JP4416226B2

JP4416226B2 - 同期モータの制御方法及び装置

Info

Publication number: JP4416226B2
Application number: JP30458299A
Authority: JP
Inventors: 幸毅石川; 一弥明石
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: JP2001190090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己反転機能付きアクチュエータ等に使用される同期モータの制御方法及び装置に関し、特に安定した始動を可能にした同期モータの制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレベータの扉や自動車のパワーウィンドウの駆動制御においては、駆動される扉や窓に人が挟まった場合、これを速やかに検知して、扉や窓を開く方向に逆転駆動させる機能を備えたアクチュエータが使用される。このようなアクチュエータは、駆動軸に規定値以上の負荷が加わったときに、これを検出して駆動手段であるモータを逆転させる制御を行う。そのために、駆動軸に加わる負荷や駆動軸のストロークの変化を検出するためのセンサが必要になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアクチュエータでは、駆動軸に規定値以上の負荷が加わったことを検出するためのセンサや、このセンサの出力に基づく反転制御回路が必要であるため、センサの取付スペースやコストが発生するという問題がある。そこで、本出願人は、先に単相交流で駆動する単相同期モータの脱調現象を利用して、自己反転機能を有する自己反転機能付きアクチュエータを提案している（特願平１０−２７４０２４）。
【０００４】
本発明は、上述した自己反転機能付きアクチュエータを更に有効にするためになされたもので、自己反転機能付き同期モータの安定した起動を可能にした同期モータの制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る同期モータの制御方法は、単相交流電源によって駆動されて所定値以上の負荷が加わると脱調して回転方向を逆転させる自己反転機能付き同期モータを制御するための同期モータの制御方法であって、前記同期モータの始動時の所定期間では同期モータの複数のコイルに流れる励磁電流の位相を調整して前記同期モータを２相以上で所定方向に駆動し、前記所定期間経過後は前記同期モータの複数のコイルを同相で励磁して前記同期モータを単相駆動に切り替えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る同期モータの制御装置は、単相交流電源によって駆動されて所定値以上の負荷が加わると脱調して回転方向を逆転させる自己反転機能付き同期モータを制御するための同期モータの制御装置であって、前記同期モータの始動後単相駆動されるタイミングを所定時間だけ遅延させる遅延回路と、この遅延回路での遅延時間が経過した後にオフになる第１のスイッチと、この第１のスイッチがオンのときには同期モータの複数のコイルに流れる励磁電流の位相を調整して前記同期モータを２相以上で所定方向に駆動し、前記第１のスイッチがオフのときには前記同期モータの複数のコイルを同相で励磁して前記同期モータを単相駆動に切り替える駆動回路とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、同期モータの始動時の所定期間では２相以上で同期モータの複数のコイルを励磁するので、同期モータを所望とする方向に駆動することができ、所定期間経過後は同期モータの複数のコイルを同相で励磁して同期モータを単相駆動に切り替えるので、モータ駆動中は自己反転機能を実現することができる。
【０００８】
なお、前記遅延回路は、例えば同期モータを起動する信号の立上りを遅延させる積分回路と、この積分回路の出力が所定のしきい値を超えたら前記第１のスイッチをオフにするスイッチ制御回路とにより構成することができる。
【０００９】
また、本発明の好適な実施態様では、前記駆動回路は、前記同期モータのコイルに流れる励磁電流の位相を調整するためのコンデンサと、前記第１のスイッチがオンのときに前記コンデンサを前記コイルと直列に接続し、前記第１のスイッチがオフのときに前記コイルと前記コンデンサとの接続を外す接続切換系と、前記コイルを前記接続切換系を介して単相交流で駆動する単相交流電源とを有して構成される。これにより、コンデンサの挿入位置だけで多相と単相の切換が行える。
【００１０】
更に、前記同期モータのコイルが第１のコイルと第２のコイルからなる場合、第１の状態では前記コンデンサを前記第１のコイルに接続し、第２の状態では前記コンデンサを前記第２のコイルに接続する第２のスイッチを備えるようにすると、同期モータの始動時の回転方向も切り換えることができるので、常に任意の方向に回転させるという制御も可能になる。
【００１１】
上述した同期モータの制御方法を使用することにより、前記同期モータによって駆動されるアクチュエータの制御が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。図４は、本発明に使用される自己反転機能を有する単相同期モータ１０の断面図である。円筒状のケース１の中央には、径方向に２極着磁されたロータ２が、回転軸３に回転自在に支持された状態で配置されている。ケース１の対向する側面からロータ２に向けて一対の界磁極４，５が突設され、この界磁極４，５に、第１のコイル６及び第２のコイル７がそれぞれ巻回されている。そして、コイル６，７に単相交流電源８から単相交流電流を流すことにより、コイル６，７が励磁されて、界磁極４，５に交番磁界が発生し、これに同期してロータ２が回転する。単相交流であるため、ロータ２の回転方向は起動時のロータ２の位置によって変わってくる。
【００１３】
これを示したのが図５である。同図（ａ）のように、上下の界磁極４，５が起動後それぞれＳ，Ｎ極に励磁され、ロータ２が図中左上をＮ極、右下をＳ極としている場合、ロータ２の回転方向は時計回りとなる。一方、同図（ｂ）のように、上下の界磁極４，５が起動後それぞれＳ，Ｎ極に励磁され、ロータ２が図中左上をＳ極、右下をＮ極としている場合、ロータ２の回転方向は反時計回りとなる。このことは、単相交流駆動の同期モータの場合、いずれの回転方向にも回転可能であることを示している。従って、ロータ２に所定値以上の負荷が加わって、脱調を起こした場合には、ロータ２が逆回転する。これを利用したのが、前述した自己反転機能付きの同期モータである。
【００１４】
一方、一般に単相同期モータでは、所望とする方向の回転を維持するために、一方向のみ回転が可能な機構を設けて脱調を防止したり、回転方向が不定にならないようにしている。また、単相交流電源をコンデンサで位相調整して２相交流として単相同期モータを駆動するコンデンサモータも知られている。本実施例では、コンデンサモータの原理を利用して自己反転機能付きの同期モータの制御装置を実現している。
【００１５】
図１は、この発明の実施例に係る同期モータの制御装置を示す回路図である。
図中１１は、同期モータ１０を駆動するための起動スイッチ回路（第２のスイッチ）で、相互に連動する２つのスイッチ１１ａ，１１ｂから構成されている。各スイッチ１１ａ，１１ｂは、それぞれ共通端子ａ，ｂと、これら共通端子ａ，ｂに選択的に接続される選択端子ｃ，ｄ及びｅ，ｆを備えている。同期モータ１０の第１のコイル６と第２のコイル７は、一方の端子が共通接続されて単相交流電源８の一方の端子に接続され、他方がスイッチ１１ｂの選択端子ｆ，ｅにそれぞれ接続されている。単相交流電源８の他方の端子は、スイッチ１１ｂの共通端子ｂに接続されている。
【００１６】
一方、この回路にはリレー回路（第１のスイッチ）１２が設けられている。リレー回路１２は、スイッチ１２ａとこれをオンオフ駆動する駆動コイル１２ｂとからなり、スイッチ１２ａは、共通端子ｇと、この共通端子ｇに選択的に接続される選択端子ｈ，ｉとを備えている。スイッチ１２ａの共通端子ｇは、第２のコイル７とスイッチ１１ｂの選択端子ｅとの接続点に接続されている。選択端子ｈは、第１のコイル６とスイッチ１１ｂの選択端子ｆとの接続点に接続されている。また、選択端子ｉは、位相調整用のコンデンサ１３を介して第１のコイル６とスイッチ１１ｂの選択端子ｆとの接続点に接続されている。そして、これらスイッチ１１ｂ，１２ａ間の接続系が本願発明の接続切換系を構成している。
【００１７】
起動スイッチ回路１１のスイッチ１１ａの共通端子ａは直流電源に接続され、選択端子ｃ，ｄは共通接続されてプルダウン抵抗１４を経て、ダイオード１５、抵抗１６及びコンデンサ１７からなる積分回路２０への入力となっている。積分回路２０の出力は、演算増幅器からなるコンパレータ２１にマイナス入力として与えられている。コンパレータ２１のプラス入力には、直流電源を抵抗２２，２３で分圧しコンデンサ２４で安定化する分圧回路２５の出力であるしきい値電圧ＶTHが入力されている。これら積分回路２０、コンパレータ２１及び分圧回路２５で遅延回路が形成される。コンパレータ２１の出力は、入力抵抗２６、プルアップ抵抗２７及びトランジスタ２８からなるスイッチ制御回路３０に供給されている。スイッチ制御回路３０は、コンパレータ２１の出力に応じてリレー回路１２の駆動コイル１２ｂを駆動する。
【００１８】
次に、このように構成された同期モータの制御装置の動作を説明する。起動スイッチ回路１１がオフ状態では、リレー回路１２は、スイッチ１２ａを端子ｉ側に接続している。このため、コイル６，７のスイッチ１１ｂ側の端子間には、コンデンサ１３が挿入された状態になっている。この状態で起動スイッチ回路１１が起動されると、スイッチ１１ｂの状態に応じた方向に同期モータ１０が始動される。即ち、図２（ａ）に示すように、共通端子ｂが選択端子ｅに接続されると、位相調整用のコンデンサ１３は第１のコイル６側に接続され、共通端子ｂが選択端子ｆ側に接続されると、位相調整用のコンデンサ１３は第２のコイル７側に接続されることになる。これにより、同期モータ１０の回転方向を選択することができる。
【００１９】
図３は、この制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
起動スイッチ回路１１がオンになると、上述したように同期モータ１０が指定された正転方向に回転駆動される。これと同時にスイッチ１１ａがオンになるので、積分回路２０の出力ＶＩのレベルが、ダイオード１５、抵抗１６及びコンデンサ１７で決まる時定数によって徐々に上昇し、しきい値電圧ＶTHを超えた時点でコンパレータ２１の出力が１レベルから０レベルへと変化するので、トランジスタ２８がオン状態になってリレー回路１２の駆動コイル１２ｂに電流が流れる。これにより、スイッチ１２ａが選択端子ｈ側に切り替わり、第１及び第２のコイル６，７にコンデンサ１３が挿入されない状態、即ち単相駆動状態になる。この状態において、例えばＡの時点で同期モータ１０に何らかの負荷がかかると、同期モータ１０は、脱調を起こして反転駆動され、自己反転機能が実現される。
【００２０】
起動後、２相駆動される時間Ｔは、自己反転動作を行わないため、この間に人体などの巻き込みが起こらないように、適切な時間に設定する必要があるが、始動時だけの動作のため、この時間Ｔは、例えば数十μｓ〜数ｓ程度の極短時間で足りる。このため、自動車の挟み込み防止機能付きのパワーウィンドウにも十分に適用可能である。
【００２１】
なお、上記実施例では起動時に２相駆動する例を示したが、３相以上で駆動しても良いことはいうまでもない。また、コイルの数も２つに限定されるものではなく、さらにそれ以上備えていても良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、同期モータの始動時の所定期間では２相以上の交流電源で同期モータのコイルを励磁するので、同期モータを所望とする方向に駆動することができ、所定期間経過後は単相交流電源で同期モータのコイルを励磁して同期モータを引き続き駆動するので、自己反転機能を損なわないモータ駆動が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る同期モータの制御装置を示す回路図である。
【図２】同装置の動作を説明するための回路図である。
【図３】同装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】同装置に適用される自己反転機能付き単相同期モータを示す断面図である。
【図５】同モータの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
６…第１のコイル、７…第２のコイル、８…単相交流電源、１０…同期モータ、１１…起動スイッチ回路、１２…リレー回路、１３…コンデンサ、２０…積分回路、２１…コンパレータ、２５…分圧回路、３０…スイッチ制御回路。

Claims

単相交流電源によって駆動されて所定値以上の負荷が加わると脱調して回転方向を逆転させる自己反転機能付き同期モータを制御するための同期モータの制御方法であって、
前記同期モータの始動時の所定期間では同期モータの複数のコイルに流れる励磁電流の位相を調整して前記同期モータを２相以上で所定方向に駆動し、
前記所定期間経過後は前記同期モータの複数のコイルを同相で励磁して前記同期モータを単相駆動に切り替える
ことを特徴とする同期モータの制御方法。
単相交流電源によって駆動されて所定値以上の負荷が加わると脱調して回転方向を逆転させる自己反転機能付き同期モータを制御するための同期モータの制御装置であって、
前記同期モータの始動後単相駆動されるタイミングを所定時間だけ遅延させる遅延回路と、
この遅延回路での遅延時間が経過した後にオフになる第１のスイッチと、
この第１のスイッチがオンのときには同期モータの複数のコイルに流れる励磁電流の位相を調整して前記同期モータを２相以上で所定方向に駆動し、前記第１のスイッチがオフのときには前記同期モータの複数のコイルを同相で励磁して前記同期モータを単相駆動に切り替える駆動回路と
を備えてなることを特徴とする同期モータの制御装置。
前記遅延回路は、
同期モータを起動する信号の立上りを遅延させる積分回路と、
この積分回路の出力が所定のしきい値を超えたら前記第１のスイッチをオフにするスイッチ制御回路と
を有するものであることを特徴とする請求項２記載の同期モータの制御装置。
前記駆動回路は、
前記同期モータの複数のコイルに流れる励磁電流の位相を調整するためのコンデンサと、
前記第１のスイッチがオンのときに前記コンデンサを前記コイルと直列に接続し、前記第１のスイッチがオフのときに前記コイルと前記コンデンサとの接続を外す接続切換系と、
前記コイルを前記接続切換系を介して単相交流で駆動する単相交流電源と
を有するものであることを特徴とする請求項２又は３記載の同期モータの制御装置。
前記同期モータの複数のコイルは、第１のコイルと第２のコイルとからなり、
第１の状態では前記コンデンサを前記第１のコイルに接続し、第２の状態では前記コンデンサを前記第２のコイルに接続する第２のスイッチを更に備えたことを特徴とする請求項４記載の同期モータの制御装置。
請求項１記載の同期モータの制御方法を使用して前記同期モータによって駆動されるアクチュエータを制御するアクチュエータの制御方法。
請求項２〜５のいずれか１項記載の同期モータの制御装置を使用して前記同期モータによって駆動されるアクチュエータを制御するアクチュエータの制御装置。