JPH02123979A - 可変リラクタンス型ａｃサーボモータの起動方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非永久磁石型突極ロータを備えた可変リラク
タンス型ＡＣサーボモータに関し、特にその起動方法と
装置とに関するものである。

〔従来の技術〕

可変リラクタンス型ＡＣサーボモータは、鉄板材を成層
化して突極構造に形成したロータを回転要素として固定
子の内側に回転可能にモータ軸で保持し、上記固定子の
励磁捲線に励ｍ電流を供給して固定子磁極を形成するこ
とにより、リラクタンスが小となる対向位置へ突極ロー
タを順次に吸引するようにして該突極ロータを回転駆動
するものである。このとき、可変リラクタンスＡＣサー
ボモータにおいては、モータ出力軸に結合したエンコー
ダから２相（例えば、Ａ相とＢ相）のインクレメンタル
回転信号と１回転信号を発生することにより、回転速度
と位置の情報をサーボ系にフィードバックすることによ
り回転制御を行うと共に同エンコーダから突極ロータの
冬場が固定子の磁極に対して現在どのような機械的位相
関係にあるかを指示するロータの絶対位相信号を発生さ
せて、このロータ位相信号に基づいて停止した突極ロー
タの起動時の励磁電流供給順序を判別して起動を行うか
、又はステータ側に配置した位置センサーによりロータ
の絶対位置を検出して起動を行っていた。

〔発明が解決すべき課題〕

然しながら、突極ロータの絶対位相信号をエンコーダか
ら得る構成にすると、エンコーダはロータ絶対位置のパ
ターンを記録したディスクとその光学的検出系を具備す
る必要があり、回転速度、１回転信号等の通常の回転検
出信号に加えて斯かるロータ絶対位相信号を送出する構
成は複雑化と高コスト化の原因となり、可変リラクタン
ス型ＡＣサーボモータの低価格性の特徴を減殺してしま
う不都合があった。つまり、可変リラクタンス型ＡＣサ
ーボモータの低価格性を維持することができると共に突
極ロータの回転起動を容易に生起することのできる起動
方法と装置とが要請されている。

依って、本発明の目的は、このような要請に応えるべく
、エンコーダによるロータ絶対位相検出を回避した新規
な起動方法と装置とを提供せんとしたものである。

〔解決手段〕

本発明によれば、非永久磁石型の突極ロータを固定子磁
極の内側に空隙を介して回転可能に設け、交流電源から
の励磁電流を交直変換して固定子の複数相捲線を順次に
励磁して、前記突極ロータを磁気的吸引力により回転さ
せる可変リラクタンス型ＡＣサーボモータの初期起動方
法において、前記突極ロータの停止時に前記固定子の各
相捲線に順次にパルス電圧を微小時間印加し、各相開電
子捲線の電流ピーク値を検出すると共に該検出電流ピー
ク値を記憶手段に記憶し、これらの記憶された電流ピー
ク値から前記停止中の突極ロータとそれに対向した各相
固定子磁極との間に作用するインダクタンスを求め、少
なくとも２つの相の固定子磁極のインダクタンス値から
、前記各相固定子磁極に対する突極ロータの位相を求め
、該求めたロータ位相に従ってロータ回転起動用の固定
子励磁順序を決定することを特徴とした可変リラクタン
ス型ＡＣサーボモータの起動方法を提供するものである
。また、本発明によれば、非永久磁石型の突極ロータを
固定子磁極の内側に空隙を介して回転可能に設け、交流
電源からの励磁電流を交直変換して固定子の複数相捲線
を順次に励磁して前記突極ロータを磁気的吸引力により
回転させる可変リラクタンス型ＡＣサーボモータの初期
起動装置において、前記固定子の各相励磁捲線回路に介
挿されたスイッチ手段を前記突極ロータの静止時に順次
にかつ瞬時的にオンさせて該励磁捲線に直流電圧を瞬時
的に印加させるスイッチング制御手段と、前記各相の固
定子励磁捲線における前記直流電圧に応じた電流値を検
出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出した各
相励磁捲線の電流値のピーク値を検知、記憶する記憶手
段と、前記記憶手段に記憶した電流ピーク値に対応した
各相固定子磁極におけるインダクタンス値を演算すると
共に演算結果から前記突極ロータの前記各相固定子磁極
に対する位相を求める演算手段とを具備して構成され、
前記演算手段により求めた前記突極ロータ位相に応じて
固定子励磁順序を決定し、前記スイッチ手段のオン順序
を制御して所望方向の回転を起動するようにした可変リ
ラクタンス型ＡＣサーボモータの起動装置を提供するも
のである。

上述の起動方法と装置とに依れば、突極ロータの停止時
の位相検出用に殊更、絶対位相エンコーダ装置を設ける
必要がなく、モータ回路手段において、初期停止時の突
極ロータの位相決定を遂行し得るから可変リラクタンス
型ＡＣサーボモータの低価格性を維持したまま、容易な
回転起動方法と装置とが得られる。以下、本発明を添付
図面に示す実施例に基づいて、更に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る可変リラクタンス型ＡＣサーボ
モータの回転駆動と本発明に係る起動方法の実施に用い
られる主回路の回路図、第２図は同可変すラクタンス型
ＡＣモータにおける固定子鉄心と、その内側に微小空隙
を介して設けられる突極ロータとの機械的配置関係を示
した略示断面図である。

先ず、第２図を参照すると、本発明の１実施例に係る可
変リラクタンス型ＡＣサーボモータ１０は、固定子１２
とその内側に設けられたロータ１４とを具備し、前者の
固定子１２が有する６つの固定子磁極部１２ａ〜１２ｆ
に対して微小な空隙を介して後者のロータ１４は図示さ
れていないモータ軸上に取付けられて回転軸受により保
持され、回転可能に構成されている。回転ロータ１４は
、非永久磁石型であることから、鉄板材の成層構造体と
して形成され、４つの突極部１４ａ〜１４ｄを有した８
極ロータとして形成されている。

他方、固定子１２には各磁極部１２ａ〜１２ｆを囲撓し
て励磁捲線１６が設けられ、本実施例ではＡ相、Ｂ相、
Ｃ相の相互に位相がずれた異なる３相の励磁電流がこれ
らの励磁捲線を流れ、上記固定子磁極部１２ａ〜１２ｆ
を順次に磁化することにより、固定子磁極を形成するよ
うに構成され、固定子１２の中心を通る直径方向に対向
する固定子磁極部、例えば、固定子磁極部１２ａと１２
ｄとは同極を形成するように成っている。この非永久磁
石型突極ロータ１４を有したサーボモータ１０の回転作
動原理は周知であり、上述のように固定子磁極部１２ａ
　〜１２ｆ　（１２ａ：１２ｄ。

１２ｂ：１２ｅ、１２ｃ：１２ｆの３組）が交互に励磁
々化されて磁極を形成すると、固定子側から前記空隙を
介してロータ側に貫通する磁束流が形成され、依って、
固定子１２とロータ１４間に磁気吸引力の作用による回
転トルクを生じてロ−タ１４は回転するのである。第２
図に図示の状態では固定子磁極部１２ａ、１２ｄの対に
対してはロータ１４の１対の突極１４　ａ　％　１４　
ｃが正対しており、このような正対した状態にない固定
子磁極部１２ｂ、１２ｅ又は１２ｃ、１２ｆを励磁磁化
すれば、ロータ１４の突極１４ｂ、１４ｄが正対位置に
向けて回転するものである。第３図は第２図における固
定子磁極部１２ａ〜１２ｆとロータ突極１４ａ〜１４ｄ
の対向関係を明瞭にするため、一部を展開図示したもの
であり、固定子磁極部１２ｂと１２ｃに対してはロータ
磁極１４ｂが位相のずれた状態で対向している様子が示
されている。故に、固定子側における右側の磁極部１２
ｃ又は左側磁極部１２ｂを励磁すれば、対応してロータ
１４側は、第３図の状態から矢印ＣＷ力方向はＣＣＷ方
向へ回転移動することになる。そして、このように順次
に励磁順序を変えれば、ロータ１４は連続回転を行う。

ここで、第２図に図示のような構成を有した可変リラク
タンス型ＡＣサーボモータ１０を駆動系において用いる
際には、更に、回転要素を形成するロータ１４の回転軸
に直結、又は適宜に連結されたエンコーダ装置（図示な
し）を設け、このエンコーダ装置に右いて一定回転毎に
インクレメンタル慣号が発せられ、また、ロータ１４の
１回転毎に１回転信号が発せられて、これらの信号を用
いてモータ制御が行われる構成になっている。

然るに、このサーボモータ１０においては、ロータ１４
が停止状態にあるとき、ロータ回転を起動するには、例
えば、第２図における固定子磁極部１２ａ、１２ｄとロ
ータ突極１４ａ、１４ｃが正対状態で停止しているとき
、同固定子磁極部１２ａ、１２ｄを励磁々化しても、磁
気吸引力による回転トルクは発生しない。従って、ロー
タ１４の回転を起動せしめ得るような固定子磁極部を見
つけて励磁することが必要になる。その場合、上記絶対
位相エンコーダ装置により、ロータ１４の突極１４ａ〜
１４ｄが固定子磁極１２ａ　〜１２ｆに対してどのよう
な対向位置ないし位相にあるかを検出すれば、モータ起
動時の励磁順序を見出すことができるが、それでは、既
述の如く低価格モータを意図する可変リラクタンス型Ａ
Ｃサーボの意図に反することになる。故に、本発明は、
絶対位相エンコーダ装置を利用することなく、初期起動
時の励磁位相順序を決定する方法と装置の構成を実現し
だもである。

ここで、第１図の図示の回路を参照すると、同回路にお
いて、コンデンサＣは、３相交流電源からの交流入力を
直流に変換する順変換回路に設けられた直流出力取り出
し用のコンデンサであり、後段のモータ駆動回路に対し
てＤＣリンク部を成すコンデンサである。このコンデン
サＣからの直流出力は、前述の固定子励磁捲線１６に詣
けるＡ相、Ｂ相、Ｃ相の捲線１６ａと１６ｄ、１６ｂと
１６ｅ、１６ｃと１６ｆを夫々ぞれ励磁する周知のＰＷ
Ｍ出力波に変換するインバータ回路を形成するトランジ
スタＴｒ、〜Ｔ　ｒ　ａ及びダイオードＤ、〜Ｄ６とを
具備したモータ駆動回路１８ヘパルス波として供給され
る。即ち、トランジスタＴｒｙ−Ｔｒ６のオン・オフ順
序を外部のインバータ制御回路２２から選択制御し、上
記トランジスタＴ　ｒ　＋〜Ｔ　ｒ　ｓのオン・オフに
応じて、上記ＤＣＩＪンク部からの直流電圧がパルス波
形として印加され、対応した固定子１２の捲線１６ａ〜
１６ｆに励磁電流が流れる。上記各相の固定子捲線１６
ａ〜１６ｆは夫々直流抵抗成分とインダクタンス成分と
を有した回路素子であることは周知の通りである。

次に、上記モータ駆動回路１８を含む主回路を用いて実
行される本発明の可変リラクタンス型ＡＣサーボモータ
の起動方法と装置に就いて、以下に説明する。

即ち、本発明のモータ起動方法を実施するために、上記
モータ駆動回路１８には更に、各相の励磁捲線に直列に
電流検出器２０ａ〜２０ｃが夫々接続され、各相を流れ
る駆動流値の検出が可能に構成されている。これらの電
流検出器２０ａ〜２０ｃの検出電流値は、Ａ／Ｄ変換器
２４を介してモータ駆動システムの主制御部３０内にあ
る記憶手段２８に記憶される。主制御部３０は、更にマ
イクロコンピュータから成る演算手段３２を有しており
、モータ起動のための固定子１２に対するロータ１４の
突極部１４ａ〜１４ｄの位相状態がどのような状態で停
止しているかの決定の演算が行われる。以下に、モータ
起動方法を詳述する。

先ず、第１図に示す主回路において、ロータ１４の停止
中に起動のためのロータ位相の決定を行うときには、主
制御部から起動指令信号を発する。この起動指令信号は
、既述のインバータ制御回路２２を介して固定子１２の
各相の励磁捲線回路におけるトランジスタＴｒ、：Ｔｒ
２、Ｔｒｓ：Ｔｒａ　、Ｔｒｓ　　：Ｔｒａの各組を一
定の瞬間的な微小時間Ｔ１に渡って順番にオン状態とし
、該オン状態により、電圧パルスＶを各相棒線１６ａ〜
１６ｄ等に印加する。この結果、各相棒線に流れる電流
の電流値を電流検出器２０ａ〜２０ｃで検出する。電流
検出器２０ａ〜２０ｃで検出された電流値は、第３図に
示す固定子１２、ロータ１４の位相関係の下では、第４
図に図示のような電流曲線を呈する。即ち、ロータ１４
の突極１４ａ〜１４ｄと固定子１２側の磁極部１２ａ〜
１２ｆとの対向状態に応じて、各固定子磁極部において
は、電磁気的にインダクタンスが異なり、従って、固定
子各相の電流が異なるのである。このときに、電流検出
器２０ａ〜２０ｃによる検出電流をＡ／Ｄ変換器２４を
介してディジタル化し、そのデータを記憶手段２８に記
憶する。次いで、記憶されたデータのうち、各相ピーク
電流値と各相のインダクタンスとの関係を、一定演算式
［例えば、Ａ相では、Ｌａ　＝　（Ｖ／ｉａｐ　　）Ｘ
ｉ、、Ｌａ　：Ａ相のインダクタンス、ｖ　：電圧パル
ス、ｉ、Ｐ：Ａ相ピーク電流値、ｔｌ　：ピーク電流ｉ
、ｐに達した時間。コに従って、演算部３２により演算
すれば、インダクタンス値が算出できる。勿論、Ｂ相、
Ｃ相に就いても上記演算式と同じ式が適用される。

ここで、ロータ１４の１回転における位相角（電気角）
を横軸にとり、また、対向する固定子各相（Ａ相、Ｂ相
、Ｃ相）における励磁捲線１６（１６ａ〜１６ｆ）のイ
ンダクタンス値を縦軸に取って示すと第５図に図示の３
つの位相が相互に電気角１２０度づつずれた擬似正弦曲
線を呈する。

故に、上述に演算手段３２で算出したインダクタンス値
における何れか２つの相における値を第５図の曲線に上
記演算手段３２によって当てはめれば、ロータ１４がど
のような位相角（電気角）で停止状態にあるかを検出す
ることができる。このとき、何れか２つの固定予相とロ
ータ１４の位相電気角との関係を予め、例えば、第６図
に示すようにテーブルとして記憶部２８に記憶させてお
けば、該テーブルからロータ１４の位相角を見出すこと
もできる。

斯くして、検出したロータ１４の位相角に基づき、また
、所望の回転方向が正又は逆の何れかの方向であるかに
応じてモータ起動時の固定子１２における励磁順序を主
制御部３０で決定し、この決定した励磁順序に基づく起
動信号をインバータ制御回路２２（第１図）に送出すれ
ば、モータを起動させ得るのである。

なお、上述の説明においては、一定微小時間のパルス電
圧による各相棒線における電流値を検出し、この検出値
のピーク値を求めてから、更に演算式に従って演算する
ことにより、各相インダクタンスを求めたが、予め、ピ
ーク電流値とインダクタンスとの関係をテーブル化して
記憶部２８に記憶させておき、該テーブルからインダク
タンス値を求めるようにしても良い。

上述のようにして可変リラクタンス型ＡＣサーボモータ
の停止状態からの起動を行えば、エンコーダ装置から突
極型ロータの停止時における位相状態を絶対的に検出す
る高価な方法によることなく、既存の回路手段を駆使し
て、起動時における固定子励磁順序を決定し、円滑にモ
ータを起動することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、モー
タのコスト低減効果の著しい可変リラクタンス型ＡＣサ
ーボモータにおける当該安価性を維持しつつ、なお、高
価なエンコーダ装置に起動のための機能を保有させるこ
となく、既存の回路手段を利用して、容易に停止状態か
らの起動を遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１図は、本発明に係る可変リラクタンス型Ａ
Ｃサーボモータの回転駆動と本発明に係る起動方法の実
施に用いられる主回路の回路図、第２図は同可変すラク
タンス型ＡＣモータにおける固定子鉄心と、その内側に
微小空隙を介して設けられる突極ロータとの機械的配置
関係を示した略示断面図、第３図は固定子磁極とロータ
突極との対向位置関係の一部を展開図示した略示図、第
４図は、本発明により微小時間幅に渡りパルス電圧を固
定子捲線に印加したときの電流変化を示すグラフ図、第
５図は、可変リラクタンス型ＡＣサーボモータが３相、
８極ロータ構造で有る場合のロータ位相電気角と固定子
各相のインダクタンス値との関係を示したグラフ図、第
６図は、ロータ位相電気角と２つの固定予相におけるイ
ンダクタンスとの関係をテーブル化して記憶する場合の
テーブルの例を示した図である。 １０・・可変リラクタンス型ＡＣサーボモータ、１２・
・固定子、１２ａ〜１２ｆ・・固定子磁極部、１４・・
ロータ、工４ａ〜１４ｄ・・ロータ突極部、１６・・固
定子の励磁捲線、１６ａ〜１６ｆ　　・各相同電子捲線
、１８・・駆動回路、２０・・電流検出器、２８・・記
憶手段、３０・・主制御部、３２・・演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非永久磁石型の突極ロータを固定子磁極の内側に空
   隙を介して回転可能に設け、交流電源からの励磁電流を
   交直変換して固定子の複数相捲線を順次に励磁して、前
   記突極ロータを磁気的吸引力により回転させる可変リラ
   クタンス型ＡＣサーボモータの初期起動方法において、
   前記突極ロータの停止時に前記固定子の各相捲線に順次
   にパルス電圧を微小時間印加し、各相固定子捲線の電流
   ピーク値を検出すると共に該検出電流ピーク値を記憶手
   段に記憶し、これらの記憶された電流ピーク値から前記
   停止中の突極ロータとそれに対向した各相固定子磁極と
   の間に作用するインダクタンスを求め、少なくとも２つ
   の相の固定子磁極のインダクタンス値から、前記各相固
   定子磁極に対する突極ロータの位相を求め、該求めたロ
   ータ位相に従ってロータ回転起動用の固定子励磁順序を
   決定することを特徴とした可変リラクタンス型ＡＣサー
   ボモータの起動方法。 ２、前記固定子の少なくとも２つの相の固定子磁極に対
   する突極ロータの位相検出は、予め前記突極ロータと２
   相の固定子磁極との間のインダクタンス値と、突極ロー
   タの位相角との間の対応テーブルを作成して記憶手段に
   登録し、該登録されたテーブルから現在の突極ロータ位
   相を求めるようにすることを特徴とした特許請求の範囲
   １、項に記載の可変リラクタンス型ＡＣサーボモータの
   起動方法。 ３、前記固定子の少なくとも２つの相の固定子磁極に対
   する突極ロータの位相検出は、前記突極ロータと２相の
   固定子磁極との間のインダクタンス値から所定の演算式
   に従って演算検出することにより現在の該突極ロータの
   位相を求めるようにすることを特徴とした特許請求の範
   囲１、項に記載の可変リラクタンス型ＡＣサーボモータ
   の起動方法。 ４、非永久磁石型の突極ロータを固定子磁極の内側に空
   隙を介して回転可能に設け、交流電源からの励磁電流を
   交直変換して固定子の複数相捲線を順次に励磁して前記
   突極ロータを磁気的吸引力により回転させる可変リラク
   タンス型ＡＣサーボモータの初期起動装置において、前
   記固定子の各相励磁捲線回路に介挿されたスイッチ手段
   を前記突極ロータの停止時に順次にかつ瞬時的にオンさ
   せて該励磁捲線に直流電圧を瞬時的に印加させるスイッ
   チング制御手段と、前記各相の固定子励磁捲線における
   前記直流電圧に応じた電流値を検出する電流検出手段と
   、前記電流検出手段の検出した各相励磁捲線の電流値の
   ピーク値を検知、記憶する記憶手段と、前記記憶手段に
   記憶した電流ピーク値に対応した各相固定子磁極におけ
   るインダクタンス値を演算すると共に演算結果から前記
   突極ロータの前記各相固定子磁極に対する位相を求める
   演算手段とを具備して構成され、前記演算手段により求
   めた前記突極ロータ位相に応じて固定子励磁順序を決定
   し、前記スイッチ手段のオン順序を制御して所望方向の
   回転起動を行うようにしたことを特徴とした可変リラク
   タンス型ＡＣサーボモータの起動装置。