JPH08501920A

JPH08501920A - シャフト位置センサ無しでの切替式反作用モーターの回転子位置感知

Info

Publication number: JPH08501920A
Application number: JP6509139A
Authority: JP
Inventors: エーサニ，メーアダド
Original assignee: ザ、テクサス、エイアンドエム、ユーニヴァーサティ、システィム
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1996-02-27
Also published as: MX9305893A; EP0662265B1; US5410235A; DE69320199T2; EP0662265A1; US5291115A; DE69320199D1; EP0662265A4; CA2145282A1; WO1994008390A1

Abstract

(57)【要約】多重固定子位置（Ａ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′及びＣ−Ｃ′）を有する切替式反作用モーター（18）の中の回転子（12）の位置を検出するための検出装置及び検出方法は、非励磁固定子位相に既知の抵抗器（54）を接続するマルチプレクサ（48）と、この既知の抵抗器を通って流れる電流の位相と、この既知の抵抗器を通って流れる電流と可変電圧との位相差とを検出するサーキットリー（62及び68）とを備えている。この結果として生ずる信号は、回転子（12）の位置に比例する。

Description

【発明の詳細な説明】シャフト位置センサ無しでの切替式反作用モーターの回転子位置感知発明の技術分野本発明は、変速モーター駆動機構、より詳細には、切替式反作用モーターの回転子位置を決定するための方法及びシステムに関する。発明の背景切替式反作用（ＳＲ）モーター［ｓｗｉｔｃｈｅｄｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ（ＳＲ）ｍｏｔｏｒ］は、その高い効率及び柔軟な制御特性のため、広く使用されるようになった。ＳＲモーターは、永久磁石を必要とせず、可変磁気抵抗の原理によりトルクを生成する。ＳＲモーターの作動中、回転子の位置に対し位相励磁パルスを同期化させることが必要である。したがって、速度、トルク及びトルク脈動を適切に制御するため切替えの瞬間を決定するのに回転子位置についての情報が必要である。以前は、ＳＲモーターの回転子の位置を決定するためには、一般にシャフト位置変換器が利用されてきた。かかる変換器は、特定の間隔をおいてパルスを生成するスロット付ディスクを伴うオプト断続器の又はホール効果センサーと共に磁化されたリングを含んでいた。しかし、このような位置センサーは、比較的高価であり、電磁干渉及び温度効果によりシステムの信頼性を低減させる傾向をもつ可能性がある。回転子位置検出の間接的方法が、MacMinn et al.，「切替式反作用モーター駆動器に対するセンサー内蔵技術の応用」ＩＥＥＥ産業応用業務会議議事録、１９８８年、ｐ５８４〜５８８の中に記述されている。この技術においては、転流信号から誘導された短時間の低レベル電圧パルスがＳＲモーターの２つの付勢されていない位相に印加され、結果として得られた電流パルスを測定して、付勢されていないモーターの位相のインピーダンスの表示及び回転子角度の見積りを得る。しかし、この方法を実施するための回路はかなり複雑で比較的高価である。ＳＲモーターの位置を間接的に検知するためのその他の技術としては、J.T．B ass，et al.，「シャフト位置センサー無しでの切替式反作用モーターの粗トルク制御」、IEEE Trans，on Ind．Elec.,第１Ｅ−３３巻、NO３、ｐ２１２−２１６、１９８６年８月；及びJ.T．Bass et al.，「センサー無しの切替式反作用モーターのトルク制御のための単純化されたエレクトロニクス」IEEE Trans，on I nd．Elec.,第１Ｅ−３４、N0２、ｐ２３４〜２３９，１９８７年５月の中で記述されているような「開ループ」システム内のドエル角変調がある。さらに、本出願人による、１９９１年１２月１０日に発行された「切替式反作用モーター駆動器用の位置センサー削除技術」という表題の米国特許第５，０７２，１６６号は、固定子巻線に接続された発振器から周波数変調された信号を生成することによりモーター位相インダクタンスを検知する間接的回転子検出技術について記述している。しかしながら、上述の先行技術の各々は、過度の複雑性、誘発された寄生電流によりひき起こされる不正確さ、又は広範囲のトルク負荷及び慣性全体にわたる充分に適切な走行性能の欠如のいずれかを理由として、完全に満足のいくものではなかった。かくして、ＳＲモーターの回転子位置を検出するための単純でかつ費用有効性のある技術に対する必要性が起こってきた。発明の概要本発明によると、モーターの位置と同期的に付勢される多重固定子位相を有する切替式反作用モーターの回転子位置を間接的に検出するための方法及びシステムが提供される。モーターの非励磁固定子には、連続的に変動する信号が印加される。このとき、この信号の予め定められた特性が検出される。信号の検出された特性に左右されない回転子の位置についての表示が生成される。本発明の一実施態様においては、予め定められた特性には、非励磁固定子により引き出される電流の振幅が含まれている。本発明のもう１つの実施態様においては、予め定められた特性には、非励磁固定子と接続された抵抗及び非励磁固定子の電圧と電流の間の位相差が含まれている。本発明のさらにもう１つの態様においては、回転子の位置と同期的に付勢される多重固定子位相を有する切替式反作用モーターの回転子位置を検出するための方法及び装置が提供されている。既知の抵抗がモーターの不導電性固定子位置と接続されている。既知の抵抗器及び不導電性固定子位相に対して、連続的に変動する電圧が印加される。非励磁固定子により引き出される電流の振幅は、抵抗の中を通る電流と変動する電圧との間の位相差と合わせて検出される。検出された振幅及び位相の組合せは、不導電性固定子位相のインダクタンスの関数、ひいては回転子の位置の関数である。図面の簡単な説明本発明のさらなる目的及び利点について、ここで以下の図面を参照する。なお図面中、図１は、切替式反作用（ＳＲ）モーターの概略図を示す。図２（ａ）及び２（ｂ）は、ＳＲモーターの理想化されたインダクタンスのグラフ、及び減少するインダクタンスと位相電流の一致を示す波形図である。図３は、４相ＳＲモーター用の標準的コンバータの形態を例示している。図４は、振幅変動を検出することによりＳＲモーターの位置を検知するための第一の実施態様のブロック図を示す。図５及び図６は、非励磁固定子巻線の電流と電圧との間の位相差を検出することによるＳＲモーター回転子の位置の検出を例示する本発明の第２の実施態様を示す。図７は、ＳＲモーターの非励磁固定子巻線に対して印加された信号の振幅及び位相差の検出を組合わせる本発明の好ましい実施態様を示すブロック図である。図８は、もう１つの位相が付勢され、回転子と整列させられた場合のＳＲモーターの非励磁位相を横断しての、本発明の電圧及びろ過されていない電流を示す。図９は、図８の非励磁位相を横断しての、ろ過された電流及び電圧を示す。図１０は、もう１つの位相が付勢されているものの回転子と整列されていない場合の非励磁位相を横断しての、本発明のろ過されていない電流及び電圧を示す。図１１は、図１０の非励磁位相を横断しての、電圧及びろ過された電流を示す。図１２は、図９の時点での図７のＡＮＤゲートの出力を示す。図１３は、図１１の時点での図７のＡＮＤゲートの出力を示す。発明の詳細な説明図１は、回転子１２及び固定子１４を有する切替式反作用（ＳＲ）モーター１０を示している。回転子１２は４つの極１〜４を有し、固定子１４は６つの極Ａ −Ａ′、Ｂ−Ｂ′及びＣ−Ｃ′を有する。本発明は、当然のことながら、望まれるあらゆる数又は組合せの回転子及び固定子極を有するＳＲモーターに使用することができるということが理解されるであろう。位相巻線１６は、固定子極Ａ−Ｃの周りに巻きつけられている。既知の通り、直径方向に相対する固定子極の対のための巻線は、通常合わせて配線され、対は３つの電流位相のそれぞれ１つずつにより付勢される。位相インダクタンスは、回転子１２の位置の関数としてかなり変動し、そのため位相巻線対が付勢された時点で、回転子極を付勢された巻線をもつ２つの固定子極と整列させる傾向をもつトルクが生成されることになる。低から中出力の利用分野におけるＳＲモーターの効率は、誘導モーター又は永久磁石モーターに匹敵し、往々にしてそれら以上である。例えば、永久磁石モーターに付随する温度感応性、減磁限界及び脆さは、ＳＲモーターにはみられない。広い速度範囲は、永久磁石モーターに対するＳＲモーターの付加的な利点である。かくして、ＳＲモーターは、その高性能、軽量性及び低コストのため、自動車などにおける駆動機構応用分野にきわめて適したものとなっている。ＳＲモーターにおける再生及び発電制動を伴う４象限内での制御及び柔軟性は、自動車の空調系統のためのコンプレッサーモーターの中で有効に使用することもできる。その上、速度調整可能なＳＲモーターは、特にその速度が自動車エンジンの温度に従って調整可能なものであり、したがってシステムのエネルギー損を節減することから、自動車システムの冷却ファンを駆動する上でＤＣモーターよりもさらに経済的でかつ効率が良い。ＳＲモーターは同様に、従来の自動車などの燃焼エンジンのスターター用といったその他の数多くの用途にも適合可能である。順方向又は逆方向のいずれかに回転するように回転子１２に対し比較的一定のトルクを加えるために、位相巻線は、固定子１４との関係において回転子１２の相対的角位置の一関数として順序通りに付勢される。ここでわかるように、この回転子位置の検知は、回転子１２の極く近くにはない光学センサー又はホールセンサーを用いてか又はその他の間接的方法により、これまで行なわれてきた。本発明は、付勢されていない、つまり励磁されていない位相巻線に対して変動する電圧を印加し、固定子巻線のインダクタンスの値ひいては回転子の位置に関する情報を検出するために、信号と結びつけられた結果として得られる振幅及び／又は位相差を検出する。ＳＲモーター内のトルクは、最小磁気抵抗の構成を磁気回路が採用しようとする傾向により発生させられ、電流の流れ方向とは無関係である。その結果、単向電流が必要とされ、駆動回路としては単純な構成で充分である。共エネルギーＷ単位のトルクは、次の通りである。式中、θは回転子位置を記述する角度であり、ｉは固定子巻線内の電流である。磁気的非線形性が全く無いという簡略化仮定の下では、トルク方程式は次のとおりとなる：式中、Ｌは、任意のθ値における固定子位相の自己インダクタンスである。ＳＲモーターの理想化されたインダクタンスのグラフが図２（ａ）に示されている。順方向の動作モードにおいて、正の、つまりモータリングトルクのためには、上昇インダクタンス期間中に流れるように位相電流が切替えられ、制動のためには、位相電流は図２（ｂ）に示されているように減少インダクタンス期間と一致しなければならない。第３及び第４象限動作では、順方向制動モードは正のトルク生成領域（逆方法モータリング）となるが、順方向モータリング部分（θ ｏとθｃの間）は逆方向での正のトルク生成領域（逆方向再生）となる。典型的には、ＳＲモーターは順方向モータリングモードで走行させられるが、特定の位相の導電期間の終りでの磁界内に保存されたエネルギーは必ずしも散逸されない。エネルギーは、適切なコンバーター回路を用いて、上昇インダクタンス期間の終りで電源に圧送し戻されうる。モータリングトルクを最大限にするため、１つの位相内の電流は、増大するインダクタンス期間が開始した時点で電流を樹立することができるように恒常なインダクタンス領域の間に切換えられなくてはならない。さらに、負のトルクが全く生成されないように電流が充分に崩壊できるようにするため、増大するインダクタンスの期間が終る前に、電流をオフに切替えなくてはならない。ＳＲモーターの各々の固定子位相は、回転子が固定子との関係において適切に位置づけされている間、単向電流により付勢されなくてはならない。位相転流信号に応答してＳＲモーターの巻線を選択的に付勢する一定数のコンバーター構成が知られている。例えば、その記載内容が本書に内含されている前述の米国特許第５，０７２，１６６号の図２に示されている。図３は、４相ＳＲモーターを切替えるための一般的なコンバーター構成を示している。図３を見ればわかるように、標準１２０Ｖ交流家庭用電流を直流電流に変換するための全波ブリッジ形整流器を含んでいる可能性のある直流電源から電圧を印加することができる。好ましくは、制御すべきモーターの各位相のために２つの切替え装置が使用される。例えば、スイッチＳ１及びＳ２が位相１の相対する側に接続され、モーターの位相２の相対する側にはスイッチＳ３及びＳ４が接続されている。スイッチは、電界効果トランジスタなどといった適切なあらゆる電子スイッチを含んでいてよい。ＳＲモーターの電気効率を改善するために、スイッチＳ１〜Ｓ８がオフに切替えられたとき電源に電力を戻すべく、位相の各々に対してダイオードＤ１〜Ｄ７が接続されている。上部スイッチＳ１〜Ｓ７の各々のゲートを駆動するため、International Rect ifierにより製造された高圧集積回路（ＨＶＩＣ）駆動器チップＩＲ−２１１０を使用することができる。ＨＶＩＣは、上部スイッチの各々について別々の浮動電源の必要性を無くする。入力信号に対する大地基準のレベルシフトと組合わせてＩＲ−２１１０内に浮動バイアス電源を備えるのに、往々にしてブートストラップ技法が用いられる。ＩＲ−２１１０は通常、半ブリッジ形又はその他の構成で接続された一対の電力ＭＯＳＦＥＴ又はＭＯＳＩＧＴを直接駆動するように構成されている。図４は、本発明の一実施態様を示す図である。既知の通り、固定子位相のインダクタンスは、回転子位置の一関数である。位相インダクタンスは、固定子及び回転子の極が整列したときに最大であり、極が整列していない場合に最小である。ＳＲモーターでは、任意の瞬間において１つの位相しか導電していないことから、適切な検知回路を接続することによりモーターの位置を検知するためにその他の不導電性位相を使用することができる。不導電性位相は、無視できる抵抗を伴う変動する誘電子としてモデリングすることができ、これは図４に１８という番号で表わされている。誘電子１８が電源２０からの正弦電圧又はその他の連続的に変動する電圧によって付勢された場合、結果として得られる信号の予め定められた特性を、インダクタンスを決定する目的で検出することが可能である。例えば、誘電子１８により引き出される電流は、モーターが回転するにつれてピーク振幅が変動する。電流信号のこの振幅変動は、インダクタンスの値に対して反比例する。したがって、電流信号の振幅は回転子の位置に関する情報を与える。図４に示された実施態様においては、電圧入力端を横断して周波数コンバーター２４に接続されている電圧供給源２０及び不導電性位相誘電子１８を横断して、抵抗２２が接続されている。したがって、コンバータ２４の出力は、マイクロ制御位置又は高速タイマーによってその周波数を測定することのできる周波数信号である。この検知技術の精度は、変動する電圧供給源２０の周波数によって左右される。使用される周波数が高ければ高いほど、位置検出解像度は高くなる。隣接する固定子段階から望ましくないノイズを削除するため、コンバーター２４によるろ過が提供される。図４に示されている回路の作動中、図７に関連して図示・説明される１つのマルチプレクサが、電圧供給源２０を不導電性固定子位相に引き続き接続している。マルチプレクサのタイミングを制御するためにはマイクロ制御装置が用いられる。４相モーターについては、トルク生成電流が位相Ａを通して流れる場合、マルチプレクサは位相Ｃを電圧供給源２０及び位置検知回路２４に接続する、位相Ａコイルがモーター電流を導電している間、位相Ｃからの情報を用いて回転子位置が検出される。位相Ａがオフに切替えられ、位相Ｂが直流母線に接続された時点で、マイクロ制御装置はマルチプレクサを切替えて、図４の位置測定回路を位相Ｃから位相Ｄへと切り替え、シーケンスは続行する。各々の不導電性位相に対しコード化された位置情報はろ過され、コンバータ２４により可変周波数信号に翻訳される。高周波数信号は、回転子位置情報を回復するべくマイクロ制御装置の高速タイマーにより刻時される。この情報は次にＳＲモーターの転流を制御してモーターの制御を提供するのに用いられる。図５は、検知された予め定められた信号特性が図４の回路により検知される振幅ではなくむしろ位相差である、本発明のもう１つの実施態様を示している。ここでわかるように、ＳＲモーターの位相インダクタンスは、整列した回転子位置と整列していない回転子位置の間で著しく変動する。ＳＲモーター内の最大インダクタンスと最小インダクタンスの比率は通常３以上である。図５は、位相変調器を用いてモーターのインダクタンス変動に正比例する信号を生成する技術を例示している。ここでも、この実施態様では、モーターのわずか１つの位相しか或る一瞬において導電性を有していないことから、適当な検知回路を接続することにより回転子の位置を検知するのに、その他の不導電性位相の１つが使用される。図５では、公知の抵抗２６が位相誘電子１８と直列に接続されている。前述の通り、位相誘電子１８は、無視できる抵抗をもつ変動する誘電子であり、ＳＲモーターの不導電性位相をモデリングする。変動する電圧供給源２０は誘電子１８と直列に、そして抵抗器２６と直列に接続されている。電圧供給源２０は、通常正弦波形を提供するが、この波形には、方形波、三角波又はその他のあらゆる望ましい波形状といった変動するその他の波形が含まれていてよいということが理解されるであろう。検知用波形供給源２０により生成される電流は、励磁された固定子位相内の電流と比較した場合、無視できるものであることから、ＳＲモーターを作動させる検知回路によっていかなる反射も結合も生成されることはない。導体１８及び抵抗が電圧供給源２０からの電圧により付勢された場合、電圧と誘導子電流との間の位相差は、変動するインダクタンスの一関数である。検知回路からの出力は、フィルター２８を通して、ゼロ交差検出器３０に対して印加される。検出器３０の出力は位相差を表わすものであり、位相差がデジタル化されるマイクロ制御装置に対して印加される。マイクロ制御装置内の高速タイマーが位相変調された信号を刻時して、瞬間的回転子位置に対応するデジタル計数が得られる。次に、このデジタル計数は公知の方法でモーターの作動を制御するのに使用することができる。図５は、モーターの１つの位相だけに接続されたこの回路を表わしており、ここでは、その他の位相は、その励磁されていない状態でマルチプレクサにより固定子位相に接続されている同一の回路を有しているということが理解されている。モーターの初期動作においては、マイクロ制御装置は、３つの位相全てのインダクタンスを検査することにより、望まれる方向にトルクを送り出すためにはどの固定子位相を励磁すべきであるかを見極める。図５の回路内の抵抗器２６（Ｒ）を横切っての電流と電圧との間の位相差は、次の式により求められる：位相差の変動は、抵抗Ｒが、最低及び最高の誘導リアクタンスの幾何学的平均として選ばれた場合に最大である。すなわち、の場合である。この技法の分解能は、同一の及び対応する部品については同じ番号が用いられている図６に示された変形態様を用いることによってさらに増大させることができる。この実施態様においては、電圧供給源が１８０°位相外れしている状態で、２つの電圧供給源２０（ａ）及び２０（ｂ）が利用される。供給源２０（ａ）からの電圧は、既知の抵抗２６に対して印加され、一方、供給源２０（ｂ）からの１８０°位相外れ電圧は誘導子１８に印加される。したがって、フィルター２８に印加される出力電圧Ｖ₀はに等しい供給電圧との関係において位相差を有することになる。この位相差は、次の式により求めることができる：ここでも、図６のゼロ交差検出器３０の出力は、低抗２６を横断しての電圧と供給電圧との間の位相差を表わすことになる。このとき、この位相差は、マイクロ制御装置に対して与えられ、ここでデジタル化されて、瞬間的回転子位置に対応するデジタル計数を提供するべく高速タイマーを刻時するのに用いられる。電圧供給源２０（ａ）及び２０（ｂ）の周波数は、モーター転流信号の周波数とは異なる。位置検出の分解能を増大するためには電圧供給源２０（ａ）及び２０（ｂ）のより高い周波数が望ましい。図７は、図４〜６の回路の位相差検出と振幅検出を組合わせた本発明の好ましい実施態様のブロック図である。図７を参照すると、本発明による回転子位置検出システムが、全体として４０という番号で示されている４相ＳＲモーターと共に例示されている。４つの固定子巻線Ｌ１−Ｌ４を付勢するために電圧供給源４２が適用される。ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１〜Ｓ４が固定子巻線と直列に接続され、公知の方法で固定子位相の励磁を制御するべくＭＯＳＦＥＴ駆動器４４によって制御されている。固定子巻線Ｌ１−Ｌ４の各々は、リード線４６（ａ）〜４６（ｄ）によりマルチプレクサ４８に接続されている。マルチプレクサ４８は、順次、未励磁固定子を回転子位置検知回路に接続する。マルチプレクサのタイミングはマルチプレクサ５２から電線路５０を通して制御される。マイクロ制御装置５２の出力端は、ＳＲモーターのタイミング及び作動を制御する目的でＭＯＳＦＥＴ駆動器４４を駆動するゲート信号を生成する。マルチプレクサ４８の出力端には、予め定められた抵抗５４が接続され、この抵抗は、電力増幅器５８を通して波発生器５６からの正弦波又はその他の変動する波形を受理するように接続されている。マルチプレクサ５８から遠く離れた抵抗５４の端子は、リード線６０を通してレベル交差検出器６２に接続されている。固定子コイルＬ１−Ｌ４の高端部は、リード線６４を通してレベル交差検出器に接続される。抵抗５４の端子を横断して低域能動フィルター６６が接続されており、フィルター６６の出力はレベル交差検出器６８に印加される。レベル交差検出器６２及び６８の出力はＡＮＤゲート７０に印加され、このゲート７０はマイクプロセッサー５２に対して信号間の位相差の表示を生成する。図７に示されている回路の作動中、未励磁固定子コイルはマルチプレクサ４８により検知回路に接続されている。恒常周波数発生器５６は、未励磁位相コイルを駆動し、回路はその位相内の電流及び電圧の瞬間的移相を測定する。さらに、以下で記述するとおり、位相電流の振幅は、回転子角度に依存する変数である位相巻線の瞬間的インピーダンスの読取りを提供するべく検出される。モーターが静止している状態で、マイクロプロセッサ５２は、４つの位相全てのインダクタンスを検査することにより、望ましい方向にトルクを送り出すのにどの位相を励起するべきかを決定する。どの固定子位相にも全く電圧が印加されない静止状態において、電圧と電流の間の位相差は、マルチプレクサ４８を通して位相を１つずつ検知回路に接続することによって、容易に決定することができる。検出された電圧と電流は、まずはレベル交差検出器そして次にＡＮＤゲート７０を通して移行する。ＡＮＤゲート７０の方形波の時限はインダクタンスの関数である。ＳＲモーターが動作しているとき、トルク生成位相は高周波数電圧で付勢され、相互結合のため、同じ周波数の電圧が静止相、つまり未励磁位相内に現われる。未励磁位相がマルチプレクサ４８を通して図７の検知回路に接続されている場合、抵抗４４を横切る電圧は、固定子位相を付勢するのに印加されたさらに高い周波数の転流信号により重畳された正弦信号である。図８及び図１０は、付勢された位相が、それぞれ最高及び最低のインダクタンスに対応する整列位置及び未整列位置にある場合の電圧及び電流信号を例示している。低域能動フィルター６６により信号がろ過されると、電圧及びろ過された電流は、モーターの最高及び最低のインダクタンスについて図９及び図１１に示された通りの結果となる。抵抗５４を通過する電流はレベル交差検出器６２に印加されるが、抵抗５４を横断する電圧は低域能動フィルター６６を通してレベル交差検出器６８に対して印加される。交差検出器６２及び６８のレベルは、最大の分解能を提供するべく賢明な形で設定される。例えば、交差検出器６２のレベルは、最小の予想電流が設定閾値レベルより上にくるように設定される。レベルをゼロ以外のところに設定することにより、検出される位相差を増強することができる。ゼロ以外のレベルでの検出器６８によるレベル検出の効果は同様に、ＡＮＤゲート７０に適用された信号に対する振幅を検出する面も提供する。このようにして、回路は、抵抗５４を横断する電流の振幅の表示と共に、未励磁固定子に対する印加電圧と未励磁位相内の結果として得られる電流の間の位相差についてのＡＮＤゲート７０に対する表示を提供する。図１２は、位相Ａがその整列位置にある間に位相Ａが２２kHzの電圧で付勢された場合のＡＮＤゲート７０からの出力例を示している。図１３は、位相Ａがその未整列位置にある状態で位相Ａが２２kHzの電圧で付勢された場合のＡＮＤゲート７０の出力例を示している。ＡＮＤゲート７０からの出力は、マイクロプロセッサ５２により検出され、このマイクロプロセッサは回転子の検知された位置を用いてＭＯＳＦＥＴ駆動器４４の動作を制御し、同様にマルチプレクサ４８を制御するために与えられる検知信号を制御する。検出器６２及び６８のレベル交差はさまざまな動作のために変動可能であり、或る種の状況の下ではマイクロプロセッサ５２により可変である、ということも理解しておくべきである。前述したように、検出器６２及び６８の閾値レベルは、変動を最小限にするべく電流の振幅及び位相の変化の利点を両方とも提供するように調整されなくてはならない。ＳＲモーター内の駆動電圧の効果は、この回路の位相差をもたらさない。しかしながら、駆動周波数のノイズ信号を除去するためには、フィルター６６による適正なろ過が使用される。高い抵抗５４が固定子巻線のインダクタンスと直列に接続されていることから、温度による回転子抵抗内の変化は位相差に対して強い影響をもたない。したがって、当該システムはＳＲモーター内の回転子位置の精確な決定のための技術を提供していることがわかるであろう。こうして、モーター巻線及び永久磁石を使用しないことによって単純かつ低コストの構造を提供するべく、ＳＲモーターの利点を充分に実施することが可能となる。このようなシステムでは、回転子巻線がコンバータ切替え素子と直列に接続されているためコンバーター内のシュートスルー故障は不可能である。このようなＳＲモーターは、二方向性電流が不要であるために単純化した倍力電子駆動回路を有し、したがってモーターは、ブラシが無いことから接続した高速動作を提供することができる。このようなモーターの場合、全ての巻線が固定子の上にあることからモーターを容易に冷却することができ、モーターは低い回転子慣性及び高いトルク／慣性比を提供する。モーターの１つの位相が喪失した場合でさえ、低出力での駆動動作が妨げられることはない。かくして、当該装置は、回転子位置の非常に精確な表示を提供するために未励磁固定子に印加された変動する電圧の特性の検出を可能にする。本発明について詳細に記述してきたが、添付の請求の範囲により規定されているとおりの本発明の精神及び範囲から逸脱することなくさまざまな変更、代替及び修正を加えることも可能であるということも理解すべきである。

Claims

【特許請求の範囲】１．転流信号により回転子の位置と同期的に付勢される多重固定子位相を有する切替式反作用モーターの中の回転子位置を検出する方法において、転流信号の周波数と異なる周波数をもつ連続的に変動する信号をモーターの非励磁固定子の位相に印加する段階と、前記変動する信号の予め定められた特性におけるばらつきを検出する段階と、前記信号の前記検出された予め定められた特性に応じて前記回転子の位置の表示を生成する段階と、を含む検出方法。２．前記予め定められた特性には、前記非励磁固定子により引き出される電流の振幅が含まれている、請求の範囲第１項に記載の検出方法。３．前記予め定められた特性には、前記非励磁固定子と接続された抵抗及び前記非励磁固定子の電圧と電流との間の位相差が含まれている、請求の範囲第１項に記載の検出方法。４．前記予め定められた特性には、前記非励磁固定子の電圧と電流との間の位相差及び前記非励磁固定子により引き出される電流の振幅が含まれている、請求の範囲第１項に記載の検出方法。５．前記変動信号が正弦波電圧を含む、請求の範囲第１項に記載の検出方法。６．回転子の位置と同期的に付勢される多重固定子位相をもつ切替式反作用モーターの中の回転子の位置を検出する方法において、非励磁固定子の位相に対して既知の抵抗を結合する段階と、前記非励磁固定子位相に対して変動する電圧の供給源を接続する段階と、前記変動する電圧の結果としての非励磁固定子の位相及び抵抗を通って流れる電流の、非励磁固定子位相のインダクタンスの関数である振幅を検出する段階と、前記検出された振幅に応じて回転子位置の表示を生成する段階と、を含む検出方法。７．前記検出された振幅を可変周波数信号に変換する段階と、回転子位置の表示を生成するべく周波数信号を検出する段階と、をさらに含む、請求の範囲第６項に記載の検出方法。８．非励磁固定子の位相及び抵抗上に現われる電圧と電流との間の位相差を検出する段階をさらに含み、この位相差が回転子位置の表示を提供する、請求の範囲第６項に記載の検出方法。９．転流信号により回転子の位置と同期的に付勢される多重固定子位相を有する切替式反作用モーターの中の回転子位置を検出するための検出装置において、モーターを駆動する転流信号の周波数と異なる周波数をもつ連続的に変動する信号を非励磁固定子の位相に適用するための回路と、前記変動する信号の特性を検出するための回路と、前記変動する信号の前記検出された特性に応じて前記回転子の位置の表示を生成するための回路と、を含む検出装置。 10．前記特性には、前記非励磁固定子の位相により引き出される電流の振幅が含まれ、この電流の振幅は、前記非励磁固定子の位置のインダクタンスの関数である、請求の範囲第９項に記載の検出装置。 11．前記非励磁固定子の位相に結合された既知の抵抗をさらに含み、前記特性には、前記抵抗及び前記非励磁固定子の位相の電圧と電流との間の位相差が含まれる、請求の範囲第９項に記載の検出装置。 12．前記非励磁固定子位相に結合された既知の抵抗をさらに含み、前記予め定められた特性には、前記非励磁固定子の位相により引き出される電流の振幅及び、前記非励磁固定子位相の電圧と電流との間の位相差が含まれる、請求の範囲第９項に記載の検出装置。 13．前記変動する信号には、固定周波数の正弦波電圧が含まれ、この変動信号の周波数が転流信号の周波数と異なるものである、請求の範囲第９項に記載の検出装置。 14．回転子の位置と同期的に付勢される多重固定子位相を有する切替式反作用モーターの中の回転子位置を検出するための検出装置において、非励磁固定子位相と既知の抵抗を直列に接続する、固定子位相に接続されたマルチプレクサと、既知の抵抗及び非励磁固定子位相に結合された連続して変動する電圧の供給源と、電圧供給源の位相を検出するため電圧供給源に結合された第一の閾値交差検出器と、既知の抵抗を通って流れる電流の位相を検出するために既知の抵抗の端子に結合された第２の閾値交差検出器と、第１及び第２の閾値交差検出器の出力を受理すること及び既知の抵抗を通って流れる電流と電圧供給源との間の位相差に関連する信号を生成することを目的とし、この位相差が非励磁固定子位相のインダクタンスの関数及び回転子の位置の関数である比較器と、を含む検出装置。 15．モーターが転流信号により励振され、連続的に変動する電圧の供給源が、転流信号の周波数とは異なる固定した周波数をもつ正弦波である、請求の範囲第１４項に記載の検出装置。 16．既知の抵抗の端子に結合されたフィルター手段をさらに含む、請求の範囲第１４項に記載の検出装置。 17．比較器は、回転子の位置に正比例する幅をもつ出力パルスを生成するＡＮＤゲートである、請求の範囲第１４項に記載の検出装置。 18．ＡＮＤゲートからの出力パルスを受理し、それに応じてモーターの作動を制御するためのプロセッサーをさらに含む、請求の範囲第１７項に記載の検出装置。