JPH03169288A

JPH03169288A - 可変リラクタンス型モータの制御方法

Info

Publication number: JPH03169288A
Application number: JP1303254A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikebe; 池辺　洋; Hidetsugu Komiya; 小宮　英嗣; Hideaki Oku; 秀明奥; Takeshi Nakamura; 毅中村; Shigeki Kawada; 茂樹河田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1991-07-22

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、可変リラクタンス型モータの制御方法に関す
る。

従来の技術一般に、可変リラクタンス型モータから発生するトルク
を直接制御することは、トルク検出が技術的に非常に困
難で、多大な装置が必要となる。

そこで従来は、ロー夕の電気角位置に応じて各相の電流
を制御してトルクを制御している。即ち、可変リラクタ
ンス型モータはステータの突極に巻回された励磁コイル
に電流を流し、ステータの突極に生じる磁気吸引力によ
ってロー夕の突極を引き寄せトルクを発生するものであ
るから、各相の発生トルクは、その相に流す励磁電流の
大きさとステータの突極とロータの突極が対向する面積
によって定まるので、ロー夕の電気角に応じて各相の電
流を制御することによって発生ｌ・ルクを制御ずること
ができる。

電流制御の一相分（他相も同様）のブロック図を示すと
第２図のようになる。ロー夕の電気角の関数である相電
流指令Ｉｃｍｄ（第３図参照）を与え、電流検出器４で
検出された励磁電流ｉをフィードバックし相電流指令Ｉ
ｃｍｄとフィードバック電流の差を求めてフィルタ１−
を介してＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ（電圧から
電流への変換）回路２に入力しモータの励磁コイル３に
電流を流すものである。なお、第２図において、フィル
タＪのＧｉ（ｓ），ＰＷＭインバータ回路２のＫＰ，電
流検出器４のＨ　ｒはそれぞれゲインを示し、励磁コイ
ル３のＬ，　　Ｒはそれぞれコイルのインダクタンス，
抵抗を示している。

上述したＰＷＭインバータ回路２には、励磁コイルに正
負の電流即ち両方向に電流を流すもの、及び、正または
負の一方にのみ電流を流すものの二種類があるが、どち
らにしてもＰＷＮ信号によってインバータのスイッチン
グ素子をオン，オフさせて励磁電流を制御して、モータ
を駆動するも３のである。

発明が解決しようとする課題ＰＷＭインバータ制御の場合、相電流指令１ｃｍｄが「
０」でもモータの端子間には電圧が印加され、励磁電流
ｉが「０」とはならない。例えば、励磁コイルに正負の
電流を流す両方向性のインバータの場合、第４図に示す
ように、励磁電流ｉはのこぎり状に正，負に変動し、そ
の間平均電流値が「０」であっても、発生トルクは、励
磁電流ｉが「０」の近傍では近似的に１２に比例するの
で正トルクを発生し、発生トルクが零の状態を実現でき
ない。

また、正（または負）の一方的の電流を流すインバータ
にあっても、相電流指令Ｉ　ｃｒｎｄが「０」の定常状
態において平均電流は「０」とはならず正となり、発生
トルクも正となり、トルクが零の状態を実現することが
できない。そしてまた、相電流指令１　ｃｍｄが「０」
の場合でもコイルに電流が流れることから、この電流に
よって鉄損，銅損が発生し効率的でない。

Ａまた、トルク指令がｒＯＪとなり、各相の電流指令が「
０」になったときも上述したように、励磁コイルに電流
が流れモータにとって有害な振動を発生させる原因とな
る。

さらに、モータの高速回転時には、励磁コイルのインダ
クタンスにより相電流指令が零になってもコイルの電流
が直ちに零とはならず、現在発生しているトルクの方向
とは逆方向のトルクを発生し、他相で発生するトルクを
妨害し、効率を悪くするという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、各相に対する電流指令が零に
なったとき、当該相の発生トルクを零にする可変リラク
タンス型モータの制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段ＰＷＭ方式でインバータを駆動し可変リラクタンス型モ
ータを制御する制御方法において、各相の電流指令が設
定された所定レベル以下になると、モータの当該相の励
磁コイルに電流を流さないようにすることによって発生
トルクを零にする。例えば、各相の電流指令が所定レベ
ル以下になると、インバータの当該相のスイッチング素
子を全てオフにすることによって、または、ＰＷＭ信号
をスイッチング素子に入力しないようにすることによっ
て当該相の励磁コイルに電流を流さないようにする。

作用相電流指令が低下し、予め設定されたロータの摩擦力に
対応する電流値程度の所定レベル以下になると、モータ
の当該相の励磁コイルに電流を流さないようにする。例
えば、インバータの当該相のスイッチング素子の作動を
停止させたり、ＰｗＭ回路からＰＷＭ信号の出力を停止
させる等によって電流を流さないようにする。励磁コイ
ルに電流を流さないようにしても、このときの相電流指
令はロータの摩擦力に対応する程度のものであるから、
モータの運動には影響を与えない。そして、励磁コイル
に電流が流れないから鉄損，銅損は生ぜず、また、スイ
ッチング素子も切換えられないので、スイッチング素子
の切換損失の発生も防止できる。また、高速回転時に各
相の電流指令が零になったときにも、インバータの当該
相のスイッチング素子が全てオフであるので、当該相の
コイルのインダクタンスによって発生する電流もインバ
ータのスイッチング素子と並列に設けられたダイオード
で速かに電源に帰還されるから、コイルの電流が零にな
る整定時間が極めて短くなり、妨害トルクの発生を防止
し、モータの効率を上げることができる。

実施例第１図は、本発明の一実施例を実施する可変リラクタン
ス型モータの制御回路の要部を示す図である。

この実施例では、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の３相励磁方式の可
変リラクタンス型モータの例を挙げており、従来の３相
励磁の可変リラクタンス型モータの制御回路と相違する
点は、アンドゲート１２ａｌ，］．　２　ａ２　〜１　
２　ｃｌ，　　１　２　ｃ２が設けられていることと、
制御回路１−０から出力される制御信号Ｓａ，　　Ｓｂ
，Ｓｃによってアンドゲート１２ｂｌ，　　１２ｂ２，
アンドゲート↓２ＣＩ，１２ｃ２がそれぞれ開閉させら
れる点である。

制御回路１０は従来の制御回路と略同一で、速度ループ
、必要によっては位置ループを有し、速度ループから出
力されるトルク指令とモータの電気角に応じた値を乗じ
て各相の相電流指令Ｉｃｍｄを作り、以下、第２図に示
したように電流検出器で検出された励磁電流との偏差を
求めて、フィルタ２を介して各相毎に電圧指令ＥがＰＷ
Ｍ回路１．１へ出力される。以上述べた制御回路１０の
動作は従来と同一であるが、さらに本発明に於では、ロ
ータの摩擦力に対応する程度の値に設定された所定レベ
ルと各相の電流指令１　ｃｍｄを比較し、電流指令Ｉ　
ｃｍｄが所定レベル以下であると、制御信号Ｓａ，Ｓｂ
，Ｓｃを出力するようにしている。この制御回路１．０
の動作はプロセッサによってデジタル処理が行われてお
り、従来と比べ、各相の電流指令Ｉ　ｃｍｄが所定レベ
ル以下か否かの判断処理等が加わるのみである。なお、
この制御回路１０をハードウェアで構成すると比較処理
のためのコンパレー夕を設けることとなる。

ＰＷＭ回路１１は従来のものと同一であり、各相毎に入
力された電圧指令Ｅと三角波を比較しＰＷＭ信号を出力
する。各相毎の該ＰＷＭ信号はアンドゲー｝　１　２ａ
ｌ，　　１　２ａ２〜１２ｃｌ，１２ｃ２へ人力され、
また、これらアンドゲートには制御信号Ｓａ−Ｓｃが夫
々入力されている。

アンドゲート１　２ａｌ，　　１　２ａ２　〜１　２ｃ
ｌ，　　■２ｃ２の出力は可変リラクタンスの励磁コイ
ル１３ａ，１．３ｂ，１３ｃに流す電流をオン，オフさ
せるインバータ２０の各スイッチング素子Ｔａｌ，　　
Ｔａ２，Ｔａ３，　　Ｔａ４　〜ＴｃＬ　　Ｔｃ２，　
　Ｔｃ３，　　Ｔｃ４をドライブする各ドライバ回路１
４に接続されている。各スイッチング素子とは逆向きに
スイッチング素子保護用のダイオードＤが各々スイッチ
ング素子と並列に接続されている。

このインバータ２０の構成は従来と同様であり、詳細は
省略する。

インバータ２０の作用においても従来と同一であり、例
えば、アンドゲート１２ａ１からＰＷＭ信号が出力され
るとドライバ回路１−４を介してスイッチング素子Ｔａ
３，　Ｔａ２をオンとし、Ａ相の励磁コイル１３ａに電
源から電圧を印加して励磁電流を正方向（第１図におい
て、コイル１３ａに右から左へ電流を流す方向を正方向
とする）に流し、アンドゲート１２ａ２からＰＷＭ信号
が出力されるとドライバ回路１４を介してスイッチング
素子Ｔａｌ，Ｔａ４をオンとしてコイル１３ａに負方向
の電流を流す。他のＢ相，Ｃ相においても、アンドゲー
ト１２ｂｌ，　　１２ｂ２、及びアンドゲート１．２ｃ
ｌ，１２ｃ２からのＰＷＭ信号によってスイッチング素
子Ｔｂ１〜Ｔｂ４，Ｔｃ１〜Ｔｃ４をオン，オフさせて
、コイル１３ｂ，１３ｃに電流を正，負方向に流す点は
同様である。

こうして、励磁コイルｉ　３　ａ〜１３ｃに電流を流し
、ステータ突極によってロータ突極を引き寄せモータを
回転させる。

制御回路１０は、各相の電流指令Ｉ　ｃｍｄがロータの
摩擦力に対応する程度の値に設定された所定レベルより
も大きい間は制御信号Ｓａ，　　Ｓｂ，ＳｃをＨレベル
として、アンドゲート１２ａｌ，１．　２ａ２　〜１　
２ｃｌ，　　１　２ｃ２を開き、ＰＷＭ信号を夫々アン
ドゲ−１・から出力するようにし、この場合は従来と同
様の作用である。

一方、各相の電流指令１　ｃｍｄが所定レベル以下にな
ると、制御回路１０はその相に対応ずる制御信号Ｓａ，
Ｓｂ，ＳｃをＬレベルにして対応ずるアンドゲート１　
２　ａｌ，　　１　２　ａ２，　またはアンドゲート１
　２　ｂｌ，　　１　２　ｂ２，　またはアンドゲート
１−２ｃｌ，１２ｃ２を閉じる。その結果、電流指令Ｉ
ｃｍｄが所定レベル以下になった相のＰＷＭ信号はアン
ドゲートから出力されず、その相のスイッチング素子Ｔ
ａｌ〜Ｔａ４、またはスイッチング素子Ｔｂｌ〜Ｔｂ４
、またはスイッチング素子Ｔｃｌ〜Ｔｃ４をすべてオフ
状態にするから、励磁コイル１−３ａまたは励磁コイル
ｉ　３　ｂまたは励磁コイル１３ｃに電流が流れること
はない。

また、高速回転時等にコイルのインダクタンスの影響で
、電流指令１　ｃｍｄが「０」でもコイルに流れる電流
は当該相のすべてのスイッチング素１１子がオフになるから、トランシスタ保護用のダイオード
Ｄを介して急速に電源に帰還されるから、コイルに流れ
る電流が零となる整定時間は、従来の方式と比べ極めて
短くなり、妨害トルクの発生を防止できる。相電流指令
Ｉ　ｃｍｄがｒＯＪのとき、当該相の励磁コイルに電流
が流れると、現在回転している方向とは逆方向のトルク
を発生し他方で発生するトルクの妨害となるが、上述の
ように、インダクタンスの影響で遅れた電流をダイオー
ドで急速に電源に帰還させコイルに流れる電流を「０」
にするから、妨害トルク発生を防止できる。

さらに、相電流指令１ｃｍｄが所定レベル以下のときに
は、当該相のスイッチング素子を無駄に切換えることが
なくなるので、スイッチング素子の切換損失の発生を防
止でき、かつ、従来の方式と比べ鉄損，銅損を防止でき
、効率的な可変リラクタンス型モータを得ることができ
る。

さらに、トルク指令が「０」となり各相の相電流指令が
「０」になった場合、従来の方式である１２と、励磁コイルに電流が流れモータを振動させる原因と
なっていたが、本実施例では、全てのスイッチング素子
がオフにされるので、励磁コイルに電流が流れることは
なく、モータの振動を防止することができる。

なお、上記実施例では、相電流指令１　ｃｍｄが所定レ
ベル以下になったとき、アンドゲートによって当該相の
ＰＷＭ信号を当該相のスイッチング素子へ入力させない
ようにしたが、アンドゲートの代りに、ドライバ回路王
４を不動作にさせるようにしてもよい。また、ＰＷＭ回
路を変更し、相電流指令が所定レベル以下になるとＰＷ
Ｍ信号を出力しないようにしてもよい。

発明の効果本発明は、相電流指令が所定レベル以下になると当該相
の励磁コイルには電流が流れず、当該相の発生トルクを
零にすることができ、かつ、鉄損，銅損を少なくするこ
とができる。また、相電流指令が所定レベル以下になる
と、当該相の励磁コイルに電流が流れないから逆トルク
が発生することなく、特に高速回転中においては当該相
のスイッチング素子がすべて作動せずオフであるので、
インダクタンスの影響で遅れる電流もスイッチング素子
保護用のダイオードを介して急速に電流に帰還されるか
ら逆トルクが少なくなり、効率のよい可変リラクタンス
型モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を実施する可変リラクタンス
型モータの制御回路の要部を示す図、第２図は電流制御
の一相分のブロック図、第３図は相電流指令と電気角と
の関係を示す図、第４図は正負の電流を流す両方向性の
インバータにおいて相電流指令が零の場合、その相のコ
イルに流れる電流波形を示す図である。１０・・・制御回路、１１・・・ＰＷＭ回路、１　２ａ
ｌ，　　１　２ｇ２　〜１　２ｃｌ，　　］　２ｃ２−
アンドゲート、１４・・・ドライバ回路、Ｔａｌ，　　Ｔａ２，　　Ｔａ３，　　Ｔａ４，　〜Ｔ
ｅｌ，　　Ｔｃ２，　　Ｔｃ３，Ｔｃ４・・・スイッチ
ング素子、Ｄ・・・ダイオード、２０・・・インバータ。

Claims

【特許請求の範囲】（１）ＰＷＭ方式でインバータを駆動し可変リラクタン
ス型モータを制御する制御方法において、各相の電流指
令が設定された所定レベル以下になるとモータの当該相
の励磁コイルに電流を流さないようにすることを特徴と
する可変リラクタンス型モータの制御方法。（２）各相
の電流指令が設定された所定レベル以下になると上記イ
ンバータの当該相のスイッチング素子をすべてオフにす
ることにより当該相の励磁コイルに電流を流さないよう
にした請求項１記載の可変リラクタンス型モータの制御
方法。（３）各相の電流指令が設定された所定レベル以下にな
ると、上記インバータの当該相の全てのスイッチング素
子へのＰＷＭ信号入力を無くし、当該相の励磁コイルに
電流を流さないようにした請求項２記載の可変リラクタ
ンス型モータの制御方法。