JPH04500899A - リラクタンスモータのセンサなし制御方法及び装置 - 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】 リラクタンスモータのセンサなし制御方法及び装置技術分野 本発明は、リラクタンスモータの出力段で測定したモータパラメータ値に関連し てリラクタンスモータをセンサなし制御する方法及び装置に関するものである。

上記モータパラメータ値をマイクロプロセッサで処理することによって、予定の 値においてリラクタンスモータの実相に対して転流信号が発生される。

背景技術 リラクタンスモータは単相運転または多相運転用に設計でき、そして磁極形態に 配列した励磁巻線を備えた固定子を有している。通常型のリラクタンスモータで は、固定子は四極から成り、回転子は二極である。

固定子の四極は十字形に配列され、また回転子は直径上相対した位置に極を配置 した構成となっている。この４−２極モータにおいては、固定子極は対を成して 一回転に皿回励磁され、それにより、こうして励磁された極対は磁場を発生し、 この磁場は、磁気回路の磁気抵抗すなわちリラクタンスが最小値となる位置へ回 転子を動かす。回転子を連続して動かすためには、固定子極への給電を転流させ て、目下給電されている固定子極対への給電がしゃ断されると同時に次の固定子 極対が励磁されるようにする必要がある。

通常、この転流は回転子の位置と同期される電圧パルスまたは電流パルスによっ て制御される。これを達成するために、普通は、回転子の角度位置に関連して制 御信号を発生する一つまたは幾つかの回転子位置センサが用いられている。これ らのセンサは光学式または磁気型のセンサであり、回転子に隣接して特別の素子 を設けることが必要となる。実際に、このような回転子位置センサを使用すると 、モータの製造及び据付が相当複雑化することが判った。

そこで、種々の形式のセンサなし転流制御が提案され、モータのインダクタンス を測定及び（または）計算することが行われてきた。従って、 １、それぞれの固定子極対の巻線に接続した発振器の周波数及び（または）振幅 の測定（米国特許第４，５２０゜３０２号明細書参照）、または ２．１！圧パルスの印加中における巻線における電流の誘導値の測定（スウェー デン国特許５Ｅ−Ｂ−８６０４３０８−０号明細書参照）、または ３、印加電圧を被測定電流で割ることによる磁束の計算（スウェーデン国特許５ Ｅ−Ｂ−８６０４３０７−２号明細書参照）に基づいてインダクタンスを計算す ることは公知である。

原則として、提案された全ての解決法においては、ある相のインダクタンスまた は微分インダクタンスが測定され、そしてこうして測定した値は転流の限界値と 比較される。これらの公知の解決法は、リラクタンスモータが高速または高負荷 で運転される場合には思わしくないか或いは全く役立たない。リラクタンスモー タが高負荷で運転される場合には、モータは飽和され、すなわち、電流が変化す るためにインダクタンスが変化する。種々の異なった電流補償が試みられ成功し ている。しかしながら、このような電流補償は回路構成を一層複雑なものとして いる。

発明の開示 従って、本発明の目的は、上記の公知の方法の欠点を解消したリラクタンスモー タのセンサなし制御方法及び装置を比較的簡単な手段で提供することにある。

この目的は、公知の装置で行われているインダクタンスの測定と違って、本発明 に従って実際の磁束だけを測定し、その磁束を電流の予定の非線形関数である磁 束値と比較することによって達成される。

本発明は、各角度位置に関してリラクタンスモータが固定子極対の巻線における 電流と磁束との間に決まった非線形関係をもつという事実を利用している。磁束 が電流の単純な増大関数であることは確立されている。モータ巻線の出力段の電 圧及び電流をサンプリングすることによって、各サンプル期間について実際の磁 束マ、が式マ、　＝ｆ　（ｕ−Ｒｉ）　ｄｔによって計算され得る。得られた実 際の値は、所与回転角度における電流の関数としてモータの磁束である電流の予 定の非線形関数と比較される。この回転角度は、転流信号の望まれる角度である 。磁束Ｖ、の実際の値が電流の予定の関数ｖ（１）で決まる値に等しいかまたは その値を越える時、転流信号が発生される。

図面の簡単な説明 本発明によるリラクタンスモータのセンサなし制御方法を、この方法を実施でき る添付図面に開示している装置の好ましい実施例に関して以下詳細に説明する。

添付図面において、 第１ａ図はリラクタンスモータにおける磁束と電流との基本関係を示す線図であ り、 第１ｂ図は転流角θ、に対する関数？　（１）を示す線図であり、 第１Ｃ図はモータの運転中における一つ相の計算された磁束１１ｒ、を示し、角 度θは変数であり、矢印ｔは時間の推移を示し、 第１ｄ図は第１ｂ図及び第１ｃ図を重ね合わせた線図であり、運転中の計算され た磁束のグラフＶよと表にされた値のグラフＷ（１）との交点θ−θ、が転流の 望まれる位置を表し、 第２図は本発明によるリラクタンスモータの固定子巻線の給電用の基本回路線図 を示し、また第３図は第２図による給電装置の制御回路のブロック線図を示す。

発明を実施するための最良の形態 第１ａ図には、リラクタンスモータにおける回転子の特表平４−５００８９９　 （３） 種々の回転角度における一つの相での磁束Ｗ、と電流ｉとの間の非線形関係の線 図が示されている。この線図から明らかなように、磁束は各角度位置に対して電 流の単純な増大関数である。二重突極を備えたリラクタンスモータの場合、通常 極間の相互インダクタンスは無視できる。従って、一つの相における磁束及び電 流は残りの相に関係なく考察され得る。

以下本発明を、突極を備えモして四極固定子及び二極回転子を有するリラクタン スモータに関して説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。固定子 極の巻線は対を成して相互に接続され、また回転子の極は直径上相対した位置に 配置される。従ってここで取り上げた４−２極りラフタンスモータでは、固定子 極は対を成して一回転に皿回励磁される。各相は、正のトルクが発生される角度 期間中に励磁される。通常、回転子位置センサはそれぞれの相のターンオン及び ターンオフを制御するのに用いられる。回転子位置センサは転流信号を発生し、 この転流信号はモータへ駆動パルスを供給する制御装置で用いられる。駆動信号 はセンサの発生する転流信号と同期化されるが、必ずしも転流信号と一致する必 要はない。これに関連して、転流信号は転流に関する信号を意味し、直接転流を 行なう信号を意味するものではない。本発明によれば、転流信号は回転子位置セ ンサから発生されるのではなく、磁束Ｖ、の実際の値（第１ｃ図）と瞬時電流の 所与関数ｖ（ｉ）　（第１ｂ図）との比較（第１ｄ図）によって発生される。

第２図には二相リラクタンスモータにおける固定子巻線を給電する基本回路線図 が示されている。各巻線端子旧０、旧１　、Ｒ１２、）１１３はそれぞれ電力段 １．２．３．４に割り当てられている。固定子巻線は対を成して作動するので、 電力段も共動する。電力段１．２は端子）＋１０　、　）Ｉｌｌの相に関係し、 また電力段３．４は端子旧２　、Ｒ１３の相に関係する。

電力段１〜４にはモータの電源Ｕから電圧が供給される。各電力段１〜４は二つ のトランジスタＴ１、Ｔ２を備えた駆動段と一つのトリがトランジスタＴ３とを 有している。駆動段Ｔ１、Ｔ２の出力は巻線端子屓０〜）１１３のそれぞれ一つ に接続され、またこの駆動段の入力はトリガトランジスタＴ３によって制御され 、このトリガトランジスタＴ３のベースには、トリガトランジスタＴ３のベース に接続されたそれぞれの入力端子ＰＩ５〜Ｐ１８に印加された転流信号が供給さ れる。

本発明の好ましい実施例では、電力段において電圧と電流の瞬時値がサンプリン グされる。すなわち、電圧のサンプリングは電源Ｕに接続された分圧器Ｒ１、Ｒ ２を介して行われ、サンプリングされた電圧Ｕは端子Ｐ７から取出される。サン プリングされた電流は端子Ｐ８から電圧値Ｒ−１の形で取出され、ここでＲは実 際の補巻線と実際の電力段との加算抵抗である。

端子Ｐ７、Ｒ８から取出されたサンプリングした値は、第３図にブロック線図で 示す制御回路の同じ参照符号で示す入力端子に供給される。制御回路はマイクロ プロセッサ５を有し、このマイクロプロセッサ５には記憶装置６及びアナログ− デジタル変換器７が接続されている。記憶装置６には電流の関数とし、て磁束の 予定の値１！’　（１）が、転流芯信号の発生されることになる四転子極の異な った角度位置に対して表にした形態で記憶される。マイクロプロセッサ５は各電 力段１．２．３．４に対する制御入力Ｐ１５〜Ｐ１ｇを備えており、これらの制 御入力は第２図と同じ符号で示されている。

上述のように、二相モータ型の例では、リラクタンスモータの動作において固定 子極対の電力段１．２及び３．４は交互に付勢される。各駆動パルスに対してマ イクロプロセッサは、電圧Ｕ（端子Ｐ７）及び電流ｉ（端子Ｐ８）を周期的にサ ンプリングし、それらの値はマイクロプロセッサ５に入力される。これらの値か ら関数ΔＷ−（ｕ−Ｒ−ｉ）Δｔが形成され、ここで、両電力段が導通している 時はｕ−Ｕ。

電力段の単に一つだけが導通している時はｕｓ−Ｑ　。

いずれの電力段も導通していない時はｕ−−ＩＪ。

Ｒは巻線と電力段との合成抵抗、 Δｔは６里の計算される時間間隔である。

ΔＶを前の磁束値に加えることによって、磁束の実際の値１Ｖ、が得られる。各 駆動パルスのはじめには、Ｖ、−Ｏである。実際の磁束値マ、は記憶装Ｗ６にお ける表にした値ｖ（１）と比較される。こうして磁束値Ｖ、が値Ｖ（ｔ）に等し いかまたはそれ以上の場合には、マイクロプロセッサ５は転流信号を発生する。

この転流信号は各パルスに対して予定の角度位置で受けられる。そしてこの転流 信号はマイクロプロセッサ５においてはあたかも外部回転子位置センサからの信 号であるかのように取扱われる。転流信号の発生がいかなるセンサも使用せずに 行われることを除いて制御装置はセンサを用いた装置と同じように作動する。文 献、例えばＴ、Ｊ、Ｅ　Ｍｉｌｌｅｒ：　’５ｖ１ｔｃｈｅｄ　Ｒｅ１ｕｃｔａ ｎｃｅ　ＭｏｔｏｒＤｒｌｖｅｓ”　、Ｖｅｎｔｕｒａ　、　Ｃａ１ｉｆｏｒｎ ｉａ　１９８８から知られているように、制御は種々の仕方で行なうことができ る。

選んだ方法は本発明による転流信号の発生に影響を及ぼさない。

従って、本発明による装置によって、簡単な手段でリラクタンスモータのセンサ なし制御方法が提供される。上述のように、単に例示の目的で４−２極モータの 主要な組立体を用いてきたが、しかしながら、本発明はこの特定のモータ形式に 限定するものではない。

更に、選択した実施例は、現在トランジスタを利用した制御技術が最も有効なも のであるとしてもこの制御技術に限定されるものと考えてはならない。

特表平４−５００８９９　（４） 国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＳＥ　９０１００４９８

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．リラクタンスモータの電力段（１〜４）からの被測定パラメータ値に関連し て、これらの値をマイクロプロセッサ（５）で処理し、そして予定の値において リラクタンスモータの実際の極巻線（Ｈ１０〜Ｈ１３）に対する転流信号を発生 することによってセンサなしでリラクタンスモータを制御する方法において、そ れぞれの極巻線（Ｈ１０〜Ｈ１３）における磁束と電流との関係を、リラクタン スモータの回転子極の各角度位置（第１図）について予め決め、磁束の実際の値 （Ψｍ）を測定し、この測定値を電流の予定の非線形関数（Ψ（ｉ））と比較し て、磁束の実際の値が予定の非線形関数（Ψ（ｉ））に等しいかまたはそれを越 えた時に転流信号を発生させることを特徴とするリラクタンスモータのセンサな し制御方法。
2. ２．瞬時電圧（ｕ）及び電流（ｉ）をそれぞれサンプリングすることによって磁 束の値を測定し、上記の電圧及び電流の値をマイクロプロセッサへ供給して関係 式ΔΨ＝（ｕ−Ｒ・ｉ）Δｔ（ここでＲは実際の極巻線と実際の電力段との抵抗 である）によって磁束の変化を計算し、上記磁束の変化を前に受けている磁束の 値（Ψｍ）に加算し、加算した値で磁束の実際の値を構成している請求の範囲１ に記載の方法。
3. ３．固定子の各極巻線（Ｈ１０〜Ｈ１３）に対する電力段（１〜４）を有し、上 記電力段を電源（Ｕ）に接続し、マイクロプロセッサ（５）に含まれた制御回路 （第３図）から（Ｐ１５〜Ｐ１８を介して）受けた転流信号に関連して作動する リラクタンスモータのセンサなし制御装置において、転流信号の望まれる角度位 置についてそれぞれの極巻線（Ｈ１０〜Ｈ１３）における磁束に対する電流の予 定の非線形関数（Ψ（ｉ））を記憶する記憶装置（６）をマイクロプロセッサ（ ５）に接続し、制御回路（第３図）が、磁束の実際の値（Ψｍ）が予定の非線形 関数（Ψ（ｉ））の値に等しいかまたはそれを越えた時に転流信号を発生させる ため記憶装置（６）に記憶された相応した非線形関数（Ψ（ｉ））と比較される 磁束の実際の値（Ψｍ）を測定する手段を有していることを特徴とするリラクタ ンスモータのセンサなし制御装置。
4. ４．磁束の実際の値（Ψｍ）を測定する手段が、実際の各電力段（１〜４）のそ れぞれ電圧（ｕ）及び電流（ｉ）の瞬時値をサンプリングするサンプリング手段 を有し、上記のサンプリングした値をアナログーデジタル変換器（７）を介して マイクロプロセッサ（５）に供給し、関係式ΔΨ＝（ｕ−Ｒ・ｉ）Δｔ（ここで Ｒは実際の極巻線と実際の電力段との抵抗である）によって磁束の変化（ΔΨ） を計算し、上記磁束の変化と前に受けている磁束の値（Ψｍ）とをマイクロプロ セッサ（５）において加算し、加算した値で磁束の実際の値を構成している請求 の範囲３に記載の装置。
5. ５．各電力段（１〜４）が転流信号で制御されるトランジスタ（Ｔ３）を備えて いる請求の範囲３または４に記載の装置。
6. ６．リラクタンスモータの電源電圧（Ｕ）のサンプリングが分圧器（Ｒ１、Ｒ２ ）を介して行われ、また極巻線（Ｈ１０〜Ｈ１３）に流れる電流のサンプリング が電流測定抵抗（Ｒ３）を介して行われる請求の範囲４に記載の装置。