JP2819561B2 - 可変リラクタンスモータの回転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、モータ巻線の通電タイミングを制御して可
変リラクタンスモータの回転制御を行なう可変リラクタ
ンスモータの回転制御装置に関する。

［従来の技術］ 可変リラクタンスモータでは、第４図に実線で示す如
く、ステータＳに対してロータＲが進角側にあり、ロー
タＲの回転によってモータ巻線Ｌのインダクタンスが正
の方向に変化しているときにモータ巻線Ｌを通電する
と、ロータＲに正の回転トルクが発生し、逆に第４図に
点線で示す如く、ステータＳに対してロータＲが遅角側
にあり、ロータＲの回転によってモータ巻線Ｌのインダ
クタンスが負の方向に変化しているときにモータ巻線Ｌ
を通電すると、ロータＲに負の回転トルクが発生する。

そこで可変リラクタンスモータの回転制御装置では、
通常、第５図に示す如く、モータ巻線のインダクタンス
の傾きが正のときに通電を行なうことで正の回転トルク
を発生させ、これによって可変リラクタンスモータを駆
動している。

また可変リラクタンスモータの回転トルクＴは、次式
（１）で表わされ、 （但し、K:比例定数,I:電流,L:インダクタンス，θ：回
転角） 一方、インダクタンスの正の傾きは第５図に示すように
略一定であるため、通電角度範囲を一定としてトルクを
大きくするには、インダクタンスの小さいときに通電を
開始して電流を多く流せばよい（尚この理由から、イン
ダクタンスの傾きが正でなく、負であるときに通電が開
始されることもある）。

従って回転速度を上昇させるには、第５図に一点鎖線
で示す如く、通電角度範囲を一定として通電タイミング
を進角させ、逆に回転速度を低下させる際には、第５図
に点線で示す如く、通電角度範囲を一定として通電タイ
ミングを遅角させることにより、回転速度を制御するよ
うにされている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが可変リラクタンスモータの回転制御を、上記
のようにモータ巻線の通電タイミングによって行なう場
合、回転速度を所定の一定値に制御する場合には制御を
問題なく実行できるものの、回転速度を広範囲に亙って
制御する場合には、第６図に示すように、モータの回転
速度によって制御可能範囲が変化するので制御性が悪く
なるといった問題があった。

つまり第６図は、モータ巻線の通電角度及びモータ巻
線にかかる平均電圧を一定にし、通電タイミングを変化
させたときのトルク変化を示すものであるが、図から明
かな如く、可変リラクタンスモータの回転速度が高くな
ると通電タイミングの遅い側から回転トルクが発生しな
くなり、逆に低速になると通電開始タイミングの遅い側
に回転トルクのピークが移動してしまうため、通電タイ
ミングのみによって可変リラクタンスモータの回転速度
を広範囲に制御しようとすると、通電タイミングの制御
可能範囲が狭くなって、制御性が悪くなるのである。

また可変リラクタンスモータを軽負荷で低速運転する
場合、モータ巻線のインダクタンスの傾きが正のときに
一定の通電角度で通電タイミングを制御する通電の回転
制御ではモータの回転トルクが大きくなりすぎるので、
従来では、通電角度を一定にして、その通電角度範囲が
モータ巻線のインダクタンスが正の方向に変化している
正トルク発生領域とモータ巻線のインダクタンスが負の
方向に変化している負トルク発生領域とバランスするよ
うに通電タイミングを制御するとか、通電角度を短くし
て正の回転トルクを減らすといった制御が行なわれてい
る。

しかし上記前者の方法では負トルク発生領域で無駄な
電流を流すため効率が悪く、後者の方法では通電角度の
減少に伴いトルク発生期間が短くなるので回転ムラが大
きくなってしまうといった問題があった。

そこで本発明は、通電タイミングの制御範囲を回転速
度に関係なく一定に保てるようにし、これによって制御
性を向上すると共に、低速軽負荷時の特性を向上するこ
とを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、 可変リラクタンスモータのロータの回転角を検出する
回転角検出手段と、通電信号を受けて前記可変リラクタ
ンスモータのモータ巻線に電流を流す駆動手段と、前記
回転角検出手段の検出結果に基づき、前記可変リラクタ
ンスモータに正のトルクが発生する回転領域で前記駆動
手段に所定角度範囲の通電信号を出力して前記モータ巻
線への通電を実行させると共に、外部から入力される回
転速度の増減指令に応じて、該回転速度を上昇させる際
には、前記通電信号を出力する通電タイミングを基準タ
イミングから一旦進め、その後徐々に基準タイミングに
戻し、前記回転速度を低下させる際には、前記通電タイ
ミングを基準タイミングから一旦遅らせ、その後徐々に
基準タイミングに戻す通電制御手段と、前記回転速度の
増減指令に応じて、前記回転速度を上昇させる際には、
前記駆動手段が通電のために前記モータ巻線に印加する
印加電圧を漸増させ、前記回転速度を低下させる際に
は、前記印加電圧を漸減させ、前記増減指令の入力が停
止されると、前記印加電圧をそのときの電圧値に保持す
る電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする可変リラ
クタンスモータの回転制御装置を要旨としている。

［作用及び発明の効果］ 以上のように構成された本発明の可変リラクタンスモ
ータの回転制御装置では、通電制御手段が、回転角検出
手段の検出結果に基づき、可変リラクタンスモータに正
のトルクが発生する回転領域で駆動手段に所定角度範囲
の通電信号を出力して、モータ巻線への通電を実行させ
る。そして、通電制御手段は、外部から回転速度を上昇
させる指令が入力されると、その指令に応じて、通電信
号を出力する通電タイミングを基準タイミングから一旦
進め、その後徐々に基準タイミングに戻し、逆に回転速
度を低下させる指令が入力されると、その指令に応じ
て、通電タイミングを基準タイミングから一旦遅らせ、
その後徐々に基準タイミングに戻す、通電タイミング制
御を行う。また本発明では、電圧制御手段が、外部から
回転速度を上昇させる指令が入力されると印加電圧を漸
増させ、逆に、回転速度を低下させる指令が入力される
と印加電圧を漸減させ、更に、増減指令の入力が停止さ
れると印加電圧をそのときの電圧値に保持する、といっ
た手順で、駆動手段が通電のためにモータ巻線に印加す
る印加電圧を制御する電圧制御を行う。

従って、本発明によれば、回転速度の増減指令とし
て、回転速度を上昇させる指令が入力されている場合に
は、まず、通電タイミングが進角されることにより、モ
ータ巻線に流れる電流が増加して、可変リラクタンスモ
ータの回転トルクが増加し、モータの回転速度が上昇す
る。そして、その後は、通電タイミングが除々に基準タ
イミング側に遅角されるものの、モータ巻線への印加電
圧が漸増されるため、通電タイミングの遅角によって回
転トルクが減少することはなく、回転トルクは印加電圧
の増加に伴い徐々に増加し、回転速度は上昇し続ける。

また逆に、回転速度の増減指令として、回転速度を低
下させる指令が入力されている場合には、まず、通電タ
イミングが遅角されることにより、モータ巻線に流れる
電流が減少して、可変リラクタンスモータの回転トルク
が減少し、モータの回転速度が低下する。そして、その
後は、通電タイミングが徐々に基準タイミング側に進角
されるものの、モータ巻線への印加電圧が漸減されるた
め、通電タイミングの進角によって回転トルクが減少す
ることはなく、回転トルクは印加電圧の減少に伴い徐々
に減少し、回転速度は低下し続ける。

また、増減指令の入力が停止されると、電圧制御手段
は、印加電圧を漸増又は漸減させる制御を停止し、印加
電圧をそのときの電圧に保持するため、モータの回転速
度も、増減指令入力停止時の回転速度に保持される。

そして、このときの通電タイミングは、通電制御手段
の動作によって、基準タイミングに戻されていることか
ら、定常時のモータ巻線への通電タイミングは、モータ
の回転速度に関係なく、基準タイミングに保持されるこ
とになる。

よって、本発明によれば、通電タイミング制御だけで
可変リラクタンスモータの回転速度を制御する従来装置
のように、回転速度を制御可能な領域が狭くなるような
ことはなく、可変リラクタンスモータの回転制御を常に
良好に行うことが可能になる。また、可変リラクタンス
モータを低速低負荷運転する場合に、通電角度範囲を減
少させたり、回転トルクが負になる領域でモータ巻線へ
の通電を行う必要がないので、回転むらの増大、或いは
電力効率の悪化といった従来の問題を防止することがで
きる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は実施例の可変リラクタンスモータの回転制御
装置の構成を表わすブロック図である。

図に示すように本実施例の回転制御装置には、可変リ
ラクタンスモータ（以下、単にモータという）２のロー
タの回転角を検出する光学式又は磁気式等の回転角セン
サ４が備えられている。回転角センサ４から出力された
回転角信号は、周波数−電圧変換器等から構成された速
度検出回路６に入力され、モータ２の実回転速度Spを表
わす速度信号に変換される。そしてその速度信号は、外
部から入力された目標回転速度Soを表わす速度指令信号
と共に速度比較回路８に入力される。すると速度比較回
路８は、速度検出回路６からの速度信号と外部から入力
された速度指令信号とを比較して、モータ２の目標回転
速度Soと実回転速度Spとの偏差△Ｓ（＝So−Sp）を求
め、その偏差△Ｓを表わすトルク指令信号を出力する。

次に速度比較回路８から出力されたトルク指令信号は
位相指令発生回路10に入力される。位相指令発生回路10
は、モータ２の実回転速度Spが目標回転速度Soより低
く、入力されたトルク指令信号が正であれば、モータ２
の回転トルクを上昇すべく、トルク指令信号に応じてモ
ータ巻線への通電タイミングを進めるための位相指令信
号を発生し、逆にモータ２の実回転速度Spが目標回転速
度Soより高く、入力されたトルク指令信号が負であれ
ば、モータ２の回転トルクを低下させるべく、トルク指
令信号に応じてモータ巻線への通電タイミングを遅らせ
るための位相指令信号を発生する。そしてこの位相指令
信号は回転角センサ４からの回転角信号と共に位相制御
回路12に入力される。

位相制御回路12は、回転角センサ４からの回転角信号
により、モータ巻線への通電によりモータ２が正のトル
クを発生するロータ位置，即ちモータ２の正トルク発生
領域を検知し、その領域内で位相指令発生回路10から出
力された位相指令信号に応じてモータ巻線の通電を行な
うための通電信号を駆動回路14に出力する。すると駆動
回路14はその入力された通電信号により内部に備えた電
圧源とモータ巻線とを接続し、モータ巻線を通電してモ
ータ２に回転トルクを発生させる。

一方位相指令発生回路10から出力された位相指令信号
は、電圧指令発生回路16にも入力される。電圧指令発生
回路16は、位相指令信号がモータ巻線への通電タイミン
グを進めるための指令信号であれば、モータ巻線への印
加電圧を昇圧し、逆に位相指令信号がモータ巻線への通
電タイミングを遅らせるための信号であれば、モータ巻
線への印加電圧を減圧するための指令信号（以下、電圧
指令信号という）を発生する。そしてこの電圧指令信号
は電圧制御回路18に入力され、モータ巻線の印加電圧を
増減制御するのに用いられる。

尚電圧制御回路18は、電圧指令発生回路16からの指令
が、印加電圧の増圧指令であればモータ巻線の印加電圧
を漸増し、逆に印加電圧の減圧指令であればモータ巻線
の印加電圧を漸減することにより印加電圧を増減制御す
る。

またこの印加電圧の増減制御は、電圧源に、直流電圧
のPWM（pulse width modulaition）制御等による変圧に
よって電圧を可変にする電圧源を使用し、その発生電圧
（即ち印加電圧）を制御する方法や、駆動回路内に備え
られた通電のためのスイッチング素子をチョッピングし
て通電時の平均電圧を変化させる方法等によって行なう
ことができる。

以上のように構成された本実施例の可変リラクタンス
モータの回転制御装置では、例えば第２図に示す如く、
時点t1で目標回転速度Soが増加され、モータ２の実回転
速度Spと目標回転速度Soとに正の偏差△Ｓが発生する
と、速度比較回路８からその偏差△Ｓを表わすトルク指
令信号が出力され、位相指令発生回路10からそのトルク
指令信号に応じた通電タイミングを進角するための位相
指令信号が出力される。すると位相制御回路12が作動し
て、入力された位相指令信号に応じてモータ巻線の通電
タイミングを進角側に制御する。

モータ２の回転トルクは通電タイミングが進角される
と増加するので、この通電制御が開始されるとモータ２
の回転トルクが増加し、実回転速度Spが上昇する。一方
位相指令信号は電圧指令発生回路16にも入力されるた
め、電圧指令発生回路16からは印加電圧の増圧指令を表
わす電圧指令信号が出力され、電圧制御回路18の動作に
よって印加電圧が漸増される。モータ２の回転トルクは
印加電圧の上昇によっても増加する。この結果実回転速
度Spと目標回転速度Soとの偏差△Ｓが小さくなって、通
電タイミングが遅角側に変化し始める。回転トルクは通
電タイミングが遅角側に変化しても印加電圧の上昇によ
って増加し続け、実回転速度Spは上昇される。そして実
回転速度Spが目標回転速度Soとなり、通電タイミングが
元の基準タイミングになると（時点t2）、印加電圧の昇
圧制御も終了し、その印加電圧が保持される。

このように本実施例の可変リラクタンスモータの回転
制御装置では、速度比較回路８から出力される回転速度
の増減指令を表わすトルク指令信号に応じて、モータ巻
線の通電タイミングの制御と印加電圧制御とが同時に実
行され、印加電圧が実回転速度Spを目標回転速度Soに制
御するのに必要な電圧値に収束することによって、実回
転速度Spが目標回転速度Soに制御される。

このため通電タイミングは、実回路速度Spが目標回転
速度Soからずれたときに、一時的に基準タイミングから
進角側もしくは遅角側にずれるだけで、通常は、所定の
基準タイミングに制御されることとなる。従って本実施
例によれば、通電タイミング制御を、モータ２の回転速
度にかかわらず、常に回転トルクの制御可能範囲内で行
なうことが可能となり、通電タイミングの制御範囲を常
時一定に保持することができるようになる。

またモータ２を低速低負荷運転する場合にも、それに
応じて印加電圧が制御されるので、従来のように、通電
角度範囲を減少させるとか、回転トルクが負になる領域
でモータ巻線を通電するといった制御を行なう必要はな
い。このため通電角度範囲の減少に伴いモータの回転ム
ラが大きくなるとか、負の回転トルクを発生させるため
に不要な電力消費を行ない効率が悪化するといった従来
の問題を解決することができる。

尚上記の動作説明に於ては、目標回転速度Soが変化し
た場合について説明したが、可変リラクタンスモータ２
に接続された負荷が変動して実回転速度Spが目標回転速
度Soからずれた場合であっても上記と同様に動作し、実
回転速度Spを目標回転速度Soに収束させることができる
のはいうまでもない。

ここで上記実施例では、通常タイミング制御と印加電
圧制御とを同時に行なうように構成された制御装置を例
にとり説明したが、例えば第３図に示す如く、速度比較
回路８′から出力される実回転速度Spと目標回転速度So
との偏差Ｓを表わすトルク指令信号を、微分回路22を介
して位相指令発生回路10′に、積分回路24を介して電圧
指令発生回路16′に、夫々入力し、偏差△Ｓが急変した
ときには通電タイミング制御を行ない、偏差△Ｓの緩や
かな変化に対しては印加電圧制御を行なうようにしても
よい。

尚この場合、位相指令発生回路10′を上記実施例と同
様に入力信号レベル（即ち正・負の値）に応じて位相指
令信号を出力するようにすると、偏差△Ｓが急変したと
きにのみ通電タイミングが進角又は遅角され、速やかに
元の基準タイミングに戻ることとなるので、位相指令発
生回路10′は、偏差△Ｓが急変して微分回路22からトル
ク指令信号が入力されると、その入力信号に応じた位相
指令信号を一旦ホールドし、積分回路24の時定数に応じ
た速度で徐々に基準タイミング方向に戻すようにされて
いる。つまりこうすることによって偏差△Ｓが急変した
直後の回転トルクを通電タイミング制御によって速やか
に目標回転速度方向に変化させ、その後印加電圧制御に
よって実回転速度を目標回転速度に制御しながら通電タ
イミングを基準タイミングに戻すことができるようにな
るのである。

また次に上記実施例では、実回転速度Spを検出し、実
回転速度Spを目標回転速度Soに制御する所謂サーボ系と
して構成された制御装置を例にとり説明したが、本発明
は、実回転速度Spを検出せず、単に外部からの回転速度
の増減指令によってモータ２の回転速度を増減するオー
プン制御を行なう制御装置に適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の回転制御装置の構成を表わすブロック
図、第２図はその動作を説明するタイムチャート、第３
図は回転制御装置の他の構成例を表わすブロック図、第
４図は可変リラクタンスモータのロータ位置に対する発
生トルクを説明する説明図、第５図は従来の制御装置の
動作を説明する線図、第６図は可変リラクタンスモータ
に於ける通電タイミングと回転トルクとの関係を説明す
る線図、である。 ２……可変リラクタンスモータ ４……回転角センサ、６……速度検出回路 ８……速度比較回路、10……位相指令発生回路 12……位相制御回路、14……駆動回路 16……電圧指令発生回路、18……電圧制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/05 H02P 7/05 H02P 8/00 - 8/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変リラクタンスモータのロータの回転角
   を検出する回転角検出手段と、 通電信号を受けて前記可変リラクタンスモータのモータ
   巻線に電流を流す駆動手段と、 前記回転角検出手段の検出結果に基づき、前記可変リラ
   クタンスモータに正のトルクが発生する回転領域で前記
   駆動手段に所定角度範囲の通電信号を出力して前記モー
   タ巻線への通電を実行させると共に、外部から入力され
   る回転速度の増減指令に応じて、該回転速度を上昇させ
   る際には、前記通電信号を出力する通電タイミングを基
   準タイミングから一旦進め、その後徐々に基準タイミン
   グに戻し、前記回転速度を低下させる際には、前記通電
   タイミングを基準タイミングから一旦遅らせ、その後徐
   々に基準タイミングに戻す通電制御手段と、 前記回転速度の増減指令に応じて、前記回転速度を上昇
   させる際には、前記駆動手段が通電のために前記モータ
   巻線に印加する印加電圧を漸増させ、前記回転速度を低
   下させる際には、前記印加電圧を漸減させ、前記増減指
   令の入力が停止されると、前記印加電圧をそのときの電
   圧値に保持する電圧制御手段と、 を備えたことを特徴とする可変リラクタンスモータの回
   転制御装置。