JP2002199769A - スイッチトリラクタンスモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
のモータ効率を向上させること。 【解決手段】ＳＲモータは、ステータとロータが共に突
極構造をなし、そのロータが強磁性体より構成され、ス
テータが複数の駆動相より構成される。このＳＲモータ
のステータの各駆動相に対して所定の印加期間ずつ順次
に断続的に電圧を印加すると共に、各印加期間の前半部
と後半部とを隣接する各駆動相の間で互いに重複させる
ようにした駆動方法において、各駆動相に対する１回当
たりの印加期間Ｔ１につき、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２を
前半部Ｔａの電位差Ｅ１に比べて小さくなるようにして
いる。具体的には、前半部Ｔａの電位差Ｅ１に対する後
半部Ｔｂの電位差Ｅ２の割合を「１０〜５０％」にす
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、ステータ及びロ
ータが共に突極構造をなし、ロータが永久磁石ではなく
強磁性体よりなるスイッチトリラクタンスモータに係
り、詳しくは、その駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のスイッチトリラクタ
ンスモータ（ＳＲモータ）は、ブラシレスモータの一つ
として知られている。ＳＲモータは、永久磁石がいらな
いことから、誘導モータや永久磁石同期モータに比べて
構造がシンプルで、堅牢で安価なモータとして知られて
いる。

【０００３】例えば、「電学論（電気学会論文）Ｄ，１
２０巻７号，平成１２年」には、この種のＳＲモータに
関する研究論文が開示されている。図１には、本論文中
に掲載された３相式モータと同等のＳＲモータの構成概
念図を示す。図８には、本論文中に掲載されたモータ駆
動方法を示す。

【０００４】図１において、ステータ２の各駆動相Ｕ〜
Ｗの突極２ａ〜２ｃに対して、図８に示すように、電圧
を断続的に印加する。即ち、互いに隣接する各駆動相Ｕ
〜Ｗの間で、電圧の印加期間を一部重複させるようにし
ている。これにより、ステータ２の各突極２ａ〜２ｃ
と、ロータ３の各突極３ａ，３ｂとの間に形成される磁
路を変化させ、相互インダクタンスの位置を変化させて
トルクを発生させ、ロータ３を回転させるようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
ＳＲモータの駆動方法では、図８に示すように、互いに
隣接する各駆動相Ｕ〜Ｗの間で、電圧の印加期間が互い
に重複しており、しかも、極性は異なるものの同じ電圧
レベルで重複していた。このため、図９に示すように、
各駆動相Ｕ〜Ｗにおける回転角変化の後半部が前半部に
比べて電流値が高くなる傾向があり、無駄に電力が消費
されることになった。このため、ＳＲモータの出力と入
力との比率（モータ効率）が劣る傾向があった。

【０００６】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、モータ効率を向上させることを
可能にしたスイッチトリラクタンスモータの駆動方法を
提供することになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ステータとロータが共に
突極構造をなし、ロータが強磁性体より構成され、ステ
ータが複数の駆動相より構成されるスイッチトリラクタ
ンスモータに係り、ステータの各駆動相に対して所定の
印加期間ずつ順次に断続的に電圧を印加すると共に、各
印加期間の前半部と後半部とを隣接する各駆動相の間で
互いに重複させることによりスイッチトリラクタンスモ
ータを駆動させる駆動方法において、各駆動相に対する
１回当たりの印加期間につき、後半部の電位差を前半部
の電位差に比べて小さくしたことを趣旨とする。

【０００８】上記の発明の構成によれば、各駆動相に対
する１回当たりの印加期間につき、後半部の電位差が前
半部の電位差に比べて小さくなるので、後半部の電流値
が低くなり後半部の無駄な電力消費が少なくなる。

【０００９】上記目的を達成するために、請求項２に記
載の発明は、請求項１に記載の発明において、前半部の
電位差に対する後半部の電位差の割合を１０〜５０％と
したことを趣旨とする。

【００１０】上記発明の構成によれば、請求項１に記載
の発明の作用において、前半部と後半部の電位差の割合
を１０〜５０％の範囲に設定することにより、発生トル
クを低減させることなく後半部の電流値が適度に少なく
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のスイッチトリラク
タンスモータの駆動方法を具体化した一実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１に本実施の形態のスイッチトリラクタ
ンスモータ（ＳＲモータ）１の構成概念図を示す。この
ＳＲモータ１は、従来の３相式モータと同じ構成を有す
るものである。即ち、ＳＲモータ１は、突極構造をなす
ステータ２と、そのステータ２の中心に配置されて同じ
く突極構造をなすロータ３とを備える。３相式モータで
あることから、ステータ２は一対をなす三組の突極２
ａ，２ｂ，２ｃを含む。各組の突極２ａ〜２ｃには、全
節巻により巻線が設けられる。これら三つの巻線がＵ駆
動相、Ｖ駆動相及びＷ駆動相を構成する。ロータ３は永
久磁石ではなく強磁性体より構成され、一対をなす二組
の突極３ａ，３ｂを含む。これらの突極３ａ，３ｂの先
端が、ステータ２の各突極２ａ〜２ｃの先端に対向可能
に配置される。

【００１３】図２に上記ＳＲモータ１を駆動させるため
の駆動装置の一例をブロック回路図に示す。この駆動装
置は、コントローラ１１、ゲートドライバ１２、スイッ
チング回路１３、回転センサ１４及び電流検出器１５を
備える。トランジスタよりなるスイッチング回路１３
は、ＳＲモータ１のＵ駆動相に対する電圧印加をＯＮ・
ＯＦＦするためのＵ相スイッチ１６、Ｖ駆動相に対する
電圧印加をＯＮ・ＯＦＦするためのＶ相スイッチ１７、
Ｗ駆動相に対する電圧印加をＯＮ・ＯＦＦするためのＷ
相スイッチ１８を有する。コントローラ１１は、ゲート
ドライバ１２を介して各相スイッチ１６〜１８に接続さ
れる。回転センサ１４は、ＳＲモータ１のロータ３と共
に回転する出力軸１ａの回転角を検出するためのもので
ある。電流検出器１５は、各相スイッチ１６〜１８を流
れる電流を検出してコントローラ１１へフィードバック
するためのものである。コントローラ１１は、回転セン
サ１４、電流検出器１５及び速度指令値に基づいてＳＲ
モータ１を制御するための制御信号をゲートドライバ１
２へ出力し、ゲートドライバ１２を介して各相スイッチ
１６〜１８を順次にＯＮ・ＯＦＦさせてＳＲモータ１を
駆動させるようになっている。コントローラ１１には、
ＳＲモータ１を駆動させるための制御プログラムが格納
される。コントローラ１１は、この制御プログラムに基
づいて制御信号を出力する。

【００１４】図３にＳＲモータ１の各駆動相Ｕ〜Ｗに電
圧を印加するためにコントローラ１１が実行する電圧制
御の内容をグラフに示す。このグラフは、ロータ３の回
転角の変化に対する各駆動相Ｕ〜Ｗに対する印加電圧の
変化を示す。このグラフは、ＳＲモータ１の駆動方法を
示すものであり、基本的には、ステータ２の各駆動相Ｕ
〜Ｗに対して所定の印加期間Ｔ１ずつ順次に断続的に電
圧を印加すると共に、各印加期間Ｔ１の前半部Ｔａと後
半部Ｔｂとを隣接する各駆動相Ｕ〜Ｗの間で互いに重複
させることによりＳＲモータ１を駆動させるようになっ
ている。このような重複印加は、従来の駆動方法と同じ
であるが、この実施の形態では、次のような点に特徴が
ある。即ち、図３に示すように、各駆動相Ｕ〜Ｗに対す
る１回当たりの印加期間Ｔ１につき、後半部Ｔｂの電位
差Ｅ２を前半部Ｔａの電位差Ｅ１に比べて小さくなるよ
うに設定している。特に、この実施の形態では、前半部
Ｔａの電位差Ｅ１に対する後半部Ｔｂの電位差Ｅ２の割
合を「１０〜５０％」の範囲の値としている。具体的に
は、図８に示す従来の印加電圧の電位差が「８．０Ｖ」
であったのに対して、本実施の形態では、１回当たりの
印加期間Ｔ１につき、前半部Ｔａの電位差Ｅ１を「１
２．０Ｖ」とし、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２を「３．０
Ｖ」とすることにより、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２の割合
を「２５．０％」に設定している。

【００１５】従って、この実施の形態の駆動方法によれ
ば、各駆動相Ｕ〜Ｗに対する１回当たりの印加期間Ｔ１
につき、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２が前半部Ｔａの電位差
Ｅ１に比べて小さくなるので、後半部Ｔｂの電流値が低
くなり、図４に示すように、後半部Ｔｂの無駄な電力消
費が少なくなる。図４では、前半部Ｔａのピーク電流値
と後半部Ｔｂのピーク電流値との差が、図９に示す従来
のそれよりも少なくなっていることが分かる。この結
果、ＳＲモータ１としてのモータ効率を向上させること
ができる。この実施の形態の解析例によれば、「２９
％」から「３２％」へモータ効率を向上させることがで
きた。

【００１６】特に、この実施の形態の駆動方法によれ
ば、前半部Ｔａと後半部Ｔｂの電位差Ｅ１，Ｅ２の割合
を「２５．０％」に設定することにより、ＳＲモータ１
の発生トルクを低減させることなく後半部Ｔｂの電流値
が適度に少なくなる。このため、適正な機能を確保しつ
つＳＲモータ１としてのモータ効率を向上させることが
できる。

【００１７】図５〜７には、ＳＲモータの駆動方法につ
き、Ｖ駆動相とＷ駆動相に電圧を印加して励磁させたと
きの磁束線図の解析例を示す。図５は、従来の駆動方法
によるものであり、１回当たりの印加期間Ｔ１における
前半部Ｔａの電位差Ｅ１と後半部Ｔｂの電位差Ｅ２が共
に「８．０Ｖ」となる場合を示す。ＳＲモータの理想的
な磁束の流れは、Ｕ駆動相とＶ駆動相との間でロータ３
とステータ２との間に全ての磁束が流れている状態であ
る。そのような状態であれば、磁束の流れがロータ３の
回転に有効に働いていると言える。しかし、図５に示す
従来例の場合、各駆動相Ｕ〜Ｗに同じ電圧を印加してお
り、この図の状態では、Ｖ駆動相より先にＵ駆動相に対
して通電が開始することになる。これにより、Ｕ駆動相
により大きな電流が流れ、Ｕ駆動相を中心とした磁束の
流れが生じてＵ駆動相とＷ駆動相との間でステータ２と
ロータ３との間に磁束が発生している。このため、ロー
タ３に回転方向とは逆向きのトルクが発生し、性能低下
の原因になっている。これに対して、図６に示す本実施
の形態の駆動方法によれば、前半部Ｔａの電位差Ｅ１を
「１２．０Ｖ」、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２を「３．０
Ｖ」とし（電位差Ｅ１に対する電位差Ｅ２の割合は「２
５％」となる。）、前半部Ｔａの電位差Ｅ１に比べて後
半部Ｔｂの電位差Ｅ２を低くしている。このため、Ｕ駆
動相とＶ駆動相との間の電流値の差が小さくなり、その
結果として、Ｕ駆動相とＷ駆動相との間でステータ２と
ロータ３との間に発生する磁束量が減少し、性能が向上
できたと考えられる。しかしながら、前半部Ｔａの電位
差Ｅ１を「１４．０Ｖ」、後半部Ｔｂの電位差Ｅ２を
「１．０Ｖ」とし（電位差Ｅ１に対する電位差Ｅ２の割
合は「約７％」となる。）、両電位差Ｅ１，Ｅ２の差を
大きくすると、図７に示すように、Ｖ駆動相の方が磁束
量が多くなってしまう。このため、Ｖ駆動相側でＵ駆動
相とＷ駆動相との間のステータ２に磁束が発生してしま
い、逆にモータ性能が低下してしまうことになる。この
ような解析結果から、適正な機能を確保しながらモータ
効率を向上させることのできる電位差Ｅ１に対する電位
差Ｅ２の割合は、概ね「１０〜５０％」の範囲にあると
推測することができる。

【００１８】尚、この発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲
で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

【００１９】例えば、前記実施の形態では、この発明の
駆動方法を３相式のＳＲモータ１に具体化したが、４相
式のＳＲモータに具体化することもできる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明の構成によれば、
モータ効率を向上させることができる。

【００２１】請求項２に記載の発明の構成によれば、適
正な機能を確保しながらモータ効率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係り、ＳＲモータを示す構成概
念図である。

【図２】駆動装置のブロック回路図である。

【図３】電圧制御の内容を示すグラフである。

【図４】回転角と電流値の関係を示すグラフである。

【図５】解析例についての磁束線図である。

【図６】解析例についての磁束線図である。

【図７】解析例についての磁束線図である。

【図８】従来の電圧制御の内容を示すグラフである。

【図９】従来の回転角と電流値の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ ＳＲモータ ２ ステータ ２ａ〜２ｃ 突起 ３ ロータ ３ａ，３ｂ 突起

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータとロータが共に突極構造をな
   し、前記ロータが強磁性体より構成され、前記ステータ
   が複数の駆動相より構成されるスイッチトリラクタンス
   モータに係り、前記ステータの各駆動相に対して所定の
   印加期間ずつ順次に断続的に電圧を印加すると共に、前
   記各印加期間の前半部と後半部とを隣接する各駆動相の
   間で互いに重複させることによりスイッチトリラクタン
   スモータを駆動させる駆動方法において、 前記各駆動相に対する１回当たりの印加期間につき、前
   記後半部の電位差を前記前半部の電位差に比べて小さく
   したことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの
   駆動方法。
2. 【請求項２】 前記前半部の電位差に対する前記後半部
   の電位差の割合を１０〜５０％としたことを特徴とする
   請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動
   方法。