JPH03169289A - 可変リラクタンス型モータの駆動制御方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、可変リラクタンス型モータの駆動制御方法に
関する。

従来の技術 可変リラクタンス型モータは、ロー夕とステータに突極
を設け、ステータの突極に巻回された巻線に電流を流す
ことによってステータ突極を励磁し、該突極に生じる磁
気吸引力によってロータ突極を引き寄せ回転力を発生さ
せるモータである。

そのため、ステータ巻線に流す電流の向きは関係なく、
ロー夕の位置、即ち、ロータの電気角に応じて、通電す
る巻線の相を決定するものである。

ステータ突極とロータ突極が対向を開始する位置から完
全に対向するまでの間に巻線に電流を流せばロータ回転
方向のトルクを発生する。例えば、第４図（ａ）に示す
ようにステータ２０のＡ相の突極２０Ａとロータ２１の
１つの突極２１ａが対向開始する位置からＡ相の巻線（
突極２ＯＡに巻回された巻線）に電流を流せばステータ
２０のＡ相の突極２ＯＡはロータ突極２１ａを吸引し、
口−タ２１を第４図（ａ）中反時計方向に同転させるト
ルクを発生する。そして、第４図（ｂ）に示すようにス
テータ２０のＡ相の突極２ＯＡとロータ突極２１ａが完
全に対向する位置まで、Ａ相に電流を流せば反時計方向
のトルクが発生する。しかし、第４図（ｂ）に示すロー
タ２１の位置よりさらにロータ２１が反時計方向に回転
した位置までＡ相に電流を流すと、逆に時計方向へのト
ルクを発生する。即ち、トルクは常に磁気抵抗を減少さ
せる方向に生しるものである。

そこで、第４図（ａ）に示すようにＡ相のステータ突極
２ＯＡとロータ２１の１つの突極が対向開始するロータ
位置を電気角０度とし、ステータ突極２ＯＡとロータ突
極が完全に対向する第５（ｂ）のロータ位置を電気角１
８０度、次のロータ突極がステータ突極２ＯＡと対向開
始するロータ位置を電気角３６０度（第４図（ａ）参照
）とすると、ロータ２１の回転方向に関係なく、次のよ
うにステータ２ＯＡの巻線、即ち、Ａ相の巻線に通電す
れば第４図中時計方向，反時計方向のトルクを発生する
。

３ 反時計方向トルク ・・・電気角Ｏ度から１８０度の間通電時計方向トルク ・・・電気角１８０度から３６０度まで通電そこで、従
来の可変リラクタンス型モータ駆動制御においては、ロ
ータの電気角位置において上述した２種類の通電パター
ンをＲＯＭ等に記憶させておき、この通電パターンを用
いて各相の通電時間を制御している。

発明が解決しようとする課題 巻線にはインダクタンスがあるため、巻線への電圧印加
が「０」になっても、しばらく電流は流れる。そのため
、上述した通電時間だけ巻線へ電圧を印加しても通電時
間を越えて電流が流れることとなり、目的のトルクとは
逆方向のトルクを発生させ、モータ効率を損う。

例えば、第４図において反時計方向にロータ２１を回転
させるために、ステータ突極２ＯＡのＡ相巻線に電気角
Ｏ度から電圧の印加を開始し、電気角１８０度で切った
としても、第５図に示すよ４ うに巻線のインダクタンスにより電流が流れ、そのため
、時計方向のトルクが発生し、これが妨害トルクとなっ
てモータの効率を損なうこととなる。

そこで、本発明の目的は、目的のトルクとは逆方向のト
ルク発生を減少させ、効率のよい可変リラクタンス型モ
ータの駆動制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は加速時には各相におけるステータ突極とロータ
突極が対向開始する位置（電気角Ｏ度または３６０度）
から当該相の巻線に通電を開始し、当該相のステータ突
極とロータ突極が完全に対向する位置（電気角１８０度
）より前で、かつ、他相の巻線に通電が開始された後の
間に、当該相の巻線への通電を停止させ、減速時には各
相におけるステータ突極とロータ突極が完全に対向した
位置（電気角１８０度）より当該相の巻線に通電を開始
し、当該相のステータ突極とロータ突極の対向が終了す
る位置（電気角３６０度又は０度）より前で、かつ、他
相の巻線に通電が開始された後の間に当該相の巻線への
通電を停止せることによって、通電を停止しても巻線の
インダクタンスによって流れる電流により逆トルクを発
生する領域（電気角）まで電流を流さないように制御し
た。

作　　用 モータを加速時には、各相におけるステータ突極とロー
タ突極が対向開始する電気角０度または３６０度の位置
でステータの巻線に電圧を印加して通電を開始する。そ
の結果、励磁されたステータ突極はロータ突極を吸引し
モータを加速することとなる。そして、励磁したステー
タ突極とロータ突極が完全に対向する電気角１８０度に
達する前で、かつ、他相のステータ突極が励磁された後
、電圧印加を停止し通電を停める（他相のステータ突極
が励磁されない段階で通電を停めるとトルクが全く生じ
ない区間が発生するので、他相が励磁された後に通電を
停める）。ステータ突極とロータ突極が完全に対向する
前に通電が停止されるから、巻線のインダクタンスによ
り、電圧印加を停止しても流れる電流はステータ突極，
ロータ突極６ が完全に対向する位置に達するまでには零又は零に近い
値となり、逆トルクを小さくし、又は発生させることは
ない。

減速時においては、ステータ突極とロータ突極が完全に
対向している位置（電気角１８０度）から当該の巻線の
通電を開始するから、回転方向とは逆方向のトルクが発
生しモータを減速させる。

そして、ステータ突極とロータ突極の対向が終了する位
置より前で、かつ、他相が励磁されている段階で、通電
を停止して、インダクタンスによる電流によってステー
タ突極が他のロータ突極を吸引し、減速方向とは逆（加
速方向）のトルクを発生させないようにする。

実施例 第１図は本発明の原理説明図で、この第１図と第４図を
参照して、以下、本発明の原理を説明する。第１。（ａ
）はロータ２１．が反時計方向に回転中に減速させるた
めに時計方向にトルクを発生させるときの記の通電区間
Ｔを示すもので、ロータ２１は反時計方向に回転してお
り、ロータ２■の７ 位置が第４図（ｂ）に示すように電気角１８０度に達し
、ステータ突極２ＯＡとロータ突極２１ａが完全に対向
した位置からステータ突極２ＯＡの巻線に通電を開始す
る。その結果、ロータ２１は反時計方向に回転している
が、時計方向のトルクを発生し、減速させることとなる
。そして、ロータ突極２１ａがステータ突極２ＯＡと対
向しなくなる少し前に巻線への通電を停止させ、インダ
クタンスの影響によって巻線に実際に流れる電流Ｉが、
ステータ突極２ＯＡとロータ突極２１ａの対向終了点の
電気角３６０度に達する位置（第４図（ａ）におけるロ
ータ突極２ｌｂの位置にロータ突極２１ａが達した位置
）でほとんど零になるようにする。これにより、ステー
タ突極２ＯＡが次のロータ突極２１ｄ（該ロータ突極２
１ｄは第４図（ａ）におけるロータ突極２１ａの位置に
ある）がステータ突極２０Ａに吸引され、反時計方向の
トルクを発生させることはない。

第１−図（ｂ）は反時計方向に加速する場合の通電時間
Ｔを示すもので、第４図（ａ）に示すよう８ にロータ２１が電気角０度の位置に達するとステータ突
極２ＯＡの巻線に通電を開始し、ステータ突極２ＯＡで
ロータ突極２１ａを吸引する。そして、ロータ２１が第
４図（ｂ）に示す電気角１−８０度に達する少し前に通
電を切り、インダクタンスの影響で通電を停止しても遅
れる実際の電流■が、電気角１８０度にロータ２工が達
するときにはほとんど零になるようにして逆トルクの発
生を防止する。

第１図（ｃ）はモータを時計方向に加速するときの通電
区間Ｔを示すもので、ロータ２１が電気角３６０度の位
置、即ち、第５図（ａ）の位置でステータ突極２ＯＡの
巻線に通電し、ロータ突極２ｌｂを吸引し加速させ、電
気角が１８０度に達する位置より少し前で通電を停止さ
せ、逆トルクの発生を防止させる。

また、第１．図（ｄ）は時計方向の回転を減速させると
きの通電区間Ｔを示すもので、ロータ２１が第４図（ｂ
）の電気角１８０度の位置に達するとステータ突極２０
Ａの巻線に通電し、第４図ｑ （ａ）の状態の電気角Ｏ度に達する前に通電を停止し、
逆トルクの発生を防止する。

すなわち、従来は電気角Ｏ度から１８０度まで、又は、
電気角３６０度から１８０度までを通電区間Ｔとしてい
たが、これをインダクタンスによる電流の遅れ分だけ縮
小し、実際に巻線に流れる電流が電気角０度から１８０
度、又は３６０度から１８０度になるように、回転方向
と発生させるトルク方向に応じ（加速か減速かに応じ）
、４つの種類の通電区間Ｔを設けるようにする。

この通電区間Ｔは、使用する回転速度での実測等の方法
で、巻線電流が零になる位置がもともとの通電終了位置
（反時計方向回転，時計方向トルクでは電気角３６０度
、反時計方向回転，反時計方向トルク及び時計方向回転
，時計方向トルクでは電気角１８０度、時計方向回転，
反時計方向トルクでは電気角Ｏ度の位置）になるように
通電区間を縮小する。ただし、通電区間Ｔが電気角３６
０度を使用するモータの相数で割った値よりも小さくな
らないようにする。それは、通電区間が短１０ くなって、どの相も励磁されずにトルクがまったく生じ
ない区間が出ないようにするためてある。

例えば、モータを３相とすると、最小通電区間は電気角
１２０度となり、これ以上通電区間を短かくすると、ど
の相も励磁されない区間が生じ、トルクをまったく生じ
ない区間ができる。

Ａ，Ｂ，Ｃ相の３相可変リラクタンス型モータで通電区
間を１３５度としたときの各相の通電区間の一実施例を
第２図に示す。電気角はＡ相の通電区間に合わせ、Ｂｍ
，ｃ相はそれぞれ１２０度，２４０度位相がずれている
。

第２図（ａ）は反時計方向回転，時計方向トルクの反時
計方向回転時の減速時で、Ａ相のステータ突極とロータ
突極が完全に対向した電気角１８０度のロータ位置てＡ
相が励磁され、回転方向とは逆方向のトルクを発生させ
る。そして、ロー夕が電気角」−２０度回転した位置（
電気角−１８０＋↑２　０＝３　０　０度）でＢ相のス
テータ突極と他のロータ突極が完全に対向し、この位置
より、Ｂ相が励磁され、Ｂ相によっても時計方向のトル
ク１１ を発生させ減速させる。Ａ相の通電区間１３５度だけ回
転し、電気角が３１５度（−１８０＋１３５）になると
Ａ相の通電が停止されるが、Ａ相巻線の電流は電気角３
６０度（Ａ相のステータ突極とロータ突極の対向が終了
する位置）近傍まで流れ減速させる。そして、さらにロ
ータが回転し、Ｂ相励磁から電気角１２０度回転し、電
気角６０度（＝３００＋１２０＝４２０＝６０度）にな
るとＣ相のステータ突極とロータ突極が完全に対向し、
この位置よりＣ相が励磁され、さらに電気角１５度回転
し、Ｂ相励磁から１−３５度の通電区間が終了する電気
角７５度（３００＋１３５＝４３５度−７５度）の位置
でＢ相の通電が停止されるが、Ｂ相の巻線電流はインダ
クタンスの影響で電気角１２０度近傍まで流れ減速させ
る。

そして、ロー夕が回転し、電気角１８０度になると、前
述同様にＡ相が励磁され、さらに電気角１５度回転し、
Ｃ相励磁から電気角｛３５度の通電区間が終了する電気
角１−９５度（　６　０　−１−　１．　３　５１９５
度）の位置でＣ相の通電が停止される。

１２ この場合もＣ相の電流は電気角２４０度近傍まで流れる
。

このようにして、反時計方向に回転しているロータは逆
方向に発生するトルクにより順次減速されることとなる
。

第２図（１））は反時計方向回転，反時計方向トルクで
、反時計方向にロー夕が加速されるときの各相の通電区
間を示すもので、Ａ相のステータ突極とロータ突極が対
向を開始する電気角０度の位置でＡ相の励磁が開始され
、Ａ相のステータ突極とロータ突極が完全に対向する電
気角１８０度より４５度前の電気角１３５度でＡ相の通
電は停止させられる。Ｂ相も、Ｂ相ステータ突極とロー
タ突極が対向を開始する電気角１２０度で励磁が開始さ
れ、完全に対向する電気角４５度前の２２５度で通電が
停止される。また、Ｃ相は電気角２４０度より電気角工
５度まで通電される。

第２図（ｃ）は時計方向回転，時計方向トルクの時計方
向への加速時の各相通電区間を表すものて、Ａ相，Ｂ相
，Ｃ相それぞれのステータ突極と１　９ ロータ突極が対向を開始する位置の電気角３６０度，１
２０度，２４０度でそれぞれ通電が開始され、電気角１
３５度回転した位置の２２５度，３４５度，１０５度の
位置で通電が停止され、時計方向の加速が行われる。

第２図（ｄ）は時計方向回転，反時計方向１・ルクの時
計方向回転時の減速の各相通電区間を示すもので、Ａ，
　　Ｂ，　　Ｃ相それぞれ電気角１８０度，３００度，
６０度で通電され、電気角４５度，１６５度，２８５度
でそれぞれ通電が停止され、減速が行われる。

以上のように、各相の通電区間はロータの回転方向、及
び、加速か減速かによるトルク発生方向によって４種類
のパターンがあり、この４種類のパターンによって可変
リラクタンス型モータを駆動すれば、逆トルク発生を零
または小さくした効率のよいモータ駆動ができる。

そこで、上記４種類の通電区間のパターンで、かつ、各
パターンの通電区間における電気角に対し、所定関数の
値をＲＯＭ等に記憶しておき、ロ１４ 一夕の電気角に応して各相の励磁電流を制御するように
すればよい。

第３図は本発明を実施する３相リラクタンス型モータの
制御部の要部ブロック図である。

速度ループ補償回路１は、速度指令Ｖｃと周波数／電圧
変換器９から出力される可変リラクタンス型モータ６の
実速度に対応する電圧との差、即ち、速度偏差を増幅し
、トルク指令Ｔｃを出力し、乗算器２Ａ，２Ｂ，２Ｃは
該トルク指令ＴｃとＡ，Ｂ，　　Ｃ相の関数信号発生器
８Ａ，８Ｂ，８Ｃから出力されるモータ６の電気角θに
応した２π／３位相のずれた信号とを各々乗じて相電流
指令ｉ　ｒ（Ａ）　，　　ｉ　ｒ（Ｂ）　，　　ｉ　ｒ
（Ｃ）を出力する。電流ループ補償回路３Ａ，３Ｂ，３
Ｃは各相電流指令ｉｒ（Ａ）　，　　ｉ　ｒ（Ｂ）　，
　　ｉ　ｒ（Ｃ）　と電流検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃで検
出された対応ずる相電流ｉ　ｃ　（Ａ）　，ｉｃ（Ｂ）
，　　ｊｃ（Ｃ）　との差、即ち、電流偏差を増幅し、
相電圧指令ｅ　ｒ　（Ａ）　，　　ｅ　ｒ　（Ｂ）　，
　　ｅ　ｒ　（Ｃ）を各々電力増幅器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
へ出力する。

電力増幅器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ＰＷＭインバ｛５ ータ回路等で構成され、相電圧指令ｅ　ｒ　（Ａ）　，
ｅｒ（Ｂ），ｅｒ（Ｃ）を受信し、相電圧ｅｒ’（Ａ）
，ｅ　ｒ’　（Ｂ），　　ｅ　ｒ’　（Ｃ）をモータ６
の各相に印加し、モータ６を駆動するものである。

上記周波数／電圧変換器９はモータ６に取付けられたパ
ルスコーダ７の出力を周波数から電圧に変換し、モータ
６の実速度に応じた電圧を出力する。

なお、Ｇｌ（Ｓ）は速度ループ補償回路１の伝達関数で
、Ｇ２　（Ｓ）は電流ループ補償回路３Δ，３Ｂ，３Ｃ
の伝達関数である。また、Ｇ３は電力増幅器４Ａ，４Ｂ
，４Ｃのゲインである。

上述した制御回路は従来の可変リラクタンス型モータの
制御回路と略同一であるが、関数信号発生器８Ａ，８Ｂ
，８Ｃの構戒が従来のものとは異なる。

各相の関数信号発生器８Ａ，８Ｂ，８Ｃにはモータ６の
回転方向及び発生されるトルク方向に応じて上述した４
種類の通電区間パターンで、かつ、各パターン毎ロー夕
の電気角に応じ、各相１−２０１６ 度位相のずれた関数信号値が格納されたＲＯＭを有して
おり、モータ６の回転方向はパルスコーダ７から出力さ
れる９０度位相のずれたＡ相，Ｂ相の２つの信号の尾生
順序によって判断し、発生させるトルクの方向は速度ル
ープ補償回路１から出力されるトルク指令Ｔｃの正，負
の符号によって判断し、上述した４種類の通電区間パタ
ーンを選択し、パルスコーダ７から出力される信号によ
ってロー夕の電気角を判断して、その電気角に応じた関
数信号をそれぞれ乗算器２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ出力するよ
うになっている。

すなわち、例え、ば、パルスコーダ７からの信号によっ
てモータ６の回転方向が反時計方向と判断され、トルク
指令Ｔｃから時計方向のトルク指令（減速）と判断され
ると、第２図（ａ）に示す各相の通電区間パターンが選
択され、ロータの電気角θに応じて、ＲＯＭから関数信
号が読出され乗算器２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ出力される。そ
して、これ以後の作動は従来と同様である。

ただし、前述したように、従来と比べ、各相の通電区間
が１８０度の区間ではなく、縮小された通電区間であり
、本実施例では１３５度とされているから、巻線のイン
ダクタンスによって電圧印加を停止しても流れる電流に
よって逆トルクが発生することが少ない。

このようにして、パルスコーダ７からの信号によりモー
タ６の回転方向、トルク指令Ｔｃの符号によって発生さ
せるべきトルク方向が求められ、４種類の通電区間のパ
ターンが選択され、その通電パターンに基いて各相の関
数信号が順次信号発生器８Ａ，８Ｂ，８Ｃより出力され
、逆トルクの発生が少なく、または発生がない効率のよ
い可変リラクタンス型モータの駆動制御ができる。

発明の効果 本発明は、各相の巻線に通電する通電角を縮小し、通電
を停止しても巻線のインダクタンスの影響で流れる電流
によって目的とする発生トルク方向とは逆方向のトルク
を減少または発生させないようにしたので、従来、発生
した逆トルクを打ち消すために流していた必要以上の電
流が不要となるので、可変リラクタンス型モータの効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の原理を説明する説明図
、 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例の各相通電区
間を説明する説明図、 第３図は同実施例を実施する３相リラクタンス型モータ
の要部の要部ブロック図、 第４図（ａ）（ｂ）は可変リラクタンス型モータにおけ
るトルク発生を説明する説明図、第５図は従来の巻線へ
の通電区間によって逆トルクが発生することの説明図で
ある。 １・・・速度ループ補償回路、２Ａ〜２Ｃ・・・乗算器
、３Ａ〜３Ｃ・・・電流ループ補償回路、４Ａ〜４Ｃ・
・・電力増幅器、５Ａ〜５Ｃ・・・電流検出器、６・・
・可変リラクタンス型モータ、７・・・パルスコーダ、
８Ａ〜８Ｃ・・・関数信号発生器、９・・・周波数／電
圧変換器、２０・・・ステータ、２ＯＡ・・・ステータ
突極、２１−・・・ロー夕、２１ａ， ２ｌｂ， ２↓ｄ・・・ロータ突極、 Ｖｃ・・・速度指令、 Ｔｃ・・・トルク指令。 特開平３ １６９２８９　（８） 、ナ ℃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変リラクタンス型モータの駆動制御方法において、加
   速時には、各相におけるステータ突極とロータ突極が対
   向開始する位置から当該相の巻線に通電を開始し、当該
   相のステータ突極とロータ突極が完全に対向する位置よ
   り前で、かつ、他相の巻線に通電が開始された後の間に
   、当該相の巻線への通電を停止させ、減速時には、各相
   におけるステータ突極とロータ突極が完全に対向した位
   置より当該相の巻線に通電を開始し、当該相のステータ
   突極とロータ突極の対向が終了する位置より前で、かつ
   、他相の巻線に通電が開始された後の間に当該相の巻線
   への通電を停止させることを特徴とする可変リラクタン
   ス型モータの駆動制御方法。