JPH05199794A - 切換えリラクタンス・モータの回転子位置を推定する装置及び方法 - Google Patents
切換えリラクタンス・モータの回転子位置を推定する装置及び方法Info
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- JPH05199794A JPH05199794A JP4241765A JP24176592A JPH05199794A JP H05199794 A JPH05199794 A JP H05199794A JP 4241765 A JP4241765 A JP 4241765A JP 24176592 A JP24176592 A JP 24176592A JP H05199794 A JPH05199794 A JP H05199794A
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 切換えリラクタンス・モータ（ＳＲＭ）用の
新規な回転子位置推定装置を提供する。 【構成】 磁束−電流マップ８９を用いて、基準角度θ
r に対し、電流の関数として基準磁束Ψr を求める。電
流と電圧から導いた鎖交磁束推定値Ψi を基準磁束Ψr
と磁束−マップ比較器９０で比較する。磁束の比較結果
によって磁束−電流マップ比較器の状態が変る時、実際
の回転子角度が基準角度θr に等しく、その結果、この
回転子位置に対し相電流をうまく転流することが出来
る。
新規な回転子位置推定装置を提供する。 【構成】 磁束−電流マップ８９を用いて、基準角度θ
r に対し、電流の関数として基準磁束Ψr を求める。電
流と電圧から導いた鎖交磁束推定値Ψi を基準磁束Ψr
と磁束−マップ比較器９０で比較する。磁束の比較結果
によって磁束−電流マップ比較器の状態が変る時、実際
の回転子角度が基準角度θr に等しく、その結果、この
回転子位置に対し相電流をうまく転流することが出来
る。
Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は全般的に切換えリラクタンス
機械（switched reluctance machine）に対する回転子
位置推定装置、更に具体的に云えば、磁束−電流マップ
比較器を用いた個別位置推定装置に関する。
機械（switched reluctance machine）に対する回転子
位置推定装置、更に具体的に云えば、磁束−電流マップ
比較器を用いた個別位置推定装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】切換えリラクタンス機械（ＳＲＭ）は回
転子及び固定子の凸極を持つブラシなしの同期機械であ
る。各々の固定子磁極に集中巻線があるが、回転子には
巻線又は永久磁石がない。直径上で向い合った各対の固
定子磁極巻線を直列又は並列に接続して、多相ＳＲＭの
独立した相巻線を形成する。１つの固定子磁極から回転
子に入る磁束が、直径上で向い合った固定子磁極から回
転子を出て行く磁束と釣合って、各相の間に相互の磁気
結合がないことが理想的である。
転子及び固定子の凸極を持つブラシなしの同期機械であ
る。各々の固定子磁極に集中巻線があるが、回転子には
巻線又は永久磁石がない。直径上で向い合った各対の固
定子磁極巻線を直列又は並列に接続して、多相ＳＲＭの
独立した相巻線を形成する。１つの固定子磁極から回転
子に入る磁束が、直径上で向い合った固定子磁極から回
転子を出て行く磁束と釣合って、各相の間に相互の磁気
結合がないことが理想的である。
【０００３】回転子の角度位置と同期した予定の順序
で、各相巻線の電流を切換えることによって、トルクが
発生される。こうして、互いに接近する回転子磁極及び
固定子磁極の間に磁気的な引力が生ずる。その相の固定
子磁極に一番近い回転子磁極が回転して整合位置を通り
越す前に、各相の電流をオフに切換える。そうしない
と、磁気引力によって負のトルク即ち制動トルクが発生
される。従って、回転子角度に対して点弧パルスを正し
く位置ぎめすることにより、順方向又は逆方向動作並び
に電動機動作又は発電動作が得られる。典型的には、所
望の各相電流の転流は、回転子位置信号を軸角度変換
器、例えば符号器或いはレゾルバから制御装置にフィー
ドバックすることによって行なわれる。信頼性を改善す
ると共に、その駆動部の寸法、重量、慣性及びコストを
減少する為、この軸位置センサを除くことが望ましい。
この目的の為、従来、モータの端子電圧及び電流を監視
することによって、間接的に回転子位置を感知する種々
の方式が提案されている。この様な１つの方式は波形検
出と呼ばれているが、逆起電力（ｅｍｆ）に依存してお
り、その為低速では信頼性がなく、速度ゼロの時には作
用しない。
で、各相巻線の電流を切換えることによって、トルクが
発生される。こうして、互いに接近する回転子磁極及び
固定子磁極の間に磁気的な引力が生ずる。その相の固定
子磁極に一番近い回転子磁極が回転して整合位置を通り
越す前に、各相の電流をオフに切換える。そうしない
と、磁気引力によって負のトルク即ち制動トルクが発生
される。従って、回転子角度に対して点弧パルスを正し
く位置ぎめすることにより、順方向又は逆方向動作並び
に電動機動作又は発電動作が得られる。典型的には、所
望の各相電流の転流は、回転子位置信号を軸角度変換
器、例えば符号器或いはレゾルバから制御装置にフィー
ドバックすることによって行なわれる。信頼性を改善す
ると共に、その駆動部の寸法、重量、慣性及びコストを
減少する為、この軸位置センサを除くことが望ましい。
この目的の為、従来、モータの端子電圧及び電流を監視
することによって、間接的に回転子位置を感知する種々
の方式が提案されている。この様な１つの方式は波形検
出と呼ばれているが、逆起電力（ｅｍｆ）に依存してお
り、その為低速では信頼性がなく、速度ゼロの時には作
用しない。
【０００４】回転子位置を間接的に感知する別の方式
が、米国特許第４，７７２，８３９号に記載されてい
る。この米国特許には、モータの付勢されていない相に
磁束時間の短い低レベルの感知用パルスを印加するＳＲ
Ｍ用の間接位置推定装置が記載されている。感知パルス
を印加すると、付勢されていない各相に電流変化が生じ
る。この電流変化を電流センサで感知し、それから推定
インダクタンスの値を取出す。付勢されていない各相に
対する推定インダクタンスの値に対応する一対の推定回
転子角度が確認される。この様な１対は、付勢されてい
ない他の相の既知の相変位に等しい値だけシフトさせ
る。その後、対の推定角度を比較して、どの角度が合っ
ているかを決定する。合っている角度に等しい推定瞬時
回転子角度位置が発生される。更に、何れかの固定子相
が標本化中に状態変化を生ずる場合、又は標本化全体に
わたって２相が付勢されたまゝでいない場合、外挿器を
用いて、推定位置の代りに、外挿回転子角度位置を発生
する。
が、米国特許第４，７７２，８３９号に記載されてい
る。この米国特許には、モータの付勢されていない相に
磁束時間の短い低レベルの感知用パルスを印加するＳＲ
Ｍ用の間接位置推定装置が記載されている。感知パルス
を印加すると、付勢されていない各相に電流変化が生じ
る。この電流変化を電流センサで感知し、それから推定
インダクタンスの値を取出す。付勢されていない各相に
対する推定インダクタンスの値に対応する一対の推定回
転子角度が確認される。この様な１対は、付勢されてい
ない他の相の既知の相変位に等しい値だけシフトさせ
る。その後、対の推定角度を比較して、どの角度が合っ
ているかを決定する。合っている角度に等しい推定瞬時
回転子角度位置が発生される。更に、何れかの固定子相
が標本化中に状態変化を生ずる場合、又は標本化全体に
わたって２相が付勢されたまゝでいない場合、外挿器を
用いて、推定位置の代りに、外挿回転子角度位置を発生
する。
【０００５】回転子位置を間接的に感知する更に別の方
式が、米国特許第４，９５９，５９６号に記載されてい
る。この米国特許では、回転子位置を間接的に感知する
方法が、付勢されていない１相に電圧感知パルスを印加
する。その結果、相インダクタンスの瞬時値に比例する
相電流の変化が生ずる。相電流の変化を閾値電流と比較
することによって、正しい転流時間が決定され、こうし
て相の励振を回転子位置と同期させる。閾値を増減する
ことにより、相の励振を早めたり遅らせたりすることが
出来る。
式が、米国特許第４，９５９，５９６号に記載されてい
る。この米国特許では、回転子位置を間接的に感知する
方法が、付勢されていない１相に電圧感知パルスを印加
する。その結果、相インダクタンスの瞬時値に比例する
相電流の変化が生ずる。相電流の変化を閾値電流と比較
することによって、正しい転流時間が決定され、こうし
て相の励振を回転子位置と同期させる。閾値を増減する
ことにより、相の励振を早めたり遅らせたりすることが
出来る。
【０００６】間接的に位置を推定する更に最近の方式
が、何れも１９９１年２月１１日出願の米国特許出願通
し番号第６５３，３７４号及び同第６５３，３７１号に
記載されている。これらの米国特許出願に記載された間
接位置推定方法は、モータの各相の能動的なプローブ動
作を避けている。これは、能動的なプローブ動作によっ
て、機械に速度制限が加えられるのが普通だからであ
る。例えば、米国特許出願通し番号第６５３，３７４号
では、動作の特定の象限に応じた、即ち、順方向電動機
動作、逆方向電動機動作、順方向発電動作又は逆方向発
電動作に応じた予定の順序で、瞬時的な相電流及び磁束
の測定が行なわれる。感知の予定の順序で各相に対し、
何れも回転子角度のある範囲にわたって限定された１対
の予定の感知領域内で、動作中に相磁束及び相電流の測
定が行なわれる。夫々の感知領域の間、各相に対する相
磁束及び相電流の測定値から、回転子角度の推定値が導
き出される。各相に対する回転子角度の推定値を共通の
基準位相に対して正規化し、ＳＲＭの回転子位置推定値
がそれから計算される。
が、何れも１９９１年２月１１日出願の米国特許出願通
し番号第６５３，３７４号及び同第６５３，３７１号に
記載されている。これらの米国特許出願に記載された間
接位置推定方法は、モータの各相の能動的なプローブ動
作を避けている。これは、能動的なプローブ動作によっ
て、機械に速度制限が加えられるのが普通だからであ
る。例えば、米国特許出願通し番号第６５３，３７４号
では、動作の特定の象限に応じた、即ち、順方向電動機
動作、逆方向電動機動作、順方向発電動作又は逆方向発
電動作に応じた予定の順序で、瞬時的な相電流及び磁束
の測定が行なわれる。感知の予定の順序で各相に対し、
何れも回転子角度のある範囲にわたって限定された１対
の予定の感知領域内で、動作中に相磁束及び相電流の測
定が行なわれる。夫々の感知領域の間、各相に対する相
磁束及び相電流の測定値から、回転子角度の推定値が導
き出される。各相に対する回転子角度の推定値を共通の
基準位相に対して正規化し、ＳＲＭの回転子位置推定値
がそれから計算される。
【０００７】この代りに、米国特許出願通し番号第６５
３，３７１号に記載された方法は、機械の磁束／電流モ
デルを用いる。このモデルは多相飽和、漏れ及び相互結
合の夫々の効果を含む。磁束／電流モデルが、固定子、
回転子及び空隙リラクタンス項の回路網を含む。この回
路網が、各々の固定子磁極に印加されるアンペア・ター
ンに対応する起磁力項によって駆動される。各相に対す
る相電流及び磁束の感知が同時に行なわれる。相磁束及
び電流の測定値から、磁束／電流モデルのリラクタンス
項が決定される。相電流及び磁束の測定値は、モータの
各相の整合状態に対しての回転子位置角度と、回転子角
度のある範囲にわたって限定されたその予定の最適感知
領域で動作しているのはどの相（又は複数の相）である
か、を決定する。その後、少なくとも２相に対する測定
値を使って、感知している相の固定子相がＳＲＭの回転
子磁極との整合又は最大の不整合に接近しているかどう
かを決める。最後に、感知している相に対する回転子位
置角度並びに整合状態に対するその位置を使って、モー
タの回転子位置の推定値を発生する。
３，３７１号に記載された方法は、機械の磁束／電流モ
デルを用いる。このモデルは多相飽和、漏れ及び相互結
合の夫々の効果を含む。磁束／電流モデルが、固定子、
回転子及び空隙リラクタンス項の回路網を含む。この回
路網が、各々の固定子磁極に印加されるアンペア・ター
ンに対応する起磁力項によって駆動される。各相に対す
る相電流及び磁束の感知が同時に行なわれる。相磁束及
び電流の測定値から、磁束／電流モデルのリラクタンス
項が決定される。相電流及び磁束の測定値は、モータの
各相の整合状態に対しての回転子位置角度と、回転子角
度のある範囲にわたって限定されたその予定の最適感知
領域で動作しているのはどの相（又は複数の相）である
か、を決定する。その後、少なくとも２相に対する測定
値を使って、感知している相の固定子相がＳＲＭの回転
子磁極との整合又は最大の不整合に接近しているかどう
かを決める。最後に、感知している相に対する回転子位
置角度並びに整合状態に対するその位置を使って、モー
タの回転子位置の推定値を発生する。
【０００８】この他の回転子位置感知方式として、ＳＲ
Ｍの転流点を決定する為に磁束−電流マップを使うこと
が望ましい。そうすると、所要の計算を極く少なくし
て、簡単で経済的な回転子／固定子同期機構になる。
Ｍの転流点を決定する為に磁束−電流マップを使うこと
が望ましい。そうすると、所要の計算を極く少なくし
て、簡単で経済的な回転子／固定子同期機構になる。
【０００９】
【発明の要約】ＳＲＭに対する新規で改良された回転子
推定装置を提供する。これは磁束−電流マップを用い
て、実際の回転子角度が、基準角度θr よりも、固定子
及び回転子磁極の軸線の整合に一層近いか或いはそれよ
り一層遠いかを判定する。磁束−電流マップは、基準角
度θr に対する電流の関数としての基準磁束Ψr のグラ
フである。鎖交磁束推定値Ψが基準磁束Ψr より大きけ
れば、実際の回転子角度の方が基準角度θr よりもこの
整合状態に一層近く、磁束−マップ比較器の出力は論理
１のレベルである。他方、鎖交磁束推定値Ψが基準磁束
Ψr より小さい場合、実際の回転子角度は、基準角度θ
r よりも、整合状態から遠く、磁束−マップ比較器の出
力は論理０レベルである。磁束の比較結果により、磁束
−電流マップ比較器が状態を変える時、実際の回転子角
度が基準角度θr に等しく、その結果、この回転子位置
に対して相電流を転流することが出来る。磁束−電流マ
ップは、単相又は多相ＳＲＭ特性の何れかを用いて構成
することが出来る。
推定装置を提供する。これは磁束−電流マップを用い
て、実際の回転子角度が、基準角度θr よりも、固定子
及び回転子磁極の軸線の整合に一層近いか或いはそれよ
り一層遠いかを判定する。磁束−電流マップは、基準角
度θr に対する電流の関数としての基準磁束Ψr のグラ
フである。鎖交磁束推定値Ψが基準磁束Ψr より大きけ
れば、実際の回転子角度の方が基準角度θr よりもこの
整合状態に一層近く、磁束−マップ比較器の出力は論理
１のレベルである。他方、鎖交磁束推定値Ψが基準磁束
Ψr より小さい場合、実際の回転子角度は、基準角度θ
r よりも、整合状態から遠く、磁束−マップ比較器の出
力は論理０レベルである。磁束の比較結果により、磁束
−電流マップ比較器が状態を変える時、実際の回転子角
度が基準角度θr に等しく、その結果、この回転子位置
に対して相電流を転流することが出来る。磁束−電流マ
ップは、単相又は多相ＳＲＭ特性の何れかを用いて構成
することが出来る。
【００１０】この発明の特徴及び利点は、以下図面につ
いて詳しく説明する所から明らかになろう。
いて詳しく説明する所から明らかになろう。
【００１１】
【発明の詳しい説明】図１及び２は普通のＳＲＭ駆動装
置の形式を示す。例としてＳＲＭ １０が電力インバー
タ１２を付設した３相機械として示されている。図示の
様に、ＳＲＭ１０が、不動の固定子１６内で順方向又は
逆方向に回転し得る回転子１４を有する。回転子１４は
直径上で向い合った２対の回転子磁極１８ａ−１８ｂ及
び２０ａ−２０ｂを有する。固定子１６は、直径上で向
い合った３対の固定子磁極２２ａ−２２ｂ，２４ａ−２
４ｂ，２６ａ−２６ｂを有する。固定子磁極巻線２８ａ
−２８ｂ，３０ａ−３０ｂ，３２ａ−３２ｂが、夫々対
の固定子磁極２２ａ−２２ｂ，２４ａ−２４ｂ，２６ａ
−３６ｂに夫々巻装されている。普通、各対の向い合っ
た又は連れの固定子磁極に設けられる固定子磁極巻線は
直列又は並列に接続されて、機械の相巻線を形成する。
図１及び２に示すように、各々の連れの対２８ａ−２８
ｂ，３０ａ−３０ｂ，３２ａ−３２ｂで構成される固定
子磁極巻線が互いに直列に接続され、上側電流切換え装
置３３，３４，３５及び下側電流切換え装置３６，３
７，３８とも夫々直列に接続される。上側及び下側切換
え装置が絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧ
Ｔ）で構成されるものとして示してあるが、この他の適
当な電流切換え装置を使うことが出来る。例えば、電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ゲート・ターンオフ・サ
イリスタ（ＧＴＯ）又はバイポーラ接合トランジスタ
（ＢＪＴ）を使うことが出来る。更に各相巻線が、夫々
フライバック又は戻りダイオード４５と４２，４６と４
３，４７と４４によって、蓄電池又は整流交流源の様な
直流源の様な直流源に結合されている。各相の各々の導
電期間の終りに、夫々の相巻線に蓄えられた磁気エネル
ギが、それに接続されたこう云う夫々の対のダイオード
を介して、直流源に戻される。相巻線と対応する２つの
切換え装置及び２つのフライバック・ダイオードの各々
の直列の組合せが、インバータ１２の１つの相枝路を構
成する。インバータの相枝路が互いに並列に接続され、
直流源によって駆動される。この直流源が、インバータ
の並列の相枝路の両端に直流電圧ＶDCを印加する。直流
源からの過度電圧を瀘波すると共に、インバータにリッ
プル電流を供給する為に、静電容量４０が設けられてい
る。
置の形式を示す。例としてＳＲＭ １０が電力インバー
タ１２を付設した３相機械として示されている。図示の
様に、ＳＲＭ１０が、不動の固定子１６内で順方向又は
逆方向に回転し得る回転子１４を有する。回転子１４は
直径上で向い合った２対の回転子磁極１８ａ−１８ｂ及
び２０ａ−２０ｂを有する。固定子１６は、直径上で向
い合った３対の固定子磁極２２ａ−２２ｂ，２４ａ−２
４ｂ，２６ａ−２６ｂを有する。固定子磁極巻線２８ａ
−２８ｂ，３０ａ−３０ｂ，３２ａ−３２ｂが、夫々対
の固定子磁極２２ａ−２２ｂ，２４ａ−２４ｂ，２６ａ
−３６ｂに夫々巻装されている。普通、各対の向い合っ
た又は連れの固定子磁極に設けられる固定子磁極巻線は
直列又は並列に接続されて、機械の相巻線を形成する。
図１及び２に示すように、各々の連れの対２８ａ−２８
ｂ，３０ａ−３０ｂ，３２ａ−３２ｂで構成される固定
子磁極巻線が互いに直列に接続され、上側電流切換え装
置３３，３４，３５及び下側電流切換え装置３６，３
７，３８とも夫々直列に接続される。上側及び下側切換
え装置が絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧ
Ｔ）で構成されるものとして示してあるが、この他の適
当な電流切換え装置を使うことが出来る。例えば、電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ゲート・ターンオフ・サ
イリスタ（ＧＴＯ）又はバイポーラ接合トランジスタ
（ＢＪＴ）を使うことが出来る。更に各相巻線が、夫々
フライバック又は戻りダイオード４５と４２，４６と４
３，４７と４４によって、蓄電池又は整流交流源の様な
直流源の様な直流源に結合されている。各相の各々の導
電期間の終りに、夫々の相巻線に蓄えられた磁気エネル
ギが、それに接続されたこう云う夫々の対のダイオード
を介して、直流源に戻される。相巻線と対応する２つの
切換え装置及び２つのフライバック・ダイオードの各々
の直列の組合せが、インバータ１２の１つの相枝路を構
成する。インバータの相枝路が互いに並列に接続され、
直流源によって駆動される。この直流源が、インバータ
の並列の相枝路の両端に直流電圧ＶDCを印加する。直流
源からの過度電圧を瀘波すると共に、インバータにリッ
プル電流を供給する為に、静電容量４０が設けられてい
る。
【００１２】典型的には、図１及び２に示す様に、軸角
度変換器４８、例えば符号器又はレゾルバが回転子１４
に結合され、回転子角度フィードバック信号を機械制御
手段５０に供給する。トルク指令の様なオペレータの指
令も、一般的に、制御手段５０に対する入力信号として
供給される。相電流フィードバック信号が電流調整手段
５１に供給される。この手段は、電流センサ５２，５
４，５６から相電流フィードバック信号ＩA ，ＩB ，Ｉ
C を受取る。適当な電流センサは周知であり、例えば、
ホール効果センサ、感知変成器、感知トランジスタ又は
感知抵抗で構成することが出来る。更に制御手段５０
が、米国特許第４，９６１，０３８号に記載される様
に、電流調整手段５１に対し指令基準電流波形ＩREF を
供給する。米国特許第４，７３９，２４０号に記載され
ている様な周知の形で、制御信号がインバータ１２に点
弧信号を供給し、動作の特定の象限に応じて、予定の順
序で機械の相巻線を付勢する。
度変換器４８、例えば符号器又はレゾルバが回転子１４
に結合され、回転子角度フィードバック信号を機械制御
手段５０に供給する。トルク指令の様なオペレータの指
令も、一般的に、制御手段５０に対する入力信号として
供給される。相電流フィードバック信号が電流調整手段
５１に供給される。この手段は、電流センサ５２，５
４，５６から相電流フィードバック信号ＩA ，ＩB ，Ｉ
C を受取る。適当な電流センサは周知であり、例えば、
ホール効果センサ、感知変成器、感知トランジスタ又は
感知抵抗で構成することが出来る。更に制御手段５０
が、米国特許第４，９６１，０３８号に記載される様
に、電流調整手段５１に対し指令基準電流波形ＩREF を
供給する。米国特許第４，７３９，２４０号に記載され
ている様な周知の形で、制御信号がインバータ１２に点
弧信号を供給し、動作の特定の象限に応じて、予定の順
序で機械の相巻線を付勢する。
【００１３】ＳＲＭの回転子及び固定子の両方が凸極で
ある為、機械の空隙は長さが変化する。その結果、固定
子相巻線から見た相インダクタンスは、回転子位置の強
い関数である。具体的に云うと、相インダクタンスは、
夫々の相の固定子磁極に対する回転子磁極の整合状態に
対応する最大値Ｌa から、夫々の相の固定子磁極に対す
る回転子磁極の最大の不整合に対応する最小値Ｌu に及
ぶ。
ある為、機械の空隙は長さが変化する。その結果、固定
子相巻線から見た相インダクタンスは、回転子位置の強
い関数である。具体的に云うと、相インダクタンスは、
夫々の相の固定子磁極に対する回転子磁極の整合状態に
対応する最大値Ｌa から、夫々の相の固定子磁極に対す
る回転子磁極の最大の不整合に対応する最小値Ｌu に及
ぶ。
【００１４】ＳＲＭの１つの相巻線の電流Ｉとこの巻線
と鎖交する磁束Ψは、巻線のインダクタンスＬにより、
次の式で表わされる様に関係している。 Ψ＝ＬＩ （１） 従って、鎖交相磁束Ψを相電流Ｉに対してグラフに描く
と、このグラフの勾配が相インダクタンスである。
と鎖交する磁束Ψは、巻線のインダクタンスＬにより、
次の式で表わされる様に関係している。 Ψ＝ＬＩ （１） 従って、鎖交相磁束Ψを相電流Ｉに対してグラフに描く
と、このグラフの勾配が相インダクタンスである。
【００１５】図３は、回転子角度θの相異なる値に対
し、起磁力（アンペアターンで表わしたｍｍｆ）に対し
て相磁束Ψを示すグラフである。磁束Ψの大きい値で曲
線が曲がるのは、モータの鉄の磁気飽和によるものであ
る。最初は急な勾配を持つ曲線７０は、その相の固定子
磁極が回転子磁極と整合した励振された相に対するΨ−
Ｉ曲線を表わす。それに対応する回転子角度をθa と記
してある。他方、最初は勾配が最も小さい曲線７２は、
その相の固定子磁極がＳＲＭの回転子磁極に対して最大
の不整合状態にある点にある時の励振された相に対する
Ψ−Ｉ曲線を表わす。それに対応する回転子角度をθu
と記してある。曲線７０及び７２の間に入る曲線は、回
転子及び固定子磁極の重なりの変化する程度に対応した
中間のインダクタンスの値を表わす。曲線の勾配は、回
転子が整合位置から不整合位置へ進むにつれて、単調に
減少する。
し、起磁力（アンペアターンで表わしたｍｍｆ）に対し
て相磁束Ψを示すグラフである。磁束Ψの大きい値で曲
線が曲がるのは、モータの鉄の磁気飽和によるものであ
る。最初は急な勾配を持つ曲線７０は、その相の固定子
磁極が回転子磁極と整合した励振された相に対するΨ−
Ｉ曲線を表わす。それに対応する回転子角度をθa と記
してある。他方、最初は勾配が最も小さい曲線７２は、
その相の固定子磁極がＳＲＭの回転子磁極に対して最大
の不整合状態にある点にある時の励振された相に対する
Ψ−Ｉ曲線を表わす。それに対応する回転子角度をθu
と記してある。曲線７０及び７２の間に入る曲線は、回
転子及び固定子磁極の重なりの変化する程度に対応した
中間のインダクタンスの値を表わす。曲線の勾配は、回
転子が整合位置から不整合位置へ進むにつれて、単調に
減少する。
【００１６】理想的な相インダクタンス（即ち、飽和と
鎖交磁束を無視する）が、３相機械に対し、電気角で表
わした回転子角度θの関数として図４に示されている。
（当業者であれば判る様に、図１に示す様に、３相で６
−４極形式のＳＲＭでは、機械的な角度は電気角の１／
４である。然し、こゝでは電子転流が問題になっている
から、全ての位置は電気角で表わす。）特に、相インダ
クタンスＬは回転子位置θの２値関数である。即ち、所
定のインダクタンスの値が、回転子磁極が夫々の相の固
定子磁極との整合状態に向って移動する時に１回発生
し、磁極がこの整合状態から遠ざかる時に再び発生す
る。式（１）から、このインダクタンスの値は、相磁束
Ψ及び相電流Ｉの対応する測定値によって決定すること
が出来ることは明らかである。この目的の為、周知の感
知コイルを用いて、鎖交固定子磁束Ψを直接的に測定す
ることが出来る。然し、この様なコイルは典型的には脆
くて信頼性がない。その為、大抵の運転状態では、下記
の式で表わされた鎖交相磁束Ψ、相電流Ｉ及び相電圧Ｖ
の間の関係を用いて、鎖交相磁束Ψを実際に決定するこ
とが出来る。
鎖交磁束を無視する）が、３相機械に対し、電気角で表
わした回転子角度θの関数として図４に示されている。
（当業者であれば判る様に、図１に示す様に、３相で６
−４極形式のＳＲＭでは、機械的な角度は電気角の１／
４である。然し、こゝでは電子転流が問題になっている
から、全ての位置は電気角で表わす。）特に、相インダ
クタンスＬは回転子位置θの２値関数である。即ち、所
定のインダクタンスの値が、回転子磁極が夫々の相の固
定子磁極との整合状態に向って移動する時に１回発生
し、磁極がこの整合状態から遠ざかる時に再び発生す
る。式（１）から、このインダクタンスの値は、相磁束
Ψ及び相電流Ｉの対応する測定値によって決定すること
が出来ることは明らかである。この目的の為、周知の感
知コイルを用いて、鎖交固定子磁束Ψを直接的に測定す
ることが出来る。然し、この様なコイルは典型的には脆
くて信頼性がない。その為、大抵の運転状態では、下記
の式で表わされた鎖交相磁束Ψ、相電流Ｉ及び相電圧Ｖ
の間の関係を用いて、鎖交相磁束Ψを実際に決定するこ
とが出来る。
【００１７】 Ｖ＝Ｉｒ＋（ｄΨ／ｄｔ） （２） こゝでｒは相巻線の抵抗値である。従って、次の式から
鎖交磁束推定値Ψを決定することが出来る。
鎖交磁束推定値Ψを決定することが出来る。
【００１８】
【数３】
【００１９】ＳＲＭの各々の電気サイクルの終りに鎖交
磁束はゼロに戻るから、鎖交磁束Ψを推定する為に用い
られる積分器は、各サイクルの終りにゼロにリセットし
て、こうして誤差の累積を避けることが出来る様にする
のが有利である。図５はこの発明による回転子位置推定
装置７９のブロック図を示す。相電流Ｉ i を適当な電流
センサ７６（例えば、ホール効果センサ、感知変成器、
又は感知抵抗）によって感知し、相電圧Ｖi を適当な電
圧センサ７８によって感知するか、又は間接的に電圧を
推定する適当な方法によって決定する。相電流Ｉi が乗
算器８４に供給され、そこで相巻線の抵抗値ｒを乗じ、
その結果を合計器８６で相電圧Ｖi から減算する。合計
器８６の出力信号を積分器８８で積分して、相磁束推定
値Ψi を発生する。相電流Ｉi は磁束−電流マップ・ブ
ロック８９にも供給される。これは下記の式で示す磁束
−電流マップを持っている。
磁束はゼロに戻るから、鎖交磁束Ψを推定する為に用い
られる積分器は、各サイクルの終りにゼロにリセットし
て、こうして誤差の累積を避けることが出来る様にする
のが有利である。図５はこの発明による回転子位置推定
装置７９のブロック図を示す。相電流Ｉ i を適当な電流
センサ７６（例えば、ホール効果センサ、感知変成器、
又は感知抵抗）によって感知し、相電圧Ｖi を適当な電
圧センサ７８によって感知するか、又は間接的に電圧を
推定する適当な方法によって決定する。相電流Ｉi が乗
算器８４に供給され、そこで相巻線の抵抗値ｒを乗じ、
その結果を合計器８６で相電圧Ｖi から減算する。合計
器８６の出力信号を積分器８８で積分して、相磁束推定
値Ψi を発生する。相電流Ｉi は磁束−電流マップ・ブ
ロック８９にも供給される。これは下記の式で示す磁束
−電流マップを持っている。
【００２０】 Ψr ＝ｆ（Ｉi ） ：θr の時 （５） こゝで関数関係ｆは、図３に示したΨ−Ｉ曲線の様に、
特定の基準角度θr に対するΨ−Ｉ曲線に対応する。関
数ｆは、周知の方法に従って、ダイオード及び演算増幅
器の組合せを用いてピースワイズ線形関数として容易に
そのモデルを作ることが出来る。この後、積分器８８か
らの磁束推定値Ψi が、磁束−電流マップ比較器９０
で、基準角度θr の時の磁束基準Ψr と比較される。鎖
交磁束推定値Ψi の方が基準磁束Ψr より大きければ、
その時、実際の角度は、基準角度θr よりも、整合状態
に一層近く、磁束マップ比較器の出力は論理１レベルで
ある。他方、鎖交磁束推定値Ψi が基準磁束Ψr より小
さければ、実際の角度は、基準角度θr よりも整合状態
から一層遠く、磁束マップ比較器の出力は論理０レベル
である。磁束の比較結果により、磁束−電流マップ比較
器９０が状態を変える時、実際の回転子角度が基準角度
θr に等しい。この回転子位置に対し、相電流を転流す
る為、機械制御手段５０（図２）に信号が送られる。
特定の基準角度θr に対するΨ−Ｉ曲線に対応する。関
数ｆは、周知の方法に従って、ダイオード及び演算増幅
器の組合せを用いてピースワイズ線形関数として容易に
そのモデルを作ることが出来る。この後、積分器８８か
らの磁束推定値Ψi が、磁束−電流マップ比較器９０
で、基準角度θr の時の磁束基準Ψr と比較される。鎖
交磁束推定値Ψi の方が基準磁束Ψr より大きければ、
その時、実際の角度は、基準角度θr よりも、整合状態
に一層近く、磁束マップ比較器の出力は論理１レベルで
ある。他方、鎖交磁束推定値Ψi が基準磁束Ψr より小
さければ、実際の角度は、基準角度θr よりも整合状態
から一層遠く、磁束マップ比較器の出力は論理０レベル
である。磁束の比較結果により、磁束−電流マップ比較
器９０が状態を変える時、実際の回転子角度が基準角度
θr に等しい。この回転子位置に対し、相電流を転流す
る為、機械制御手段５０（図２）に信号が送られる。
【００２１】図６に示す別の実施例では、基準角度θr
に対するΨ−Ｉ曲線が多相特性を含む。特に、式（１）
は、下に示す様に、一定の相互結合係数Ｍi1−Ｍinを取
入れることにより、多相電流を含む様に拡張される。 Ψi ＝Ｍi,1 Ｉ1 ＋Ｍi,2 Ｉ2 …… ＋Ｌi Ｉi ＋Ｍi,i+1 Ｉ＋１Ｉi+1 ……＋Ｍi,n Ｉn （６） 式（５）は次の様に書き直される。
に対するΨ−Ｉ曲線が多相特性を含む。特に、式（１）
は、下に示す様に、一定の相互結合係数Ｍi1−Ｍinを取
入れることにより、多相電流を含む様に拡張される。 Ψi ＝Ｍi,1 Ｉ1 ＋Ｍi,2 Ｉ2 …… ＋Ｌi Ｉi ＋Ｍi,i+1 Ｉ＋１Ｉi+1 ……＋Ｍi,n Ｉn （６） 式（５）は次の様に書き直される。
【００２２】 Ψr ＝ｆ（Ｉ1 ，Ｉ2 ，……Ｉn ） ：θr の時 （７） こゝでＩn はｎ相機械の相電流であり、Ψr は依然とし
て１相に対する基準鎖交磁束を表わす。即ち、図６に示
す様に、相電流Ｉ1 乃至Ｉn が磁束−電流マップ・ブロ
ック８９′に供給され、これは式（７）で表わされる関
数を表わす。その結果得られた磁束基準Ψr が、比較器
９０で、１相に対する相磁束推定値Ψi と比較される。
この時式（６）で表わされる様な相互結合効果Ｍi1−Ｍ
inを若干考慮に入れている。磁束−電流マップ比較器９
０の動作は前に述べたのと同じである。
て１相に対する基準鎖交磁束を表わす。即ち、図６に示
す様に、相電流Ｉ1 乃至Ｉn が磁束−電流マップ・ブロ
ック８９′に供給され、これは式（７）で表わされる関
数を表わす。その結果得られた磁束基準Ψr が、比較器
９０で、１相に対する相磁束推定値Ψi と比較される。
この時式（６）で表わされる様な相互結合効果Ｍi1−Ｍ
inを若干考慮に入れている。磁束−電流マップ比較器９
０の動作は前に述べたのと同じである。
【００２３】この発明の好ましい実施例を図面に示して
説明したが、この実施例が例に過ぎないことは云うまで
もない。当業者には、この発明の範囲内で、種々の変更
が考えられよう。従ってこの発明は特許請求の範囲によ
って限定されることを承知されたい。
説明したが、この実施例が例に過ぎないことは云うまで
もない。当業者には、この発明の範囲内で、種々の変更
が考えられよう。従ってこの発明は特許請求の範囲によ
って限定されることを承知されたい。
【図１】普通のＳＲＭ装置の簡略構成図。
【図２】ＳＭＲ駆動装置の概略回路図。
【図３】回転子角度の相異なる値に対し、相電流に対し
て相磁束を示すグラフ。
て相磁束を示すグラフ。
【図４】３相ＳＲＭに対し、回転子角度の関数として理
想的な相インダクタンスを示すグラフ。
想的な相インダクタンスを示すグラフ。
【図５】この発明に従って回転子位置を推定する好まし
い実施例の磁束−電流マップ比較器のブロック図。
い実施例の磁束−電流マップ比較器のブロック図。
【図６】この発明に従って回転子位置を推定する別の好
ましい実施例の磁束−電流マップ比較器のブロック図。
ましい実施例の磁束−電流マップ比較器のブロック図。
７６ 電流センサ ７８ 電圧センサ ７９ 回転子位置推定装置 ８０ 乗算器 ８６ 合計器 ８８ 積分器 ８９ 磁束−電流マップ ９０ 比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・アラン・プレストン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、アルゴンクイン・ロード、2356番
Claims (6)
- 【請求項１】 切換えリラクタンス・モータの回転子位
置推定装置に於て、該切換えリラクタンス・モータの少
なくとも１相の相電流を感知する電流感知手段と、前記
切換えリラクタンス・モータの少なくとも前記１相の相
磁束を感知する磁束感知手段と、各相電流の測定値を受
取って、予定の回転子角度基準に対応する相磁束基準を
発生する磁束−電流マップ手段と、相磁束推定値を前記
相磁束基準と比較して、実際の回転子角度が、前記回転
子角度基準よりも、固定子及び回転子の夫々の磁極の軸
方向の整合に一層接近している時、第１の論理レベルの
信号を発生し、実際の回転子角度が、前記回転子角度基
準よりも、軸方向の整合から遠い時、第２の論理レベル
の信号を発生し、実際の回転子角度が前記回転子角度基
準に等しい時に状態を変える出力信号を持つ比較手段と
を有する回転子位置推定装置。 - 【請求項２】 前記磁束感知手段が、各相巻線の両端の
電圧Ｖを感知する電圧感知手段と、次の式 【数１】 こゝでｒは相巻線の抵抗値、Ｉは相電流に従って相磁束
の推定値Ψを発生する積分手段とを有する請求項１記載
の回転子位置推定装置。 - 【請求項３】 磁束−電流マップ手段が、前記予定の回
転子角度基準に於ける磁束対電流データを持っている請
求項１記載の回転子位置推定装置。 - 【請求項４】 前記磁束−電流マップ手段が、前記予定
の回転子角度基準に於ける、多相電流による相互結合効
果を含めた磁束対電流データを持っている請求項１記載
の回転子位置推定装置。 - 【請求項５】 切換えリラクタンス・モータの回転子位
置を推定する方法に於て、前記切換えリラクタンス・モ
ータの少なくとも１相に於ける相電流を感知し、前記切
換えリラクタンス・モータの少なくとも前記１相に於け
る相磁束を感知し、前記相電流の測定値に対応する相磁
束基準及び予定の回転子角度基準を発生し、相磁束推定
値を前記相磁束基準と比較して、実際の回転子角度が、
前記回転子角度基準よりも、固定子及び回転子の夫々の
磁極の軸方向の整合に一層接近している時に、第１の論
理レベルの信号を発生すると共に、実際の回転子角度が
前記回転子角度基準よりも、軸方向の整合から一層遠い
時、第２の論理レベルの信号を発生し、実際の回転子角
度が前記回転子角度基準に等しい時を、前記第１及び第
２の論理レベルの信号の間の状態変化によって知らせる
工程を含む方法。 - 【請求項６】 相磁束を感知する工程が、各相巻線の両
端の電圧Ｖを感知し、ｒを各相巻線の抵抗値、Ｉを相電
流として、次の式 【数２】 に従って相磁束の推定値Ψを発生することを含む請求項
５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US760039 | 1991-09-13 | ||
| US07/760,039 US5140243A (en) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | Discrete position estimator for a switched reluctance machine using a flux-current map comparator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05199794A true JPH05199794A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=25057890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4241765A Withdrawn JPH05199794A (ja) | 1991-09-13 | 1992-09-10 | 切換えリラクタンス・モータの回転子位置を推定する装置及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5140243A (ja) |
| EP (1) | EP0533413A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05199794A (ja) |
| CA (1) | CA2076080A1 (ja) |
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| JP2001057791A (ja) * | 1999-08-12 | 2001-02-27 | Daikin Ind Ltd | スイッチトリラクタンスモータ制御方法およびその装置 |
| JP2002034280A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Daikin Ind Ltd | ブラシレスｄｃモータ制御方法およびその装置 |
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| JP2008522569A (ja) * | 2004-11-30 | 2008-06-26 | ルノー・エス・アー・エス | 熱エンジンを有する自動車の駆動組立体の、連続電流モードにおける動作の制御方法 |
| KR100970175B1 (ko) * | 2001-12-18 | 2010-07-14 | 스위치드 릴럭턴스 드라이브즈 리미티드 | 스위치드 릴럭턴스 드라이브의 회전자 위치 검출 방법 및장치 |
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| JP2017085737A (ja) * | 2015-10-27 | 2017-05-18 | 三菱電機株式会社 | スイッチトリラクタンスモータ制御装置 |
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