JPH03273891A - 可変リラクタンスモータの駆動回路 - 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回路に関する
。

従来の技術 可変リラクタンスモーフは鉄板材を成層化して突極構造
に形成したロータをステータの内側に回転可能にモータ
軸で保持し、上記ステータの励磁コイルに励磁電流を供
給して、ステータ突極歯を励磁し、ステータ突極歯に発
生する磁気吸引力によって、ロータの突極歯を引きよせ
回転力とし、ロータを回転駆動するモータであり、各相
ごとにスイッチング素子を設け、モータの回転角に応じ
てスイッチング素子を開閉させてロータを回転させるも
のである。例えば、Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ相の三相の可変
リラクタンスモータの場合、Ａ相のスイッチング素子を
閉じＡ相の励磁コイルと直流電源を接続して通電を始め
、Ａ相のステータ突極歯がロータ突極歯を吸引し、ロー
タが所定角度回転すると、Ａ相のスイッチング素子を開
き通電を停止する。

ついでＢ相のスイッチング素子を閉じＢ相の励磁コイル
を励磁する。以下同様に人相、Ｂ相、Ｃ相と順次励磁す
ることによってモータを一方方向に回転させる。また逆
転させる場合は、Ａ相、Ｃ相。

Ｂ相と順次励磁すればモータは逆転することとなる。

このようにスイッチング素子を開閉させて励磁する相を
順次切替えることによってモータを回転させるものであ
るから、励磁コイルの励磁を切ったとき、コイルに蓄え
られたエネルギの処理を放置すると、駆動回路や電源回
路に異常な高電圧を発生し、回路素子の破損につながる
。

そのため、いわゆるスナバ回路を設けて高電圧を減じる
手段が公知であるが、この方法は励磁した相に蓄えられ
ていたエネルギの一部をモータに何ら寄与することなく
単に消耗させるだけである。

一般に励磁コイルは抵抗Ｒと比較的大きい自己インダク
タンスＬを持ち、スイッチング素子を開から閉に切替え
、励磁コイルを直流電源に接続してもコイルに流れる電
流の立上りはＬ／Ｒで支配され遅れる。モータの回転速
度で定まる各励磁相の通電時間が短いと、電流か十分成
長しない内に通電時間が終了してしまう。

また同様な理由で電流の立下りも遅い。可変リラクタン
スモータでは、電流の方向が一定でも、ロータとステー
タの相対位置によってトルクの方向が逆転する。

例えば、人相トルクの方向が逆転する位置でＡ相のスイ
ッチング素子を開にしても立下りの遅れのために電流が
０とならず、他の相で発生するトルクを妨害するトルク
を発生する。

そのため、Ａ相のスイッチング素子の開をＢ相のスイッ
チング素子の閉の時点より早めに行うと、Ａ相のトルク
発生の時期が短縮され、ひいてはモータの出力トルクの
減少となる。

特に、高速回転時においては、各相の励磁コイルに励磁
する期間が短いので、深刻な問題となる。

そこで、上記励磁コイルに蓄えられたエネルギの処理の
問題、励磁電流の立上り、立下りの遅れの問題を解決す
る方法が特公昭５５−３９１８号公報で提案されている
。

この方法における励磁コイル１相分の駆動回路を第３図
に示す。符号１０は励磁コイルで、Ｌ′は該コイル１０
の自己インダクタンス、Ｒ′はコイルの抵抗、Ｔ３はト
ランジスタ、ＣＲはサイリスタ、１２はコンデンサ、Ｄ
ＩＯ，Ｄｌｌはダイオード、１３は直流電源である。該
励磁コイル１０の通電が終了し、トランジスタＴ３がオ
フになったとき、励磁コイル１０に流れる電流は今まで
の方向に流れつづけようとし、トランジスタＴ３がオフ
であるためダイオードＤｌｌを通りすべてコンデンサ１
２に充電される。すなわち、コイル１０に蓄えられてい
たエネルギを次の通電開始までコンデンサ１２に蓄えて
おく。

そして次の通電開始のとき、トランジスタＴ３゜サイリ
スタＣＲをオンとしコンデンサ１２に蓄えられていた電
荷を励磁コイル１０に放電する。

コンデンサ１２の電圧が直流電源１３の電圧Ｅにほぼ等
しくなったとき、放電は停止し、電流は直流電源から流
れるようになる。この場合、コンデンサ１２の容量Ｃ′
を、 Ｃ＝＜　　４Ｌ−／Ｒ−’ とすることによって電流の立上り、立下り時間を短くし
て上記問題を解決している。

発明が解決しようとする課題 一般的に、可変リラクタンスモータの励磁コイルのイン
ダクタンスはロータの回転角によって変化する。ある−
相に注目すれば、ロータの突極歯とステータのと突極歯
が重なり開始するみかけ上インダクタンスの小の所で通
電を開始し、側突極歯が完全に重なり合ったインダクタ
ンスの大きい所で通電を終了するので、電流の立下りを
速くすることは不可欠の問題であり、前述した特公昭５
５−３９１８号公報に記載された方法によっても必ずし
も十分ではない。

そこで、本発明の目的は、可変リラクタンスモータの各
励磁コイルへの通電を終了したとき、励磁コイルに蓄え
られていたエネルギを無駄に消費することなく、かつ電
流の立下りを速くする可変リラクタンスモータの駆動回
路を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、可変リラクタンスモータの各相励磁コイルの
両端子に夫々スイッチング素子を接続し、各スイッチン
グ素子の他端と他方のスイッチング素子が接続された上
記励磁コイルの端子間に直流電源からの電流の流れを阻
止する方向にダイオードを夫々接続し、上記スイッチン
グ素子とダイオードの接続点間にコンデンサを接続し、
さらにコンデンサの両端は逆流防止用のダイオードを介
して直流電源に接続して上記スイッチング素子を開閉さ
せて各励磁コイルを励磁し、可変リラクタンスモータを
駆動するように構成し、上記励磁コイルの自己インダク
タンスをＬ１抵抗を Ｒ１上記コンデンサの容量をＣとしたとき、なる関係に
なるように設定することによって、上記問題を解決した
。

作　　用 励磁しようとする相の励磁コイル両端に接続された上記
スイッチング素子を同時に閉にすると、励磁コイルには
逆流防止用のダイオードを介して直流電源電圧が印加さ
れ電流が流れ励磁される。

次に上記スイッチング素子を同時に開とし、励磁を停止
すると、励磁電流は今まで流れていた方向に流れつづけ
ようとして、励磁コイルとスイッチング素子間に接続さ
れたダイオードを介して流れ、逆流防止用のダイオード
があるため直流電源には帰還されず、上記コンデンサに
流入し該コンデンサを充電する。

次に再び上記スイッチング素子が閉になると、上記コン
デンサに蓄積されていた電荷は、スイッチング素子、励
磁コイル介して放電され、コンデンサの電圧が直流電源
電圧に等しくなると放電は停止し、励磁コイルの励磁電
流は直流電源から供給されるようになる。

そして、コンデンサの容量Ｃを上記条件が成立するよう
に設定すれば、励磁コイルへの通電を停止したとき、電
流の立下り時間ｔｄは次式のようになり、立下り時間は
短縮される。

ｔｄ＝ｆ「「ｃ（π／２） ｔ　ａ　ｎ　−’　（（Ｅ／　Ｉ　ｏ　）　ｎ）　］た
だし、Ｅは直流電源電圧、Ｉｏは通電停止時のコイル電
流である。

実施例 第１図は、本発明をＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相可変リラク
タンスモータに適用したときの一実施例で、Ａ相、Ｂ相
、Ｃ相の回路構成は同一構成であり、Ａ相の回路構成の
要素のみ符号を付している。

以下、Ａ相の回路を例にとって本発明の一実施例を説明
する。

符号１はＡ相の励磁コイルで、該励磁コイル１の両端に
はスイッチング素子としてのトランジスタＴｌ、Ｔ２が
接続され、各スイッチング素子Ｔｌ、Ｔ２の他端と他方
のスイッチング素子Ｔ２゜Ｔ１が接続された上記励磁コ
イル１の端子間に直流電源からの電流の流れを阻止する
方向にダイオードＤ２．Ｄ３が夫々接続され、上記スイ
ッチング素子Ｔｌ、Ｔ２とダイオードＤ２．Ｄ３の接続
点間にコンデンサ２が接続されている。そして、電流が
直流電源３に逆流しないように逆流防止用のダイオード
Ｄ１を介して、上記コンデンサの接続点間に直流電源３
が接続されている。なお１．この構成はＢ相、Ｃ相も同
一である。

スイッチング素子Ｔｌ、Ｔ２を同時に開にすると直流電
源３の電圧が励磁コイル１に印加され、電流ｉは直流電
源３、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｔ１、励磁コ
イル１、スイッチング素子Ｔ２、直流電源３と流れ、Ａ
相の励磁コイル１を励磁する。次にスイッチング素子Ｔ
ｌ、Ｔ２が同時に閉になると、励磁コイル１の電流ｊは
励磁コイルの自己インダクタンスＬのために直ちに零と
はならず、今まで流れた方向に流れ続け、逆流防止用の
ダイオードＤ１があることから、この電流ｉは励磁コイ
ル１、ダイオードＤ２、コンデンサ２、ダイオードＤ３
、励磁コイル１の回路を該電流ｉが零になるまで流れ、
コンデンサ２を充電することとなる。そして、このコン
デンサ２に充電された電荷は、スイッチング素子ＴＩ、
Ｔ２が次に開になるまでは放電されることはない。

また、このコンデンサ２の充電電圧は、該コンデンサ２
の両端かダイオードＤ１を介して直流電源に接続されて
いることから、直流電源の電圧Ｅより下がることはない
。

次に再び、スイッチング素子Ｔｌ、Ｔ２が閉になると、
当初コンデンサ２が有する電荷がスイッチング素子Ｔ１
、励磁コイル１、スイッチング素子Ｔ２、コンデンサ２
と放電され、コンデンサ２の電圧が直流電源電圧Ｅに等
しくなると放電は停止し、励磁コイル１に流れる電流ｉ
は直流電源３から供給されるようになる。

このように、励磁コイル１の通電中に該コイル１に蓄え
られたエネルギは非通電の状態ではコンデンサ２に蓄え
られ、次の通電時に再び励磁コイル１に放電されるので
エネルギの無駄が少なく直流電源３より供給されるエネ
ルギはわずかでよいことになる。

第２図は本発明の第２の実施例で、第１図に示す実施例
と比較し、スイッチング素子Ｔｌ、　Ｔ２とダイオード
Ｄｉ、Ｄ２の位置が入れ替わっただけてあり、その動作
は同一である。

次にこの第１．第２図に示す駆動回路において、スイッ
チング素子Ｔｌ、Ｔ２を閉から開にした時のコイル電流
の立下り時間について検討する。

可変リラクタンスモータが定常回転している状態で、ス
イッチング素子Ｔｌ、Ｔ２か閉から開になった時点を１
＝０．１＝０におけるコイル電流をＩ。、コンデンサ２
の電圧ｖｃをＶｃｏ（ＶｃＯ≧Ｅ、特別な場合を除いて
Ｖｃｏ＝Ｅ）とすると、次の第１式が成立する。

・・・　（１） なお、Ｌは励磁コイル１の自己インダクタンス、Ｒは励
磁コイル１の抵抗、Ｃはコンデンサ２の容量である。

上記第１式より、 上記第２式の解を１＝Ｉｏｅ”とおくと、［ＬＳ２＋Ｒ
３＋　（１／Ｃ）］　　Ｉ　ｏｅ”＝０・・・（３） ｆｏｅ”か零でないときも上記第３式は成立しなければ
ならないから、 ＬＳ２＋Ｒ３＋　（１／Ｃ）　−〇　　　　・・・（４
）コンデンサ２の電圧ｖｃは、 ・・・　（８） 解か振動的であるためには、 Ｒ２−４（Ｌ／Ｃ）＜。

ゆえに Ｃ＜４Ｌ／Ｒ２ ・・・　（６） または、 （Ｒ／２）ＺτアＬ＜１ ・・・　（７） が成立すればよい。

そこで上記第６式または第７式の条件を入れて第２式を
解くと、 ・・・（１０） 上記第８式より電流１が零になる時間ｔｄはコンデンサ
２の最高電圧Ｖｃｍａｘは第１０式一方、第３図に示す
従来例における電流の立下りを考えると、スイッチング
素子Ｔ３が閉から開になった時点を１＝０とし、１＝０
でコイル１０に流れる電流ｉ′を１−、コンデンサ１２
の電圧Ｖ−ＣをＶ−ｃｏ（≧Ｅ）、コイル１０の自己イ
ンダクタンスおよび抵抗をＬ′、Ｒ＝、コンデンサ１２
の容量をＣ′とすれば、次の第１３式が成立する。

（１３） ここでＶ−ｃｏ＝Ｅとおき第６式、または第７式の条件
を使って電流１′を求めると、コンデンサ電圧ＶＣは、 第１４式より電流ｉ′が零になる時間ｔ−ｄは、コンデ
ンサの最高電圧Ｖ−ｃｍａｘは となる。

そこで、第１図、第２図に示す本発明の実施例と、第３
図に示す従来例を比較すると、もし、Ｌ＝Ｌ−、Ｃ＝Ｃ
−、Ｉｏ＝Ｉ−ｏとすると、第１１式と第１６式より、 ｔｄ＜ビｄ および第１２式と第１７式より、 Ｖｃｍａｘ　　＜　　Ｖ−ｃｍａｘ となり、初期値を含めて同じ条件ならば、本発明は従来
例と比べ、電流の立下り時間は短くなり、コンデンサの
最高電圧は低下し、改善されていることがわかる。

なお、電流の立上り特性は、第１図、第２図に示す本発
明の実施例も第３図に示す従来例も同一である。

発明の効果 本発明は通電中容励磁コイルに蓄えられたエネルギを通
電停止中にコンデンサに蓄え、次の通電時にこのコンデ
ンサに蓄えられた電荷を放電して励磁コイルを励磁する
ようにしたから、エネルギの無駄な消費か少なくてすむ
。さらに各励磁コイルへの通電を停止したとき、コイル
に流れる電流の立下り時間を短くしたので、反トルク（
駆動方向のトルクを妨害するようなトルク）発生を少な
くし、効率のよい可変リラクタンス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の回路構成図、第２図は本発
明の第２の実施例の１相分の回路構成図、第３図は従来
例における１相分の回路構成図である。 １．１０・・・励磁コイル、２．１２・・・コンデンサ
、３．１３・・・直流電源、 ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３・・・スイッチング素子、Ｄｉ、Ｄ２
．Ｄ３．ＤＩＯ，Ｄｌｌ・・・ダイオード。 第 第 図 口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　可変リラクタンスモータの各相の励磁コイルの両端子
   に夫々スイッチング素子を接続し、各スイッチング素子
   の他端と他方のスイッチング素子が接続された上記励磁
   コイルの端子間に直流電源からの電流の流れを阻止する
   方向にダイオードを夫々接続し、上記スイッチング素子
   とダイオードの接続点間にコンデンサを接続し、さらに
   、コンデンサの両端は逆流防止用のダイオードを介して
   直流電源に接続して上記スイッチング素子を開閉させて
   各励磁コイルを励磁し、可変リラクタンスモータを駆動
   するように構成し、上記励磁コイルの自己インダクタン
   スをＬ、抵抗をＲ、上 記コンデンサの容量をＣとしたとき、 Ｒ／２√（Ｃ／Ｌ）＜１ なる関係になるように設定されていることを特徴とする
   可変リラクタンスモータの駆動回路。