JP3589039B2

JP3589039B2 - スイッチトリラクタンスモータの角度センサ整合方法

Info

Publication number: JP3589039B2
Application number: JP23937898A
Authority: JP
Inventors: 匡之初田; 雅裕塚本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000069779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチトリラクタンスモータにおけるステータとロータの相対角度と、角度センサの検出値とを整合する角度センサ整合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチトリラクタンスモータは、ステータに対するロータの回転角（位置）を検出し、その時々の回転角における最適な励磁相を選択して通電を切り替える。この回転角の検出にはアブソリュート型の角度センサであるポテンシォメータ、インクリメンタル型の角度センサであるロータリエンコーダやレゾルバ、等が用いられる。前者のアブソリュート型は、角度センサの取り付け角度に回転角が加算されて検出されるので、あらかじめロータの回転角と角度センサの検出値との整合を機械的にとっておけば、角度センサの検出値によりロータの回転角が一意にきまる。一方、後者のインクリメンタル型は、角度センサを起動した時点からの回転角を相対的に検出するので、起動時に何らかの手段でロータの回転角と角度センサの検出値との整合をとっておかなくてはならない。また、前者のアブソリュート型であっても、量産する際の取り付け角度のばらつきや、検出値のばらつきが大きい場合は、やはり起動時に整合をとった方がよい。
【０００３】
従来、起動時におけるロータの回転角と角度センサの検出値との整合をとるための初期駆動方法としては、例えば、特開平５−３１６７７７号公報に記載されているような「リラクタンスモータの起動方法」がある。この従来例では、起動時に一つの相を一定時間励磁して、ロータのいずれかの突極をステータの励磁した突極に対向させている。この状態は原理的にステータとロータの突極が完全に対向する位置であるから、例えばインクリメンタル型の角度センサを使用していれば、ロータの回転角はこの位置を基準としてこの位置からの相対角で認識すればよい。
【０００４】
図面で詳しく説明する。
まず、図９、図１０に従来のスイッチトリラクタンスモータの構造を示す。図９，図１０のスイッチトリラクタンスモータはステータ０１の突極０４から０９には巻線０１０から０１５がそれぞれ集中巻きで巻かれており、対向する突極０４と０７、０５と０８および０６と０９に巻かれた巻線０１０と０１３、０１１と０１４および０１２と０１５が直列に結線される。また、角度センサ０１６は回転軸０３の軸心上に、ステータ０１に対して回転不能に取り付けられる。ここでＡ相を巻線０１０，０１３、Ｂ相を巻線０１１，０１４、Ｃ相を巻線０１２，０１５とすると、Ａ相→Ｂ相→Ｃ相→Ａ相と順に通電を切り替えることで、通電された突極にロータ０２の突極が吸引されて時計方向に回転する。
【０００５】
次に角度センサの従来の整合方法を説明する。図１１はステータとロータの突極の幅がともに３０度のスイッチトリラクタンスモータである。従来の初期駆動方法によりＡ相０２０のみを励磁すると、図中太線の磁束０２３が発生する。この磁束０２３の磁路において、磁気抵抗が最小となる位置までロータは回転し、安定に静止する。それはステータの突極とロータの突極との対向面積が最大となる位置であるので、図のようにＡ相０２０の突極０２１とロータの突極０２２とが完全に対向する位置（両者の突極０２１，０２２の中心線が一致する位置）である。このことを、ロータ角度θとトルクＴとで表わされる静止トルク特性（以下、θ−Ｔ特性と称す）で説明する。図１２はＡ相のみを一定電流で励磁した際のθ−Ｔ特性図である。Ａ相の突極にロータの突極が完全に対向する位置、つまり図１１の位置を０とし、時計まわりにロータ角度θをとってある。θが０付近で、負方向に位置していれば正方向のトルクがかかり、正方向に位置していれば負方向のトルクがかかるので、ロータ角度θ＝０が安定点である。このように、Ａ相を励磁した際の安定点が事前に分かっているので、Ａ相を励磁してからロータの振動がおさまる一定時間後に、その位置を基準位置とすることで角度センサの整合がとれる。
また、このときのＡ相とＢ相のθ−Ｔ特性は図１３であり、Ｅの角度でＡ相からＢ相へ励磁を切り替えることで、ほぼ一定のトルクを連続的に発生し、安定に回転させることができる。
【０００６】
しかしながら、このようなステータとロータの突極の幅がともに３０度のスイッチトリラクタンスモータは、角度センサの検出精度が悪い場合や分解能が粗い場合、または、角度センサの取り付け位置がギヤダウンした先の回転軸上にあり、ギヤのガタの影響で検出値が本来の角度とずれてしまう場合、励磁の切り替え角度が例えばＦになってしまうことがあり、Ａ相の逆トルクが発生して回転が安定しないことがある。
それは、本来Ａ相は−４５度から０度で正のトルクを発生するのに、励磁の切り替え角度がその限界の０度付近にあるためである。そこでＢ相は−１５度から３０度で正のトルクを発生するので、それらのトルクが重なる−１５度から０度の中心角度である−７．５度を励磁の切り替え角度にできれば、角度センサの検出誤差が仮に±７．５度あっても逆トルクは発生しない。
これを実現する簡単な方法として、一つの相における一定トルク領域を拡大して、相間のトルクの重なりを広くするという方法がある。図１４がそれであり、−１５度から０度の全域に一定トルクが重なるようにしてあるので、−７．５度に励磁の切り替え角度を決められる。しかしながら、このトルク特性を持たせることは、ステータとロータの両方の突極幅を大きくすることに相当し、具体的には、一定トルク領域を４５度つくるために突極幅をともに４５度とする必要がある。したがって、この方法は安定に運転できるようになるものの、ステータ突極間の巻線挿入スペースが狭くなってしまい、その結果、巻線数が少なくなりトルクが低下してしまうという別の問題が生じる。
【０００７】
そこで、次の方法として図１３のトルク波形で一定トルク領域の位相だけをずらすという方法がある。つまり、図１５で示すような領域で一定トルクを発生するようにすれば、Ａ相とＢ相の一定トルクの重なりが−１５度と０度の中心付近になるので、−７．５度を励磁の切り替え角度に決められる。このトルク特性を実現する突極形状は、ステータの突極が３０度、ロータの突極幅が４５度である。この方法によれば、角度センサの検出誤差が±７．５度あっても逆トルクは発生せず安定に回転させることができ、図１４のように巻線の挿入スペースを犠牲にすることもない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなステータとロータの突極の幅が異なるスイッチトリラクタンスモータは、図１５から分かるように、安定点（ゼロクロス）付近のトルクがだれてしまうので、ロータの回転角とセンサの検出値との整合をとるための初期駆動において、一つの相だけを励磁するという従来の方法では、ロータを正確に安定点に静止させることができず、基準位置がずれてしまうという問題が生じる。
本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、ステータとロータの相対角度と、角度センサの検出値との整合が確実に行え、角度センサの検出精度が悪い場合や分解能が粗い場合であっても、安定して運転できるスイッチトリラクタンスモータの角度センサ整合方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、ステータとロータの突極の幅が異なるスイッチトリラクタンスモータにおいても、ロータを正確に安定点に静止させ、基準位置が得られるようにするため、その初期駆動において同時に複数の相を励磁するようにした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１を図１から図４により説明する。
図１のフローチャートに従って本実施の形態の初期駆動を説明する。
まずＳ１１でＡ相２のみを励磁する。このとき、図２のように発生する磁束３によりロータ１の突極がＡ相２の突極とほぼ対向する位置に引き込まれる。ほぼ対向する位置とは、突極の中心線同士が一致するところから±｛（ロータの突極幅）−（ステータの突極幅）｝／２の範囲内のことである。
【００１１】
次に、Ｓ１２で一定時間ウエイトしてＳ１３に進む。この一定時間はロータ１の振動が停止するまでの時間としてあらかじめ決められる。
Ｓ１３では、Ｂ相４をさらに励磁する。このとき、図３に示すように、発生する磁束５により、ロータ１の別の突極６，７には、時計まわりのトルクが発生する。このトルクで時計まわりに回転すると、Ａ相２の磁束３はＢ相４の磁束５と一緒になって最終的には図４に示す磁束９が発生する。
【００１２】
次に、Ｓ１４で一定時間ウエイトしてＳ１５に進む。この一定時間もロータ１の振動が停止するまでの時間としてあらかじめ決められる。その結果、図４に示すようにロータ１はその突極の中心線が、ステータ８の突極の中心線から１５度回転した位置に停止する。この位置がＡ相２とＢ相４とを同時に励磁したときの安定点である。
Ｓ１５において、このときの角度センサの値を、１５度相当としてメモリにストアし、Ｓ１６でＡ相２，Ｂ相４ともに励磁を停止する。
以上で本実施の形態の初期駆動の終了である。
【００１３】
なお、本実施の形態では以上に説明したように、同時に二つの相を励磁する前に、まず一つの相だけを励磁するようにしてある。この理由を図５で説明する。図は二つの相を同時に励磁したときのθ−Ｔ特性図である。±［４５−｛（ロータの突極幅）−（ステータの突極幅）｝／２］度から±４５度の範囲にトルクが０の不安定平衡点ができる。もし、起動時にロータ１がこの範囲に位置していたなら、同時に二つの相を励磁しても、ロータ１はその位置から全く動かない。そこで本実施の形態では、まず、一つの相を励磁して−１５度の位置に確定させ、その後、二つの相を励磁するようにしてある。
【００１４】
したがって、本実施の形態によれば、起動時にロータ１がいかなる角度に位置していようとも、確実に整合がとれる。
また、本実施の形態では、Ａ相とＢ相を励磁したが、電気的に隣の相同士であればよく、Ｂ相とＣ相、Ｃ相とＡ相でも同様の効果が得られ、それぞれメモリにストアする初期値の解釈を整合させればよい。さらに、角度センサがインクリメンタルエンコーダとカウンタで構成されるようなときには、図１のＳ１５において１５度相当にカウンタをプリセットすればよい。
【００１５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を図６から図８を用いて説明する。
図６、図７はスイッチトリラクタンスモータで動作する自動車用エンジンのスロットルチャンバである。スイッチトリラクタンスモータ１０の回転は減速ギヤ１１，１２，１３で減速され、スロットルバルブ１５の回転軸１４に伝わり、スロットルバルブ１５を開閉駆動する。スロットルバルブ１５の回転軸１４にはスロットルバルブ１５の開度を測定するポテンシォ１６が備えられ、さらに、スプリング１７によってスロットルバルブ１５が閉じる方向に押されている。
このスイッチトリラクタンスモータ１０には角度センサが同軸上に配置されておらず、その回転角をポテンシォ１６の信号をギヤ比倍して得るものである。
【００１６】
このようなスロットルチャンバの製造方法においては、スロットルバルブ１５がスプリング１７で押されて閉じている状態において、スイッチトリラクタンスモータ１０のロータ２０の突極の中心線が、Ａ相２１の突極の中心線に対して、（１５度±公差）の角度になるようにロータ２０が組みつけられるようにする。そして、このスイッチトリラクタンスモータ１０の初期駆動は、図８のフローチャートに示すように、始めから同時に二つの相（Ａ相２０，Ｂ相２２）を励磁する（Ｓ２１）。これは、起動時のロータ２０の位置を二つの相を同時に励磁した時の安定点に対して±［４５−｛（ロータの突極幅）−（ステータの突極幅）｝／２］度の範囲に位置するように組み立てることが可能であるからであり、上述の実施の形態１に比較して、初期駆動に要する時間が短くて済むものである。なお、Ｓ２２からＳ２４までの処理は、図１におけるＳ１４からＳ１６までの処理と同様であるため、その説明は省略する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のスイッチトリラクタンスモータの角度センサ整合方法では、ステータとロータの突極の幅が異なるスイッチトリラクタンスモータの初期駆動においても、ロータを正確に安定点に静止させ、基準位置が得られるようにしたので、角度センサの整合が確実に行え、角度センサの検出精度が悪い場合や分解能が粗い場合であっても、安定して運転できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１のスイッチトリラクタンスモータの初期駆動を説明するフローチャートである。
【図２】実施の形態１のスイッチトリラクタンスモータの初期駆動を説明する図である。
【図３】実施の形態１のスイッチトリラクタンスモータの初期駆動を説明する図である。
【図４】実施の形態１のスイッチトリラクタンスモータの初期駆動を説明する図である。
【図５】実施の形態１のスイッチトリラクタンスモータの二つの相を同時に励磁したときのθ−Ｔ特性図である。
【図６】実施の形態２のスイッチトリラクタンスモータで動作する自動車用エンジンのスロットルチャンバを示す正面図である。
【図７】実施の形態２のスイッチトリラクタンスモータで動作する自動車用エンジンのスロットルチャンバを示す側面図である。
【図８】実施の形態２のスイッチトリラクタンスモータの初期駆動を説明するフローチャートである。
【図９】従来のスイッチトリラクタンスモータの構造を示す斜視図である。
【図１０】従来のスイッチトリラクタンスモータの構造を示す説明図である。
【図１１】角度センサの従来の整合方法を説明する図である。
【図１２】従来のスイッチトリラクタンスモータのθ−Ｔ特性図である。
【図１３】従来のスイッチトリラクタンスモータのθ−Ｔ特性図である。
【図１４】従来のスイッチトリラクタンスモータのθ−Ｔ特性図である。
【図１５】従来のスイッチトリラクタンスモータのθ−Ｔ特性図である。
【符号の説明】
１ロータ
２Ａ相
３磁束
４Ｂ相
５磁束
６突極
７突極
８ステータ
９磁束
１０スイッチトリラクタンスモータ
１１減速ギヤ
１２減速ギヤ
１３減速ギヤ
１４回転軸
１５スロットルバルブ
１６ポテンシォ
１７スプリング
２０ロータ
２１Ａ相
２２Ｂ相

Claims

ステータの突極の鉄心部円弧角に比較して、ロータの突極の鉄心部円弧角が大きいスイッチトリラクタンスモータと、前記ロータの角度を検出する角度センサと、この角度センサの角度信号に基づいて前記スイッチトリラクタンスモータの作動を制御する制御回路と、で構成されるスイッチトリラクタンスモータシステムにおいて、
前記ステータとロータの相対角度と、前記角度センサの角度信号との整合をとる方法に関し、
スイッチトリラクタンスモータの起動開始時に、複数の相をともに励磁し、一定時間後、該複数の相を励磁中のロータの角度を前記ステータとロータの相対角度と、前記角度センサの角度信号との整合をとる基準位置と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角度センサ整合方法。
始めに一つの相を励磁し、一定時間後、もう一つの相を更に励磁し、一定時間後、該複数の相を励磁中のロータの角度を前記ステータとロータの相対角度と、前記角度センサの角度信号との整合をとる基準位置とす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角度センサ整合方法。
二つの相の励磁開始を同じタイミングとし、一定時間後、そのときのロータの角度を基準位置とす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角度センサ整合方法。
前記角度センサの取り付け位置は、前記ロータの回転を増減速するギヤの回転軸上とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のスイッチトリラクタンスモータの角度センサ整合方法。