JP2014176265A - ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記回転角検出センサの出力値に基づいて、前記アウターステータ及び前記インナーステータの少なくともいずれか一方に設けられた突極の励磁タイミングを制御するダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法であって、前記アウターステータに設けられた特定の1相の突極を励磁させ、前記回転角検出センサの初期値を調整するための第1ゼロ基準値を取得する第1工程と、前記インナーステータに設けられた特定の1相の突極を励磁させ、前記回転角検出センサの初期値を調整するための第2ゼロ基準値を取得する第2工程と、を有する、という手法を採用する。
【選択図】図7
Description
この実用化の一環として、スイッチトリラクタンス回転機の性能向上を図るべく、ダブルステータ構造にすることが提案されている。
下記特許文献1には、センサの取り付け精度を高めなくても、波形制御を高精度化すると共に、高応答性を実現するべく、停止時に回転子位置角と通電波形との位相を特定し、この位相及びアップ/ダウン・カウンタの内容に基づいて回転子の位置角を検出する同期モータの制御方法が開示されている。
ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機は、環状のロータと、ロータの外側に配置されたアウターステータと、ロータの内側に配置されたインナーステータと、を有する構成となっている。アウターステータとインナーステータは、組み立て精度の影響で、物理的な位相のズレを生じていることがある。このため、上記従来技術を適用し、停止時に回転角検出センサのゼロ調整(初期値の調整)を行っても、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機では、効率的な運転ができない場合があった。
この手法を採用することによって、本発明では、アウターステータの特定の1相の突極に励磁し、当該突極の磁気吸引力によってロータを引き付け、回転角検出センサの第1ゼロ基準値を取得すると共に、インナーステータの特定の1相の突極に励磁し、当該突極の磁気吸引力によってロータを引き付け、回転角検出センサの第2ゼロ基準値を取得する。このように、本発明では、アウターステータ側とインナーステータ側の2つのゼロ基準値を取得することで、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の運転状態に応じて回転角検出センサのゼロ調整を2段階で調整できるため、効率的な運転が可能となる。
この手法を採用することによって、本発明では、第1工程においてアウターステータの特定の1相の突極を励磁しても、ロータを引き付けられない場合、すなわち当該特定の1相の突極に対してロータが死角になっている場合であっても、第2工程で異なる相の突極を励磁することで、ロータを引き付けることができるため、回転角検出センサのゼロ基準値を確実に取得することができる。
この手法を採用することによって、本発明では、第1工程と第2工程の励磁の結果、ロータがステータ側の一極分回転していない場合には、どちらかの工程でロータが死角になっていたと判断できるため、死角が解消された状態でもう一度、第1工程と第2工程を繰り返すことにより、アウターステータ側とインナーステータ側の2つのゼロ基準値を確実に取得することができる。
この手法を採用することによって、本発明では、並列接続されて起磁力が異なるアウターステータ及びインナーステータの一方若しくは両方に通電モードを切り替えることにより、低出力の場合には起磁力が小さいインナーステータ単独で、中出力の場合には起磁力が大きいアウターステータ単独で、高出力の場合にはアウターステータ及びインナーステータの両方で動作することにより、効率を向上させることができる。
また、本発明では、インナーステータ単独運転の第1モードのときには、回転角検出センサの初期値をインナーステータ側で取得した第2ゼロ基準値でゼロ調整し、また、アウターステータ単独運転の第2モードのときには、回転角検出センサの初期値をアウターステータ側で取得した第1ゼロ基準値でゼロ調整し、また、アウターステータ及びインナーステータ共同運転の第3モードのときには、アウターステータの方が起磁力が大きいので、回転角検出センサの初期値をアウターステータ側で取得した第1ゼロ基準値でゼロ調整することにより、効率的な運転が可能となる。
図1は、本発明の第1実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータAの断面構成図である。
インナーステータ30は、環状の磁性体からなり、その外周に突極21と同位相の30°間隔で12個設けられた突極31と、突極31のそれぞれに巻回されたコイル(巻線)32と、を有する。コイル32は、コイル22と同様に周方向に沿ってU相→V相→W相→U相→…の順に相分けされて配置されている。
上記構成のスイッチトリラクタンスモータAは、図2に示すようなインバータ40を有する。なお、図2において、符号41は直流電源を示し、符号42は平滑コンデンサを示す。また、アウターステータ20には各相4つのコイル22が設けられているが視認性の向上のため各相1つのコイル22のみを代表して図示して残りの図示を省略している。また、インナーステータ30においても同様に、各相4つのコイル32が設けられているが視認性の向上のため各相1つのコイル32のみを代表して図示して残りの図示を省略している。
図3に示すように、低出力の場合、インナーステータ30単独で運転した方が効率が良いことが分かる。また、中出力の場合、アウターステータ20単独で運転した方が効率が良いことが分かる。また、高出力の場合、アウターステータ20及びインナーステータ30共同で運転した方が効率が良いことが分かる。
したがって、本実施形態によれば、低出力の場合には第1モードに切り換えて、中出力の場合には第2モードに切り換えて、高出力の場合には第3モードに切り替えることで、低出力から高出力に亘る高効率運転を実現することができる(図3において実線で示す)。
なお、図4においては、視認性の向上のため3相のうち1相の非対称ハーフブリッジ回路45のみを代表して図示し、他の相の非対称ハーフブリッジ回路45を省略しているが、他の相においても同様の構成となっている。
レゾルバ51は、ロータ10の回転角度位置や回転速度を磁気的に検出するためのものであり、例えばロータ10側に設けられた不図示の励磁コイルと、アウターステータ20側あるいはインナーステータ30側に設けられた不図示の検出コイルと、を有する。
図5に示すように、制御部52は、ユーザーからトルク指令値が入力されると、予め作成しておいたテーブルデータから、当該トルク指令値に対応した、電流指令値と点弧角・消弧角指令値とを得る。次に、制御部52は、電流指令値と、点弧角・消弧角指令値と、不図示の電流計から取得した相電流と、ロータ位置(レゾルバ信号)と、からPWMを生成し、ゲート信号としてスイッチング素子43a,43bに出力する。制御部52は、それぞれの入力の偏差について、所定ゲインによるPI演算を行い、計測値を指令値に合致させるPI制御を行う。
図6(a)は、レゾルバ信号(電機角)と位相角との関係を示す。図6(b)は、アウターステータ20のインダクタンス(図1における符号Uo等と対応する)と位相角との関係を示す。図6(c)は、インナーステータ30のインダクタンス(図1における符号Ui等と対応する)と位相角との関係を示す。
図6(b)及び図6(c)に示すように、アウターステータ20のインダクタンス最大(Lmax)のときの位相角aと、インナーステータ30のインダクタンス最大(Lmax)のときの位相角bとが、ズレる場合、図6(a)に示すように、Uo相のレゾルバ信号とUi相のレゾルバ信号の最大値もズレることとなる。
先ず、アウターステータ20を励磁する(ステップS1)。
このステップS1では、アウターステータ20に設けられた特定の1相の突極21を励磁させ、レゾルバ51の初期値を調整するための第1ゼロ基準値を取得する(第1工程)。なお、アウターステータ20のみを励磁する場合には、図2に示すスイッチ47aを「ON」、スイッチ47bを「OFF」にする。
このステップS2では、インナーステータ30に設けられた特定の1相(アウターステータ20で励磁した相と同相)の突極31を励磁させ、レゾルバ51の初期値を調整するための第2ゼロ基準値を取得する(第2工程)。なお、アウターステータ20のみを励磁する場合には、図2に示すスイッチ47aを「OFF」、スイッチ47bを「ON」にする。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
ロータ10の停止位置は、図1に示す対向状態と、図8に示す非対向状態の二種類が存在するが、非対向状態でのロータ10の停止は非常に稀なケースである。
第2実施形態では、この非対向状態でロータ10が停止している状態であっても、レゾルバ51のゼロ調整を可能とするべく、図9に示すような工程で、レゾルバ51のゼロ基準値を取得する。
このステップS1では、アウターステータ20に設けられた特定の1相の突極21を励磁させる(第1工程)。ステップS1において、例えば、アウターステータ20のU相の突極21(図8において符号Uoを付す)を励磁させた場合、ロータ10が死角となっており、当該突極21の磁気吸引力がバランスし、ロータ10を引き付けることはできない。
このステップS2では、インナーステータ30に設けられた特定の1相(アウターステータ20で励磁した相と異なる相(例えばWi相))の突極31を励磁させる。このように、ステップS1においてUo相の突極21を励磁して、ロータ10を引き付けられない場合であっても、ステップS2でWi相の突極31を励磁することで、図8に示すように、当該突極31では磁気吸引力がバランスすることなく、ロータ10を引き付けることができるため、レゾルバ51のゼロ基準値を確実に取得することができる。
このステップS3では、ステップS1とステップS2の励磁の結果、ロータ10がステータ側の一極分回転していない場合、ステップS1とステップS2を再び繰り返させる。すなわち、ステップS1とステップS2の励磁の結果、ロータ10がステータ側の一極分回転していない場合には、どちらかの工程でロータ10が死角になっていたと判断できるためである。ステップS2においては、死角が確実に解消されるので、死角が解消された状態でもう一度、ステップS1とステップS2を繰り返すことにより、アウターステータ20側とインナーステータ30側の2つのゼロ基準値を確実に取得することができる(この場合、ロータ10がステータ側の一極分回転する)。
なお、4相モータ、5相モータの場合、第2実施形態においては、第2工程において、第1工程で励磁した相と隣接する相の突極を励磁することが望ましい。
Claims (4)
- 環状のロータと、前記ロータの外側に配置されたアウターステータと、前記ロータの内側に配置されたインナーステータと、前記ロータの回転角を検出する回転角検出センサと、を有し、前記回転角検出センサの出力値に基づいて、前記アウターステータ及び前記インナーステータの少なくともいずれか一方に設けられた突極の励磁タイミングを制御するダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法であって、
前記アウターステータに設けられた特定の1相の突極を励磁させ、前記回転角検出センサの初期値を調整するための第1ゼロ基準値を取得する第1工程と、
前記インナーステータに設けられた特定の1相の突極を励磁させ、前記回転角検出センサの初期値を調整するための第2ゼロ基準値を取得する第2工程と、を有する、ことを特徴とするダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法。 - 前記第2工程では、前記第1工程で励磁した相と異なる相の突極を励磁させる、ことを特徴とする請求項1に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法。
- 前記第1工程と前記第2工程の励磁の結果、前記ロータがステータ側の一極分回転していない場合、前記第1工程と前記第2工程を再び繰り返す、ことを特徴とする請求項2に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法。
- 前記アウターステータと前記インナーステータは、電気的に並列接続されており、
前記インナーステータのみに通電する第1モードと、前記アウターステータのみに通電する第2モードと、前記アウターステータと前記インナーステータの両方に通電する第3モードとに、通電モードを切り替えるためのスイッチが設けられており、
前記第1モードの場合、前記回転角検出センサの初期値を前記第2ゼロ基準値に調整し、前記第2モード及び前記第3モードの場合、前記回転角検出センサの初期値を前記第1ゼロ基準値に調整する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の制御方法。
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CN108322116A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-07-24 | 苏州仙崴机电有限公司 | 一种开关磁阻电机系统效率优化控制方法 |
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