JPH0984375A - 高周波クロックを利用したスイッチト・リラクタンス・ドライブ用の角度制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波クロックを利用したスイッチト・リラ
クタンス・ドライブ用の角度制御器の実現。 【構成】 切替えリラクタンスドライブを制御するため
の回路及び方式は、少くとも１つの相巻線とロータ位置
エンコーダを備えており、ロータ位置エンコーダはステ
ータに関してロータの絶対的位置に応答する一連の信号
を送出する。回路はその一連の信号を監視して高周波ク
ロック信号を生成する。高周波クロック信号は一連の信
号が状態を変えるときの周波数と本質的に比例する周波
数をもつ。高周波クロック信号はロータのそれぞれの回
転に対する多数のディジタルパルスから成る。このディ
ジタルパルスはロータの歩進的位置に応答し、カウンタ
に加えられる。カウンタは信号の状態の変化に従ってリ
セットされる。カウンタの出力は所定値と比較され、そ
の比較結果に応答して少なくとも一つの相巻線の励起を
起こしたり停止したりする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は制御システムと、とく
に切換えリラクタンスドライブで使用するための制御シ
ステムに関する。

【０００２】一般に、リラクタンス機械は電動機であ
り、電動機では、その移動部分が磁気回路のリラクタン
スが最小となる位置、すなわち、励起巻線のインダクタ
ンスが最大となる位置、へ移動しようとする傾向によっ
てトルク（回転力）が作り出される。

【０００３】リラクタンス機械の一つの形式では、相巻
線の励起が制御された周波数で生じている。この種の機
械は電動機又は発電機として動作することができる。こ
れらは一般に同期リラクタンスモータと呼ばれている。
リラクタンス機械の第２の形式では、ロータの角度位置
を検出し、ロータの位置の関数として相巻線を励起する
ための回路が備えられている。このリラクタンス機械の
第２の形式のものも電動機又は発電機となり、この種の
機械が一般に切換えリラクタンス機械として知られてい
る。この発明は、一般に電動機又は発電機として動作す
る切換えリラクタンス機械を含む、切換えリラクタンス
機械に関する。

【０００４】

【従来の技術】図１は電動機として動作する切換えリラ
クタンス機械（スイッチト・リラクタンス機械）用の切
換えリラクタンスドライブシステム（スイッチト・リラ
クタンス・ドライブ・システム）１０の主要な部品を示
す。入力直流電源１１はバッテリィもしくは交流主電源
を整流し、濾波したものでよい。電源１１から供給され
る直流電圧は、電動機１２の相巻線をまたいでパワーコ
ンバータ１３によって切換えられ、パワーコンバータは
電子制御部１４の制御下に置かれている。切換えは、ド
ライブ１０の適切な動作のためには、ロータの回転角度
と正しく同期していなければならない。従って、ロータ
位置検出器１５が普通は採用されて、ロータの角度位置
に対応した信号を供給するようにしている。ロータ位置
検出器１５は速度帰還信号を生成するために使用され
る。

【０００５】ロータ位置検出器１５はいろいろな形態を
とることができる。あるシステムでは、ロータ位置検出
器１５はロータ位置トランスジューサで構成され、パワ
ーコンバータ１３内で装置の違った切換え状態が必要と
なる位置にロータが回転する度毎に、状態を変える出力
信号を送出するようにしている。別なシステムでは、ロ
ータ位置検出器１５は相対位置エンコーダで構成し、ク
ロックパルス（又は類似の信号）がロータが予め選定し
た角度を通過して回転する度毎に送出されるようにして
いる。

【０００６】ロータ位置検出器１５がロータ位置トラン
スジューサで構成されているシステムでは、ロータの角
度位置を表わす出力信号を適切に送出するためのロータ
位置トランスジューサ回路の故障は性能を著しく劣化さ
せるし、ひどい場合には電動機が作動しなくなる。ある
場合には、故障しているロータ位置トランスジューサ出
力に基づいて機械を制御しようとする制御器１４は、そ
の機械も制御回路の他の部分も破損してしまうことがあ
りうる。

【０００７】ロータ位置検出器１５からの正確な信号が
大切なことは図２及び図３を参照して説明できる。図２
及び図３は電動機として動作しているリラクタンス機械
の切換えを説明している。

【０００８】図２はロータポール２０がステータポール
２１に矢印２２に従って近付いていることを示す。図２
に示すように、全部の相巻線２３がステータポール２１
に巻かれている。上述のように、ステータポール２１の
周りの相巻線２３の部分が励起されるときはロータに力
が作用してロータポール２０をステータポール２１に整
列させるように引込む。

【０００９】図３はパワーコンバータ１３内の切換え
（スイッチング）回路を示し、この回路はステータポー
ル２１の周りで相巻線２３の部分の励起を制御する。パ
ワー切換え装置３１，３２がオンに切換ると、相巻線
（コイル）２３は直流電源に接続されて、相巻線が励起
される。

【００１０】一般に、相巻線は励起されて、ロータの回
転に次のように影響を与える：ロータの第１の角度位置
（ターン・オン角度と呼ばれる）では、制御器１４は切
換え装置３１，３２の両方をオンとするために切換え信
号を送出する。切換え装置３１，３２がオンのときは相
巻線は直流バスに接続され、それが増大する磁気フラッ
クスを電動機内に形成する。この磁気フラックスがロー
タポールを引込んで電動機トルクを作り出す。機械内部
で磁気フラックスが増大すると、電流が直流電源から流
れ、スイッチ３１，３２及び相巻線２３を通って直流バ
スにより供給される。ある種の制御器では電流帰還が採
用され、相電流の振幅が切換え装置３１及び３２の一方
又は両方を素早くオンとオフとに切換えて電流にチョッ
ピングを施して制御されるようにしている。

【００１１】多くのシステムでは、相巻線が直流バスラ
インに接続されたままであり（あるいはチョッピングを
採用したときはチョッピング装置に接続されて）ロータ
が、ここで言うロータの自由回転角（フリーホイーリン
グ角）に到達するまで回転をする。ロータが自由回転角
に相当する角度位置（図２の位置２４）に到達すると、
一つのスイッチ、例えば３１、がオフとなる。その結
果、相巻線を通って流れる電流は流れ続けるが、スイッ
チの一つ（この例では３２）、を通ってだけ流れ、ま
た、帰路ダイオード（この例では３４）の一つだけを通
ることになる。自由回転期間中は、相巻線をまたいで殆
んど電圧差はなく、フラックスはほぼ一定に保たれる。
電動機系はこの自由回転状態を、ロータが“ターン・オ
フ”角度と呼ばれている角度位置（図２の位置２５とし
て示してある）に回転するまで、持続する。ロータがタ
ーン・オフ角度に到達すると、両スイッチ３１，３２が
オフに変り、相巻線内の電流はダイオード３３，３４を
通って流れ始める。ダイオード３３，３４はこのときに
直流バスから反対の極性で直流電圧を加えるようにし
て、機械内の磁気フラックス（したがってそれとともに
相電流）を減少させることになる。

【００１２】切換えリラクタンス電動機内の相巻線の励
起はロータの角度位置を正確に検出することに大きく依
存している。

【００１３】既知の切替えリラクタンスドライブ用のエ
ンコーダシステムは、歩進的な位置エンコーダによって
送出されるディジタル信号を迅速に処理するためには、
適切な時間に位相励起を起こすために高価な電子が必要
なので、しばしば制限を伴う。例えば、既知のシステム
では歩進的な位置エンコーダが用いられて、ロータの一
回転の度毎に比較的多数のディジタルクロックパルスを
送出している。高価な電子回路や高速マイクロプロセッ
サを用いないシステムでは、この歩進的なエンコーダに
よって送られてくる多数のディジタルパルスを、ロータ
の角度位置で相巻線の励起と適切に同期するように処理
するのは難しく、かつ高価である。

【００１４】この発明は、独立した複数のクレームで定
義してある。この発明の好ましい特徴はそれぞれ従属項
のクレームに述べられている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、位置エンコ
ーダから歩進的な高分解能パルス列を生成する、低コス
トで効果的な切替えリラクタンスドライブ用の制御シス
テムに発展している。切替えリラクタンスドライブ用の
信号の発信を制御するために用いられる、高分解能位置
信号を作り出すこの制御システムの手段及び回路も明ら
かにする。この制御システムは速いマイクロプロセッサ
を必要とすることなく費用効果の高い切替えリラクタン
スドライブの制御システムを実現している。

【００１６】以下に示すこの発明の実施例は切替えリラ
クタンスドライブの動作を制御することを実現できるも
のとする。明瞭性を重視し、実際の構成のすべての特徴
をこの明細書の中で記載しないこととする。

【００１７】一般に、この発明の構成は図４に示すよう
に、切換えリラクタンス機械の動作を制御するための位
置エンコーダと改良された制御システムとで構成され
る。図４において、このシステムは制御器４０がロータ
位置エンコーダ４２からのロータの角度位置に対応する
信号を受信するように構成されている。エンコーダ４２
からの信号に応答して、制御器４０は切換え（スイッチ
ング）信号（すなわち点火信号）を生成し、パワースイ
ッチングデバイス（図４に例示せず）で相巻線の励起を
制御するもののスイッチング状態を判断する。

【００１８】図４の実施例では、エンコーダ４２によっ
て制御器４０に提供される信号は２組、すなわち第１の
組４２ａと第２の組４２ｂとで成る。第１の組４２ａを
構成する信号はロータの絶対位置に対応する第１の分解
能をもつもので、組４２ａからの信号は３６０電気角度
のどのスパン内でも現実のロータ位置を定義するのに使
用できる。第２の組４２ｂを構成する信号は歩進的位置
に対応する第２の分解能のもので、組４２ｂを構成する
信号が絶対位置を示すものではないが、ロータの相対的
な動きを示す、回転当りのパルスの整数値を提供するよ
うにしている。図４の実施例では、第１の組の分解能は
第２の組の分解能よりも小さく、エンコーダ４２からの
出力信号で第１及び第２の組を構成するもの４２ａ−ｂ
は一連のディジタルパルスで成る。

【００１９】図５，６及び７は、エンコーダ４２の構造
の詳細を示す。図５−７の実施例では、エンコーダ４２
はカップ・ベィン（コップ羽根）５０とセンサ５１ａ，
５１ｂ、及び５１ｃ並びに５２ａ及び５２ｂで成る。図
５はカップ・ベイン５０の斜視図を、図６及び７はカッ
プ・ベイン５０の詳細と、この発明によるセンサ５１ａ
−ｃ及び５２ａ−ｂの位置関係を示す。

【００２０】図６について見れば、カップ・ベイン５０
は二重分解能のカップ・ベインで、２組の歯５３，５６
を含んでいる。歯の第１の組５３には８の突出する歯５
３ａ−ｈがあって、歯５３ａ−ｈに対応する８の光阻止
領域（以下これを“マーク”領域と呼ぶ）と、８の光透
過領域５４ａ−ｈ（以下これを“スペース”領域と呼
ぶ）を定義づけている。図の実施例では歯５３ａ−ｈは
すべて同じ幅であり、その寸法はマーク領域の角度展開
がスペース領域の角度展開と実質的に等しくなるように
している。

【００２１】図６及び７は歯の第１の組５３がどのよう
に使用されて、第１の分解能をもつディジタルエンコー
ダとなり、ステータに対するロータの絶対的な位置を示
す信号を送出するかを示す。図６では、３つのセンサ５
１ａ−５１ｃがカップ・ベイン５０と共働して、ディジ
タル信号の第１の組を作るかを示す。第５−７の実施例
では３つのセンサ５１ａ−５１ｃはスロットのある光セ
ンサであって、図７に示すように実質的に１５°離れて
位置決めされたもので構成されている。光センサ５１ａ
−５１ｃは８の歯５３ａ−ｈを受入れるようにも位置決
めされている。動作に当っては、３つのセンサ５１ａ−
５１ｂがそれぞれ第１の論理レベル（例えば、論理
“１”）のディジタル信号を、歯５３ａ−ｈの１つがそ
のセンサが関係しているスロット内にあるときに送出
し、そのセンサが関係しているスロットが空のときには
第２の論理レベル（例えば、論理“０”）のディジタル
信号を送出する。従って、歯５３ａ−ｈがセンサ５１ａ
−５１ｃを回り過ぎて行くときはセンサからの出力が全
体でロータの絶対位置を示すようになる。

【００２２】もう一度図６に戻って、カップ・ベイン５
０には歯５６の第２の組が含まれる。図５−７の実施例
では、歯５６の第２の組は１２０の歯が等しい幅であっ
て、１２０の光阻止領域（以下“マーク”領域と呼ぶ）
と１２０の光透過領域（以下“スペース”領域と呼ぶ）
とを作っている。

【００２３】図６及び７は歯の第２の組５６がどのよう
に第２の分解能のディジタルエンコーダを提供するのに
用いられて、ロータの歩進的な位置を示す信号を送出す
るかを示している。図６を見ると、２つのセンサ５２
ａ，５２ｂがカップ・ベイン５０と共働してディジタル
信号の第２の組を作るのに用いられている。図５−７の
実施例では、２つのセンサ５２ａ−５２ｂはスロットの
ある光センサが、図７に示すように実質的に０．７５°
離れて位置決めされている。光センサ５２ａ−５２ｂは
１２０の歯で、歯の第２の組５６を成すものを受領する
ように位置決めされている。センサ５２ａ，５２ｂは上
述のセンサ５１ａ−５１ｃと同様な動作をする。センサ
５２ａ及び５２ｂの出力を次に述べるように監視するこ
とによって、ロータが０．７５°高分解能歩進の回転を
する度毎にディジタルパルスを発生する。このディジタ
ルパルスでセンサ５２ａと５２ｂを監視して得られるも
のは、第２の分解能の信号の第２の組の一例を構成して
いる。

【００２４】図５−７に例示した特定のエンコーダ４２
は例示にすぎず、この発明は他の形式及び構成のベイ
ン、センサ、及び位置エンコーダにも適用できる。例え
ば、組当りの歯の数は変えることができ、この発明の趣
旨を変えずにセンサの位置と数とを変えることができ
る。図７のセンサの間隔は、その出力信号がマークとス
ペースの領域が進んで行くに従って特定のシーケンスに
従うものであることが理解されたと思う。もし十分なス
ペースがなくて、ある限られた角度展開範囲内にすべて
もしくは両方のセンサを配列するとなると、各センサは
それぞれの位置にあるが、隣りのセンサに対して位置が
決められて、適当な時間を除くと、別のマーク／スペー
スによって影響を受けることになる。マーク領域がピッ
チ円直径（ＰＣＤ）をもっていると考えれば、ＰＣＤ上
の１つのセンサの位置はセンサによって作られる波形の
タイミングを変えずに１又は複数のマーク／スペースピ
ッチによって変えることができる。さらに、カップ・ベ
インを用いることは本質的なことではないし、ベインが
光阻止及び光透過部分を定義することは本質的なことで
はない。他の形式のベインとセンサとを使うことができ
る。例えば、ベインは磁気的なマーク領域と非磁気的な
スペース領域で構成でき、センサはホール効果デバイス
で構成できる。同様に、ベインは強磁性体材料の歯で構
成し、センサはそれぞれがリラクタンスセンサで形成で
きる。ディジタル信号を抽出する他の手段には変化する
キャパシタンス又Ｑはインダクタンスの領域と、変化を
検出するための適当なセンサを含むものがある。また、
光の透過率を変える領域に代って、光反射率の変動を使
用することもできる。したがって、この発明は図５−７
に例示した特定のエンコーダに限定されず、第１の分解
能で信号の第１の組を作り、第２の分解能で信号の第２
の組を作るものに適用することができる。

【００２５】図４を見ると、この発明の制御器４０はエ
ンコーダ４２から２組の出力信号を受領して、これらの
信号をパワーデバイスのスイッチングの制御に利用し
て、切換えリラクタンス機械の相巻線の励起を制御す
る。ディジタル出力信号４２ｂでエンコーダ４２からの
第２の組が周波数てい倍器４４に送られていることに気
付くと思う。周波数てい倍器４４はエンコーダ４２から
の第２の分解能の信号の第２の組を受領して、高周波ク
ロック信号（ＨＦクロック）を生成し、それが角度制御
器４６によって機械の相巻線の励起の制御に使用され
る。図４には示していないが、実施例で、周波数てい倍
器４４がエンコーダ４２から信号の第１の組を受領し
て、信号の第１の組からＨＦクロックを生成することも
想定している。

【００２６】図８（ａ），８（ｂ）は図４の周波数てい
倍器４４を実現するために使用できる回路の例を提供す
る。図８（ａ）はエンコーダ４２からの信号の第２の組
が周波数てい倍器４４に提供されたときに使用すること
ができる回路を示す。図８（ｂ）はエンコーダ４２から
の信号の第１の組４２ａが周波数てい倍器４４に提供さ
れたときに使用される回路を示す。

【００２７】図８（ａ）を見ると、ディジタル信号の第
２の組４２ｂが歩進的検出器６０に加えられ、そこでセ
ンサ５２ａ，５２ｂからの信号を監視してロータが回転
の所定の高分解能歩進だけ回路したときに状態を変える
信号を作る。図８の実施例では、歩進検出器６０は排他
的論理和（ＸＯＲ）ゲートで成る。歩進検出器６０から
の出力は一連のクロックパルスであり、各クロックパル
スはロータの回転の高分解能歩進に対応している。歩進
検出器６０からのクロックパルスの列は８ビットアップ
カウンタ６１のリセット入力に加えられる。従って、ア
ップカウンタ６１はセンサ５２ａ，５２ｂから得られた
ディジタルパルスの列を受領し、これがロータの完全な
回転毎に所定数のパルスをもって構成されている。８ビ
ットアップカウンタ６１のクロック入力は（÷Ｎ）分周
器６３を介してシステムクロックに接続されており、こ
こでＮは整数であって、この例では値４である。システ
ムクロックは、エンコーダ４２によって送出されるディ
ジタル信号の第２の組で成るディジタルパルスの周波数
に対して、非常に高い周波数をもっている。動作時に
は、アップカウンタ６１はエンコーダ４２によって提供
されるディジタル信号の第２の組で生ずるパルスの立上
り又は立下りの各時にリセットされる。アップカウンタ
６１は分周されたシステムクロックに応答して計数を重
ね、ロータの角速度に対応するクロックされた出力を送
出する。例えば、ロータが第１の速度（例えば、比較的
遅い速度）で回転しているときは、カウンタ６１は相対
的にみて、しょっちゅうはリセットされず、したがって
カウンタ６１の最大計数値は比較的大きくなる。ロータ
の角速度が第２の速度に増大すると、カウンタ６１はも
っと頻繁にリセットされて、カウンタ６１の最大出力は
比較的小さくなる。一般に、カウンタ６１の出力は８ビ
ット最大計数値であってモータの速度の逆数に対応した
ものとなる。カウンタ６１の最大出力はプログラマブル
デバイダ６２に、エンコーダ４２によって提供されたデ
ィジタル信号の第２の組内のパルスに応答して送出され
る。

【００２８】アップカウンタ６１からの８ビットディジ
タル出力はプログラマブルデバイダ６２の制御入力に加
えられる。プログラマブルデバイダ６２はそのクロック
入力としてシステムクロックを受領する。従来技術から
認識されるように、プログラマブルデバイダ６２は標準
構成のもので、そのクロックに加えられた信号の周波数
の何分の１かの周波数をもつ出力クロック信号を送出す
る。図８（ａ），８（ｂ）の実施例では、プログラマブ
ルデバイダは出力クロック周波数が入力クロック周波数
を制御入力で受領した８ビットディジタルワードで表現
された数で除したものに等しいような形式のものであ
る。従って、プログラマブルデバイダ６２は、高周波デ
ィジタルクロック信号（ＨＦクロック）であって、エン
コーダ４２からの信号の第２の組を構成するディジタル
パルスの周波数に比例して変る周波数をもつものを提供
する。エンコーダ４２からの信号の第２の組を構成する
ディジタルパルスの周波数がモータの速度に比例して変
化するから、ＨＦクロック信号はモータの速度に比例し
て変化する周波数をもつ。

【００２９】図８（ａ），８（ｂ）には示していない
が、実施例で分周したシステムクロックの周波数がエン
コーダ４２からの継続するクロックパルスの間でアップ
カウンタ６１をオーバーフローさせそうな場合は、アッ
プカウンタ６１のビット数は結果として増大させてよ
い。

【００３０】図８（ｂ）はエンコーダ４２からの信号の
第１の組４２ａが周波数てい倍器４４に提供されるとき
に周波数てい倍器を実現するための回路である。図８
（ｂ）の回路は図８（ａ）について上述したのと同様に
作動するが、カウンタ６１が、信号４２ａによって反映
されるように、回転の歩進を介してロータが回転する度
毎にリセットされる。

【００３１】３入力排他ゲート６４は信号４２ａを受け
て出力信号を送出する。この出力信号は、信号４２ａの
いずれか１つが状態を変える度毎に状態を変える。図８
（ｂ）の回路が利用されるときは、エンコーダ４２から
の高分解能パルス列４２ｂは、機能しているドライブに
は必要ない。このような実施例では１つのパルス列だけ
を提供する簡単なＲＰＴを用いることができる。図４に
戻って、周波数てい倍器４４からのＨＦクロック信号が
角度制御回路部４６とチョッピング制御回路部４７に加
えられる。一般に、角度制御回路部４６とチョッピング
制御回路部４７とはＨＦクロックとエンコーダ４２から
の信号とに応答してパワーデバイスに対してスイッチン
グ信号を送出する。チョッピング制御部４７は比較的小
さな角速度で、相巻線内の電流制御に対してチョッピン
グ方法が効果的なときに用いることができ、角度制御部
４６はモータの速度が比較的大きく、チョッピング制御
が効果的でないときに採用される。一般に、角度制御器
４６とチョッピング制御器４７とはエンコーダ４２から
得られたディジタルロータ位置信号を受領して、このエ
ンコーダ４２からのロータ位置信号を所望の動作条件を
得るためのターンオン及びターンオフ角度に対応する信
号と比較する。適切な制御部がロータがターンオン角度
に対応した位置にあると判断するときは、スイッチング
信号が適切なパワーデバイス用に生成されて、適切な相
巻線を励起する。エンコーダ４２から得られたロータ位
置信号がロータがターンオフ角度に対応する位置にある
ことを示すときは、適切な制御器がスイッチング信号を
生成して、適切なスイッチングデバイスをオフとし、適
切な相巻線の励起を解く。チョッピング制御が使用され
るときは、制御部４７は相巻線内の電流を制御するため
に、ターンオンとターンオフとの角度によって決まる期
間の間でチョッピング信号を生成することになる。この
種の技術に切換えリラクタンスドライブの技術では公知
のことである。

【００３２】図４の実施例では、ターンオンとターンオ
フの情報が制御規則テーブル４８により用意され、テー
ブル４８はその内容としてトルク要求と機械の実際の速
度とを表わす入力信号を含んでいる。図４の実施例で
は、制御規則テーブル４８はルックアップテーブルで成
り、ＥＰＲＯＭ内に予め補間したマトリックスを含み、
ターンオン及びターンオフデータがいくつかの速度／ト
ルク要求の組合せに対して記憶されている。このターン
オン及びターンオフデータは経験的に得てもよいし、計
算してもよい。別な実施例では、制御規則テーブル４８
がまばらなマトリックスで成り、マイクロプロセッサ又
はＡＳＩＣを用いて、実時間で適切なターンオンとター
ンオフとの角度を計算するようにしている。

【００３３】図９（ａ）は一般に図４の角度制御器４６
を実現するために使用される回路の例を示す。図９
（ａ）に示すように、角度制御器４６は８ビットのアッ
プカウンタ７０で成り、そのクロック入力として図８に
関係して述べたＨＦクロック信号を受領する。説明した
ように、ＨＦクロック信号は一連のクロックパルスで成
り、ロータの角速度に比例した周波数で発生する。アッ
プカウンタ７０のリセット入力は第１の信号の組から少
くとも１つの信号を受領するように接続されており、図
９（ａ）の実施例では、その信号はセンサからのパルス
列５１ａである。

【００３４】図９（ａ）を見ると、８ビットカウンタ７
０はパルス列５１ａにエッジが生ずる度毎にリセットさ
れる。図９（ａ）の実施例では、アップカウンタ７０は
各立上りエッジでリセットされるが、他の実施例ではカ
ウンタ７０は立下りエッジでリセットされることも想定
している。カウンタ７０はロータポールがステータポー
ルに対してとるある絶対的位置に対応した点でリセット
されるから、また、カウンタ７０はロータの速度に比例
して変るＨＦクロック信号でクロックされているから、
アップカウンタ７０の走行中の出力は時間で増大するデ
ィジタルワードであり、ディジタルワードの値はロータ
の位置に対応している。これが図９（ｂ）の角度制御ラ
ンプ信号として一般的に示されている。

【００３５】図９（ｂ）を見ると、アップカウンタ７０
の出力は角度制御ランプによって表わされる。図９
（ｂ）が示すように時間の一点Ｔ₀ では、カウンタ７０
は信号５１ａの立上りエッジを受領する。この立上りエ
ッジはカウンタ７０をリセットして、その出力を零に落
す。上述のように、この立上りエッジの発生は、ロータ
ポールがステータポールに対してある絶対位置に到達し
たことを示している。カウンタ７０がリセットされた後
に、その出力は各ＨＦクロックパルスに応答して増加
し、時間Ｔ₄ でパルス列５１ａからの立上りエッジの次
の発生があるまで続く。ＨＦクロックパルスがロータの
速度に比例するレートで発生するから、カウンタ７０の
出力はロータの位置に対応することになる。

【００３６】図９（ａ）に戻ると、カウンタ７０からの
ディジタル出力でロータ位置に対応するものが、スイッ
チング信号もしくは点火信号を発生するのに使われて、
関心のある相巻線を励起もしくは励起を解くためのパワ
ーデバイスを制御する。とくに、図９（ａ）では８ビッ
ト比較器７２が、ロータがターンオン（オン切換え）角
度に到達したときを検知するのに使われて、適当なスイ
ッチングデバイスがオンに切換えされるようにする。図
９（ａ）に示すように、比較器７２はそのＡ入力で、８
ビットワードを所望のターンオン点に対応する制御規則
テーブル４８から受領する。比較器７２はそのＢ入力で
カウンタ７０から走行中の出力を受領する。図９（ａ）
の実施例では、比較器７２は、そのＡ入力がＢ入力を超
えたときにはいつでも論理高レベル出力を送出する。従
って、比較器７２の出力は、所望のターンオン（オン切
換り）角度がカウンタ７０の走行中の出力を超えたとき
にはいつも論理高（“１”）となり、他のときは論理低
（“０”）となる。この信号はインバータ７３で反転さ
れて、カウンタ７０の走行中の出力がターンオン（オン
切換り）角度を表わす信号を超えたときはいつも論理高
であるディジタル信号を送出するようにする。

【００３７】同様に、比較器７４がそのＡ入力に制御規
則テーブル４８から所望のターンオフ（オフ切換り）角
度に対応するディジタルワードを受領し、Ｂ入力にカウ
ンタ７０の走行中の出力を受領する。比較器７２に似
て、比較器７４は、Ａ入力のワードがＢ入力のワードを
超えたときはいつも、論理高（“１”）である出力信号
を作る。従って、比較器７４はカウンタ７０からの出力
がターンオフ（オフ切換り）角度に対応する信号を超え
たときはいつでも論理低（“０”）であるディジタル信
号を作る。

【００３８】比較器７２からの反転出力と、比較器７４
からの出力とは共にＡＮＤゲート７５に送られる。従っ
て、ＡＮＤゲート７５は、カウンタ７０からの走行中の
出力がターンオン（オン切換り）角度を表わす信号より
大きく、かつターンオフ（オフ切換り）角度を表わす信
号より小さいときにだけ論理高であるディジタル信号を
送出する。ＡＤＮゲート７５からのこの出力信号は、図
９（ａ）に示していない回路によって適当な相巻線に対
する励起を制御するために使用することができる。比較
器７２，７４とＡＮＤゲート７５の一般的な動作を図９
（ｂ）に示し、そこではＡＮＤゲート７５からの出力は
一連のパルスを表わし、機械の励起の制御に用いること
ができるものとなっている。

【００３９】当業者には判断できるところであろうが、
図９（ａ）に例示した制御系は基本的なもので、フリー
ホイーリングのようなもっと複雑な制御機能を実現する
ための回路を含んでいない。この種の付加的な機能は、
この発明の趣旨を変えずに（例えば他の比較器を付加す
ることによって）図９（ａ）の回路に簡単に付け加える
ことができる。さらに図９（ａ）は単相に対してだけの
制御回路を例示している。この回路は一般にモータの各
相に繰返すことになり、付加的な回路（図示せず）は一
般にエッジを変える必要があって、ドライブがモータ動
作から発電動作に移行するときは立上りでのリセットか
ら立下りでのリセットに角度制御ランプをリセットする
エッジを変更する。例えば、図９（ａ）の回路はアップ
カウンタ７０が繰返され、センサ５１ｂ又は５１ｃのい
ずれかからのパルス列からリセットされる。図９（ａ）
の制御系を多相モータに拡張するための技術及び回路
は、ここでの開示の長所をもつことは当業者に自明のこ
とと思う。さらに、図９（ａ）の制御回路は角度制御器
を一般的に例示した。この制御器はチョッピング回路を
含むように変形して、相巻線内の実際の電流を所望の電
流との間の比較をオン切換り角度とオフ切換り角度の間
で行うようにし、実際の電流が所望の電流と一致又は超
えたときには相電流をチョップすることができる。

【００４０】図４の制御器は切換えリラクタンス機械の
効果的な制御が高価な絶対的位置エンコーダ又は高価な
処理回路なしに、できるようにしている。従って、図４
に示したようにこの発明の制御器は、低コストで効果的
な制御系を提供する。

【００４１】留意しておきたいのは、図５−７に示した
特定のエンコーダ４２は例示にすぎず、またこの発明は
他の形式および構成のベイン、センサおよび位置エンコ
ーダにも適用できる。例えば、組当りの歯の数は変える
ことができ、この発明の趣旨を離れずにセンサの数と位
置とを変えることもできる。

【００４２】さらに別な実施例では、異なる分解能をも
つ２つの歩進エンコーダか、異なる分解能をもつ２つの
絶対エンコーダとを想定している。さらに、上述のこの
発明の実施例では論理回路、ＡＳＩＣ又はマイクロプロ
セッサを含んでいるが、この発明は適切にプログラムさ
れたマイクロコントローラ、特定の論理回路もしくはア
ナログ回路によって実行できることは当業者に明らかで
あろう。

【００４３】

【発明の効果】この発明を回転機械について記述してき
たが、当業者であれば、同じ動作原理が線形位置エンコ
ーダに応用されても等しい効果が得られることに気づく
であろう。例えば、リラクタンス機械が他の形式の電気
機械と一緒にリニアモータとして構成できる。リニアモ
ータの可動部材はロータに対応している。ここで用いた
“ロータ”はリニアモータの可動部材を含めている積り
である。

【００４４】したがって、この発明の原理は上述の例及
び説明で開示されたところにより、各種の形式の回路や
装置を用いて実現できる。当業者はここで例示した応用
例に厳密に従わず、かつ、この発明の趣旨を離れずに修
正、変更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】切換えリラクタンス ドライブ リラクタンス
システムの主要な部品

【図２】ステータポールに近づいているロータポール
と、ステータポールに関連した相巻線の部分に対する転
換点

【図３】図２のステータポールに関連した相巻線の部分
の励起を制御する電力コンバータのスイッチング回路の
概要

【図４】切換えリラクタンスドライブの動作を制御する
ための位置エンコーダと改良された制御システム

【図５】図４のエンコーダの構造の詳細

【図６】図４のエンコーダの構造の詳細

【図７】図４のエンコーダの構造の詳細

【図８】ａ及びｂは図４の周波数てい倍器を実現するた
めに使用される回路の例

【図９】ａ及びｂは図４の角度制御器を実現するために
使用される回路の例と、角度制御器によって送られる信
号とそこで生成される信号 図中同一番号は同一部品を示す。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切替えリラクタンス機械用の制御システ
   ムであり、該システムはロータ、ステータ及び少くとも
   一つの相巻線から成り、該制御システムは：ステータに
   関してロータの位置を表示する出力信号を生成するロー
   タ位置エンコーダと；エンコーダからの第１の出力信号
   を受けるようにされ、かつ第１の出力信号の周波数と比
   例する周波数をもつクロック信号を引き出すように動作
   する周波数てい倍器と；クロック信号及びエンコーダか
   らの第２の出力信号に応答して、少くとも一つの相巻線
   の励起を制御するための切替え用信号を生成する角度制
   御手段とで構成される切替えリラクタンスドライブ用の
   制御システム。
2. 【請求項２】 第１の出力信号を受けるようにされ、第
   １の出力信号の出力信号の状態の変化によって定義され
   ているそれぞれのクロックパルスで成る一連のクロック
   パルスを生成するように動作する歩進検出器と；一連の
   クロックパルスを受けるようにされたリセット入力をも
   ち、歩進検出器が生成するそれぞれのクロックパルスに
   応答してリセットでき、システムクロックに接続された
   クロック入力をもち、歩進検出器からの一連のクロック
   パルスの周波数に比例して変化する出力を送出すること
   ができるカウンタと；システムクロック及びカウンタの
   出力を受けるよう接続され、カウンタ出力によってシス
   テムクロック用の周波数との関係が制御され、かつシス
   テムクロック用の周波数の分数である周波数をもつ高周
   波クロック信号を送出するよう動作する、プログラマブ
   ル除算器とで構成される周波数てい倍器を備えた請求項
   １記載の制御システム。
3. 【請求項３】 歩進検出器は排他的ＯＲゲートで構成さ
   れる請求項２記載の制御システム。
4. 【請求項４】 高周波クロック信号の周波数はカウンタ
   の出力によって除算されるシステムクロックの周波数に
   等しい請求項２又は３記載の制御システム。
5. 【請求項５】 クロック入力とリセット入力をもち、該
   クロック入力は高周波クロック信号を、該リセット入力
   は第１の出力信号をそれぞれ受けるよう接続されてお
   り、カウンタリセット入力にパルスを加えると、カウン
   タクロック入力に加えられるパルス数を表わすカウンタ
   出力を送出するよう動作するカウンタと；カウンタ出力
   及びターンオン信号を受けるように接続され、該ターン
   オン信号は相巻線が励起されるロータ位置に応答する値
   をもち、カウンタ出力の値がターンオン信号の値を超え
   るときには第１の論理レベルで出力信号を送出する第１
   の比較器と；カウンタ出力及びターンオフ信号を受ける
   ように接続され、該ターンオフ信号は相巻線が励起を解
   かれるロータ位置に応答する値をもち、カウンタ出力が
   ターンオフ信号の値を超えるときには予め定められた論
   理レベルで出力信号を送出する第２の比較器と；第１及
   び第２の比較器からの出力信号に応答して点火信号を生
   成し、該比較器からの出力信号が、カウンタ出力がター
   ンオン信号の値よりも大きいが、ターンオフ信号の値よ
   りも小さいことを示すときには相巻線を励起する論理手
   段とで構成される角度制御手段を備えた請求項１から５
   のいずれか１つに記載の制御システム。
6. 【請求項６】 第１の論理レベルは論理低レベルであ
   り、予め定められた該論理レベルは論理低レベルであ
   り、第１及び第２の比較器からの出力信号に応答する論
   理手段は、第１の比較器の出力に接続され、第１の比較
   器の出力を反転するための反転器と、該反転器の出力を
   受けるように接続される第１の入力と、第２の比較器の
   出力を受けるように接続される第２の入力とをもつＡＮ
   Ｄゲートとで構成される請求項５記載の制御システム。
7. 【請求項７】 第１の出力信号は第１の分解能でロータ
   の絶対的位置に応答し、第２の出力信号は第２の分解能
   でロータの歩進的位置に応答するものであり、第２の分
   解能は第１の分解能よりも大きい請求項１ないし６のい
   ずれか１つに記載の制御システム。
8. 【請求項８】 ロータ位置エンコーダは第１の組の特徴
   と第２の組の特徴を含む部材と、そこを通過する該部材
   の動きを表わす出力信号を作る第１の組のセンサと第２
   の組のセンサとから成り、第１の組のセンサからの出力
   信号はは第１の出力信号を、また、第２のセンサからの
   出力は第２の出力信号を構成する請求項７記載の制御シ
   ステム。
9. 【請求項９】 ロータ位置エンコーダは１組の特徴を含
   む部材と、１組のセンサと、そこを通過する前記部材の
   動きを表わす出力信号を作る第１及び第２の出力信号は
   同じ信号である請求項１ないし６のいずれか１つに記載
   の制御システム。
10. 【請求項１０】 前記特徴は光を阻止する領域及び光を
    透過する領域を定義し、一連のセンサを構成するセンサ
    は光センサである請求項８ないし９記載の制御システ
    ム。
11. 【請求項１１】 光阻止領域及び光透過領域は角度の開
    きを定義するものであり、光透過領域と光阻止領域との
    角度の開きは第１の組の特徴における特徴によって定義
    され、かつ実質的に等しいものである請求項１０記載の
    制御システム。
12. 【請求項１２】 ロータ、ステータ、少くとも１つの相
    巻線、及びステータに関してロータの絶対的位置に応じ
    て信号を送出するロータ位置エンコーダを備えた切替え
    リラクタンス機械を制御する方法であって：信号を監視
    して、一連の信号が状態を変えるときの周波数に比例す
    る周波数をもつ高周波数クロック信号を生成し；一連の
    信号の状態の変化によって高周波クロック信号の状態の
    変化の計数を開始させ；計数が第１の所定値に達したと
    きは少くとも１つの相巻線を励起させ；計数が第２の所
    定値に達したときは少くとも１つの相巻線を励起を解く
    段階から構成される切替えリラクタンス機械を制御する
    方法。
13. 【請求項１３】 ロータ、ステータ、少なくとも１つの
    相巻線、及びロータ位置エンコーダであって、ステータ
    に関するロータの絶対的位置に応じて第１の分解能で第
    １の組の信号を送出し、ロータの歩進的位置に対応して
    第２の分解能で第２の組の信号を送出し、また第２の分
    解能は第１の分解能よりも大きいものであるロータ位置
    エンコーダを備えた切替えリラクタンス機械を制御する
    方法であって：第２の組の信号を監視して、第２の組の
    信号が状態を変えるときの周波数に比例する周波数をも
    つ高周波数クロック信号を生成し；第１の組の信号の状
    態の変化によって高周波数クロック信号の状態の変化の
    計数を開始させ；計数が第１の所定値に達したときは少
    くとも１つの相巻線を励起させ；計数が第２の所定値に
    達したときは少くとも１つの相巻線を励起を解く段階か
    ら構成される切替えリラクタンス機械を制御する方法。