JP4663871B2 - 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
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Description
【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と、そのモータに使用するセンサレス駆動回路の改良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」と言う）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の磁極位置を検出し、所定のタイミングで転流が行われて、前記ＳＲモータを駆動していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記回転子の磁極位置検出センサをＳＲモータの駆動回路に用いると、駆動回路自体のコストがアップしてしまうとともに、センサが故障したりすると、ＳＲモータが駆動できなくなるという問題があった。また、センサは、センサから導出されるリード線を含めて、ＳＲモータのハウジング内の空間を占有することになるので、ＳＲモータを小型・軽量化することが難しくなる等の問題があった。
【０００４】
一方、ＳＲモータの回転子の磁極位置とインダクタンス値（または、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技術も開発されているが、かかる方式では、事前に通電パターンを算出して記憶させ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になるばかりでなく、通電パターンを記憶するための回路が特別に必要となるため回路コストをアップさせてしまうという問題がある。
【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、回転子の磁極位置検出用のセンサや予め算出した通電パターンを用いることなく、駆動可能としたスイッチドリラクタンスモータと、回転子の磁極位置検出をセンサレスで行うことを可能とした、前記モータのセンサレス駆動回路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】
請求項１記載のスイッチドリラクタンスモータは、複数相の固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記固定子鉄心内で回転可能に収容保持される回転子とを備えたスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記固定子鉄心内に収容される回転子は、その回転子磁極を前記固定子巻線を巻装した固定子磁極より多数極備えて構成したので、回転子磁極を固定子磁極より多くすることにより、固定子巻線への励磁時における非励磁相への磁束の漏れが多くなり、この結果、非励磁相の変圧器起電力の検出が良好となって非励磁相への転流が円滑に行えるため、回転子は脈動を少なくして低騒音で、かつ、大きなトルクで円滑・良好に回転させることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
また、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は、複数相の固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、その固定子鉄心内で回転可能に収容保持される回転子とを具備したスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記複数相の固定子巻線を順次励磁するインバータ回路と、前記インバータ回路により励磁が行われていない複数の非励磁相の変圧器起電力の電位差を演算処理してその値が所定値となったとき固定子巻線の励磁相を切替える転流指令を前記インバータ回路に出力するセンサレス制御回路と、インバータ回路から出力される相励磁信号をパルス幅変調して、回転子の回転速度を可変するパルス幅変調回路とを備えて構成したので、これにより、回転子の磁極位置検出用のセンサを用いることなく、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可能となる。しかも、インバータ回路から所要の固定子巻線の励磁相への通電をパルス幅変調させることにより、回転子の回転速度を容易に、かつ、任意に可変することができ、利便である。
【０００８】
さらに、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は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の固定子巻線の変圧器起電力を検出する起電力検出手段と、前記起電力検出手段によって検出された変圧器起電力に応じて転流指令を出力する転流回路と、前記転流指令に基づいてインバータ回路をオン・オフ制御する制御信号を出力する制御信号出力回路とを備えて構成したので、複数の非励磁相における変圧器起電力の検出は、その差電圧を検出すればよいので、例えば、磁束と電流を検出して転流時期を設定する場合に比べ、特別な検出手段等を準備する必要がないので、転流時期の設定が簡易に行うことができ、利便である。
【０００９】
しかも、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の起電力検出手段は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の複数の固定子巻線より変圧器起電力を検出してその電圧差を微分処理し、前記微分処理した値が０値となったとき、前記０値をカウントし、そのカウント値が所定のカウント値以上となったとき転流回路に転流指令を出力するように構成したので、この結果、微分処理後の０値は、次の転流指令が出力されるまで複数存在することになるため、目標とする回転速度に相当する０値の出力カウント値を提供することにより、容易に、かつ、任意に回転子の回転速度が選択でき、この種モータの効率的使用が可能となる。
【００１０】
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、前記固定子巻線は、２以上の同相の電機子巻線を有し、かつ、２以上の同相の固定子巻線は、インバータ回路により励磁されたとき同じ極性となるように固定子鉄心に巻回して構成したので、これにより、固定子巻線の励磁時における固定子巻線の非励磁相への磁束の漏洩が多くなり、この結果、非励磁相における変圧器起電力の検出を良好に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１０によって説明する。図１は本発明のスイッチドリラクタンスモータ（以下、単にＳＲモータという）の概略構成を示す図で、このＳＲモータ１は回転子軸２に回転子３を固着し、この回転子３を固定子鉄心４に回転可能に取付けることにより構成されている。
【００１２】
前記回転子３は、図１に示すように、回転子軸２に固着した円形のボス部３ａと、そのボス部３ａの周方向に等間隔を有して放射状に突設した例えば、８極の回転子磁極３ｂが具備されている。また、固定子鉄心４の内周面には、等間隔を保って固定子鉄心４の中心に向って例えば、６極の固定子磁極４ａが突設されている。即ち、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１は、前記のように、回転子磁極３ｂを固定子磁極４ａより多極化して構成するようにしたものである。
【００１３】
そして、前記固定子鉄心４の６極の固定子磁極４ａには、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の３相の固定子巻線４ｂ，４ｃ，４ｄが、それぞれ対向するステータ極４ａに２極ずつ巻回されている。この対向する２極の電機子巻線４ｂ〜４ｄは、励磁（通電）を行うことにより、その固定子巻線４ｂ〜４ｄが巻回される固定子磁極４ａ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。この結果、励磁時における固定子巻線４ｂ〜４ｄの非励磁相への漏れ磁束を多くして、前記非励磁相の変圧器起電力の検出が良好に行えるようにしている。
【００１４】
図２において、前記非励磁相における漏れ磁束が多くなる点について説明する。図２（ａ）は、本発明のＳＲモータ１において、例えば、Ａ相の電機子巻線４ｂを励磁した場合の磁束の状態を示し、また、図２（ｂ）は、従来のＳＲモータにおいて、同様にＡ相の固定子巻線を励磁した場合の磁束の状態を示し、この図２に示す磁束の流れで判るように、本発明のＳＲモータ１においては、励磁されたＡ相の固定子磁極４ａは、同じ磁性のＮ極に励磁されている関係上、励磁により生じる磁束５は、Ａ相の固定子巻線４ｂに対向している回転子磁極３ｂから入って、隣接する別の回転子磁極３ｂを通り、非励磁の固定子磁極４ｄであるＢ相及びＣ相の固定子磁極４ａへ入って、Ａ相の固定子磁極４ａへ戻っている。
【００１５】
一方、図２（ｂ）に示すように、従来のＳＲモータにおいては、励磁されたＡ相の固定子磁極は、一方がＮ極に他方がＳ極に励磁されるため、励磁により生じる磁束５は、Ｎ極に励磁されたＡ相の固定子磁極から対向する回転子磁極へ入り、更に、その回転子磁極からＳ極に励磁されたＡ相の固定子磁極へ入って、元のＮ極に励磁された固定子磁極へ戻っており、非励磁のＢ相及びＣ相の回転子磁極への漏れ磁束はほとんど生じない。
【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においては、所定の固定子巻線４ｂ〜４ｄの励磁によって固定子磁極４ａがＮ極またはＳ極の同じ極性に励磁されるように前記固定子巻線４ｂ〜４ｄ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可能となる。前記漏れ磁束が多くなると、モータの回転効率はある程度低下するものの、その分、非励磁相の変圧器起電力の検出を迅速・確実に行うことができ、ＳＲモータ１のセンサレス駆動を円滑・良好に行うことができる。
【００１７】
次に図３は、本発明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、インバータ回路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) を用いており、その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の回転速度を調整するものである。
【００１８】
インバータ回路１２は、図４に示すように、ＳＲモータ１の３相の固定子巻線４ｂ〜４ｄと共に図示されており、このインバータ回路１２は、３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）の固定子巻線４ｂ〜４ｄに、２４ボルトの直流電源２１を順次通電（励磁）切替するための回路である。インバータ回路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相の固定子巻線４ｂ〜４ｄ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相の固定子巻線４ｂ〜４ｄ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〜Ｑｗ１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、インバータ回路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、センサレス駆動回路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デジタルトランジスタＱｘ２〜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〜Ｒｚ３が接続された、いわゆるオープンコレクタ形のＮＰＮ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。この結果、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Ｑｘ１〜Ｑｚ１は、センサレス制御回路１３から“Ｈ”信号が出力され、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１１の矩形波のデューティ比でオン・オフを繰り返す。固定子巻線４ｂ〜４ｄ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〜Ｑｗ１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の各固定子巻線４ｂ〜４ｄ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固定子巻線４ｂ〜４ｄ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】
つづいて、センサレス制御回路１３について説明する。このセンサレス制御回路１３は、図３に示すように、所定の固定子巻線４ｂ〜４ｄの励磁時における非励磁相に生じる変圧器起電力を検出するための起電力検出手段１４と、この起電力検出手段１４から出力される転流指令により起動して、相励磁あるいは非相励磁信号（以下、制御信号という）をインバータ回路１２に出力する制御信号出力回路１６と、この制御信号出力回路１６を、起電力検出手段１３からの出力信号によって作動する転流回路１５とによって構成されている。
【００２４】
前記センサレス制御回路１３の要部を構成する起電力検出手段１４は、図５に示すように、実際には３個具備してセンサレス制御回路１３に組込まれており、ここでは、３個とも同じ構成であるため、１個について説明する。
【００２５】
ここでいう起電力検出手段１４は、例えば、８ビットのマイクロコンピュータ３個（１４ａ〜１４ｃ）を用いて構成されており、その機能は図５において、各起電力検出手段１４ａ〜１４ｃの各入力端、即ち、第１入力端ＩＮ1 に入力される電圧と、第２の入力端ＩＮ2 に入力される電圧とを演算処理して、その値が所定値になったとき、一定時間“Ｌ”信号を出力（転流指令）するものである。なお、前記各マイクロコンピュータ（起電力検出手段１４ａ〜１４ｃ）の第３入力端ＩＮ３は、センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃと接続されている。
【００２６】
この結果、前記転流指令を出力する前記マイクロコンピュータには、次に示すようなプログラムが事前に格納されている。
（１）第１入力端ＩＮ１に入力される電圧と、第２の入力端ＩＮ２に入力される電圧との電圧差を演算処理する機能
（２）演算処理した電圧差の値を更に微分処理して微分値が０値を算出処理する機能
（３）微分処理して算出した０値をカウント処理する機能
（４）０値を事前に設定した所定カウント数カウントした時点で、所定時間センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃから“Ｌ”信号（転流指令）を出力する機能
（５）センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃから出力される“Ｌ”信号の出力時期を０値のカウント数に応じて任意に変更可能とした機能
（６）起電力検出手段１４ａ〜１４ｃの所定の第３入力端ＩＮ３に、センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃからの“Ｌ”信号が入力されたら、作動を一旦停止させる機能
【００２７】
図５は、前記した起電力検出手段１４を３組備えたセンサレス駆動回路１３の回路図を示すもので、これら、３組の起電力検出手段１４は、例えば、Ｃ相の固定子巻線４ｄの励磁中に、Ａ相及びＢ相の固定子巻線４ｂ，４ｃの変圧器起電力を比較する第１の起電力検出手段１４ａと、Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁中に、Ｂ相及びＣ相の固定子巻線４ｃ，４ｄの変圧器起電力を比較する第２の起電力検出手段１４ｂと、Ｂ相の固定子巻線４ｃの励磁中に、Ｃ相及びＡ相の固定子巻線４ｄ，４ｂの変圧器電力を比較する第３の起電力検出手段１４ｃの３組が用意されており、これら第１〜第３の起電力検出手段１４ａ〜１４ｃは、すべて前記した８ビットのマイクロコンピュータによって構成されている。
【００２８】
前記第１の起電力検出手段１４ａの第１入力端ＩＮ１にはＡ相の固定子巻線４ｂのプラス側端ｕが、第２入力端ＩＮ２にはＢ相の固定子巻線４ｃのプラス側端ｖが、また、第３入力端ＩＮ３にはＣ相の固定子巻線４ｄ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。この第１の起電力検出手段１４ａの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ１の一端に入力され、そのオアＯＲ１の出力端は、同回路１５の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ＯＵＴ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。
【００２９】
同様に、第２の起電力検出手段１４ｂの第１入力端ＩＮ１にはＢ相の固定子巻線４ｃのプラス側端ｖが、第２入力端ＩＮ２にはＣ相の固定子巻線４ｄのプラス側端ｗが、また、第３入力端ＩＮ３にはＡ相の固定子巻線４ｂ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。この第２の起電力検出手段１４ｂの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ２の一端に入力され、そのオアＯＲ２の出力端は、同回路１５の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。
【００３０】
更に、第３の起電力検出手段１４ｃの第１入力端ＩＮ１にはＣ相の固定子巻線４ｄのプラス側端ｗが、第２入力端ＩＮ２にはＡ相の固定子巻線４ｂのプラス側端ｕが、また、第３入力端ＩＮ３にはＢ相の固定子巻線４ｃ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。この第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ３の一端に入力され、そのオアＯＲ３の出力端は、同回路１５の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。
【００３１】
そして、前記単安定マルチバイブレータＭＭ１〜ＭＭ３は、ＣＤ端子に“Ｈ”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〜Ｃ１３の容量と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の抵抗値とのＣＲ定数で定まる所定時間“Ｌ”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の抵抗値はそれぞれ２．２ＭΩとされている。
【００３２】
また、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が接続されており、このスイッチＳＷを電源の５ボルト側に接続すると、ＳＲモータ１は停止し、逆に、０ボルト側に接続すると、ＳＲモータ１は運転（駆動）を開始する。
【００３３】
単安定マルチバイブレータＭＭ１のＱバー端子は、制御信号出力回路１６の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相の固定子巻線４ｃ，４ｄ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ＯＲ２１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相の固定子巻線４ｂ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。
【００３４】
また、単安定マルチバイブレータＭＭ２のＱバー端子は、制御信号出力回路１６の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相の固定子巻線４ｂ，４ｄ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相の固定子巻線４ｃ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。
【００３５】
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相の固定子巻線４ｂ，４ｃ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相の固定子巻線４ｄ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。
【００３６】
また、前記した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の抵抗値とのＣＲ定数で定まる所定時間“Ｈ”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“Ｈ”信号が出力され、これにより、Ｂ相の固定子巻線４ｃから励磁が開始されてＳＲモータ１が回転を始める。
【００３７】
なお、このセンサレス制御回路１３において、前記転流回路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、また、制御信号出力回路１６は、オアＯＲ１１〜ＯＲ１３，ＯＲ２１，ＯＲ２２、インバータ回路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。
【００３８】
次に、図６及び図７を参照して、前記のように構成したセンサレス駆動回路１０の動作について説明する。図６，７は、固定子巻線４ｂ〜４ｄへの励磁と、その励磁に伴って回転子２が回転する動作状況を連続して示した図であり、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のフローチャート図である。
【００３９】
まず、スイッチＳＷが「停止」にある場合には、オアＯＲ２１の出力端ａから“Ｈ”信号が出力される。その結果、オアＯＲ１２に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ２の出力端から“Ｌ”信号が出力されるとともに、単安定マルチバイブレータＭＭ４のＱ端子から“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２２の出力ｂは“Ｌ”信号となる。また、オアＯＲ２１の出力ａが“Ｈ”信号となっているので、オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力ｃより“Ｌ”信号が出力される。従って、スイッチＳＷが「停止」状態の場合には、Ａ相の固定子巻線４ｂが励磁され、ＳＲモータ１は図６（ａ）に示す状態で停止している。
【００４０】
次に、スイッチＳＷを「停止」から「運転」に切り替えると制御信号出力回路１６の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“Ｈ”信号が出力され、オアＯＲ２２の出力端ｂから“Ｈ”信号が出力される。その結果、オアＯＲ１１に“Ｈ”信号が入力され、インバータＩＶ１の出力端から“Ｌ”信号が出力されるとともに、スイッチＳＷからは“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２１の出力端ａからは“Ｌ”信号が出力されることになる。また、一方、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｌ”になると、オアＯＲ２２の出力端ｂから“Ｈ”信号が出力され、これにより、オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力端ｃから“Ｌ”信号が出力される。よって、スイッチＳＷが「停止」から「運転」に切り替わることにより、Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁される。これにより、ＳＲモータ１のロータ２は、図６において右方向へ回転を始める。
【００４１】
Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁されている間は、３組ある起電力検出手段１４のうち、第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力される第３の起電力検出手段１４ｃのみが有効に作動することになる（図８のステップＳ1 参照）。この場合、図８に示すように、３組の起動力検出手段１４ａ〜１４ｃは、ＳＲモータ１の起動開始時にスイッチＳＷを「運転」に切替えることにより、センサレス制御回路１３の出力端ａ，ｃから“Ｌ”信号が出力されていることはいうまでもない。そして、前記第３の起電力検出手段１４ｃにおいては、励磁されていないＣ相とＡ相の固定子巻線４ｄ，４ｂに生じる変圧器起電力による電圧差を検出し、かつ、その値を微分処理して転流指令を出力する。
【００４２】
前記図８のステップＳ1 において、第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力されると、ステップＳ2 においてマイクロコンピュータのフラグｙに、ｙ＝０を入力する。つづいて、ステップＳ3 にて、即ち、図５に示す第３の起電力検出手段１４ｃの第１入力端ＩＮ１にＣ相の固定子巻線電圧（以下、Ｃ相電圧という）が入力され、また、第２入力端ＩＮ２にはＡ相の固定子巻線電圧（以下Ａ相電圧という）が入力される。そして、前記入力されたＡ相電圧とＣ相電圧は（Ａ相電圧−Ｃ相電圧）としてその電圧差を第３の起電力検出手段１４ｃのマイクロコンピュータにより演算処理し、その演算処理した差電圧の値を、更に、微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分処理することによって、前記差電圧の微分値Ｖｘを算出するものである。
【００４３】
前記のように、Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁されることにより、（インバータ回路１２の固定子巻線４ｃを通電させる回路をオンさせる）回転子３は図６（ａ）に示す状態から図６（ｂ）に示すように右方向に回転する。そして、回転子３の回転子磁極３ｂのαが、図６（ｂ）のように、Ａ相の固定子磁極４ａに近い位置にある場合は、前記Ａ相電圧はＣ相電圧より大きいため、両者の差電圧〔Ｖ〕は、図９の波形で示すように、最初は大きいものの回転子３の回転に伴い順次減少する。
【００４４】
しかし、回転子３が順次回転し、図６（ｃ）に示す地点に回転子磁極３ｂのα3 が達すると（α3 がＣ相とＡ相との各固定子磁極４ａの中間位置からややＣ相の固定子磁極４ａ側に近い地点）、Ａ相の固定子磁極４ａに回転子磁極３ｂ（α3 ）から流れる磁束によってＡ相の固定子巻線４ｂに一瞬電流が流れ、これによりＡ相の固定子磁極４ａに磁束を急速に流すための過度現象が生じ、これによりＡ相電圧が急激に大きくなり、図９にＰ２で示す横向きの波形で判るように、差電圧が一瞬０．５Ｖの線を超えて急上昇することになる（Ａ相電圧の上昇）。前記差電圧が上昇に転ずる直前は、図９の波形図で示すように、差電圧〔Ｖ〕は０．５Ｖの下側において降圧状態から横向きの波形Ｐ1 に変化している。
【００４５】
回転子がその回転により、前記図６（ｃ）に示す地点に達すると、前記Ａ相の固定子巻線４ｂに過度現象が生じ、これにより、差電圧が図９に波形図で示すように昇圧方向に急上昇し、次に降圧するまでの横向に流れる波形Ｐ2 が存在している間に、起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから転流回路１５に転流指令を出力することになる。即ち、本例においては、前記差電圧〔Ｖ〕が図９に示す０．５Ｖの線上の上，下において１回づつ横向の波形Ｐ1 ，Ｐ2 が生じたとき（２回目の横向きの波形が生じたときを指し、横向きの波形Ｐ1 ，Ｐ2 地点が、微分値Ｖｘが０値となったとき）、転流指令を出力する。
【００４６】
前記の転流指令の状況を更に詳述すると、図８のステップＳ3 において、前記差電圧を微分処理し、微分値Ｖｘを算出する。そして、ステップＳ4 において、前記算出した微分値Ｖｘが０値であるか、否かを判定し、０値を算出しない場合は再びステップＳ3 に戻り、差電圧〔Ｖ〕に基づき微分処理を続行する。
【００４７】
一方、ステップＳ4 で算出した微分値Ｖｘが０値であると判別されたときは、ステップＳ5 に移る。このステップＳ5 においては、フラグｙがｙ＝１であるかを判別している。しかし、本例では微分値Ｖｘが０値であるのを前記図９の波形図で示す如く、２回検出（カウント）した時点で転流指令を出力するように設定されているため、ステップＳ6 にて改めてもう１回０値が出力されたことを判別する上で、フラグにｙ＋１を入力させる。
【００４８】
この結果、図８のステップＳ6 からステップＳ3 に戻り、再度ステップＳ3 ，Ｓ4 において２回目の微分値Ｖｘが０値を検出する行為を実施する。これは、図９の波形図で説明したように、差電圧〔Ｖ〕が０．５Ｖを超えた地点で横向きの波形Ｐ2 が生じるところを指すもので、これは回転子３が図６（ｃ）で示す地点まで回転したこととなる。そして、前記ステップＳ4 により微分値Ｖｘが０値であることを検出したら、これをステップＳ5 で２回目の０値であるか、否かを判別する。
【００４９】
図８のステップＳ5 で微分値Ｖｘの０値が２回目のカウント値であることを認識（判別）したら次のステップＳ7 に移る。このステップＳ7 においては、Ａ相−Ｃ相の差電圧〔Ｖ〕の値を微分処理して微分値Ｖｘが０値であることを２回カウント（ステップＳ5 ）した時点で、第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから“Ｌ”信号を転流回路１５に出力する。この“Ｌ”信号が転流指令である。この時点で、回転子３は回転子磁極α1 がＢ相の固定子磁極４ａと対向する位置まで回転する。
【００５０】
前記差電圧〔Ｖ〕を微分処理してその微分値Ｖｘが０値であることを２回検出するということは、図９に示す波形図から判るように、横向きの波形Ｐ1 ，Ｐ2 が発生する個所が０値のところである。これは、図１０において差電圧〔Ｖ〕を微分処理した微分値をグラフで表したことでも判る。即ち、図９において、差電圧〔Ｖ〕の波形Ｐ1 ，Ｐ2 が横向きになる部位が０値を示しており、これは図１０においても、微分値Ｖｘの０値を示す線上に、０地点が２ケ所存在し、かつ、図９の横向の波形Ｐ1 ，Ｐ2 と同一の回転子角度位置〔ｒａｄ〕で微分値Ｖｘが０値というポイントが２回発生していることからでも判るものである。
【００５１】
前記第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから転流指令が出力されると、転流回路１５の単安定マルチバイブレータＭＭ２のＣＤ端子に“Ｌ”信号が入力され、そのＱバー端子からはオアＯＲ１２に“Ｈ”信号が出力されることになる。この結果、インバータＩＶ２の出力端から“Ｌ”信号が出力され、オアＯＲ２２の出力端から出力されていた“Ｈ”信号に代え、“Ｌ”信号を出力し、その“Ｌ”信号は第３の起電力検出手段１４ｃの第３入力端ＩＮ３に入力され、前記検出手段１４ｃを停止させ、その出力端ＯＵＴからはＢ相の固定子巻線４ｃの励磁を終える（図６（ｄ）参照）。
【００５２】
これは、制御信号出力回路１６の単安定マルチバイブレータＭＭ４のＱ端子から“Ｌ”信号が出力されているからに他ならない。また、前記転流信号が出力されると、転流回路１５のオアＯＲ３の出力が立下り、単安定マルチバイブレータＭＭ３のＱバー端子から“Ｌ”信号が一定時間出力される。この際、制御信号出力回路１６の出力端ａ，ｂは、既に“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ１３の入力はすべて“Ｌ”信号となり、インバータＩＶ３に“Ｌ”信号を入力し、その出力端からは“Ｈ”信号を出力し、図６（ｄ）に示すように、Ｃ相の固定子巻線４ｄを励磁させる（インバータ回路１２の固定子巻線４ｄを通電させる回路をオンさせる）。
【００５３】
この場合、インバータＩＶ３の出力端ｃから出力された“Ｈ”信号は、第１の起電力検出手段１４ａの第３入力端ＩＮ３に入力される（図８のステップＳ10参照）。一方、この第１の起電力検出手段１４ａの第１入力端ＩＮ１にＡ相の固定子巻線電圧（以下、Ａ相電圧という）が入力され、第２入力端ＩＮ２にはＢ相の固定子巻線電圧（以下、Ｂ相電圧という）が入力される。そして、前記入力されたＡ相電圧とＢ相電圧は（Ｂ相電圧−Ａ相電圧）としてその差電圧を図５に１４ａで示す第１の起電力検出手段１４ａによって演算処理し、かつ、その演算処理した差電圧の値を、前記第３の起電力検出手段１４ｃで実施したと同様に微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分処理して、前記差電圧〔Ｖ〕の微分値Ｖｘを算出する。
【００５４】
前記第１の起電力検出手段１４ａにインバータＩＶ３から“Ｈ”信号が入力されると、Ｃ相の固定子巻線４ｄが励磁され、回転子３は図６（ｄ），図７（ｅ）に示すように、右方向への回転を続行する。また、前記図８において、前記第１の起電力検出手段１４ａのＩＮ３にステップＳ10に示す如く“Ｈ”信号が入力されると、第１の起電力検出手段１４ａはステップＳ11によりマイクロコンピュータのフラグｙに、ｙ＝０を入力する。
【００５５】
そして、回転子３の回転によりその回転子磁極αは、固定子巻線の通電相の切替（Ｂ相→Ｃ相）当初は図７（ｅ）に示すように、Ｂ相の固定子磁極４ａに近いため、Ｂ相電圧は当然Ａ相電圧より大きいため、両者の差電圧〔Ｖ〕は開くものの回転子３の回転に伴い減少する。そして、前記Ａ相電圧とＢ相電圧との差電圧〔Ｖ〕は、図８のステップＳ12により演算処理し、その値を更に微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分値Ｖｘを算出する。
【００５６】
図８のステップＳ13〜Ｓ15においては、第３の起電力検出手段１４ｃにおいて差電圧〔Ｖ〕を微分処理し、その０値を２回算出した場合と同様の処理を行う。このステップＳ13〜Ｓ15については、ステップＳ4 〜Ｓ6 と同様動作を繰返すのでその説明は省略する。また、図８，９において差電圧〔Ｖ〕を微分処理し、微分値Ｖｘが０値であることを２回カウントするということについても、段落番号〔００５０〕にて詳述したので説明は省略する（図７（ｅ）参照）。
【００５７】
図７のステップＳ14において、差電圧〔Ｖ〕の微分値Ｖｘがその０値を２回検出（カウント）すると、ステップＳ16にて第１の起電力検出手段１４ａの出力端ＯＵＴより“Ｌ”信号（転流指令）が転流回路１５に出力される。前記転流指令は転流回路１５の単安定マルチバイブレータＭＭ３のＣＤ端子に“Ｌ”信号として入力され、そのＱバー端子からオアＯＲ１３に“Ｈ”信号を出力する。オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されると、インバータＩＶ３の出力端からは“Ｈ”信号に代って“Ｌ”信号が出力され、その“Ｌ”信号は第１の起電力検出手段１４ａの第３入力端ＩＮ３に入力される（図８のステップＳ17参照）。このため、第１の起電力検出手段１４ａはその出力端ＯＵＴより“Ｈ”信号を出力することにより機能を停止する（図８のステップＳ18参照）。即ち、Ｃ相の固定子巻線４ｄの励磁を終る（図７（ｆ）参照）。
【００５８】
前記転流指令が出力されると、転流回路１５のオアＯＲ１の出力が低下し、その単安定マルチバイブレータＭＭ１のＱバー端子から“Ｌ”信号が一定時間出力される。この場合、制御信号出力回路１６の出力端ｂ，ｃは既に“Ｌ”信号が出力されており、この結果オアＯＲ１１の入力はすべて“Ｌ”信号となり、オア２１に“Ｈ”信号を入力し、その出力端ａからは“Ｈ”信号を出力し、図７（ｆ）で示すように、Ａ相の固定子巻線１４ｂを励磁する（図８のステップＳ10，Ｓ19参照。この場合は、インバータ回路１２の固定子巻線１４ｂを通電する回路をオンさせる）。
【００５９】
前記オアＯＲ２１の出力端ａから出力された“Ｈ”信号は、図８のステップＳ19に示すように、第２の起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に入力される。その際、スイッチＳＷが〔運転〕に切り替えられているか確認する。また、第２起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力されると同時に、第１入力端ＩＮ１にＢ相の固定子巻線電圧（以下、Ｂ相電圧という）が、第２入力端ＩＮ２にはＣ相の固定子巻線電圧（以下、Ｃ相電圧という）がそれぞれ入力される。
【００６０】
前記Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁により、回転子３は図７（ｆ），（ｇ）に示すように右方向への回転を続行し、かつ、第２の起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に、制御信号出力回路１６の出力端ａから出力される“Ｈ”信号が入力されると、第３，第１の起電力検出手段１４ｃ，１４ａの場合と同様に、第２の起電力検出手段１４ｂが作動し、図８に示すステップＳ20〜Ｓ24の作業を実施する。即ち、前記第３，第１の起電力検出手段１４ｃ，１４ａと同様に、図８のステップＳ2 〜Ｓ6 ，Ｓ11〜Ｓ15と同じ作業を実行し、Ｂ相電圧とＣ相電圧との差電圧〔Ｖ〕を演算処理し、その値を微分処理し、微分値Ｖｘが０値であることを２回検出したら、ステップＳ25により転流指令を出力し、Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁を終え，ステップＳ27により第２の起電力検出手段１４ｂから“Ｈ”信号が出力された時点で、次の通電相となるＢ相の固定子巻線４ｃを励磁させて、回転子３は図７（ｈ），図６（ｂ）に示すように回転を継続させる。
【００６１】
本発明は、以上説明したように、回転子３の回転に応じて順次転流が行われ、その転流指令に基づいてインバータ回路１２に制御信号出力回路１６より所要のオン・オフ指令を出力し、励磁相がＡ相，Ｂ相，Ｃ相，Ａ相・・・・の順に切り替わり、図６，７（ａ）〜（ｈ）の順に、ＳＲモータ１を右方向に回転させるようにしたものである。
【００６２】
このように、本発明の駆動回路１０においては、非励磁相に生じる変圧器起電力を有効利用し、その差電圧を演算処理し、その値を更に微分処理して微分値Ｖｘが０値であることを所定回数カウントし、前記０値が事前に設定した回数となったとき、転流指令を出力してＳＲモータ１をセンサレス駆動するようにしたので、これまでのように、回転子３の磁極位置検出用のセンサを用いる必要が全くないので、その分、回路コストが低減でき、かつ、スイッチドリラクタンスモータを容易に小型化することができるという効果がある。また、あらかじめ、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が省け、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ともに、その通電パターンの記憶回路を削除して回路設計が行えるので、駆動回路のコストを低減することができるという効果がある。
【００６３】
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、前述したように、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｈ”となり、その結果、オアＯＲ１２に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ２から“Ｌ”信号が出力されるとともに、単安定マルチバイブレータＭＭ４から“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２２の出力端ｂは“Ｌ”となる。また、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｈ”となっているのでオアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力端ｃが“Ｌ”となる。従って、Ａ相の固定子巻線４ｂが励磁された状態、即ち、図６（ａ）に示す状態でＳＲモータ１を停止させることができる。
【００６４】
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、本発明の要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当然である。更に、固定子巻線の励磁相から非励磁相への転流周期は、非励磁相の差電圧を微分処理したときに生じる０値をその発生回数に対応して早いカウント値で転流させるか、逆に、遅いカウント値で転流させるかは任意に設定することができるので、ＳＲモータの回転制御、回転速度の変更等が容易に行い得、この種モータの使用範囲を良好に拡大することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、次に示すような効果を有する。
【００６６】
請求項１記載の発明は、回転子の回転子磁極を固定子鉄心の固定子磁極より多く形成することにより、固定子巻線への励磁時における非励磁相への磁束の漏れが多くなるため、非励磁相の変圧器起電力の検出が良好に行い得、これにより非励磁相への転流作用が円滑に行うことができるため、回転子は脈動を少なくして低騒音で、しかも、トルクを大きくして円滑・良好に回転させることができ、利便である。
【００６７】
また、請求項１記載の発明は、回転子の磁極位置を検出するためのセンサを特別に用いることなく、スイッチドリラクタンスモータをセンサレス駆動させることができ、しかも、インバータ回路から所要の固定子巻線への通電をパルス幅変調させることにより、回転子の回転速度を任意に可変することができ、これにより、この種のモータを効率的に利用することができる。
【００６８】
さらに、請求項１記載の発明は、複数の固定子巻線の非励磁相における変圧器起電力の検出は、非励磁相の差電圧を検出し、その検出値を微分処理した微分値のうち、０値の発生回数を有効活用して転流時期を設定することができるため、磁束と電流をその都度検出して転流時期を設定する場合に比べ、転流時期の設定が簡易に、かつ、低コストで行うことができる。
【００６９】
しかも、請求項１記載の発明は、転流時期を設定する微分値が０値である回数は、次の転流指令を出力するまでに複数回生じるため、前記０値のカウント数を任意に設定することにより、転流時期が容易に可変でき、これにより、回転子の回転速度が自由に選択することができるので、この種モータを各種機器の回転制御手段として円滑・良好に使用することができる。
【００７０】
請求項２記載の発明は、非励磁相への磁束の漏洩を多くすることができるので、非励磁相における変圧器起電力の検出を良好に行うことができ、利便である。
【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相の固定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相の固定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】インバータ回路の回路図である。
【図５】センサレス制御回路の回路図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、固定子巻線Ａ〜Ｃ相への励磁とその励磁に伴って回転子が回転する様子とを示した図である。
【図７】（ｅ）〜（ｈ）は、固定子巻線Ｃ〜Ｂ相への励磁とその励磁に伴って回転子が回転する様子とを示した図である。
【図８】起電力検出手段の動作を説明するフローチャート図である。
【図９】回転子の回転角度と差電圧との関係を示す電圧波形図である。
【図１０】回転子の回転角度と差電圧の微分値との関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
１ スイッチドリラクタンスモータ
３ 回転子
３ｂ 回転子磁極
４ 固定子鉄心
４ａ 固定子磁極
４ｂ，４ｃ，４ｄ 固定子巻線
１０ センサレス駆動回路
１１ 速度調整回路
１２ インバータ回路
１４ 起電力検出手段
１５ 転流回路
１６ 制御信号出力回路
【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と、そのモータに使用するセンサレス駆動回路の改良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」と言う）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の磁極位置を検出し、所定のタイミングで転流が行われて、前記ＳＲモータを駆動していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記回転子の磁極位置検出センサをＳＲモータの駆動回路に用いると、駆動回路自体のコストがアップしてしまうとともに、センサが故障したりすると、ＳＲモータが駆動できなくなるという問題があった。また、センサは、センサから導出されるリード線を含めて、ＳＲモータのハウジング内の空間を占有することになるので、ＳＲモータを小型・軽量化することが難しくなる等の問題があった。
【０００４】
一方、ＳＲモータの回転子の磁極位置とインダクタンス値（または、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技術も開発されているが、かかる方式では、事前に通電パターンを算出して記憶させ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になるばかりでなく、通電パターンを記憶するための回路が特別に必要となるため回路コストをアップさせてしまうという問題がある。
【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、回転子の磁極位置検出用のセンサや予め算出した通電パターンを用いることなく、駆動可能としたスイッチドリラクタンスモータと、回転子の磁極位置検出をセンサレスで行うことを可能とした、前記モータのセンサレス駆動回路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】
請求項１記載のスイッチドリラクタンスモータは、複数相の固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記固定子鉄心内で回転可能に収容保持される回転子とを備えたスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記固定子鉄心内に収容される回転子は、その回転子磁極を前記固定子巻線を巻装した固定子磁極より多数極備えて構成したので、回転子磁極を固定子磁極より多くすることにより、固定子巻線への励磁時における非励磁相への磁束の漏れが多くなり、この結果、非励磁相の変圧器起電力の検出が良好となって非励磁相への転流が円滑に行えるため、回転子は脈動を少なくして低騒音で、かつ、大きなトルクで円滑・良好に回転させることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
また、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は、複数相の固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、その固定子鉄心内で回転可能に収容保持される回転子とを具備したスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記複数相の固定子巻線を順次励磁するインバータ回路と、前記インバータ回路により励磁が行われていない複数の非励磁相の変圧器起電力の電位差を演算処理してその値が所定値となったとき固定子巻線の励磁相を切替える転流指令を前記インバータ回路に出力するセンサレス制御回路と、インバータ回路から出力される相励磁信号をパルス幅変調して、回転子の回転速度を可変するパルス幅変調回路とを備えて構成したので、これにより、回転子の磁極位置検出用のセンサを用いることなく、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可能となる。しかも、インバータ回路から所要の固定子巻線の励磁相への通電をパルス幅変調させることにより、回転子の回転速度を容易に、かつ、任意に可変することができ、利便である。
【０００８】
さらに、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は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の固定子巻線の変圧器起電力を検出する起電力検出手段と、前記起電力検出手段によって検出された変圧器起電力に応じて転流指令を出力する転流回路と、前記転流指令に基づいてインバータ回路をオン・オフ制御する制御信号を出力する制御信号出力回路とを備えて構成したので、複数の非励磁相における変圧器起電力の検出は、その差電圧を検出すればよいので、例えば、磁束と電流を検出して転流時期を設定する場合に比べ、特別な検出手段等を準備する必要がないので、転流時期の設定が簡易に行うことができ、利便である。
【０００９】
しかも、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の起電力検出手段は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の複数の固定子巻線より変圧器起電力を検出してその電圧差を微分処理し、前記微分処理した値が０値となったとき、前記０値をカウントし、そのカウント値が所定のカウント値以上となったとき転流回路に転流指令を出力するように構成したので、この結果、微分処理後の０値は、次の転流指令が出力されるまで複数存在することになるため、目標とする回転速度に相当する０値の出力カウント値を提供することにより、容易に、かつ、任意に回転子の回転速度が選択でき、この種モータの効率的使用が可能となる。
【００１０】
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、前記固定子巻線は、２以上の同相の電機子巻線を有し、かつ、２以上の同相の固定子巻線は、インバータ回路により励磁されたとき同じ極性となるように固定子鉄心に巻回して構成したので、これにより、固定子巻線の励磁時における固定子巻線の非励磁相への磁束の漏洩が多くなり、この結果、非励磁相における変圧器起電力の検出を良好に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１０によって説明する。図１は本発明のスイッチドリラクタンスモータ（以下、単にＳＲモータという）の概略構成を示す図で、このＳＲモータ１は回転子軸２に回転子３を固着し、この回転子３を固定子鉄心４に回転可能に取付けることにより構成されている。
【００１２】
前記回転子３は、図１に示すように、回転子軸２に固着した円形のボス部３ａと、そのボス部３ａの周方向に等間隔を有して放射状に突設した例えば、８極の回転子磁極３ｂが具備されている。また、固定子鉄心４の内周面には、等間隔を保って固定子鉄心４の中心に向って例えば、６極の固定子磁極４ａが突設されている。即ち、本発明のスイッチドリラクタンスモータ１は、前記のように、回転子磁極３ｂを固定子磁極４ａより多極化して構成するようにしたものである。
【００１３】
そして、前記固定子鉄心４の６極の固定子磁極４ａには、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の３相の固定子巻線４ｂ，４ｃ，４ｄが、それぞれ対向するステータ極４ａに２極ずつ巻回されている。この対向する２極の電機子巻線４ｂ〜４ｄは、励磁（通電）を行うことにより、その固定子巻線４ｂ〜４ｄが巻回される固定子磁極４ａ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。この結果、励磁時における固定子巻線４ｂ〜４ｄの非励磁相への漏れ磁束を多くして、前記非励磁相の変圧器起電力の検出が良好に行えるようにしている。
【００１４】
図２において、前記非励磁相における漏れ磁束が多くなる点について説明する。図２（ａ）は、本発明のＳＲモータ１において、例えば、Ａ相の電機子巻線４ｂを励磁した場合の磁束の状態を示し、また、図２（ｂ）は、従来のＳＲモータにおいて、同様にＡ相の固定子巻線を励磁した場合の磁束の状態を示し、この図２に示す磁束の流れで判るように、本発明のＳＲモータ１においては、励磁されたＡ相の固定子磁極４ａは、同じ磁性のＮ極に励磁されている関係上、励磁により生じる磁束５は、Ａ相の固定子巻線４ｂに対向している回転子磁極３ｂから入って、隣接する別の回転子磁極３ｂを通り、非励磁の固定子磁極４ｄであるＢ相及びＣ相の固定子磁極４ａへ入って、Ａ相の固定子磁極４ａへ戻っている。
【００１５】
一方、図２（ｂ）に示すように、従来のＳＲモータにおいては、励磁されたＡ相の固定子磁極は、一方がＮ極に他方がＳ極に励磁されるため、励磁により生じる磁束５は、Ｎ極に励磁されたＡ相の固定子磁極から対向する回転子磁極へ入り、更に、その回転子磁極からＳ極に励磁されたＡ相の固定子磁極へ入って、元のＮ極に励磁された固定子磁極へ戻っており、非励磁のＢ相及びＣ相の回転子磁極への漏れ磁束はほとんど生じない。
【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においては、所定の固定子巻線４ｂ〜４ｄの励磁によって固定子磁極４ａがＮ極またはＳ極の同じ極性に励磁されるように前記固定子巻線４ｂ〜４ｄ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可能となる。前記漏れ磁束が多くなると、モータの回転効率はある程度低下するものの、その分、非励磁相の変圧器起電力の検出を迅速・確実に行うことができ、ＳＲモータ１のセンサレス駆動を円滑・良好に行うことができる。
【００１７】
次に図３は、本発明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、インバータ回路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) を用いており、その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の回転速度を調整するものである。
【００１８】
インバータ回路１２は、図４に示すように、ＳＲモータ１の３相の固定子巻線４ｂ〜４ｄと共に図示されており、このインバータ回路１２は、３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）の固定子巻線４ｂ〜４ｄに、２４ボルトの直流電源２１を順次通電（励磁）切替するための回路である。インバータ回路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相の固定子巻線４ｂ〜４ｄ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相の固定子巻線４ｂ〜４ｄ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〜Ｑｗ１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、インバータ回路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、センサレス駆動回路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デジタルトランジスタＱｘ２〜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〜Ｒｚ３が接続された、いわゆるオープンコレクタ形のＮＰＮ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。この結果、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Ｑｘ１〜Ｑｚ１は、センサレス制御回路１３から“Ｈ”信号が出力され、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１１の矩形波のデューティ比でオン・オフを繰り返す。固定子巻線４ｂ〜４ｄ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〜Ｑｗ１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の各固定子巻線４ｂ〜４ｄ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固定子巻線４ｂ〜４ｄ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】
つづいて、センサレス制御回路１３について説明する。このセンサレス制御回路１３は、図３に示すように、所定の固定子巻線４ｂ〜４ｄの励磁時における非励磁相に生じる変圧器起電力を検出するための起電力検出手段１４と、この起電力検出手段１４から出力される転流指令により起動して、相励磁あるいは非相励磁信号（以下、制御信号という）をインバータ回路１２に出力する制御信号出力回路１６と、この制御信号出力回路１６を、起電力検出手段１３からの出力信号によって作動する転流回路１５とによって構成されている。
【００２４】
前記センサレス制御回路１３の要部を構成する起電力検出手段１４は、図５に示すように、実際には３個具備してセンサレス制御回路１３に組込まれており、ここでは、３個とも同じ構成であるため、１個について説明する。
【００２５】
ここでいう起電力検出手段１４は、例えば、８ビットのマイクロコンピュータ３個（１４ａ〜１４ｃ）を用いて構成されており、その機能は図５において、各起電力検出手段１４ａ〜１４ｃの各入力端、即ち、第１入力端ＩＮ1 に入力される電圧と、第２の入力端ＩＮ2 に入力される電圧とを演算処理して、その値が所定値になったとき、一定時間“Ｌ”信号を出力（転流指令）するものである。なお、前記各マイクロコンピュータ（起電力検出手段１４ａ〜１４ｃ）の第３入力端ＩＮ３は、センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃと接続されている。
【００２６】
この結果、前記転流指令を出力する前記マイクロコンピュータには、次に示すようなプログラムが事前に格納されている。
（１）第１入力端ＩＮ１に入力される電圧と、第２の入力端ＩＮ２に入力される電圧との電圧差を演算処理する機能
（２）演算処理した電圧差の値を更に微分処理して微分値が０値を算出処理する機能
（３）微分処理して算出した０値をカウント処理する機能
（４）０値を事前に設定した所定カウント数カウントした時点で、所定時間センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃから“Ｌ”信号（転流指令）を出力する機能
（５）センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃから出力される“Ｌ”信号の出力時期を０値のカウント数に応じて任意に変更可能とした機能
（６）起電力検出手段１４ａ〜１４ｃの所定の第３入力端ＩＮ３に、センサレス制御回路１３の所定の出力端ａ〜ｃからの“Ｌ”信号が入力されたら、作動を一旦停止させる機能
【００２７】
図５は、前記した起電力検出手段１４を３組備えたセンサレス駆動回路１３の回路図を示すもので、これら、３組の起電力検出手段１４は、例えば、Ｃ相の固定子巻線４ｄの励磁中に、Ａ相及びＢ相の固定子巻線４ｂ，４ｃの変圧器起電力を比較する第１の起電力検出手段１４ａと、Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁中に、Ｂ相及びＣ相の固定子巻線４ｃ，４ｄの変圧器起電力を比較する第２の起電力検出手段１４ｂと、Ｂ相の固定子巻線４ｃの励磁中に、Ｃ相及びＡ相の固定子巻線４ｄ，４ｂの変圧器電力を比較する第３の起電力検出手段１４ｃの３組が用意されており、これら第１〜第３の起電力検出手段１４ａ〜１４ｃは、すべて前記した８ビットのマイクロコンピュータによって構成されている。
【００２８】
前記第１の起電力検出手段１４ａの第１入力端ＩＮ１にはＡ相の固定子巻線４ｂのプラス側端ｕが、第２入力端ＩＮ２にはＢ相の固定子巻線４ｃのプラス側端ｖが、また、第３入力端ＩＮ３にはＣ相の固定子巻線４ｄ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。この第１の起電力検出手段１４ａの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ１の一端に入力され、そのオアＯＲ１の出力端は、同回路１５の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ＯＵＴ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。
【００２９】
同様に、第２の起電力検出手段１４ｂの第１入力端ＩＮ１にはＢ相の固定子巻線４ｃのプラス側端ｖが、第２入力端ＩＮ２にはＣ相の固定子巻線４ｄのプラス側端ｗが、また、第３入力端ＩＮ３にはＡ相の固定子巻線４ｂ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。この第２の起電力検出手段１４ｂの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ２の一端に入力され、そのオアＯＲ２の出力端は、同回路１５の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。
【００３０】
更に、第３の起電力検出手段１４ｃの第１入力端ＩＮ１にはＣ相の固定子巻線４ｄのプラス側端ｗが、第２入力端ＩＮ２にはＡ相の固定子巻線４ｂのプラス側端ｕが、また、第３入力端ＩＮ３にはＢ相の固定子巻線４ｃ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。この第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴは、転流回路１５の２入力オアＯＲ３の一端に入力され、そのオアＯＲ３の出力端は、同回路１５の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。
【００３１】
そして、前記単安定マルチバイブレータＭＭ１〜ＭＭ３は、ＣＤ端子に“Ｈ”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〜Ｃ１３の容量と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の抵抗値とのＣＲ定数で定まる所定時間“Ｌ”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の抵抗値はそれぞれ２．２ＭΩとされている。
【００３２】
また、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が接続されており、このスイッチＳＷを電源の５ボルト側に接続すると、ＳＲモータ１は停止し、逆に、０ボルト側に接続すると、ＳＲモータ１は運転（駆動）を開始する。
【００３３】
単安定マルチバイブレータＭＭ１のＱバー端子は、制御信号出力回路１６の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相の固定子巻線４ｃ，４ｄ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ＯＲ２１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相の固定子巻線４ｂ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。
【００３４】
また、単安定マルチバイブレータＭＭ２のＱバー端子は、制御信号出力回路１６の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相の固定子巻線４ｂ，４ｄ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相の固定子巻線４ｃ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。
【００３５】
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相の固定子巻線４ｂ，４ｃ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相の固定子巻線４ｄ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。
【００３６】
また、前記した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の抵抗値とのＣＲ定数で定まる所定時間“Ｈ”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“Ｈ”信号が出力され、これにより、Ｂ相の固定子巻線４ｃから励磁が開始されてＳＲモータ１が回転を始める。
【００３７】
なお、このセンサレス制御回路１３において、前記転流回路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、また、制御信号出力回路１６は、オアＯＲ１１〜ＯＲ１３，ＯＲ２１，ＯＲ２２、インバータ回路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。
【００３８】
次に、図６及び図７を参照して、前記のように構成したセンサレス駆動回路１０の動作について説明する。図６，７は、固定子巻線４ｂ〜４ｄへの励磁と、その励磁に伴って回転子２が回転する動作状況を連続して示した図であり、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のフローチャート図である。
【００３９】
まず、スイッチＳＷが「停止」にある場合には、オアＯＲ２１の出力端ａから“Ｈ”信号が出力される。その結果、オアＯＲ１２に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ２の出力端から“Ｌ”信号が出力されるとともに、単安定マルチバイブレータＭＭ４のＱ端子から“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２２の出力ｂは“Ｌ”信号となる。また、オアＯＲ２１の出力ａが“Ｈ”信号となっているので、オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力ｃより“Ｌ”信号が出力される。従って、スイッチＳＷが「停止」状態の場合には、Ａ相の固定子巻線４ｂが励磁され、ＳＲモータ１は図６（ａ）に示す状態で停止している。
【００４０】
次に、スイッチＳＷを「停止」から「運転」に切り替えると制御信号出力回路１６の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“Ｈ”信号が出力され、オアＯＲ２２の出力端ｂから“Ｈ”信号が出力される。その結果、オアＯＲ１１に“Ｈ”信号が入力され、インバータＩＶ１の出力端から“Ｌ”信号が出力されるとともに、スイッチＳＷからは“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２１の出力端ａからは“Ｌ”信号が出力されることになる。また、一方、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｌ”になると、オアＯＲ２２の出力端ｂから“Ｈ”信号が出力され、これにより、オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力端ｃから“Ｌ”信号が出力される。よって、スイッチＳＷが「停止」から「運転」に切り替わることにより、Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁される。これにより、ＳＲモータ１のロータ２は、図６において右方向へ回転を始める。
【００４１】
Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁されている間は、３組ある起電力検出手段１４のうち、第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力される第３の起電力検出手段１４ｃのみが有効に作動することになる（図８のステップＳ1 参照）。この場合、図８に示すように、３組の起動力検出手段１４ａ〜１４ｃは、ＳＲモータ１の起動開始時にスイッチＳＷを「運転」に切替えることにより、センサレス制御回路１３の出力端ａ，ｃから“Ｌ”信号が出力されていることはいうまでもない。そして、前記第３の起電力検出手段１４ｃにおいては、励磁されていないＣ相とＡ相の固定子巻線４ｄ，４ｂに生じる変圧器起電力による電圧差を検出し、かつ、その値を微分処理して転流指令を出力する。
【００４２】
前記図８のステップＳ1 において、第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力されると、ステップＳ2 においてマイクロコンピュータのフラグｙに、ｙ＝０を入力する。つづいて、ステップＳ3 にて、即ち、図５に示す第３の起電力検出手段１４ｃの第１入力端ＩＮ１にＣ相の固定子巻線電圧（以下、Ｃ相電圧という）が入力され、また、第２入力端ＩＮ２にはＡ相の固定子巻線電圧（以下Ａ相電圧という）が入力される。そして、前記入力されたＡ相電圧とＣ相電圧は（Ａ相電圧−Ｃ相電圧）としてその電圧差を第３の起電力検出手段１４ｃのマイクロコンピュータにより演算処理し、その演算処理した差電圧の値を、更に、微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分処理することによって、前記差電圧の微分値Ｖｘを算出するものである。
【００４３】
前記のように、Ｂ相の固定子巻線４ｃが励磁されることにより、（インバータ回路１２の固定子巻線４ｃを通電させる回路をオンさせる）回転子３は図６（ａ）に示す状態から図６（ｂ）に示すように右方向に回転する。そして、回転子３の回転子磁極３ｂのαが、図６（ｂ）のように、Ａ相の固定子磁極４ａに近い位置にある場合は、前記Ａ相電圧はＣ相電圧より大きいため、両者の差電圧〔Ｖ〕は、図９の波形で示すように、最初は大きいものの回転子３の回転に伴い順次減少する。
【００４４】
しかし、回転子３が順次回転し、図６（ｃ）に示す地点に回転子磁極３ｂのα3 が達すると（α3 がＣ相とＡ相との各固定子磁極４ａの中間位置からややＣ相の固定子磁極４ａ側に近い地点）、Ａ相の固定子磁極４ａに回転子磁極３ｂ（α3 ）から流れる磁束によってＡ相の固定子巻線４ｂに一瞬電流が流れ、これによりＡ相の固定子磁極４ａに磁束を急速に流すための過度現象が生じ、これによりＡ相電圧が急激に大きくなり、図９にＰ２で示す横向きの波形で判るように、差電圧が一瞬０．５Ｖの線を超えて急上昇することになる（Ａ相電圧の上昇）。前記差電圧が上昇に転ずる直前は、図９の波形図で示すように、差電圧〔Ｖ〕は０．５Ｖの下側において降圧状態から横向きの波形Ｐ1 に変化している。
【００４５】
回転子がその回転により、前記図６（ｃ）に示す地点に達すると、前記Ａ相の固定子巻線４ｂに過度現象が生じ、これにより、差電圧が図９に波形図で示すように昇圧方向に急上昇し、次に降圧するまでの横向に流れる波形Ｐ2 が存在している間に、起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから転流回路１５に転流指令を出力することになる。即ち、本例においては、前記差電圧〔Ｖ〕が図９に示す０．５Ｖの線上の上，下において１回づつ横向の波形Ｐ1 ，Ｐ2 が生じたとき（２回目の横向きの波形が生じたときを指し、横向きの波形Ｐ1 ，Ｐ2 地点が、微分値Ｖｘが０値となったとき）、転流指令を出力する。
【００４６】
前記の転流指令の状況を更に詳述すると、図８のステップＳ3 において、前記差電圧を微分処理し、微分値Ｖｘを算出する。そして、ステップＳ4 において、前記算出した微分値Ｖｘが０値であるか、否かを判定し、０値を算出しない場合は再びステップＳ3 に戻り、差電圧〔Ｖ〕に基づき微分処理を続行する。
【００４７】
一方、ステップＳ4 で算出した微分値Ｖｘが０値であると判別されたときは、ステップＳ5 に移る。このステップＳ5 においては、フラグｙがｙ＝１であるかを判別している。しかし、本例では微分値Ｖｘが０値であるのを前記図９の波形図で示す如く、２回検出（カウント）した時点で転流指令を出力するように設定されているため、ステップＳ6 にて改めてもう１回０値が出力されたことを判別する上で、フラグにｙ＋１を入力させる。
【００４８】
この結果、図８のステップＳ6 からステップＳ3 に戻り、再度ステップＳ3 ，Ｓ4 において２回目の微分値Ｖｘが０値を検出する行為を実施する。これは、図９の波形図で説明したように、差電圧〔Ｖ〕が０．５Ｖを超えた地点で横向きの波形Ｐ2 が生じるところを指すもので、これは回転子３が図６（ｃ）で示す地点まで回転したこととなる。そして、前記ステップＳ4 により微分値Ｖｘが０値であることを検出したら、これをステップＳ5 で２回目の０値であるか、否かを判別する。
【００４９】
図８のステップＳ5 で微分値Ｖｘの０値が２回目のカウント値であることを認識（判別）したら次のステップＳ7 に移る。このステップＳ7 においては、Ａ相−Ｃ相の差電圧〔Ｖ〕の値を微分処理して微分値Ｖｘが０値であることを２回カウント（ステップＳ5 ）した時点で、第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから“Ｌ”信号を転流回路１５に出力する。この“Ｌ”信号が転流指令である。この時点で、回転子３は回転子磁極α1 がＢ相の固定子磁極４ａと対向する位置まで回転する。
【００５０】
前記差電圧〔Ｖ〕を微分処理してその微分値Ｖｘが０値であることを２回検出するということは、図９に示す波形図から判るように、横向きの波形Ｐ1 ，Ｐ2 が発生する個所が０値のところである。これは、図１０において差電圧〔Ｖ〕を微分処理した微分値をグラフで表したことでも判る。即ち、図９において、差電圧〔Ｖ〕の波形Ｐ1 ，Ｐ2 が横向きになる部位が０値を示しており、これは図１０においても、微分値Ｖｘの０値を示す線上に、０地点が２ケ所存在し、かつ、図９の横向の波形Ｐ1 ，Ｐ2 と同一の回転子角度位置〔ｒａｄ〕で微分値Ｖｘが０値というポイントが２回発生していることからでも判るものである。
【００５１】
前記第３の起電力検出手段１４ｃの出力端ＯＵＴから転流指令が出力されると、転流回路１５の単安定マルチバイブレータＭＭ２のＣＤ端子に“Ｌ”信号が入力され、そのＱバー端子からはオアＯＲ１２に“Ｈ”信号が出力されることになる。この結果、インバータＩＶ２の出力端から“Ｌ”信号が出力され、オアＯＲ２２の出力端から出力されていた“Ｈ”信号に代え、“Ｌ”信号を出力し、その“Ｌ”信号は第３の起電力検出手段１４ｃの第３入力端ＩＮ３に入力され、前記検出手段１４ｃを停止させ、その出力端ＯＵＴからはＢ相の固定子巻線４ｃの励磁を終える（図６（ｄ）参照）。
【００５２】
これは、制御信号出力回路１６の単安定マルチバイブレータＭＭ４のＱ端子から“Ｌ”信号が出力されているからに他ならない。また、前記転流信号が出力されると、転流回路１５のオアＯＲ３の出力が立下り、単安定マルチバイブレータＭＭ３のＱバー端子から“Ｌ”信号が一定時間出力される。この際、制御信号出力回路１６の出力端ａ，ｂは、既に“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ１３の入力はすべて“Ｌ”信号となり、インバータＩＶ３に“Ｌ”信号を入力し、その出力端からは“Ｈ”信号を出力し、図６（ｄ）に示すように、Ｃ相の固定子巻線４ｄを励磁させる（インバータ回路１２の固定子巻線４ｄを通電させる回路をオンさせる）。
【００５３】
この場合、インバータＩＶ３の出力端ｃから出力された“Ｈ”信号は、第１の起電力検出手段１４ａの第３入力端ＩＮ３に入力される（図８のステップＳ10参照）。一方、この第１の起電力検出手段１４ａの第１入力端ＩＮ１にＡ相の固定子巻線電圧（以下、Ａ相電圧という）が入力され、第２入力端ＩＮ２にはＢ相の固定子巻線電圧（以下、Ｂ相電圧という）が入力される。そして、前記入力されたＡ相電圧とＢ相電圧は（Ｂ相電圧−Ａ相電圧）としてその差電圧を図５に１４ａで示す第１の起電力検出手段１４ａによって演算処理し、かつ、その演算処理した差電圧の値を、前記第３の起電力検出手段１４ｃで実施したと同様に微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分処理して、前記差電圧〔Ｖ〕の微分値Ｖｘを算出する。
【００５４】
前記第１の起電力検出手段１４ａにインバータＩＶ３から“Ｈ”信号が入力されると、Ｃ相の固定子巻線４ｄが励磁され、回転子３は図６（ｄ），図７（ｅ）に示すように、右方向への回転を続行する。また、前記図８において、前記第１の起電力検出手段１４ａのＩＮ３にステップＳ10に示す如く“Ｈ”信号が入力されると、第１の起電力検出手段１４ａはステップＳ11によりマイクロコンピュータのフラグｙに、ｙ＝０を入力する。
【００５５】
そして、回転子３の回転によりその回転子磁極αは、固定子巻線の通電相の切替（Ｂ相→Ｃ相）当初は図７（ｅ）に示すように、Ｂ相の固定子磁極４ａに近いため、Ｂ相電圧は当然Ａ相電圧より大きいため、両者の差電圧〔Ｖ〕は開くものの回転子３の回転に伴い減少する。そして、前記Ａ相電圧とＢ相電圧との差電圧〔Ｖ〕は、図８のステップＳ12により演算処理し、その値を更に微分記号（ｄ／ｄｔ）を用いて微分値Ｖｘを算出する。
【００５６】
図８のステップＳ13〜Ｓ15においては、第３の起電力検出手段１４ｃにおいて差電圧〔Ｖ〕を微分処理し、その０値を２回算出した場合と同様の処理を行う。このステップＳ13〜Ｓ15については、ステップＳ4 〜Ｓ6 と同様動作を繰返すのでその説明は省略する。また、図８，９において差電圧〔Ｖ〕を微分処理し、微分値Ｖｘが０値であることを２回カウントするということについても、段落番号〔００５０〕にて詳述したので説明は省略する（図７（ｅ）参照）。
【００５７】
図７のステップＳ14において、差電圧〔Ｖ〕の微分値Ｖｘがその０値を２回検出（カウント）すると、ステップＳ16にて第１の起電力検出手段１４ａの出力端ＯＵＴより“Ｌ”信号（転流指令）が転流回路１５に出力される。前記転流指令は転流回路１５の単安定マルチバイブレータＭＭ３のＣＤ端子に“Ｌ”信号として入力され、そのＱバー端子からオアＯＲ１３に“Ｈ”信号を出力する。オアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されると、インバータＩＶ３の出力端からは“Ｈ”信号に代って“Ｌ”信号が出力され、その“Ｌ”信号は第１の起電力検出手段１４ａの第３入力端ＩＮ３に入力される（図８のステップＳ17参照）。このため、第１の起電力検出手段１４ａはその出力端ＯＵＴより“Ｈ”信号を出力することにより機能を停止する（図８のステップＳ18参照）。即ち、Ｃ相の固定子巻線４ｄの励磁を終る（図７（ｆ）参照）。
【００５８】
前記転流指令が出力されると、転流回路１５のオアＯＲ１の出力が低下し、その単安定マルチバイブレータＭＭ１のＱバー端子から“Ｌ”信号が一定時間出力される。この場合、制御信号出力回路１６の出力端ｂ，ｃは既に“Ｌ”信号が出力されており、この結果オアＯＲ１１の入力はすべて“Ｌ”信号となり、オア２１に“Ｈ”信号を入力し、その出力端ａからは“Ｈ”信号を出力し、図７（ｆ）で示すように、Ａ相の固定子巻線１４ｂを励磁する（図８のステップＳ10，Ｓ19参照。この場合は、インバータ回路１２の固定子巻線１４ｂを通電する回路をオンさせる）。
【００５９】
前記オアＯＲ２１の出力端ａから出力された“Ｈ”信号は、図８のステップＳ19に示すように、第２の起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に入力される。その際、スイッチＳＷが〔運転〕に切り替えられているか確認する。また、第２起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に“Ｈ”信号が入力されると同時に、第１入力端ＩＮ１にＢ相の固定子巻線電圧（以下、Ｂ相電圧という）が、第２入力端ＩＮ２にはＣ相の固定子巻線電圧（以下、Ｃ相電圧という）がそれぞれ入力される。
【００６０】
前記Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁により、回転子３は図７（ｆ），（ｇ）に示すように右方向への回転を続行し、かつ、第２の起電力検出手段１４ｂの第３入力端ＩＮ３に、制御信号出力回路１６の出力端ａから出力される“Ｈ”信号が入力されると、第３，第１の起電力検出手段１４ｃ，１４ａの場合と同様に、第２の起電力検出手段１４ｂが作動し、図８に示すステップＳ20〜Ｓ24の作業を実施する。即ち、前記第３，第１の起電力検出手段１４ｃ，１４ａと同様に、図８のステップＳ2 〜Ｓ6 ，Ｓ11〜Ｓ15と同じ作業を実行し、Ｂ相電圧とＣ相電圧との差電圧〔Ｖ〕を演算処理し、その値を微分処理し、微分値Ｖｘが０値であることを２回検出したら、ステップＳ25により転流指令を出力し、Ａ相の固定子巻線４ｂの励磁を終え，ステップＳ27により第２の起電力検出手段１４ｂから“Ｈ”信号が出力された時点で、次の通電相となるＢ相の固定子巻線４ｃを励磁させて、回転子３は図７（ｈ），図６（ｂ）に示すように回転を継続させる。
【００６１】
本発明は、以上説明したように、回転子３の回転に応じて順次転流が行われ、その転流指令に基づいてインバータ回路１２に制御信号出力回路１６より所要のオン・オフ指令を出力し、励磁相がＡ相，Ｂ相，Ｃ相，Ａ相・・・・の順に切り替わり、図６，７（ａ）〜（ｈ）の順に、ＳＲモータ１を右方向に回転させるようにしたものである。
【００６２】
このように、本発明の駆動回路１０においては、非励磁相に生じる変圧器起電力を有効利用し、その差電圧を演算処理し、その値を更に微分処理して微分値Ｖｘが０値であることを所定回数カウントし、前記０値が事前に設定した回数となったとき、転流指令を出力してＳＲモータ１をセンサレス駆動するようにしたので、これまでのように、回転子３の磁極位置検出用のセンサを用いる必要が全くないので、その分、回路コストが低減でき、かつ、スイッチドリラクタンスモータを容易に小型化することができるという効果がある。また、あらかじめ、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が省け、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ともに、その通電パターンの記憶回路を削除して回路設計が行えるので、駆動回路のコストを低減することができるという効果がある。
【００６３】
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、前述したように、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｈ”となり、その結果、オアＯＲ１２に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ２から“Ｌ”信号が出力されるとともに、単安定マルチバイブレータＭＭ４から“Ｌ”信号が出力されているので、オアＯＲ２２の出力端ｂは“Ｌ”となる。また、オアＯＲ２１の出力端ａが“Ｈ”となっているのでオアＯＲ１３に“Ｈ”信号が入力されてインバータＩＶ３の出力端ｃが“Ｌ”となる。従って、Ａ相の固定子巻線４ｂが励磁された状態、即ち、図６（ａ）に示す状態でＳＲモータ１を停止させることができる。
【００６４】
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、本発明の要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当然である。更に、固定子巻線の励磁相から非励磁相への転流周期は、非励磁相の差電圧を微分処理したときに生じる０値をその発生回数に対応して早いカウント値で転流させるか、逆に、遅いカウント値で転流させるかは任意に設定することができるので、ＳＲモータの回転制御、回転速度の変更等が容易に行い得、この種モータの使用範囲を良好に拡大することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、次に示すような効果を有する。
【００６６】
請求項１記載の発明は、回転子の回転子磁極を固定子鉄心の固定子磁極より多く形成することにより、固定子巻線への励磁時における非励磁相への磁束の漏れが多くなるため、非励磁相の変圧器起電力の検出が良好に行い得、これにより非励磁相への転流作用が円滑に行うことができるため、回転子は脈動を少なくして低騒音で、しかも、トルクを大きくして円滑・良好に回転させることができ、利便である。
【００６７】
また、請求項１記載の発明は、回転子の磁極位置を検出するためのセンサを特別に用いることなく、スイッチドリラクタンスモータをセンサレス駆動させることができ、しかも、インバータ回路から所要の固定子巻線への通電をパルス幅変調させることにより、回転子の回転速度を任意に可変することができ、これにより、この種のモータを効率的に利用することができる。
【００６８】
さらに、請求項１記載の発明は、複数の固定子巻線の非励磁相における変圧器起電力の検出は、非励磁相の差電圧を検出し、その検出値を微分処理した微分値のうち、０値の発生回数を有効活用して転流時期を設定することができるため、磁束と電流をその都度検出して転流時期を設定する場合に比べ、転流時期の設定が簡易に、かつ、低コストで行うことができる。
【００６９】
しかも、請求項１記載の発明は、転流時期を設定する微分値が０値である回数は、次の転流指令を出力するまでに複数回生じるため、前記０値のカウント数を任意に設定することにより、転流時期が容易に可変でき、これにより、回転子の回転速度が自由に選択することができるので、この種モータを各種機器の回転制御手段として円滑・良好に使用することができる。
【００７０】
請求項２記載の発明は、非励磁相への磁束の漏洩を多くすることができるので、非励磁相における変圧器起電力の検出を良好に行うことができ、利便である。
【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相の固定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相の固定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】インバータ回路の回路図である。
【図５】センサレス制御回路の回路図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、固定子巻線Ａ〜Ｃ相への励磁とその励磁に伴って回転子が回転する様子とを示した図である。
【図７】（ｅ）〜（ｈ）は、固定子巻線Ｃ〜Ｂ相への励磁とその励磁に伴って回転子が回転する様子とを示した図である。
【図８】起電力検出手段の動作を説明するフローチャート図である。
【図９】回転子の回転角度と差電圧との関係を示す電圧波形図である。
【図１０】回転子の回転角度と差電圧の微分値との関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
１ スイッチドリラクタンスモータ
３ 回転子
３ｂ 回転子磁極
４ 固定子鉄心
４ａ 固定子磁極
４ｂ，４ｃ，４ｄ 固定子巻線
１０ センサレス駆動回路
１１ 速度調整回路
１２ インバータ回路
１４ 起電力検出手段
１５ 転流回路
１６ 制御信号出力回路
Claims (2)
- 複数相の固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記固定子鉄心内で回転可能に収容保持される回転子とを備えたスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記固定子鉄心内に収容される回転子は、その回転子磁極を前記固定子巻線を巻装した固定子磁極より多数極備え、前記複数相の固定子巻線を順次励磁するインバータ回路と、前記インバータ回路により励磁が行われていない複数の非励磁相の変圧器起電力の電位差を演算処理して、前記演算処理をした値が事前に設定した所定値となったとき固定子巻線の励磁相を切替える転流指令を前記インバータ回路に出力するセンサレス制御回路と、インバータ回路から出力される相励磁信号をパルス幅変調して、回転子の回転速度を可変するパルス幅変調回路とを備え、前記センサレス制御回路は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の固定子巻線の変圧器起電力を検出する起電力検出手段と、前記起電力検出手段によって検出された変圧器起電力に応じて転流指令を出力する転流回路と、前記転流指令に基づいてインバータ回路をオン・オフ制御する制御信号を出力する制御信号出力回路とを備えて構成し、かつ、前記起電力検出手段は、インバータ回路により励磁されていない非励磁相の複数の固定子巻線より変圧器起電力を検出してその電圧差を微分処理し、前記微分処理した値が０値となったとき、前記０値をカウントし、そのカウント値が事前に設定したカウント値以上となったとき転流回路に転流指令を出力するように構成した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。
- 前記固定子巻線は、２以上の同相の電機子巻線を有し、かつ、２以上の同相の固定子巻線は、インバータ回路により励磁されたとき同じ磁性となるように固定子鉄心に巻回して構成したことを特徴とする請求項１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。
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