(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの複数の突極に巻かれたコイルを励磁し、複数の突極を持ったロータを回転させるスイッチトリラクタンスモータの駆動方法において、
ロータ位置センサーから得られる位置信号に基づいて、
始動時及び極低速時に、励磁されている主励磁相のステータの突極がロータの突極と重なり合う前に、主励磁相を励磁したまま、次に主励磁予定の相である、主励磁相のステータの突極の隣の突極であってロータの回転方向の逆方向側に位置する突極も回転トルクがロータ回転方向に働くように補助励磁し、
主励磁相のステータの突極とロータの突極が概略重なった時点で、主励磁相の励磁を止め、補助励磁相を主励磁相にする動作を繰り返すことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【請求項２】
前記補助励磁を開始するタイミングが、励磁されている主励磁相のステータの突極と、この突極に最も近いロータの突極の中心線同士がなす角度が予め定められた所定の角度になった時点であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【請求項３】
前記スイッチトリラクタンスモータが、ステータの突極の数が６、ロータの突極の数が４の３相６／４形スイッチトリラクタンスモータであり、
前記予め定められた所定の角度が、概略１５度または１５度以下であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【請求項４】
主励磁相を励磁したまま、次に主励磁相になる予定の相を補助励磁するとき、主励磁相と補助励磁相の励磁電流の大きさを、主励磁相のみを励磁するときの電流の大きさと異なる大きさにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチトリラクタンスモータの始動時及び極低速回転時の出力トルクの脈動を抑制し、安定した回転（正・逆回転）を安定確保できる、スイッチトリラクタンスモータの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３、図４、図５は例えば特開平１０−３３７０７３号公報に示された従来のスイッチトリラクタンスモータの回転原理や駆動方法例を説明したものである。
図３は、スイッチトリラクタンスモータの制御部まで含めたイメージ図で、２１はステータ、３は位置センサーで、ロータの位置の検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を得るものである。Ａ、Ｂ、Ｃはステータの突極に巻かれたコイルの３つの相を表している。
図４は、スイッチトリラクタンスモータの回転原理を表したもので、２１はステータ、２２はロータ、２３は電源、２４、２５、２６は各層のスイッチ素子、φ１１、φ１２はステータの突極に巻かれたＡ相のコイル、φ２１、φ２２はＢ相のコイル、φ３１、φ３２はＣ相のコイルである。
図５は、センサーＳ１、Ｓ２、Ｓ３からのロータ位置信号とそのタイミングに対応したモータの出力トルクの変化状況を表している。
【０００３】
図４に示されたスイッチトリラクタンスモータは、３相６／４（ステータの突極６、ロータの突極４）形モータであって、図４（ａ）はＡ相が励磁完了した状態を示している。
スイッチ素子２５がオンとなると、直流電源２３からの励磁電流がステータコイル（図４のφ１１、φ１２）に供給され、このステータコイルに磁力が発生し、ロータ２２の突極を引きつける。この結果、ステータ２１の突極とロータ２２の突極が一致するようにロータ２２が回転する。
図４（ｂ）は、Ａ相からＢ相への励磁の切り替えを示しており、スイッチ素子２５はオフ、スイッチ素子２４はオンとなる。
図４（ｃ）は、Ｂ相が励磁された状態を示しており、スイッチ素子２４がオンとなるので、ステータコイルφ２１、φ２２が励磁され、ロータ２２は反時計方向に回転し、ステータ２１の突極とロータ２２の突極が一致する。
以下同様にして、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、Ｂ相からＣ相への励磁の切り替えとＣ相からＡ相への切替えが行われ、ステータコイルφ３１、φ３２の励磁とステータコイルφ１１、φ１２の励磁に伴ってロータは回転を継続する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の３相スイッチトリラクタンスモータにおいては、励磁されたステータの突極に対し、そのリラクタンス（磁気抵抗）が最小となるようにロータの突極が移動する形でトルクを発生させるので、その運転特性はリラクタンスのロータに対する特性と密接に関係している。
３相スイッチトリラクタンスモータの出力波形をサイン波形で近似させると、図５に示すように、トルクの脈動が大きいばかりでなく、始動トルクが小さいロータ位置があることが判る。
図５におけるａ点は、Ａ相からＢ相への切り替わる点であり、この点におけるトルクはピークトルクの１／２となっている。
実際のの出力トルク波形は、サイン波形のように整然とした波形ではなく、歪んだ波形であるので、１つの相から他の相へ切替わる点におけるトルクの落ち込みは、より大きくなっている。
したがって、トルクの落ち込みが大きいロータ位置にあるロータを始動させようとしても、始動トルクが不足してスイッチトリラクタンスモータが始動できない事態を発生させていた。
【０００５】
また、負荷トルクがスイッチトリラクタンスモータの落ち込んだトルクより大きい場合、高速回転時はロータの回転エネルギーにより回転を継続できても極めて低速でロータが回転エネルギーをほとんど持たない場合は、大きな回転ムラがでたり、モータが止まってしまう恐れがあった。
また、従来は図４（ｂ）のＡ相のステータとロータの突極位置関係から分かるようにステータとロータの突極同士が完全に重なる少し前に励磁相を切替えている。これは突極同士が完全に重なった位置ではロータに回転トルクが全く発生しなくなるのを避けるためである。
即ちこれは片側回転（図４では反時計方向）のみに着目している。この方法で逆回転しようとすると、ステータとロータの突極同士が重なり、さらに行き過ぎてから励磁相を切り換えることになり、始動できない場合が考えられ、回転できた場合でも回転中に部分的にブレーキトルクが働くことになり、逆回転の運転効率が悪くなる。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、始動時や極低速時の発生トルクのバラツキを低減し、安定した始動と、安定した極低速運転ができ、逆回転の場合にもモータ特性を安定確保できるスイッチトリラクタンスモータの駆動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、下記（１）〜（４）を要旨とするものである。
（１）  ステータの複数の突極に巻かれたコイルを励磁し、複数の突極を持ったロータを回転させるスイッチトリラクタンスモータの駆動方法において、ロータ位置センサーから得られる位置信号に基づいて、始動時及び極低速時に、励磁されている主励磁相のステータの突極がロータの突極と重なり合う前に、主励磁相を励磁したまま、次に主励磁予定の相である、主励磁相のステータの突極の隣の突極であってロータの回転方向の逆方向側に位置する突極も回転トルクがロータ回転方向に働くように補助励磁し、主励磁相のステータの突極とロータの突極が概略重なった時点で、主励磁相の励磁を止め、補助励磁相を主励磁相にする動作を繰り返すことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
（２）  前記補助励磁を開始するタイミングが、励磁されている主励磁相のステータの突極と、この突極に最も近いロータの突極の中心線同士がなす角度が予め定められた所定の角度になった時点であることを特徴とする前記（１）に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【０００７】
（３）  前記スイッチトリラクタンスモータが、ステータの突極の数が６、ロータの突極の数が４の３相６／４形スイッチトリラクタンスモータであり、前記予め定められた所定の角度が、概略１５度または１５度以下であることを特徴とする前記（２）に記載のスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
（４）  前記（１）〜（３）のいずれか１項において、主励磁相を励磁したまま、次に主励磁相になる予定の相を補助励磁するとき、主励磁相との補助励磁相の励磁電流の大きさを、主励磁相のみを励磁するときの電流の大きさと異なる大きさ（基本的には小さくする）にすることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの駆動方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によるスイッチトリラクタンスモータの駆動方法で用いる制御装置は、基本的には、３つの位置センサーから出てくる６種類の組み合わせ信号のうち、３種類の信号の組み合わせ時に、始動時および極低速時のみ、１相の通常の励磁に加えて次に励磁予定の相も補助励磁することにより、ロータの回転位置による発生トルクの大幅な低下を防ぐとともに、安定した逆回転、正・逆回転とも同じモータ特性を提供できるようにするものである。
なお、主励磁相を励磁したまま、次に主励磁相になる予定の相を補助励磁するときの主励磁相と補助励磁相の励磁電流を同じにした場合には、より確実に最低始動トルクを保証できる。
また、この励磁電流配分を変えるようにしてもよい。例えば主励磁電流も補助励磁電流も、１相のみを励磁しているときの励磁電流の例えば５０％にして合計励磁電流を増やさないようにした場合も、最低始動トルクを保証することができる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の一実施例を図に基づいて説明する。図１は、回転角１５度毎のステータとロータの突極位置関係と各相のコイルの励磁状況とそれに対応するセンサーからの位置信号状態を示す。
図１において、２１はステータ、２２はロータで、φ１１〜φ３２はステータの突極に巻かれたコイルで、φ１１〜φ１２がＡ相、φ２１〜φ２２がＢ相、３１〜φ３２がＣ相を形成している。
１３はロータと同軸上に、ロータとともに回転する磁石で、円周上にＮ極、Ｓ極と交互に励磁され、４５度間隔等ピッチで磁極が配置されている状態を模擬的に図示したもので、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、６０度間隔で配置されたロータ２２の位置を感知するセンサーで（  ）内のＮ、Ｓは位置センサーが感知している磁極を表す。
【００１０】
図１（ａ）では、励磁されているＡ相コイルのステータ２１の突極と最も近いロータ２２の突極の中心線同士のなす角度が１５度の状態で、この瞬間に、センサーＳ３はＳ極を感知し、この状態で始動するとき、または極低速回転のときはＢ相を補助励磁する。
図１（ｂ）では、Ａ相のステータ２１突極とロータ２２突極の中心線同士が重なり合った瞬間で、このときセンサーＳ２はＮ極を感知してＡ相の励磁を止め、Ｂ相のみを励磁をする。即ち、図１（ｂ）の状態からＢ相が主励磁コイルとなる。
次に、図１（ｃ）では、主励磁コイルＢ相のステータの突極と最も近いロータ突極の中心線同士のなす角度が１５度の状態で、この瞬間に、センサーＳ１はＳ極を感知し、この状態で始動するとき、または、極低速回転のときはＣ相を補助励磁する。以下、このような動作パターンを繰り返して、図１（ｄ）〜（ｆ）に示すように、Ａ相−Ｂ相−Ｃ相−Ａ相間で、主励磁と補助励磁の切替えを行う。
【００１１】
表１は、この実施例におけるロータ２２の回転位置と各センサー（Ｓ１〜Ｓ３）からの位置信号の組み合わせパターンを表にまとめたものである。
表１で分かるように、各センサーからの位置信号の組み合わせパターンは、図１におけるロータ位置（ａ）〜（ｆ）による合計６種類あり、そのうち（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の位置信号の組み合わせの時のみ、次に主励磁相になる予定の相を１５度早めて補助励磁する。
図１（ａ）において、補助励磁されたＢ相のステータの突極はロータの２つの突極の中央にあり、両者の突極は最も遠い位置にあるため、Ｂ相を励磁することによるロータのトルクはほとんど発生せず、Ａ相の励磁による吸引力が発生トルクに対して支配的である。
しかし、ロータの位置が図１（ｂ）の状態に近付くにつれて、Ａ相の吸引力によるトルクは大幅に減少してゆき、逆にＢ相の吸引力によるトルクが支配的である。即ち、Ａ相の励磁によるトルクが大幅に減少してもＢ相の励磁によるトルクが発生し、トルクの脈動を大きく改善できる。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
図２は、補助励磁しない場合と、補助励磁した場合に、ロータに発生する静トルク試験結果である。このトルクがモータの始動トルクに相当する。
図２で横軸はロータの回転位置、縦軸はその位置でロータに発生する静トルクを表し、曲線１は補助励磁をしない時、曲線２は補助励磁をした場合で補助励磁の電流も主励磁の電流と同じ量を流した場合である。
角度０度のときは図１の（ｆ）の状態を表し、角度１５度のときは図１（ａ）の状態で、３０度のときは図１（ｂ）に相当する。図２の曲線１で分かるように、Ａ相のみの励磁では、１５度付近で十分なトルクが発生するが、３０度に近付くと０に近付く。
これに１５度付近からＢ相の補助励磁を行うと、図２の曲線２となり、トルクの大幅な低下を押さえることができ、始動トルクや極低速回転時に最低トルクの保証が可能となる。
【００１４】
従来例の図５（ｂ）では、Ａ相の突極同士が完全に重なり合う少し前に励磁コイルをＡ相からＢ相に切替えている。即ち、その時点で位置センサーの組み合わせパターンを替えていることになる。これはステータとロータの突極同士が完全に重なり合った時点では、トルクが０になるため、これを避けるためのものである。しかし、このように突極同士が重なり合う前に信号パターンを変えると、逆回転時には、ステータとロータの突極同士が重なり、さらにロータが行き過ぎた後に信号パターンを替え、他相を励磁することになり、うまく始動できないロータ位置が発生する。また、仮に運転できたとしても、ロータの回転途中にブレーキ力を発生する部分ができ、モータ効率の低下を来す。
本実施例では図１（ｂ）に示すように、Ａ相のステータ２１の突極とロータ２２の突極同士が完全に重なった瞬間に、センサーＳ２の感知をＳ極からＮ極へ切替わるようにしているため、回転方向が正・逆のいずれの場合でも同じモータ特性が得られ、ブレーキ力も発生せず、効率のよい安定な運転ができる。
【００１５】
図２の曲線２は、主励磁電流と同じ補助電流を流したときの例であるが、この電流配分を変化させることも可能である。
図２の曲線３は、主励磁電流も補助励磁電流も１相のみ励磁しているときの５０％にして合計電流を増やさないようにした時の静トルク試験結果である。この場合、曲線２の場合よりもトルクは低くなるが、ゼロにはならず、最低始動トルクを保証することができる。
なお、本実施例ではセンサーとして磁気センサーを使用しているが、光センサーなどの位置センサーのオン、オフ信号の組み合わせとすることができる。
また、ステータ、ロータの突極の幅を互いに変えても同様の効果が期待できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のスイッチトラクタンスモータの駆動方法においては、始動時や極低速時、主励磁相の通常の励磁に加えて、次に主励磁予定の相も補助励磁することにより、始動時や極低速時の発生トルクのバラツキを低減し、安定した始動と、安定した極低速運転ができ、かつ、逆回転、正・逆回転させる場合とも同じモータ特性を安定確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるステータ、ロータの突極の位置関係とコイルの励磁およびセンサーからの位置信号例を示す説明図で、（ａ）図〜（ｆ）図は、主励磁相と補助励磁相の切替えのタイミング例の段階的説明図。
【図２】本発明の実施例における静トルク試験結果を示す説明図。
【図３】従来のスイッチトリラクタンスモータのイメージ説明図。
【図４】従来のスイッチトリラクタンスモータの回転原理説明図。
【図５】従来のスイッチトリラクタンスモータの出力トルクの変化状況例を示す説明図。
【符号の説明】
１３：磁石
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：センサー
２１：ステータ
２２：ロータ
φ１１、φ１２：ステータの突極に巻かれたコイル
φ２１、φ２２、φ３１、φ３２：ステータの突極に巻かれたコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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