つの
相が付勢されているときには、その相の巻線Ｗに電流が
供給される。巻線に対する理想的な電流曲線が図１に示
されている。図１のグラフに示されている如く、相への
電力の供給（巻線への電流の供給）は時点Ｔ0 に於いて
開始する。電流は時点Ｔ1 まで巻線Ｗへ供給され、時点
Ｔ1 に於いてその特定の相が消勢される。図１に示され
ている如く、時点Ｔ1 に於いては巻線Ｗ中に比較的多量
のエネルギが存在し、この残留エネルギはその相が消勢
される前に回収され或いは消散されなければならない。
この時点に於いて相巻線に流れる電流は零電圧のテール
電流、即ち減衰電流であり、この電流は時点Ｔ1 より時
点Ｔ2 までの間継続する。

【０００９】図１に示されている如く、相巻線への電流
の供給が時点Ｔ1 に於いて停止される際に於ける電流曲
線の傾斜は比較的緩やかである。しかしテール電流が０
にされる際の電流曲線の傾斜は非常に急峻である。電動
機のロータ歯がステータ歯を通過する際には、電動機内
に発生される楕円変形力により撓みが惹起されることが
知られている。かかる撓みが生じると時点Ｔ1 に於いて
エネルギの急激な変化が生じ、その結果が図１０に於い
て実線の曲線にて示されている如く顕著なリンギングが
生じ、このリンギングにより騒音が発生される。残留電
流、即ちテール電流を０に低減する二つの方法がある。
その一つの方法は電流を徐々に低減すること、即ち時点
Ｔ1 よりＴ2 までに於ける電流曲線の傾斜を緩やかにす
る方法である。他の一つの方法は電流を急激に低減する
こと、即ち電流曲線を急峻にする方法である。前者の方
法は「ソフトチョッピング」と呼ばれ、後者の方法は
「ハードチョッピング」と呼ばれる。ソフトチョッピン
グのみを使用することに関する問題は、この方法によれ
ば騒音を低減することはできるが時間がかかり過ぎると
いうことである。残留電流は時点Ｔ2 以前に０になるこ
とができない。またハードチョッピングに関する問題は
時点Ｔ2 までに電流を０に低減することはできるが、上
述のリンギングが発生するということである。

【００１０】図２（Ａ）に於いて、図１に示された電流
波形と同様の電流波形はソフトチョッピング法に従って
チョッピングされた電流を示している。即ち０〜＋Ｖ
［Ｖ］の振幅を有するパルス幅変調信号が相電流に加え
られる。この場合には相巻線が付勢された状態にある間
にも電流に乱れが生じることが解る。またこの方法の一
つの欠点は電流が０に低減される速度が非常に遅いとい
うことである。

【００１１】図３（Ａ）及び（Ｂ）にはハードチョッピ
ングとして知られている方法が図示されている。図３
（Ｂ）に示されている如く、ハードチョッピングはパル
ス幅変調信号が−Ｖ〜＋Ｖ［Ｖ］の振幅を有する点に於
いてソフトチョッピングとは異なる。この信号が相巻線
に与えられると、ソフトチョッピング信号による方法よ
りも速く電流を０に低減することができる。しかし相が
付勢された状態にある場合にもその相巻線に与えられる
電流の変動が大きくなり、また電流が急激に低減される
ことより発生される力によって騒音が増大される。

【００１２】第三の方法が図８に示されており、この方
法は前述の論文に記載されたＷu 及びＰollock による
方法を反映するものである。前述の如く、電流は時点Ｔ
0 より時点Ｔ1 までに於いて相巻線Ｗに供給される。時
点Ｔ1 より時点Ｔx までの区間に於いては、電流は零電
圧の減衰に委ねられ、即ち電流を０に低減する信号は相
巻線に供給されず、このことはソフトチョッピングに対
応している。また時点Ｔx より時点Ｔ2 までの区間に於
いては、電流を完全に０に低減すべく強制転流信号が相
巻線に供給される。このことはハードチョッピングに対
応している。時点Ｔ1 より時点Ｔx までの区間は電動機
の共振時間の半分に等しい時間である。この方法の効果
は、電流がハードチョッピングのみによって０に低減さ
れる場合よりも区間Ｔ1 〜Ｔ2 に於ける電流曲線の傾斜
が緩やかになるということである。このことはリンギン
グを低減する効果を有する。この初期時間の経過後に電
流はハードチョッピングにより０に低減される。しかし
相巻線中のエネルギの一部がハードチョッピングの開始
前に消散されるので、リンギングにより発生される騒音
は小さい。この方法は有効なものではあるが、区間Ｔ1
〜Ｔ2 中に一つのソフトチョッピング時間及び一つのハ
ードチョッピング時間しか存在しないので制限される。
即ちこのことによりリンギング及び騒音を更に低減する
制御の度合が制限される。

【００１３】多極ＳＲＭの相巻線Ｗ中の残留電流、即ち
テール電流の減衰を制御する本発明の制御回路が図６に
於いて符号１０にて全体的に示されている。以下の説明
は電動機の一つの相についてのテール電流の減衰制御に
関するものであるが、制御回路１０は電動機の全ての相
について動作し得るものである。前述の如く、相が付勢
されている間その相巻線に対し電流及び電圧が与えら
れ、電圧及び電流は相が消勢されるとその相巻線より遮
断される。次いで相巻線中の残留エネルギがその巻線に
接続される回路の構造に応じて回収又は消散される。第
一の回路構造は、相が消勢されているときに相巻線Ｗに
接続されてその相巻線よりエネルギを回収するバスコン
デンサＣを含んでいる。コンデンサＣは並列接続された
抵抗器Ｒ1及びコンデンサＣ2 と並列に接続されてい
る。これらの回路素子は抵抗器Ｒ2 と並列に接続されて
いる。抵抗器Ｒ1 は例えば１０Ωの抵抗器であり、抵抗
器Ｒ2は１００ＫΩの抵抗器であり、コンデンサＣ2 は
０．２２μＦのコンデンサである。抵抗器Ｒ2 は電動機
の運転が停止される際にコンデンサＣ内のエネルギを漸
次低減するために使用される。抵抗器Ｒ1 及びコンデン
サＣ2 は回路中にノイズを発生させる電圧スパイクに対
する高周波フィルタを構成している。

【００１４】図６に於いては巻線ＷはダイオードＤ1 及
びＤ2 を介してラインＬ1 及びＬ2の間に接続された状
態で図示されている。これらのダイオード及び巻線はス
イッチ装置１６のスイッチが開かれているときには強制
転流ループ、即ちエネルギ消散ループを構成する。ライ
ンＬ1 及びＬ2 は電動機へ入力される１１５［Ｖ］の交
流電流を整流するために使用される全波ブリッジ整流器
１２の出力を横切って接続されている。ブリッジ整流器
の出力端子及びバスコンデンサは接続点１４ａ及び１４
ｂに於いて互いに接続されている。

【００１５】テール電流の減衰を更に容易に理解し得る
よう、図４（Ａ）はオン時間がオフ時間よりも実質的に
短いＰＷＭゲート信号を示している。ゲート信号のオン
時間中には直流電圧が相巻線Ｗに印加される（図４
（Ｂ）参照）。またこの信号のオフ時間中には電圧は巻
線に印加されず、巻線はダイオードＤ1 を有する閉ルー
プ回路に接続され（図４（Ｃ）参照）、巻線を横切って
与えられる電流が零電圧にて減衰される。図５（Ａ）に
於いて、相中のテール電流を減衰させるために使用され
る信号もＰＷＭ信号である。この信号のオン時間はオフ
時間よりも長い。オン時間中にはスイッチＳ1 が閉じら
れ、これにより巻線Ｗの電流はダイオードＤ1 を流れ
る。またこの信号のオフ時間中には巻線の両側のスイッ
チＳ1 及びＳ2が開かれる。従って巻線は電動機へ入力
される電力のアッパラインに対応するバスコンデンサＣ
に二つのダイオードＤ1 及びＤ2 を介して接続された状
態になる。コンデンサＣはテール減衰電流にて充電され
る貯蔵コンデンサである。図５（Ｂ）及び（Ｃ）に於い
て、特に図５（Ｂ）はソフトチョッピングの回路構造を
示し、図５（Ｃ）はハードチョッピングの回路構造を示
している。

【００１６】回路１０は相が消勢された状態になる際に
相巻線ＷをコンデンサＣを含む回路に接続するスイッチ
装置１６を含んでいる。スイッチ装置１６は第一の組の
スイッチ１８と第二の組のスイッチ２０とを含み、第一
の組のスイッチ１８は相巻線の一方の側に接続され、第
二の組のスイッチ２０は相巻線の他方の側に接続されて
いる。これら二組のスイッチは図６に於いてはＭＯＳＦ
ＥＴ２２として図示された二つの半導体スイッチよりな
っている。勿論本発明の範囲内にて他の半導体スイッチ
が使用されてもよい。各組のスイッチに於いては、切換
え容量を増大すべく一対のスイッチが互いに並列に接続
されている。また各ＭＯＳＦＥＴはダイオードＤ3 と並
列に接続された抵抗器Ｒ3 を含むゲート回路を有してい
る。各抵抗器Ｒ3 は例えば１００Ωの抵抗器である。各
対のゲート入力素子の入力側は接続点２４ａ及び２４ｂ
に於いて互いに接続されている。後に説明する如く、各
組のスイッチへの入力信号は接続点２４ａ及び２４ｂを
経て供給される。

【００１７】電動機のロータの位置を検出する検出装置
２８が設けられている。検出装置２８は従来の要領にて
動作するホール効果センサ３０を含んでいる。各組のス
イッチは対応する電源３２及び３４を有している。ホー
ル効果センサ３０は第二の組のスイッチ２０に対応する
電源３４に接続されている。二つの電源３２及び３４は
互いに同様の構造を有している。各電源は降圧変圧器３
６を含み、この変圧器の一方の側は１１５［Ｖ］の交流
入力電源に接続されている。整流ダイオードＤ4 が変圧
器の出力側を横切って接続され、接続点３８ａ及び３８
ｂに於いて互いに接続されている。変圧され整流された
入力電圧は抵抗器Ｒ4 を介してツェナーダイオードＺ1
を横切って印加される。ツェナーダイオードは第一及び
第二の組のスイッチへの入力電圧を例えば１８［Ｖ］に
クランプする。各ツェナーダイオードを横切ってフィル
タコンデンサＣ3 が並列に接続されている。電源３２の
電圧出力は第一の組のスイッチ１８の対応するＭＯＳＦ
ＥＴ２２のゲートソースに接続され、コンデンサＣ3 の
一方の側は第一の組のスイッチのゲート入力側にて抵抗
器Ｒ5 を介して接続点２４ａに接続されている。電源３
４のコンデンサＣ3の一方の側は、後に説明する如く発
生される動作信号の流れを制御する制御装置４２の集積
回路（ＩＣ）４０に接続されている。この第二のコンデ
ンサＣ3 の他方の側は抵抗器Ｒ5 を介して第二の組のス
イッチ２０の接続点２４ｂに接続されている。

【００１８】図６及び図７（Ａ）に於いて、信号発生装
置４４がバスコンデンサＣを含む回路に相巻線Ｗの接続
を切換える動作信号をスイッチ装置１６へ出力する。図
７（Ａ）に示されている如く、信号発生装置４４は二つ
の互いに接続されたモデルＮｏ．５５５のＩＣタイミン
グチップ４６ａ及び４６ｂを含んでいる。信号発生装置
４４は二つのチップヘ電力を供給すべく電源３４の接続
点４８及び５０を横切って接続されている。チップ４６
ａはコンデンサＣ4 を介して互いに接続されたピン１及
び５を有している。このチップのピン１及び８は接続点
５２ａに於いて入力電力の一方の側に接続されており、
特にピン１はコンデンサＣ5 を介して接続されている。
抵抗器Ｒ6 、ポテンショメータＰ1 及びコンデンサＣ6
を含む分圧器回路網が信号発生装置４４への電力ライン
を横切って延在している。チップ４６ａのピン６はポテ
ンショメータの一方の側に接続されており、入力ピン７
はポテンショメータのワイパーアームに接続されてい
る。ダイオードＤ5 はこれらの二つのピンを横切って接
続されている。またこのチップのピン３は抵抗器Ｒ7を
介してトランジスタＱ1 のベースに接続されている。ピ
ン２及び６はピン４及び８の場合と同様互いに接続され
ている。トランジスタＱ1 の出力はチップ４６ｂのピン
２に接続されている。またこのピンは抵抗器Ｒ8 を介し
て信号発生装置４４への電力の一方の側に接続されてい
る。チップ４６ａと同様、チップ４６ｂのピン１及び８
はコンデンサＣ7 を介して信号発生装置の入力電力の一
方の側に接続されている。またピン１はコンデンサＣ8
を介してピン５に接続されている。ピン７には抵抗器Ｒ
9 及びポテンショメータＰ2 を含む分圧器より導かれる
電圧が入力される。またこのチップのピン６はコンデン
サＣ9 を介して入力電力の他方の側に接続されている。
更にピン６及び７はピン２及び４の場合と同様互いに接
続されている。

【００１９】信号発生装置４６が設けられており、この
信号発生装置はパルス幅変調信号発生装置として機能
し、そのチップ４６ｂのピン３よりの出力は制御装置４
２のＩＣ５０の入力として供給される。或いは動作信号
は図７（Ｂ）に示されている如きマイクロプロセッサ５
２により発生されてもよい。マイクロプロセッサ５２は
電動機の速度、トルク等の如き種々のＳＲＭ運転パラメ
ータの関数として信号発生装置４４により発生される信
号のパルス幅変調を制御するようプログラムされてい
る。またマイクロプロセッサは制御装置へ供給される動
作信号の所望の特性（周波数、デューティサイクル、振
幅等）を決定する演算に種々の検出パラメータを組み入
れるアルゴリズムにてプログラムされている。

【００２０】制御装置４２は電流検出装置２８に応答
し、これにより信号発生装置４４の動作を制御する。チ
ップ４０及び５０は１４ピン形のチップであり、チップ
４０はモデルＣＤ４００１であり、チップ５０はモデル
ＣＤ４０１１ＢＥである。信号発生装置４４又は５２の
動作信号出力はチップ５０のピン１３への入力として制
御装置４２へ供給される。チップへの電力は接続点４８
ａより各チップのピン１４に供給され、また接続点４８
ｂより各チップのピン７へ供給される。ホール効果セン
サ３０はチップ５０の互いに接続されたピン８、９及び
スイッチ５６の常開の接点５４へ入力信号を出力する。

【００２１】センサ３０の出力は制御装置４２へ出力さ
れるだけでなく、抵抗器Ｒ9 〜Ｒ11を含むベースバイア
ス回路網を介してトランジスタＱ2 のベースにも出力さ
れる。トランジスタＱ2 は抵抗器Ｒ12を介してオプトア
イソレータ装置５８へ入力信号を出力する。オプトアイ
ソレータ装置５８はモデル４Ｎ３５型のアイソレータ６
０を含み、その一方の側には抵抗器Ｒ13を介して電力供
給装置３２より電力が供給される。オプトアイソレータ
装置５８はバイアス抵抗器Ｒ14を介してトランジスタＱ
3 のスイッチングを制御する。トランジスタＱ3 の状態
は第一の組のスイッチ１８のＭＯＳＦＥＴ２２への電力
の供給を制御する。第一の組のスイッチ１８はそれらの
スイッチがオン又はオフの何れかであるよう操作され
る。これらのスイッチは相が付勢されているときには閉
じられ、相が消勢状態にあるときには開かれる。

【００２２】制御装置４２はホール効果センサ３０の出
力に応答し、信号発生装置４４により供給される動作信
号が相が付勢されているときには一組の信号特性を有
し、相が消勢されているときには他の一組の信号特性を
有するよう、信号特性を制御する。制御装置４２は相が
消勢された状態になったことを示すホール効果センサ３
０よりの出力に応答し、動作信号のデューティサイクル
を逆転する。かくして相が付勢されているときに動作信
号が１０％オン、９０％オフであるならば、ホール効果
センサが相が消勢されていることを示すときには、チッ
プ５０のピン８及び９へ供給される信号により制御装置
は９０％オン、１０％オフの動作信号を出力する。相が
再度付勢された状態になると、ホール効果センサの出力
によりデューティサイクルが元のサイクルに戻される。
任意の時点に於けるオン時間とオフ時間との比率は区間
ごとに異なる。またマイクロプロセッサは電動機がある
所定の条件（例えば所定の電動機速度範囲）下にあると
きには、制御装置が特定の組の特性を発生し、これによ
りオン時間及びオフ時間が逆転されても動作信号が所望
の特性を有するよう、制御回路の動作に陵駕することが
できる。

【００２３】逆転されたＰＷＭ動作信号はチップ４０の
ピン３に於いて発生される。この信号はベース抵抗器Ｒ
15を介してトランジスタＱ4 のベースへ供給される。こ
のトランジスタの出力は接続点２４ｂに於いて第二の組
のスイッチ２０のＭＯＳＦＥＴ２２のゲート入力へ供給
される。動作信号はオン部分とオフ部分とを有するの
で、この信号は第二の組のスイッチ２０の素子がテール
電流減衰のハードチョッピング部分及びソフトチョッピ
ング部分を交互に与えるよう、第二の組のスイッチの素
子を効果的に制御する。従って上述のハードチョッピン
グ部分及びソフトチョッピング部分の両方を発生する一
組のスイッチによりテール電流の零電圧の電流チョッピ
ングによる消散が行われる。このことが図９（Ａ）及び
（Ｂ）に図示されている。時点Ｔ1 に於いては零電圧の
最初のソフトチョッピング区間が存在し、その後に継続
時間の短いハードチョッピング区間が存在する。図９
（Ａ）より解る如く、このプロセスはテール電流が０に
低減されるまで繰り返される。継続時間の長いソフトチ
ョッピング区間は動作信号の長いオン時間に対応し、継
続時間の短いハードチョッピング区間は動作信号の短い
オフ時間に対応している。尚図９（Ａ）及び（Ｂ）に示
された継続時間の関係は例示に過ぎない。

【００２４】以上の説明より、制御回路１０の一組の動
作特性は特定のＰＷＭ周波数に対する動作信号のデュー
ティサイクルが逆転したものであることが理解されよ
う。しかしＰＷＭ信号を発生するマイクロプロセッサ５
２によれば、テール電流の減衰時間内に於いてデューテ
ィサイクル、周波数、又はこれらの両方を変更すること
が可能である。図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）には、一
つの区間に於けるソフトチョッピング部分及びハードチ
ョッピング部分が残留電流が０まで減衰する幾つかの区
間全体に亘り制御されるよう、デューティサイクル又は
周波数又はそれらの両方が変更される幾つかの例が示さ
れている。周波数及びデューティサイクルの両方を変更
し得ることは重要である。何故ならば、かかる変更を行
い得ることにより電流曲線の傾斜を高度に制御し、これ
により残留電流の減衰中に電動機に対する騒音制御を良
好に行うことができるからである。図１１（Ａ）の制御
方法に於いては、各区間Ｉに於けるＰＷＭ動作信号のデ
ューティサイクルは一定である。従って電流減衰時間Ｔ
1 〜Ｔ2 全体に亘り各デューティサイクルのオン部分は
一定である。

【００２５】図１１（Ｂ）に於いては、区間Ｉは一定で
あるが、デューティサイクルは区間毎に変化している。
このことにより例えばソフトチョッピング部分を一連の
区間毎に順次短くし、ハードチョッピング部分を順次長
くすることができる。

【００２６】図１１（Ｃ）に於いては、例えば区間Ｉ1
が区間Ｉ2 よりも長くなるよう各区間の継続時間は変更
可能である。しかしデューティサイクルは一定であり、
従ってたとえ各区間のソフトチョッピング部分及びハー
ドチョッピング部分が互いに異なる長さであっても、こ
の二つの部分の長さの比は電流減衰時間全体に亘り一定
である。

【００２７】更に図１１（Ｄ）に於いては、ＰＷＭ動作
信号の区間Ｉ及びデューティサイクルの両者が可変であ
る。前述の如く電流減衰を制御するために選択される特
定のＰＷＭ特性はＳＲＭの特定の運転条件の関数であ
り、従って相が消勢された状態になる度毎に特定の組の
特性が使用されてもよく、或いは相が消勢された状態に
なる度毎に異なる組の特性が選択されてもよい。

【００２８】ハードチョッピング及びソフトチョッピン
グが行われる実際の区間に拘らず、信号の周波数は電動
機の共振周波数の少なくとも２倍である。このことによ
り電動機のフレームに於ける共振に起因して騒音が発生
されることが防止される。制御回路１０はテール電流を
効果的に減衰させるだけでなく、電動機の騒音を約５０
dBのレベルより約１０dB低減することが判った。更に制
御回路１０は二相ＳＲＭや三相ＳＲＭを含む種々のＳＲ
Ｍに使用可能であることが判っている。

【００２９】以上に於いてはＳＲＭに於けるテール電流
の減衰を制御する制御回路について説明した。この制御
回路は電動機の騒音を現状のＳＲＭに於ける５０dBのレ
ベルより少なくとも１０dB低減するようテール電流の減
衰を制御する。図１０に於いて破線の曲線にて示されて
いる如く、制御回路１０が使用される場合に於ける電動
機のリンギングは従来のリンギングのレベルより大きく
低減される。このことを達成すべく、制御回路は一つの
ゲート駆動のみによってハードチョッピングによる電流
減衰制御とソフトチョッピングによる電流減衰制御とを
組み合わせる。制御回路は１２−６型の二相ＳＲＭ及び
６−４型の三相ＳＲＭを含む二相及び三相両方のＳＲＭ
に使用可能である。また制御回路はＳＲＭの各相の間に
於ける全ての相切換えを制御するＰＷＭ型の制御装置に
容易に組み込むことができるものである。制御回路はそ
の動作の一部として、相が消勢されているときに於ける
電流を制御するために使用されるＰＷＭ信号のパルス幅
を逆転し、このことにより相が消勢されている間にテー
ル電流を０に低減することが補助される。制御回路は二
組のスイッチを使用し、一方の組のスイッチは電動機の
相が切換えられる際に開閉され、他方の組のスイッチは
ＰＷＭ信号により制御される。相が付勢状態より消勢状
態に切換えられる際にＰＷＭ信号のオン部分及びオフ部
分を逆転することは制御回路の一つの特徴である。制御
回路はスイッチのＰＷＭ変調を使用してテール電流によ
り充電されるバスコンデンサを含む経路に相巻線の接続
を切換える。ＳＲＭに於いて騒音を発生する通常の楕円
変形力は電動機の高速運転時には低いので、制御回路は
特に低速且つ高トルクにて運転しているＳＲＭに於ける
騒音を低減する点に於いて効果的である。このことは、
制御回路が周波数及びデューティサイクルの両方を変更
し、これによりソフトチョッピング及びハードチョッピ
ングの比率を所望の比率に制御することによる。また制
御回路は電動機の共振周波数の少なくとも２倍の周波数
にて動作する。更に制御回路はＳＲＭの全運転範囲に亘
り騒音を低減する低廉にして信頼性の高い手段を与え
る。

【００３０】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。

【００３１】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】ＳＲＭの一つの相に於ける電流波形を示すグラ
フであり、電流波形のテール電流の減衰を示している。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれＳＲＭの相電流波
形及び電圧波形を示すグラフであり、ＳＲＭのための電
流制御装置のソフトチョッピング動作を示している。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ電流制御装置のハ
ードチョッピング動作のための相電流波形及び電圧波形
を示す図２と同様のグラフである。

【図４】（Ａ）はＳＲＭの一つの相の付勢中に於けるソ
フトチョッピングに使用されるゲート信号を示し、
（Ｂ）及び（Ｃ）は電流減衰のオン部分及びオフ部分の
ための回路を示している。

【図５】（Ａ）は電動機の相消勢モード中に使用される
逆転されたゲート信号を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれ
ぞれ電流減衰のためのソフトチョッピング回路及びハー
ドチョッピング回路を示している。

【図６】本発明のテール電流減衰回路の第一の実施例を
示すブロック線図である。

【図７】（Ａ）はテール電流のハードチョッピング及び
ソフトチョッピングを行うために使用される動作信号を
発生するための信号発生モジュールの一部を示すブロッ
ク線図であり、（Ｂ）はハードチョッピング及びソフト
チョッピングを行うために使用される動作信号を発生す
るパルス幅変調機能を備えたマイクロプロセッサを示し
ている。

【図８】従来のテール電流減衰法を示す図１と同様のグ
ラフである。

【図９】（Ａ）は本発明が組み込まれたテール電流減衰
法を示す図１と同様のグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に
示されたグラフの一部を示す拡大図である。

【図１０】本発明により達成可能な電動機のリンギング
の低減を示すグラフである。

【図１１】電流減衰を制御するＰＷＭ信号の種々の周波
数及びデューティサイクルの組み合わせを示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０…制御回路１２…全波ブリッジ整流器１６…スイッチ装置２２…ＭＯＳＦＥＴ２８…検出装置３０…ホール効果センサ３２、３４…電源３６…降圧変圧器４２…制御装置４４…信号発生装置５２…マイクロプロセッサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単相又は多相ＳＲＭに於ける残留電流の減
衰を制御する制御回路にして、前記ＳＲＭの巻線に流れる電流、前記巻線により表され
る相が付勢されているときに前記巻線に流入する電流、
前記相が消勢された状態になるときに前記巻線への流入
を終了する電流を測定する検出装置と、前記相が付勢されているときには前記巻線へ電流を導
き、前記相が消勢されているときには前記巻線中のエネ
ルギを回収し又は消散させるスイッチ装置と、前記電流及び前記エネルギの回収又は消散を制御する動
作信号を前記スイッチへ供給する信号発生装置と、前記検出装置に応答し、相が付勢されているか否かによ
って異なる動作特性を有する動作信号を出力し、これに
より前記相が消勢された状態になるときにはエネルギの
回収又は消散を容易にする制御装置であって、前記動作
信号の周波数若しくはデューティサイクルを制御して電
流の減衰速度及び電動機の騒音を制御する制御装置と、
を含む制御回路。
【請求項２】請求項１の制御回路に於いて、前記スイッ
チ装置は二組のスイッチを含み、前記二組のスイッチは
前記相巻線の両側に設けられており、一方の組のスイッ
チは前記相が付勢されているときには閉じられ、前記相
が消勢されているときには開かれることを特徴とする制
御回路。
【請求項３】請求項２の制御回路に於いて、他方の組の
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、これにより前記他方の組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
特徴とする制御回路。
【請求項４】請求項３の制御回路に於いて、前記信号発
生装置は出力信号のパルス幅が前記ＳＲＭの運転特性の
関数であるＰＷＭ信号発生器を含んでいることを特徴と
する制御回路。
【請求項５】請求項４の制御回路に於いて、前記制御回
路は更に前記相巻線と並列に接続されたコンデンサであ
って、前記相が消勢された状態になるときに前記相巻線
中の電流により充電されエネルギの一部を回収するコン
デンサを含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項６】請求項５の制御回路に於いて、前記制御装
置は前記相が消勢された状態になるときには前記検出装
置よりの入力に応答し、これにより前記信号発生装置に
より発生されるＰＷＭ動作信号のパルス幅を前記相が付
勢されているときに発生される動作信号のパルス幅より
逆転させることを特徴とする制御回路。
【請求項７】請求項６の制御回路に於いて、前記制御装
置は１パルスサイクルの一部に於いて前記残留電流のソ
フトチョッピングを行い前記１パルスサイクルの残りの
部分に於いて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
制御回路。
【請求項８】請求項７の制御回路に於いて、前記制御回
路は更にＰＷＭ信号が供給されるゲート装置を含み、前
記ゲート装置は前記信号発生装置により発生されたＰＷ
Ｍ信号より各組のスイッチための制御信号を導き出し、
前記相が消勢されているときには前記一方の組のスイッ
チを開き、前記ＰＷＭ信号の特性に従って前記他方の組
のスイッチの開閉を制御することを特徴とする制御回
路。
【請求項９】請求項３の制御回路に於いて、前記二組の
スイッチはそれぞれ並列に接続された一対の半導体スイ
ッチを含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項１０】請求項９の制御回路に於いて、前記制御
回路は更に各組のスイッチのための電源装置を含み、各
電源装置は前記ＳＲＭへ供給されるライン電圧を降圧す
る変圧装置と、降圧電圧を制御する電圧制御装置とを含
んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項１１】請求項１の制御回路に於いて、前記制御
回路は更に前記巻線へ供給される相電圧を全波整流する
整流装置を含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項１２】請求項１の制御回路に於いて、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制御回
路。
【請求項１３】請求項１の制御回路に於いて、前記制御
装置は前記ＳＲＭの運転特性に関する入力を受け、前記
信号発生装置により発生される前記動作信号の信号特性
を前記入力の関数として制御するマイクロプロセッサを
含んでいることを特徴とする制御回路。
【請求項１４】相が付勢される各区間中には電流及び電
圧が巻線に供給され、前記相が消勢された状態になると
きには電圧及び電流が前記巻線より遮断され、前記巻線
中のエネルギが回収され又は零電圧の条件下にて消散さ
れる単相又は多相ＳＲＭの巻線に於けるテール電流の減
衰を制御するテール電流減衰制御装置にして、前記巻線より回収されるエネルギを貯蔵するバスコンデ
ンサと、前記相が消勢された状態になるときには前記コンデンサ
を含む回路に前記巻線を接続するスイッチ装置であっ
て、二組のスイッチを含み、一方の組のスイッチは前記
巻線の一方の側に接続され、他方の組のスイッチは前記
巻線の他方の側に接続されたスイッチ装置と、前記巻線と並列に接続されたエネルギ消散装置と、前記電動機のロータの位置を検出する検出装置と、前記バスコンデンサを含む回路と前記エネルギ消散装置
を含む回路に交互に前記巻線の接続を切換える動作信号
を前記スイッチ装置へ出力する信号発生装置であって、
前記動作信号は前記一方の組のスイッチの状態を制御し
て電流のハードチョッピング及びソフトチョッピングの
両方を行うために使用される信号発生装置と、前記検出装置に応答して前記信号発生装置の動作を制御
し、相が付勢されているときには一組の信号特性を有し
前記相が消勢されているときには他の一組の信号特性を
有する動作信号を発生し、これにより前記テール電流の
零電圧のエネルギ回収及び消散を行うよう前記信号発生
装置の動作を制御する制御装置であって、前記動作信号
の周波数及びデューティサイクルの両方を制御して前記
テール電流の前記エネルギの回収及び消散を行うと共に
前記電動機の騒音を低減する制御装置と、を含むテール
電流減衰制御装置。
【請求項１５】請求項１４のテール電流減衰制御装置に
於いて、前記制御装置は前記テール電流の減衰期間中に
は前記一方の組のスイッチを閉じられた状態に維持し、
前記他方の組のスイッチへ供給される動作信号のパルス
幅により制御される割合にて前記他方の組のスイッチを
開位置と閉位置との間に切換え、これにより前記スイッ
チが閉じられているときには前記テール電流がソフトチ
ョッピングされ、前記スイッチが開かれているときには
前記テール電流がハードチョッピングされるよう前記信
号発生装置を制御することを特徴とするテール電流減衰
制御装置。
【請求項１６】請求項１５のテール電流減衰制御装置に
於いて、前記信号発生装置は出力信号のパルス幅が前記
ＳＲＭの運転特性の関数であるＰＷＭ信号発生器を含ん
でおり、前記制御装置は前記相が消勢された状態になる
ときには前記検出装置よりの入力に応答し、これにより
前記信号発生装置により発生されるＰＷＭ動作信号のデ
ューティサイクルを前記相が付勢されているときに発生
される動作信号のデューティサイクルより逆転させるこ
とを特徴とするテール電流減衰制御装置。
【請求項１７】請求項１６のテール電流減衰制御装置に
於いて、前記制御回路は更にＰＷＭ信号が供給される各
組のスイッチためのゲート装置を含み、前記ゲート装置
は前記ＰＷＭ動作信号より各組のスイッチための制御信
号を導き出し、前記相が消勢されているときには前記一
方の組のスイッチを開き、前記ＰＷＭ信号の特性に従っ
て前記他方の組のスイッチの開閉を制御することを特徴
とするテール電流減衰制御装置。
【請求項１８】請求項１４のテール電流減衰制御装置に
於いて、前記検出装置はホール効果センサであることを
特徴とするテール電流減衰制御装置。
【請求項１９】請求項１４のテール電流減衰制御装置に
於いて、前記制御装置は前記ＳＲＭの運転特性に関する
入力を受け、前記信号発生装置により発生される前記動
作信号の信号特性を前記入力の関数として制御するマイ
クロプロセッサを含み、前記マイクロプロセッサは前記
ＰＷＭ信号の周波数及びデューティサイクルの両方を調
節することを特徴とするテール電流減衰制御装置。
【請求項２０】相が付勢されている各区間中には電流及
び電圧が相巻線に供給され、前記相が消勢された状態に
なるときには電圧及び電流が前記相巻線より遮断され、
前記相が消勢された状態になるときに前記相巻線中に残
存するエネルギが零電圧の条件下にて回収され又は消散
されなければならない単相又は多相ＳＲＭの相巻線に於
ける電流の減衰を制御する方法にして、前記相が消勢された状態にある間にエネルギを回収すべ
く電流を貯蔵するバスコンデンサを含むエネルギ回収回
路に前記相巻線の接続を切換える工程であって、一方の
組のスイッチが前記相巻線の一方の側に接続され、他方
の組のスイッチが前記相巻線の他方の側に接続された二
組のスイッチの切換えを含む工程と、前記相巻線の接続を前記エネルギ回収回路とエネルギの
一部を消散させるエネルギ消散回路との間にて交互に切
換える工程であって、前記相巻線は制御された態様にて
電流を減衰させるべく複数の区間に亘り前記二つの回路
の間に切換えられる工程と、前記相が消勢された状態にある間に前記電動機のロータ
の位置を検出する工程と、前記エネルギ回収回路と前記エネルギ消散回路との間に
前記相巻線の接続を切換える動作信号を発生しそれを前
記他方の組のスイッチへ供給する工程と、前記相が消勢されている区間全体に亘り前記一方の組の
スイッチが閉じられた状態に維持され、前記他方の組の
スイッチが動作信号の信号特性により決定される変調周
波数にて開位置と閉位置との間に切換えられるよう、前
記動作信号にて前記他方の組のスイッチの動作を制御す
る工程であって、前記二組のスイッチが閉じられている
各区間中にはテール電流がハードチョッピングされ、前
記一方の組のスイッチが閉じられ且つ前記他方の組のス
イッチが開かれている各区間中にはテール電流がソフト
チョッピングされ、これにより前記電動機の騒音を低減
するよう制御される零電圧の電流減衰を行う工程と、を
含む方法。
【請求項２１】請求項２０の方法に於いて、前記動作信
号を発生する前記工程はパルス幅及び周波数が前記ＳＲ
Ｍの運転特性の関数であるＰＷＭ動作信号を発生する工
程を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２２】請求項２１の方法に於いて、前記他方の
組のスイッチの動作を制御する前記工程は信号発生装置
により発生されるＰＷＭ動作信号のデューティサイクル
を前記相が付勢されている場合に於ける前記動作信号の
デューティサイクルより逆転させる工程を含んでいるこ
とを特徴とする方法。
【請求項２３】請求項２１の方法に於いて、前記ロータ
の位置を検出する前記工程はホール効果センサにて検出
することを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２４】請求項２０の方法に於いて、前記方法は
更に前記ＳＲＭの運転特性に関する入力を受けるマイク
ロプロセッサにて前記動作信号の信号特性を制御するこ
とを特徴とする方法。
【請求項２５】相が付勢されているときには電流が巻線
に供給され、前記相が消勢された状態になるときには残
留電流が前記巻線中に残留する単相又は多相ＳＲＭの巻
線中の残留電流を減衰せる方法にして、前記残留電流により表されるエネルギの一部を回収する
エネルギ回収回路である第一の回路と、前記残留電流に
より表されるエネルギの一部を消散させるエネルギ消散
回路である第二の回路との間に前記巻線の接続を切換え
る工程と、前記電動機に於けるリンギングを最小限に抑えて前記電
動機の騒音を低減しつつ前記残留電流が０まで減衰され
るよう、制御された態様にて前記エネルギ回収回路と前
記エネルギ消散回路との間に於ける前記巻線の接続の切
換えを制御する工程であって、前記巻線が各区間の一部
に於いて一方の回路に切換えられ各区間の残りの部分に
於いて他方の回路に切換えられるよう前記巻線の接続を
複数の区間に亘り前記二つの回路の間に切換えることを
含み、各区間の継続時間及び前記巻線の接続が前記一方
の回路又は前記他方の回路に切換えられる各区間中の一
部の継続時間は所定の要領にて変更可能である工程と、
を含む方法。
【請求項２６】請求項２５の方法に於いて、前記二つの
回路の間に於ける前記巻線の接続の切換えを制御する前
記工程はＰＷＭ動作信号にて前記巻線の切換えを達成す
るために使用される少なくとも一つのスイッチを制御す
る工程を含み、前記ＰＷＭ動作信号の周波数及びデュー
ティサイクルは前記巻線が前記二つの回路に接続される
各区間の長さ及び前記巻線が一方の回路又は他方の回路
に接続される各区間内の一部の長さ、前記ＰＷＭ動作信
号のデューティサイクル、又はこれらの両方の何れかを
変更し得るよう変更可能であることを特徴とする方法。