JP2005229724A - スイッチトリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アブソリュート型位置検出器を用いることなく、適正な始動を行うことができるスイッチトリラクタンスモータの始動装置を提供する。
【解決手段】スイッチトリラクタンスモータに電力を供給し始める直後の微少時間は前記スイッチトリラクタンスモータの全ての相に同時に同一の電圧を印加する始動電圧印加手段と、前記微少期間直後の時点における前記スイッチトリラクタンスモータの全ての相の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の出力より前記スイッチトリラクタンスモータの回転子の位置を推定演算する位置推定手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータの制御装置に関するものであり、位置センサを使用しないで始動時の回転子位置を推定する技術に関するものである。

スイッチトリラクタンスモータを制御する場合、固定子の突極部と回転子の突極部との位置関係によってトルク方向が変わるので、回転子の位置を検出する位置検出器が必要となる。位置検出器には、アブソリュート型とインクリメント型がある。アブソリュート型は、回転子の絶対位置を出力することができるが高価である。従って、回転子の移動量しか出力できないが安価なインクリメント型が採用されている。位置信号は、インクリメント型位置検出器の出力を積算することで得ることができる。

しかしながら、アブソリュート型であれば電源投入直後に位置を知ることが出来るが、インクリメント型ではそれが不可能であり、従って始動時の位置が不明となる。そこである特定の相のみを励磁し、回転子の突極歯と固定子の突極歯が合致する位置に落ち着くのを待ってからインクリメント型位置検出器の出力の積算値を所定値にプリセットし、通常の運転へ移行させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−２３７９８２号公報

インクリメント型位置検出器を用いた場合、電源投入直後の回転子の位置が不明である。従って特定の相のみを励磁して落ち着いてから通常運転へ移行する方法が採用されているが、これでは始動時の回転方向が特定できないという問題点がある。

また、静止摩擦や負荷トルクが存在する場合は、特定の相のみを励磁して落ち着いた状態でも完全に回転子の突極歯と固定子の突極歯が合致しないので、インクリメント型位置検出器の出力の積算値を正しい値にプリセットすることができなくなり、その後の通常運転においても位置誤差を含んだままとなり、運転効率などの特性が悪くなる。

そこで本発明は、スイッチトリラクタンスモータに電力を供給し始める直後の微少時間はスイッチトリラクタンスモータの全ての相に同時に同一の電圧を印加する始動電圧印加手段と、前記微少期間直後の時点におけるスイッチトリラクタンスモータの全ての相の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の出力よりスイッチトリラクタンスモータの回転子の位置を推定演算する位置推定手段とを具備する。

また、前記位置推定手段において、入力した前記電流検出手段の出力である各相の電流値の大小関係より前記回転子の位置の領域を判別し、前記各相の電流から選択された２相分の比より前記選択され領域内で回転子位置を求めることを特徴とする。

始動電圧印加手段により、始動直後の微少期間ｔ１だけスイッチトリラクタンスモータの全ての相に同時に同一の電圧を印加する。図２は、３相の巻き線が施されたスイッチトリラクタンスモータの場合に、始動電圧印加手段により印加された電圧波形例（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を示している。すると、例えば図２の破線で示された電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が流れ、電流検出手段は、微少期間直後の各相の電流値（図２の黒丸の値のＩｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐ）を出力する。

回転子位置θと電流検出手段の出力であるＩｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐの関係は、固定子極数６で回転子極数４のスイッチトリラクタンスモータの場合に例えば図３のようになる。これは回転子の突極歯と固定子の突極歯との位置関係により磁気抵抗が変化するためである。位置推定手段は、まずＩｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐの大小関係により回転子位置の図３に示されるＡからＦまでの６つの領域を判別する。例えば図２の場合はＩｕｐ＞Ｉｗｐ＞Ｉｖｐなので図３より領域Ｃに回転子位置があることが判明する。図３のＡの領域で小さい方の２相の電流の比Ｋと位置θとの関係を図４のように予め求めてテーブル化しておく。次に位置推定手段は、電流検出手段の出力の中で小さい方の２つの電流の比Ｋ（図２の場合はＩｖｐとＩｗｐとの比のＫ＝Ｉｖｐ／Ｉｗｐ）を求め、得られたＫによって図４のテーブルを参照して仮の回転子位置θ’を求め、図５の各領域に基づいた式で回転子位置θを求める。

ここで電流比Ｋを求める際に小さい方の２つの電流を用いたが、大きい方の２つを用いても、最大と最小の２つを用いても差し支えない。その際は、図４のテーブルもそれに合ったものに変更する必要がある。

以上説明したように、本発明の手段により、始動直後の回転子位置を求めることができるので、逆転することなく滑らかにモータを回転させることができる。また、静止摩擦や負荷トルクが存在する場合でも位置推定手段の出力は正確な位置を得ることができるので、インクリメント型位置検出器の出力の積算値を始動直後に位置推定手段の出力でプリセットすることで、その後の運転において位置誤差を残す恐れがなく、効率低下などの特性劣化を招く恐れがない。

安価なインクリメント型位置検出器でも逆転のない始動が得られ、特性劣化のない運転が実現した。

図１は、本発明の１実施例のブロック図である。駆動回路４は、スイッチ８で選択されたスイッチング信号に従って直流電源５をスイッチトリラクタンスモータ１の３相巻き線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加する。インクリメント型位置検出器２は、スイッチトリラクタンスモータ１の回転子位置の変化に対応したパルス列を出力する。始動直後において、スイッチ８は始動電圧印加手段７の出力を選択して駆動回路４へ出力する。すると、図２に示されるような電圧が微少期間ｔ１だけ各巻線に印加される。

ｔ１終了時点において、電流検出手段３は各相の電流を検出してＩｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐとして出力する。

位置推定手段９は、Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐを入力し、その大小関係により図３に示される６つの領域を判別する。また小さい方の２つの電流比Ｋを求めて図４のテーブルを参照して仮の位置θ’を求めて、図５に示されている領域に応じた計算式により回転子位置θを求めて出力する。

パルス積算器１０は、インクリメント型位置検出器２の出力パルスを積算して回転子位置θを出力するが、ｔ１終了時点には位置推定手段９の出力の値にプリセットする。

スイッチ８は、ｔ１終了後にトルク制御器６の出力を選択して駆動回路４へ出力する。トルク制御器６は、パルス積算器１０の出力の回転子位置θに基づいて、スイッチトリラクタンスモータ１が入力したトルク指令Ｔｒｅｆに追従するような制御信号を出力する。

安価なインクリメト型の位置検出器であっても、始動や運転特性においてアブソリュート型位置検出器を使用した場合と変化のない運転が得られることから、産業上の利用の可能性は大いにある。

本発明の実施例を示した説明図である。 始動電圧印加手段による各巻線の電圧波形と電流波形の一例である。 回転子位置と電流検出手段出力との関係の一例である。 電流比と回転子位置との関係の一例である。 各領域における位置計算式である。

符号の説明

１ スイッチトリラクタンスモータ
２ インクリメント型位置検出器
３ 電流検出手段
４ 駆動回路
５ 直流電源
６ トルク制御器
７ 始動電圧印加手段
８ スイッチ
９ 位置推定手段
１０ パルス積算器

Claims (2)

1. スイッチトリラクタンスモータの制御装置において、前記スイッチトリラクタンスモータに電力を供給し始める直後の微少時間は前記スイッチトリラクタンスモータの全ての相に同時に同一の電圧を印加する始動電圧印加手段と、前記微少期間直後の時点における前記スイッチトリラクタンスモータの全ての相の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の出力より前記スイッチトリラクタンスモータの回転子の位置を推定演算する位置推定手段とを具備することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。
2. 前記位置推定手段において、入力した前記電流検出手段の出力である各相の電流値の大小関係より前記回転子の位置の領域を判別し、前記各相の電流から選択された２相分の比より前記選択され領域内で回転子位置を求めることを特徴とする請求項１記載のスイッチトリラクタンスモータの制御装置。

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