JPH0287997A

JPH0287997A - 可変リラクタンスモータの回転制御装置

Info

Publication number: JPH0287997A
Application number: JP63238159A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Furuhashi; 古橋　雅彦; Yukio Aoyama; 青山　行夫
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-28
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JP2767827B2

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］本発明は、可変リラクタンスモータの回転制御装置に関
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
大きさに比例して上記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。即ち
、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表され、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／［Ｊθ（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する
トルクはロータの回転に連れて変動する。それ故、上記
回転制御装置には、ＳＲモータの運転時に、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との静特性を、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るなら
は、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には出力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８ｉ気飽和するので、電流が総加しても発生トル
クはほとんど増加しなくなる。

要するに、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。特に、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ク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、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、ＳＲモータが持つ相巻線電流と発生
トルクとの非線形な相関特性に即応して相巻線電流を制
御することによって、ＳＲモータを目標速度に速やかに
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てなされた。

［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
のロータの回転角を検出する回転角検出手段と、上記可
変リラクタンスモータが基準トルクを発生するときの、
ロータの回転角に対応する相巻線電流値を予め格納した
記憶手段と、該記憶手段に格納された電流値を、外部か
ら入力された目標トルクを発生するための相巻線電流値
に補正するための補正値を、上記可変リラクタンスモー
タのトルクと相巻線電流値との関係に基づいて発生する
補正値発生手段と、上記記憶手段からロータの回転角に
対応する相巻線電流値を読みだし、上記補正値発生手段
から発生された目標トルクに対応する補正値に基づいて
相巻線電流を補正する補正手段と、その補正された相巻
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は、まず、回転角検出手段が
可変リラクタンスモータのロータの回転角を検出する。

又、外部より目標トルクが指令されると、補正値発生手
段が目標トルクを発生させるための相巻線電流値を、可
変リラクタンスモータのトルクと相巻線電流値との関係
に基づいて発生させる。すると、補正手段が、回転角検
出手段が検出したロータの回転角に対応する相巻線電流
値を記憶手段から読出し、その読出された相巻線電流値
を補正値発生手段が発生させた補正値に基づいて補正す
る。そして、その補正された相巻線電流値に基づいて、
通電制御手段が可変リラクタンスモータの相巻線への通
電を制御する。

［実施例コ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、回転角検出手段としての周知のシャフト
エンコーダ２と、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と、電流制御プロ・ン
ク１０と、駆動制御ブロック１２とから構成され、可変
リラクタンスモータ（以下ＳＲ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と外
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分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、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・ン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のうち最上位ビットの信
号ＴＭＳＢと上記の回転角検出信号θとが、アドレスイ
ンターフェイス２３に入力される。

アドレスインターフェイス２３は、周知の論理素子やア
ップダウンカウンタなどで構成され、信号ＴＭＳＢと回
転角信号θとに基づいて読出し専用メモリ（以下、ＲＯ
Ｍ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、信号ＴＭＳＢ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Ａ１．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Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４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を特定しそのアド
レス信号ＡＩ、Ａ２．　　Ａ３．Ａ４を各々の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
た電流値データが格納されている。この電流値データは
、予め定められた基準の大きさのトルクを発生させるた
めに必要な相巻線電流が所定の電気角毎に設定されたも
のであり、一般に電流パターンと呼ばれている。電流値
データとしては、正及び負のトルク発生用のものが作成
され、各ＲＯＭ３０〜３３内の相異なる領域に格納され
ている。この電流値データは、基準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
性に基づいて作成される。例えば、第４図に示すように
、基準トルクを発生させるときの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Ａｌ−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Ｉ’ｌ１，Ｉｄ２．　　Ｉｄ３．
　　Ｉｄ４が周知の乗算型Ｄ／Ａコンバータ４０，４１
，４２．４３へ出力される。

一方、ディジタル信号Ｔｄのうち最上位ビットを除く複
数ビットの信号Ｔ　ＢＩＴは、読出し専用メモリ（以下
、ｒｏｍという）２４に入力される。

すると、このｒｏｍ２４には、ＲＯＭ３０〜３３に格納
された標準トルク発生のための電流値データを目標トル
クの大きさに応じて補正するための補正データが格納さ
れているので、目標トルクの大きさに対応した補正（直
信号Ｃｄが周知のＤ／Ａコンバータ２５に出力される。

この補正データは、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
非線形な静特性（第５図に示した）に基づいて設定され
ている。

Ｄ／Ａコンバータ２５は上記の補正値信号Ｃｄに基づい
て電流補正信号Ｉ　ｒｅｆを各乗算型Ｄ／Ａコンバータ
４０〜４３に出力する。

各乗算型Ｄ／Ａコンバータ４０〜４３では、リファレン
スとして入力された電流補正信号Ｉ　ｒｅｆと、電流値
のディジタルデータＩｄｌ〜Ｉｄ４とに基づいて目標ト
ルクに必要な電流を算出し電流指令信号Ｉ　５ｅｔｌ、
　　Ｉ　５ｅｔ２．　　Ｉ　５ｅｔ３．　　Ｉ　５ｅｔ
４を電流制御ブロック１０に出力する。

尚、Ａ／Ｄコンバータ２２、ｒｏｍ２４及びＤ／Ａコン
バータ２５は補正値発生手段に相当し、ＲＯＭ３０〜３
３は記憶手段に相当し、アドレスインターフェイス２３
、Ｄ／Ａコンバータ２５、及び乗算型Ｄ／Ａコンバータ
４０〜４３は補正手段に相当する。

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５０，５１、　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を出力する発振回路８０とが備えられている。

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〜Ｉ　５ｅｔ４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）　
Ｉ　ａｃｔｌ、　　Ｉ　ａｃｔ２．　　Ｉ　ａｃｔ３．
　　Ｉ　ａｃｔ４との１扁差を検出し、電流偏差信号Δ
ＩＩ、　　ΔＩ２．　　ΔＩ３゜ΔＩ４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Δ１１〜Δ
■４の比例分と累積分とに応じてレベルが上下する閾値
信号Ｓｌ、９２．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とから周知のチヨ・ンピングバルスＰｉ、Ｐ２．Ｐ３
．Ｐ４を作成する。このチヨ、ツビングバルスＰ１〜Ｐ
４のデユーティ比は闇値信号８１〜Ｓ４の大きさによっ
て定まる。つまり、実電流がフィードバックされて電流
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、チヨ・ンピングバルスＰ１〜
Ｐ４が各ＰＷＭ回路７０〜７３から駆動制御ブロック１
２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及び回生用コ
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Ｌ
１〜Ｌ４への通電を制御する二つのトランジスタＴ　ｒ
ａ、　　Ｔ　ｒｂと、各々のトランジスタＴｒａ、　　
Ｔｒｂを保護する電流回生用ダイオードＤａ、Ｄｂと、
トランジスタＴｒａ、Ｔ「ｂを駆動する駆動回路Ｄ　ｒ
ａ、　　Ｄ　ｒｂと、相巻線Ｌ１〜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。

上記のチョッピングパルスＰＩ〜Ｐ４が駆動回路Ｄ　ｒ
ａ、　　Ｄ　ｒｂに入力されると、トランジスタＴｒａ
。

Ｔｒｂの導通タイミングが制御され、乗算型Ｄ／Ａコン
バータ４０〜４３の出力する電流指令信号■５ｅｔ１．
　　Ｉ　５ｅｔ２．　　Ｉ　５ｅｔ３．　　Ｉ　５ｅｔ
４に対応する電流■１、Ｉ２．Ｉ３．Ｉ４が、直流電源
９４から相巻線Ｌ１〜Ｌ４へ供給される。

尚、電流制御ブロック１０と駆動制御ブロック１２とは
通電制御手段に相当する。

これて、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１１
〜■４が流れて各相磁極から正のトルクＴ１．Ｔ２．Ｔ
３．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Ｌ１〜Ｌ４に電流値デー
タに対応する電流ＩＩ、１２．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ＴＩ、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さの正あ
るいは負のトルクが発生し、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では相巻線電流と発生トルクとの非線形な
静特性に基づいて作成された補正データによって電流値
データを補正して相巻線Ｌ１〜Ｌ４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、従来は通電期間に相巻線に供給される電流が所定の
大きさに平均するように通電を制御しているので、発生
トルクが変動する。しかし、本実施例はＳＲモータが持
つ相巻線電流と発生トルクとの非線形な相関特性に極め
て近い形で相巻線型ここで、上記実施例ではＦ／Ｖコン
バータ４、トルク指令プロ・ンク６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
演算回路を増設すれば、制御プログラムの実行により電
流指令を実行することや電流値データの補正をマイクロ
プロセッサにより行うことも可能である。この場合には
、上記各回路の構成を簡単にすることができる。従って
、ＳＲモータＳＲＭの回転制御装置１が小型化できる。

加えて、同装置１の温度特性を改善できる。

又、上記実施例では、読出し専用メモリ２４に補正デー
タが格納され、目標トルクの大きさに応じて標準トルク
発生のための電流値データを補正しているが、この他に
アナログ素子で構成された関数発生器を使用して目標ト
ルクの大きさに対応した補正値信号を発生させてもよい
。この場合には、Ａ／Ｄコンバータ２２及びＤ／Ａコン
バータ２５を省くことができる。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば、相巻線電流と発
生トルクとの静特性に基づいて作成された補正値によっ
て相巻線電流値を補正して相巻線への通電を制御するの
で、ＳＲモータの回転速度は目標回転速度に速やかに制
御されるとともに振動の少ない安定した運転が行われる
。

【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）は電流値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・・・
駆動制御ブロック２２・・・Ａ／Ｄコンバータ２３・・・アドレスインターフェイス２４・・・読出し専用メモリ（ｒｏｍ）２５・・・Ｄ／
Ａコンバータ３０〜３３・・・読出し専用メモリ（ＲＯＭ）４０〜４
３・・・Ｄ／ＡコンバータＬ１〜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）第２図（Ａ）ＣＢ）ル玲ル電気角２７ｃ／第４図第５図十＃泗ヰ柑（鑞州り士へ

Claims

【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）が基準トルクを発生するときの、ロ
ータの回転角に対応する相巻線電流値を予め格納した記
憶手段（３０、３１、３２、３３）と、該記憶手段（３０、３１、３２、３３）に格納された電
流値を、外部から入力された目標トルクを発生するため
の相巻線電流値に補正するための補正値を、上記可変リ
ラクタンスモータ（ＳＲＭ）のトルクと相巻線電流値と
の関係に基づいて発生する補正値発生手段（２２、２４
、２５）と、上記記憶手段（３０、３１、３２、３３）
からロータの回転角に対応する相巻線電流値を読みだし
、上記補正値発生手段から発生された目標トルクに対応
する補正値に基づいて相巻線電流を補正する補正手段（
２３、２５、４０、４１、４２、４３）と、その補正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，
Ｌ４　）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。