JP2001309691A - スイッチドリラクタンスモータ及びそのセンサレス駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子極の位置検出センサや予め算出した通
電パターンを用いることの無い、スイッチドリラクタン
スモータのセンサレス駆動回路と、そのセンサレス駆動
回路に使用されるスイッチドリラクタンスモータを提供
すること。 【解決手段】 図７（ｃ）に示すように、Ｂ相を励磁し
た状態で、ロータ極２ｂが２つの非励磁相であるＣ相と
Ａ相のステータ極４ｄの略中間に位置すると、Ａ相電圧
とＣ相電圧とは略等しくなり、その電圧差は略０ボルト
となる。電圧差が所定値より小さくなると転流指令が出
力されて、図７（ｄ）に示すように、励磁相がＢ相から
Ｃ相に切り替えられ、ＳＲモータ１が左方向への回転を
継続する。このように、非励磁相に生じる変圧器起電力
を用いて、即ち非励磁相の電機子巻線電圧の電圧差によ
り、ＳＲモータ１をセンサレスで駆動することができ
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、スイッチドリラ
クタンスモータのセンサレス駆動回路と、そのセンサレ
ス駆動回路に使用されるスイッチドリラクタンスモータ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 従来、スイッチドリラクタンスモータ
（以下「ＳＲモータ」と称す）の駆動回路には、ロータ
リエンコーダなどのセンサが用いられており、そのセン
サによって回転子極の位置が検出され、所定のタイミン
グで転流が行われて、該ＳＲモータが駆動されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、かか
る回転子極の位置検出センサをＳＲモータの駆動回路に
用いると、回路コストがアップしてしまう。また、セン
サが故障すると、ＳＲモータを駆動できなくなる。更
に、センサは、センサに付属する導線と共にＳＲモータ
のハウジング内の空間を占有するので、ＳＲモータの小
型化が困難になる、などといった問題点がある。

【０００４】一方、ＳＲモータの回転子極の位置とイン
ダクタンス値（又は、電機子電流値）との関係を予め測
定し、そのインダクタンス値に対する最適な通電パター
ンを算出して、これを記憶しておき、この通電パターン
を用いて、ＳＲモータをセンサレスで駆動するものもあ
る。しかし、かかる方式では、予め通電パターンを算出
して記憶しておかなければならないので、その通電パタ
ーンの算出自体が困難であるだけでなく、通電パターン
を記憶するための回路が別途必要になって回路コストを
アップさせてしまうという問題点がある。

【０００５】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、回転子極の位置検出センサや予め
算出した通電パターンを用いることの無い、スイッチド
リラクタンスモータのセンサレス駆動回路と、そのセン
サレス駆動回路に使用されるスイッチドリラクタンスモ
ータを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 この目的を達成するた
めに請求項１記載のセンサレス駆動回路は、複数相の電
機子巻線が巻回された固定子と、その固定子内で回転可
能にされた回転子とを有するスイッチドリラクタンスモ
ータをセンサレスで駆動するものであり、前記複数相の
電機子巻線を順次励磁する相励磁回路と、その相励磁回
路により励磁の行われていない非励磁相の変圧器起電力
を検出する起電力検出回路と、その起電力検出回路によ
り検出された非励磁相の変圧器起電力に応じて前記相励
磁回路の励磁相を切り替えて転流を行う転流回路とを備
えている。

【０００７】請求項１記載のスイッチドリラクタンスモ
ータのセンサレス駆動回路によれば、相励磁回路により
電機子巻線のいずれかの相が励磁されると共に、その相
励磁回路により励磁の行われていない非励磁相の変圧器
起電力が、起電力検出回路によって検出される。転流回
路は、起電力検出回路によって検出された非励磁相の変
圧器起電力に応じて、相励磁回路の励磁相を切り替えて
転流を行う。これにより、スイッチドリラクタンスモー
タがセンサレスで駆動される。

【０００８】請求項２記載のスイッチドリラクタンスモ
ータのセンサレス駆動回路は、請求項１記載のセンサレ
ス駆動回路において、前記起電力検出回路は、前記相励
磁回路により励磁の行われていない２以上の非励磁相の
変圧器起電力の電圧差を検出する電圧差検出回路と、そ
の電圧差検出回路により検出された電圧差が所定値以下
となった場合に前記転流回路へ転流指令を出力する転流
指令回路とを備えている。

【０００９】請求項３記載のスイッチドリラクタンスモ
ータのセンサレス駆動回路は、請求項１又は２に記載の
センサレス駆動回路において、前記電圧差検出回路は、
前記２以上の非励磁相の変圧器起電力の電圧差を演算す
る差動アンプと、その差動アンプの出力電圧を正方向に
整流する倍電圧整流回路とを備えている。よって、２以
上の非励磁相の変圧器起電力の電圧差は、差動アンプに
よって演算された後に、倍電圧整流回路によって正方向
に整流されるので、必ず正の電圧値となる。従って、そ
の電圧差が所定値以下であるか否かの比較を、正電圧の
しきい値を用いて行うことができるので、かかる電圧差
の比較を容易に行うことができるのである。

【００１０】請求項４記載のスイッチドリラクタンスモ
ータのセンサレス駆動回路は、請求項１から３のいずれ
かに記載のセンサレス駆動回路において、前記相励磁回
路から出力される相励磁信号をパルス幅変調して、前記
スイッチドリラクタンスモータの回転速度を調整するパ
ルス幅変調回路を備えている。このパルス幅変調回路に
よって、スイッチドリラクタンスモータの回転速度を調
整できると共に、相励磁信号に交流成分を加えて、非励
磁相の変圧器起電力を容易に検出することができる。

【００１１】請求項５記載のスイッチドリラクタンスモ
ータは、請求項１から４のいずれかに記載のセンサレス
駆動回路に使用されるものであり、前記電機子巻線は２
以上の同じ相の電機子巻線を有しており、その２以上の
同じ相の電機子巻線は、前記相励磁回路により励磁が行
われた場合に同じ極性を示すように前記固定子に巻回さ
れている。

【００１２】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の好ましい実施例
について、添付図面を参照して説明する。図１は、本実
施例のスイッチドリラクタンスモータ（以下「ＳＲモー
タ」と称す）の構成を示した簡略図である。ＳＲモータ
１は、回転軸３に固設されたロータ２を、ステータ４内
に回転可能に軸支して構成されている。ロータ２は、回
転軸３に固設される円形のボス部２ａと、そのボス部２
ａの周方向に等間隔を空けて放射状に突設された４極の
ロータ極２ｂとを有している。また、ステータ４は、内
周方向に等間隔を空けて突設された６極のステータ極４
ｄを有している。

【００１３】この６極のステータ極４ｄには、Ａ相、Ｂ
相、Ｃ相の３相の電機子巻線４ａ，４ｂ，４ｃが対向す
るステータ極４ｄに２極ずつそれぞれ巻回されている。
この対向する２極の電機子巻線４ａ〜４ｃは、励磁（通
電）を行うことにより、その電機子巻線４ａ〜４ｃが巻
回されるステータ極４ｄをＮ極またはＳ極の同じ極性に
励磁する方向に巻回されている。これにより、励磁時に
おける非励磁相への漏れ磁束を多くして、非励磁相の変
圧器起電力の検出を良好にしている。

【００１４】図２を参照して、この点を説明する。図２
（ａ）は、本実施例のＳＲモータ１においてＡ相の電機
子巻線４ａを励磁した場合の磁束の状態を示した図であ
り、図２（ｂ）は、従来のＳＲモータにおいてＡ相の電
機子巻線を励磁した場合の磁束の状態を示した図であ
る。図２に示すように、本実施例のＳＲモータ１では、
励磁されたＡ相のステータ極４ｄは、同じ極性のＮ極に
励磁されるので、励磁により生じる磁束５は、Ａ相の電
機子巻線４ａに対向しているロータ極２ｂから入って、
別のロータ極２ｂを通り、非励磁のステータ極４ｄであ
るＢ相及びＣ相のステータ極４ｄへ入って、Ａ相のステ
ータ極４ｄへ戻っている。

【００１５】これに対し、図２（ｂ）に示すように、従
来のＳＲモータでは、励磁されたＡ相のステータ極は、
一方がＮ極に他方がＳ極に励磁されるので、励磁により
生じる磁束５は、Ｎ極に励磁されたＡ相のステータ極か
ら対向するロータ極へ入り、更に、そのロータ極からＳ
極に励磁されたＡ相のステータ極へ入って、元のＮ極に
励磁されたステータ極へ戻っており、非励磁のＢ相及び
Ｃ相のステータ極への漏れ磁束が殆どない。

【００１６】両者を比較すれば明らかなように、本実施
例のＳＲモータ１では、励磁によってステータ極４ｄが
Ｎ極またはＳ極の同じ極性に励磁されるように電機子巻
線４ａ〜４ｃが巻回されているので、励磁時における非
励磁相への漏れ磁束を多くすることができる。漏れ磁束
が多くなると、モータの回転効率は悪くなるが、その
分、非励磁相の変圧器起電力の検出を良好に行うことが
でき、ＳＲモータ１のセンサレス駆動を確実に行うこと
ができる。

【００１７】図３は、本実施例のセンサレス駆動回路の
概略的な構成を示したブロック図である。図３に示すよ
うに、センサレス駆動回路１０は、主に、速度調整回路
１１と、相励磁回路１２と、センサレス制御回路１３と
により構成されている。速度調整回路１１は、所定のデ
ューティ比で発振する矩形波を出力するための公知のパ
ルス幅変調回路（ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)回
路）であり、回路内に設けられた図示しない可変抵抗の
抵抗値を変更することによって、出力される矩形波のデ
ューティ比を変更して、ＳＲモータ１の回転速度を調整
している。

【００１８】相励磁回路１２は、図４に示すインバータ
回路により構成されている。図４は、ＳＲモータ１の３
相の電機子巻線４ａ〜４ｃを共に図示した相励磁回路１
２の回路図である。相励磁回路（インバータ回路）１２
は、３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の電機子巻線４ａ〜４ｃ
に、２４ボルトの直流電圧を順次通電（励磁）切替する
ための回路である。相励磁回路１２の直流電源２１のプ
ラス側端子には、上アームトランジスタとしての３つの
ＰＮＰトランジスタＱｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１のエミッタ
端子が接続され、直流電源２１のグランド側端子には、
下アームトランジスタとしての３つのＮ−ＭＯＳ電界効
果トランジスタＱｘ１，Ｑｙ１，Ｑｚ１のソース端子が
接続されて、これらにより３相の電機子巻線４ａ〜４ｃ
に対応した３つのアームが形成されている。即ち、上ア
ームトランジスタＱｕ１〜Ｑｗ１のコレクタ端子と、下
アームトランジスタＱｘ１〜Ｑｚ１のドレイン端子との
間に、３相の電機子巻線４ａ〜４ｃがそれぞれ接続され
ている。

【００１９】上アームトランジスタＱｕ１〜Ｑｗ１のベ
ース・エミッタ間には、保護及びベース電圧のフローテ
ィング防止用の４．７ｋΩの抵抗Ｒｕ１〜Ｒｗ１が接続
されており、また、上アームトランジスタＱｕ１〜Ｑｗ
１のベース端子には、１８０Ω（２Ｗ）の抵抗Ｒｕ２〜
Ｒｗ２の一端が接続され、その抵抗Ｒｕ２〜Ｒｗ２の他
端には、ＮＰＮトランジスタＱｕ２〜Ｑｗ２のコレクタ
端子が接続されている。トランジスタＱｕ２〜Ｑｗ２の
エミッタ端子は接地されると共に、そのベース・エミッ
タ間には１０ｋΩの抵抗Ｒｕ３〜Ｒｗ３が接続されてい
る。更に、トランジスタＱｕ２〜Ｑｗ２のベース端子に
は、４．７ｋΩの抵抗Ｒｕ４〜Ｒｗ４の一端が接続され
ている。この抵抗Ｒｕ４〜Ｒｗ４の他端は、相励磁回路
１２の入力端として、後述するセンサレス制御回路１３
の出力端ａ〜ｃと接続され、センサレス制御回路１３の
出力に応じて、上アームトランジスタＱｕ１〜Ｑｗ１が
オンまたはオフするように構成されている。

【００２０】下アームトランジスタＱｘ１〜Ｑｚ１のゲ
ート・ソース間には、保護及びゲート電圧のフローティ
ング防止用の１０ｋΩの抵抗Ｒｘ１〜Ｒｚ１が接続され
ている。また、下アームトランジスタＱｘ１〜Ｑｚ１の
ゲート端子は、１ｋΩの抵抗Ｒｘ２〜Ｒｚ２を介してセ
ンサレス制御回路１３の出力端ａ〜ｃと接続されると共
に、チョッパドライバとしてのＮＰＮトランジスタＱｘ
２〜Ｑｚ２のコレクタ端子と接続されている。このトラ
ンジスタＱｘ２〜Ｑｚ２は、エミッタ端子が接地され、
そのベース・エミッタ間に１０ｋΩの抵抗Ｒｘ３〜Ｒｚ
３が接続された、いわゆるオープンコレクタ形のＮＰＮ
デジタルトランジスタとされている。このトランジスタ
Ｑｘ２〜Ｑｚ２のベース端子は、１０ｋΩの抵抗Ｒｘ４
〜Ｒｚ４を介して速度調整回路（ＰＷＭ回路）１１の出
力端に接続されている。よって、下アームトランジスタ
Ｑｘ１〜Ｑｚ１は、センサレス制御回路１３の出力と速
度調整回路（ＰＷＭ回路）１１の出力とに応じてオンま
たはオフされる。具体的には、下アームトランジスタＱ
ｘ１〜Ｑｚ１は、センサレス制御回路１３からハイ信号
が出力されており、かつ、速度調整回路１１からロウ信
号が出力されてトランジスタＱｘ２〜Ｑｚ２がオフして
いる場合に限りオンされる。

【００２１】前記した通り、速度調整回路１１からは所
定のデューティ比の矩形波が出力されるので、下アーム
トランジスタＱｘ１〜Ｑｚ１は、上アームトランジスタ
Ｑｕ１〜Ｑｗ１がオンされている間に、速度調整回路１
１の矩形波のデューティ比でオンオフを繰り返す。電機
子巻線４ａ〜４ｃへの通電と非通電とは、この下アーム
トランジスタＱｘ１〜Ｑｚ１のオンオフに連動して切り
替えられる。よって、非励磁相の変圧器起電力を検出す
るために必要な交流成分を、パルス幅変調回路により構
成される速度調整回路１１によって生成することができ
るのである。

【００２２】なお、上アームトランジスタＱｕ１〜Ｑｗ
１のコレクタ・エミッタ間、および、下アームトランジ
スタＱｘ１〜Ｑｚ１のソース・ドレイン間には、ＳＲモ
ータ１の各電機子巻線４ａ〜４ｃを挟んで、アームトラ
ンジスタＱｕ１〜Ｑｚ１のオンまたはオフ時に電機子巻
線４ａ〜４ｃに生じる逆起電力作用に起因する電流を還
流させるためのフリーホイールダイオードＤｕ〜Ｄｚ
が、それぞれ逆並列に接続されている。

【００２３】図３に示すように、センサレス制御回路１
３は、ロータ歯位置検出回路１４と、転流回路１５と、
相励磁信号出力回路１６とにより構成されている。図５
は、このセンサレス制御回路１３のロータ歯位置検出回
路１４の回路図である。ロータ歯位置検出回路１４は、
第３入力端ＩＮ３からハイ信号が入力されている状態
で、第１入力端ＩＮ１へ入力される電圧と第２入力端Ｉ
Ｎ２へ入力される電圧との電圧差が所定値以下になった
場合に、一定時間ロウを維持する信号を出力する回路で
ある。まず、図５を参照して、このロータ歯位置検出回
路１４について説明する。

【００２４】ロータ歯位置検出回路１４の第１入力端Ｉ
Ｎ１には、２７０Ωの抵抗Ｒ１の一端が接続され、その
抵抗Ｒ１の他端は、他端が接地された１００ｋΩの抵抗
Ｒ２の一端に接続されると共に、差動アンプ２２のマイ
ナス側入力端に接続されている。同様に、第２入力端Ｉ
Ｎ２には、２７０Ωの抵抗Ｒ３の一端が接続され、その
抵抗Ｒ３の他端は、他端が接地された１００ｋΩの抵抗
Ｒ４の一端に接続されると共に、差動アンプ２２のプラ
ス側入力端に接続されている。

【００２５】差動アンプ２２は、第１入力端ＩＮ１へ入
力される電圧と第２入力端ＩＮ２へ入力される電圧との
電圧差を演算するための回路であり、プラス側電圧を＋
１５ボルトに、マイナス側電圧を−１５ボルトに設定さ
れたオペアンプＯＰを有している。オペアンプＯＰのマ
イナス側入力端には、それぞれ１ｋΩの抵抗Ｒ５および
抵抗Ｒ６の一端と、他端が接地された１００ｐＦのコン
デンサＣ１とが接続されている。抵抗Ｒ５の他端は、前
記した抵抗Ｒ１の一端に接続され、抵抗Ｒ６は、帰還抵
抗として、その他端がオペアンプＯＰの出力端に接続さ
れている。また、オペアンプＯＰのプラス側入力端に
は、それぞれ１ｋΩの抵抗Ｒ７および抵抗Ｒ８の一端
と、他端が接地された１００ｐＦのコンデンサＣ２とが
接続されている。抵抗Ｒ７の他端は、前記した抵抗Ｒ３
の一端に接続され、抵抗Ｒ８の他端は接地されている。

【００２６】このように、差動アンプ２２の各抵抗Ｒ５
〜Ｒ８の抵抗値はいずれも１ｋΩにされているので、差
動アンプ２２からは抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ２との電圧差がそ
のまま出力される。なお、各抵抗Ｒ５〜Ｒ８の抵抗値を
調整して、この差動アンプ２２から抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ２
との電圧差を増幅して出力するようにしても良い。

【００２７】差動アンプ２２の出力端は、倍電圧整流回
路２３の入力端に接続されている。倍電圧整流回路２３
は、−１５ボルト〜＋１５ボルトの差動アンプ２２の出
力電圧を、０ボルト〜＋３０ボルトの正方向に整流する
ための回路であり、４７ｎＦのコンデンサＣ３の一端
が、この倍電圧整流回路２３の入力端とされている。コ
ンデンサＣ３の他端は、アノード端子が接地されたダイ
オードＤ１のカソード端子と、ダイオードＤ２のアノー
ド端子とに接続されている。ダイオードＤ２のカソード
端子は、他端が接地された３．３ｎＦのコンデンサＣ４
の一端と、同様に他端が接地された１．８ｋΩの抵抗Ｒ
９とに接続されると共に、倍電圧整流回路２３の出力端
として、コンパレータＣＰのプラス側入力端に接続され
ている。

【００２８】コンパレータＣＰは、第１入力端ＩＮ１へ
入力される電圧と第２入力端ＩＮ２へ入力される電圧と
の電圧差が所定値以下になったか否かを比較するための
ものであり、このコンパレータＣＰのマイナス側入力端
には、比較のための「しきい値」を設定するしきい値設
定回路２４が接続されている。

【００２９】しきい値設定回路２４は、一端が電源の＋
２４ボルトに接続された６８ｋΩの抵抗Ｒ１０を有して
おり、その抵抗Ｒ１０の他端は、０〜２７ｋΩの範囲で
抵抗値を変更できる可変抵抗ＶＲの一端に接続されてい
る。可変抵抗ＶＲの他端は接地されており、また、抵抗
Ｒ１０及び可変抵抗ＶＲには、それぞれ並列に４７μＦ
のコンデンサＣ５，Ｃ６が接続されている。可変抵抗Ｖ
Ｒの非接地端、即ち、可変抵抗ＶＲと抵抗Ｒ１０との接
続端は、しきい値設定回路２４の出力端として、コンパ
レータＣＰのマイナス側入力端に接続されている。よっ
て、可変抵抗ＶＲの抵抗値を調整することにより、コン
パレータＣＰへ出力される「しきい値」を変化させるこ
とができる。

【００３０】なお、差動アンプ２２の出力電圧を、倍電
圧整流回路２３によって正方向に整流し、その整流した
電圧値をコンパレータＣＰで比較するように構成してい
るので、上記のように、しきい値設定回路２４の出力電
圧を正の電圧の範囲で調整することができる。よって、
しきい値設定回路２４の回路構成を簡易にすることがで
きるのである。

【００３１】コンパレータＣＰの出力端は、５６ｋΩの
抵抗Ｒ１１を介して電源の＋５ボルトにプルアップされ
ると共に、単安定マルチバイブレータＭＭのＢ端子に接
続されている。単安定マルチバイブレータＭＭは、ＣＤ
端子へハイ信号が入力されている場合に、Ｂ端子の入力
信号が立ち下がると、コンデンサＣ７の容量と抵抗Ｒ１
２の抵抗値とで定まる所定時間ロウを維持する信号を、
Ｑバー端子から出力する。ＣＤ端子は、第３入力端ＩＮ
３に接続され、Ｑバー端子は、このロータ歯位置検出回
路１４の出力端ＯＵＴとされている。即ち、このＱバー
端子から出力される信号が、転流回路１５（図３及び図
６参照）へ出力される転流指令となっている。なお、コ
ンデンサＣ７の容量は０．１μＦ、抵抗Ｒ１２の抵抗値
は２．２ＭΩである。

【００３２】このようにロータ歯位置検出回路１４は、
第３入力端ＩＮ３からハイ信号が入力されている状態
で、第１入力端ＩＮ１へ入力される電圧と第２入力端Ｉ
Ｎ２へ入力される電圧との電圧差が所定値以下になった
場合に、所定時間ロウを維持する信号（転流指令）を出
力するものである。

【００３３】図６は、上述したロータ歯位置検出回路１
４を３組備えたセンサレス制御回路１３の回路図であ
る。３組のロータ歯位置検出回路１４は、Ｃ相の電機子
巻線４ｃの励磁中に、Ａ相及びＢ相の電機子巻線４ａ，
４ｂの変圧器起電力を比較するものと（１４ｃ）、Ａ相
の電機子巻線４ａの励磁中に、Ｂ相及びＣ相の電機子巻
線４ｂ，４ｃの変圧器起電力を比較するものと（１４
ａ）、Ｂ相の電機子巻線４ｂの励磁中に、Ｃ相及びＡ相
の電機子巻線４ｃ，４ａの変圧器起電力を比較するもの
と（１４ｂ）、の３組がある。

【００３４】ロータ歯位置検出回路１４ｃの第１入力端
ＩＮ１にはＡ相の電機子巻線４ａのプラス側端ｕが、第
２入力端ＩＮ２にはＢ相の電機子巻線４ｂのプラス側端
ｖが、また、第３入力端ＩＮ３にはＣ相の電機子巻線４
ｃに対するセンサレス制御回路１３の出力端ｃが、それ
ぞれ接続されている。このロータ歯位置検出回路１４ｃ
の出力端ＯＵＴは、２入力オアＯＲ１の一端に入力さ
れ、そのオアＯＲ１の出力端は、単安定マルチバイブレ
ータＭＭ１のＢ端子に接続されている。また、出力端Ｏ
ＵＴは単安定マルチバイブレータＭＭ３のＣＤ端子にも
接続されている。

【００３５】同様に、ロータ歯位置検出回路１４ａの第
１入力端ＩＮ１にはＢ相の電機子巻線４ｂのプラス側端
ｖが、第２入力端ＩＮ２にはＣ相の電機子巻線４ｃのプ
ラス側端ｗが、また、第３入力端ＩＮ３にはＡ相の電機
子巻線４ａに対するセンサレス制御回路１３の出力端ａ
が、それぞれ接続されている。このロータ歯位置検出回
路１４ａの出力端ＯＵＴは、２入力オアＯＲ２の一端に
入力され、そのオアＯＲ２の出力端は、単安定マルチバ
イブレータＭＭ２のＢ端子に接続されている。また、出
力端ＯＵＴは単安定マルチバイブレータＭＭ１のＣＤ端
子にも接続されている。

【００３６】更に、ロータ歯位置検出回路１４ｂの第１
入力端ＩＮ１にはＣ相の電機子巻線４ｃのプラス側端ｗ
が、第２入力端ＩＮ２にはＡ相の電機子巻線４ａのプラ
ス側端ｕが、また、第３入力端ＩＮ３にはＢ相の電機子
巻線４ｂに対するセンサレス制御回路１３の出力端ｂ
が、それぞれ接続されている。このロータ歯位置検出回
路１４ｂの出力端ＯＵＴは、２入力オアＯＲ３の一端に
入力され、そのオアＯＲ３の出力端は、単安定マルチバ
イブレータＭＭ３のＢ端子に接続されている。また、出
力端ＯＵＴは単安定マルチバイブレータＭＭ２のＣＤ端
子にも接続されている。

【００３７】単安定マルチバイブレータＭＭ１〜ＭＭ３
は、ＣＤ端子へハイ信号が入力されている場合に、Ｂ端
子の入力信号が立ち下がると、コンデンサＣ１１〜Ｃ１
３の容量と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の抵抗値とで定まる所定
時間ロウを維持する信号を、Ｑバー端子から出力するも
のである。各コンデンサＣ１１〜Ｃ１３の容量はそれぞ
れ１００μＦとされており、各抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の抵
抗値はぞれぞれ２．２ＭΩとされている。

【００３８】各２入力オアＯＲ１〜ＯＲ３の他方の入力
端には、ＳＲモータ１の運転（駆動）と停止とを切り替
えるスイッチＳＷが接続されている。このスイッチＳＷ
が電源の５ボルト側に接続されると、ＳＲモータ１は停
止し、逆に、０ボルト側に接続されると、ＳＲモータ１
は運転（駆動）を開始する。

【００３９】単安定マルチバイブレータＭＭ１のＱバー
端子は、３入力オアＯＲ１１の入力端に接続されてい
る。このオアＯＲ１１の他の２つの入力端には、Ｂ相及
びＣ相の電機子巻線４ｂ，４ｃに対するセンサレス制御
回路１３の出力端ｂ，ｃがそれぞれ接続されており、こ
のオアＯＲ１１の出力端はインバータＩＶ１の入力端に
接続されている。インバータＩＶ１の出力端は、更に、
２入力オアＯＲ２１の入力端に接続され、そのオアＯＲ
２１のもう１つの入力端は、前記したスイッチＳＷと接
続されている。このオアＯＲ２１の出力端は、Ａ相の電
機子巻線４ａに対するセンサレス制御回路１３の出力端
ａとされている。

【００４０】また、単安定マルチバイブレータＭＭ２の
Ｑバー端子は、３入力オアＯＲ１２の入力端に接続され
ている。このオアＯＲ１２の他の２つの入力端には、Ａ
相及びＣ相の電機子巻線４ａ，４ｃに対するセンサレス
制御回路１３の出力端ａ，ｃがそれぞれ接続されてお
り、このオアＯＲ１２の出力端はインバータＩＶ２の入
力端に接続されている。インバータＩＶ２の出力端は、
更に、２入力オアＯＲ２２の入力端に接続され、そのオ
アＯＲ２２のもう１つの入力端は、後述する単安定マル
チバイブレータＭＭ４のＱ端子に接続されている。この
オアＯＲ２２の出力端は、Ｂ相の電機子巻線４ｂに対す
るセンサレス制御回路１３の出力端ｂとされている。

【００４１】更に、単安定マルチバイブレータＭＭ３の
Ｑバー端子は、３入力オアＯＲ１３の入力端に接続され
ている。このオアＯＲ１３の他の２つの入力端には、Ａ
相及びＢ相の電機子巻線４ａ，４ｂに対するセンサレス
制御回路１３の出力端ａ，ｂがそれぞれ接続されてお
り、このオアＯＲ１３の出力端はインバータＩＶ３の入
力端に接続されている。インバータＩＶ３の出力端は、
Ｃ相の電機子巻線４ｃに対するセンサレス制御回路１３
の出力端ｃとされている。

【００４２】単安定マルチバイブレータＭＭ４は、ＣＤ
端子が電源の＋５ボルトに接続されているので、Ｂ端子
の入力信号が立ち下がると、コンデンサＣ１４の容量と
抵抗Ｒ２４の抵抗値とで定まる所定時間ハイを維持する
信号を、Ｑ端子から出力する。コンデンサＣ１４の容量
は４７μＦ、抵抗Ｒ２４の抵抗値は１２０ｋΩとされて
いる。この単安定マルチバイブレータＭＭ４のＢ端子
は、前記したスイッチＳＷに接続されており、スイッチ
ＳＷが「停止（５ｖ）」から「運転（０ｖ）」に切り替
えられると、Ｂ端子に立ち下がり信号が入力される。そ
の結果、Ｑ端子から所定時間ハイを維持する信号が出力
され、これにより、Ｂ相の電機子巻線４ｂから励磁が開
始されてＳＲモータ１が回転を始める。

【００４３】なお、このセンサレス制御回路１３におい
て、転流回路１５は、オアＯＲ１〜ＯＲ３および単安定
マルチバイブレータＭＭ１〜ＭＭ３により構成され、相
励磁信号出力回路１６は、オアＯＲ１１〜ＯＲ１３，Ｏ
Ｒ２１，ＯＲ２２、インバータＩＶ１〜ＩＶ３および単
安定マルチバイブレータＭＭ４により構成される。

【００４４】次に、図７及び図８を参照して、上記のよ
うに構成されたセンサレス駆動回路１０の動作について
説明する。図７は、電機子巻線４ａ〜４ｃへの励磁とそ
の励磁に伴ってロータ２が回転する様子とを示した図で
あり、図８は、ＳＲモータ１の駆動時におけるセンサレ
ス駆動回路１０のタイミングチャートである。

【００４５】まず、スイッチＳＷが「停止」にある場合
には、オアＯＲ２１の出力ａがハイとなる。その結果、
オアＯＲ１２にハイが入力されてインバータＩＶ２から
ロウが出力されると共に、単安定マルチバイブレータＭ
Ｍ４のＱ端子からロウが出力されているので、オアＯＲ
２２の出力ｂはロウとなる。また、オアＯＲ２１の出力
がハイとなるので、オアＯＲ１３にハイが入力されてイ
ンバータＩＶ３の出力ｃがロウとなる。よって、スイッ
チＳＷが「停止」にある場合には、Ａ相の電機子巻線４
ａが励磁され、ＳＲモータ１は図７（ａ）に示す状態で
停止している。

【００４６】次に、スイッチＳＷを「停止」から「運
転」に切り替えると、単安定マルチバイブレータＭＭ４
のＢ端子の入力信号が立ち下がるので、そのＱ端子から
所定時間ハイ信号が出力され、オアＯＲ２２の出力ｂが
ハイとなる。その結果、オアＯＲ１１にハイが入力され
てインバータＩＶ１からロウが出力されると共に、スイ
ッチＳＷからはロウが出力されているので、オアＯＲ２
１の出力ａはロウとなる。また、オアＯＲ２２の出力が
ハイとなるので、オアＯＲ１３にハイが入力されてイン
バータＩＶ３の出力ｃがロウとなる。よって、スイッチ
ＳＷが「停止」から「運転」に切り替えると、Ｂ相の電
機子巻線４ｂが励磁される。これにより、ＳＲモータ１
のロータ２は、図７における左方向へ回転を始める。

【００４７】Ｂ相の電機子巻線４ｂが励磁されている間
は、３組あるロータ歯位置検出回路１４のうち、第３入
力端ＩＮ３にハイが入力されるロータ歯位置検出回路１
４ｂのみが有効となる。ロータ歯位置検出回路１４ｂで
は、励磁されていないＣ相とＡ相の電機子巻線４ｃ，４
ａに生じる変圧器起電力による電圧差が比較される。即
ち、図５において、第１入力端ＩＮ１にＣ相の電機子巻
線電圧（以下「Ｃ相電圧」と略す）が入力され、第２入
力端ＩＮ２にＡ相の電機子巻線電圧（以下「Ａ相電圧」
と略す）が入力される。入力された両電圧は、差動アン
プ２２によって、（Ａ相電圧）−（Ｃ相電圧）として電
圧差が演算される。演算された電圧差は、次段の倍電圧
整流回路２３によって０ボルト以上の正の電圧に整流さ
れ、その後、しきい値設定回路２４で設定されている
「しきい値（電圧値）」と比較される。

【００４８】Ｂ相の電機子巻線４ｂを励磁することによ
り、ロータ２は左方向へ回転し、図７（ａ）の状態か
ら、まず、図７（ｂ）に示す状態となる。図７（ｂ）に
示すように、２つの非励磁相であるＣ相及びＡ相のう
ち、ロータ極２ｂがＣ相よりＡ相のステータ極４ｄに近
い位置にある場合には、Ａ相電圧はＣ相電圧より大きい
（Ａ相電圧＞Ｃ相電圧）。この状態のＡ相電圧とＣ相電
圧との電圧差、即ち、倍電圧整流回路２３の出力電圧
は、しきい値設定回路２４によって設定されている「し
きい値」より大きく、コンパレータＣＰの出力はハイと
なっており、単安定マルチバイブレータＭＭのＱバー端
子の出力はハイのままである。

【００４９】この図７（ｂ）の状態からロータ２が更に
左回転し、図７（ｃ）に示すように、ロータ極２ｂが２
つの非励磁相であるＣ相とＡ相のステータ極４ｄの略中
間に位置すると、Ａ相電圧とＣ相電圧とは略等しくなり
（Ａ相電圧≒Ｃ相電圧）、その電圧差は略０ボルトとな
る。すると、倍電圧整流回路２４によって正方向に整流
されたＡ相電圧とＣ相電圧との電圧差は、しきい値設定
回路２４の「しきい値」より小さくなり、コンパレータ
ＣＰの出力がハイからロウへ立ち下がる。この立ち下が
り信号が単安定マルチバイブレータＭＭのＢ端子へ入力
されると、Ｑバー端子から所定時間ロウを維持する信号
が出力される。この信号が転流指令である。

【００５０】転流指令が出力されると、図６の単安定マ
ルチバイブレータＭＭ２のＣＤ端子がロウになるので、
そのＱバー端子からオアＯＲ１２へハイ信号が出力され
る。これによりインバータＩＶ２の出力がロウとなっ
て、オアＯＲ２２の出力ｂがハイからロウへ切り替わ
り、Ｂ相の電機子巻線４ｂの励磁が終了する。単安定マ
ルチバイブレータＭＭ４のＱ端子はロウを出力している
からである。

【００５１】また、転流指令が出力されると、オアＯＲ
３の出力が立ち下がり、単安定マルチバイブレータＭＭ
３のＱバー端子から所定時間ロウを維持する信号が出力
される。このときの出力ａ，ｂはロウになっているの
で、オアＯＲ１３の入力がすべてロウになり、インバー
タＩＶ３へロウが入力される。その結果、インバータＩ
Ｖ３がハイ出力となり、Ｃ相の電機子巻線４ｃが励磁さ
れる。

【００５２】上述したように、ロータ２の回転に応じて
転流が行われ、励磁相がＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、・・
・の順に切り替わり、図７（ａ）、（ｂ）、・・・
（ｆ）、（ａ）、・・・の順に、ＳＲモータ１が左方向
へ回転するのである。このように、本実施例の駆動回路
１０によれば、非励磁相に生じる変圧器起電力を用い
て、即ち、非励磁相の電機子巻線電圧の電圧差により、
ＳＲモータ１をセンサレスで駆動することができるので
ある。

【００５３】なお、スイッチＳＷが「運転」から「停
止」に切り替えられた場合には、前記したように、オア
ＯＲ２１の出力ａがハイとなり、その結果、オアＯＲ１
２にハイが入力されてインバータＩＶ２からロウが出力
されると共に、単安定マルチバイブレータＭＭ４からロ
ウが出力されているので、オアＯＲ２２の出力ｂはロウ
となる。また、オアＯＲ２１の出力がハイとなるので、
オアＯＲ１３にハイが入力されてインバータＩＶ３の出
力ｃがロウとなる。よって、Ａ相の電機子巻線４ａが励
磁された状態、即ち、図７（ａ）に示す状態でＳＲモー
タ１は停止する。

【００５４】以上、実施例に基づき本発明を説明した
が、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形
が可能であることは容易に推察できるものである。

【００５５】

【発明の効果】 本発明のスイッチドリラクタンスモー
タのセンサレス駆動回路によれば、非励磁相の変圧器起
電力に応じて転流を行い、スイッチドリラクタンスモー
タをセンサレスで駆動することができる。よって、回転
子極の位置検出センサを用いる必要がないので、その
分、回路コストを低減し、且つ、スイッチドリラクタン
スモータを小型化することができるという効果がある。
また、予め通電パターンを算出して記憶させておく必要
もないので、通電パターンの算出作業を無くして、モー
タ駆動回路の開発期間を短縮し開発コストを低減できる
と共に、その通電パターンの記憶回路を削除して回路コ
ストを低減することができるという効果がある。

【００５６】また、本発明のスイッチドリラクタンスモ
ータによれば、同じ相の電機子巻線は、相励磁回路によ
り励磁が行われた場合に同じ極性を示すように固定子に
巻回されている。よって、励磁時における固定子の非励
磁相への磁束の漏れが多くなるので、非励磁相の変圧器
起電力の検出を良好に行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるスイッチドリラクタ
ンスモータ（ＳＲモータ）の構成を示した簡略図であ
る。

【図２】 （ａ）は、本実施例のＳＲモータにおいてＡ
相の電機子巻線を励磁した場合の磁束の状態を示した図
であり、（ｂ）は、従来のＳＲモータにおいてＡ相の電
機子巻線を励磁した場合の磁束の状態を示した図であ
る。

【図３】 本発明の一実施例であるセンサレス駆動回路
の概略的な構成を示したブロック図である。

【図４】 相励磁回路（インバータ回路）の回路図であ
る。

【図５】 ロータ歯位置検出回路の回路図である。

【図６】 センサレス制御回路の回路図である。

【図７】 （ａ）〜（ｆ）は、電機子巻線への励磁とそ
の励磁に伴ってロータが回転する様子とを示した図であ
る。

【図８】 センサレス駆動回路のタイミングチャートで
ある。

【符号の説明】

１ スイッチドリラクタンスモータ ２ ロータ（回転子） ４ 固定子（ステータ） ４ａ，４ｂ，４ｃ 電機子巻線 １０ センサレス駆動回路 １１ 速度調整回路（ＰＷＭ回路）（パル
ス幅変調回路） １２ 相励磁回路（インバータ回路） １４ ロータ歯位置検出回路（起電力検出
回路） １５ 転流回路 １６ 相励磁信号出力回路 ２２ 差動アンプ（電圧差検出回路の一
部） ２３ 倍電圧整流回路（電圧差検出回路の
一部） ２４ しきい値設定回路（転流指令回路の
一部） ＣＰ コンパレータ（転流指令回路の一
部） ＭＭ 単安定マルチバイブレータ（転流指
令回路の一部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 BB04 DD09 FF03 GG01 HA01 HA07 HB16 LL17 5H619 AA13 BB01 BB06 BB24 PP01 PP13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相の電機子巻線が巻回された固定子
   と、その固定子内で回転可能にされた回転子とを有する
   スイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動回路に
   おいて、 前記複数相の電機子巻線を順次励磁する相励磁回路と、 その相励磁回路により励磁の行われていない非励磁相の
   変圧器起電力を検出する起電力検出回路と、 その起電力検出回路により検出された非励磁相の変圧器
   起電力に応じて前記相励磁回路の励磁相を切り替えて転
   流を行う転流回路とを備えていることを特徴とするスイ
   ッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動回路。
2. 【請求項２】 前記起電力検出回路は、前記相励磁回路
   により励磁の行われていない２以上の非励磁相の変圧器
   起電力の電圧差を検出する電圧差検出回路と、その電圧
   差検出回路により検出された電圧差が所定値以下となっ
   た場合に前記転流回路へ転流指令を出力する転流指令回
   路とを備えてい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センサレス駆動回路。
3. 【請求項３】 前記電圧差検出回路は、前記２以上の非
   励磁相の変圧器起電力の電圧差を演算する差動アンプ
   と、その差動アンプの出力電圧を正方向に整流する倍電
   圧整流回路とを備えていることを特徴とする請求項１又
   は２に記載のスイッチドリラクタンスモータのセンサレ
   ス駆動回路。
4. 【請求項４】 前記相励磁回路から出力される相励磁信
   号をパルス幅変調して、前記スイッチドリラクタンスモ
   ータの回転速度を調整するパルス幅変調回路を備えてい
   ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
   スイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動回路。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載のセン
   サレス駆動回路に使用されるスイッチドリラクタンスモ
   ータにおいて、 前記電機子巻線は２以上の同じ相の電機子巻線を有して
   おり、その２以上の同じ相の電機子巻線は、前記相励磁
   回路により励磁が行われた場合に同じ極性を示すように
   前記固定子に巻回されていることを特徴とするスイッチ
   ドリラクタンスモータ。