JPH069397U

JPH069397U - 誘導装置のための電源システム

Info

Publication number: JPH069397U
Application number: JP049160U
Authority: JP
Inventors: マーフィージョン; マクマリンフランシス; イーガンマイケル; ブイ、バーンジョン; キーンネリーパトリック
Original assignee: コルモーゲンコーポレイション
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-02-04
Also published as: GB2167914A; US4682093A; GB8525557D0; EP0178615A3; GB2167914B; EP0178615A2

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチ制御誘導巻線のための安定かつ効率
的な給電システムを構成しようとするものである。【構成】複数の誘導巻線を有する電気モータのため
に、異なった電位において付勢される第１、第２および
第３の線路を備え、各巻線が前記第１および第２の線路
間において切り換え的に接続されるようにし、前記第１
および第２の線路間における前記巻線の接続が切り離さ
れたとき、各巻線から前記第３の線路に電流を通ずるた
めの手段と、前記第３の線路と前記第１および第２の線
路の一方との間において切り換え的に接続されるように
した前記複数の巻線の各々と同一のインダクタンス値を
有する誘導素子とを備えた電源システムを構成したもの
である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】この考案は誘導素子のための電源システム、特にスイッチ制御される可変リラクタンスモ−タの相巻線等のようなスイッチ制御誘導巻線に給電するための電源システムに関するものである。本考案が適用されるこの種のモ−タについては、この出願と同日付で出願された可変速−可変リラクタンス電気機械と題する発明の明細書および図面に開示されている。

【０００２】本考案はまた、総じては電源システムに、そして特定すればＤＣ変換器として動作するパワ−システムの構成に関するものである。

【０００３】単極駆動型可変リラクタンスモ−タにおいては、例えばＰＷＭ制御を伴う電子装置により、相巻線への電流がスイッチ制御される。相巻線のための電源回路の電気的習性を考察する場合、巻線はある種の動作条件においてインダクタンス素子とみなされる。すなわち、そのような条件において流通する電流に対するそれらの応答性は、それらの抵抗値ではなく、インダクタンスによって殆ど決定される。ある種の巻線のためのスイッチが閉じられると、電流はその巻線インダクタンスを通って給電線路および接地線路間に流れる。したがって、巻線の磁界中にはエネルギ−が蓄積され、そのエネルギ−量は１／２Ｌｉ²となる。ここにｉは電流であり、Ｌは巻線のインダクタンスである。スイッチが再び開放すると、磁界中に蓄積されたこのエネルギ−は、消散されるか、またはなるべくなら電源に回生的に帰還される。リラクタンスモ−タのための特定の給電構成において、巻線のスイッチ端は常時逆バイアスダイオ−ドを介して、第２の給電線路に接続される。したがって、この構成においては巻線電流はスイッチが開放された後、ダイオ−ドに伝達され、第２の給電線路が妥当な極性であれば衰微することとなる。しかしながら、そのような給電線路は、しばしばエネルギ−回生消費をすることが不可能であることが多く、起こり得べく結果として前記第２の給電線路における電圧が破壊的レベルまで上昇することがある。これは前記第２の線路において相巻線により供給されたものと同等、もしくはそれ以上の電流が引き出されなかったからである。したがって、この誘導的に蓄積されたエネルギ−を消費し、もしくは消散することは可変リラクタンスモ−タの適用、特にそれらが低速動作を要求される場合においてきわめて重要な問題となる。正および負の線路に接続された同数のモ−タ相巻線を伴う２線路電源は、連続した回転電動機モ−ドにおいてのみ動作するリラクタンスモ−タのために適しており、巻線中の未使用誘導蓄積エネルギ−は、これに接続された相において用いられ、補完的線路に変換されるが、負荷を保持するためにゼロ速度におけるトルクを提供すべく要求さるモ −タにおいて、必然的に生ずるものではなく、駆動相の電流は、わずかに失われ、線路間において連続的に伝達され、例えば第１線路と接地電位との間に配置された給電キャパシタに蓄積される。何らかのロ−タ位置において、２相の効果は相殺され、これらの相殺点間において上昇方向および下降方向の電流電圧のピ− クが得られる。すなわち、ゼロ速度の効果は、線路を不平衡にすることであり、他方、慣性負荷を減速するか、またはエネルギ−回生制御するような速度において回転しているリラクタンスモ−タは両給電線路の電圧累加を生ずることとなる。

【０００４】この第２の効果は、何らかの常套的なサ−ボ駆動機構において存在するものと同じであり、典型的にはデュ−テイサイクルに含まれる全エネルギ−は大きくないため、それは線路間に配置されたダンプ抵抗中において燃焼エネルギ−として吸収される。最初の、すなわちゼロ速度におけるものは、他端線路給電におけるＤＣサ−ボ駆動機構には見られないことである。

【０００５】実際の適用毎にサ−ボモ−タは、停止時においてそれが駆動する機構の摩擦トルクを保持することを要求し、停止時の電流がモ−タの電流定格の半分に達することができるため、モ−タは不平衡負荷を保持し、エネルギ−蓄積効果から分離して伝達するための効果的、かつ経済的な手段が少なくともサ−ボモ−タ駆動機構の基本的特徴と見做されている。

【０００６】本考案によれば、複数の誘導巻線を有する電気モータのための電源システムであって、異なった電位において付勢される第１、第２および第３の線路を備え、各巻線が前記第１および第２の線路間において切り換え的に接続されるようにするとともに、前記第１および第２の線路間における前記巻線の接続が切り離されたとき、各巻線から前記第３の線路に電流を通ずるための手段と、前記第３の線路と前記第１および第２の線路の一方との間において切り換え的に接続されるようにした前記複数の巻線の各々と同一のインダクタンス値を有する誘導素子と、前記第３の線路における電圧が所定の値以上となったとき、前記第３の線路と前記第１および第２の線路の一方との間に前記誘導素子を接続するための手段、並びに前記第３の線路と前記第１および第２の線路の一方との間における前記誘導素子の接続が切り離されたとき、前記誘導素子と前記第１および第２の線路の他方との間に電流を通じさせるための手段を備えたものである。

【０００７】誘導素子はその電気的習性を決定する基本パラメ−タとしてのインダクタンスを有する何らかのシステム要素と見做すことができる。電流がここに定義したような誘導素子中をながれると、それは抵抗もしくは他の何らかの回路定数素子としてではなく、インダクタンス素子として動作する。システムの第１および第２の給電線路間に接続され得る各誘導素子は、可変リラクタンスモ−タの磁化または励磁巻線であり得る。

【０００８】本考案に従った電源システムにおいて、前記第３の線路と前記第１および第２の線路の前記一方との間には、抵抗素子が切り換え的に接続される。システムはまた、前記抵抗素子を前記第３の線路と前記第１および第２の線路の前記一方との間の電圧が所定の値以上となったとき、前記第３の線路と前記第１および第２の線路の前記一方との間に接続するための手段を含んでいる。

【０００９】システム中の前記第１および第２の線路間に接続され得る各誘導素子からの電流は、なるべくならダイオ−ドにより第３の線路に導かれるが、前記別の誘導素子からの電流は、さらに別のダイオ−ドにより前記第１および第２の線路の前記他方に導かれる。前記別の誘導素子のインダクタンスは、前記第１および第２の線路間に接続され得る各素子のインダクタンスと、実質上同じ値に選択される。システムの給電線間に接続され得る各素子の接続は、超過電圧が誤差信号を代表し、その値にかかわらず、誘導素子を前記線路間に接続するスイッチを妥当なＰＷＭ制御において開閉するようにした比例／積分／差動型制御手段により、最も好ましく実行される。

【００１０】本考案の別の様相においては、異なった電位において付勢される第１および第２の線路であって、それらの間に１つの誘導素子を切り換え的に接続するようにしたものと、前記第１および第２の線路間における前記誘導素子の接続が切り離されたとき、前記誘導素子に向かい、またはその素子から流出する電流を導くための第３の線路を含む電源システムが提供される。

【００１１】本考案のこの様相に従った特定のシステム構成においては、それらの間に誘導素子を切り換え的に接続し得る互いに異なった電位において付勢される第１および第２の線路と、前記第１および第２の線路間における前記誘導素子の接続が切り離されたとき、前記誘導素子に向かい、またはその素子から流出する電流を導くための第３の線路を含むシステムからなるｄｃ−ｄｃ変換器が提供される。

【００１２】ｄｃ電圧は第１および第２の線路間に印加され、それら線路間にはさらにｄｃ負荷が配置される。誘導素子を第１および第２の線路間に接続するスイッチの開閉は、第３の線路における累加電圧をもたらし、ｄｃ負荷にわたる電圧は、第１の線路および第３の線路の第２の線路に関する各電圧間の差によって表される。

【００１３】本考案の実施例につき、以下図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１に示す通り、可変リラクタンスモ−タの相巻線Ｌは、電圧Ｖ₁における第１線路とア−ス電位ゼロに接続された第２線路との間にスイッチを通じて接続される。スイッチＳが閉じられるとｉにより示された電流は、インダクタＬ中に蓄積される。再び開放されると、電流はｉ₂としてダイオ−ドＤに供給される。ダイオ−ドＤを通じてこの電流が流れる線路が、帰還エネルギ−を回生使用出来ない場合には、キャパシタＣ₂の両端間電圧が上昇し、何らの予防措置もとらない場合には、このキャパシタを破壊してしまう。

【００１５】図２に示す通り、４相リラクタンスモ−タの４相巻線１、２、３および４は負の線路５および接地線路６からなるシングルエンデッド電源から各スイッチ７、８、９および１０を介して給電される。相巻線中にストアされた誘導エネルギ− を消費するため, 回路はここに述べた誘導素子として動作し、遮断( スイッチオフ) 相において電源系統にエネルギ−を返還する。ダイオ−ド１１、１２、１３および１４は、返還されたエネルギ−を上部線路１５に導く。この上部線路はいかなる電圧にも固定されておらず、返還エネルギ−の単なる再循環消費手段として機能するものである。回路中には相巻線１ないし４の各々と実質的に等しいインダクタンスを有する誘導型のダミ−相巻線１６が上部フロ−ティング線路１５および接地線路６の間に架橋接続される。フロ−ティング線路は主モ−タ相巻線のスイッチ７ないし１０と同様なスイッチ１７により、ダミ−巻線１６を通じて接地線路に接続され、スイッチ１７が開放されたとき、誘導素子１６から帰還誘導エネルギ−を取り出すため、誘導素子１６と負線路との間にはダイオ−ド１８が接続され、前記相巻線に関連するダイオ−ドと同じ方向に電流を通じる。フロ −ティング線路および接地電位間の減衰抵抗１９は、スイッチ２０により接続または遮断されて、すべてのモ−タ相が活性化されたとき、回生動作中の帰還エネルギ−を消費するものである。

【００１６】上述した本考案の特徴を含むシステムは、例えばサ−ボモ−タが停止しているときに見られるような不平衡動作条件下において負の線路からのエネルギ−の何らかの不平衡伝達を循環させ、これにより、線路電圧の過大な上昇が回避される。パワ−システムに関連する論理回路は、電圧の累加的上昇を検出して、スイッチ１７を妥当な間隔で作動させることにより、そのようなエネルギ−を循環させる。このエネルギ−循環態様は、活性相巻線が負の線路からそのエネルギ−を取り出し、電源システムにおいて通常の電圧条件ガ維持されるような相補的機能を果たすものである。この条件回路は、その誤差信号として超過補助電源電圧を用いる常套的な比例／積分／差動型制御システムからなる。ダンプ抵抗１９は、上述したような反累加電圧回路が主電源を過大電圧に向かって駆動するとき、スイッチ２０により活性化される。１実施例において過大な主線路電圧はダミ−巻線１６の動作を禁止し、ダンプ回路は補助線路電圧が予め設定された閾値を越えたとき活性化される。図３の３線路方式においては、前述のものと実質上同様な回路構成が採用されるが、上部線路１５はこの場合、＋Ｖの正線路である。正線路１５および負線路５と、接地線路６との間にはそれぞれダミ−巻線１６ａおよび１６ｂが必然的にリンクをなすように接続される。この場合、負の線路５は正の線路１５により電圧累加されるものである。同様に、各ダミ−巻線は関連接続されたスイッチ１７ａ、１７ｂおよびダイオ−ド１８ａおよび１８ｂをそれぞれ有する。回生動作中のエネルギ−を消費するためには、さらに２個のダンプ抵抗１９ａおよび１９ｂが装備され、これらは対応するスイッチ２０ａ、２０ｂにより接続または遮断される。

【００１７】このシステムの動作は、基本的には最初の実施例と同様であるが、相巻線付勢の停止または不平衡条件の存在下において、電圧累加中の線路に応じた妥当なダミ−巻線がスイッチ操作される点が特徴である。図３に略示した回路は、図２に示した回路を２個背中合わせに配置したものと実質的に等しい。

【００１８】図１を再び参照すると、その回路の作用は単一の誘導素子と、スイッチおよびダイオ−ドのみを用いた電位Ｖ₁における給電線路から電位Ｖ₂における給電線路へのエネルギ−伝達の一態様であることがわかる。エネルギ−は電位Ｖ₂−Ｖ ₁ においてキャパシタＣ₂から引き出される。本考案の第２の様相によれば、この回路は効果的なｄｃ−ｄｃ変換器を形成する。電圧Ｖ₂の大きさは、スイッチのオン時間およびスイッチング周波数により制御される。したがって、スイッチの閉合時間が長ければ長いほどインダクタに蓄積される電流は大きくなり、第２線路へのエネルギ−伝達量が増大する。同様に、スイッチを閉じる頻度が高ければ高いほどエネルギ−伝達量は大きくなる。したがって、スイッチはオン‐オフ時間変化を伴うＰＷＭモ−ドにおいて動作するか、またはオン時間を固定し、スイッチング周波数を変換するチョッパモ−ドにおいて動作するものである。第２線路における負荷を変化するためには、システム変数の１つを制御することにより、電圧を安定化する帰還回路が必要である。

【００１９】本考案のこのような態様に関する２つの例は、図４および図５に示されている。各場合において、４８Ｖ（Ｖ₂−ｖ₁）の負荷を駆動するためには、２４Ｖのバッテリ−電源Ｖ₁が用いられる。図４の回路は正出力電圧を発生するものであるが、図５の回路は負の出力電圧を発生するものである。

【００２０】図６および図７は、Ｖ₂−Ｖ₁が小さい場合（図６）、またはこの電圧の値が比較的大きい場合（図７）の図４および図５の回路における電流ｉおよびｉ₁並びにスイッチング周波数およびその幅との相互関係をそれぞれ示すものである。これらの図は比較目的においてのみ略示したものであり、電流または時間を何らかの特定の値において指示することを意図したものではない。

【００２１】本考案による電源システムまたは変換器において、電力定格を増大させるためには２以上の誘導素子が結合される。２個のインダクタを有する構成は、図８に示されている。このような回路において、Ｓ₁およびＳ₂のスイッチングは、交互に行われ、これにより合成電流ｉ₂＋ｉ₄の均等性が改善される。

【００２２】入力および出力間の電気的分離は、ｄｃ─ｄｃ変換器において、しばしば要求されることである。これは例えば図９に示す構成において達せられる。図９の回路において、各インダクタＬは３相回路中のＬ₁₁、Ｌ₁₂、Ｌ₂₁、Ｌ₂₂およびＬ₃ ₁ 、Ｌ₃₂ で示す各２個の分離してはいるが、近接結合したコイル素子に置き換える。これらの装置は変圧器から区別されるべきものである。すなわち、それらは磁気回路中において、空隙を含むことにより、比較的低く、しかもよく識別される磁化インダクタンスを提供するものである。尤も、他の手段によってもこのような磁化インダクタンス特性を実現することができる。

【００２３】図９の３相回路における典型的な波形は、図１０に描かれており、この場合、負荷条件はＶ₂＝２Ｖ₁の全負荷条件であり、インダクタ巻線は巻数比１：２を有するものである。全負荷以外の条件における好ましい波形は、チョッパまたはＰＷＭモ−ドにおけるスイッチのオン時間を制御することにより達成することができる。

【００２４】したがって、本考案のさらに別の様相によれば、電源システムは前記第１および第３の線路間に接続可能な複数の誘導素子を含むことができる。前記誘導素子の各々は、第１および第２のコイルを有し、前記第１コイルにおいては前記第１および第２の線路間において、前記第２コイルから分離して接続し、前記接続が破断されたとき、前記第２コイルから前記電流が流れるようになっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】切り換え制御される可変リラクタンスモ−タの
ための単極駆動回路を示す略図である。

【図２】本考案に従って構成された電源システムの略図
である。

【図３】本考案に従って構成された電源システムの別の
回路構成を示す略図である。

【図４】本考案の特徴を組み込んだｄｃ−ｄｃ変換器の
２つの実施例をそれぞれ示す回路図である。

【図５】本考案の特徴を組み込んだｄｃ−ｄｃ変換器の
２つの実施例をそれぞれ示す回路図である。

【図６】図４および図５に従って構成された変換器の動
作を、従来のものと比較する目的においてのみ略示した
グラフである。

【図７】図４および図５に従って構成された変換器の動
作を、従来のものと比較する目的においてのみ略示した
グラフである。

【図８】２個の誘導素子を含む本考案のシステムを示す
回路図である。

【図９】入力と出力との間を分離した本考案による変換
器を示す回路図である。

【図１０】図９のシステムにおける全負荷条件での典型
的な波形を示すものである。

【符号の説明】

１、２、３、４リラクタンスモータの相巻線（誘導巻
線）５負の線路６接地線路７、８、９、１０相巻線へのスイッチ１１、１２、１３、１４ダイオード１５上部線路（第３の線路）１６誘導巻線１７スイッチ１８ダイオード１９抵抗２０スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者フランシスマクマリンアイルランド共和国、クレアーカウンティ、エニス、オークパーク 47 (72)考案者マイケルイーガンアイルランド共和国、コーク、ウィルトン、エルムバレーアベニュー 44 (72)考案者ジョンブイ、バーンアイルランド共和国、ダブリンカウンティ、ダルキイ、サバルパークガーデンズ 10 (72)考案者パトリックキーンネリーアイルランド共和国、クレアーカウンティ、エニス、パイングローブ 22

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数の誘導巻線を有する電気モータのた
めの電源システムであって、異なった電位において付勢
される第１、第２および第３の線路を備え、各巻線が前
記第１および第２の線路間において切り換え的に接続さ
れるようにするとともに、前記第１および第２の線路間
における前記巻線の接続が切り離されたとき、各巻線か
ら前記第３の線路に電流を通ずるための手段と、前記第
３の線路と前記第１および第２の線路の一方との間にお
いて切り換え的に接続されるようにした前記複数の巻線
の各々と同一のインダクタンス値を有する誘導素子と、
前記第３の線路における電圧が所定の値以上となったと
き、前記第３の線路と前記第１および第２の線路の一方
との間に前記誘導素子を接続するための手段、並びに前
記第３の線路と前記第１および第２の線路の一方との間
における前記誘導素子の接続が切り離されたとき、前記
誘導素子と前記第１および第２の線路の他方との間に電
流を通じさせるための手段を備えたことを特徴とする電
源システム。
【請求項２】前記第３の線路と前記第１および第２の
線路の前記一方との間に、切り換え的に接続されるよう
にした抵抗素子を設け、前記システムがさらに前記第３
の線路と前記第１および第２の線路の前記一方との間の
電圧が所定の値以上となったとき、前記第３の線路と前
記第１および第２の線路の前記一方との間に、前記抵抗
素子を接続するための手段を含むことを特徴とする請求
項１記載の電源システム。