JP2001128477A - スイッチトリラクタンスモータ制御方法、圧縮機駆動方法およびこれらの装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動、指令値の変化の大小に拘わらず転
流位相を正確に制御する。 【解決手段】 回転子の回転位置に拘束されない基準信
号を出力する基準信号発生部５と、基準信号を用いるこ
となく速度検出を行う速度検出部６とを有し、これら基
準信号および検出された速度を用いて、ＳＲモータの各
相巻線に供給する電圧もしくは電流の転流位相を制御す
る。

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、インバータによ
りスイッチトリラクタンスモータの各相の固定子巻線に
パルス状の電圧もしくは電流を供給してスイッチトリラ
クタンスモータを駆動するスイッチトリラクタンスモー
タ制御方法、圧縮機駆動方法およびこれらの装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＡＣモータに比べ、原理的に
低電流・大トルク特性を持つため小型化でき、しかも、
アルミダイキャストなどが不要であり、銅と鉄のみで構
成できることに起因してモータ構造も簡単なため大幅な
コストダウンを達成することができ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】ＳＲモータは、そのトルク発生原理から回
転位置に応じた電流／電圧制御が必要であり、一般的に
は、光学式もしくは機械式の位置センサがモータ軸に取
り付けられている。しかし、光学式もしくは機械式の位
置センサをモータ軸に取り付ける構成を採用すれば、次
の不都合が生じる。 （１）位置センサが、ＳＲモータを含むシステムの大型
化を招くだけでなく、信頼性の低下を招いてしまう。 （２）設置環境が制限されてしまう。具体的には、例え
ば、高温・高圧のガスに曝される密閉型圧縮機に組み込
むことができない。 （３）コスト的に、ＳＲモータの安価さとのトレードオ
フになってしまう。

【０００４】そこで、光学式もしくは機械式の位置セン
サをモータ軸に取り付けることに伴う上記の不都合を解
消するために、回転子の回転位置に拘束されない基準信
号を発生し、この基準信号を基にして、順トルクを発生
すべくＳＲモータに供給する電圧もしくは電流の位相を
設定し、光学式もしくは機械式の位置センサを用いるこ
となくＳＲモータを制御する方法およびその装置が提案
されている（特開平１１−２７５８９１号公報参照）。

【０００５】特開平１１−２７５８９１号公報に示され
ているＳＲモータ制御方法およびその装置は、基準信号
のサンプル周期を計測し、計測したサンプル周期を基に
実速度情報を得るとともに、この実速度から基準信号を
起点にしてＳＲモータが順トルクを効率よく発生する電
圧波形もしくは電流波形の位相（以下、「所望の電圧波
形もしくは電流波形の位相」と称する）とすべく、ＳＲ
モータに接続されたインバータの転流タイミングまでの
時間を演算し、制御している。

【０００６】なお、ＳＲモータを電動機動作させる場合
と発電機動作させる場合とで順トルクを示す符号は異な
り、電動機動作させる場合の符号を”＋”とすれば、発
電機動作させる場合の符号は”−”である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、基準信号は絶
対回転位置に拘束されないため、負荷変動や指令値に応
答して、常時、この信号が示す位置角は大きく変化して
いる。これにより、基準信号サンプル周期から得られる
実速度情報にも大きな誤差が生じるとともに、この実速
度を基に制御される転流位相にも大きな誤差が発生し、
この結果、ある運転範囲において、ＳＲモータの制御が
不安定になり、効率低下を招くという不都合、モータ失
速に陥るという不都合が発生する。

【０００８】また、実速度情報が不正確なため、圧縮機
の速度変動を低減し、振動を抑制するトルク制御（遠
藤、飯塚、中村「圧縮機の振動抑制のためのブラシレス
直流モータ速度制御法」、電気学会半導体電力変換研究
会ＳＰＣ−８８−６３、１９９８年参照）などのように
付加価値の高いＳＲモータ制御を実現することが困難で
あるという不都合もある。

【０００９】

【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、転流位相を正確に制御することができる
ＳＲモータ制御方法、圧縮機駆動方法およびこれらの装
置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１のＳＲモータ制
御方法は、インバータによりＳＲモータの各相の固定子
巻線にパルス状の電圧もしくは電流を供給してＳＲモー
タを駆動するに当たって、ＳＲモータの回転子の回転位
置に拘束されない基準信号を発生するとともに、基準信
号を用いることなく回転子の回転速度を検出し、発生さ
れた基準信号と検出された回転速度とに基づいて順トル
クを発生すべく前記パルス状の電圧もしくは電流の位相
を設定するためにインバータを制御する方法である。

【００１１】請求項２のＳＲモータ制御方法は、ＳＲモ
ータの磁化特性から回転子の回転速度を検出する方法で
ある。

【００１２】請求項３のＳＲモータ制御方法は、ＳＲモ
ータが磁気飽和状態であることを条件として、ＳＲモー
タの回転子の回転速度を検出する方法である。

【００１３】請求項４の圧縮機駆動方法は、請求項１か
ら請求項３の何れかのスイッチトリラクタンスモータ制
御方法により制御されるスイッチトリラクタンスモータ
によって圧縮機を駆動する方法である。

【００１４】請求項５のＳＲモータ制御装置は、インバ
ータによりＳＲモータの各相の固定子巻線にパルス状の
電圧もしくは電流を供給してＳＲモータを駆動するもの
であって、ＳＲモータの回転子の回転位置に拘束されな
い基準信号を発生する基準信号発生手段と、基準信号を
用いることなく回転子の回転速度を検出する回転速度検
出手段と、発生された基準信号と検出された回転速度と
に基づいて順トルクを発生すべく前記パルス状の電圧も
しくは電流の位相を設定するためにインバータを制御す
るインバータ制御手段と、を含むものである。

【００１５】請求項６のＳＲモータ制御装置は、前記回
転速度検出手段として、ＳＲモータの磁化特性から回転
子の回転速度を検出するものを採用するものである。

【００１６】請求項７のＳＲモータ制御装置は、前記回
転速度検出手段として、ＳＲモータが磁気飽和状態であ
ることを条件として、ＳＲモータの回転子の回転速度を
検出するものを採用するものである。

【００１７】請求項８の圧縮機駆動装置は、請求項５か
ら請求項７の何れかのスイッチトリラクタンスモータ制
御装置により制御されるスイッチトリラクタンスモータ
によって圧縮機を駆動するものである。

【００１８】

【作用】請求項１のＳＲモータ制御方法であれば、イン
バータによりＳＲモータの各相の固定子巻線にパルス状
の電圧もしくは電流を供給してＳＲモータを駆動するに
当たって、ＳＲモータの回転子の回転位置に拘束されな
い基準信号を発生するとともに、基準信号を用いること
なく回転子の回転速度を検出し、発生された基準信号と
検出された回転速度とに基づいて順トルクを発生すべく
前記パルス状の電圧もしくは電流の位相を設定するため
にインバータを制御するのであるから、基準信号から回
転速度を検出する場合と比較して正確に回転速度を検出
することができ、ひいては、電圧もしくは電流の位相制
御精度を高めて効率向上およびモータ失速の未然防止を
達成することができるとともに運転範囲を拡大すること
ができるほか、付加価値の高いモータ制御を実現するこ
とができる。

【００１９】請求項２のＳＲモータ制御方法であれば、
ＳＲモータの磁化特性から回転子の回転速度を検出する
のであるから、請求項１と同様の作用を達成することが
できる。

【００２０】請求項３のＳＲモータ制御方法であれば、
ＳＲモータが磁気飽和状態であることを条件として、Ｓ
Ｒモータの回転子の回転速度を検出するのであるから、
回転速度検出処理を簡単化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。

【００２１】請求項４の圧縮機駆動方法であれば、請求
項１から請求項３の何れかのスイッチトリラクタンスモ
ータ制御方法により制御されるスイッチトリラクタンス
モータによって圧縮機を駆動するのであるから、圧縮機
運転効率を向上させることができるとともに、広い運転
範囲において圧縮機を安定に駆動することができる。

【００２２】請求項５のＳＲモータ制御装置であれば、
インバータによりＳＲモータの各相の固定子巻線にパル
ス状の電圧もしくは電流を供給してＳＲモータを駆動す
るに当たって、基準信号発生手段によってＳＲモータの
回転子の回転位置に拘束されない基準信号を発生し、回
転速度検出手段によって基準信号を用いることなく回転
子の回転速度を検出し、インバータ制御手段によって、
発生された基準信号と検出された回転速度とに基づいて
順トルクを発生すべく前記パルス状の電圧もしくは電流
の位相を設定するためにインバータを制御することがで
きる。

【００２３】したがって、基準信号から回転速度を検出
する場合と比較して正確に回転速度を検出することがで
き、ひいては、電圧もしくは電流の位相制御精度を高め
て効率向上およびモータ失速の未然防止を達成すること
ができるとともに運転範囲を拡大することができるほ
か、付加価値の高いモータ制御を実現することができ
る。

【００２４】請求項６のＳＲモータ制御装置であれば、
前記回転速度検出手段として、ＳＲモータの磁化特性か
ら回転子の回転速度を検出するものを採用するのである
から、請求項５と同様の作用を達成することができる。

【００２５】請求項７のＳＲモータ制御装置であれば、
前記回転速度検出手段として、ＳＲモータが磁気飽和状
態であることを条件として、ＳＲモータの回転子の回転
速度を検出するものを採用するのであるから、回転速度
検出処理を簡単化することができるほか、請求項５また
は請求項６と同様の作用を達成することができる。

【００２６】請求項８の圧縮機駆動装置は、請求項５か
ら請求項７の何れかのスイッチトリラクタンスモータ制
御装置により制御されるスイッチトリラクタンスモータ
によって圧縮機を駆動するのであるから、圧縮機運転効
率を向上させることができるとともに、広い運転範囲に
おいて圧縮機を安定に駆動することができる。

【００２７】ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御の
原理と対比してさらに詳細に説明する。

【００２８】ブラシレスＤＣモータは回転子に永久磁石
を持つため、回転子の回転に伴い各相巻線両端には、こ
の永久磁石の磁束に起因する逆起電圧が発生する。この
逆起電圧は固定子の巻線電流の通電、非通電に拘わらず
絶えず発生し、永久磁石の装着位置により逆起電圧波形
の位相は固定される。

【００２９】図１はセンサレス制御のために、モータ巻
線電圧から磁極位置信号を得るための回路、ブラシレス
ＤＣモータへ供給するための電圧もしくは電流を制御す
るためのインバータ回路、およびインバータ回路とモー
タ巻線との結線を示す図である。

【００３０】ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御す
る場合には、１２０°通電波形が一般的に用いられる
｛山村、大野、「パワーエレクトロニクス入門（改訂２
版）」、オーム社、１９９２年発行、ｐ２４１参照｝。
図３は、１２０°通電でモータ回転子の回転位置とイン
バータ通電波形との位相が順トルクを効率よく発生する
状態（モータの各相の逆起電圧と巻線電流の基本波とが
同相）で制御されているブラシレスＤＣモータの各部波
形を示している。

【００３１】インバータ回路の出力段に接続されたＹ結
線の抵抗Ｒの中点の電位Ｖｍとモータ巻線のＹ結線の中
点の電位Ｖｎとが等しいため、図１に示すように、各相
巻線の一端を、Ｖｍを電源グランドとしたローパスフィ
ルタ回路に入力することで、各相巻線のインバータ電圧
の高調波分を除去した巻線電圧波形Ｖｆｕ、Ｖｆｖ、Ｖ
ｆｗをそれぞれ得ることができる。

【００３２】図２に示すように、例えばｕ相のインバー
タの休止期間（インバータのスイッチング素子を上下共
にＯＦＦにし、インバータとモータとの接続点を開放状
態にしている期間）で電流が流れていない状態では、ｕ
相巻線のインダクタンスや抵抗での電圧降下が０になる
ため、モータ逆起電圧ｅｕがインバータとモータ巻線と
の接続端にそのまま現れる（図３中Ｖｆｕ参照）。

【００３３】一般にブラシレスＤＣモータの回転位置
（磁極位置）のセンサレス制御は、この休止期間に現れ
る逆起電圧のゼロクロスをコンパレータなどで検出し、
磁極位置信号として用いることによりインバータ回路の
制御を行っている。

【００３４】また、この磁極位置信号の位相は、永久磁
石の装着位置により定まるため、負荷の大小（すなわ
ち、モータ電流の大きさ）に拘わらず、正確な回転子位
置角を示すことになる。したがって、この磁極位置のサ
ンプル周期からブラシレスＤＣモータの速度を精度よく
検出することができる。

【００３５】一方、基準信号に基づくＳＲモータのセン
サレス制御を行うための構成の一例は図４に示すとおり
である。

【００３６】ＳＲモータ４には所望の電圧もしくは電流
を供給するためのインバータ３が接続されており、この
インバータ３に対して直流電圧を供給するためのコンバ
ータ２が接続されている。

【００３７】また、インバータ３を制御するために、巻
線電圧もしくは電流から基準信号を発生する基準信号発
生部５と、ここから出力される基準信号をトリガとして
スタートするタイマ部９と、この基準信号の周期から速
度を演算する速度検出部６’と、速度検出部６’から出
力される実速度および外部からの速度指令を入力として
ＰＩ（比例・積分）制御演算などを行う速度制御部７
と、速度制御部から出力される電流振幅指令およびモー
タ巻線電流の検出値を入力として所定のスイッチング状
態信号を出力するコンパレータ１１および前記タイマ部
９からのトリガ信号を入力として適宜通電相を切り換え
るための通電相選択部１２を含む波形制御部１３を有し
ている。なお、前記タイマ部９は、実速度と位相指令と
を入力として所要時間を演算する位相演算部８により適
宜タイマ値がセットされる。また、この波形制御部１３
からの出力信号は前記インバータ３に供給されている。

【００３８】図５は各相巻線の鎖交磁束数を検出して基
準信号を発生するための回路の１相分について示す図で
ある。

【００３９】図５においては、巻線印加電圧を不完全積
分回路（基準信号として使う帯域は完全積分として動作
するようにＣ、Ｒの定数を設定したもの）５１に入力
し、不完全積分回路５１の出力をコンパレータ５３に入
力し、このコンパレータ５３から、基準信号発生のため
に設定した所定レベルと比較した結果に応答した”
０””１”の信号を適宜出力する。この信号はフォトカ
プラ５４により絶縁され、前記タイマ部９や速度検出部
６’などを実現するためのデジタル回路（例えば、マイ
コンなど）に供給される。

【００４０】なお、鎖交磁束数の演算精度を高めるため
に、巻線抵抗での電圧降下を巻線印加電圧から減算して
前記不完全積分回路に入力してもよい。

【００４１】図６はインバータの主回路構成を示す電気
回路図である。また、図７は図６の１相分のトランジス
タのＯＮ／ＯＦＦ状態と巻線電流通電の様子を示す図で
ある。 （１）Ｓ１の状態｛図７中（Ａ）参照｝ トランジスタＴｒ＋、Ｔｒ−を共にＯＮすることで直流
電圧ＶＤＣが巻線に印加され、電流ｉが上昇する（磁気
エネルギーを注入する）。 （２）Ｓ２の状態｛図７中（Ｂ）参照｝ トランジスタＴｒ−をＯＦＦにすると、電流を連続して
流そうとするインダクタンスの効果によりダイオードＤ
ｉ＋がＯＮし、巻線両端が短絡された状態になる。すな
わち、巻線に印加される電圧が０になり、電流ｉは保持
される（鎖交磁束数は一定である）。ただし、実際には
巻線抵抗や鉄損の影響で電流は徐々に減衰する。 （３）Ｓ３の状態｛図７中（Ｃ）参照｝ トランジスタＴｒ＋、Ｔｒ−を共にＯＦＦすると、イン
ダクタンスの効果によりダイオードＤｉ＋、Ｄｉ−が共
にＯＮして直流電圧ＶＤＣが巻線に対してＳ１の状態と
は逆極性となるように印加され、急激に電流ｉが減少す
る（磁気エネルギーが回生する）。そして、電流ｉが０
になるとダイオードＤｉ＋、Ｄｉ−が共にＯＦＦする。

【００４２】以上から分かるように、通電期間は巻線電
流検出値と電流振幅指令とを比較し、その大小によりＳ
１の状態とＳ２の状態とを適宜切り換え、無通電期間で
はＳ３の状態にすればよい。

【００４３】これら一連のスイッチング動作（Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３の各状態の切り換え）は、図４のコンパレータ
と通電相選択部により行われ、所定の電流となるように
インバータが制御される。

【００４４】図８は、図４のＳＲモータ制御システムに
おいて、基準信号に代えて位置センサ信号を用い、圧縮
機を駆動した場合の基準信号並びにこれから算出される
速度（＝１／基準信号サンプル周期）を示している。な
お、ＳＲモータのトルク発生原理上、最もトルク発生効
率がよくなる電流位相（通電する巻線のインダクタンス
が最小となる位置角を通電の起点として）で制御を行っ
ている。

【００４５】ＳＲモータはトルク制御され、回転数は一
定に保たれている。このため、圧縮機の持つ脈動トルク
に起因して（速度を一定にすべく、モータトルク＝圧縮
機の脈動トルクとなる制御が行われた結果）、電流振幅
に脈動が生じている。これに伴って、巻線両端の磁束鎖
交数のレベルも図８中（ｇ）に示すように変動し、所定
レベルとの比較結果として出力される基準信号の間隔が
図８中（ｈ）に示すように不均一になるとともに、ここ
から算出される速度も図８中（ｉ）に示すように変動す
る。すなわち、トルク制御されたＳＲモータの実速度
（一定速）に対して大きな誤差を持つことが分かる。

【００４６】換言すれば、ブラシレスＤＣモータのセン
サレス制御のように磁極位置信号が位置角に対して固定
されている場合と異なり、ＳＲモータのセンサレス制御
では基準信号が位置に拘束されないため、負荷変動や指
令値の変化が大きい場合には基準信号から算出される速
度が実速度に対して大きな誤差を持ち、速度を別途他の
方法（基準信号を用いない方法）により検出する必要が
あることが分かる。

【００４７】請求項１から請求項６の何れかの発明は上
記の知見に基づいてなされたものである。

【００４８】

【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モータ制御方法およびその装置の実施の態様
を詳細に説明する。

【００４９】図９はこの発明のＳＲモータ制御装置の一
実施態様を示すブロック図である。

【００５０】このＳＲモータ制御装置は、商用交流電源
１を入力として直流電圧を出力するコンバータ２と、コ
ンバータ２からの直流電圧を入力としてＳＲモータ４の
各相巻線４ｕ、４ｖ、４ｗに供給すべき所望の電圧もし
くは電流を出力するインバータ３と、回転子の回転位置
に拘束されない基準信号を出力する基準信号発生部５
と、基準信号を用いることなく速度検出を行う速度検出
部６と、速度指令と検出された速度とを入力として速度
制御演算（例えば、ＰＩ演算など）を行って電流指令を
出力する速度制御部７と、位相指令と検出された速度と
を入力としてタイマ値を出力する位相演算部８と、位相
演算部８からのタイマ値がセットされ、かつ基準信号が
供給されたことに応答してカウントを開始し、タイマ値
のカウントを行ったことに応答してカウントオーバー信
号を出力するタイマ部９と、インバータ３からＳＲモー
タ４の各相の巻線に供給される電流を検出する電流セン
サ１０と、電流指令と検出された各相の電流とを入力と
して大小を比較し、比較結果信号を出力するコンパレー
タ１１、および全てのコンパレータ１１からの比較結果
信号を入力とし、しかもタイマ部９からのカウントオー
バー信号を制御信号として通電相を選択して比較結果信
号をインバータ３に供給する通電相選択部１２を含む波
形制御部１３とを有している。前記ＳＲモータ４は、固
定子４ａと、固定子４ａに巻回された各相巻線４ｕ、４
ｖ、４ｗと、回転子４ｂとを有している。

【００５１】前記基準信号発生部５は、例えば図５にｕ
相巻線に対応する部分の構成の一例を示すように、固定
子巻線４ｕの端子間電圧を入力として電圧の時間積を得
る積分回路５１と、電圧の時間積と所定の基準レベル
（直流電源５２により設定される基準レベル）とを比較
し、”０”または”１”のデジタル信号をｕ相基準信号
として出力するヒステリシスコンパレータ５３と、この
ｕ相基準信号を伝送するフォトカプラ５４とを含んでい
る。

【００５２】そして、ｕ相基準信号、ｖ相基準信号、お
よびｗ相基準信号を入力として基準信号を出力するＯＲ
ゲート５５を含んでいる。

【００５３】前記速度検出部６は、例えば図１０に示す
ように、磁束鎖交数λを検出する磁束鎖交数検出部６１
と、検出した磁束鎖交数λと比較レベルλ１、λ０とを
比較して比較結果信号（例えば、磁束鎖交数λが比較レ
ベルを越えたことに応答して”１”となる信号）を出力
する第１比較部６２、第２比較部６３と、両比較結果信
号を入力として排他的論理和信号（例えば、磁束鎖交数
λが比較レベルλ０を越え、かつλ１以下の場合に”
１”となる信号）を出力する排他的論理和ゲート６４
と、第２比較部６３からの所定の比較結果信号の立ち上
がりをトリガとして所定の排他的論理和信号（”１”と
なる排他的論理和信号）の時間を計時するタイマ部６５
と、タイマ部６５による計時結果および電流センサ１０
により検出された巻線電流ｉを入力として速度演算処理
を行って速度信号を出力する速度演算部６６とを有して
いる。

【００５４】図１１は前記速度検出部の他の構成例を示
すブロック図である。

【００５５】この速度検出部６は、巻線電流ｉを検出す
る電流センサ１０と、検出した巻線電流ｉと比較レベル
Ｉ１、Ｉ０とを比較して比較結果信号（例えば、巻線電
流ｉが比較レベルを越えたことに応答して”１”となる
信号）を出力する第１比較部６８、第２比較部６９と、
両比較結果信号を入力として排他的論理和信号（例え
ば、巻線電流ｉが比較レベルＩ１を越え、かつＩ０以下
の場合に”１”となる信号）を出力する排他的論理和ゲ
ート７０と、第２比較部６９からの所定の比較結果信号
の立ち下がりをトリガとして所定の排他的論理和信
号（”１”となる排他的論理和信号）の時間を計時する
タイマ部７１と、タイマ部７１による計時結果および磁
束鎖交数検出部６１により検出された磁束鎖交数λを入
力として速度演算処理を行って速度信号を出力する速度
演算部７２とを有している。

【００５６】図１０に示す速度検出部６は定電流制御の
期間における速度検出を行うものであり、図１１に示す
速度検出部６は定磁束制御の期間における速度検出を行
うものであるから、図１２に示すように、両速度検出部
６からの速度信号を、定電流制御か定磁束制御かに応じ
て選択する切換え選択部７３を設けることが好ましい。

【００５７】上記の構成のＳＲモータ制御装置を採用す
れば、基準信号発生部５により発生された回転子の回転
位置に拘束されない基準信号と、基準信号を用いること
なく速度検出部６により検出された速度信号とを用い
て、速度制御部７により速度制御演算を行うとともに、
位相演算部８によりタイマ値を算出してタイマ部９にセ
ットし、基準信号を起点として計時動作を行い、速度制
御部７から出力される電流指令とＳＲモータ４の各相の
巻線電流との大小を比較して比較結果信号を得、タイマ
部９からのカウントオーバー信号によって通電相選択部
１２を動作させて比較結果信号をインバータ３に供給
し、スイッチングトランジスタを制御する。

【００５８】したがって、回転子の回転位置に拘束され
ない基準信号と基準信号を用いることなく検出された速
度信号とを用いてインバータ３を制御することにより、
負荷変動や指令値の変化が大きい場合であっても、ＳＲ
モータ４のセンサレス制御の位相制御精度を向上させる
ことができ、ひいてはＳＲモータの効率向上、ＳＲモー
タの失速防止を達成することができる。

【００５９】また、負荷変動や指令値の変化に拘わらず
速度を正確に検出することができるので、圧縮機のトル
ク制御による振動抑制や運転範囲拡大などの高度なＳＲ
モータ制御への対応を行うことができる。

【００６０】上記の速度検出部について、固定子の極数
が６、回転子の極数が４のＳＲモータを例にとってさら
に説明する。

【００６１】ＳＲモータの回転子位置角ごとの磁化特性
の実測結果は図１３に示すとおりであり（なお、図示の
回転子位置角９０°が回転子の突極と固定子の突極とが
対向した状態であり、回転子を反時計方向に５°刻みで
回転させ磁化特性を測定した）、この磁化特性を磁気未
飽和の状態と磁気飽和の状態とに区分すれば、磁気未飽
和の状態における磁化特性はλ（θ，Ｉ）＝Ｌｕｎｓａ
ｔ（θ）・Ｉと一次近似することができ、磁気飽和の状
態における磁化特性はλ（θ，Ｉ）＝λｓａｔ（θ）＋
Ｌｓａｔ・Ｉと一次近似することができる。ただし、λ
は磁束鎖交数、Ｉは巻線電流、Ｌｕｎｓａｔ（θ）並び
にＬｓａｔ（θ）は回転子位置角ごとの電流に対する磁
束鎖交数の傾きでありインダクタンスと同じ単位を有し
ている。

【００６２】ここで、磁気未飽和の状態で巻線電流がＩ
０に一定電流制御が行われているＳＲモータの回転子位
置角がΔθ変化した場合の磁化特性上の軌跡は図１４中
（ａ）のＧ１→Ｇ２のようになる。ここで、数１

【数１】 ここで、数２

【数２】 とすると、 Δλ＝Ｋ１・Δθ・Ｉ０ の関係を得る。

【００６３】次に、磁気飽和の状態で一定電流制御が行
われているＳＲモータの回転子位置角がΔθ変化した場
合の磁化特性上の軌跡は図１４中（ｂ）のＧ１’→Ｇ
２’のようになる。ここで、 Δλ＝λ１−λ０ ＝（δλｓａｔ／δθ）・（θ＋Δθ）＋Ｌｓａｔ・Ｎ・Ｉ０ −（δλｓａｔ／δθ）・θ＋Ｌｓａｔ・Ｎ・Ｉ０ ＝（δλｓａｔ／δθ）・Δθ ここで、数３

【数３】 とすると、 Δλ＝Ｋ２・Δθ の関係を得る。

【００６４】一般にδＬｕｎｓａｔ（θ）／δθやδλ
ｓａｔ（θ）／δθは、ある回転角範囲において一定に
近似できるため、上記の関係から、磁束の変化量Δλを
検出することで回転子位置角の変化量Δθを知ることが
できる。例えば、λ０を基準信号発生レベルとすれば、
基準信号を起点に、λ１に至るまでの時間を測定し、そ
の時間を基に速度を演算することができる。ただし、磁
気未飽和領域では、式Δλ＝Ｋ１・Δθ・Ｉ０に基づい
てＩ０で補正する必要がある。

【００６５】また、λ０からλ１に至る過程（前記Ｇ１
→Ｇ２もしくはＧ１’→Ｇ２’）の巻線電流Ｉ０は、電
流が未制御であっても一定になっていればよく、また、
ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等により電流制御を行う場
合に生ずる電流リプルがあっても、巻線電流Ｉ０に比べ
そのリプルが小さければ構わない。

【００６６】なお、実機評価したＳＲモータでは、回転
角が５０°〜８５°の範囲でδＬｕｎｓａｔ／δθおよ
びδλｓａｔ／δθは回転角に拘わらずほぼ一定の値
（中心値に対して最大１０％の差）であった。

【００６７】一定磁束制御が行われているＳＲモータの
回転子位置角がΔθ変化した場合の磁化特性上の軌跡
は、磁気未飽和領域で図１５（ａ）中のＨ１→Ｈ２とな
り、磁気飽和領域で図１５（ｂ）中のＨ１’→Ｈ２’と
なる。

【００６８】また、前記磁化特性の一次近似式を変形す
れば、磁気未飽和の状態に対応してＩ（θ，λ）＝Ｐｕ
ｎｓａｔ（θ）・λとなり、磁気飽和の状態に対応して
Ｉ（θ，λ）＝Ｐｓａｔ・λ−Ｉｓａｔ（θ）となる。

【００６９】そして、これらの変形式から、図１５
（ａ）もしくは（ｂ）に図示のΔＩ（＝Ｉ０−Ｉ１）と
Δθとの間に次の関係を得ることができる。

【００７０】磁気未飽和状態において、 ΔＩ＝Ｉ０−Ｉ１＝Ｋ３・Δθ・λ０ ここで、Ｋ３＝δＰｕｎｓａｔ／δθ 磁気飽和状態において、 ΔＩ＝Ｉ０−Ｉ１＝Ｋ４・Δθ ここで、Ｋ４＝δＩｓａｔ／δθ したがって、これらの式に従って、巻線電流の変化量Δ
Ｉを検出することで回転子位置角の変化量Δθを検出
し、速度を演算することができる。

【００７１】なお、実機評価したＳＲモータでは、回転
角が５０°〜８５°の範囲でδＰｕｎｓａｔ／δθおよ
びδＩｓａｔ／δθは回転角に拘わらずほぼ一定の値
（中心値に対して最大１０％の差）であった。

【００７２】ＳＲモータのトルク制御などを行うと電流
振幅に脈動が生じるが、定電流制御状態で速度検出を行
う方式を採用する場合には、図１６に示すように、検出
期間中、電流指令を定電流指令に切り換えればよい。

【００７３】また、トルク制御は主に、慣性モーメント
によるはずみ車効果が少ない低速で作用する。この低速
回転時の電圧波形は図１７に示すとおりになっている。
ただし、説明の便宜上、電流指令に脈動がない状態につ
いて示している。

【００７４】低速回転時にはＳＲモータの巻線に発生す
る逆起電圧が小さくなるため、インバータから出力すべ
き電圧も小さくなる。この結果、ＰＷＭ（パルス幅変
調）制御されたインバータの電圧波形には、図１７のよ
うに、巻線印加電圧が０となる期間が確実に発生すると
ともに、長くなるため、巻線への印加電圧が０の期間
（定磁束の期間）を利用して、速度を検出する方法を採
用することもできる。

【００７５】したがって、図１０から図１２の何れかの
速度検出部を採用することにより、基準信号を用いるこ
となくＳＲモータの速度を精度よく検出することができ
る。

【００７６】また、負荷の重い状態においては、速度検
出精度と共に位相制御の制御精度が低下し、トルク不足
状態となり、失速に陥る可能性が高まる。しかし、この
ような負荷条件では、ＳＲモータは必ず磁気飽和状態に
ある。したがって、磁気飽和状態（式Δλ＝Ｋ２・Δθ
もしくは式ΔＩ＝Ｋ４・Δθ）に対応させて前記速度検
出を行わせることで、巻線電流や磁束鎖交数を用いるこ
となく速度の演算を行うことができる。

【００７７】このため、演算回路もしくは演算ソフトウ
エアを簡単化することができ、しかも、安定性を向上さ
せることができ、ひいては運転範囲の拡大、効率の向上
に十分な効果を達成することができる。

【００７８】図１８はＳＲモータを駆動源とする１シリ
ンダロータリー圧縮機の運転エリアを示す図である。な
お、低圧を０．５ＭＰａに設定している。

【００７９】そして、図１８中ＡはＳＲモータを基準信
号および基準信号から検出された速度に基づいて制御し
た場合の運転エリアを示し、図１８中ＢはＳＲモータを
基準信号および基準信号を用いることなく検出された速
度に基づいて制御した場合の運転エリアを示している。
なお、後者の場合には、図１６に示すように、速度検出
のための定電流制御期間を指令電流に適宜設けてＳＲモ
ータの制御を行った。

【００８０】後者の速度検出方法を採用した場合には、
定電流制御期間における磁束鎖交数の変化から速度を検
出するのであり、ＰＷＭ制御に伴う電流リプルにより実
速度の検出誤差を生じた。しかし、図１８中Ａに示す運
転エリアと比較して、低速側の運転エリアを拡大するこ
とができた。

【００８１】なお、上記の実施態様においては固定子の
極数が６、回転子の極数が４のＳＲモータについて説明
したが、他の極数のＳＲモータについても同様に適用す
ることができる。

【００８２】

【発明の効果】請求項１の発明は、基準信号から回転速
度を検出する場合と比較して正確に回転速度を検出する
ことができ、ひいては、電圧もしくは電流の位相制御精
度を高めて効率向上およびモータ失速の未然防止を達成
することができるとともに運転範囲を拡大することがで
きるほか、付加価値の高いモータ制御を実現することが
できるという特有の効果を奏する。

【００８３】請求項２の発明は、請求項１と同様の効果
を奏する。

【００８４】請求項３の発明は、回転速度検出処理を簡
単化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。

【００８５】請求項４の発明は、圧縮機運転効率を向上
させることができるとともに、広い運転範囲において圧
縮機を安定に駆動することができるという特有の効果を
奏する。

【００８６】請求項５の発明は、基準信号から回転速度
を検出する場合と比較して正確に回転速度を検出するこ
とができ、ひいては、電圧もしくは電流の位相制御精度
を高めて効率向上およびモータ失速の未然防止を達成す
ることができるとともに運転範囲を拡大することができ
るほか、付加価値の高いモータ制御を実現することがで
きるという特有の効果を奏する。

【００８７】請求項６の発明は、請求項５と同様の効果
を奏する。

【００８８】請求項７の発明は、回転速度検出処理を簡
単化することができるほか、請求項５または請求項６と
同様の効果を奏する。

【００８９】請求項８の発明は、圧縮機運転効率を向上
させることができるとともに、広い運転範囲において圧
縮機を安定に駆動することができるという特有の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブラシレスＤＣモータの回転位置検出装置の構
成を示す電気回路図である。

【図２】ｕ相電流が零の場合の回路状態を示す電気回路
図である。

【図３】ブラシレスＤＣモータの各部の波形を示す図で
ある。

【図４】従来のＳＲモータ制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】基準信号発生回路の構成を示す電気回路図であ
る。

【図６】ＳＲモータとインバータ主回路との接続状態を
示す電気回路図である。

【図７】インバータのスイッチング動作と巻線電流とを
説明する概略図である。

【図８】ＳＲモータおよび制御装置の各部の波形を示す
図である。

【図９】この発明のＳＲモータ制御装置の一実施態様を
示すブロック図である。

【図１０】速度検出部の構成の一例を示すブロック図で
ある。

【図１１】速度検出部の構成の他の例を示すブロック図
である。

【図１２】速度検出部の構成のさらに他の例を示すブロ
ック図である。

【図１３】ＳＲモータの回転角に対応した巻線電流と鎖
交磁束との関係を示す図である。

【図１４】定電流制御での磁化特性上の軌跡を示す図で
ある。

【図１５】定磁束制御での磁化特性上の軌跡を示す図で
ある。

【図１６】速度検出のための電流指令の一例を示す図で
ある。

【図１７】低速でのＳＲモータの電流、電圧波形を示す
図である。

【図１８】１シリンダロータリー圧縮機の運転エリアを
示す図である。

【符号の説明】

３ インバータ ４ ＳＲモータ ４ｂ 回転子 ４ｕ ｕ相巻線 ４ｖ ｖ相巻線 ４ｗ ｗ相巻線 ５ 基準信号発生部 ６ 速度検出部 ７ 速度制御部 ８ 位相演算部 ９ タイマ部 １１ コンパレータ １２ 通電相選択部 １３ 波形制御部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 AA09 BB08 CC01 DD09 GG03 GG07 HB07 HB14 JJ18 JJ19 LL16 LL23 LL35

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ（３）によりスイッチトリラ
   クタンスモータ（４）の各相の固定子巻線（４ｕ）（４
   ｖ）（４ｗ）にパルス状の電圧もしくは電流を供給して
   スイッチトリラクタンスモータ（４）を駆動するスイッ
   チトリラクタンスモータ制御方法において、 スイッチトリラクタンスモータ（４）の回転子（４ｂ）
   の回転位置に拘束されない基準信号を発生するととも
   に、基準信号を用いることなく回転子（４ｂ）の回転速
   度を検出し、発生された基準信号と検出された回転速度
   とに基づいて順トルクを発生すべく前記パルス状の電圧
   もしくは電流の位相を設定するためにインバータ（３）
   を制御することを特徴とするスイッチトリラクタンスモ
   ータ制御方法。
2. 【請求項２】 スイッチトリラクタンスモータ（４）の
   磁化特性から回転子（４ｂ）の回転速度を検出する請求
   項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法。
3. 【請求項３】 スイッチトリラクタンスモータ（４）が
   磁気飽和状態であることを条件として、スイッチトリラ
   クタンスモータ（４）の回転子（４ｂ）の回転速度を検
   出する請求項１または請求項２に記載のスイッチトリラ
   クタンスモータ制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３の何れかのスイッ
   チトリラクタンスモータ制御方法により制御されるスイ
   ッチトリラクタンスモータ（４）によって圧縮機を駆動
   することを特徴とする圧縮機駆動方法。
5. 【請求項５】 インバータ（３）によりスイッチトリラ
   クタンスモータ（４）の各相の固定子巻線（４ｕ）（４
   ｖ）（４ｗ）にパルス状の電圧もしくは電流を供給して
   スイッチトリラクタンスモータ（４）を駆動するスイッ
   チトリラクタンスモータ制御装置において、 スイッチトリラクタンスモータ（４）の回転子（４ｂ）
   の回転位置に拘束されない基準信号を発生する基準信号
   発生手段（５）と、 基準信号を用いることなく回転子（４ｂ）の回転速度を
   検出する回転速度検出手段（６）（６ｂ）と、 発生された基準信号と検出された回転速度とに基づいて
   順トルクを発生すべく前記パルス状の電圧もしくは電流
   の位相を設定するためにインバータ（３）を制御するイ
   ンバータ制御手段（７）（８）（９）（１１）（１２）
   （１３）と、を含むことを特徴とするスイッチトリラク
   タンスモータ制御装置。
6. 【請求項６】 前記回転速度検出手段（６）（６ｂ）
   は、スイッチトリラクタンスモータ（４）の磁化特性か
   ら回転子（４ｂ）の回転速度を検出するものである請求
   項５に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置。
7. 【請求項７】 前記回転速度検出手段（６ｂ）は、スイ
   ッチトリラクタンスモータ（４）が磁気飽和状態である
   ことを条件として、スイッチトリラクタンスモータ
   （４）の回転子（４ｂ）の回転速度を検出するものであ
   る請求項５または請求項６に記載のスイッチトリラクタ
   ンスモータ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５から請求項７の何れかのスイッ
   チトリラクタンスモータ制御装置により制御されるスイ
   ッチトリラクタンスモータ（４）によって圧縮機を駆動
   することを特徴とする圧縮機駆動装置。