JPH10146083A - スイッチドリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチドリラクタンスモータの駆動に必要
な励磁信号を磁極センサを用いること無く作成して、制
御装置全体を小形化する。 【解決手段】 励磁決定回路は、電源が投入されると４
相６極のスイッチドリラクタンスモータの各相巻線に１
相ずつ順次通電して、エンコーダの原点信号が入力され
てからロータの回転が停止するまでにカウンタによりカ
ウントされたエンコーダのＡ相信号の出力信号数ｎを得
て、その出力信号数ｎとエンコーダの分解能ｍとに基づ
いて、ｎ＋ｋ・ｍ／２４毎に励磁する相を切替えるよう
に励磁信号φ１〜φ４を作成し、２相励磁によってスイ
ッチドリラクタンスモータを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータの回転位置
に応じて複数相の巻線に流れる電流を切替えることによ
り駆動されるスイッチドリラクタンスモータを制御す
る、スイッチドリラクタンスモータの制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作制御用のサーボモータとして
スイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと称
す）が用いられている。例えば、４相６極のＳＲモータ
を駆動する場合には、図６に示すように、工作制御を行
うために要する詳細な回転位置情報（図６（ａ），
（ｄ），（ｅ）参照）をエンコーダによって得ると共
に、ロータの所定の回転位置を検出するように取付けら
れた磁極センサが出力する位相の異なる検出信号Ａ，Ｂ
（図６（ｂ），（ｃ）参照）を得るようになっている。

【０００３】そして、各相巻線の通電を制御する制御回
路は、上記検出信号Ａ，Ｂに基づき各相巻線の通電位相
角を示す励磁信号φ１〜φ４（図６（ｆ）〜（ｉ）参
照）を得ると、これらの励磁信号φ１〜φ４に基づいて
各相巻線の通電タイミングを切替えることによりＳＲモ
ータの駆動を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに磁極センサによってＳＲモータの回転を検出するに
は、回転検出用の磁性材料製歯車をＳＲモータの回転軸
に設けねばならず、そのためのスペースをＳＲモータ内
部に確保する必要があって、装置全体の大形化の原因と
なる。

【０００５】また、磁極センサが出力する磁極信号（図
６の例では、検出信号Ａ，Ｂ）の精度や、或いは、ＳＲ
モータの相数に応じた磁極信号の位相差設定の精度が、
ＳＲモータの効率や正転，反転の出力特性のバランスに
影響し、特性の安定したＳＲモータを製造することが難
しい等の問題が生じていた。加えて、磁極センサは高価
であり、コストが上昇してしまうという問題もあった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、スイッチドリラクタンスモ
ータの駆動に必要な励磁信号を磁極センサを用いること
無く作成し得て、全体の小形化を実現できると共に、安
定した制御特性を得ることが可能になる等の効果を奏す
るスイッチドリラクタンスモータの制御装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のスイッチドリラクタンスモータの制
御装置は、ロータの回転位置に応じて複数相の巻線に流
れる電流を切替えることにより駆動されるスイッチドリ
ラクタンスモータを制御するものにおいて、前記ロータ
の極数と前記巻線の相数との積以上の分解能を有するエ
ンコーダと、前記エンコーダによって出力されるエンコ
ーダ信号の出力信号数を計数する計数手段と、前記計数
手段が計数した前記出力信号数及び前記エンコーダの分
解能に基づいて前記複数相の巻線の通電位相角を示す励
磁信号を作成し、その励磁信号に応じて各相巻線に流れ
る電流を切替える制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】斯様に構成すれば、制御手段は、計数手段
が計数したエンコーダ信号の出力信号数及びエンコーダ
の分解能に基づいて作成した励磁信号に応じて、各相巻
線に流れる電流を切替えることによりスイッチドリラク
タンスモータの駆動制御を行う。従って、従来とは異な
り、磁極センサを用いること無く作成した励磁信号によ
って、スイッチドリラクタンスモータを駆動することが
できる。

【０００９】この場合、請求項２に記載したように、前
記エンコーダを、前記ロータの回転位置の原点信号をも
出力する絶対形として、前記制御手段を、前記原点信号
が出力されると前記計数手段における前記出力信号の計
数値をリセットして前記計数手段に計数を開始させ、前
記複数相の巻線に１相ずつ順次通電することにより前記
ロータを回転させて、前記原点信号が出力された時点か
ら、前記ロータが停止するまでに前記計数手段が計数し
た前記出力信号数及び前記エンコーダの分解能に基づい
て前記励磁信号を作成するように構成しても良い。斯様
に構成すれば、絶対形のエンコーダが出力する原点信号
を基準として、励磁信号を的確に作成することができ
る。

【００１０】また、請求項３に記載したように、前記エ
ンコーダを、前記ロータの回転位置の原点信号を出力す
る時点が予め特定可能な位置に調整しても良く、斯様に
構成すれば、原点信号が検出された時点におけるロータ
の回転位置を特定することができるので、ソフトウエア
の処理負担を軽減することができる。

【００１１】請求項４に記載したように、前記制御手段
を、前記エンコーダが原点信号を出力する毎に前記計数
手段の計数値をリセットして前記計数手段に新たに計数
を開始させ、前記原点信号が出力される毎に、前記計数
手段の新たな計数値及び前記エンコーダの分解能に基づ
いて前記励磁信号を作成する構成としても良い。斯様に
構成すれば、ロータが一回転する毎に新たに励磁信号が
作成されるので、スイッチドリラクタンスモータの駆動
中にノイズが発生するなどした場合でも、励磁信号の作
成において含まれる誤差が累積されることがなくなり、
スイッチドリラクタンスモータの駆動を確実に行うこと
ができる。

【００１２】請求項５に記載したように、前記制御手段
を、電源が投入された直後に前記計数手段の計数値をリ
セットして前記計数手段に計数を開始させ、前記複数相
の巻線の内何れか１相に通電することにより前記ロータ
を回転させ、前記ロータが停止するまでに前記計数手段
が計数した前記出力信号数及び前記エンコーダの分解能
に基づいて前記励磁信号を作成する構成としても良く、
斯様に構成すれば、処理が単純化されてより速く実行さ
れるようになる。

【００１３】また、請求項６に記載したように、前記制
御手段を、電源が投入された直後に前記複数相の巻線の
内何れか１相に通電することにより前記ロータを所定回
転位置で停止させ、その状態において前記計数手段の計
数値をリセットして前記出力信号手段に計数を開始さ
せ、前記計数手段が計数した前記出力信号数及び前記エ
ンコーダの分解能に基づいて前記励磁信号を作成する構
成としても良く、斯様に構成した場合でも、請求項５と
同様の効果が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図１乃至図５を参照して説明する。図４は、４相６極の
ＳＲモータ１の構造を原理的に示す断面図である。ＳＲ
モータ１は、内周部に８個の歯を有するステータ２と、
外周部に６個の歯を有するロータ３とを中心に構成され
ている。１相分の巻線は、ステータ２の１８０度対向し
ている歯に巻かれている（図４では、φ１相の巻線４の
み図示する）。

【００１５】ＳＲモータ１を回転させる場合の原理につ
いて図５を参照して簡単に述べると、各相の巻線に対し
て、予め決められた相順、例えば、φ１→φ２→φ３→
φ４→φ１→…に従って、前後の相間で通電位相角を１
５度（機械角）ずつオーバーラップさせながらステップ
的に通電することにより２相励磁を行うと（図５（ａ）
〜（ｄ）参照）、ロータ３は、図５（ｅ）に示すよう
に、ＣＷ（時計回り）方向トルクＴ１〜Ｔ４を発生して
ＣＷ方向に回転する。

【００１６】図３は、本発明の電気的構成を示す機能ブ
ロック図である。ＳＲモータ１内部（ロータ３部分）に
はエンコーダ５が設けられており、エンコーダ５が出力
するパルス状のＡ相信号，Ｂ相信号及び原点信号は、マ
イクロコンピュータを中心として構成される励磁決定回
路（制御手段）６に与えられるようになっている。

【００１７】励磁決定回路６は、駆動回路７を介してＳ
Ｒモータ１の各相巻線に励磁信号φ１〜φ４に基づいて
通電を行うようになっている。また、この励磁決定回路
６の内部には、エンコーダ５が出力する例えばＡ相信号
をカウント（計数）するアップダウンカウンタであるカ
ウンタ６ａ（計数手段）が内蔵されている。以上が制御
装置を構成している。

【００１８】次に、本実施例の作用について図１及び図
２をも参照して説明する。図１は、制御装置に電源が投
入されてからＳＲモータ１を駆動するまでの、各信号の
状態を示すタイムチャートである。電源が投入される
と、励磁決定回路６は、ＳＲモータ１の各相巻線に対し
て、φ１→φ２→φ３→φ４→φ１→…の順で順次通電
を行うことにより１相励磁を行う（図１（ａ）〜（ｄ）
参照）。すると、ＳＲモータ１のロータ３は、図４に示
すように、各相が励磁される毎に、ステータ２の励磁さ
れた相の歯及びロータ３の歯の中心が一致する角度、即
ちアラインメント（磁気抵抗が最小となる位置）で停止
する。この時のトルクの発生状態を示す図２において
は、各相のアラインメントをＡ１〜Ａ４で示している。

【００１９】そして、例えばφ１相を励磁している時
に、エンコーダ５から原点信号が出力されたとする（図
１（ｅ）参照）。すると、励磁決定回路６は、その時点
で内部のカウンタ６ａをリセットして、エンコーダ５が
出力するＡ相信号（図１（ｆ）参照）の出力信号数のカ
ウントを開始させる。また、励磁決定回路６は、φ１相
を励磁し続けて、ＳＲモータ１のロータ３の回転をアラ
インメントＡ１において停止させる。

【００２０】ここで、エンコーダ５から原点信号が出力
された時点からロータ３の回転がアラインメントＡ１で
停止した時点までのカウンタ６ａの計数値がｎであると
すると、その計数値ｎが、回転の原点位置からアライン
メントＡ１までの回転位置に対応する値となる。また、
励磁決定回路６は、Ａ相信号及びＢ相信号の入力タイミ
ングを参照することにより、ロータ３の回転方向が正転
か逆転かを知ることができる（この場合、ＣＷ方向を正
転とする）。

【００２１】その後に、外部よりＳＲモータ１のＳＴＡ
ＲＴ信号（正転）が入力されたとする。その時点でのロ
ータ３の回転位置はアラインメントＡ１（計数値ｎ）で
あり、図５に示すように２相励磁によりＳＲモータ１を
駆動させるには、励磁決定回路６は、カウンタ６ａの計
数値が ｎ＋ｋ・ｍ／２４ …（１） に達する毎に励磁する相を切替えるように励磁信号φ１
〜φ４を作成し、これらの励磁信号φ１〜φ４に従っ
て、各相巻線に対する通電切替えを行う（この場合φ２
から開始して、φ２→φ３→φ４→φ１→…）。

【００２２】ここで、ｍはロータ３が１回転する間にエ
ンコーダ５から出力されるＡ相信号若しくはＢ相信号の
出力信号数、即ちエンコーダ５の分解能であり、ｋ＝１
〜２３，ｎ＜ｍ／２４である。尚、分母の“２４”は、
ＳＲモータ１の相数“４”と極数“６”との積であり、
図６を参照しても分かるように、相数“４”，極数
“６”であれば、ロータ３が１回転する毎に２相励磁の
励磁信号φ１〜φ４が変化する回数は“２４”となるの
に対応している。即ち、ｍ／２４は、２相励磁を行う場
合の励磁（通電）切替えタイミングに対応するエンコー
ダ５のＡ相信号の計数値である。

【００２３】また、励磁決定回路６は、以降はエンコー
ダ５の原点信号が入力される毎にカウンタ６ａの計数値
をリセットして新たに出力信号数のカウントを行わせ、
（１）式に基づいて励磁信号を作成する。斯様にするこ
とによって、ＳＲモータ１の駆動中にエンコーダ５のＡ
相信号にノイズが乗る等してカウンタ６ａによる計数に
誤りが生じても、その誤りの影響は、次回の回転周期に
まで及ぶことがない。

【００２４】以上のように本実施例によれば、励磁決定
回路６は、電源が投入されるとＳＲモータ１の各相巻線
に１相ずつ順次通電して、エンコーダ５の原点信号が入
力されてからロータ３の回転が停止するまでにカウンタ
６ａによりカウントされたエンコーダ５のＡ相信号の出
力信号数ｎを得て、その出力信号数ｎとエンコーダ５の
分解能ｍとに基づいて励磁信号φ１〜φ４を作成するよ
うにした。

【００２５】従って、従来とは異なり、ロータ３に磁極
センサを設けること無く励磁信号φ１〜φ４を作成する
ことが可能となり、全体を小形且つ低価格で構成できる
と共に信号線の配線数をも削減できる。また、エンコー
ダ５が出力するＡ相信号若しくはＢ相信号は、従来用い
ていた磁極センサの検出信号よりも分解能が著しく高い
ので、ＳＲモータ１の効率や正転，反転の出力特性のバ
ランスをより良くすることができ、ＳＲモータ１の特性
をより安定したものとすることができる。加えて、エン
コーダ信号が出力する原点信号に基づいて、励磁信号を
的確に作成することができる。

【００２６】更に、本実施例によれば、励磁決定回路６
は、エンコーダ５の原点信号が入力される毎にカウンタ
６ａの計数値をリセットして新たにＡ相信号の出力信号
数をカウントさせることにより（１）式に基づき励磁信
号を作成するので、ＳＲモータ１の駆動中にエンコーダ
５のＡ相信号にノイズが乗る等しても、その影響は次回
の回転周期にまで及ぶことがなく、より確実な駆動制御
を行うことができる。

【００２７】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。逆転のＳＴＡＲＴ信号が与えられた
ときには、（１）式に代えて以下に示す（２）式を用い
れば良い。 ｎ−ｋ・ｍ／２４ …（２） エンコーダ５の原点信号が入力される毎にカウンタ６ａ
の計数値をリセットする代わりに、電源投入時にｎを求
めた後は、カウンタ６ａの計数値がエンコーダ５の分解
能ｍに達した時点で計数値をリセットするようにしても
良い。

【００２８】エンコーダ５をＳＲモータ１に取付ける場
合に、原点信号が出力される時点がロータ３の回転位置
に対して予め特定可能となる位置に調整しても良い。例
えば、φ１相のアラインメントＡ１において原点信号が
出力されるようにすれば、（１）式においてｎ＝０とな
りｎを求める必要がなくなるので、励磁決定回路６のソ
フトウエアの処理負担を軽減でき、励磁信号の作成をよ
り容易に行うことができる。

【００２９】また、原点信号を参照する代りに、電源が
投入された直後にカウンタ６ａの計数値をリセットする
ことによりそこをロータ３の回転位置の原点として、最
初に何れかの１相を励磁した時点でロータ３が回転し停
止したアラインメントまでのＡ相信号の計数値をｎとす
れば良い。斯様にすれば、エンコーダ５から原点信号が
出力されるまで１相ずつ順次励磁を行う必要がなく、制
御を簡単にして処理をより速くすることができる。

【００３０】更に、電源が投入された直後に、制御手段
が何れかの１相を励磁することによりロータ３が回転し
停止したアラインメント（所定回転位置）においてカウ
ンタ６ａの計数値をリセットするようにして、そこをロ
ータ３の回転位置の原点としても良い。カウンタ６ａに
よってＢ相信号の出力信号数をカウントしても良い。Ｓ
Ｒモータの相数及び極数は、４相６極に限ること無く適
宜変更して良い。この場合、（１）式第２項の分母は相
数と極数との積に設定し、係数ｋは前記積から１を減じ
た値までに設定すれば良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるので、
以下の効果を奏する。請求項１記載のスイッチドリラク
タンスモータの制御装置によれば、制御手段は、計数手
段が計数したエンコーダ信号の出力信号数及びエンコー
ダの分解能に基づいて、スイッチドリラクタンスモータ
の複数相の巻線の通電位相角を示す励磁信号を作成し、
その励磁信号に応じて各相巻線に流れる電流を切替える
ので、従来とは異なり、磁極センサを用いること無く励
磁信号を作成し得てスイッチドリラクタンスモータを駆
動することができ、全体を小形且つ低価格に構成できる
と共に、安定した制御特性をも得ることができる。

【００３２】請求項２記載のスイッチドリラクタンスモ
ータの制御装置によれば、制御手段は、複数相の巻線に
１相ずつ順次通電することによりロータを回転させ、エ
ンコーダの原点信号が出力された時点から、ロータが停
止するまでに計数手段が計数した出力信号数及びエンコ
ーダの分解能に基づいて励磁信号を作成するので、絶対
形のエンコーダが出力する原点信号を基準として、励磁
信号を的確に作成することができる。

【００３３】請求項３記載のスイッチドリラクタンスモ
ータの制御装置によれば、エンコーダを、ロータの回転
位置の原点信号を出力する時点が予め特定可能な位置に
調整したので、原点信号が検出された時点におけるロー
タの回転位置を特定することができ、励磁信号の作成を
より容易に行うことができる。

【００３４】請求項４記載のスイッチドリラクタンスモ
ータの制御装置によれば、制御手段を、エンコーダの原
点信号が出力される毎に、計数手段の新たな計数値及び
前記エンコーダの分解能に基づいて励磁信号を作成する
ようにしたので、スイッチドリラクタンスモータの駆動
を確実に行うことができる。

【００３５】請求項５記載のスイッチドリラクタンスモ
ータの制御装置によれば、制御手段は、電源が投入され
た直後に計数手段の計数値をリセットし、複数相の巻線
の内何れか１相に通電することによりロータを回転させ
てロータが停止するまでに計数手段が計数した出力信号
数及びエンコーダの分解能に基づいて励磁信号を作成す
るので、処理をより速く行うことができる。

【００３６】請求項６記載のスイッチドリラクタンスモ
ータの制御装置によれば、制御手段は、電源が投入され
た直後に複数相の巻線の内何れか１相に通電することに
よりロータを所定回転位置で停止させ、その状態におい
て計数手段の計数値をリセットして出力信号数に計数を
開始させ、前記計数手段が計数した前記出力信号数及び
前記エンコーダの分解能に基づいて前記励磁信号を作成
するので、請求項５と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、スイッチドリラクタ
ンスモータを駆動する場合の各信号波形を示すタイムチ
ャート

【図２】電源投入時から１相励磁によりロータを回転さ
せる場合の励磁信号とトルクとの関係を示す図

【図３】電気的構成を示す機能ブロック図

【図４】４相６極のスイッチドリラクタンスモータの構
造を原理的に示す断面図

【図５】２相励磁によりロータを回転させる場合の図２
相当図

【図６】従来技術を示す図１相当図

【符号の説明】

１はスイッチドリラクタンスモータ、３ロータ、４は巻
線、５はエンコーダ、６は励磁決定回路（制御手段）、
６ａはカウンタ（計数手段）を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータの回転位置に応じて複数相の巻線
   に流れる電流を切替えることにより駆動されるスイッチ
   ドリラクタンスモータを制御するものにおいて、 前記ロータの極数と前記巻線の相数との積以上の分解能
   を有するエンコーダと、 前記エンコーダによって出力されるエンコーダ信号の出
   力信号数を計数する計数手段と、 前記計数手段が計数した前記出力信号数及び前記エンコ
   ーダの分解能に基づいて前記複数相の巻線の通電位相角
   を示す励磁信号を作成し、その励磁信号に応じて各相巻
   線に流れる電流を切替える制御手段とを備えたことを特
   徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
2. 【請求項２】 前記エンコーダは、前記ロータの回転位
   置の原点信号をも出力する絶対形であり、 前記制御手段は、前記原点信号が出力されると前記計数
   手段における前記出力信号の計数値をリセットして前記
   計数手段に計数を開始させ、前記複数相の巻線に１相ず
   つ順次通電することにより前記ロータを回転させて、前
   記原点信号が出力された時点から前記ロータが停止する
   までに前記計数手段が計数した前記出力信号数及び前記
   エンコーダの分解能に基づいて前記励磁信号を作成する
   ことを特徴とする請求項１記載のスイッチドリラクタン
   スモータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記エンコーダは、前記ロータの回転位
   置の原点信号を出力する時点が予め特定可能な位置に調
   整されていることを特徴とする請求項２記載のスイッチ
   ドリラクタンスモータの制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記エンコーダが原点
   信号を出力する毎に前記計数手段の計数値をリセットし
   て前記計数手段に新たに計数を開始させ、前記原点信号
   が出力される毎に、前記計数手段の新たな計数値及び前
   記エンコーダの分解能に基づいて前記励磁信号を作成す
   ることを特徴とする請求項２または３記載のスイッチド
   リラクタンスモータの制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、電源が投入された直後
   に前記計数手段の計数値をリセットして前記計数手段に
   計数を開始させ、前記複数相の巻線の内何れか１相に通
   電することにより前記ロータを回転させて、前記ロータ
   が停止するまでに前記計数手段が計数した前記出力信号
   数及び前記エンコーダの分解能に基づいて前記励磁信号
   を作成することを特徴とする請求項１記載のスイッチド
   リラクタンスモータの制御装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、電源が投入された直後
   に前記複数相の巻線の内何れか１相に通電することによ
   り前記ロータを所定回転位置で停止させ、その状態にお
   いて前記計数手段の計数値をリセットして前記出力信号
   手段に計数を開始させ、前記計数手段が計数した前記出
   力信号数及び前記エンコーダの分解能に基づいて前記励
   磁信号を作成することを特徴とする請求項１記載のスイ
   ッチドリラクタンスモータの制御装置。