JP2000125585A

JP2000125585A - リラクタンス型電動機

Info

Publication number: JP2000125585A
Application number: JP10289592A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Saito; 齋藤　　友宏; Hideji Yoshida; 秀治吉田; Shinji Makita; 真治牧田; Naohisa Mimura; 直久三村; Yoshiyuki Takabe; 義之高部
Original assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2000-04-28
Also published as: US6232741B1; DE19949045A1

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でトルクリップルを低減できるリ
ラクタンス型電動機、及びその駆動回路８と駆動方法を
提供すること。【解決手段】駆動回路８は、各相コイル４、５、６への
通電状態を切り替えるための半導体スイッチング素子
９、１０、各相コイル４、５、６への通電終了時にコイ
ル蓄積エネルギを回生するためのダイオード１１、１
２、各相コイル４、５、６に流れる電流の総和を検出で
きる１つの電流センサ１３、及び各スイッチング素子
９、１０の開閉状態を制御する制御回路１４等より構成
されている。電流センサ１３は、例えば各相コイル４、
５、６の一端側に接続されたスイッチング素子９とダイ
オード１１との接続点より各相コイル４、５、６側に設
けられ、各相コイル４、５、６に流れる電流を一括して
（総和電流として）検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多相片波通電のリ
ラクタンス型電動機、及びその駆動回路と駆動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、リラクタンス型電動機は、出
力トルクが大きく、構造が簡単であるという利点がある
反面、高トルクリップル、高速回転が困難等の欠点があ
り、これまで一部の分野のみで応用されるに留まってい
た。トルクリップルを低減させる従来技術としては、特
開平８−１２６２７３号公報に記載されている「各相に
通電する電流を台形状に整形して駆動する方式」があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
記載された方式では、各相の電流を整形する処理回路が
必要となり、更に各相の電流を検出する電流センサも個
別に必要になることから、構成が複雑になるという問題
があった。本発明は、上記事情に基づいて成されたもの
で、その目的は、簡単な構成でトルクリップルを低減で
きるリラクタンス型電動機、及びその駆動回路と駆動方
法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）本発
明の駆動回路は、各相のコイルに流れる電流の総和を所
定値に制御する電流制御手段を有している。この場合、
各相のコイルに流れる電流を個別に検出する必要がない
ので、駆動回路の構成を簡単にできる。

【０００５】（請求項２の手段）請求項１に記載した駆
動回路は、スイッチング素子とダイオードとの接続点よ
りコイル側に１つの電流センサを設け、この電流センサ
により、各相のコイルに流れる電流の総和を検出してい
る。この場合、１つの電流センサで各相のコイルに流れ
る電流を一括して検出できるので、各相毎に電流センサ
を具備していた従来技術として比較して、電流センサの
数を少なくでき、それに伴って駆動回路の構成を簡単に
できる。

【０００６】（請求項３の手段）本発明のリラクタンス
型電動機は、ロータ及びステータの各突極弧角Ｘ、Ｙが
下記の条件を満足している。Ｘ、Ｙ＞３６０°÷Ｎ÷Ｐ但し、Ｘ：ロータの突極弧角、Ｙ：ステータの突極弧角Ｎ：ロータの突極数、Ｐ：相数この構成により、連続的なトルクを得るために必要が電
流通電期間に対して、インダクタンス特性が正領域とな
る領域を出来るだけ長くすることができる。

【０００７】（請求項４の手段）請求項１または２に記
載した駆動回路の駆動方法であって、ロータ位置を検出
する第１のステップと、予め各ロータ位置に対する補正
値を有し、第１のステップで検出されたロータ位置から
補正値を求める第２のステップと、電動機への指令平均
電流値と第２のステップで求めた補正値とを乗算する第
３のステップと、この第３のステップで乗算した値を駆
動電流値として電動機へ出力する第４のステップとを有
することを特徴とする。

【０００８】（請求項５の手段）請求項４に記載した駆
動回路の駆動方法であって、指令平均電流値が所定値以
下の時は、補正値による補正を行わず、指令平均電流値
をそのまま駆動電流値として電動機へ出力することを特
徴とする。この場合、補正値による補正処理を行わない
ので、その分、処理時間を短縮でき、電動機の高速回転
が可能となる。

【０００９】（請求項６の手段）請求項４に記載した駆
動回路の駆動方法であって、電動機の回転数が所定回転
数以上の時は、補正値による補正を行わず、指令平均電
流値をそのまま駆動電流値として電動機へ出力すること
を特徴とする。この場合、補正値による補正処理を行わ
ないので、その分、処理時間を短縮でき、電動機の高速
回転が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１はリラクタンス型電動機の構成を
示す軸方向正面図である。本実施例のリラクタンス型電
動機１は、ステータ２とロータ３、及びステータ２に具
備される３組（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル４、５、６
（図８参照）等より構成される。ステータ２は、内周に
１２個のティース２ａ（以下突極２ａと言う）を有し、
周方向に隣合う各突極２ａ間に３組のコイル４、５、６
が挿入されている。ステータ２の突極２ａは、図２に示
すように、周方向に等間隔を開けて設けられ、半径方向
の内側へ突出している。ロータ３は、外周に８個の突極
３ａを有し、回転軸７に固設されてステータ２の内周に
同軸に配されている。ロータ３の突極３ａは、図３に示
すように、周方向に等間隔を開けて設けられ、半径方向
の外側へ突出している。

【００１１】ここで、ステータ２の突極弧角Ｙとロータ
３の突極弧角Ｘについて説明する。コイル４、５、６へ
の通電によって発生するトルクは、ロータ３位置に対す
るインダクタンス特性（図４参照）の傾きを正の領域で
通電すれば正のトルクが得られ、負の領域で通電すれば
負のトルクが得られる。従って、連続的に正トルクを得
るためには、図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそ
れぞれのインダクタンス特性が正領域である２０度幅の
中の１５度幅で所望のトルクに対する電流値を通電する
ように電流制御を行えば良い。

【００１２】しかし、実際には、図６に示すように、通
電を終了しても、コイル４、５、６に蓄積されたエネル
ギの放出により、電流が流れてトルクが発生する。この
通電終了後の電流発生（図６の破線部分）は、インダク
タンス特性の傾きが正領域であれば正トルクが発生し、
負領域であれば負トルクが発生する。このため、通電終
了後の電流発生期間が長くなり、負トルク領域まで電流
発生期間が延びると、大きなトルクリップルが発生す
る。従って、連続的なトルクを得るために必要な電流通
電期間（１５度）に対してインダクタンス特性が正領域
となる領域をできるだけ長くする必要がある。そのため
には、ロータ３及びステータ２の各突極弧角Ｘ、Ｙが下
記式の条件を満足すれば良い。Ｘ、Ｙ＞３６０°÷Ｎ÷Ｐ……… 但し、Ｘ：ロータ３の突極弧角、Ｙ：ステータ２の突極
弧角Ｎ：ロータ３の突極数、Ｐ：相数

【００１３】また、コイル４、５、６への通電電流に対
する出力トルク特性を見ると、図７に示すように、電流
微小域では通電電流の２乗に比例して出力トルクが増え
るが、それ以上の領域では電流増加に比例して出力トル
クが増えている。従って、連続的にフラットなトルクを
得るためには、図６に示すように、通電相の切替え時
（図６はＵ相とＶ相との切替え時を示す）において、通
電終了時のコイル蓄積エネルギの放出によって流れるＵ
相電流と、通電開始時に流れるＶ相電流との和が指令電
流値と等しくなるように制御すれば良い。なお、Ｖ相と
Ｗ相との切替え時、及びＷ相とＵ相との切替え時でも同
じである。

【００１４】次に、各相コイル４、５、６への通電電流
を制御する駆動回路８について説明する。駆動回路８
は、図８に示すように、各相コイル４、５、６への通電
状態を切り替えるための半導体スイッチング素子９（９
ａ、９ｂ、９ｃ）、１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）
と、コイル４、５、６への通電終了時にコイル蓄積エネ
ルギを回生するためのダイオード１１（１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ）、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）と、各
相コイル４、５、６に流れる電流の総和を検出できる１
つの電流センサ１３と、各スイッチング素子９、１０の
開閉状態を制御する制御回路１４（本発明の電流制御手
段）等より構成されている。なお、電流センサ１３は、
例えば各相コイル４、５、６の一端側に接続されたスイ
ッチング素子９とダイオード１１との接続点より各相コ
イル４、５、６側に設けられ、各相コイル４、５、６に
流れる電流を一括して（総和電流として）検出すること
ができる。

【００１５】制御回路１４は、ロータ位置を検出するロ
ータ位置センサ（図示しない）からのセンサ信号によっ
て通電相を判定し、その判定結果に基づいて各相コイル
４、５、６の上段側に設けられたスイッチング素子９を
開閉する通電相判定装置１５と、電流センサ１３で検出
される総和電流値が指令電流値に等しくなるようにＦＢ
制御を行う電流ＦＢ装置１６と、この電流ＦＢ装置１６
の出力信号と通電相判定装置１５の出力信号との論理積
に基づいて各相コイル４、５、６の下段側に設けられた
スイッチング素子１０を開閉するアンド回路１７等より
構成されている。

【００１６】なお、電流ＦＢ装置１６に入力される指令
電流値は、ある電流値以上において、図１０に示すマッ
プ値（本発明の補正値）に基づいて補正される。ここ
で、マップ値について説明する。図９（ロータ回転角に
対するトルク特性）に示すように、各相コイル４、５、
６への通電電流が少ない例えば１０Ａでは磁気飽和の影
響が無く、トルクリップルが発生しないが、ある電流値
以上から磁気飽和が発生してトルクリップルが生じる。
その平均トルク及びトルクリップル波形は、概ね通電電
流に比例する。従って、磁気飽和が発生する電流以上で
は、ロータ位置に対するトルク値を平均トルクで除算し
た逆数値（マップ値）を指令平均電流に乗算すれば、フ
ラットなトルクが得られる。そこで、予め各ロータ位置
に対応するマップ値が算出され、図１０に示すようにマ
ップ化して記憶されている。

【００１７】次に、本実施例の作動（電動機１の駆動方
法）を図１１に示すフローチャートに基づいて説明す
る。本処理は、一定時間間隔でスタートする（Ｓ０
１）。最初に、指令平均電流値を読み込む（Ｓ０２）。
続いて、読み込んだ指令平均電流値と予め定められた所
定電流値とを比較する（Ｓ０３）。読み込んだ指令平均
電流値が所定電流値以上の場合（判定結果：ＹＥＳ）
は、電動機１の回転数を検出する（Ｓ０４）。

【００１８】続いて、検出された電動機１の回転数と予
め定められた所定回転数とを比較する（Ｓ０５）。検出
された電動機１の回転数が所定回転数より低い場合（判
定結果：ＮＯ）は、電動機１のロータ位置を検出する
（Ｓ０６）。続いて、ロータ位置（回転角）に対するマ
ップ値を図１０に示すマップから読み込む（Ｓ０７）。
続いて、Ｓ０２で読み込んだ指令平均電流値とＳ０７で
読み込んだマップ値とを乗算して駆動電流値（指令電流
値）を求める（Ｓ０８）。

【００１９】一方、Ｓ０３で指令平均電流値が所定電流
値以下と判定された場合（判定結果：ＮＯ）、及びＳ０
５で電動機１の回転数が所定回転数以上と判定された場
合（判定結果：ＹＥＳ）は、Ｓ０２で読み込んだ指令平
均電流値を駆動電流値とする（Ｓ０９）。ここで、指令
平均電流値が所定電流値より低い場合（例えば１０Ａ）
は、上述のように、磁気飽和の影響が無く、トルクリッ
プルが発生しないため、マップ値による電流補正を行う
必要はない。また、電動機１の回転数が所定回転数以上
の場合も、イナーシャにより大きなトルクリップルが生
じないので、同じくマップ値による電流補正を行う必要
はない。続いて、Ｓ０８またはＳ０９で求められた駆動
電流値を電流ＦＢ装置１６に出力（Ｓ１０）して、終了
する（Ｓ１１）。

【００２０】（本実施例の効果）本実施例の駆動回路８
は、スイッチング素子９とダイオード１１との接続点よ
り各相コイル４、５、６側に電流センサ１３を設けてい
るので、この電流センサ１３によって各相コイル４、
５、６への通電電流と共にスイッチオフ時の回生電流も
検出することができる。これにより、１つの電流センサ
１３によって各相コイル４、５、６に流れる電流の総和
を検出することができるので、各相毎に電流センサを具
備していた従来技術として比較して、電流センサ１３の
数を少なくでき、それに伴って駆動回路８の構成を簡単
にできる。

【００２１】また、図１１に示すフローチャートでは、
駆動電流値を求める計算がＳ０８で行う１回の乗算だけ
で済むので、処理時間を短縮でき、電動機１の高速回転
が可能となる。更に、本実施例の電動機１は、ロータ３
及びステータ２の各突極幅Ｘ、Ｙが上記式の条件を満
足する様に設けることにより、連続的なトルクを得るた
めに必要が電流通電期間（１５度）に対して、インダク
タンス特性が正領域となる領域を出来るだけ長くするこ
とができる。

【００２２】なお、本実施例では、Ｓ０３で指令平均電
流値が所定電流値より低いと判定された場合、及びＳ０
５で電動機１の回転数が所定回転数以上と判定された場
合に、マップ値による電流補正を行わないが、指令平均
電流値が所定電流値以上、且つ電動機１の回転数が所定
回転数より低い場合と同様に、マップ値による電流補正
を行っても良い。但し、この場合のマップ値は、図１０
とは異なる特別な補正マップを用いることは言うまでも
ない。電流センサ１３は、図８の二点鎖線で示すよう
に、各相コイル４、５、６の他端側に接続されたスイッ
チング素子１０とダイオード１２との接続点より各相コ
イル４、５、６側に設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】リラクタンス型電動機の構成を示す軸方向正面
図である。

【図２】ステータの軸方向正面図である。

【図３】ロータの軸方向正面図である。

【図４】ロータ位置に対するインダクタンス特性を示す
図である。

【図５】ロータ位置に対する各相コイルの通電可能領域
及び通電領域を示す図である。

【図６】ロータ位置に対するＵ相及びＶ相の電流波形を
示す図である。

【図７】コイルへの通電電流と出力トルクとの関係を示
すグラフである。

【図８】駆動回路の構成図である。

【図９】ロータ位置に対するトルク特性を示す図であ
る。

【図１０】ロータ位置とマップ値との関係を示すマップ
図である。

【図１１】本実施例の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１リラクタンス型電動機４Ｕ相コイル５Ｖ相コイル６Ｗ相コイル８駆動回路９コイルの一端側に接続されるスイッチング素子１０コイルの他端側に接続されるスイッチング素子１１コイルの一端側に接続されるダイオード１２コイルの他端側に接続されるダイオード１３電流センサ１４制御回路（電流制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田秀治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者牧田真治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者三村直久静岡県湖西市梅田390番地アスモ株式会社内 (72)発明者高部義之静岡県湖西市梅田390番地アスモ株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AA09 5H550 BB10 CC02 DD09 EE01 FF03 GG01 GG05 GG07 HA06 HB03 LL01 LL22 LL35 MM05 5H619 BB01 BB06 BB15 BB24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多相片波通電のリラクタンス型電動機を駆
動する駆動回路であって、各相のコイルに流れる電流の総和を所定値に制御する電
流制御手段を有することを特徴とするリラクタンス型電
動機の駆動回路。
【請求項２】請求項１に記載した駆動回路であって、前記各相のコイルへの通電状態を切り替えるスイッチン
グ素子と、このスイッチング素子をオフした時に前記コイルに蓄積
されているエネルギを回生するための回生回路に設けら
れたダイオードと、前記スイッチング素子と前記ダイオードとの接続点より
前記コイル側に設けられ、前記各相のコイルに流れる電
流の総和を検出できる１つの電流センサとを備えている
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項３】請求項１または２に記載した駆動回路によ
って駆動されるリラクタンス型電動機であって、ロータの突極弧角をＸ、ステータの突極弧角をＹ、ロー
タの突極数をＮ、相数をＰと設定した場合に、ロータ及
びステータの各突極幅Ｘ、Ｙが下記の条件を満足してい
ることを特徴とするリラクタンス型電動機。Ｘ、Ｙ＞３６０°÷Ｎ÷Ｐ
【請求項４】請求項１または２に記載した駆動回路の駆
動方法であって、ロータ位置を検出する第１のステップと、予め各ロータ位置に対する補正値を有し、前記第１のス
テップで検出されたロータ位置から前記補正値を求める
第２のステップと、電動機への指令平均電流値と前記第２のステップで求め
た補正値とを乗算する第３のステップと、この第３のステップで乗算した値を駆動電流値として前
記電動機へ出力する第４のステップとを有することを特
徴とする駆動方法。
【請求項５】請求項４に記載した駆動回路の駆動方法で
あって、前記指令平均電流値が所定値以下の時は、前記補正値に
よる補正を行わず、前記指令平均電流値をそのまま駆動
電流値として前記電動機へ出力することを特徴とする駆
動方法。
【請求項６】請求項４に記載した駆動回路の駆動方法で
あって、前記電動機の回転数が所定回転数以上の時は、前記補正
値による補正を行わず、前記指令平均電流値をそのまま
駆動電流値として前記電動機へ出力することを特徴とす
る駆動方法。