JPH02123997A - 可変リラクタンスモータの駆動装置 - 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装置に関する
。

［従来の技術］ 従来より、可変リラクタンスモータの駆動装置として、
光学式あるいは磁気式のインクリメンタルエンコーダ（
以下、ＩＮＣエンコーダという）などの回転角検出手段
により検出された回転子の回転角に基づいて、相巻線へ
の通電開始の回転角（以下、点弧角という）を進角ある
いは遅角して相巻線電流を増減したり、あるいは回転角
に応じて相巻線電流を増減することによって可変リラク
タンスモータの回転を制御するものが知られている。

この種の駆動装置では、回転角を精度よく検出する必要
があるため回転角分解能に優れたＩＮＣエンコーダを使
用して、外部からの回転速度の増減指令によってモータ
の回転速度を増減する開ループ制御や実回転速度を検出
し実回転速度を目標回転速度に調整する閉ループ制御を
行っている。

動装置の構成は簡単なものとなるが、負荷が変動すると
回転速度も変動するので安定した運転ができないという
問題がある。

一方、閉ループの制御を行う場合には、負荷に応じてト
ルクを調整するので負荷変動時にも定速運転が可能であ
るが、装置が複雑となり作製コストがかかる。

又、上記駆動装置に使用されるＩＮＣエンコーダには、
その回転角の検出分解化が高いため精度よく数例ける必
要があるので取付に手間がかかるという問題や、ＩＮＣ
エンコーダが高価で上記駆動装置の作製コストが高くな
ってしまうという問題がある。更に、光学式ＩＮＣエン
コーダの場合には、光信号を電気信号に変換する光電変
換に周波数限界があるため高速回転になると回転角の検
出誤りが起るという問題もある。

そこで、本発明は、ＩＮＣエンコーダを用いない簡単な
構成で安価に作製でき、負荷変動による回転速度の変動
を抑えることができる可変リラクタンスモータの駆動装
置を提供することを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところは、固定子の各相磁極に設け
られた相巻線を、予め定められた順序で通電して、回転
子の突極にトルクを与えて駆動する可変リラクタンスモ
ータの駆動装置であって、上記相磁極毎に、上記固定子
の相磁極に対する上記回転子の突極の予め定められた二
つの相対位置を各々検出する位置検出手段と、上記検出
手段により最初の相対位置が検出された時から計時を開
始し所定時間を計時する計時手段と、上記４時手段が所
定時間を計時した時点と上記検出手段により次の相対位
置が検出された時点とのうちの何れか早い時点で上記相
巻線への通電を開始し、何れか遅い時点で上記相巻線へ
の通電を停止する通電制御手段と、を備えたことを特撮
とする可変リラクタンスモータの駆動装置にある。

［作用］ 以上の本発明の構成によれば、可変リラクタンスモータ
の相磁極毎に設けられた位置検出手段が、モータ固定子
の相磁極に対するモータ回転子の突極の予め定められた
二つの相対位置を検出すると、計時手段が最初の相対位
置が検出された時から所定時間を計時する。そして、計
時手段が所定時間を計時した時点と次の相対位置が検出
された時点とのうちの何れか早い時点で、通電制御手段
が相巻線への通電を開始し、何れか遅い時点で相巻線へ
の通電を停止する。そのため回転速度が下がったときと
、電気サイクルに要する時間は長くなるが計時時間は変
わらないので点弧角あるいは通電停止のロータ回転角が
進角側に変位する。又、回転速度が上がったとき、電気
サイクルに要する時間は短くなるが計時時間は固定して
いるので点弧角が遅角側に変移する。従って、回転速度
が変動したときその変動を抑えるように点弧角が制御さ
れる。

［実施例］ 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

可変リラクタンスモータの駆動装置１は、第１図（Ａ）
に示すように、可変リラクタンスモータ（以下、ＳＲモ
ータという）ＳＲＭの回転子に取り付けられた位置検出
手段としての磁極センサ２と、通電時期制御装置４と、
駆動装置６と、電源装置８とから構成されている。

ＳＲモータＳＲＭは、第２図に示すように、８極構成の
固定子Ｓと６極構成の回転子Ｒとを有する４相モータ（
図中に示したＡ、　　Ｂ、　　Ｃ，Ｄの各相から成る）
であって、予め定められた循環順序で各相巻線りへ通電
されることによって回転するモータである。

このＳＲモータＳＲＭの回転軸に磁極センサ２が取り付
けられている。磁極センサ２は、回転子Ｒ断面とほぼ同
じ形状の回転ディスク（図示略）と２個のフォトインタ
ラプタ（図示略）とから構成されている。その回転ディ
スクは回転子Ｒ側面に平行に配置されると共に、回転デ
ィスクの突極数が回転子Ｒと同じ６極でかつその凹凸が
５０［％コ角度デユーティで回転軸に固定されている。

一方、フォトインタラプタは所定の二つのステータ磁極
（図中に示したＡ相のａ１磁極及びＢ相のｂ１ｍ極）の
それぞれの中軸にあたる位置（第２図に一点鎖点て示し
た）に固定されている。磁極センサ２は、回転ディスク
が回転するとデユティ−比５０〔％］のオンオフ信号を
出力する。即ち、第３図に示すように、回転子Ｒが正転
方向（第２図に矢印Ｆで示した）に回転すると、磁極セ
ンサ２は、Ａ相のａ１磁極について及びＢ相のｂｉ磁極
について回転子突極が正対する位置でオフし更に回転子
Ｒが３０度回転した位置でオンする位置検出信号θ１及
びθ２を出力する。

ＳＲモータは固定子８極回転子６極の構成なので、Ｃ相
については位置検出信号θ１の反転信号が、Ｄ相につい
ては位置信号θ２の反転信号がそれぞれの位置検出信号
となる。つまり、位置検出信号θ１．θ２及びそれらの
反転信号により各相における固定子磁極に対する回転子
突極の二つの相対位置（正対位置及び上記３０度位置）
が検出される。尚、正対位置はＳＲモータの機械角（６
０度）の中心であり、回転子突極がこの位置にあるとき
当該相巻線りのインダクタンスは最大となる。又、上記
３０度位置は隣り合う二つの磁極の中央でありこのとき
、回転子突極がこの位置にあるとき当該相巻線のインダ
クタンスは最小となる（以下、３０度位置を境界位置と
呼ぶ）。

そこで、位置検出信号θ１．θ２は、磁極センサ２から
通電時間制御装置４内の位置信号分配回路１０に人力さ
れる。ここで位置検出信号θ１゜θ２からそれらの反転
信号θ３．θ４が作成されると共に、各位置検出信号８
１〜θ４は、以下のごとく各相毎に設けられたタイミン
グ信号発生回路１２ａ　、　　１２ｂ　、　　１２ｃ　
、　　１２ｄに分配される。

即ち、第１図（Ｂ）に示すように、Ａ相のタイミング信
号発生回路１２ａでは第一微分回路Ｄ　ｉｆｌに位置信
号θ１が第三微分回路Ｄｉｆ３には位置信号θ３が人力
され、Ｂ相の同回路１２ｂでは第一微分回路Ｄ　ｉｆｆ
に位置信号θ２が第三微分回路Ｄｆ３には位置信号θ４
が人力される。Ｃ相の同回路１２ｂでは第一微分回路Ｄ
　ｉｆｌに位置信号θ３が第三微分回路Ｄｉｆ３には位
置信号θ１が人力され、Ｄ相の同回路１２ｂでは第一微
分回路Ｄ　ｉｆｆに位置信号θ４が第三微分回路Ｄｉｆ
３には位置信号θ２が人力される。

次に、微分回路Ｄ　ｉｆｌで波形整形された各位置信号
θ１．θ２．θ３．θ４はインバータＩ　ｎｖにより反
転されて位置パルスＰａｌ、　　Ｐｂｌ、　　Ｐｃｌ、
　　Ｐｄｌとなり、計時手段としてのタイマ回路Ｔｉｍ
に人力される。すると、第３（Ａ）図に示すように、タ
イマ回路Ｔｉｍは、位置信号Ｐａｌ〜Ｐａ４の立ち上が
りから、予め定められた時間Ｔが経過した時点で微分回
路Ｄｉｆ２を介して論理和回路ＯＲに遅延信号Ｔｄｌ、
　　Ｔｄ２．　　Ｔｄ３．　　Ｔｄ４を出力する。この
遅れ時間Ｔは印加電圧、即ち、電流バッファ０Ｐを介し
て外部から人力する電圧Ｖνにより定まる。但し、タイ
マ回路Ｔｉｍの計時開始タイミングが各相で異なるため
電圧Ｖｖが変化するとき、例えばＡ相の遅れ時間がＴａ
他相の遅れ時間がＴｂ、Ｔｃ。

Ｔｄとなる場合がある。

一方、第三微分回路Ｄ　ｉｆ３に人力された各位置信号
θ３．θ４．θ１．θ２は、波形整形され位置パルスＰ
ａ２．　　Ｐｂ２．　　Ｐｃ２．　　Ｐｄ２となり論理
和回路ＯＲに人力される。従って、遅延信号Ｔｄｌ〜Ｔ
ｄ４と位置パルスＰｂｌ〜Ｐｂ４との何れかがＨｉｇｈ
となれば論理和回路ＯＲの出力もＨｉｇｈとなる。

そして、論理和回路ＯＲの出力はラッチ回路Ｌｃｈのク
ロック端子ＣＬＫに人力される。すると、ラッチ回路Ｌ
ｃｈの負論理出力端子Ｑ１がデータ端子りに接続されて
いるため、正論理出力はクロック端子ＣＬＫに人力があ
る度に反転する。又、ラッチ回路のクリア端子ＣＬＲに
は位置信号θ１゜θ２．θ３．θ４が微分回路Ｄ　ｉｆ
ｆを介して人力される。従って、ラッチ回路Ｌｃｈの正
論理出力は遅延検出信号Ｔｄｌ〜Ｔｄ４と位置検出信号
θ３．θ４、θ１．θ２とのいずれか早い方の信号の立
ち上がりでＨｉｇｈとなり、遅い方の信号の立ち下がり
でＬＯＷとなる。これでラッチ回路Ｌｃｈは、磁極セン
サ２が境界位置を検出したときから所定時間Ｔ経過した
時点と、磁極センサ２が正対位置を検出した時点とのう
ち何れか早い時点でＨｉｇｈとなり何れか遅い時点・で
Ｌｏ−となる通電指令信号Ｇａ。

Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄを作成する。この通電指令信号Ｇａ　
ｘＧｄは駆動装置１６に出力される。

駆動装置１６では通電指令信号ＧａｚＧｒＪが各相毎に
設けられた周知のドライバ回路Ｄ　ｒａ、　　Ｄ　ｒｂ
。

Ｄ　ｒｅ、　　Ｄ　ｒｄに人力され通電指令信号Ｇａ〜
ＧｄがＨｉｇｈのあいだパワートランジスタＴｒが導通
して電′ａ装置８からＳＲモータの各相巻線りに電流が
流れる。

次に、上記のＳＲモータの駆動装置１による回転制御に
ついて説明する。

ある大きさの負ＲＴＯがかかった状態でＳＲモータが定
速回転しているとする。このときには磁極センサ２が境
界位置を検出したときから所定時間Ｔａ経過した時点で
通電が開始される。第３図（Ｂ）に示すように、その時
点は電気角がα（例えは、１０度）のときに相当する。

そして、磁極センサ２が正対位置を検出したとき、つま
り、電気角πのとき通電が停止される。

ここで、負荷が増大するとする。従来の駆動装置による
運転の場合点弧角が固定しているので、速回転状態（回
転数ＮＯ５発生トルクＴＯ１図中に８点と示した）から
回転数が大幅に低下しくＮＯ→ＮＯ−ΔＮａ、図中のＱ
点）、そこで発生トルクと負荷が均衡して（Ｔｏ→ＴＯ
＋ΔＴａ）安定する。

一方、本実施例の駆動装置ｌによる運転の場合、第５図
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、負荷が大きくなり回転
速度が下がると、通電時間が長くなると共に点弧角がα
（＝１０度）より進角側へ変位する（α→α１、α〉α
１）。そのため、電気サイクルの早い段階（相巻線のイ
ンダクタンスが小さい段階）、で通電が開始されるので
、相巻線電流がより急峻に立ち上がってより大きなトル
クが発生する。そのため、回転数の低下は抑えられる。

即ち、第４図に示すように、回転数が僅かに下がったと
ころで（Ｎｏ→ＮＯ−ΔＮｂ、　　ΔＮｂ＜ΔＮａ）発
生トルクと負荷が均衡して（ＴＯ→ＴＯ＋ΔＴａ、第４
図中のＲ点）回転が安定する。

又、負荷が減少した場合には、本実施例の駆動装置１は
負荷増大の場合とは逆の動作をする。即ち、−旦回転速
度が上がり電気サイクルに要する時間が短くなると、通
電時間が短くなると共に点弧角が遅角側に変位する。つ
まり、通電時間が短くなることに加えてインダクタンス
の大きくなった段階で通電が開始されるので、相巻線電
流の立ち上がりが緩やかになり発生トルクが減少する。

そこで、ＳＲモータの回転速度の上昇は抑えられる。

次に、制動動作について説明する。第５図（Ｃ）に示す
ように、回転動作中に速度指令値を下げると（即ち印加
電圧Ｖｖが下がってタイマ回路Ｔｉｍの遅れ時間Ｔａが
長くなると）、遅延信号Ｔｄｌ〜Ｔｄ４が位置検出信号
θ３．θ４．θ１．θ２より遅れる。従って、通電指令
信号Ｇａ　ｘＧｄは位置検出信号θ３．θ４．θ１．θ
２の立ち上がりでＨｉｇｈとなり遅延信号Ｔｄｌ〜Ｔｄ
４の立ち上がりでＬｏ−となるので、回転子Ｒが正対位
置から更に回転したところで通電が行われる。つまり、
回転子Ｒの回転にブレーキをかける方向にトルクが発生
する。

上記したように本実施例のＳＲモータの駆動装置１は、
ＳＲモータの回転速度が下がると点弧角が進角側に制御
され回転速度が上がると点弧角が遅角側に制御されるの
で、負荷変動による回転速度の変動を抑えることができ
る。

又、固定子の相磁極に対する回転子突極の二つの相対位
置を検出するだけでよいので、高精度で高価なＩＮＣエ
ンコーダを使用する必要がなく構成が簡単で取付も容易
な磁極センサ２を使用できる。従って、高速回転でも位
置検出誤りをおこすことがない。又、信号処理などの回
路構成も簡単にできるので、駆動装置１を安価に作製で
きる。

ここで、本駆動装置１において閉ループ制御部を行う場
合について説明する。この場合には、第６図に示すよう
に、ＳＲモータの回転速度を検出する検出手段（図示略
）と、比例積分演算器ＰＩと、関数発生器Ｓとでタイマ
回路Ｔｉｍの遅延時間を制御する制御ブロック１４を増
設する。この制御ブロック１４では、まず比例積分演算
器ＰＩが目標速度Ｎ゛と検出速度Ｎとの偏差△Ｎに比例
した比例分と速度偏差の累積値に比例した累積分とを加
算する。そして、その加算結果に基づいて、関数発生器
Ｓがその出力電圧Ｖｖを増減してタイマ回路Ｔｉｍの遅
延時間を調整する。

このようにして閉ループ制御を行えは、負荷変動時にも
所定の回転速度を維持して定速運転を行うことが可能と
なる。例えば、負荷が増大しても遅れ時間をＴａから０
に調整すれば、点弧角が１０度から０度になって回転速
度を元の速度ＮＯに維持することができる（第４図中の
８点からＰ点に動作点が移行する）。

又、位置ループや電流マイナルーブを形成する必要がな
いので、従来の閉ループ制御を行う駆動装置に比してよ
り簡単な構成とすることができる。

次に、本発明を３相のＳＲモータに適用した第二実施例
について説明する。

３相（ステータ６極、ロータ４極）のＳＲモータの駆動
装置２０は、第７図に示すように、第一実施例のＳＲモ
ータの通電制御装置及び駆動装置を３相構成としたもの
で、そのほかは第一実施例と同じである。ＳＲモータＳ
ＲＭの回転軸に設けられた磁極センサ２２は、第８図に
示すように、そのフォトインタラブド（図示略）がＡ相
のａ１磁極及びＢ相のｂｌ磁極のそれぞれの中軸にあた
る位置に固定され、その回転ディスク（図示略）は磁極
センサの位置検出信号のオンオフデユーティが１：２と
なるように形成されている。これで、第９図に示す位置
検出信号θ１０及びθ１１を得る。

そして、この位置信号θ１０．θ１１は通電制御装置２
４の位置信号分配回路２６に人力され、ここで位置信号
θ１０の反転信号θ１２が作成されると共に位置信号が
各相のタイミング信号発生回路２８ａ。

２８ｂ　、２８ｃ　、２８ｄに分配される。即ち、Ａ相
のタイミング信号発生回路２８ａでは第−微分回路Ｄｉ
ｆｌに位置信号θ１２が第三微分回路Ｄｉｆ３には位置
信号θ１０が人力され、Ｂ相のタイミング信号発生回路
２８ｂでは第一微分回路Ｄ　ｉｆｌに位置信号θ１１が
第三微分回路Ｄｉｆ３には位置信号θ１２が人力され、
Ｃ相のタイミング信号発生回路２８Ｃでは第一微分回路
Ｄ　ｉｆｌに位置信号θ１０が第三微分回路Ｄｉｆ３に
は位置信号θ１１が人力される。

このあと第一実施例と同様にしてタイマ回路Ｔｍ、論理
和回路ＯＲ、ラッチ回路Ｌｃｈにより信号処理が行われ
て通電指令信号にａ、Ｇｂ、Ｇｃが作成される。そして
、第９図に示すように、その通電指令信号Ｇａ−Ｇｃが
駆動装置啓０の各相ドライバ回路Ｄｒａ、　　Ｄｒｂ、
　　Ｄｒｃに出力され各相に電気角で２７３πずつ位相
がずれるように通電が行われる。

上記した構成の駆動装置２０によるＳＲモータＳＲＭの
回転制御は第一実施例と同様にして行ね先例と同様の効
果を奏する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば計時手段が所定時
間を計時した時点と位置検出手段が次の相対位置を検出
した時点とのうちの何れか早い時点で、通電制御手段が
相巻線への通電を開始し、何れか遅い時点で相巻線への
通電を停止する。それ故、ＳＲモータの回転速度が下が
ると点弧角が進角側に移動し回転速度が上がると点弧角
が遅角側に移動して負荷変動による回転速度の変動を抑
えることができる。

又、固定子の相磁極に対する回転子突極の二つの相対位
置を検出するだけでよいので、高精度で高価なＩＮＣエ
ンコーダを使用する必要がなく、例えば構成が簡単で取
付も容易な磁極センサを使用できる。従って、高速回転
でも位置検出誤りをおこすことがない。又、信号処理な
どの回路構成も簡単にできるので、ＳＲモータの駆動装
置を安価に作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は第一実施例の可変リラクダンスモータの
駆動装置を示すブロック図、第１図（Ｂ）はタイミング
信号発生回路を示す電気回路図、第２図は可変リラクタ
ンスモータの固定子磁極と回転子突極との相対位置を示
す説明図、第３図（Ａ）は位置検出信号、通電指令信号
などの説明図、第３図（Ｂ）は点弧角と相巻線のインダ
クタンスとの関係を示す説明図、第４図は点弧角をパラ
メータとしたトルク−回転数特性曲線を示すグラフ、第
５図（Ａ）は定速運転時の通電タイミングを示す説明図
、第５図（Ｂ）は負荷変動後の通電タイミングを示す説
明図、第５図（Ｃ）は制動時の通電タイミングを示す説
明図、第６図は同駆動装置が閉ループの制ｉ卸系を構成
するとき増設される計時時間の制御ブロックを示す説明
図、第７図は第二実施例である可変リラクタンスモータ
の駆動装置を示すブロック図、第８図は同モータの固定
子磁極と回転子突極との相対位置を示す説明図、第９図
は第二実施例の可変リラクタンスモータの通電タイミン
グを示す説明図である。 １．２０・・・可変リラクタンスモータの駆動装置２．
２２・・・磁極センサ １０．２６・・・位置信号分配回路 １２ａ　〜ｌ　２ｄ　、　　２８ａ　〜２Ｂｃ　−・・
タイミング信号発生回路 Ｔｉｍ・・・タイマ回路　　　　　ＯＲ・・−論理和回
路Ｄ　ｉｆｌ〜Ｄｉｆ３・・・微分回路　Ｌｃｈ・・・
ラッチ回路代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）
第１図 （Ａ） 第２図 ＠４図 ／ＣノＡ相 第５図 第８図 第７図 ｖｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　固定子の各相磁極に設けられた相巻線を、予め定めら
   れた順序で通電して、回転子の突極にトルクを与えて駆
   動する可変リラクタンスモータの駆動装置であって、 上記相磁極毎に、 上記固定子の相磁極に対する上記回転子の突極の予め定
   められた二つの相対位置を各々検出する位置検出手段と
   、 上記検出手段により最初の相対位置が検出された時から
   計時を開始し所定時間を計時する計時手段と、 上記計時手段が所定時間を計時した時点と上記検出手段
   により次の相対位置が検出された時点とのうちの何れか
   早い時点で上記相巻線への通電を開始し、何れか遅い時
   点で上記相巻線への通電を停止する通電制御手段と、 を備えたことを特徴とする可変リラクタンスモータの駆
   動装置。