(57)【要約】  スイッチドリラクタンスモータを始動する改善された方法では、共に通電されている２対の隣接するコイル対を使用して、ロータをその初期位置にもってくる。次いで、一方のコイル対をオフにすると、ロータは他方のコイル対に引き寄せられて、初期回転速度が与えられる。中間ステージでは、モータの１対のコイルのみを使用して、モータを動作速度にし、その後に、全てのコイルの通常のサイクルを使用することができる。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸の対向する側にあるコイルをそれぞれ含む、複数対のステータコイル対を有するスイッチドリラクタンスモータを始動する方法であって、
前記ステータコイルのうちの第１の対および第２の対に同時に通電するステップと、
ロータの回転運動が低下する期間を待機するステップと、その後、
前記２対のコイル対のうちの第１の対をオフにする一方で、前記第２の対は通電された状態のままにして、前記ロータが前記第２のコイル対によって回転するようにするステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記ステータコイルのうちの特定の対を繰り返しオンおよびオフにして前記モータをさらに加速する一方で、他のステータコイルはオフ状態に保つステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２対のステータコイル対が、最も近くに隣接するもの同士である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数対のステータコイルのうちの各ステータコイル対について、その対のコイルは、前記ステータ上で正反対の位置にあるものである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
特定の期間の後で、前記第２のコイル対をオフにするステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記特定の期間が、前記ロータが特定の位置に到達するための所定の期間である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
所定のロータ回転速度に到達したときに、前記第２のステータコイル対をオフにするステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ステータコイルのうちの１対をオンにして、前記モータをさらに加速するステップをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
それぞれが独自の相を有する複数対のステータコイルを使用して前記モータを駆動するさらに別のステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
過給機のコンプレッサホイールを駆動するように連結されたスイッチドリラクタンスモータに適用される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
スイッチドリラクタンスモータの制御回路であって、
前記モータのステータコイルを電源につなぐスイッチと、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するように前記スイッチを駆動するようにつながれた始動制御装置とを含む、制御回路。
【請求項１２】
ロータおよびステータコイルを含むスイッチドリラクタンスモータと、
前記モータの前記ステータコイルにつながれた請求項１１に記載の制御回路と、
前記モータの前記ロータに連結されてそれによって駆動されるコンプレッサホイールを有する過給機とを含む、装置。
【請求項１３】
通電される各ステータコイル対について、その対のコイルは、前記ステータ上で正反対の位置にあるものである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に、図９から図１１を参照して本明細書に記載する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチドリラクタンスモータに関し、特に、このようなモータを始動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的なスイッチドリラクタンスモータを、図１Ａ、図１Ｂ、および図２から図４に示す。この例は、ステータ１上の好ましくは等間隔に離間した６個の磁極２と、ロータ４上の好ましくは等間隔に離間した４つの磁極３との組合せ（よくあるもの）を有する。この例では、ステータ磁極は、ステータリング５から内向きに突出しており、このリングが、ステータの磁極間に低リラクタンス材料の経路を形成している。
【０００３】
ロータは、やはり低リラクタンス材料の十字形の積層のスタックで構成される。したがって、各ロータ磁極は、以下で明らかになる理由から、低リラクタンス経路によって、正反対に位置するロータ磁極に接続される。したがって、符号で示すように、低リラクタンス経路によって磁極Ｕは磁極Ｕ’に接続され、磁極Ｖは磁極Ｖ’に接続される。
【０００４】
ステータの各磁極には、コイル６が巻き付けられており、これらのコイルは、対として配列されている。各対は、モータの回転軸を通るそれぞれの直径の両端にあるコイルを含む。この場合には、したがって、これらの対は、符号で示すように、ＡＡ’、ＢＢ’、およびＣＣ’である。対になっているコイルは、モータ制御回路１０（図５）から同時に電流を供給され、ある意味では、一方が回転軸に向かう磁場を形成し、もう一方が回転軸から離れる磁場を形成するようになっている。これらの図面では、コイル上の矢印は、そのコイル内の紙面より上方の部分の電流の方向を表しており、破線矢印は、磁束を表している。通電されたコイルおよびそのそれぞれの磁極によって生成される磁束は、共に、概ねそれらの間を結ぶ直径に沿って形成され、その後ステータリングに（両円周方向に）沿って、対を構成するもう一方の通電されたコイルまで流れる。
【０００５】
ロータは、通電されたステータ磁極対の間の空間の磁力線の分布を修正する。ロータの１対の正反対の磁極が通電されたステータ磁極対の間を結ぶ直径に沿って位置合わせされるようなロータ位置は、その位置合わせされたロータ磁極と、通電されたステータ磁極と、ステータリングとからなるロータを含む磁気回路のリラクタンスが最小となるロータ位置である。ロータ磁極ＵとＵ’とがステータ磁極ＡとＡ’との間で位置合わせされている例を、図１Ｂに示す。したがって、このような位置は、磁気エネルギーが最小となる位置である。例えば図１Ａに示すような合わせられていない位置でも、磁束は、やはり、ロータの磁極の間の低リラクタンス経路に沿って流れているので、この磁束は、ステータの通電された磁極の間を結ぶ直径から逸れ、結果として、磁束が超えなければならないロータの磁極とステータの磁極の間の空気ギャップが大きくなり、磁気回路のリラクタンスが増大し、磁気エネルギーが増大することになる。そのため、ロータが合わせられていない場合には、ロータを位置合わせされる位置に引き寄せるトルクが存在する。
【０００６】
動作回転速度では、モータは、ロータの磁極を回転方向に進めるために、ステータコイルの各対を順番に通電することによって駆動される。したがって、例えば、ロータが図１Ａの位置にあり、また時計回りに回転していて、ロータの磁極ＵおよびＵ’がステータの磁極ＡおよびＡ’に接近しているときには、ＡおよびＡ’のコイルに通電されて、ＵおよびＵ’がＡおよびＡ’に引き寄せられる。ＵおよびＵ’がコイルＡおよびＡ’と合っている図１Ｂの位置に到達すると、ＡおよびＡ’はオフにされ（図２）、これにより、ロータは、減速されることなく、またはＡおよびＡ’に引き戻されることなく、回転し続けることができる。この時点でも、ロータ磁極ＶおよびＶ’が、コイルＢおよびＢ’のステータ磁極に接近しているので、ＢおよびＢ’に通電して（図２）、ロータ磁極ＶおよびＶ’を、ＢおよびＢ’に向かって時計回りの順方向に引き寄せる。
【０００７】
ＶおよびＶ’がコイルＢおよびＢ’と合っている図３の位置に到達すると、ＢおよびＢ’はオフにされ、これにより、ロータは、減速されることなく、またはＢおよびＢ’に引き戻されることなく、回転し続けることができる。この時点では、ロータ磁極Ｕ’およびＵが、コイルＣおよびＣ’のステータ磁極に接近しているので、コイルＣおよびＣ’に通電して、ロータ磁極Ｕ’およびＵをＣおよびＣ’に向かって時計回りに順方向に引き寄せる。
【０００８】
ＵおよびＵ’がＣおよびＣ’に合っている図４の位置に到達すると、コイルＣおよびＣ’はオフにされ、これにより、ロータは、減速されることなく、またはＣおよびＣ’に引き戻されることなく、回転し続けることができる。この時点では、ロータ磁極Ｖ’およびＶが、コイルＡおよびＡ’のステータ磁極に接近しているので、コイルＡおよびＡ’に通電して、ロータ磁極Ｖ’およびＶをＡおよびＡ’に向かって時計回りに順方向に引き寄せる。
【０００９】
Ｖ’およびＶがＡおよびＡ’に到達した時点で、ロータは９０°回転しており、したがって、ロータは４回回転対称ということになるので、実質的に図２と同じ位置にあり、そのため、コイルＢおよびＢ’に通電し、次いでＣおよびＣ’に通電し、次いでＡおよびＡ’に通電するサイクルを繰り返して、ロータをさらに９０°進める。以下、同様にしてロータを進めていく。
【００１０】
当技術分野で既知の通り、例えば、両方のコイルが電流によって駆動され、ロータ磁極がそれらのコイルを通過してコイルのインダクタンスが変化するときにコイルによって生成される検知信号に応じて、コイルは、特定のロータ回転角でオン／オフが切り替えられる。第１の既知のモータ制御回路１０を、図５に示す。これは、ＤＣ電源２０の両端間に並列に接続された複数のステータコイル対を含む。互いに並列に接続されたコイルＡおよびＡ’は、スイッチ２１および２２を閉じることによって通電され、同様に、コイルＢおよびＢ’は、スイッチ２３および２４を閉じることによって通電され、コイルＣおよびＣ’は、スイッチ２５および２６を閉じることによって通電される。これらのスイッチは、制御回路１０によって駆動され、制御回路１０は、コイルに通電するときにスイッチを閉じる。コイルＡおよびＡ’が共通のスイッチの対によって駆動される（同様に、各コイル対ＢおよびＢ’、ならびにＣおよびＣ’も、それぞれ対応する共通のスイッチを有する）ようにすれば、上述のコイル通電パターンを実現するのに十分である。スイッチ２１から２６は、例えば、ＦＥＴまたはＩＧＢＴトランジスタを用いる。電流の測定値は、モータ制御回路１０がロータの位置を決定し、スイッチ２１から２６の動作のタイミングを順番に決定するために用いられる。
【００１１】
さらに詳細には、図５の制御回路１０は、両方のコイルが電流によって駆動され、ロータ磁極がそれらのコイルを通過してコイルのインダクタンスが変化するときにコイルが生成する信号を検知する。この制御回路は、ＤＣ電源２０に対して並列に接続された複数のステータコイル対を含む。この電源の電圧は、適用分野によって決まり、例えば、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ、または３００Ｖとすることもできる。互いに並列に接続されたコイルＡおよびＡ’は、スイッチ２１および２２を閉じることによって通電され、同様に、コイルＢおよびＢ’は、スイッチ２３および２４を閉じることによって通電され、コイルＣおよびＣ’は、スイッチ２５および２６を閉じることによって通電される。これらのスイッチは、スイッチ制御装置２７によって駆動され、スイッチ制御装置２７は、コイルを通電するときにスイッチを閉じる。各コイル対の電流は、コイルと直列に接続された抵抗２８によって検知され、その結果として、電流に比例する電圧信号が得られる。この電圧信号は、ロータ位置を決定するために用いられる。このロータ位置は、スイッチ２１および２２、２３および２４、ならびに２５および２６の動作のタイミングを決定するために用いられる。
【００１２】
モータ制御回路１０は、コイルからの信号を、制御ループを構成するいくつかのステージで処理する。位置推定器３０は、コイル電流を示す信号を受信し、継続的にそれらの信号からロータの位置を演算して、ロータ位置信号３１を出力する。この演算は、マイクロコントローラによって実行される。速度推定器３２は、この信号を時間に関して微分して、ロータ速度信号３３を出す。制御ループは、入力信号すなわち速度コマンド信号３５によって設定されるモータの速度を制御するように設計され、減算器３６が速度コマンド信号とロータ速度信号の差に基づいて、速度誤差信号３７を生成する。ループ制御装置３８、例えば、この場合には比例積分制御装置は、この信号を使用して、モータのトルクコマンド３９を調整する。モータの定常状態での速度に適用されるトルクの関係は、概ね単調増加する。そのため、制御装置３８は、モータが要求よりあまりに低速で動作していることを速度誤差が示す場合には、指令するトルクを増大させ、モータが指令より高速で動作している場合には、指令するトルクを減少させる。また、制御装置３８は、ループの応答を滑らかにするために、制御ループを循環する信号をフィルタリングする。
【００１３】
もちろん、モータ１は、トルクコマンドによって直接制御されるわけではなく、トルクコマンド３９は、モータのスイッチに対する制御角度４２に変換される。これらの角度は、モータのスイッチが駆動されるときのロータの角度であり、特に、コイル対がオンにされる角度、コイル対を「フリーホイール」させる角度、およびコイル対がオフにされる角度である。
【００１４】
コイル対をオンにするためには、そのコイル対に関連するスイッチをオンにする（コイルＡおよびＡ’の場合には、スイッチ２１および２２）。フリーホイールモードでは、両コイルを電源の正極に接続するスイッチ（例えば２１）を開くが、電流はダイオードを通じて流れ続ける。オフ角度では、両スイッチを開き、コイル内の電流はもう一方のマークされたダイオードを通ってグランドに流れて、スイッチを開いた後、短期間で放電する。（あるいは、フリーホイールモードでは、両コイルを電源の負極に接続するスイッチを開いて、電流がそのコイル対およびもう１つのマークされたダイオードを流れ続けるようにしてもよい。フリーホイールモードで２つのスイッチのうちどちらを開くかを、交互に行うようにして、両スイッチによって放電する電力を両スイッチ間で均衡させることもできる。）
【００１５】
トルクコマンド信号からこれらの角度への変換は、参照テーブル４１によって行われる。所望のトルクを提供するために必要な角度は、ロータの速度によって決まるので、ロータ速度信号３３も参照テーブル４１に提供されて、そのトルクおよび速度に対する角度が得られる。これらの角度は、所望の負荷に接続されている状態でモータを駆動しているときに、経験的に決定される。
【００１６】
参照テーブル４１によって生成される角度４２は、スイッチ制御装置２７に渡され、スイッチ制御装置２７は、角度４２がロータ位置信号３１と一致したときに角度４２に応じてスイッチを駆動する。さらに詳細には、供給される角度４２は、各コイル対で同じであり、コイル対の角位置に対する相対的なものである。スイッチ制御装置２７は、どのコイル対を次に駆動するかを常時監視しており、３０°をモジュロとしてロータ位置値３１を角度４２との比較に使用する。
【００１７】
回路ブロック３０、３２、３６、３８、４１および２７は、マイクロコントローラによって実現されることが好ましい。
【００１８】
その他の形態の制御回路も既知である。１つの類似した回路例では、ロータが様々な位置をいつ通過するかを確認するために、コイル電流ではなくホール効果センサを使用する。
【００１９】
また、当技術分野で既知の通り、このモータでは、ステータ磁極およびロータ磁極の数は他の組合せであってもよい。これらは、順方向のロータのトルクを維持するために、コイルの通電サイクルが異なる。これらの磁極数の共通する関係は、ロータ磁極よりステータ磁極の方が２つ多く、両方とも偶数であるということである。磁極数の選択では、通常は、モータの動作速度、動作電力、トルクリップル（モータから供給されるトルクのロータ角度による変動）の許容可能レベル、および必要とされる回路を考慮に入れる。
【００２０】
上述の切替えサイクルは、ロータが動作速度で回転しているときに使用される。上述の６磁極ステータおよび４磁極ロータの例を使用したスイッチドリラクタンスモータのロータを始動する既知の方法を、以下に与える。
【００２１】
最初に、モータは、例えば図６のような、任意の静止位置にある。この位置では、モータはオフになっており、したがって、全てのコイルがオフである。
【００２２】
第２のステップで、例えばＡおよびＡ’など１対のステータコイルのみに通電し、その後これらのステータコイルをある程度の時間オンに維持することによって、モータの最初の所望の静止位置は確立される（図７）。これらのステータコイルは、例えばＵおよびＵ’など、最も近くにあるロータの磁極対を引き寄せる。コイルＡおよびＡ’がオンに維持され、かつロータがどのようなものに取り付けられていたとしても（例えば過給機のコンプレッサホイールなど）、磁極ＵおよびＵ’がＡおよびＡ’に引き寄せられるときに角運動量を得るので、磁極ＵおよびＵ’は、ＡおよびＡ’を行き過ぎて、ＡおよびＡ’の位置の周りで振動するが、摩擦によってエネルギーを失い、最終的にＵおよびＵ’がＡおよびＡ’を結ぶ直径上に合わせられた状態で休止することになる。
【００２３】
第３のステップ（図８）で、コイルＡおよびＡ’はオフにされ、所望の回転方向に応じて、コイルＢおよびＢ’、またはＣおよびＣ’がオンにされる。上記の時計回りに回転する例では、図８に示すように、コイルＢおよびＢ’が使用される。
【００２４】
ロータ磁極ＶおよびＶ’がＢおよびＢ’に到達したら、これらのコイルはオフにされ（第４のステップ）、ロータには既知の回転速度が与えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
ただし、上述の既知の始動方法には、第１のステップの持続時間が許容できないほど長くなる可能性があるという欠点がある。この方法は、また、コイルの電流需要も大きい。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の第１の態様では、モータの回転軸の対向する側にあるコイルをそれぞれ含む、複数対のステータコイル対を有するスイッチドリラクタンスモータを始動する方法であって、
前記ステータコイルのうちの第１の対および第２の対に同時に通電するステップと、
ロータの回転運動が低下する期間を待機するステップと、その後、
前記２対のコイル対のうちの第１の対をオフにする一方で、前記第２の対は通電された状態のままにして、前記ロータが前記第２のコイル対によって回転するようにするステップとを含む方法が提供される。
【００２７】
２対のコイルを使用してロータをその始動位置に静止させることには、ロータが２対のコイルに通電することによって形成される磁場の角度窓が狭くなるから、ロータがよりすばやく静止されることになるので、それがより迅速になるという利点がある。別の利点は、それにより、静止ステップ中に、２対のコイルの間で電流負荷が均衡することである。これにより、大きな電流を消費する多数回の始動動作の後で、単一のコイル対で生じる劣化が低減する。このことは、コイル対を均衡して動作させ続ける助けになる。
【００２８】
前記２対のステータコイル対は、最も近くに隣接するもの同士である。前記複数対のステータコイルのうちの各ステータコイル対について、その対のコイルは、前記ステータ上で正反対の位置にある。
【００２９】
この方法は、特定の期間の後で、前記第２のコイル対をオフにするステップをさらに含む。前記特定の期間は、前記ロータが特定の位置に到達するための所定の期間である。
【００３０】
この方法は、所定のロータ回転速度に到達したときに、前記第２のステータコイル対をオフにするステップを含む。
【００３１】
この方法は、前記ステータコイルのうちの１対をオンにして、前記モータをさらに加速するステップをさらに含む。
【００３２】
この方法は、前記ステータコイルのうちの特定の対を繰り返しオンおよびオフにして前記モータをさらに加速する一方で、他のステータコイルはオフ状態に保つステップをさらに含む。このステータコイル対は、（他のステータコイルをオフ状態に維持したまま）一定の周波数で繰り返しオンおよびオフにされることもある。前記ステータコイル対をオンおよびオフにするタイミングは、所望のトルクおよび／または速度（トルク／速度設定点）とは無関係であることが好ましい。例えば、これらのタイミングは、参照テーブルから得るものではないことが好ましい。タイミングは、一定であってもよい。タイミングは、位置センサの出力に対応したものであってもよい。例えば、このステータコイル対は、ロータが第１の位置（位置センサによって測定されることが好ましい）にあるときにオンにされることが好ましい。これらのステータコイルは、ロータが第２の位置（位置センサによって測定されることが好ましい）にあるときにオフにされることが好ましい。このような構成は、タイミングの計算またはその他の形の選択を必要としない、モータを加速する単純な方法を提供するので有利である。
【００３３】
この方法は、それぞれが独自の相を有する複数対のステータコイルを使用して前記モータを駆動するさらに別のステップを含む。このモータを駆動するさらに別のステップは、他のステータコイルをオフ状態に維持しながら、特定のステータコイル対を繰り返しオンおよびオフにする前記ステップの後で行われる。このさらに別のステップ中のタイミングは、所望のトルク（トルク設定点）によって決まることが好ましい。モータを駆動するタイミングは、参照テーブルから得られる。
【００３４】
この方法は、過給機のコンプレッサホイールを駆動するように連結されたスイッチドリラクタンスモータに適用されることもある。
【００３５】
本発明の第１の態様は、スイッチドリラクタンスモータの制御回路であって、
前記モータのステータコイルを電源につなぐスイッチと、
上記方法のステップを実行するように前記スイッチを駆動するようにつながれた始動制御装置とを含む制御回路も提供する。
【００３６】
本発明の第１の態様は、さらに、
ロータおよびステータコイルを含むスイッチドリラクタンスモータと、
前記モータの前記ステータコイルに接続された制御回路と、
前記モータの前記ロータに結合されてそれによって駆動されるコンプレッサホイールを有する過給機とを含む装置も提供する。
【００３７】
本発明の第２の態様では、モータの回転軸の対向する側にあるコイルをそれぞれ含む、複数対のステータコイルを有するスイッチドリラクタンスモータのロータを加速する方法であって、
１対または複数対の特定のステータコイル対を繰り返しオンおよびオフにしてモータを加速する一方で、他のステータコイルはオフ状態に維持するステップを含み、各対の第１のコイルが、その対の第２のコイルと同時にオンおよびオフされる、方法が提供される。
【００３８】
本発明の第２の態様による加速は、全てのコイルを用いたモータの通常動作が例えば参照テーブル４１を用いて高度に制御されているときに、特に有利である。これらは、動作範囲のモータ速度に詳細な値を提供する。ただし、これらの動作速度まで加速するのに、トルクや効率などの最適化は不要であり、したがって、本発明の簡単な方法は、これらの詳細を上手く処理しなくても、使用することができる。
【００３９】
他のステータコイルをオフ状態に維持する一方で繰り返し同時にオンおよびオフにされるステータコイルは、１対のステータコイルである。
【００４０】
この方法は、１対または複数対の特定のステータコイル対を同時に繰り返しオンおよびオフにするステップの前に、前記ロータに所定の速度を与えるステップをさらに含む。
【００４１】
この方法は、１対または複数対の特定のステータコイル対を同時に繰り返しオンおよびオフにするステップの前に、
前記ステータコイルのうちの第１の対および第２の対に同時に通電するステップと、
ロータの回転運動が低下する期間を待機するステップと、その後、
前記２対のコイル対のうちの第１の対をオフにする一方で、前記第２の対は通電された状態のままにして、前記ロータが前記第２のコイル対によって回転するようにするステップとをさらに含む。
【００４２】
前記第１のステータコイル対および前記第２ステータコイル対は、最も近くに隣接するもの同士である。
【００４３】
この方法は、１対または複数対の特定のステータコイル対を同時に繰り返しオンおよびオフにするステップの前に、
単一の第１のステータコイル対に通電するステップと、
ロータの回転運動が低下する期間を待機するステップと、その後、
前記第１のコイル対をオフにし、前記ステータコイル対のうちの異なる第２の対に通電して、前記ロータが前記第２のコイル対によって回転するようにするステップとをさらに含む。
【００４４】
前記第１のステータコイル対および前記第２のステータコイル対は、最も近くに隣接するもの同士であることもある。
【００４５】
通電された各ステータコイル対について、その対のコイルは、前記ステータ上で正反対の位置にある。
【００４６】
本発明の第２の態様は、また、スイッチドリラクタンスモータの制御回路であって、
前記モータのステータコイルを電源につなぐスイッチと、
請求項１３から１９のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するように前記スイッチを駆動するようにつながれた始動制御装置とを含む制御回路も提供する。
【００４７】
本発明の第２の態様は、また、
ロータおよびステータコイルを含むスイッチドリラクタンスモータと、
前記モータの前記ステータコイルに接続された制御回路と、
前記モータの前記ロータに連結されてそれによって駆動されるコンプレッサホイールを有する過給機とを含む装置も提供する。
【００４８】
本発明の第１の態様と第２の態様は、一緒に使用することもできる。１つの態様に関連して記載した特徴は、別の態様にも同様に適用可能であり、またその逆も可能であることは理解されるであろう。
【００４９】
次に、添付の図面を参照して、本発明の例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】既知のスイッチドリラクタンスの動作速度における動作時の、ロータの回転の連続したステージまたは相を示す図である。
【図２】既知のスイッチドリラクタンスの動作速度における動作時の、ロータの回転の連続したステージまたは相を示す図である。
【図３】既知のスイッチドリラクタンスの動作速度における動作時の、ロータの回転の連続したステージまたは相を示す図である。
【図４】既知のスイッチドリラクタンスの動作速度における動作時の、ロータの回転の連続したステージまたは相を示す図である。
【図５】図１などのモータの制御回路を示すブロック回路図である。
【図６】スイッチドリラクタンスモータを始動する既知の手順における回転のステージを示す図である。
【図７】スイッチドリラクタンスモータを始動する既知の手順における回転のステージを示す図である。
【図８】スイッチドリラクタンスモータを始動する既知の手順における回転のステージを示す図である。
【図９】本発明による、スイッチドリラクタンスモータを始動する例示的な手順における回転のステージを示す図である。
【図１０】本発明による、スイッチドリラクタンスモータを始動する例示的な手順における回転のステージを示す図である。
【図１１】本発明による、スイッチドリラクタンスモータを始動する例示的な手順における回転のステージを示す図である。
【図１２】本発明の例示的な手順を示す流れ図である。
【図１３】本発明によるモータ制御回路を示すブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
スイッチドリラクタンスモータを始動する例示的な方法を図１２のフロー図に示し、またスイッチドリラクタンスモータの回転のステージを示す図９から図１１にも示す。この例のモータは、やはりＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’およびＵ、Ｖ、Ｕ’、Ｖ’と符号が付されている６個のステータ磁極および４個のロータ磁極を有する図１から図８のモータと同様である（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は、磁極と、それぞれのコイルとを同様に示している）。このモータでは、制御回路１０’（図１３）がこの例で説明するようにスイッチ２１から２６を制御するように構成され、モータのコイルをオン／オフする点を除けば図５のモータ制御回路と同様に、モータはモータ制御回路で駆動される。始動制御装置５０（好ましくはマイクロコントローラ中に追加のプログラムによって実装される）は、これを行うようになされている。
【００５２】
図９に示すように（図１２のステップ１０１）、全てのコイルがオフの状態でロータが静止している、または低速で動いている可能性がある任意の位置で、ロータは始動する。１つのこのような位置では、ロータ磁極Ｕは、ステータ磁極ＡとＢとの間にあり、その反対のロータ磁極Ｕ’は、ステータ磁極Ａ’とＢ’との間にある。
【００５３】
第２のステップでは、図１０に示すように（図１２のステップ１０２）、２対のコイルＡおよびＡ’とＢおよびＢ’とが通電される。始動制御装置５０は、スイッチ制御装置に直接命令を出して、これを行わせる。これにより、ロータ磁極、この場合にはＵがＡとＢとの間に位置し、その反対の磁極、この場合にはＵ’がＡ’とＢ’との間に位置する最小エネルギー位置までロータが回転する。他の始動位置では、１つのロータ磁極は、これら２対の通電された対のコイル間で停止することになる。
【００５４】
ロータは、この低エネルギー位置の周りでしばらく振動することもあるが、やがて減衰して停止することになり、この例示的な方法の第３のステップ（ステップ１０３）は、ロータの回転運動が低下するための時間を待つものである（この時間は、始動制御装置が監視する）。
【００５５】
第４のステップ（ステップ１０４）では、待機した後で、ロータの所望の回転方向に応じて、通電されたコイル対のうちの一方、すなわちＡおよびＡ’またはＢおよびＢ’を（始動制御装置が）オフにする。図１１に示すように、コイルＢおよびＢ’がオフにされ、それによりロータ磁極ＵおよびＵ’はステータ磁極ＡおよびＡ’に引き寄せられて、ロータは時計回りに回転する。第５のステップ（ステップ１０５）では、所定期間の後に、コイルＡおよびＡ’がオフにされ、このときロータは所定の回転速度を有している。（この場合も、始動制御装置が、これらの期間を監視し、コイルを駆動する。）
【００５６】
この時点で、ロータは、既知の速度で回転しており、この既知の速度に従って第１の相のタイミングを取って全てのコイル相を通常通りに使用して、駆動することができる。
【００５７】
ただし、この例では、モータは、以下の例示的な方法に従ってコイルに通電することによって、中間ステージで複数の動作速度にすることが好ましい。そのためには、例えばコイルＡおよびＡ’など、１対のコイルのみが使用される。これらのコイルは、ロータ磁極Ｕ、Ｖ、Ｕ’、Ｖ’がコイルに接近するたびに短期間だけ通電される。したがって、１回転あたり合計４回通電されることになる。
【００５８】
第１の例示的な方法では、モータは、この目的のために位置センサを備えている。この位置センサは、同じシャフトに固定されて、ロータとともに回転するように取り付けられた、磁気インジケータリング６０を含む。この磁気インジケータリング６０は、８個のＮ極とＳ極に交互に着磁された交互磁区を有する。ホール効果センサ６１は、このリングの近くに位置決めされ、磁気がＮ極からＳ極に変化するのを検出する（この変化は、センサ６１にとっては、Ｓ極からＮ極への変化とは明確に異なる）。４つあるこれらのＮ／Ｓ境界は、各ロータ磁極がコイルＡに接近するときにホール効果センサ６１を通過するように配置され、ホール効果センサ６１は、通過したときのタイミングを示すセンサ信号６２を始動制御装置５０に出力する。次いで、始動制御装置は、その時点からある期間だけ、コイルＡおよびＡ’に通電して、ロータがコイルＡおよびＡ’に向かって加速されるようにする。
【００５９】
ホール効果センサは、位置推定器３０が低速では信頼性に欠ける可能性があることから設けられている。
【００６０】
ただし、コイル対ＡＡ’の通電期間のタイミングは、予め決定されている。第１の通電期間のタイミングは、既定の回転速度をロータに与える第３のステップ１０３および第４のステップ１０４で予め決定される。この所定の回転速度は、測定することができ、第２の例示的な方法では、製造時にモータ制御回路に提供される。それぞれ次の通電に必要なタイミングは、（初期速度に加えて）コイルＡＡ’の通電期間によって予め決定され、これらのタイミングは、同様に製造時にモータ制御回路に提供される。（これらのタイミングは、それらのタイミングでコイルを駆動する始動制御装置５０に予めプログラムされることが好ましい。）ホール効果センサから与えられるタイミングの代わりに、これらのタイミングを使用して、コイルＡＡ’に通電される。この方法では、ホール効果センサが不要となるが、その一方で、測定された予め決定されたタイミングに誤りがあると、特定の回転数でなければ有効でない、ということになる。
【００６１】
これらの例示的な中間加速方法では両方とも、コイルＡＡ’は、設定された角回転期間だけ通電されることが好ましい。ただし、この方法はモータを始動するためだけのものであるので、角度については、例えば効率を念頭に置いて厳密に決定する必要はない。したがって、通常動作中に使用されるロータの速度およびトルクという点でスイッチ角度を設定することを伴うさらに複雑な制御ループは使用しない。したがって、使用されるスイッチ角度は、厳密に決定する必要も参照テーブル４１に記憶する必要もなく、単純な一定の角度を使用することが好ましい。
【００６２】
特定の回転速度を超えたら、すなわち参照テーブル４１のデータである速度を超えたら、抵抗２８および位置推定器３０がコイルによって生成される信号からロータの角位置を検知することを使用して、例えば図２から図４の方法の動作速度ではいつコイルをオンにするかを制御する。
【００６３】
ロータを複数の動作速度にするこれらの例示的な方法は、図６から図８の既知の始動方法で行われるように通電するコイルをあるコイル対から別のコイル対に切り替えることによって初期回転が与えられる場合にも使用することができる。
【００６４】
図９から図１１および図１２の例示的な方法について留意すべき点をさらにいくつか挙げると、以下の通りである。
【００６５】
図９から図１１の例示的なモータは、回転対称度が高く、ステップ１０２（図１０）の２対のコイルは、同程度に通電される。これは、最小エネルギー位置が、ＡとＢとの間で等距離にあることを意味する。ただし、本発明は、これに限定されるわけではない。何らかの理由で、コイルが同じでない、または同程度に通電されない場合には、最小エネルギー位置が２つのステータ磁極から等距離ではないこともある。それでも、ロータは、その位置から始動することができる。
【００６６】
通電される２対のコイル対は、この例では、最も近くにある隣接するコイル対同士である。これより多数の磁極を有する好ましいモータでは、さらに離間したコイルを使用すればロータが停止されるさらに大きな窓が画定されるが、これも、本発明から排除されないものとする。
【００６７】
上記では、ロータは、第３のステップ１０３で静止位置に入り、その後、第４のステップ（ステップ１０４）で加速されるものとして述べた。ただし、ロータは、絶対的に静止している必要があるわけではない。第４のステップが開始されたときにロータが依然として若干動いている場合には、生成されるロータの初期速度に不確実性が生じるが、これも、１対のコイルを用いてロータを動作速度にする（または実際にはコイルの通常のサイクルを直ちに開始する）その後のステージにおいて十分に許容範囲内であることもある。これは、この方法においてステップ１０４を実行する前に待機する（ステップ１０３）時間は、必要なら短縮することができることを意味している。
【００６８】
一方、ロータの架台における摩擦、またはロータが接続される部品（例えば過給機のコンプレッサホイール）による摩擦によって、ロータが、厳密には最小磁気エネルギー位置の少し手前で停止してしまう可能性もあるが、この場合も、生じる可能性がある初期ロータ速度の不確実性は許容範囲内である。
【００６９】
中間加速ステージでは、複数対のコイルを加速に使用することもできるが、簡略にするために１対であることが好ましく、いずれにしても、簡略にするために、ステータの全てのコイルを使用することは避けた方がよい。複数のコイル対を使用する場合には、各対に対して同じ一定のスイッチ角度を使用することが好ましい。
【００７０】
また、この例では、中間加速ステージを、図９から図１１の初期加速方法と共に使用するものとして述べているが、これは、例えば図６から図８の方法など、他の方法と共に使用することもできる。
【００７１】
最後に、このようなモータでは、トルクの均衡という理由から、互いに正反対に位置する対になったコイルに通電することが通常は一般的に好ましいことに留意されたい。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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