JPH0287996A - 可変リラクタンスモータの回転制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、可変リラクタンスモータの回転制御装置に間
する。

［従来の技術］ 従来より、可変リラクタンスモータ（以下、ＳＲモータ
という）の回転制御装置として、相巻線を流れる平均電
流が所定の大きさになるように制御すると共に、ＳＲモ
ータを目標回転速度で運転するために必要なトルクの大
きさに比例して平均電流を増減制御することによって、
ＳＲモータの回転速度を目標速度に制御するものが知ら
れている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記ＳＲモータにおける相巻線に流れる電流と
発生トルクとの静特性は、線形的な特性ではない。Ｉｉ
ｐち、次式に示されるように、その特性は相巻線電流の
自乗と相巻線のインダクタンス変化率との積で衷され、
しかもそのインダクタンスは相巻線電流により変化する
。

Ｔ　＝　ｋ　Ｘ　Ｉ　２ＸｄＬ／ｒｌθ（Ｔは発生トル
ク、■は相巻線電流、Ｌは相巻線のインダクタンス、θ
はＳＲモータの回転角） つまり、１電気サイクルにわたって相巻線に定電流を流
すと、第４図に示すように、その定電流により発生ずる
トルクはロータの回転に連れて変動する。それ故１、上
記回転制御装置には、ＳＲモータの運転時に１、いわゆ
るトルクリップルが発生して回転が安定しないという問
題がある。

又、相巻線電流と発生トルクどの静特性を、発生トルク
が最大となるＳＲ千・−夕のロータ角度についてみるな
らば、第５図に示すように、直線的な特性ではない。即
ち、電流が比較的小さいときしこは発生トルクは電流の
増加に対して略二次関数的に増加し、やがて略−次間数
的に増加する。更に電流が増加するとＳＲモータのステ
ータ磁極が磁気飽和するので、電流が増加しても発生ト
ルクはほとんと増加しなくなる。

要するるこ、相巻線電流を必要トルクの大きさに比例し
て増減させても必要とするトルクは発生しない。特し′
、相巻線電流が相対的に小さいとき、つまり、ＳＲモー
タにかかる負荷が小さくかつ低速回転のとき相巻線電流
の変化に対して発生トルイアは略二次関数的に変化する
ので、僅かに相巻線電流を増減するだけで発生トルクが
大きく変動する。それ故２、上記回転速度装置には、速
度制御が振動的になるという問題がある。

そこで、本発明は、Ｓ　Ｒモータが持つ相巻線電流と発
生（・ルクとの非線形な相関特性に即応して相巻線電流
を制御すること乙こよって、Ｓ　Ｒモータを目標速度（
こ速やかに安定的に制御する可変リラクタンスモータの
回転制御装置を提供することを目的とし〕でなされた。

［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、可変リラクタンスモータ
の［ボータの回転角を検出する回転角検出手段と、−１
−記可変リラクタンスモータのトルクとロータの回転角
と相巻線電流値との関係が予め格納された記憶手段と、
該記憶手段から、上記回転角検出手段により検出された
ロータの回転角と外部から入力された目ｇトルクとに対
応する相巻線電流値を読出す読出し手段と、該続出し手
段により読出された相巻線電流値に基づいて、上記可変
リラクタンスモータの相巻線への通電を制御する通電制
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
ータの回転制御装置にある。

［作用コ 以上の本発明の構成によれば、回転角手段が可変リラク
タンスモータのロータ回転角を検出すると、そのロータ
の回転角と外部から入力された目標トルクとに対応する
相巻線電流値を、読出し手段が記憶手段から読出ず。そ
こで、通電制御手段がその続出された相巻線電流値に基
づいて可変リラクタンスモータの相巻線への通電を制御
する。

［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回転制御装置１は、第１図に
示すように、回転角検出手段どしての周知のシャーブト
」−ンコーダ２と、周知のＦ　／　Ｖコンバータ４と、
トルク指令ブロック６と、電流指令ブロック８ど、電流
制御ブロック１０と、駆動制御プロ・ンク１２とから構
成、され、可変リラクタンスモータ（以ＦＳＲモータと
いう）ＳＲＭの回転速度を外部速度指令装置（図示路）
から入力された目標速度に制御する閉ループの制御系を
形成している。

即ち、シャフトエンコーダ２は、ＳＲモータＳＲＭのロ
ータの回転軸（図示路）に取り付けられており、ロータ
の回転角を検出して回転角検出信号θ（パルス）を出力
する。すると、Ｆ／Ｖコンバータ４が、シャフトエンコ
ーダ２から入力される回転角検出信号θをＳＲモータＳ
ＲＭの回転速度に対応する速度信号（電圧信号）Ｖａｃ
ｔに変換してトルク指令ブロック６に出力する。

トルク指令ブロック６では、まず速度比較器２０が、Ｆ
／Ｖコンバータ４から入力された速度信号Ｖａｃｔど外
部指令装置から入力された目標回転速度信号Ｖｓｅｔと
の偏差を検出して速度偏差信号ΔＶを周知の比例積分演
算器２１に出力する。比例積分演算器２１では、その速
度偏差に比例した比例外と速度偏差の累積値に比例した
累積分とを加算し、その結果に基づいて目標トルク指令
信号Ｔを電流指令ブロック８に出力する。この目標トル
ク指令信号Ｔは、ＳＲモータＳＲＭを目標回転速度に制
御するために必要なトルクの大きさに対応した電圧信号
で、正のトルクのときは所定の基準電圧以上となり、負
のトルクのときには基準電圧未満となる。

電流指令ブロック８では、まず、周知のＡ／Ｄコンバー
タ２２に目標トルク指令信号Ｔが入力される。Ａ／Ｄコ
ンバータ２２は、その目標トルク指令信号Ｔを所定ビッ
ト数のディジタル信号Ｔｄに変換する。このディジタル
信号Ｔｄは、目標トルクが正のトルクであるか負のトル
クであるかを識別できるように、例えば、最上位ビット
でその正負を表し、他の複数ビットで目標トルクの大き
さ（絶対値）を表している。

次に、そのディジタル信号Ｔｄと上記の回転角検出信号
θとが、読出し手段としてのアドレスインターフニーイ
ス２３に入力される。

アドレスインターフェイス２３は、周知の論理素子とア
・ンブダウンカウンタなどで構成され、ディジタル信号
Ｔｄと回転角信号θとに基づいて記憶手段としての続出
し専用メモリ（以下、ＲＯＭという）３０．３１，３２
．３３内のアドレスを特定するアドレス信号を作成する
。即ち、アドレスインターフェイス２３は、ディジタル
信号Ｔｄに基づいてＲＯＭ３０〜３３内の所定領域を特
定し回転角信号θに基づいてその領域内の番地を特定し
てアドレス信号Ａｔ、Ａ２．　　Ａ３．Ａ４を作成する
。例えは、四相（ステータ８極、ロータ６極）のＳＲモ
ータＳＲＭの場合には、各相巻線Ｌ１、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ
４に流れる電流の位相が電気角で９０度ずれるように四
つのアドレス信号Ａ１〜Ａ４を作成し、各々のＲＯＭ３
０〜３３に出力する。

それらのＲＯＭ３０〜３３には、同一のディジタル化さ
れた電流（直データが格納されている。この電流値デー
タは、所定のトルクを発生させるために必要な相巻線電
流が電気角をパラメータとして設定されたものであり、
一般に電流パターンと呼ばれている。電流値データは、
正及び負のトルク発生用の電流値データがそれぞれ所定
のトルク単位毎に作成され、各々のＲＯＭ３０〜３３の
所定領域に格納されている。この電流ｆ＋ｉデータは、
ある大きさのトルクを発生させるときの相巻線電流とロ
ータの回転角との非線形な相関特性（第４図に示した）
に基づいて作成される。例えば、所定のトルク単位毎に
、そのトルク発生させる相巻線電流の波形を、実測ある
いはシミュレーションにより測定し、この電流波形に基
づいて作成される。その−例を第２図に示す。第２図（
Ａ）は正のトルク発生のときの相巻線電流の波形、第２
図（Ｂ）は負のトルク発生のときの同波形である。

このＲＯＭ３０〜３３にアドレスインターフェイス２３
からアドレス信号Ａ１〜Ａ４が入力されると、所定の領
域に格納された電流値データから当該電流値が読出され
、その電流値のデータ１ｄ１゜Ｉｄ２．　　Ｉｄ３．　
　Ｉｄ４がＤ／Ａコンバータ４０，４１゜４２．４３へ
出力される。Ｄ／Ａコンバータ４０〜４３は、続出され
た電流１直データＩｄｌ、　　Ｉｄ２゜Ｉｄ３．　　Ｉ
ｄ４に相応する電流指令信号Ｉ　５ｅｔｌ、　　Ｉ　５
ｅｔ２．　　Ｉ　ｓｅｔ、３．　　Ｉ　ｓｅｔ、４を電
流制御ブロック１０に出力する。

電流制御ブロック１０には、ＳＲモータＳＲＭの各相に
ついて設けられた、電流比較器５ｏ、５１、　５２．　
５３、比例積分演算器６０．　６１．　６２．６３、周
知のパルス幅変調回路７０．　７１゜７２．７３（以下
、ＰＷＭ回路という）と、ｐｗＭ回路７０〜７３に三角
波Ｓｗを出力する発掘回路８０とが備えられている。尚
、電流制御ブロック１０は通電制御手段に相当する。

電流制御ブロック１０では、まず、電流比較器５０〜５
３に電流指令信号Ｉ　５ｅｔｌ〜Ｉ　５ｅｔ４が入力さ
れる。電流比較器５０〜５３は、電流指令信号Ｉ　５ｅ
ｔｌ〜ｌ５ｅｔ、４と、後述の電流検出器ＣＴから入力
される相巻線電流（実電流）の検出信号（電圧信号）　
Ｉａｃｔｌ、　　Ｉａｃｔ２．　　Ｉａｃｔ３．　　Ｉ
ａｅｔ４との偏差を検出し、電流偏差信号Δ■１．△Ｉ
２．　ΔＩ３゜△Ｉ４を比例積分演算器６０〜６３に出
力する。

比例積分演算器６０〜６３は、電流偏差信号Δ■１〜Δ
■４の比例外と累積外とに応じてレベルが上下する閾値
信号Ｓｌ、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４をＰＷＭ回路７０〜７３に
出力する。すると、ＰＷＭ回路７０〜７３は、その闇値
信号８１〜Ｓ４と発振回路８０から入力される三角波Ｓ
ｗとから周知のチョッピングパルスＰｉ　、Ｐ２．Ｐ３
．Ｐ４を作成する。このチョッピングパルスＰ１〜Ｐ４
のデユーティ比は闇値信号８１〜Ｓ４の大きざによって
定まる。つまり、実電流がフィードパ・ツクされて電流
指令と実電流との偏差が零になるようにそのデユティ−
比が調整される。そして、チョッピングパルスＰ１〜Ｐ
４が各ＰＷＭ回路７０〜７３から駆動制御ブロック１２
に出力される。

駆動制御ブロック１２は、各相毎に設けられた相駆動部
９０，９１，９２．９３と、直流電源９４及びコンデン
サ９５とから構成されている。各相駆動部９０〜９３は
、直流電源９４からＳＲモータＳＲＭの相巻線し１〜Ｌ
４への通電を制御する二つのトランジスタＴ　ｒａ、　
　Ｔ　ｒｂど、各々のトランジスタＴ　ｒａ、　　Ｔ　
ｒｂを保護する電流回生用ダイオードＤａ、Ｄｂと２゜
トランジスタＴｒａ、　　Ｔｒｂを駆動する駆動回路Ｄ
ｒａ、　　Ｄｒｂと、相巻線［，１〜Ｌ４に流れる電流
を検出する周知の電流センサＣＴから構成されている。

尚、駆動制御ブロック１２も通電制ｉ卸手段に相当する
。

上記のチヨ・ンピンゲバルスＰ　１〜１〕４が駆動回路
Ｄ　ｒａ、　　Ｄ　ｒｂに入力されると、トランジスタ
Ｔ＋″ａ。

Ｔｒｂの導通ターイミングが制御され、央茄キＤ／Ａコ
ンバータ４０〜４３の出力する電流指令信号■５ｅｔｌ
〜ｌ５ｅｔ４に対応する電流１１〜■４が、直流電源９
４から相巻線Ｌ１〜Ｌ４へ供給される。

これで、第３図（Ａ）に示すように、加速する場合には
各相巻線Ｌ１〜Ｌ４に電流値データに対応する電流ＩＩ
、Ｉ２．１３．Ｉ４が流れて各相磁（折力ら正ｃ７）ト
、＋Ｌ、りＴ１　、　　Ｔ２　、　　Ｔ３　、　　Ｔ４
がロータに与えられ、第３図（Ｂ）に示すように、減速
する場合には各相巻線し、１〜Ｌ４に電流値データに対
応する電流ＩＩ、Ｉ２．Ｉ３．Ｉ４が流れ（その通電開
始のロータ回転角が、加速する場合より電気角πだけ遅
れており、その電流波形が電気角πを中心にしたとき加
速の場合と左右対称となっている）、各相磁極から負の
トルクＴｌ、Ｔ２、Ｔ３．Ｔ４がロータに与えられる。

こうして、ＳＲモータに目標とする大きざの正あるいは
負のトルクＴが発生し、ＳＲモータＳＲＭの回転速度が
目標回転速度に速やかに制御される。

尚、逆回転運転の場合には、加速するときには負のトル
ク発生用の電流値データが用いられ、減速するときには
正のトルク発生用の電流値データが用いられる。

上記したように本実施例の可変リラクタンスモータの回
転制御装置１では、ＳＲモータの有する相巻線電流とロ
ータの回転角との非線形な相関特性に基づいて作成され
た電流値データに従って、相巻線Ｌ１〜［，４への通電
を制御するので、指令された目標トルクが発生する。従
って、ＳＲモータＳＲＭの回転速度は目標回転速度に速
やかに制御される。

又、本実施例では、ロータの角度毎に相巻線電流を制御
しているので、従来の回転制御装置によるＳＲモータの
運転では発生するトルク変動が起こらず、トルクリップ
ル、振動、共振などが抑制される。

尚、」二記実施例ではＦ／Ｖコンバータ４、速度比較器
２０、比例積分演算器２１及び電流制御ブロック１０は
アナログ素子で構成されているが、これらをディジタル
素子で構成することも可能である。更に、論理？５１算
回路を増設し制御プログラムの実行により電流指令を実
行することも可能である。この場合には、上記の各回路
の構成が簡単になると共にＳＲモータＳＲＭの回転制御
装置１が小型化できる。加えで、同装置１の温度特性が
改善される。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれは所定のトルクを発
生させるために必要な相巻線電流とロー夕の回転角との
非線形な相関特性に基づいて作成された相巻線電流値に
従って、相巻線への通電を制御するので、目標トルク通
りにトルクが発生する。従って、ＳＲモータの回転速度
を目標回転速度に速やかに制御することができると共に
、振動の少ない安定した運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である可変リラクタンスモータ
の回転制御装置を示すブロック図、第２図（Ａ）及び（
Ｂ）は電流（直データの一例を示す説明図、第３図（Ａ
）は加速時における相巻線電流と発生トルクとを示す説
明図、第３図（Ｂ）は減速時における同説明図、第４図
は相巻線に定電流を供給したときの電気角と発生トルク
との相関特性を示す説明図、第５図は発生トルクが最大
となるＳＲモータのロータ角度についてみた相巻線電流
と発生トルクとの静特性を示す説明図である。 １・・・可変リラクタンスモータの回転制御装置２・・
・シャフトエンコーダ　４・・・Ｆ／Ｖコンバータ６・
・・トルク指令ブロック　８・・・電流指令ブロック１
０・・−電流制御ブロック １２−・・駆動制御卸フ゛ロック ２３・・−アドレスインターフェイス ３０〜３３・・・ＲＯＭ　　　　　　Ｌｌ〜Ｌ４・・・
相巻線ＳＲＭ・・−可変リラクタンスモータ 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）牛 第２図 （Ａ） （Ｂ） 十−幻富ま北 十ば”＋ｌ−１−士へ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 可変リラクタンスモータ（ＳＲＭ）のロータ、の回転角
   を検出する回転角検出手段（２）と、上記可変リラクタ
   ンスモータ（ＳＲＭ）のトルクとロータの回転角と相巻
   線電流値との関係が予め格納された記憶手段（３０，３
   １，３２，３３）と、 該記憶手段（３０，３１，３２，３３）から、上記回転
   角検出手段（２）により検出されたロータの回転角と外
   部から入力された目標トルクとに対応する相巻線電流値
   を読出す読出し手段（２３）と、 該読出し手段（２３）により読出された相巻線電流値に
   基づいて、上記可変リラクタンスモータ（ＳＲＭ）の相
   巻線（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ，４）への通電を制御する
   通電制御手段（１０、１２）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回
   転制御装置。