JP3250555B2

JP3250555B2 - スイッチトリラクタンスモータ用インバータ装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP3250555B2
Application number: JP29019899A
Authority: JP
Inventors: 広之山井; 秀樹高山
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: JP2000295891A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はスイッチトリラク
タンスモータを駆動するためのインバータ装置およびそ
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導モータ（以下、ＡＣモータと称す
る）に比べ、原理的に低電流・大トルク特性を持つため
小型化でき、モータ構造もシンプルなため大幅なコスト
ダウンが望めるスイッチトリラクタンスモータ（以下、
ＳＲモータと略称する）が知られている。

【０００３】一般的にＳＲモータの発生トルクτは、数
１で表すことができる。

【０００４】

【数１】ただし、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは各相巻線電流、Ｌｕ、Ｌ
ｖ、Ｌｗは各相巻線自己インダクタンス、θは回転子の
位置角をそれぞれ示している。

【０００５】図２４にＳＲモータの各相巻線の自己イン
ダクタンスの変化の様子と通電波形との関係を示す。

【０００６】図２４中（Ｅ）に示すように、各巻線の自
己インダクタンスの回転角度に対する変化は三角波に近
似でき、それぞれ機械角で３０°の位相差を持つ。ま
た、数１より分かるように、トルクの正／負はインダク
タンスの変化率により決まり、電流極性に依存しないた
め、正トルクを得たい場合にはインダクタンスの変化率
が正の区間に矩形波電流を通電できるインバータ回路と
このような制御が必要となる。

【０００７】なお、図２４は固定子／回転子の極数が６
／４の場合について例示しているが、その他の極数の組
み合わせのＳＲモータにおいても同様なインバータ回路
と制御が必要となる。

【０００８】図２５は従来のＳＲモータ駆動用インバー
タ回路を示す電気回路図である。なお、図２５中（Ａ）
がインバータ主回路を示し、図２５中（Ｂ）が波形制御
回路を示している。

【０００９】このインバータ主回路は、通電制御のため
のスイッチングトランジスタが各相巻線に対応させてＤ
Ｃリンクの上（＋）側と下（−）側にそれぞれ接続さ
れ、＋側スイッチングトランジスタのエミッタ端子と−
側スイッチングトランジスタのコレクタ端子との間に負
荷となる対応する巻線を接続するとともに、各スイッチ
ングトランジスタＯＦＦ時に動作するダイオードがＤＣ
リンクの＋側と−側にそれぞれ接続され、＋側の各ダイ
オードのアノードは−側の対応するスイッチングトラン
ジスタのコレクタ端子に、−側の各ダイオードのカソー
ドは＋側の対応するスイッチングトランジスタのエミッ
タ端子に、それぞれ接続されている。

【００１０】また、波形制御回路は、各相巻線に対応し
て−側に接続されたスイッチングトランジスタを転流タ
イミング発生部から出力される信号に基づいてＯＮする
一方、＋側に接続されたスイッチングトランジスタを、
電流検出器により検出される検出電流と電流振幅指令発
生部から出力される指令電流との偏差をヒステリシスコ
ンパレータに入力して得られる出力信号と転流タイミン
グ発生部から出力される信号とに基づいてＯＮ−ＯＦＦ
制御、すなわち、パルス幅変調（以下、ＰＷＭと略称す
る）する。

【００１１】すなわち、＋側に接続されたスイッチング
トランジスタは、偏差が正の場合にＯＮとなり、巻線の
両端に両スイッチングトランジスタを介して直流電圧Ｖ
ＤＣが印加され、巻線電流が上昇する。また、＋側に接
続されたスイッチングトランジスタは、偏差が負の場合
にＯＦＦとなり、巻線の両端には、−側に接続されたス
イッチングトランジスタと−側に接続されたダイオード
によって０電圧が印加され、巻線抵抗によって巻線電流
が減衰する。

【００１２】したがって、＋側に接続されたスイッチン
グトランジスタのＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことにより、
電流指令に対してヒステリシス幅のリプルを持つ波形を
得ることができる。

【００１３】また、通電相を切り替える時には、両スイ
ッチングトランジスタを共にＯＦＦにし、ＤＣリンクの
＋側、−側にそれぞれ接続されたダイオードにより逆電
圧（−ＶＤＣ）が印加でき、電流を急激にＯＦＦでき
る。

【００１４】なお、＋側に接続されたスイッチングトラ
ンジスタに代えて−側に接続されたスイッチングトラン
ジスタを前記ヒステリシスコンパレータの出力に基づき
ＰＷＭを行ってもよいし、電流リプルは大きくなるがＰ
ＷＭ動作時に両スイッチングトランジスタを同時にＰＷ
Ｍしてもよい。

【００１５】また、ヒステリシスコンパレータ方式の他
には、例えば、三角波比較方式などを採用することが可
能である。

【００１６】図２６は三角波比較方式を採用した電流制
御回路の構成を示すブロック図である。

【００１７】この電流制御回路は、１相分のインバータ
回路に接続された巻線に流れる電流を電流検出器６１に
よって検出し、検出された電流と電流振幅指令発生部６
２から出力される電流振幅指令とをオペアンプ６３の反
転入力端子、非反転入力端子に供給して電流偏差を検出
し、検出された電流偏差をＰＩ演算器（比例演算および
積分演算を行う演算器）６４に供給して電圧指令を算出
し、算出された電圧指令をコンパレータ６５の＋入力端
子に供給するとともに、三角波発振器６６からの発振出
力をコンパレータ６５の−入力端子に供給して、電圧指
令と発振出力との大小を比較することにより、ＰＷＭ信
号を出力する。

【００１８】また、転流タイミング発生部６７から出力
される転流信号をそのまま−側のスイッチングトランジ
スタに供給しているとともに、この転流信号により制御
されるＡＮＤゲート６８を通してＰＷＭ信号を＋側のス
イッチングトランジスタに供給している。

【００１９】この電流制御回路の作用は次のとおりであ
る。

【００２０】電流振幅指令と検出電流との差をＰＩ演算
器６４に供給することにより、インバータ出力電圧指令
を算出することができる。そして、このインバータ出力
電圧指令を三角波（搬送波）と比較することによりＰＷ
Ｍ信号に変換し、＋側のスイッチングトランジスタに対
してＯＮ−ＯＦＦ指示信号として供給する。

【００２１】したがって、ヒステリシスコンパレータ方
式の電流制御回路と同様に１対のスイッチングトランジ
スタをＯＮ−ＯＦＦ制御することができる。

【００２２】また、図２６に示す電流制御回路におい
て、電流の応答性はＰＩ演算の定数｛比例（ｐ）ゲイン
・積分（Ｉ）ゲイン）に関係し、ＰＩ演算器６４の応答
が早い系に対しては、それなりに三角波の周波数を高め
に設定する必要がある。通常、例えば、２ｋＨｚの電流
応答を得たい場合には、その１０倍以上（２０ｋＨｚ以
上）に三角波の周波数を設定する。

【００２３】図２６に示す電流制御回路は、一般にヒス
テリシスコンパレータに比べ、電流応答は劣るが、電流
リプルを小さくでき、ＰＷＭによる電流高調波を低減で
きるため、電磁音が問題となる用途の場合に特に適して
いる。

【００２４】なお、インバータ出力電圧指令をＰＷＭ信
号に変換するための搬送波には、三角波の他に鋸歯状波
を用いることもできる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】図２５中（Ａ）に示す
インバータ主回路は、巻線電流を制御する各相のスイッ
チングトランジスタおよびダイオードが相毎に独立に配
置されているため、ＳＲモータの自己インダクタンスの
変化率が正の区間（指令トルク極性によっては負の区
間）でのみ通電制御が可能で理想的な回路形態である。
なお、通電制御される波形は前述の矩形波に限定される
ものではなく、ＳＲモータの電磁特性に応じ、矩形波以
外の波形を採用する場合もある。

【００２６】しかし、広く普及しているＡＣモータ用イ
ンバータ回路（図２７参照）と比較して、以下の課題が
ある。

【００２７】（１）ＡＣモータに比べ、ＳＲモータへの
接続線数が多くなるので、ＳＲモータへの接続処理が煩
雑になり、また、ＤＣリンク端子を合わせると、ＡＣモ
ータ用インバータ回路では電力線引き出し数が５である
のに対して、ＳＲモータ用インバータ回路では電力線引
き出し数が８になり、これに伴い、ＳＲモータ用インバ
ータのモジュールのサイズがＡＣモータ用インバータの
モジュールのサイズに比べて大きく、ひいてはコストア
ップを招いてしまう。

【００２８】（２）ＡＣモータ用インバータ回路を構成
するためには、図２８中（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すよう
な種々のモジュール品が安価に供給されている。しか
し、ＳＲモータ用インバータ回路は汎用化されておら
ず、高価である。この点に関連して、ＡＣモータ用イン
バータ回路を流用することが考えられるが、この場合に
は、ＳＲモータの巻線をＹ結線し、もしくはΔ結線して
ＡＣモータ用インバータ回路と接続することになる。そ
して、このような接続を行えば、各相電流の和が０にな
るという関係から、少なくとも２相に絶えず電流が流
れ、逆トルクが必然的に発生するので、著しく効率が低
下してしまう。逆に、ＳＲモータ用インバータ回路の全
てをディスクリート品で構成すれば、必要な素子数が１
２になる。この結果、数ｋＷ以上の容量では回路サイズ
が大きくなり、組み立てが煩雑化し、コストアップを招
いてしまう。

【００２９】これらのインバータ回路のコストアップ要
因によりＳＲモータのコストダウン効果が損なわれてい
た。

【００３０】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、効率を低下させることなく、電力線引き
出し数を減少させ、ひいてはコストダウンを達成するこ
とができるＳＲモータ用インバータ装置およびその制御
方法を提供することを目的としている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】請求項１のＳＲモータ用
インバータ装置は、ＳＲモータの各相巻線に選択的に動
作用電圧を供給するためのものであって、ＳＲモータの
各相巻線に動作用電圧を供給するためのスイッチング素
子とダイオードとからなる１対づつの直列回路を有し、
各相に対応する一方の直列回路の中点と他の１つの相に
対応する他方の直列回路の中点とを均圧線で接続してな
るインバータ回路を含むものである。

【００３２】請求項２のＳＲモータ用インバータ装置
は、通電時および転流時に、均圧線で接続された両中点
の電圧が互いに等しくなるように各スイッチング素子を
制御するインバータ制御手段をさらに含むものである。

【００３３】請求項３のＳＲモータ用インバータ装置
は、スイッチトリラクタンスモータとして３相分の巻線
を有するものを採用し、インバータ回路から２相分の巻
線に供給されるインバータ出力電流のみを検出する電流
検出手段をさらに含むものである。

【００３４】請求項４のＳＲモータ用インバータ装置
は、転流時に開放状態の相の巻線に発生するスパイク電
圧に拘わらず、前記開放状態の巻線を非通電状態に保持
し続けるようにインバータ回路とスイッチトリラクタン
スモータの各相巻線とを接続したものである。

【００３５】

【００３６】

【作用】請求項１のＳＲモータ用インバータ装置であれ
ば、ＳＲモータの各相巻線に選択的に動作用電圧を供給
するに当たって、ＳＲモータの各相巻線に動作用電圧を
供給するためのスイッチング素子とダイオードとからな
る１対づつの直列回路を有し、各相に対応する一方の直
列回路の中点と他の１つの相に対応する他方の直列回路
の中点とを均圧線で接続してなるインバータ回路を採用
しているので、電力線引き出し数を減少させることがで
き、ひいてはコストダウンを達成することができる。ま
た、汎用のモジュール品を用いてインバータ回路を構成
することにより必要な素子数を減少させることができ、
この面からもコストダウンを達成することができる。

【００３７】請求項２のＳＲモータ用インバータ装置で
あれば、インバータ制御手段によって、通電時および転
流時に、均圧線で接続された両中点の電圧が互いに等し
くなるように各スイッチング素子を制御することができ
る。

【００３８】したがって、ＳＲモータの効率を低下させ
ることなく、請求項１と同様の作用を達成することがで
きる。

【００３９】請求項３のＳＲモータ用インバータ装置で
あれば、ＳＲモータが３相分の巻線を有している場合
に、２相分のみのインバータ出力電流を検出するだけで
全ての相のインバータ出力電流を検出し、制御すること
ができ、電流検出手段の必要数を少なくすることができ
るほか、請求項１または請求項２と同様の作用を達成す
ることができる。

【００４０】請求項４のＳＲモータ用インバータ装置で
あれば、転流時に開放状態の相の巻線に発生するスパイ
ク電圧に拘わらず、前記開放状態の巻線を非通電状態に
保持し続けるようにインバータ回路とスイッチトリラク
タンスモータの各相巻線とを接続したのであるから、請
求項１から請求項３の何れかの作用に加え、逆トルクに
起因する効率の低下、運転範囲の縮小を未然に防止する
ことができる。

【００４１】

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明のＳＲモータ用インバータ装置およびその制御方法
の実施の態様を詳細に説明する。

【００４３】図２５に示す従来のＳＲモータ用インバー
タ装置を用いてｕ相からｖ相への転流を行わせる場合に
おける各部の動作波形は図１０に示すとおりであり、ｖ
相からｕ相への転流を行わせる場合における各部の動作
波形は図１１に示すとおりである。なお、ｉｕ、ｉｖは
ｕ相、ｖ相巻線を流れる電流を示し、ｖＤｕ−はダイオ
ードＤｕ−の両端電圧を示し、ｖＴｖ−はスイッチング
トランジスタＴｖ−の両端電圧を示し、Ｔｕ＋、Ｔｕ
−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−はスイッチングトランジスタＴｕ
＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−のＯＮ（１）−ＯＦＦ
（０）状態を示している。

【００４４】ここで、ｕ相からｖ相への転流について、
転流直後からｕ相電流が切れる（０［Ａ］になる）まで
のｖＤｕ−、ｖＴｖ−に着目してみると、電流がオーバ
ーラップしているこの期間ではダイオードＤｕ−がＯＮ
し、この両端電圧ｖＤｕ−は０［Ｖ］になり、一方、ス
イッチングトランジスタＴｕ−にはＯＮ信号（１レベル
の信号）が入力されているので、その両端電圧ｖＴｖ−
も０［Ｖ］になっていることが分かる。なお、ｕ相電流
は一旦切れると、次回にスイッチングトランジスタＴｕ
＋、Ｔｕ−に共にＯＮ信号が入力されるまではｕ相巻線
に電圧が印加されないため電流は流れない。

【００４５】次に、ｖ相からｕ相への転流について、転
流直後からｖ相電流が切れる（０［Ａ］になる）までの
ｖＤｕ−、ｖＴｖ−に着目してみると、ｕ相からｖ相へ
の転流の場合と異なり、ＰＷＭ信号を入力するスイッチ
ングトランジスタとして、ｕ相についてはスイッチング
トランジスタＴｕ−、ｖ相についてはスイッチングトラ
ンジスタＴｖ−をそれぞれ選んでいる。このため、電流
がオーバーラップしているこの期間ではダイオードＤｖ
＋がＯＮし、この両端電圧ｖＤｖ＋はＶＤＣ［Ｖ］にな
り、一方、スイッチングトランジスタＴｖ＋にはＯＮ信
号（１レベルの信号）が入力されているので、その両端
電圧ｖＴｖ−もＶＤＣ［Ｖ］になっていることが分か
る。

【００４６】以上から、図２５に示す従来のＳＲモータ
用インバータ装置のＰＷＭ信号の与え方を工夫すること
で、図１０から図１１に示すように、隣接する素子両端
電圧を同じにでき、その結果、図１に示すように隣接す
る素子間を均圧線で接続できることが分かる。これによ
り、ＳＲモータへの接続線の数を従来のＳＲインバータ
に比べ、２線低減でき４線とすることができる。

【００４７】なお、図１の回路構成においては、予め電
流が流れていない巻線は、巻線両端に接続されたスイッ
チングトランジスタに共にＯＮ信号が入力されるまで、
電圧が印加されず電流が流れないことから、通電相切り
替え時に切り替え前の相の電流が流れなくなってから、
別の相の通電を行う制御法も考えられる。

【００４８】図２を用いてこの発明のＳＲモータ用イン
バータの制御方法をさらに詳述する。

【００４９】このインバータ装置は、直流電源１の＋端
子、−端子のそれぞれに接続される＋側ＤＣリンク２
ａ、−側ＤＣリンク２ｂを有している。そして、各相巻
線に対応させて通電制御のためのスイッチングトランジ
スタＴｕ＋、Ｔｖ＋、Ｔｗ＋が＋側ＤＣリンク２ａに、
スイッチングトランジスタＴｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−が−
側ＤＣリンク２ｂにそれぞれ接続されている。これらの
スイッチングトランジスタＴｕ＋、Ｔｖ＋、Ｔｗ＋とス
イッチングトランジスタＴｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−との間
にそれぞれ対応する相の巻線３ｕ、３ｖ、３ｗが接続さ
れている。また、スイッチングトランジスタＯＦＦ時に
動作するダイオードＤｕ＋、Ｄｖ＋、Ｄｗ＋が＋側ＤＣ
リンク２ａに、スイッチングトランジスタＯＦＦ時に動
作するダイオードＤｕ−、Ｄｖ−、Ｄｗ−が−側ＤＣリ
ンク２ｂにそれぞれ接続されている。そして、ダイオー
ドＤｕ＋、Ｄｖ＋、Ｄｗ＋のアノードはスイッチングト
ランジスタＴｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−のコレクタ端子に、
それぞれ接続され、ダイオードＤｕ−、Ｄｖ−、Ｄｗ−
のカソードはスイッチングトランジスタＴｕ＋、Ｔｖ
＋、Ｔｗ＋のエミッタ端子に、それぞれ接続されてい
る。さらに、スイッチングトランジスタＴｕ＋とダイオ
ードＤｕ−との接続点と、ダイオードＤｖ＋とスイッチ
ングトランジスタＴｖ−との接続点とを第１の均圧線４
ｕで接続し、スイッチングトランジスタＴｖ＋とダイオ
ードＤｖ−との接続点と、ダイオードＤｗ＋とスイッチ
ングトランジスタＴｗ−との接続点とを第２の均圧線４
ｖで接続している。さらにまた、スイッチングトランジ
スタＴｕ＋、Ｔｖ＋、Ｔｗ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ−、Ｔｗ−
を制御するためのインバータ制御部５を有している。

【００５０】図３はインバータ制御部５の構成の一例を
示すブロック図である。

【００５１】このインバータ制御回路５は、各相の電流
検出を行うとともに、電流指令値を出力するｕ相電流検
出／電流指令値出力部５ｕ１、ｖ相電流検出／電流指令
値出力部５ｖ１、ｗ相電流検出／電流指令値出力部５ｗ
１からの出力信号を入力としてＰＷＭ信号を発生するＰ
ＷＭ信号発生部５ｕ２、５ｖ２、５ｗ２と、各相の転流
信号を位置角に応じて発生して一方のスイッチングトラ
ンジスタに対してスイッチング指令として供給するｕ相
転流信号発生部５ｕ３、ｖ相転流信号発生部５ｖ３、ｗ
相転流信号発生部５ｗ３と、ＰＷＭ信号発生部５ｕ２、
５ｖ２、５ｗ２のそれぞれからのＰＷＭ信号とｕ相転流
信号発生部５ｕ３、ｖ相転流信号発生部５ｖ３、ｗ相転
流信号発生部５ｗ３のそれぞれからの転流信号とを入力
として他方のスイッチングトランジスタに対するスイッ
チング指令を出力するＡＮＤゲート５ｕ４、５ｖ４、５
ｗ４と、正転／逆転を指示する正逆信号を出力する正逆
信号発生部５ｖ５と、正逆信号発生部５ｖ５から出力さ
れる正逆信号により切り替え動作し、一方のスイッチン
グトランジスタに対するスイッチング指令と他方のスイ
ッチングトランジスタに対するスイッチング指令とを入
れ替えるマルチプレクサ５ｖ６とを有している。

【００５２】なお、ＰＷＭ信号発生部には、例えば、図
２５（Ｂ）のヒステリシスコンパレータ方式または図２
６の三角波比較方式を用いることができる。

【００５３】上記の構成のＳＲモータ用インバータ装置
の作用は次のとおりである。

【００５４】先ず、図４に破線矢印と実線矢印とで示す
ように、ｗ相からｕ相へ転流する場合の作用を説明す
る。

【００５５】転流信号によりｗ相電流の連続性を保持す
るため（インダクタンスの効果のため）、ダイオードＤ
ｗ＋がＯＮし、結果としてｖ相巻線３ｖの一端が直流電
源１の＋側に接続される。ここで、ｕ相のＰＷＭ信号に
よりスイッチングトランジスタＴｕ＋のＯＮ−ＯＦＦ制
御を行う場合には、スイッチングトランジスタＴｕ＋が
ＯＦＦした時に、ｕ相巻線３ｕの電流の連続性を保持す
るためにダイオードＤｕ−がＯＮし、ｖ相巻線３ｖの他
端が直流電源１の−側に接続される。この結果、ｖ相巻
線３ｖの両端に直流電圧が印加され、電流が流れてしま
うという不都合が生じてしまう（図５参照）。

【００５６】しかし、ｕ相のＰＷＭ信号をスイッチング
トランジスタＴｕ−に供給して、転流信号（通電期間
中、常時ＯＮ信号）をスイッチングトランジスタＴｕ＋
に供給すれば、ｖ相巻線３ｖの他端がｕ相通電期間中は
常時、直流電源１の＋側に接続されることになるので、
ｖ相巻線３ｖに電流が流れてしまうという不都合の発生
を防止することができる（図６参照）。

【００５７】次いで、図７に破線矢印と実線矢印とで示
すように、ｕ相からｗ相へ転流する場合の作用を説明す
る。

【００５８】転流信号によりｕ相電流の連続性を保持す
るため（インダクタンスの効果のため）、ダイオードＤ
ｕ−がＯＮし、結果としてｖ相巻線３ｖの一端が直流電
源１の−側に接続される。ここで、ｗ相のＰＷＭ信号に
よりスイッチングトランジスタＴｗ−のＯＮ−ＯＦＦ制
御を行う場合には、スイッチングトランジスタＴｗ−が
ＯＦＦした時に、ｗ相巻線３ｗの電流の連続性を保持す
るためにダイオードＤｗ＋がＯＮし、ｖ相巻線３ｖの他
端が直流電源１の＋側に接続される。この結果、ｖ相巻
線３ｖの両端に直流電圧が印加され、電流が流れてしま
うという不都合が生じてしまう（図８参照）。

【００５９】しかし、ｗ相のＰＷＭ信号をスイッチング
トランジスタＴｗ＋に供給して、転流信号（通電期間
中、常時ＯＮ信号）をスイッチングトランジスタＴｗ−
に供給すれば、ｖ相巻線３ｖの他端がｗ相通電期間中は
常時、直流電源１の−側に接続されることになるので、
ｖ相巻線３ｖに電流が流れてしまうという不都合の発生
を防止することができる（図９参照）。

【００６０】以上の説明から明らかなように、何れの相
順に転流しても、インバータ回路の中間に接続されるｖ
相巻線３ｖに電流を流さないようにすることができる。

【００６１】図４から図９に基づく説明から、表１に示
すように各スイッチングトランジスタをＯＮ−ＯＦＦ制
御することで、ＳＲモータの各巻線に理想的な矩形波電
流を通電できることが分かる。なお、表１中において、
０がＯＦＦを、１がＯＮを、＊がＰＷＭ動作（ＯＮ／Ｏ
ＦＦ動作）を、それぞれ示している。

【００６２】

【表１】図３の制御回路は、表１の動作を行うための装置構成例
を示している。相回転の正逆に無関係に、ｕ相スイッチ
ングトランジスタＴｕ＋には転流信号が、ｕ相スイッチ
ングトランジスタＴｕ−にはｕ相ＰＷＭ信号が、それぞ
れゲートに入力され、一方、ｗ相スイッチングトランジ
スタＴｗ＋にはｗ相ＰＷＭ信号が、ｗ相スイッチングト
ランジスタＴｗ−には転流信号が、それぞれゲートに入
力される。

【００６３】また、ｖ相に関しては、ｖ相ＰＷＭ信号と
転流信号とがマルチプレクサ５ｖ６を介して、ｖ相スイ
ッチングトランジスタＴｖ＋、Ｔｖ−のゲートに入力さ
れ、正逆信号発生部５ｖ５から出力される正逆信号によ
り切り替えられる。

【００６４】また、各相ＰＷＭ信号は転流信号との論理
積をとることにより、通電期間にのみそれぞれのゲート
に入力される。

【００６５】なお、圧縮機、ポンプなどのように回転方
向が同じ負荷を駆動する用途では、正逆信号発生部５ｖ
５およびマルチプレクサ５ｖ６を省略することができ、
構成を簡素化できる。

【００６６】そして、図３の制御回路を用いて図２のイ
ンバータ主回路を駆動すれば、正転・逆転に拘わらず、
各巻線には通電期間のみに電流が流れ、不要な期間には
電流が流れない、図１２、図１３に示すような波形が得
られた。

【００６７】図２、図３に示すＳＲモータ用インバータ
装置においては、全ての相の巻線の電流を検出するため
に巻線電流検出器を設けているが、以下のようにして巻
線電流検出器の数を減少させることができ、ひいてはコ
ストダウンを達成することができる。

【００６８】図１４はこの発明のＳＲモータ用インバー
タ装置のインバータ主回路を示す電気回路図であり、ｕ
相巻線３ｕの一端とｖ相巻線３ｖの一端とが接続され、
ｖ相巻線３ｖの他端とｗ相巻線３ｗの一端とが接続さ
れ、ｕ相巻線３ｕの他端、ｕ相巻線３ｕとｖ相巻線３ｖ
との接続点、ｖ相巻線３ｖとｗ相巻線３ｗとの接続点、
ｗ相巻線３ｗの他端が、それぞれインバータ主回路に接
続されている。

【００６９】ここで、ｕ相巻線３ｕ、ｖ相巻線３ｖ、ｗ
相巻線３ｗに流れる電流をそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗと
し、ｕ相巻線３ｕとｖ相巻線３ｖとの接続点に流れる電
流をｉａ、ｖ相巻線３ｖとｗ相巻線３ｗとの接続点に流
れる電流をｉｂとすれば、数２となる。

【００７０】

【数２】そして、ＳＲモータ正転時（ｕ相→ｖ相→ｗ相→ｕ相・
・・）の各部の電流波形を数２の関係により求めた結果
は図１５に示すとおりである。各相の通電制御（電流制
御を行う）期間に着目すると、図１５より数３の関係が
成り立つことが分かる。

【００７１】

【数３】一方、ＳＲモータ逆転時（ｕ相→ｗ相→ｖ相→ｕ相・・
・）の各部の電流波形を数２の関係により求めた結果は
図１６に示すとおりである。各相の通電制御（電流制御
を行う）期間に着目すると、図１６より数４の関係が成
り立つことが分かる。

【００７２】

【数４】以上から分かるように、２相の電流ｉａ、ｉｂを検出
し、正転・逆転に適合させた簡単な四則演算を行うこと
により、３相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを算出することが
できる。したがって、このように算出された３相の電流
に基づいて図３の制御回路による制御を行えばよい。

【００７３】図１７から図１９は、検出された２相の電
流ｉａ、ｉｂを入力として３相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ
を出力するための装置の構成をそれぞれ示す電気回路図
である。なお、図１７は正転のみの検出でよい場合に対
応するものであり、図１８は逆転のみの検出でよい場合
に対応するものであり、図１９は正転の検出、および逆
転の検出を行う場合に対応するものである。

【００７４】図１７に示す装置は、検出された２相の電
流ｉａ、ｉｂをそれぞれ互いに同じ抵抗値Ｒの抵抗を介
してオペアンプ５１の反転入力端子に供給する。そし
て、オペアンプ５１の非反転入力端子を上記抵抗の１／
２の抵抗値Ｒ／２の抵抗を介してグランド端子に接続
し、非反転入力端子と出力端子との間に抵抗値Ｒの抵抗
を接続して、この出力端子から（−ｉａ−ｉｂ）の信号
を出力する。また、検出された２相の電流ｉａ、ｉｂ、
オペアンプ５１から出力される信号（−ｉａ−ｉｂ）
が、それぞれｕ相転流信号、ｖ相転流信号、ｗ相転流信
号を制御信号とするマルチプレクサ５２に供給され、マ
ルチプレクサ５２からの出力信号がヒステリシスコンパ
レータ５３の−入力端子に供給され、＋入力端子に供給
される電流振幅指令（電流振幅指令発生部５４から出力
される電流振幅指令）と比較されて、出力端子からＰＷ
Ｍ信号を出力する。

【００７５】図１８に示す装置は、逆転の検出に対応す
る検出装置構成の例である。この装置が図１７の装置と
異なる点は、マルチプレクサ５２とヒステリシスコンパ
レータ５３との間に符号を反転させるためのオペアンプ
５５を接続した点、および検出された２相の電流ｉａ、
ｉｂ、オペアンプ５１から出力される信号（−ｉａ−ｉ
ｂ）が、それぞれｖ相転流信号、ｗ相転流信号、ｕ相転
流信号を制御信号とするマルチプレクサ５２に供給され
る点のみである。

【００７６】図１９に示す装置は、正転の検出および逆
転の検出に対応する検出装置構成の例である。検出され
た２相の電流ｉａ、ｉｂをそれぞれ互いに同じ抵抗値Ｒ
の抵抗を介してオペアンプ５１の反転入力端子に供給す
る。そして、オペアンプ５１の非反転入力端子を上記抵
抗の１／２の抵抗値Ｒ／２の抵抗を介してグランド端子
に接続し、非反転入力端子と出力端子との間に抵抗値Ｒ
の抵抗を接続して、この出力端子から（−ｉａ−ｉｂ）
の信号を出力する。また、検出された２相の電流ｉａ、
ｉｂ、オペアンプ５１から出力される信号（−ｉａ−ｉ
ｂ）が、それぞれｖ相転流信号、ｗ相転流信号、ｕ相転
流信号を制御信号とするマルチプレクサ５２に供給され
る。また、検出された２相の電流ｉａ、ｉｂをそれぞれ
互いに同じ抵抗値Ｒの抵抗を介してオペアンプ５１’の
反転入力端子に供給する。そして、オペアンプ５１’の
非反転入力端子を上記抵抗の１／２の抵抗値Ｒ／２の抵
抗を介してグランド端子に接続し、非反転入力端子と出
力端子との間に抵抗値Ｒの抵抗を接続して、この出力端
子から（−ｉａ−ｉｂ）の信号を出力する。また、検出
された２相の電流ｉａ、ｉｂ、オペアンプ５１’から出
力される信号（−ｉａ−ｉｂ）が、それぞれｖ相転流信
号、ｗ相転流信号、ｕ相転流信号を制御信号とするマル
チプレクサ５２’に供給され、マルチプレクサ５２’か
らの出力信号が符号を反転させるためのオペアンプ５
５’に供給される。さらに、マルチプレクサ５２からの
出力信号およびオペアンプ５５’からの出力信号が、正
転信号、逆転信号を制御信号とするマルチプレクサ５６
に供給され、マルチプレクサ５６からの出力信号がヒス
テリシスコンパレータ５３の−入力端子に供給され、＋
入力端子に供給される電流振幅指令（電流振幅指令発生
部５４から出力される電流振幅指令）と比較されて、出
力端子からＰＷＭ信号を出力する。

【００７７】図２０から図２３はそれぞれこの発明のイ
ンバータ主回路の構成例を示している。なお、図２０か
ら図２３において、破線で囲まれた部分がモジュール部
品｛図２８中（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照｝を示している。

【００７８】従来のインバータ主回路をモジュール部品
を全く用いることなく構成した場合には素子数が１２に
なる。これに対して、図２０の場合には、モジュール部
品の数が４であり、ディスクリート部品の数が４であ
り、全体としての素子数が８になる。また、図２１の場
合には、モジュール部品の数が２であり、ディスクリー
ト部品の数が４であり、全体としての素子数が６にな
る。さらに、図２２の場合には、モジュール部品の数が
１であり、ディスクリート部品の数が２であり、全体と
しての素子数が３になる。さらにまた、図２３の場合に
は、モジュール部品の数が１であり、ディスクリート部
品の数が２であり、全体としての素子数が３になる。

【００７９】すなわち、ＳＲモータ用インバータ主回路
として、上述のように、均圧線４ｕ、４ｖを有するもの
を採用しているのであるから、図２８中（Ａ）（Ｂ）
（Ｃ）の何れかのモジュール部品を採用することが可能
となり、モジュール部品を採用することにより、素子数
を大幅に減少させることができる。

【００８０】また、ＳＲモータ用インバータ主回路をモ
ジュール化する場合には、引き出し電力線を１本だけ追
加すればよいので、ＡＣモータ用インバータモジュール
（３相ブリッジ構成）からのコストアップを最小限にす
ることができる。

【００８１】上記の実施態様においては、転流時に相互
誘導によるスパイク電圧が非通電相の巻線に発生し、こ
のスパイク電圧が均圧線を介して不適切なダイオードを
ＯＮし、非通電相の巻線に逆トルクを発生する不要な電
流が流れる場合があり、逆トルクが発生すれば、効率の
低下、運転範囲の縮小を招いてしまうことがある。

【００８２】さらに説明する。

【００８３】各相巻線電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを図１に矢
印で示す方向に通電し、ｕ相→ｖ相→ｗ相の順（以下、
正転と称する）に転流制御する場合を考える。

【００８４】図２９はｖ相からｗ相に転流する時の回路
状態を簡略化して示す図である。

【００８５】ｖ相巻線の両端に接続されたスイッチング
トランジスタＴｖ＋、Ｔｖ−がＯＦＦすると、巻線のイ
ンダクタンスの効果（電流を流し続けようとする効果）
により、ダイオードＤｖ＋、Ｄｖ−がＯＮし、図２９中
に矢印で示す経路を通って電流が流れる（これを以
下、還流状態と称する）。

【００８６】また、転流時のｖ相巻線電圧によって、図
３０中（Ａ）または（Ｂ）に示すようにスパイク電圧が
ｕ相巻線に発生する。

【００８７】ここで、図３０中（Ｂ）に示す極性のスパ
イク電圧が発生すれば、ダイオードＤｕ＋がＯＮし、図
２９中に矢印で示す経路を通って電流が流れ出す。そ
して、一旦、ダイオードＤｕ＋がＯＮすると、ｕ相巻線
のインダクタンスの効果により、ｖ相電流が矢印の経
路に引き込まれ、ｖ相電流が０になるまで、ｕ相巻線に
モータ逆トルクを発生する電流が流れてしまう。

【００８８】逆に、図３０中（Ａ）に示す極性のスパイ
ク電圧が発生すれば、ダイオードＤｕ＋が逆バイアス状
態になるので、図２９中に矢印で示す経路を通って電
流が流れ、逆トルクを発生することがなくなる。

【００８９】以上から分かるように、このスパイク電圧
の極性が図３０中（Ａ）に示す極性になるようにインバ
ータ回路に対する各相巻線を接続することにより、図２
９中の矢印で示す経路を通って電流が流れ、逆トルク
を発生することがなくなる。

【００９０】さらに詳細に説明する。

【００９１】図３１は転流時のＳＲモータの鉄心部にお
ける磁束の流れを模式的に示す図である。

【００９２】図３１には、巻線電流の流れ方向を示して
いるとともに、ｖ相巻線電流が作るｖ相主磁束φｖ（図
３１中矢印参照）と、ｖ相巻線電流によりｕ相巻線に
鎖交する相互誘導磁束φｕｖ（図３１中矢印参照）と
を示している。

【００９３】転流によりｖ相巻線電流が減少すると、ｖ
相主磁束φｖ、相互誘導磁束φｕｖ共に減少に転じる。
そして、巻線電圧は巻線に鎖交する磁束の時間微分に比
例するため、転流による急峻な相互誘導磁束φｕｖの時
間変化はスパイク電圧としてｕ相巻線両端に現れる。

【００９４】スパイク電圧は巻線間の相互誘導に伴う電
圧であるため、例えば、ｕ相巻線とインバータ回路との
接続を、図３３から図３２のように、ｕ相巻線の接続端
子ｕ１、ｕ２とインバータ回路の接続端子ｕ＋、ｕ−と
の接続を入れ替えることによって、スパイク電圧の極性
を反転させることができる。ここで、接続端子ｕ１から
接続端子ｕ２に向かってｕ相巻線に通電し、しかも図３
４に太線矢印で示す方向に主磁束を発生するように固定
子の極に巻線が施されているとすれば、図３２に示すよ
うに結線することによって、スパイク電圧の極性を図３
０中（Ａ）に示すようにでき、ダイオードＤｕ＋を転流
時に誤動作させることがなくなる。

【００９５】図３５はｕ相からｖ相に転流する時の回路
状態を簡略化して示す図である。

【００９６】この図において、ｗ相には巻線とインバー
タ回路との接続の仕方によって、図３６中（Ａ）または
（Ｂ）に示すようにスパイク電圧が発生する。しかし、
還流状態となるｕ相巻線がｗ相巻線に接続されていない
ため、仮にスパイク電圧がＶＤＣを越え、ダイオードＤ
ｗ＋、Ｄｗ−がＯＮしても、ｕ相電流を引き込むには至
らない。すなわち、ｗ相（転流時に還流状態となる巻線
と接続されていない相）については、スパイク電圧の極
性を自由に選択することができる。

【００９７】図３７は転流時のスパイク電圧に起因する
逆トルクの発生を防止するように設定した各相巻線とイ
ンバータ装置との結線の一例を示す図である。なお、Ｓ
Ｒモータの各相の巻線端子ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ
１、ｗ２は、図３８に示すように、ｕ相については巻線
端子ｕ１から巻線端子ｕ２に向かって通電した場合に、
図３８中（Ａ）の太線矢印で示す方向に主磁束φｕが発
生し、ｖ相、ｗ相についても、同様に巻線端子ｖ１から
巻線端子ｖ２もしくは巻線端子ｗ１から巻線端子ｗ２に
向かって通電した場合に、図３８中（Ｂ）もしくは
（Ｃ）の太線矢印で示す方向に主磁束φｖもしくはφｗ
が発生するように各相巻線が施されている。

【００９８】図３９はスパイク電圧による影響を受ける
ように結線した場合｛図３９中（Ａ）参照｝と、図３７
に示すように結線した場合｛図３９中（Ｂ）参照｝とに
おける各相電流波形を示す図である。

【００９９】図３９中（Ａ）に示す電流波形において
は、ｕ相巻線およびｖ相巻線に逆トルクの原因となる不
要な電流｛図３９中（Ａ）に矢印で示す部分参照｝が流
れているが、図３９中（Ｂ）に示す電流波形において
は、逆トルクの原因となる不要な電流が見られない。

【０１００】したがって、ＳＲモータの各相巻線とイン
バータ回路との接続を適正化することで、逆トルクの原
因となる不要な電流をなくすることができ、ひいては、
ＳＲモータの効率低下、運転範囲の縮小を防止できるこ
とが分かる。

【０１０１】なお、転流の相順をｕ相→ｗ相→ｖ相の順
（以下、逆転と称する）に設定しても、同様に考えるこ
とができる。また、正転の場合にスパイク電圧に伴う逆
トルクが発生しないようにＳＲモータとインバータ回路
とを接続しておけば、逆転時にもスパイク電圧に伴う逆
トルクを発生することがなかった。

【０１０２】また、上記の実施態様においては、固定子
の突極数を６，回転子の突極数を４に設定しているが、
突極数が異なるＳＲモータ（例えば、固定子の突極数が
１２，回転子の突極数が８のＳＲモータ）にも適用でき
る。

【０１０３】

【発明の効果】請求項１の発明は、電力線引き出し数を
減少させることができ、ひいてはコストダウンを達成す
ることができ、また、汎用のモジュール品を用いてイン
バータ回路を構成することにより必要な素子数を減少さ
せることができ、この面からもコストダウンを達成する
ことができるという特有の効果を奏する。

【０１０４】請求項２の発明は、ＳＲモータの効率を低
下させることなく、請求項１と同様の作用を達成するこ
とができるという特有の効果を奏する。

【０１０５】請求項３の発明は、電流検出手段の必要数
を少なくすることができるほか、請求項１または請求項
２と同様の効果を奏する。

【０１０６】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
の何れかの効果に加え、逆トルクに起因する効率の低
下、運転範囲の縮小を未然に防止することができるとい
う特有の効果を奏する。

【０１０７】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＳＲモータ用インバータ主回路の一
実施態様を示す電気回路図である。

【図２】この発明のＳＲモータ用インバータ装置の一実
施態様を示す電気回路図である。

【図３】インバータ制御部の構成の一例を示すブロック
図である。

【図４】ｗ相からｕ相へ転流する場合の作用を説明する
図である。

【図５】スイッチングトランジスタＴｕ−のＰＷＭ制御
によりｕ相電流制御を行う場合の各部の波形を示す図で
ある。

【図６】スイッチングトランジスタＴｕ＋のＰＷＭ制御
によりｕ相電流制御を行う場合の各部の波形を示す図で
ある。

【図７】ｕ相からｗ相へ転流する場合の作用を説明する
図である。

【図８】スイッチングトランジスタＴｗ−のＰＷＭ制御
によりｗ相電流制御を行う場合の各部の波形を示す図で
ある。

【図９】スイッチングトランジスタＴｗ＋のＰＷＭ制御
によりｗ相電流制御を行う場合の各部の波形を示す図で
ある。

【図１０】ｕ相からｖ相への転流を行う場合の各部の波
形を示す図である。

【図１１】ｖ相からｕ相への転流を行う場合の各部の波
形を示す図である。

【図１２】正転時の各部の波形を示す図である。

【図１３】逆転時の各部の波形を示す図である。

【図１４】ＳＲモータ用インバータ主回路とＳＲモータ
の各巻線との接続を説明する図である。

【図１５】正転時の巻線電流、電流検出信号、電流検出
信号の和を示す図である。

【図１６】逆転時の巻線電流、電流検出信号、電流検出
信号の和を示す図である。

【図１７】２相の電流を入力として３相の電流を出力す
るための装置の構成の一例を示す電気回路図である。

【図１８】２相の電流を入力として３相の電流を出力す
るための装置の構成の他の例を示す電気回路図である。

【図１９】２相の電流を入力として３相の電流を出力す
るための装置の構成の他の例を示す電気回路図である。

【図２０】モジュール部品を用いた構成の一例を示す図
である。

【図２１】モジュール部品を用いた構成の他の例を示す
図である。

【図２２】モジュール部品を用いた構成のさらに他の例
を示す図である。

【図２３】モジュール部品を用いた構成のさらに他の例
を示す図である。

【図２４】従来のＳＲモータ駆動法を説明するための概
略図である。

【図２５】従来のＳＲモータ用インバータ主回路および
波形制御回路を示す電気回路図である。

【図２６】三角波比較方式を採用した電流制御回路の構
成を示すブロック図である。

【図２７】ＡＣモータ用インバータ主回路の構成を示す
電気回路図である。

【図２８】流通しているモジュール部品の構成を示す電
気回路図である。

【図２９】ｖ相からｗ相に転流する時の回路状態を簡略
化して示す図である。

【図３０】ｖ相からｗ相への転流時の巻線電圧と相電流
とを示す図である。

【図３１】転流時の磁束の流れを説明する図である。

【図３２】ｕ相巻線とインバータ回路との接続の一例を
示す図である。

【図３３】ｕ相巻線とインバータ回路との接続の他の例
を示す図である。

【図３４】ｕ相通電による主磁束の方向を説明する図で
ある。

【図３５】ｕ相からｖ相に転流する時の回路状態を簡略
化して示す図である。

【図３６】ｕ相からｖ相への転流時の巻線電圧と相電流
とを示す図である。

【図３７】転流時のスパイク電圧に起因する逆トルクの
発生をなくするように設定したモータ巻線とインバータ
回路との接続例を示す図である。

【図３８】各相巻線への通電による主磁束の方向を説明
する図である。

【図３９】ＳＲモータ駆動時における各相電流波形を示
す図である。

【符号の説明】

３ｕ、３ｖ、３ｗ巻線４ｕ、４ｖ均圧線５波形制御回路Ｄｕ＋、Ｄｕ−、Ｄｖ＋、Ｄｖ−、Ｄｗ＋、Ｄｗ− ダ
イオードＴｕ＋、Ｔｕ−、Ｔｖ＋、Ｔｖ−、Ｔｗ＋、Ｔｗ− ス
イッチングトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−323080（ＪＰ，Ａ) 特開平９−168298（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−129850（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 7/05 H02M 7/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチトリラクタンスモータの各相巻
線（３ｕ）（３ｖ）（３ｗ）に選択的に動作用電圧を供
給するためのインバータ装置であって、スイッチトリラクタンスモータの各相巻線（３ｕ）（３
ｖ）（３ｗ）に動作用電圧を供給するためのスイッチン
グ素子（Ｔｕ＋）（Ｔｕ−）（Ｔｖ＋）（Ｔｖ−）（Ｔ
ｗ＋）（Ｔｗ−）とダイオード（Ｄｕ＋）（Ｄｕ−）
（Ｄｖ＋）（Ｄｖ−）（Ｄｗ＋）（Ｄｗ−）とからなる
１対づつの直列回路を有し、各相に対応する一方の直列
回路の中点と他の１つの相に対応する他方の直列回路の
中点とを均圧線（４ｕ）（４ｖ）で接続してなるインバ
ータ回路を含むことを特徴とするスイッチトリラクタン
スモータ用インバータ装置。
【請求項２】通電時および転流時に、均圧線（４ｕ）
（４ｖ）で接続された両中点の電圧が互いに等しくなる
ように各スイッチング素子（Ｔｕ＋）（Ｔｕ−）（Ｔｖ
＋）（Ｔｖ−）（Ｔｗ＋）（Ｔｗ−）を制御するインバ
ータ制御手段（５）をさらに含む請求項１に記載のスイ
ッチトリラクタンスモータ用インバータ装置。
【請求項３】スイッチトリラクタンスモータは３相分
の巻線（３ｕ）（３ｖ）（３ｗ）を有するものであり、
インバータ回路から２相分の巻線に供給されるインバー
タ出力電流のみを検出する電流検出手段をさらに含むも
のである請求項１または請求項２に記載のスイッチトリ
ラクタンスモータ用インバータ装置。
【請求項４】転流時に開放状態の相の巻線に発生する
スパイク電圧に拘わらず、前記開放状態の巻線を非通電
状態に保持し続けるようにインバータ回路とスイッチト
リラクタンスモータの各相巻線（３ｕ）（３ｖ）（３
ｗ）とを接続している請求項１から請求項３の何れかに
記載のスイッチトリラクタンスモータ用インバータ装
置。