JPH02123999A - 可変リラクタンスモータの駆動装置 - 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、可変リラクタンスモータの駆動装置に関する
。

［従来の技術］ 従来より、可変リラクタンスモータ（以下５．ｓＲモー
タという）の駆動装置として、例えは第７図に示すよう
に、交流から直流を作成する直流電源ＤＣと、固定子相
磁極に対する回転子突極の位置を検出する磁極位置セン
サＳと、ＳＲモータＳＲＭの各相巻線への直流型ＲＤＣ
からの通電を制御する通電回路Ｄｒと、通電回路Ｄｒに
よる各相巻線への通電タイミングを制御する通電制御回
路ＴＣとを主要部として構成された４相ＳＲモータの駆
動装置５０が知られている。

この駆動装置５０では、通電制御回路ＴＣが磁極位置セ
ンサＳから人力する検出信号ＰＳに基づ転速度と外部か
ら人力される速度指令Ｎ＊との偏差に基づいて通電タイ
ミングを補正して通電時期制御信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、
Ｓｄを作成し、通電回路Ｄｒに出力している。更に、通
電時には電流検出センサＣＴにより検出される相巻線電
流が制限電流を越えないように周知のチョッパ制御を行
って最大電流を制限している。

例えは、駆動時には回転子突極が固定子相磁極から最大
に離反している位置を通過した後に通電を関始し回転子
突極が固定子相磁極に正対する位置に来る前に通電を停
止する共に、回転速度に応じて通電関始及び停止の位置
を前後に移動させて発生トルクを制御している。

子が鉄製であるため相巻線のインダクタンスが大きいと
いう特性がある。そのため、駆動時に回転子突極が最大
離反位置から正対位置へ接近する区域、叩ち相巻線のイ
ンダクタンスが最小から最大へ逗増する区域で通電を関
始すると、相巻線電流の立ち上がりは緩慢となる。特に
高速回転時に緩慢となる。

つまり、次式から明らかなように、ＳＲモータＳＲＭの
回転速度を上げたときには相巻線に発生する誘導起電力
が大きくなり、その誘導起電力はインダクタンスの増加
する期間では電源電圧Ｖｓと反対の極性に発生するので
、通電制御回路Ｄｒに加わる電圧は電源電圧Ｖｄより下
がり相巻線電流の立ち上がりはより緩慢となる。

ｅ＝−ｒＸｄＬ／ｄθ×ω ｅは誘導起電力、■は相巻線電流の瞬時値、Ｌは相巻線
のインダクタンス、θはロータの回転角、ωは角速度で
ある。

更に、高速回転では通電期間が短くなる。従って、高速
回転では相巻線電流の立ち上がりが一層遅れると共に相
巻線電流の上昇限界が下がってくるので、発生するトル
クは頭打ちとなる。回転速度に応じて通電関始時間を前
後させても発生するトル運転では、回転速度が上がるに
連れて発生トルク′「が急激に減少するという特性が顕
著であった。

つまり、高速高負荷運転が困難であった。

それで、従来より、電源電圧を高電圧にすることや、相
巻線のインダクタンスを小さくすることしかし、これら
の改善策には次のような問題がある。即ち、高電圧用の
直流電源には耐圧が大きい素子などが必要となりその作
製コストが高くなるという問題や、相巻線の巻数を減ら
してそのインダクタンスを小さくした場合、同じ大きさ
のトルクを発生させるためにより大きな電流が必要とな
り電力−トルクの変換効率が悪くなるという問題がある
。

そこで、本発明は高速高負荷運転ができる可変リラクタ
ンスモータの駆動装置を提供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］ 本発明の要旨とするところは、固定子の各相磁極に設け
られた相巻線を、予め定められた順序で通電して、回転
子の突極にトルクを与えて駆動する可変リラクタンスモ
ータの駆動装置であって、可変リラクタンスモータの回
転速度を検出する回転速度検出手段と、上記回転子突極
が上記固定子相磁極に相対している対極区間において、
上記回転子突極が上記固定子相磁極に正対する位置へ接
近する区域及び上記回転子突極が該正対する位置から離
反する区域を検出する突極位置検出手段と、該回転速度
検出手段が所定の回転速度以上を検出しているとき、該
突極位置検出手段の検出結果に基づき、該離反区域にお
いて上記回転速度検出手段により検出された回転速度に
応じて所定の相対位置で当該相巻線への通電を関始し次
の接近区域まで該通電を行う通電手段とを備えることを
特徴とする可変リラクタンスモータの駆動装置にある。

［作用コ 以上の本発明の構成によれは、回転速度検出手段が可変
リラクタンスモータの回転速度を検出する。一方、突極
位置検出手段が、回転子突極が固定子相磁極に相対して
いる対極区間において、回転子突極が固定子相磁極に正
対する位置へ接近する区域、即ち相巻線のインダクタン
スが逓増する区域及び回転子突極が正対する位置から離
反する区域、即ち相巻線のインダクタンスが逓減する区
域を検出する。

すると、通電手段が回転速度検出手段により検出された
回転速度が所定の回転速度以上か否かを判断し、該回転
速度が所定回転速度以上であれば突極位置検出手段によ
り検出された相巻線のインダクタンスが逓減する区域に
おいて回転数に応じて所定の相対位置で通電を関始し相
巻線のインダクタンスが次に逓増する区域まで通電を継
続する。

［実施例コ 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

可変リラクタンスモータの駆動装置（以下、駆動装置と
略称する）１は、第１図に示すように、可変リラクタン
スモータ（以下、ＳＲモータという）ＳＲＭの回転軸に
取り付けられた突極位置検出手段としての磁極位置セン
サ２及び回転速度検出手段としての回転速度センサ４と
、比例積分演算プロ・ンク６と、通電時間制御プロ・ン
ク８と、駆動ブロック１０と、電源装置１２とを主要部
として構成されている。

尚、通電時間制御ブロック８及び駆動ブロック１０は通
電手段に相当する。

この駆動装置ｌにより運転されるＳＲモータＳＲＭは、
第２図（Ａ）に示すように、８極構成の固定子Ｓと６極
構成の回転子Ｒとを有する４相（Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ，
Ｄの各相から成る）モータであって、予め定められた循
環順序で各相巻線Ｌａ、Ｌｂ。

Ｌｃ、Ｌｄを通電されることによって回転するモータで
ある。第２図（Ｂ）に示すように、回転子突極（以下、
突極という）が固定子磁極（以下、磁極という）に正対
する位置は対極区間（機械角で４５度）の中心であり、
突極がこの位置にあるとき当該相巻線Ｌａ〜Ｌｄのイン
ダクタンスは最大となり、突極が回転し正対位置から離
反していくとインダクタンスは逓減する（以下、この区
域を離反区域という）。又、突極が正対位置から２２．
５度回転した位置（以下、境界位置という）は、隣り合
う二つの磁極の中央であり、この位置にあるとき当該相
巻ＫＬａ〜Ｌｄのインダクタンスは最小となり、突極が
回転し正対位置に接近するとインダクタンスは逓増する
（以下、この区域を接近区域という）。

このＳＲモータＳＲＭの回転軸に取り付けられている磁
極信置センサ２は、回転子Ｒが正転方向（第２図に矢印
Ｆで示した）に回転すると、第３図に示すように、Ａ相
及びＢ相について、突極が磁極に正対する位置でオフし
更に回転子Ｒが２２５度回転した位置でオンする突極位
置検出信号（以下、位置信号と略称する）ＳＡ及びＳＢ
を出力する。位置信号ＳＡは、位置信号ＳＢより位相が
電気角π／４だけ進んでいる。この位置信号ＳＡ及びＳ
Ｂは通電時期制御ブロック８の通電制御信号作成回路２
ＯＡ及び２０Ｂに人力される。

第４図（Ａ）に示すように、通電制御信号作成口１２０
Ａ及び２０Ｂは、それぞれ周知のタイマ回路Ｔ１及びＴ
２とフリップフロ・ンブ回路ＦＰとを主要部として構成
されており、タイマ回路Ｔｌには位置信号ＳＡ及びＳＢ
が、タイマ回路Ｔ２にはインバータＩ　ｎνを介して位
置信号ＳＡ及びＳＢがそれぞれ人力される。第３図に示
すように、タイマ回路Ｔ１は、先に人力された位置信号
５ＡＩ（又は５ＢＩ）の立ち下がりから所定時間Ｔ遅れ
て所定幅のパルスＰ１をフリップフロ・ンブ回路ＦＰに
出力する。このとき、フリップフロップ回路ＦＰの出力
はＦ（ｉｇｈレベルとなりその出力はラッチされる。そ
して、タイマ回路Ｔ２は、次に人力される位置信号ＳＡ
２　（又は５Ｂ２）の立ち上がりから所定時間Ｔ遅れて
所定幅のパルスＰ２をフリ・ツブフロップ回ＱＦＰに出
力する。このとき、フリップフロ・ンブ回ＩＦＰの出力
はＬｏ−レベルとなりその出力はう・ンチされる。

これで、フリップフロップ回路ＦＰからは、先に人力さ
れた信号５ＡＩ（又は５ＢＩ）の立ち下がりから所定時
間Ｔ遅れて立ち上がり、次に人力される位置信号ＳＡ２
　（又は５Ｂ２）の立ち上がりから所定時間Ｔ遅れて立
ち下がる通電制御信号Ｓａ及びｓｂが出力される。つま
り、通電制御信号Ｓａ（又はＳｂ）は、先に人力された
位置信号５ＡＩ（又はＳＢ　１）より位相が電気角β遅
れた信号の反転信号、即ち次に人力される位置信号５Ａ
２（又は５Ｂ２）より位相が電気角α（＝π−β）進ん
だ信号であり、相巻線Ｌａ〜Ｌｄのインダクタンスの減
少率が負の領域（離反区域）で立ち上がり、インダクタ
ンスの減少率が正の領域（接近区域）で立ち下がる。

この電気角βとタイマ回路Ｔ１及びＴ２の遅れ時間Ｔと
あいだには次式の関係がある。

Ｔ＝ＫＸβ／Ｎｆ・・・・・・（１） Ｋは定数、Ｎｆは検出された実回転速度電気角βと回転
速度Ｎｆが予めわかっていれはそれに応じた遅れ時間Ｔ
が求められる。つまり、遅れ時間Ｔが定まればある回転
速度のときに位置信号ＳＡ２およびＳＢ２の位相を電気
角α（＝π−β）だけ進ませた通電制御信号Ｓａ及びｓ
ｂを通電制御信号作成回路２ＯＡ及び２０Ｂにおいて作
成することができる（以下、電気角αを進み角α、電気
角βを遅れ角βという）。

遅れ時間Ｔは、通電時間制御ブロック８の関数発生器２
２からタイマ回路Ｔ１及びＴ２に人力される遅延時間制
御電圧Ｖｔにより決定される。即ち、関数発生器２２で
は、予め定められた回転速度−遅れ時間のデータマツプ
を記憶素子（図示路）に格納しており、回転速度センサ
４から人力される速度信号Ｎｆに対応する遅れ時間Ｔを
読出しそれに応じて遅延時間制御電圧Ｖｔを出力する。

これで、通電制御信号作成回路２ＯＡ及び２０Ｂは、第
４図（Ｂ）に示すように、回転速度に応した進み角をも
つ通電制御信号Ｓａ及びｓｂ倍信号作成することができ
る。

尚、回転速度−遅れ時間のデータマツプは、実測やシミ
ュレーションにもとづいて作成される。

次に、通電制御信号Ｓａ及びｓｂは通電時間制御プロ・
ツク８の信号分配回路２４に人力される。

信号分配回路２４では通電制御信号Ｓａ及びｓｂの反転
信号Ｓｃ及びＳｄが作成される。ＳＲモータＳＲＭは固
定子８極回転子６極の構成なので、Ｃ相については通電
制御信号Ｓａの反転信号が、Ｄ相については通電制御信
号ｓｂの反転信号がそれぞれの通電制御信号Ｓｃ及びＳ
ｄとなる。そこで、通電制御信号Ｓａが駆動ブロック１
０の相駆動回路３０Ａに、通電制御信号ｓｂが相駆動回
路３０Ｂに、通電制御信号Ｓｃが相駆動回路３０Ｃに、
通電制御信号Ｓｄが相駆動回路３０Ｄに、出力される。

一方、比例積分演算ブロック６では、周知の速度比較器
３２において回転速度センサ４から人力される速度信号
Ｎｆと外部指令装置（図示路）から人力される目標回転
速度信号Ｎ木とから速度偏差が算出され、周知の比例積
分演算器３４で速度偏差に比例した比例分と速度偏差の
累積値に比例した累積分とが加算される。そして、その
結果に基づいて、相巻線電流１の大きさを制限する制限
電流信号Ｖｃが作成される。この電流制限信号ＶＣは各
相駆動回路３０Ａ〜３０Ｄへ出力される。

それで、駆動プロ・ツク１０の各相駆動回路３０Ａ〜３
０Ｄにおいては、コンパし一タＣＰに相巻線電流１を検
出する電流検出器ＣＴからの電流検出信号（電圧信号）
　Ｖｉａ、　　Ｖｉｂ、　　Ｖｉｃ、　　Ｖｉｄと制限
電流信号（電圧信号）Ｖｃとが人力される。このコンパ
レータＣＰは相巻線電流ｌが制限電流Ｉを越えるとＬｏ
−レベルとなり、相巻線電流ｉが制限電流■以下のとき
Ｈｉｇｈレベルになる電流リミッタ信号ＶＱを論理積回
路ＡＮＤに出力する。

その論理積回路ＡＮＤには電流リミッタ信号ＶＱと通電
制御信号５ａ−５ｃＪとが人力され、その出力が増幅器
ＡＭＰにより増幅されてドライブ信号Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ
、ＤｄとなりパワートランジスタＴｒａ、Ｔｒｂに出力
される。これで、第５図（Ａ）に示すように、通電制御
信号５ａｚＳｄがＨｉｇｈレベルの間、相巻線Ｌａ〜Ｌ
ｄに電流ｌが流れるとともに電流ｉ１．ｉ２が制限電流
１１．Ｉ２を越したときには周知のチョッパ動作が行わ
れ１まで加速するとする。第５図（Ｂ）の■欄に示すよ
うに、従来の駆動装置による運転では回転速度がＮ１ま
で上がると相巻線Ｌａ〜Ｌｄに電流ｉａ（図に一点鎖線
で示した）が充分流れなくなるので、第６図に示した発
生トルク−回転速度の特性曲線（進み角α２のときの特
性曲線。以下、Ｔ−Ｎ曲線という）Ｘから明らかなよう
に、発生トルクがＴ４まで下がってしまう。

しかし、本駆動装置１では、第４図（Ｂ）に示すように
、回転速度Ｎ　ｒｅ？以上のとき回転速度に応じて通電
制御信号Ｓａ及びＳｂの進み角αを進角側へ制御し、回
転速度Ｎ１のときには進み角をα２まで進角させる。又
、この通電区域の始まりではインダクタンスの減少率が
負となるため誘導起電力が電源電圧Ｖｄに加えられる。

それ故、第５図（Ｂ）の■欄に示すように、インダクタ
ンスの変化率が零の区域に近づくに連れて相巻線電流ｌ
の立ち上がりは急峻になり、接近区域にはいるときには
所定の大きさのトルクを発生させるに充分なレベルまで
上昇する。もちろん、離反区域においては負のトルクが
発生するが、高速回転時には回転子が通電関始位置から
正対位置まで回転する時間（インダクタンスの変化率が
零となるまでに要する時間）は相対的に短縮されるので
、離反区域において発生する負のトルクは小さい（図に
ハ・ンチングで示した）。このようにして、相巻線電流
ｉが充分流れるので、第６図のＴ−Ｎ曲線Ｙから明らか
なように、回転速度がＮ１のときより大きなトルクＴ３
　（Ｔ３）Ｔ４）が出力される。

次に、ＳＲモータの回転速度をＮ１からＮ２まで減速す
るとする。通電制御信号５ａ−９ｄの位相が電気角α２
だけ進んだままであると、通電関始位置から正対位置ま
で回転するのに要する時間は相対的に延長されるので、
第５図（Ｅ３）の■欄に示すように、相巻線電流ｌは制
限電流Ｉのレベルに達する。従って、離反区域において
発生する負のトルクは大きくなり（図にハ・ンチングで
示した）、第６図のＴ−Ｎ曲線Ｙから明らかなように、
発生するトルクがＴ２まで小さくなる。

そこで、第４図（Ｂ）に示すように、駆動装置１におい
ては回転速度の下がるのに応じて通電制御信号５ａ−９
ｄの進み角αを遅角側へ制御し、回転速度Ｎ２のときに
は進み角をα１まで遅角させる。すると、第５図の■欄
に示すように、回転子Ｒが境界位置に達する直前で通電
が関始されるので負のトルクの発生は抑えられるととも
にインダクタンスの小さい区間で通電がなされるため、
第６図のＴ−Ｎ特性曲線Ｘ（進み角α１のときの特性曲
線）から明らかなように、相巻線電流１は所定のレベル
まで上昇しトルクＴ１が発生する。

以上、説明したように本実施例の駆動装置１は、相巻線
Ｌ　ａ　％　Ｌ　ｄのインダクタンスが逓減する区域で
相巻１ｊＡ　Ｌ　ａ−Ｌ　ｄへの通電を関始すると共に
、回転速度に応じて通電制御信号５ａ−ｚｓｄの位相を
進ませたり遅らせたりすることによってそのインダクタ
ンスが逓減する区域での通電関始位置を制御するので、
高速回転での発生トルクを増大することかできると共に
低速回転でのトルクも充分に発生させることができる。

又、磁極位置センサ２の位置検出信号ＳＡ及びＳＢに基
づいて通電時間を制御できるので、高精度で高価なロー
タリエンコーダを省くことができる。それ故、通電制御
信号作成回路２ＯＡ及び２０Ｂの構成を簡単なものにで
き、駆動装置１を安価に作製できる。

尚、本実施例の駆動装置１では速度制御の閉ループを形
成しているが、位置制御の閉ループ及び相巻線電流の制
御閉ループも形成するようにして又、本実施例では電流
制限はコンパレータＣＰで行っているが、この他にパル
ス幅変調回路（ＰＷＭ）の出力信号でパワートランジス
タＴｒａ及びＴｒｂを駆動し、電流フィードバック系を
マイナルーブとして形成してＰＷＭ出力信号のデユーテ
ィ比を制御することによって相巻線′電流１を制限して
もよい。

更に、本実施例では関数発生器２２はディジタル素子で
構成したが、アナログ素子で構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれは回転速度検出手段
が所定の回転速度以上を検出しているとき、離反区域、
即ち相巻線のインダクタンスが逓増する区域において回
転速度に応じて所定の相対位置から通電を関始し次の接
近区域、即ち相巻線のインダクタンスが逓減する区域ま
で通電するので、可変リラクタンスモータの高速回転時
に大きなトルクを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例である可変リラクタンスモータの駆動装
置を示す概略構成図、第２図（Ａ）は可変リラクタンス
モータの構造を示す説明図、第２図（Ｂ）は回転子突極
の回転子磁極に対する相対位置を示す説明図、第３図は
インダクタンスの変化率、位置信号、通電制御信号など
を示す説明図、第４図（Ａ）は通電制御信号作成回路を
示す電気回路図、第４図（Ｂ）は回転速度と通電制御信
号の位相の進み角との関係を示すグラフ、第５図（Ａ）
は位置信号、相巻線電流などを示す説明図、第５図（Ｂ
）は高速回転時及び低速回転時における位置信号、相巻
線電流などを示す説明図、第６図は発生トルク−回転速
度特性曲線を示す説明図、第７図は従来の可変リラクタ
ンスモータの駆動装置を示す概略構成図である。 １・・・可変リラクタンスモータの駆動装置２・・・磁
極位置センサ　　　４・・・回転速度センサ６・・・比
例積分演算プロ・ツク ８・・・通電時期制御ブロック１０・・・駆動ブロック
２ＯＡ、２０Ｂ・・・通電制御信号作成回路２２・・・
関数発生器 ＳＲＭ・・・可変リラクタンスモータ 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第２図 （Ａ） （Ｂ） 第４図 （Ａ） Ｆ’２ （Ｂ） （Ａ） 電気角 第５図 （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　固定子の各相磁極に設けられた相巻線を、予め定めら
   れた順序で通電して、回転子の突極にトルクを与えて駆
   動する可変リラクタンスモータの駆動装置であって、 可変リラクタンスモータの回転速度を検出する回転速度
   検出手段と、 上記回転子突極が上記固定子相磁極に相対している対極
   区間において、上記回転子突極が上記固定子相磁極に正
   対する位置へ接近する区域及び上記回転子突極が該正対
   する位置から離反する区域を検出する突極位置検出手段
   と、 該回転速度検出手段が所定の回転速度以上を検出してい
   るとき、該突極位置検出手段の検出結果に基づき、該離
   反区域において上記回転速度検出手段により検出された
   回転速度に応じて所定の相対位置で当該相巻線への通電
   を関始し次の接近区域まで該通電を行う通電手段と、 を備えることを特徴とする可変リラクタンスモータの駆
   動装置。