JP3693825B2 - 回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法 - Google Patents
回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子巻線のインダクタンスの変化を使って、固定子と回転子の位置関係を検出する装置で、固定子と回転子の相対的な位置関係をモータが代わっても自動的に設定するための回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、およびセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の回転子位置検出装置を含むセンサレス・ＳＲ(スイッチドリラクタンス)モータ駆動装置の構成図を示す。１はＳＲモータ、２はＳＲモータ１を駆動するための電流を供給するための駆動回路である。ＳＲモータ１は、駆動回路２から供給される駆動電流によって回転する。３はＳＲモータ１の固定子巻線に供給される駆動電流のタイミングを駆動回路２に送るための固定子巻線励磁信号４を作るための制御回路で通常マイクロプロセッサなどが使われる。ＳＲモータ１に供給する電流のタイミングは制御回路３によって作られる。
【０００３】
６はＳＲモータ１の固定子巻線インダクタンスを検出するためのインダクタンス検出回路である。５はインダクタンス検出回路６の信号により所定の位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを検出して回転位置検出信号を発生する回転位置検出回路である。制御回路３は所定の回転位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを回転位置検出回路５からの信号により検知し、ＳＲモータ１がスムーズに回転するために最適な駆動タイミング信号である固定子巻線励磁信号４を発生する。
【０００４】
図８は代表的なＳＲモータの固定子と回転子の位置関係(図８の(ａ))と固定子巻線のインダクタンスの変化(図８の(ｂ))を表す図である。ＳＲモータの固定子巻線は回転子の位置によりインダクタンスが増加し、固定子突極と回転子突極が一致している状態の時に最大となる。さらに回転子が回転するとインダクタンスは減少し固定子突極と回転子突極が最も離れた時に最小となる。インダクタンスが増加する期間に駆動回路２から電流を供給することによりＳＲモータ１が回転する(駆動トルク発生範囲)。インダクタンスが増加する範囲で電流を供給するために回転子の位置を知る必要がある。インダクタンスの変化は、図８に示すように駆動トルク発生後は直線的に変化しているため、この範囲でのインダクタンスの大きさを検出すれば回転子の位置を推定することができる(回転位置検出範囲)。このインダクタンスの大きさをインダクタンス検出回路６により検出し、回転位置検出回路５で検出レベルとを比較することにより回転子が所定の回転位置に到達したことを検知することができる。制御回路３は、回転位置検出回路５からの信号と所定の回転子駆動位置との関係よりＳＲモータ１駆動に最適な固定子巻線励磁信号４を生成する。
【０００５】
このようにして、固定子巻線のインダクタンスの変化を検出することにより回転子位置を推定することができ、ＳＲモータをセンサレスで駆動することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転子位置検出装置は以上のように構成されていたが、図９に示すように同一仕様のＳＲモータでも固定子巻線のインダクタンスには個々のモータでばらつきがある。このため、モータＡに最適な検出レベルを設定しても、別のモータＢを接続した場合、インダクタンスのばらつきにより、本来同じ回転子位置となるところが、回転位置検出回路５からの信号にずれが出てきてしまうことになる。このため、別のＳＲモータでは最適駆動タイミングとはならないため効率は低下し、最悪動作できなくなる可能性もでてくる等の問題があった。
【０００７】
このため、ＳＲモータと回転子位置検出回路の組み合わせで最適になるように個々に検出レベルを設定する必要があった。
【０００８】
個々に設定することは現実的ではなく、大量生産するには非常に困難である。そこで、個々の固定子巻線インダクタンスのばらつきを補正するために個々のインダクタンスの最大値・最小値から検出レベルを設定するようにすれば、ＳＲモータと回転子位置検出装置の組み合わせが変わっても検出レベルを設定し直さなくてもよくなる。
【０００９】
本発明は、インダクタンスの変化を利用してＳＲモータの回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、インダクタンスの最大および最小値、または最大値から回転子位置検出レベルを設定することにより、ＳＲモータと回転子位置検出装置の組み合わせが変わってもＳＲモータ駆動特性に影響を及ぼさないようにするための回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、およびセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置にある。
【００１１】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置にある。
【００１２】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置にある。
【００１３】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置にある。
【００１４】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法にある。
【００１５】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法にある。
【００１６】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法にある。
【００１７】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転子位置検出装置を含むセンサレス・スイッチドリラクタンスモータ駆動装置の構成図である。１はＳＲモータ、２はＳＲモータ１を駆動する電流を供給するための駆動回路である。ＳＲモータ１は、駆動回路２から供給される駆動電流により回転トルクが発生して回転する。７はＳＲモータ１の固定子巻線に供給する駆動電流のタイミングを駆動回路２に送るための固定子巻線励磁信号４を生成する制御回路で通常マイクロプロセッサなどが使われる。ＳＲモータ１に供給する電流のタイミングは制御回路７によって作られる。
【００１９】
６はＳＲモータ１の固定子巻線インダクタンスを検出するためのインダクタンス検出回路である。８はインダクタンス検出回路６によって検出された固定子巻線インダクタンスの最大値・最小値を保持しておくためのインダクタンス最大値・最小値保持回路である。９はインダクタンス最大値・最小値保持回路８に保持されているインダクタンスの最大値・最小値から所定の回転位置に相当する検出レベルを生成する回転位置検出レベル発生回路である。５はインダクタンス検出回路６の信号と回転位置検出レベル発生回路９からの検出レベルとを比較することによりＳＲモータ１の回転子が所定の位置に到達したことを検出して位置検出信号を発生する回転位置検出回路である。制御回路７は、回転位置検出回路５からの信号より所定の回転位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを検知し、次に駆動する回転位置との関係よりＳＲモータ１がスムーズに回転するための最適な駆動タイミング信号である固定子巻線励磁信号４を生成する。
【００２０】
図２は、図１のインダクタンス検出回路６の一例を説明するための図であり、インダクタンス検出回路６、駆動回路２、ＳＲモータ１の関係が示されている。トランジスタ１５は、ステップ関数信号発生回路１７からの信号によりＯＮ−ＯＦＦする。トランジスタ１５がＯＮすると、検出電源Ｖｃｃ１８から抵抗１４とＳＲモータ１内の固定子巻線を通ってトランジスタ１５に電流が流れる。トランジスタ１５がＯＮすることにより電圧検出回路１６に入力される電圧Ｖは
【００２１】
Ｖ＝Ｖｃｃ＊ｅｘｐ(−Ｒ＊ｔ・Ｌ） ・・・(１)
【００２２】
となる。ここで、Ｖｃｃは、抵抗１４に接続されている検出電源Ｖｃｃ１８の電圧値、Ｒは検出電源Ｖｃｃ１８とＳＲモータ１の固定子巻線との間に接続された抵抗１４の抵抗値、ｔはトランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間、ＬはＳＲモータ１の固定子巻線のインダクタンスである。電圧検出回路１６は、トランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間ｔ時の電圧を検出する回路である。
【００２３】
なお図２において、１１ａ，１１ｂはトランジスタ、１２ａ,１２ｂは逆流防止用のダイオード、１３は母線電圧(Ｖｂ)を示す。
【００２４】
次に動作の概要を図１に従って説明する。まず、従来の図７で示したようにＳＲモータ１の固定子の巻線インダクタンスは、回転子の位置によって変化する。この巻線インダクタンスの値を検出することにより回転子の位置を推定することができる。
【００２５】
まず、図２に示すように、ＳＲモータ１の固定子巻線に抵抗１４を介してステップ関数電圧を印加することにより(１)式で示した電圧を得ることができる。この電圧の経過時間ｔ時の電圧を電圧検出回路１６により検出する。電圧検出回路１６により検出された電圧を、回転位置検出回路５により予め設定した検出レベルと比較し、検出レベルに達したときに位置検出信号を生成する。検出レベルは、所定の回転位置の巻線インダクタンスに相当する電圧である。所定の回転位置は、図８に示す回転位置検出範囲のようにインダクタンスの変化が検出可能で、検出位置と駆動位置での回転の変化などによる駆動タイミングの誤差を極力少なくするためにも駆動タイミングの回転位置に近いところが望ましい。
【００２６】
制御回路７は、回転位置検出回路５からの位置検出信号より、所定の回転位置に到達したことを検知し、ＳＲモータ１を最適制御するための固定子巻線励磁信号４を生成する。これにより、エンコーダのような位置検出装置がなくても制御することができる。
【００２７】
回転位置検出レベル発生回路９で作られた検出レベルは、制御回路７に設定してあるＳＲモータ１の回転子検出位置と実際のＳＲモータ１の回転子位置が同じになるように予め調整しておく必要がある。しかし、図９のように、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが変わってしまうと、制御回路７に予め設定してある回転子位置とＳＲモータ１の回転子位置にずれが生じてしまう。このため、最適な駆動タイミングでＳＲモータ１を駆動することができなくなり、効率の低下や回転変動が生じてしまう。
【００２８】
図３の(ａ)にはＳＲモータＡの固定子巻線インダクタンスの変化、(ｂ)にはＳＲモータＢの固定子巻線インダクタンスの変化、(ｃ)にはその差を示す。図３に示すように、一般にＳＲモータの固定子巻線インダクタンスは、回転子の位置により直線的に変化している。ここでは、図９のように検出レベルを固定するのではなく、図３に示すように固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差であるＬｄｉｆｆをインダクタンス最大値・最小値保持回路８より求め、制御回路７に設定する回転子位置に相当する検出レベル
【００２９】
検出レベル＝α×Ｌｄｉｆｆ （０≦α≦１）・・・・ (２)
【００３０】
になるように比例乗数αを予め設定しておくことにより、接続するＳＲモータ１がＳＲモータＡからＳＲモータＢに代わっても検出位置は変わらなくなる。
【００３１】
図４は、図３の検出位置近辺を拡大した説明図である。ＳＲモータＡの固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差をＬａ、ＳＲモータＢの固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差をＬｂ、ＳＲモータＡとＳＲモータＢのインダクタンスの差の比をβ、ＳＲモータの固定子巻線インダクタンスが最大と最小の回転子角度の差をθ、任意の検出位置をそれぞれθ１ａ、θ１ｂ、ＳＲモータのθ１ａ、θ１ｂにおける固定子巻線インダクタンスをそれぞれＬａ’、Ｌｂ’とした場合、(２)式より
【００３２】
Ｌａ’＝α×Ｌａ・・・・・・・・・・・・・・・・・(３)
Ｌｂ’＝α×Ｌｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・(４)
Ｌｂ＝β×Ｌａ・・・・・・・・・・・・・・・・・(５)
【００３３】
となる。また、一般にＳＲモータの固定子巻線インダクタンスの変化は回転子の位置に対して直線的であるため、
【００３４】
Ｌａ’／(θ０−θ１ａ)＝Ｌａ／θ０・・・・・・・・(６)
Ｌｂ’／(θ０−θ１ｂ)＝Ｌｂ／θ０・・・・・・・・(７)
θ１ａ＝θ０×(１−α)・・・・・・・・・・・・・・(８)
θ１ｂ＝θ０×(１−α)・・・・・・・・・・・・・・(９)
【００３５】
となり、θ１ａとθ１ｂは同じ位置になる。
【００３６】
固定子巻線インダクタンスの最大値および最小値は、ＳＲモータが固定されれば変化することは無いので、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが決定した時に測定し、インダクタンス最大値・最小値保持回路８に保持しておけば、それ以降測定する必要は無くなる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、インダクタンス最大値・最小値保持回路８を設けてあるが、この機能を制御回路７に持たせ、これのメモリに保持してもよい。また、検出レベルをインダクタンス最大値・最小値保持回路８のインダクタンスの最大値と最小値を保持している値から生成しているが、検出レベル生成後は、検出レベルを保持し、その後この値を使用すればインダクタンスの最大値と最小値を保持しなくてよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、電圧検出回路１６によりトランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間ｔ時の電圧を生成しているが、電圧検出回路１６を使用せず、(１)式の電圧の経過時間ｔ時の電圧と回転位置検出レベル発生回路９の生成した検出レベルを回転位置検出回路５で比較してもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、ＳＲモータについて説明しているが、固定子巻線のインダクタンスの大きさを利用して回転子の位置を検知する他のモータについても利用することが可能である。
【００４０】
以上のことより、ＳＲモータに合せて回転子位置検出装置の定数を変更すること無くＳＲモータと回転子位置検出装置とを組合せることができる。
【００４１】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による回転子位置検出装置を含むセンサレス・スイッチドリラクタンスモータ駆動装置の構成図である。図５において、実施の形態１で説明したものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。１０はインダクタンス検出回路６によって検出された固定子巻線インダクタンスの最大値を保持しておくためのインダクタンス最大値保持回路である。
【００４２】
一般に固定子巻線インダクタンスの最小値Ｌｍｉｎは最大値Ｌｍａｘに比べて非常に小さい値であるため図６にも示すように、
【００４３】
Ｌｍａｘ≒Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ・・・・・・・・・・(１０)
【００４４】
とすることができる。このため、所定の回転子位置に相当する検出レベルを
【００４５】
検出レベル＝α×Ｌｍａｘ (０≦α≦１)・・・(１１)
【００４６】
とすることができる。
【００４７】
固定子巻線インダクタンスの最大値は、ＳＲモータが固定されれば変化することは無いので、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが決定した時に測定し、インダクタンス最大値保持回路１０に保持しておけば、それ以降測定する必要は無くなる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、インダクタンス最大値保持回路１０を設けてあるが、この機能を制御回路７にもたせ、これのメモリに保持してもよい。また、検出レベルをインダクタンス最大値保持回路１０のインダクタンスの最大値を保持している値から生成しているが、検出レベル生成後は、検出レベルを保持し、その後この値を使用すればインダクタンスの最大値を保持しなくてよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、ＳＲモータについて説明しているが、固定子巻線のインダクタンスの大きさを利用して回転子の位置を検知する他のモータについても利用することが可能である。
【００５０】
以上のことより、ＳＲモータに合せて回転子位置検出回路の定数を変更すること無くＳＲモータと回転子位置検出装置とを組合せることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５２】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５３】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５４】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５５】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５６】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５７】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５８】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図２】 図１のインダクタンス検出回路の一例の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す拡大図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す図である。
【図７】 従来の回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図８】 代表的なＳＲモータの固定子と回転子の位置関係と固定子巻線のインダクタンスの変化を表す図である。
【図９】 従来の一般的なＳＲモータの固定子巻線インダクタンスのばらつきによる検出位置の違いを示す図である。
【符号の説明】
１ ＳＲモータ、２ 駆動回路、４ 固定子巻線励磁信号、５ 回転位置検出回路、６ インダクタンス検出回路、７ 制御回路、８ インダクタンス最大値・最小値保持回路、９ 回転位置検出レベル発生回路、１０ インダクタンス最大値保持回路、１１ａ，１１ｂ，１５ トランジスタ、１２ａ，１２ｂ ダイオード、１３ 母線電圧、１４ 抵抗、１６ 電圧検出回路、１７ ステップ関数信号発生回路、１８ 検出電源。
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子巻線のインダクタンスの変化を使って、固定子と回転子の位置関係を検出する装置で、固定子と回転子の相対的な位置関係をモータが代わっても自動的に設定するための回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、およびセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の回転子位置検出装置を含むセンサレス・ＳＲ(スイッチドリラクタンス)モータ駆動装置の構成図を示す。１はＳＲモータ、２はＳＲモータ１を駆動するための電流を供給するための駆動回路である。ＳＲモータ１は、駆動回路２から供給される駆動電流によって回転する。３はＳＲモータ１の固定子巻線に供給される駆動電流のタイミングを駆動回路２に送るための固定子巻線励磁信号４を作るための制御回路で通常マイクロプロセッサなどが使われる。ＳＲモータ１に供給する電流のタイミングは制御回路３によって作られる。
【０００３】
６はＳＲモータ１の固定子巻線インダクタンスを検出するためのインダクタンス検出回路である。５はインダクタンス検出回路６の信号により所定の位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを検出して回転位置検出信号を発生する回転位置検出回路である。制御回路３は所定の回転位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを回転位置検出回路５からの信号により検知し、ＳＲモータ１がスムーズに回転するために最適な駆動タイミング信号である固定子巻線励磁信号４を発生する。
【０００４】
図８は代表的なＳＲモータの固定子と回転子の位置関係(図８の(ａ))と固定子巻線のインダクタンスの変化(図８の(ｂ))を表す図である。ＳＲモータの固定子巻線は回転子の位置によりインダクタンスが増加し、固定子突極と回転子突極が一致している状態の時に最大となる。さらに回転子が回転するとインダクタンスは減少し固定子突極と回転子突極が最も離れた時に最小となる。インダクタンスが増加する期間に駆動回路２から電流を供給することによりＳＲモータ１が回転する(駆動トルク発生範囲)。インダクタンスが増加する範囲で電流を供給するために回転子の位置を知る必要がある。インダクタンスの変化は、図８に示すように駆動トルク発生後は直線的に変化しているため、この範囲でのインダクタンスの大きさを検出すれば回転子の位置を推定することができる(回転位置検出範囲)。このインダクタンスの大きさをインダクタンス検出回路６により検出し、回転位置検出回路５で検出レベルとを比較することにより回転子が所定の回転位置に到達したことを検知することができる。制御回路３は、回転位置検出回路５からの信号と所定の回転子駆動位置との関係よりＳＲモータ１駆動に最適な固定子巻線励磁信号４を生成する。
【０００５】
このようにして、固定子巻線のインダクタンスの変化を検出することにより回転子位置を推定することができ、ＳＲモータをセンサレスで駆動することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転子位置検出装置は以上のように構成されていたが、図９に示すように同一仕様のＳＲモータでも固定子巻線のインダクタンスには個々のモータでばらつきがある。このため、モータＡに最適な検出レベルを設定しても、別のモータＢを接続した場合、インダクタンスのばらつきにより、本来同じ回転子位置となるところが、回転位置検出回路５からの信号にずれが出てきてしまうことになる。このため、別のＳＲモータでは最適駆動タイミングとはならないため効率は低下し、最悪動作できなくなる可能性もでてくる等の問題があった。
【０００７】
このため、ＳＲモータと回転子位置検出回路の組み合わせで最適になるように個々に検出レベルを設定する必要があった。
【０００８】
個々に設定することは現実的ではなく、大量生産するには非常に困難である。そこで、個々の固定子巻線インダクタンスのばらつきを補正するために個々のインダクタンスの最大値・最小値から検出レベルを設定するようにすれば、ＳＲモータと回転子位置検出装置の組み合わせが変わっても検出レベルを設定し直さなくてもよくなる。
【０００９】
本発明は、インダクタンスの変化を利用してＳＲモータの回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、インダクタンスの最大および最小値、または最大値から回転子位置検出レベルを設定することにより、ＳＲモータと回転子位置検出装置の組み合わせが変わってもＳＲモータ駆動特性に影響を及ぼさないようにするための回転子位置検出装置、センサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置、回転子位置検出方法、およびセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置にある。
【００１１】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置にある。
【００１２】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置にある。
【００１３】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置にある。
【００１４】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法にある。
【００１５】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法にある。
【００１６】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法にある。
【００１７】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転子位置検出装置を含むセンサレス・スイッチドリラクタンスモータ駆動装置の構成図である。１はＳＲモータ、２はＳＲモータ１を駆動する電流を供給するための駆動回路である。ＳＲモータ１は、駆動回路２から供給される駆動電流により回転トルクが発生して回転する。７はＳＲモータ１の固定子巻線に供給する駆動電流のタイミングを駆動回路２に送るための固定子巻線励磁信号４を生成する制御回路で通常マイクロプロセッサなどが使われる。ＳＲモータ１に供給する電流のタイミングは制御回路７によって作られる。
【００１９】
６はＳＲモータ１の固定子巻線インダクタンスを検出するためのインダクタンス検出回路である。８はインダクタンス検出回路６によって検出された固定子巻線インダクタンスの最大値・最小値を保持しておくためのインダクタンス最大値・最小値保持回路である。９はインダクタンス最大値・最小値保持回路８に保持されているインダクタンスの最大値・最小値から所定の回転位置に相当する検出レベルを生成する回転位置検出レベル発生回路である。５はインダクタンス検出回路６の信号と回転位置検出レベル発生回路９からの検出レベルとを比較することによりＳＲモータ１の回転子が所定の位置に到達したことを検出して位置検出信号を発生する回転位置検出回路である。制御回路７は、回転位置検出回路５からの信号より所定の回転位置にＳＲモータ１の回転子が到達したことを検知し、次に駆動する回転位置との関係よりＳＲモータ１がスムーズに回転するための最適な駆動タイミング信号である固定子巻線励磁信号４を生成する。
【００２０】
図２は、図１のインダクタンス検出回路６の一例を説明するための図であり、インダクタンス検出回路６、駆動回路２、ＳＲモータ１の関係が示されている。トランジスタ１５は、ステップ関数信号発生回路１７からの信号によりＯＮ−ＯＦＦする。トランジスタ１５がＯＮすると、検出電源Ｖｃｃ１８から抵抗１４とＳＲモータ１内の固定子巻線を通ってトランジスタ１５に電流が流れる。トランジスタ１５がＯＮすることにより電圧検出回路１６に入力される電圧Ｖは
【００２１】
Ｖ＝Ｖｃｃ＊ｅｘｐ(−Ｒ＊ｔ・Ｌ） ・・・(１)
【００２２】
となる。ここで、Ｖｃｃは、抵抗１４に接続されている検出電源Ｖｃｃ１８の電圧値、Ｒは検出電源Ｖｃｃ１８とＳＲモータ１の固定子巻線との間に接続された抵抗１４の抵抗値、ｔはトランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間、ＬはＳＲモータ１の固定子巻線のインダクタンスである。電圧検出回路１６は、トランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間ｔ時の電圧を検出する回路である。
【００２３】
なお図２において、１１ａ，１１ｂはトランジスタ、１２ａ,１２ｂは逆流防止用のダイオード、１３は母線電圧(Ｖｂ)を示す。
【００２４】
次に動作の概要を図１に従って説明する。まず、従来の図７で示したようにＳＲモータ１の固定子の巻線インダクタンスは、回転子の位置によって変化する。この巻線インダクタンスの値を検出することにより回転子の位置を推定することができる。
【００２５】
まず、図２に示すように、ＳＲモータ１の固定子巻線に抵抗１４を介してステップ関数電圧を印加することにより(１)式で示した電圧を得ることができる。この電圧の経過時間ｔ時の電圧を電圧検出回路１６により検出する。電圧検出回路１６により検出された電圧を、回転位置検出回路５により予め設定した検出レベルと比較し、検出レベルに達したときに位置検出信号を生成する。検出レベルは、所定の回転位置の巻線インダクタンスに相当する電圧である。所定の回転位置は、図８に示す回転位置検出範囲のようにインダクタンスの変化が検出可能で、検出位置と駆動位置での回転の変化などによる駆動タイミングの誤差を極力少なくするためにも駆動タイミングの回転位置に近いところが望ましい。
【００２６】
制御回路７は、回転位置検出回路５からの位置検出信号より、所定の回転位置に到達したことを検知し、ＳＲモータ１を最適制御するための固定子巻線励磁信号４を生成する。これにより、エンコーダのような位置検出装置がなくても制御することができる。
【００２７】
回転位置検出レベル発生回路９で作られた検出レベルは、制御回路７に設定してあるＳＲモータ１の回転子検出位置と実際のＳＲモータ１の回転子位置が同じになるように予め調整しておく必要がある。しかし、図９のように、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが変わってしまうと、制御回路７に予め設定してある回転子位置とＳＲモータ１の回転子位置にずれが生じてしまう。このため、最適な駆動タイミングでＳＲモータ１を駆動することができなくなり、効率の低下や回転変動が生じてしまう。
【００２８】
図３の(ａ)にはＳＲモータＡの固定子巻線インダクタンスの変化、(ｂ)にはＳＲモータＢの固定子巻線インダクタンスの変化、(ｃ)にはその差を示す。図３に示すように、一般にＳＲモータの固定子巻線インダクタンスは、回転子の位置により直線的に変化している。ここでは、図９のように検出レベルを固定するのではなく、図３に示すように固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差であるＬｄｉｆｆをインダクタンス最大値・最小値保持回路８より求め、制御回路７に設定する回転子位置に相当する検出レベル
【００２９】
検出レベル＝α×Ｌｄｉｆｆ （０≦α≦１）・・・・ (２)
【００３０】
になるように比例乗数αを予め設定しておくことにより、接続するＳＲモータ１がＳＲモータＡからＳＲモータＢに代わっても検出位置は変わらなくなる。
【００３１】
図４は、図３の検出位置近辺を拡大した説明図である。ＳＲモータＡの固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差をＬａ、ＳＲモータＢの固定子巻線インダクタンスの最大値と最小値の差をＬｂ、ＳＲモータＡとＳＲモータＢのインダクタンスの差の比をβ、ＳＲモータの固定子巻線インダクタンスが最大と最小の回転子角度の差をθ、任意の検出位置をそれぞれθ１ａ、θ１ｂ、ＳＲモータのθ１ａ、θ１ｂにおける固定子巻線インダクタンスをそれぞれＬａ’、Ｌｂ’とした場合、(２)式より
【００３２】
Ｌａ’＝α×Ｌａ・・・・・・・・・・・・・・・・・(３)
Ｌｂ’＝α×Ｌｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・(４)
Ｌｂ＝β×Ｌａ・・・・・・・・・・・・・・・・・(５)
【００３３】
となる。また、一般にＳＲモータの固定子巻線インダクタンスの変化は回転子の位置に対して直線的であるため、
【００３４】
Ｌａ’／(θ０−θ１ａ)＝Ｌａ／θ０・・・・・・・・(６)
Ｌｂ’／(θ０−θ１ｂ)＝Ｌｂ／θ０・・・・・・・・(７)
θ１ａ＝θ０×(１−α)・・・・・・・・・・・・・・(８)
θ１ｂ＝θ０×(１−α)・・・・・・・・・・・・・・(９)
【００３５】
となり、θ１ａとθ１ｂは同じ位置になる。
【００３６】
固定子巻線インダクタンスの最大値および最小値は、ＳＲモータが固定されれば変化することは無いので、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが決定した時に測定し、インダクタンス最大値・最小値保持回路８に保持しておけば、それ以降測定する必要は無くなる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、インダクタンス最大値・最小値保持回路８を設けてあるが、この機能を制御回路７に持たせ、これのメモリに保持してもよい。また、検出レベルをインダクタンス最大値・最小値保持回路８のインダクタンスの最大値と最小値を保持している値から生成しているが、検出レベル生成後は、検出レベルを保持し、その後この値を使用すればインダクタンスの最大値と最小値を保持しなくてよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、電圧検出回路１６によりトランジスタ１５がＯＮしてからの経過時間ｔ時の電圧を生成しているが、電圧検出回路１６を使用せず、(１)式の電圧の経過時間ｔ時の電圧と回転位置検出レベル発生回路９の生成した検出レベルを回転位置検出回路５で比較してもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、ＳＲモータについて説明しているが、固定子巻線のインダクタンスの大きさを利用して回転子の位置を検知する他のモータについても利用することが可能である。
【００４０】
以上のことより、ＳＲモータに合せて回転子位置検出装置の定数を変更すること無くＳＲモータと回転子位置検出装置とを組合せることができる。
【００４１】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による回転子位置検出装置を含むセンサレス・スイッチドリラクタンスモータ駆動装置の構成図である。図５において、実施の形態１で説明したものと同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。１０はインダクタンス検出回路６によって検出された固定子巻線インダクタンスの最大値を保持しておくためのインダクタンス最大値保持回路である。
【００４２】
一般に固定子巻線インダクタンスの最小値Ｌｍｉｎは最大値Ｌｍａｘに比べて非常に小さい値であるため図６にも示すように、
【００４３】
Ｌｍａｘ≒Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ・・・・・・・・・・(１０)
【００４４】
とすることができる。このため、所定の回転子位置に相当する検出レベルを
【００４５】
検出レベル＝α×Ｌｍａｘ (０≦α≦１)・・・(１１)
【００４６】
とすることができる。
【００４７】
固定子巻線インダクタンスの最大値は、ＳＲモータが固定されれば変化することは無いので、ＳＲモータ１と回転子位置検出装置の組み合わせが決定した時に測定し、インダクタンス最大値保持回路１０に保持しておけば、それ以降測定する必要は無くなる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、インダクタンス最大値保持回路１０を設けてあるが、この機能を制御回路７にもたせ、これのメモリに保持してもよい。また、検出レベルをインダクタンス最大値保持回路１０のインダクタンスの最大値を保持している値から生成しているが、検出レベル生成後は、検出レベルを保持し、その後この値を使用すればインダクタンスの最大値を保持しなくてよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、ＳＲモータについて説明しているが、固定子巻線のインダクタンスの大きさを利用して回転子の位置を検知する他のモータについても利用することが可能である。
【００５０】
以上のことより、ＳＲモータに合せて回転子位置検出回路の定数を変更すること無くＳＲモータと回転子位置検出装置とを組合せることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５２】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５３】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５４】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５５】
またこの発明によれば、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５６】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法としたので、いかなるモータに対しても固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を正確に検出できる。
【００５７】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【００５８】
またこの発明は、複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法としたので、例えば製造誤差を含むモータと回転子位置検出装置を組み合わせた場合においても、固定子に対して回転子が所望の相対的位置にある時点を自動的に正確に検出できるので、組み合わせが容易でモータの生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図２】 図１のインダクタンス検出回路の一例の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す拡大図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に関わる固定子巻線インダクタンスと検出位置、検出レベルの関係を示す図である。
【図７】 従来の回転子位置検出装置を含むＳＲモータ駆動装置の構成図である。
【図８】 代表的なＳＲモータの固定子と回転子の位置関係と固定子巻線のインダクタンスの変化を表す図である。
【図９】 従来の一般的なＳＲモータの固定子巻線インダクタンスのばらつきによる検出位置の違いを示す図である。
【符号の説明】
１ ＳＲモータ、２ 駆動回路、４ 固定子巻線励磁信号、５ 回転位置検出回路、６ インダクタンス検出回路、７ 制御回路、８ インダクタンス最大値・最小値保持回路、９ 回転位置検出レベル発生回路、１０ インダクタンス最大値保持回路、１１ａ，１１ｂ，１５ トランジスタ、１２ａ，１２ｂ ダイオード、１３ 母線電圧、１４ 抵抗、１６ 電圧検出回路、１７ ステップ関数信号発生回路、１８ 検出電源。
Claims (8)
- 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、
前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、
前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、
前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出装置において、
前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、
前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、
前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、
前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を保持する手段と、
前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、
前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置において、
前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出する手段と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値を保持する手段と、
前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する手段と、
前記検出手段で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出装置。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、
前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、
前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、
前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、
を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出する回転子位置検出方法において、
前記固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、
前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、所望の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、
前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、
を備えたことを特徴とする回転子位置検出方法。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、
前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値と最小値を求める工程と、
前記インダクタンスの最大値と最小値の差に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、
前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、
を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法。 - 複数の磁気突極を有する固定子の巻線インダクタンスの大きさを検出することにより前記磁気突極に対する回転子の位置を検出し、回転子の位置が駆動トルク発生範囲にある期間、固定子巻線が励磁されて駆動されるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法において、
前記モータの固定子の磁気突極と前記回転子の位置に対する前記固定子の巻線インダクタンスの大きさの検出を行う工程と、
前記検出された巻線インダクタンスの最大値を求める工程と、
前記インダクタンスの最大値に比例乗数を掛けた、前記駆動トルク発生範囲を示すための所定の回転子位置に相当するインダクタンスの大きさを示す検出レベルを発生する工程と、
前記検出工程で検出された巻線インダクタンスの大きさが前記検出レベルに達した時に位置検出信号を発生する工程と、
を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの回転子位置検出方法。
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