(57)【要約】【課題】　スイッチトリラクタンス機械を供給電圧の変化と巻線温度の変動とを補償でき、単一パルスモードへまたはこのモードから円滑に移行できる連続電流モードで制御する。【解決手段】　電動機または発電機のいずれかとして作動するスイッチトリラクタンス機械は、供給電圧と電気的負荷との変動が見られても、連続電流モードにおいて安定した方法で制御される。従来のオンおよびオフ角度θｏｎ，θｏｆｆに加えて電流制御パラメータＩｘを使用すると、連続電流動作モードで円滑に作動するとともに、動作モード間で円滑に移行する能力が得られる。相電流が所定レベルＩｘに達すると、相巻線がフリーホイール状態に置かれることによって、相巻線の定在電流および／または出力電圧を制御する。【選択図】　　　図７
2004056999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　回転子と少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械を連続電流動作モードで制御する方法であって、
　前記回転子が第１の所定位置に達したときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１信号を発生させ、
　前記相巻線における相電流が第１の所定レベルに達したときに、相巻線をフリーホイールさせる第２信号を発生させ、これによってスイッチトリラクタンス機械の出力を制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
　前記回転子が第２の所定位置に達したときに、前記相巻線の電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
　前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達したときに、該相巻線の電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
　前記回転子が第２の所定位置に達することと、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、該相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
　前記相巻線における前記第１の所定レベルの相電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
　前記相巻線における前記第２の所定レベルの相電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定されることを特徴とする請求項３〜５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
　回転子と、少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械の動作を連続電流動作モードで制御する際に使用するための制御装置であって、
　前記固定子に対する前記回転子の角度位置を示す角度位置信号を位置検知手段から受信するための入力部と、
　相巻線における電流を示す相電流信号を受信するための入力部と、
　切換装置へ制御信号を出力するための出力部と、
　前記各入力部で受信された信号を監視するとともに、前記制御信号を発生させるように構成されたプロセッサと、を含み、
　前記プロセッサが、
　前記回転子が第１の所定位置にあることを前記角度位置信号が示すときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させ、
　前記相巻線における電流が第１の所定レベルであることを前記相電流信号が示すときに、該相巻線をフリーホイールさせる第２制御信号を発生させ、これによって該相巻線における定在電流を制御するように構成されることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
　前記プロセッサが、前記回転子が第２の所定位置に達したときに、前記相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項９】
　前記プロセッサが、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達したときに、前記相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項１０】
　前記プロセッサが、前記回転子が第２の所定位置に達することと、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、該相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項１１】
　前記相巻線における前記第１の所定レベルの電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも小さく設定されることを特徴とする請求項７〜１０のうちのいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
　前記相巻線における前記第２の所定レベルの電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定されることを特徴とする請求項９〜１１のうちのいずれかに記載の制御装置。
【請求項１３】
　回転子と、少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械とともに使用するための制御システムであって、
　切換装置と、
　前記固定子に対する前記回転子の角度位置を示す角度位置信号を発生させるための位置検知手段と、
　相巻線における電流を示す相電流信号を発生させるための電流センサと、
　前記切換装置と前記位置検知手段と前記電流センサとに機能的に連結されるとともに、前記角度位置信号と前記相電流信号とを受信して該切換装置へ制御信号を出力するように構成された制御手段と、を含み、
　前記制御手段が連続電流動作モードにおいて、前記回転子が第１の所定位置にあることを前記角度位置信号が示すときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させるとともに、
　前記相電流が所定の閾値に達したときに前記切換装置を作動させる第２制御信号を発生させて、前記相巻線をフリーホイールさせ、これによって該相巻線における定在電流を制御するように構成されることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、リラクタンス機械、さらに詳しくはスイッチトリラクタンス機械の制御に関連する。
【背景技術】
【０００２】
　スイッチトリラクタンス機械の制御と動作全般とについて記載された論文がある（たとえば、非特許文献１）。この論文では、スイッチトリラクタンス機械の「チョッピング」通電モードおよび「単一パルス」通電モードが、高速および低速での該機械の動作について述べられている。
【０００３】
　先行技術による典型的な駆動装置が、図１に大略的に示されている。これは、バッテリあるいは整流・フィルタリングされた交流電源のいずれかである直流電源１１を含む。電源１１によって供給される直流電圧は、電子制御ユニット１４の制御の下で電力コンバータ１３によって、電動機１２の相巻線１６間で切換えられる。通常は、相電流のフィードバックを行うために、或る形の電流トランスデューサ１８が設けられている。周知である多くのコンバータトポロジーの１つが図２に示されており、ここでは、電流フィードバック信号を与えるために、下側スイッチ２２に抵抗器２８が直列接続されている。
【０００４】
　さらに詳しくは、前記機械の相巻線１６は、母線２６，２７間に２つのスイッチング素子２１，２２と直列に接続される。母線２６，２７をまとめて、コンバータの直流リンクと呼ぶ。スイッチ２１，２２が開いたとき、巻線電流を直流リンクに戻すことができるように、巻線にはエネルギ回復ダイオード２３，２４が接続される。下側スイッチ２２には、電流検知抵抗器として作用する低値抵抗器２８が直列に接続されている。電源から引き出すことも電源に戻すこともできない直流リンク電流の交番成分（すなわち、いわゆる「リップル電流」）を供給または吸収させるために、直流リンクコンデンサとして知られるコンデンサ２５が直流リンクに接続される。コンデンサ２５は直列および／または並列に接続された複数のコンデンサを含んでいてもよく、並列接続が使用される場合には、各要素の一部がコンバータ全体に分散されていてもよい。
【０００５】
　スイッチトリラクタンス機械の性能は、回転子位置に対する正確な位相通電タイミングに、一部左右される。従来、固定子に取り付けられた光学または磁気センサと協働する、機械回転子に取り付けられた回転歯付きディスクなどの、図１に大略的に示されたようなトランスデューサ１５を使用することによって、回転子位置の検出が達成される。固定子に対する回転子位置を示すパルス列が発生して、制御回路構成に供給され、正確な位相通電を可能にする。位置検出の代替方法は、機械の別のパラメータの測定から位置が推定される、いわゆる「センサレス」法を含む。
【０００６】
　低速では、スイッチトリラクタンスシステムは、一般的に、電動機動作のために、図３に概して示されるように電流制御モード、すなわち「チョッピング」モードで作動する。図３（ａ）のように、「ハード」チョッピングを用いるヒステリシス電流制御装置がしばしば使用される。一般的に、最低インダクタンス領域における角度θｏｎで位相に電圧が印加され、上限Ｉｕに到達するまで電流は急上昇し、到達したときに両スイッチ２１，２２が開いて、ダイオード２３，２４の作用によって巻線に、両スイッチ２１，２２が閉じているときとは正反対の電圧が印加され、磁束、したがって電流を抑える。下限Ｉｌに到達すると、両スイッチ２１，２２が閉じて、電流が再び上昇する。一般的には、回転子極が固定子極と完全に整列するときである最高インダクタンス点で、スイッチオフ角度θｏｆｆに達するまで、このサイクルが繰り返される。次に、逆電圧によって、電流はゼロまで抑えられる。θｏｎでサイクルが再び開始されるまで電流はゼロのままであるので、電流のマーク対スペース比はおよそ０．５である。
【０００７】
　代替策として、「ソフト」チョッピングとして知られるものが図３（ｂ）に示されており、ここでは、電流が上限に到達したときに一方のスイッチのみ、たとえばスイッチ２１が開き、次に巻線、第２スイッチ２２、一方のダイオード２４を介して電流がはるかにゆっくりと減衰する。その結果生じた切換頻度の低下は、スイッチの切換損失の低下と音響騒音の低下とにしばしば役立つ。当該技術では他の種類の電流制御装置、たとえばオフ時間制御装置、一定周波数制御装置などが周知であるが、ここでは説明しない。しかしながら、これらに共通する特徴は、スイッチおよび／または機械に対する損傷を防止するため、すべてが電流を安全なレベルに制限することである。
【０００８】
　高速では、スイッチトリラクタンスシステムは、一般的に、「単一パルス」通電モードで作動する。このモードは図４に示されており、ここでは、位相インダクタンス周期にわたって、電流および線形インダクタンスの波形が示されている。スイッチオン角度θｏｎで相巻線に電圧が印加されたときに電流が上昇し、ピークに達してから、回転子極が固定子極と重なり始めてインダクタンスが上昇すると、下がる。当然、回路の逆起電力によって電流が制限される。電圧はθｏｆｆで反転し、エネルギが電源に戻ると電流は急速に低下して、エネルギがゼロに達すると、停止する。その後、サイクルが再開する前に、ゼロ電流周期が存在する。
【０００９】
　代替の切換方法では、θｏｆｆの前の角度θｆの間、フリーホイーリングが用いられ、これによって印加電圧なしで、切換回路は電流を相巻線に再循環させる。すなわちフリーホイーリングは、図２に示される回路構成において、たとえばスイッチ２１を開け、スイッチ２２を閉じることによって達成される。電流は、相巻線１６、スイッチ２２、抵抗器２８、母線２７およびダイオード２４によって形成される回路を循環する。このようにして位相（相巻線）は、フリーホイール状態に置かれる。図５は、この技術を示したもので、フリーホイーリング中、印加電圧がゼロである周期が明確に示されている。再び、サイクルを繰返す前の時間の間、電流はゼロまで低下する。
【００１０】
　このようにシステムでは一般的に、低速ではチョッピングモード、高速では単一パルスモードを用いる。パラメータＩｕおよびＩｌ（チョッピングモードで使用）は通常、単一パルスモードの予測ピーク電流を越える値に設定されるので、これらのパラメータは単一パルス動作を妨害しない。駆動装置で故障状態が発生した場合には、電流がＩｕに達し、その後、チョッピング作用が相電流を所望でなければ安全な値に制限するように、「安全網」として作用する値にパラメータＩｕを設定することは周知である。
【００１１】
　特許文献１に開示されているように、スイッチトリラクタンス機械の特殊な動作モードは、連続電流モードである。このモードでは、エネルギリターン周期の終わりに磁束、したがって電流がゼロに戻る前に、巻線が電源に再接続される。したがって、相巻線はそこを連続的に流れる電流によって作動し、常に磁束によって結び付けられる。以前は、使用不可能であるとともに不安定であると考えられていたが、特許文献１には、定常動作が可能となるように、この領域において安定した方法で作動させる方法が開示されている。図６は、電動機動作時の定常電流波形を示し、電流変化は「定在」値Ｉｓよりも上で準正弦波である。これは、動作サイクルの或る点で高レベルの過負荷出力を発生させなければならないシステムにおいては、重要なモードである。このモードでは駆動装置の効率が低下するが、さもなければ大型機械を必要とする仕様の実現を可能にする。
【００１２】
　上記説明では、電動機動作について述べたが、電流波形が電動機動作波形の略鏡像である発電機モードでも機械が同様に作動することは、よく知られている。
【００１３】
　パラメータθｏｎ，θｏｆｆ，Ｉｕ，Ｉｌ，θｆなどは、概ね速度の関数であり、実時間で計算されるか、より一般的には、適当な時点に読み取りを行うことができる何らかの形のテーブルに記憶される。速度が変化する際に機械からの円滑な出力を達成するために、パラメータ値は注意深く選択される。記憶された値が相対的に散在している場合には、中間速度での適当なパラメータ値を得るために、何らかの形の補間法が使用される。チョッピングモードと単一パルスモードとの間、および単一パルスモードと連続電流モードとの間の移行点では、値の選択が特に困難であり、要求されるトルクレベルに関係なく、円滑な移行が望まれる。
【００１４】
　チョッピングモードと単一パルスモードとの移行時におけるこの問題に対する解決手段の１つは、主な変数として電流制御パラメータを使用することである。チョッピング領域を通して、所与のトルク要求について、一般的に電流レベルは速度に対して一定に保持されるが、単一パルスモードまで速度が上昇すると、上限Ｉｕが徐々に（ときには下限Ｉｌが対応する量だけ）高くなるので、図３（ａ）のものから図４のものへ波形が徐々に変化する。電流が電流上限に決して達しない速度に装置が到達すると、電流制御パラメータが一般的に高い値に設定されるために、残りの速度範囲ではこのパラメータが機能しなくなる。
【００１５】
　単一パルスモードから連続電流モードへの移行については、このような解決手段は利用できず、円滑な移行を行うには、一般的にパラメータを注意深く選択することが必要とされる。角度パラメータ（特にθｏｎとθｏｆｆとの角度差である全導通角θｃ）に対する感度が単一パルスモードよりもはるかに高いことが連続電流モードの特徴であるので、パラメータ値の小さな差が、出力の大きな変動を発生させ、望ましくない。
【００１６】
　大部分の変速駆動システムは、或る範囲の供給電圧で作動しなければならず、場合によっては、一般的に、遠隔領域または独立した電源から作動する駆動装置では、この範囲が公称供給電圧の非常に重要な部分である。チョッピングモードのスイッチトリラクタンスシステムでは、これは一般的にそれほど困難ではない。なぜなら、電流制御装置は一般的に、電流勾配の変化に対処することができるからである。しかしながら、単一パルスモードと連続電流モードとでは問題となり、ここでトルクは供給電圧に大きく左右される。この問題を解決する周知の試みには、或る範囲の供給電圧についての制御パラメータの完全集合を記憶すること、すなわち別のパラメータである供給電圧をこの集合に入れることを含むが、制御装置内の記憶スペースに対して許容できない要求をしばしば課す。
【００１７】
　単一パルスモードでは、供給電圧のこの変動に対処する電圧補償方法が開発されている。たとえば、特許文献２には、要求されたトルクを効率的に発生させる制御パラメータ群に到達するように速度信号を変化させる方法が開示されている。他の電圧補償方法は、単一パルスモードでの使用が周知である。
【００１８】
　しかしながら、連続電流モードでは、これら方法で充分であることは稀である。たとえば、この機械が単一パルスモードから連続電流モードへの移行中に作動して、その後供給電圧が上昇する場合には、特許文献２に開示されたような電圧補償方法の使用は、機械を連続電流モードから外れるような制御パラメータを発生させる可能性がある。発生したトルクは次に直ちに低下し、速度の低下を招く。駆動装置が速度制御されている場合には、補償のためにトルク誤差が急激に上昇し、連続電流モードへシステムを強制的に戻す新たな制御パラメータを発生させる。この手順によって、トルク出力に重大な障害を起こして、振動および／または他の不安定状態の発生につながる。
【００１９】
　単一パルスモードでは、発生したトルクは巻線抵抗とは、おそらくは小型の機械または非常に低い電圧で作動する機械を除いて、ほぼ無関係である。機械に負荷の変化が生じると、巻線の温度、したがって巻線の抵抗が変化するが、装置の出力は事実上独立しており、こうして巻線の抵抗に影響されない制御パラメータの使用を可能にする。しかしながら、連続電流モードでは、電流がシステム抵抗と強い相関関係にあり、したがって、所与の制御パラメータについては、巻線の熱的状態によって出力が変動する。たとえ巻線からの信頼性のある熱的フィードバックが妥当なコストで利用可能であっても、温度を補償する制御パラメータを与えると、制御装置の記憶装置に許容できないほどの負荷を加えることになる。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５４６９０３９号明細書
【特許文献２】米国特許第５７２４４７７号明細書
【非特許文献１】J.M. Stephenson, R.J. Blake, “The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives”（スイッチトリラクタンスモータおよび駆動装置の特性、設計および用途）, ＰＣＩＭ’９３会議・展示会，ドイツ，ニュルンベルク，１９９３年６月２１日〜２４日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
　そのため、供給電圧の変化と巻線温度の変動とを補償でき、単一パルスモードへまたはこのモードから円滑に移行できる連続電流モードでの制御方法が必要であることは、明白である。
【００２２】
　本発明の目的は、供給電圧の変化と巻線温度の変動とを補償でき、単一パルスモードへまたはこのモードから円滑に移行できる連続電流モードでの制御を実現するためのスイッチトリラクタンス機械の制御方法、制御装置および制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
　本発明は、複数の極を有する回転子と、複数の極を有する固定子と、少なくとも１つの相巻線とを含むスイッチトリラクタンス機械を連続電流動作モードにおいて制御する方法であって、
　回転子が第１の所定位置に達したときに、相巻線に電圧を印加させる第１信号を発生させ、
　相巻線における相電流が第１の所定レベルに達したときに、相巻線をフリーホイールさせる第２信号を発生させ、これによって機械の出力を制御することを特徴とする方法である。
【００２４】
　この方法はまた、相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させることを含む。この第３信号は、回転子が第２の所定位置に達したとき、または相巻線における相電流が第１の所定レベルよりも高い第２所定レベルに達したときに、発生される。あるいは第３信号は、回転子が第２の所定位置に達することと、相巻線における相電流が第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに発生される。
【００２５】
　相巻線における相電流の第１の所定レベルは、さもなければ生じるであろう相巻線の予想ピーク電流よりも小さく設定される、および／または、相巻線における相電流の第２の所定レベルは、相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定されることが望ましい。
【００２６】
　本発明は、複数の極を有する回転子と、複数の極を有する固定子と、少なくとも１つの相巻線とを含むスイッチトリラクタンス機械の動作を制御する際に使用するための制御装置であって、
　固定子に対する回転子の角度位置を示す角度位置信号を位置検知手段から受信するための入力部と、
　相巻線における電流を示す相電流信号を受信するための入力部と、
　切換装置へ制御信号を出力する出力部と、
　各入力部で受信した信号を監視するとともに、制御信号を発生させるように構成されたプロセッサと、を含み、
　プロセッサは、
　回転子が第１の所定位置にあることを角度位置信号が示すときに、相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させ、
　相巻線における電流が第１の所定レベルであることを相電流信号が示すときに、相巻線をフリーホイールさせる第２制御信号を発生させ、これによって相巻線の定在電流を制御するように構成されていることを特徴とする制御装置である。
【００２７】
　プロセッサはさらに、相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるように構成されることが望ましい。第３信号は、回転子が第２の所定位置に達したとき、または相巻線における相電流が第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達したときに、発生されてもよい。あるいは、プロセッサはさらに、回転子が第２の所定位置に達することと、相巻線における相電流が第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、相巻線における電圧を反転させるように構成されてもよい。
【００２８】
　望ましくは、相巻線における相電流の第１の所定レベルは、相巻線の予測ピーク電流よりも小さく設定される、および／または、相巻線における相電流の第２の所定レベルは、相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定される。
【００２９】
　本発明は、複数の極を有する回転子と、複数の極を有する固定子と、少なくとも１つの相巻線とを含むスイッチトリラクタンス機械に使用するための制御システムであって、
　切換装置と、
　固定子に対する回転子の角度位置を示す角度位置信号を発生させるための位置検知手段と、
　相巻線における相電流を示す相電流信号を発生させるための電流センサと、
　切換装置と位置検知手段と電流センサとに機能的に連結されるとともに、角度位置信号と相電流信号とを受信して切換装置に制御信号を出力するように構成された制御手段と、を含み、
　制御手段が、連続電流動作モードにおいて、回転子が第１の所定位置にあることを角度位置信号が示すときに、相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させ、
　相電流が所定の閾値に達したときに切換装置を作動させるための第２制御信号を発生させて、相巻線をフリーホイールさせ、これによって相巻線の定在電流を制御することを特徴とする制御システムである。
【００３０】
　さらに詳しくは、本発明は、回転子と少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械を連続電流動作モードで制御する方法であって、
　前記回転子が第１の所定位置に達したときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１信号を発生させ、
　前記相巻線における相電流が第１の所定レベルに達したときに、相巻線をフリーホイールさせる第２信号を発生させ、これによってスイッチトリラクタンス機械の出力を制御することを特徴とする方法である。
【００３１】
　本発明において、前記回転子が第２の所定位置に達したときに、前記相巻線の電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする。
【００３２】
　本発明において、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達したときに、該相巻線の電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする。
【００３３】
　本発明において、前記回転子が第２の所定位置に達することと、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、該相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させることをさらに含むことを特徴とする。
【００３４】
　本発明において、前記相巻線における前記第１の所定レベルの相電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも小さく設定されることを特徴とする。
【００３５】
　本発明において、前記相巻線における前記第２の所定レベルの相電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定されることを特徴とする。
【００３６】
　本発明は、回転子と、少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械の動作を連続電流動作モードで制御する際に使用するための制御装置であって、
　前記固定子に対する前記回転子の角度位置を示す角度位置信号を位置検知手段から受信するための入力部と、
　相巻線における電流を示す相電流信号を受信するための入力部と、
　切換装置へ制御信号を出力するための出力部と、
　前記各入力部で受信された信号を監視するとともに、前記制御信号を発生させるように構成されたプロセッサと、を含み、
　前記プロセッサが、
　前記回転子が第１の所定位置にあることを前記角度位置信号が示すときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させ、
　前記相巻線における電流が第１の所定レベルであることを前記相電流信号が示すときに、該相巻線をフリーホイールさせる第２制御信号を発生させ、これによって該相巻線における定在電流を制御するように構成されることを特徴とする制御装置である。
【００３７】
　本発明において、前記プロセッサが、前記回転子が第２の所定位置に達したときに、前記相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする。
【００３８】
　本発明において、前記プロセッサが、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達したときに、前記相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする。
【００３９】
　本発明において、前記プロセッサが、前記回転子が第２の所定位置に達することと、前記相巻線における電流が前記第１の所定レベルよりも高い第２の所定レベルに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、該相巻線における電圧を反転させる第３信号を発生させるようにさらに構成されることを特徴とする。
【００４０】
　本発明において、前記相巻線における前記第１の所定レベルの電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも小さく設定されることを特徴とする。
【００４１】
　本発明において、前記相巻線における前記第２の所定レベルの電流が、該相巻線の予想ピーク電流よりも大きく設定されることを特徴とする。
【００４２】
　本発明は、回転子と、少なくとも１つの相巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンス機械とともに使用するための制御システムであって、
　切換装置と、
　前記固定子に対する前記回転子の角度位置を示す角度位置信号を発生させるための位置検知手段と、
　相巻線における電流を示す相電流信号を発生させるための電流センサと、
　前記切換装置と前記位置検知手段と前記電流センサとに機能的に連結されるとともに、前記角度位置信号と前記相電流信号とを受信して該切換装置へ制御信号を出力するように構成された制御手段と、を含み、
　前記制御手段が連続電流動作モードにおいて、前記回転子が第１の所定位置にあることを前記角度位置信号が示すときに、前記相巻線に電圧を印加させる第１制御信号を発生させるとともに、
　前記相電流が所定の閾値に達したときに前記切換装置を作動させる第２制御信号を発生させて、前記相巻線をフリーホイールさせ、これによって該相巻線における定在電流を制御するように構成されることを特徴とする制御システムである。
【発明の効果】
【００４３】
　本発明に従えば、相巻線の残りの導通角の少なくとも一部については、相巻線がフリーホイールする。電動機モードでは、これは相巻線の定在電流を制御する傾向があり、発電機モードでは機械の出力電圧を制御する傾向がある。
【００４４】
　従来のオンおよびオフ角度に加えて、相電流の第１の所定レベルである電流制御パラメータＩｘを使用すると、連続電流動作モードで円滑に作動するとともに、動作モード間で円滑に移行する能力が得られる。相電流が第１の所定レベルＩｘに達すると、相巻線がフリーホイール状態に置かれることによって、電動機モードでは相巻線の定在電流を制御することができ、発電機モードでは出力電圧を制御することができる。
【００４５】
　このような構成では、温度の低下のために、供給電圧が上昇するか巻線の抵抗が低下すると、相電流が急上昇して、より急速に第１の所定レベルＩｘに到達して、事実上オン時間を短くするとともにフリーホイール時間を長くし、こうして定在電流の上昇を防ぎ、システムを安定化させる。逆に、供給電圧の低下または抵抗の上昇は、電流の上昇を遅くして、オン時間を増大させ、フリーホイール時間を減少させて、定在電流の低下を防止する。このようにして、供給電圧の変化と巻線温度の変動とを補償でき、単一パルスモードへまたはこのモードから円滑に移行できる連続電流モードでの制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
　本発明は、幾つかの方法で実施することができ、その一部を例として、また添付図面を参照して説明する。
【００４７】
　図１を参照して、電動機および発電機として作動するスイッチトリラクタンス機械１２は、複数の極を有する回転子と、複数の極を有する固定子と、少なくとも１つの相巻線１６とを含む。このスイッチトリラクタンス機械１２を制御する制御システムは、電力コンバータ１３に含まれる切換装置であるスイッチ２１，２２と、固定子に対する回転子の角度位置を示す角度位置信号を発生させるための位置検知手段である回転子位置トランスデューサ１５と、相巻線１６における相電流を示す相電流信号を発生させるための電流センサである電流トランスデューサ１８と、制御手段である制御装置１４とを含む。制御装置１４は、スイッチ２１，２２と回転子位置トランスデューサ１５と電流トランスデューサ１８とに機能的に連結されるとともに、角度位置信号と相電流信号とを受信してスイッチ２１，２２に制御信号を出力するように構成される。
【００４８】
　制御装置１４は、固定子に対する回転子の角度位置を示す角度位置信号を回転子位置トランスデューサ１５から受信するための入力部と、相巻線１６における電流を示す電流トランスデューサ１８からの相電流信号を受信するための入力部と、スイッチ２１，２２へ制御信号を出力する出力部と、各入力部で受信した信号を監視するとともに、制御信号を発生させるように構成されたプロセッサとを含む。プロセッサは、回転子が第１の所定位置にあることを角度位置信号が示すときに、相巻線１６に電圧を印加させる第１制御信号を発生させ、相巻線１６における電流が第１の所定レベルであることを相電流信号が示すときに、相巻線１６をフリーホイールさせる第２制御信号を発生させ、これによって相巻線１６の定在電流を制御するように構成されている。
【００４９】
　スイッチトリラクタンス機械の位相インダクタンスサイクルは、各位相のインダクタンスが変動する周期、たとえば、回転子極と関連する各固定子極とが完全に整列したときの最大値の間の周期である。説明する図の実施形態では、３相スイッチトリラクタンス駆動装置を使用するが、電動機モードと発電機モードのいずれでも、任意の数の位相が機械に使用できる。
【００５０】
　制御方法では、位相の定在電流Ｉｓを制御する任意のフリーホイーリング周期を開始させるために、スイッチオン角度とスイッチオフ角度と電流レベルとが使用される。連続電流モードにおける従来の制御方法とは異なり、本方法では、連続電流の急激な低下を起こさずに定在電流値を円滑に制御できる。
【００５１】
　図７は、本発明に従って選択された典型的な制御パラメータ群を示す。動作時に、位相は通常の方法によって、回転子の第１の所定位置であるスイッチオン角度θｏｎで切換えられる。第１の所定レベルである電流レベルＩｘが選択されるが、その値は位相の自然ピーク電流を若干下回る。相電流がＩｘに達したとき、第２の所定位置であるスイッチオフ角度θｏｆｆに達するまで（たとえば、位相の残りの導通角の間）、図２に示される、たとえば上側スイッチ２１をオフして位相がフリーホイール状態に置かれ、この点で従来どおりの制御が行われて、図２に示される両スイッチ２１，２２がオフとなるように、制御システムは構成されている。すなわち、制御装置１４のプロセッサは、回転子が第１の所定位置θｏｎに達したとき、相巻線１６に電圧を印加させる第１制御信号を発生して両スイッチ２１，２２をオンにする。また制御装置１４のプロセッサは、相巻線１６における相電流が第１の所定レベルＩｘに達したときに、相巻線１６をフリーホイールさせる第２制御信号を発生して上側スイッチ２１をオフにする。さらに制御装置１４のプロセッサは、回転子が第２の所定位置θｏｆｆに達したときに、相巻線１６の電圧を反転させる第３制御信号を発生して下側スイッチ２２をオフにして、結果的に両スイッチ２１，２２をオフにする。このような制御は、予想に反して、ピーク電流にも波形の形状にも重大な変化を与えない。代わりに、定在電流レベルの制御を可能にし、Ｉｘを少量だけ変化させると、対応してＩｓが変化する。
【００５２】
　この予想していなかった結果は、制御には著しく有益である。温度の低下のために、供給電圧が上昇するか巻線の抵抗が低下すると、相電流が急上昇して、より急速にＩｘに到達して、事実上オン時間を短くして、フリーホイール時間を長くし、こうして定在電流Ｉｓの上昇を防ぎ、システムを安定化させる。逆に、供給電圧の低下または抵抗の上昇は、電流の上昇を遅くして、オン時間を増大させ、フリーホイール時間を減少させて、定在電流の低下を防止する。こうしたことの達成を可能にするのは、角度と電流とのパラメータの組合せである。
【００５３】
　導通角の微細な分解能に対する要件を緩和させるという点で、この制御方法にはさらなる利点が見られる。連続電流モードでは導通角に対する出力の感度が高いので、このモードでの制御を良好に行うには、このパラメータの分解能を非常に微細にする必要があることは、すでに分かっている。しかしながら、たとえば位置レゾルバのコストはその分解能に大きく左右されるので、これを達成するには費用がかかる。実際、システムによっては、使用できる連続電流の量は、角度パラメータに対して行える制御の程度に著しく制限される。しかしながら、本発明では、角度パラメータのステップ間の負荷点を効果的に「埋める」ため、微細な分解能で容易に制御される電流パラメータを使用できる。
【００５４】
　この方法の変形例では、図８に示されるように、２つの電流パラメータが用いられる。第２の所定レベルである第２パラメータＩｙは、Ｉｘおよび波形の予想ピーク電流よりも大きく設定される。動作時、フリーホイーリング中（すなわちＩｘに達した後）に、たとえば発電が行われているために電流が著しく上昇した場合には、第２スイッチ、すなわち下側スイッチ２２をオフに切換えるためにＩｙが使用され、θｏｆｆパラメータを前に進めるのに有効である。こうして、位相の残りの導通角のすべてに対して、位相がフリーホイールすることはなく、位相の残りの導通角の一部について、位相はフリーホイールする。
【００５５】
　すなわち、第１の所定レベルであるＩｘに達してフリーホイーリング状態にあるとき、相電流が第２の所定レベルであるＩｙに達すると、制御装置１４のプロセッサは、相巻線１６の電圧を反転させる第３制御信号を発生して下側スイッチ２２をオフにして、結果的に両スイッチ２１，２２をオフにする。すなわち、制御装置１４のプロセッサは、回転子が第２の所定位置θｏｆｆに達することと、相巻線１６における電流が第１の所定レベルＩｘよりも高い第２の所定レベルＩｙに達することとの２つの条件のうち、最初の条件が満たされたときに、相巻線１６における電圧を反転させる第３制御信号を発生して、下側スイッチ２２をオフにして、結果的に両スイッチ２１，２２をオフにする。これによって、第２の所定位置であるスイッチオフ角度θｏｆｆに達する前に、両スイッチ２１，２２をオフにして、強制的に相巻線１６の電圧を反転させることができ、スイッチオフ角度θｏｆｆをスイッチオン角度θｏｎ側（図８の左側）にシフトすることができる。
【００５６】
　本発明を実施する際には、機械を公称電圧と平均温度上昇とで特徴付けると、一般的に好都合である。これによって、電圧および温度の上昇または下降の両方に対応するようにＩｘを選択できる。また、連続電流に入る前の点を、自然ピーク電流よりも少し大きく設定されたＩｘで特徴付けると、電圧が上昇して、さもなければ機械が突然連続電流に入ったときに、電流制御Ｉｘの存在によって入り方をなだらかにし、システムを安定化させ、好都合である。
【００５７】
　機械が発電機モードで作動中に特に有益な、本発明の別の実施形態について説明する。発電機モードで作動しているときには、通常は機械的構成の慣性が原動機に左右されるので、機械の速度は概して一定であるか、ゆっくりとしか変化しない。システムが、「スティフな」電源へ発電するのでなければ、主として電気的負荷と直流リンクコンデンサ、すなわち図２のコンデンサ２５の定格とによって、電圧が制御される。電気的負荷に突然の変化、たとえば負荷の少なくとも一部が突然切断されたときのいわゆる「負荷ダンプ」状況が生じた場合には、制御システムが即座に反応しなければ、直流リンクには対応する電圧の揺れが発生する。これは、残りの負荷という点から見ると望ましくなく、直流リンクコンデンサの上向きの電圧の揺れの場合には、深刻な過電圧時には壊滅的な破損を被る。機械がチョッピングモードまたは単一パルスモードで作動している場合には、制御システムの帯域幅（bandwidth）は一般的に、制御角を変えることによって過渡電流を制御するのに充分である。しかしながら、機械が連続電流モードで作動している場合には、定在電流が新たな定常値に達するために多くのサイクルを要するので、応答は必然的により遅くなる。
【００５８】
　３６００ｒｐｍの速度で作動する１０ｋＷの定格を持つスイッチトリラクタンス発電機の電圧出力を示す図９に、このことが図示されている。ｔ＝０より前に、発電機は負荷に１０ｋＷを供給し、電圧はその定格値である３４０Ｖで安定している。ｔ＝０で負荷が突然取り除かれ、従来のＰ＋Ｉ制御（比例積分制御）では、電圧は最大４２８Ｖ（すなわち＋１９％）に上昇し、回復にはおよそ２００ミリ秒を要する。制御装置の利得を増大させると、このような変化の減少に役立つが、利得が高すぎると、それ自体によって不安定性が生じる。
【００５９】
　オン角度と電流パラメータとを制御することによって、この状況に本発明を当てはめると、図９に見られるように、すぐに効果が現れ、行き過ぎ量は３８５Ｖまで低下し、回復時間は１２ミリ秒に減少する。過渡電流のエネルギは前の場合のおよそ４％に減少しており、不要な副作用を著しく減らすことが理解されるであろう。
【００６０】
　負荷の小さな変化によって生じる、より小さな過渡電流に同じ原理が当てはまることが理解されるであろう。これは、出力電圧の負の揺れにつながる負荷の突然の増大にも当てはまる。
【００６１】
　マイクロプロセッサのアルゴリズムの実行に関する詳細では特に、本発明から逸脱せずに開示された構成の変形が可能であることは、当業者には理解できるであろう。したがって、幾つかの実施形態についての上記説明は、一例としてのものであって、限定の目的はない。上述した動作に大きな変更を加えずに駆動回路に細かい変形を行えることは、当業者には明らかであろう。本発明は、特許請求の範囲のみによって制限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】典型的な先行技術によるスイッチトリラクタンス駆動装置を示す。
【図２】図１のコンバータの１つの位相についての周知のトポロジーを示す。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、典型的なチョッピング制御波形を示す。
【図４】単一パルス制御における典型的な電流波形を示す。
【図５】フリーホイーリングを用いた単一パルス制御における典型的な電流波形を示す。
【図６】連続電流モードにおける典型的な電流波形を示す。
【図７】本発明の実施の一形態に従って作動する装置の電流波形を示す。
【図８】本発明の別の実施形態に従って作動する装置の電流波形を示す。
【図９】負荷ダンプを受けた発電機の回復時間を示す。
【符号の説明】
【００６３】
　１１　電源
　１２　スイッチトリラクタンス機械
　１３　電力コンバータ
　１４　制御装置
　１５　トランスデューサ
　１６　相巻線
　１８　電流トランスデューサ
　１９　負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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