特許 6643702 ロータ位置検出装置及びモータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6643702

(24)【登録日】2020年1月9日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】ロータ位置検出装置及びモータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/08 20160101AFI20200130BHJP

   H02P 23/14 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H02P25/08

   H02P23/14

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-220720(P2015-220720)

(22)【出願日】2015年11月10日

(65)【公開番号】特開2017-93163(P2017-93163A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年10月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137486

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 雅直

(72)【発明者】

【氏名】金澤 一成

(72)【発明者】

【氏名】池田 宏史

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 侑暉

(72)【発明者】

【氏名】富崎 猛

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１９９７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９７７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９７７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／００− ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の相に対応する突極を備え各突極に励磁巻線を設けたステータと、複数の突極を備え前記ステータ内に配置されたロータとを具備するモータのロータ位置検出装置であって、
前記モータのステータに現われる磁束を直接又は間接に検出する位置に磁束検出手段を設けるとともに、ロータが所定の検出位置にあるときに相電流により前記ステータの磁束検出手段が設けられた位置に現われる磁束を閾値として保持する閾値保持部と、ロータの回転中に前記磁束検出手段が検出する磁束を閾値と比較する比較部とを備え、この比較部の比較結果に基づいて前記ロータが前記所定位置に達したことを検出するものであり、
前記磁束検出手段は、ステータ側であって励磁相を励磁した際に磁束が流れる位置に巻回した補助巻線を備え、前記閾値保持部は、ロータが所定位置にあるときに相電流の大きさに応じて前記補助巻線に現われる誘起電圧の積分値の大きさを閾値として保持し、前記比較部は、前記閾値に関連づけられた大きさの相電流を流した際に前記補助巻線に現われる誘起電圧の積分値を閾値と比較し、当該積分値が閾値に等しくなったことをもってロータ位置が所定位置に達したことを検出することを特徴とするロータ位置検出装置。

【請求項2】

磁束検出手段が、励磁相のステータティース部に巻回した補助巻線と、この補助巻線で発生する誘起電圧を積分する積分部とを備え、前記比較部は、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較する請求項１に記載のロータ位置検出装置。

【請求項3】

複数の相に対応する突極を備え各突極に励磁巻線を設けたステータと、複数の突極を備え前記ステータ内に配置されたロータとを具備するモータのロータ位置検出装置であって、
前記モータのステータに現われる磁束を直接又は間接に検出する位置に磁束検出手段を設けるとともに、ロータが所定の検出位置にあるときに相電流により前記ステータの磁束検出手段が設けられた位置に現われる磁束を閾値として保持する閾値保持部と、ロータの回転中に前記磁束検出手段が検出する磁束を閾値と比較する比較部とを備え、この比較部の比較結果に基づいて前記ロータが前記所定位置に達したことを検出するものであり、
磁束検出手段が、励磁相と当該励磁相の両側に位置する非励磁相との間のステータヨーク部に巻回した対をなす補助巻線と、これらの補助巻線で発生する誘起電圧を減算する減算部と、減算後の値を積分する積分部とを備え、前記比較部は、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較することを特徴とするロータ位置検出装置。

【請求項4】

請求項１〜３の何れかに記載のロータ位置検出装置を適用し、検出したロータ位置に基づいて励磁相切替部が励磁する相を切り替えることを特徴とするモータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、突極性のロータと巻線を伴うステータを有しロータの位置を検出しながら励磁相の切り替えを行うモータに適用される、ロータ位置検出装置及びモータ制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

突極性のロータと励磁巻線を伴うステータを備えるモータの一つとしてスイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」と称す。）がある。ＳＲモータは構造が簡単であり、永久磁石を必要としないため、高速運転や高温環境での運転に適している。ＳＲモータの回転原理は次のようになる。ステータの突極とロータの突極が整列した時（突極整列状態）で磁気インピーダンスが小さくなり巻線のインダクタンスが最大になる。そのため、磁束が流れにくい突極非整列状態にある突極の巻線に励磁電流が流れると、磁束が最も流れやすい突極整列状態になるようにロータが回転する。したがって、ロータの位置情報に基づいて励磁電流を供給する相を切り替えることで、連続的な磁気吸引力を発生させ、ロータを回転させることができる。

【0003】

ロータの位置情報を得る手段として、従来、位置検出センサが用いられてきたが、こうしたセンサは上述した高速運転や高温環境下等の過酷な使用条件での使用には適さない。

【0004】

そのため、近年では、位置検出センサを用いることなくセンサレスでロータの回転位置を検出する手法が提案されている（非特許文献１、特許文献２）。

【0005】

例えば、非特許文献１のものは、図１１〜図１３に示すように、磁化特性の簡易数式表現に基づく位置推定方式であって、図１１において推定相を決定したら、推定相電流の選択とともに推定相磁束鎖交数を算出し、電流値と磁束鎖交数とから簡易数式により位置推定演算を行ってロータ位置θＭを算出する。すなわち、ＳＲモータの磁化特性は図１２のように巻線電流に対して磁束鎖交数とロータ位置が対応する関係になるため、巻線電流と磁束鎖交数がわかればロータ位置が推定できる。具体的には、図１３に基づいて位置を推定する。

【0006】

ｉ）巻線電流と巻線印加電圧から（１）式より鎖交磁束数を算出する。

【0007】

ｉｉ）ｉ）で算出した鎖交磁束数と巻線電流のモニタ値から（２）式より位置を指定する。係数は（３）式より導く。ここで、αはロータ極数、Ｖｐｈは巻線印加電圧、ｉは巻線電流、ｎｍａｘは電流最大次数、Ｌｎｋはフーリエ係数、ｍｍａｘは飽和領域における電流最大次数、Ｌｍｋは飽和領域におけるフーリエ係数である。

【0008】

一方、特許文献２に示されるロータ位置検出装置は、図１４に示すように、３組の相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）を有するステータ１２を備えたＳＲモータに用いることを前提とし、励磁相の突極１１ａ、１１ｂ、１１ｃがロータ１４の突極１３と整列するいわゆる突極整列状態において、これ以外の２組の非励磁相に相互誘導により現れる誘起電圧が等しくなることを利用し（図１５参照：ＬａはＡ相の自己インダクタンス、ＭａｂはＡ，Ｂ相間の相互インダクタンス、ＭａｃはＡ、Ｃ相間の相互インダクタンス）、誘起電圧の電圧差が所定値未満になったタイミングで励磁相を切り替えることでＳＲモータを駆動するものとなっている。

【0009】

具体的には、図１４に示すモータ巻線の中性点から電圧信号発生手段１９より高周波信号を注入し、注入相以外の２巻線に現われる電圧信号を電圧計２０を用いて測定し、これらを比較器２９で比較して、２相に誘起される振幅が一致した時に、ロータ１４の突極１３と信号を注入した相のステータ１２の突極１１ａ〜１１ｃが整列したものと判断する。このとき、スイッチ２１を用いて、注入相と検出相を切り替える。

【0010】

このように、検出したロータ位置情報を基に、適切なタイミングで励磁相を切り換えてＳＲモータを駆動することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【非特許文献1】小坂卓、松井信行、Ｓｕｂｒａｔａ Ｓａｈａ、武田洋次「磁化特性の簡易数式表現に基づくＳＲＭの位置センサレス制御」電気学会論文誌Ｄ 産業応用部門誌、Ｖｏｌ．１２０−Ｄ、Ｎｏ．６，７９５−８０１，２０００−０６−０１

【特許文献2】特開２０１５−７６９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、非特許文献１の手法だと、位置推定のために（２）式で示した２次方程式を解く必要があり、係数演算も必要となることから、全体としての演算時間による制約により、高速駆動状態に適用できないという課題がある。本文献では電流・速度制御演算を制御周期１２７．２［μｓｅｃ］で実行しており、４０００［ｍｉｎ^−１］までの領域で手法の有効性が述べられている。ここで、高速になると、制御分解能の限界に近づき、制御不可能になる可能性がある。

【0013】

一方、特許文献２の構成は、高速駆動状態に適用可能であるが、励磁電流が増加し、ロータ、ステータの部分的な飽和が発生すると、相互インダクタンス検出波形に歪みが発生し、或いは相互インダクタンス自体が小さくなって誘起電圧が取り出せなくなる。この現象により、相互インダクタンス検出波形の一致点が不明確あるいは判定不可となり、ロータ位置検出の精度が低下する可能性がある

【0014】

本発明は、これらの課題に着目し、高速駆動状態に適用可能であって、磁気飽和に対しても有効な位置検出を行うことが可能なロータ位置検出装置及びモータ制御装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、かかる目的を達成するために次のような手段を講じたものである。

【0016】

すすなわち、本発明のロータ位置検出装置は、複数の相に対応する突極を備え各突極に励磁巻線を設けたステータと、複数の突極を備え前記ステータ内に配置されたロータとを具備するモータに対し、前記モータのステータに現われる磁束を直接又は間接に検出する位置に磁束検出手段を設けるとともに、ロータが所定の検出位置にあるときに相電流により前記ステータの磁束検出手段が設けられた位置に現われる磁束を閾値として保持する閾値保持部と、ロータの回転中に前記磁束検出手段が検出する磁束を閾値と比較する比較部とを備え、この比較部の比較結果に基づいて前記ロータが前記所定位置に達したことを検出するものであり、前記磁束検出手段は、ステータ側であって励磁相を励磁した際に磁束が流れる位置に巻回した補助巻線を備え、前記閾値保持部は、ロータが所定位置にあるときに相電流の大きさに応じて前記補助巻線に現われる誘起電圧の積分値の大きさを閾値として保持し、前記比較部は、前記閾値に関連づけられた大きさの相電流を流した際に前記補助巻線に現われる誘起電圧の積分値を閾値と比較し、当該積分値が閾値に等しくなったことをもってロータ位置が所定位置に達したことを検出することを特徴とする。

【0017】

突極性モータの各相自己インダクタンスの大きさは、ステータとロータの突極位置関係に依存しており、突極整列状態で最大となる。つまり、自己インダクタンスを観測できれば、その大きさからロータの位置を推定できる。自己インダクタンスは直接観測できないが、一定の相電流を流したときの磁束は自己インダクタンスに比例する。このため、ロータが目標位置に達したときの磁束の大きさを予測して閾値とすれば、ロータ回転中の磁束を観測することでロータが目標位置に達したか否かを推定することができる。

【0018】

このように、本発明によれば比較的簡単なハード構成により、駆動中にロータ位置検出が可能である。また、ロータ位置が設定した検出位置に達したことをハードで検知するため、複雑な演算の必要は無く、高速回転時にも適用できる。

【0019】

磁気飽和が生じても確実にロータ位置を検出可能とするためには、前記閾値保持部は、相電流による磁気飽和を考慮した閾値を有することが効果的である。

【0020】

駆動状態や突極性モータの極数の制約を受けない構成としては、磁束検出手段が、励磁相のステータティース部に巻回した補助巻線と、この補助巻線で発生する誘起電圧を積分する積分部とを備え、前記比較部は、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較するものが挙げられる。

【0021】

駆動状態や突極性モータの極数の制約を受けない構成とするためのロータ位置検出装置は、数の相に対応する突極を備え各突極に励磁巻線を設けたステータと、複数の突極を備え前記ステータ内に配置されたロータとを具備するモータのロータ位置検出装置であって、前記モータのステータに現われる磁束を直接又は間接に検出する位置に磁束検出手段を設けるとともに、ロータが所定の検出位置にあるときに相電流により前記ステータの磁束検出手段が設けられた位置に現われる磁束を閾値として保持する閾値保持部と、ロータの回転中に前記磁束検出手段が検出する磁束を閾値と比較する比較部とを備え、この比較部の比較結果に基づいて前記ロータが前記所定位置に達したことを検出するものであり、磁束検出手段が、励磁相と当該励磁相の両側に位置する非励磁相との間のステータヨーク部に巻回した対をなす補助巻線と、これらの補助巻線で発生する誘起電圧を減算する減算部と、減算後の値を積分する積分部とを備え、前記比較部は、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較することを特徴とする。

【0023】

以上のようなロータ位置検出装置を、検出したロータ位置に基づいて励磁相切替部が励磁する相を切り替えるようにモータ制御装置に適用すれば、簡易な構成で突極性モータを精度良く高速駆動制御することが可能となる。

【発明の効果】

【0024】

以上説明した本発明によれば、高速駆動状態に適用可能であって、磁気飽和に対しても有効な位置検出を行うことが可能なロータ位置検出装置及びモータ制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態が適用されるＳＲモータの模式的な断面図。

【図2】同ＳＲモータの回転原理を示す図。

【図3】同ＳＲモータに設けた補助巻線とそこを流れる磁束の関係を示す図。

【図4】同ＳＲモータのロータ位置に応じたインダクタンス、相電流および誘起電圧積分値の関係を示す図。

【図5】同ＳＲモータのロータ位置に応じたインダクタンス、相電流および誘起電圧積分値の関係に加え、閾値および位置検出信号の関係を示す図。

【図6】同ＳＲモータのロータ位置と相電流の関係を示す図。

【図7】同ＳＲモータのロータ位置検出装置を適用したモータ制御装置の模式的な構成図。

【図8】同ＳＲモータの磁気飽和による相電流と誘起電圧積分値の関係を示すグラフ。

【図9】本発明の変形例を示す図５に対応した図。

【図10】本発明の他の変形例を示す図３に対応した図。

【図11】先行技術文献（非特許文献１）によるロータ位置検出方法の概念構成を示すブロック図。

【図12】同ロータ位置検出方法における巻線電流と磁束鎖交数の関係を測定値及び演算値で示す図。

【図13】同演算で用いる数式を表した図。

【図14】先行技術文献（特許文献２）によるロータ位置検出装置の概念構成を示す図。

【図15】同検出装置で利用する自己インダクタンスと相互インダクタンスの関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を、図面を参照して説明する。

【0027】

図１は、本発明のモータ制御装置Ｚが適用される突極性モータたるＳＲモータ１０の構成を示した簡略図である。図１に示されたＳＲモータ１０は、円環状のステータヨーク部１２ａから内側に向けて突出した６個の突極（ステータティース部）１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を有するステータ１２と、ステータ１２の内側に回転可能に配置され外側に向けて突出した４個の突極１３を有するロータ１４とからなり、ステータ１２の突極１１が６０度毎に、ロータ１４の突極１３が９０度毎にそれぞれ等間隔に設置された、ロータ４極・ステータ６極構成（いわゆる４−６モータ）を構成している。

【0028】

以下、この４−６モータに基づいて説明するが、極数はこれに限定されるものではない。ステータ１２の互いに対向する突極１１ａと１１ａ、１１ｂと１１ｂ、１１ｃと１１ｃには、それぞれ励磁用主巻線１５ａと１５ａ、１５ｂと１５ｂ，１５ｃと１５ｃが巻回されており、励磁用主巻線１５ａ，１５ａが巻回された突極の対１１ａ，１１ａをＡ相、励磁用主巻線１５ｂ，１５ｂが巻回された突極の対１１ｂ，１１ｂをＢ相、励磁用主巻線１５ｃ，１５ｃが巻回された突極の対１１ｃ，１１ｃをＣ相とする３相のステータ１２を構成している。各巻線１５ａ〜１５ｃには、図７に基づいて後述する主回路２８が接続され、制御回路２２で選択的にＡ〜Ｃ相の励磁電圧を印加するためのゲート駆動信号が主回路２８に向けて出力されるようになっている。

【0029】

ここで、図２を用いてＳＲモータ１０の回転原理を説明する。図２（ａ）はステータ１２とロータ１４の突極１１ａ〜１１ｃ，１３ａ〜１３ｂ同士が対向しておらず磁束が流れにくい突極非整列状態にあるロータ１４の位置を示していて、この時点ではステータ１２の巻線１５ａ、すなわちＡ相が励磁している。このとき、磁束が最も流れやすい突極整列状態、すなわち突極１１ａとロータ１４の突極１３ａが整列するようにロータ１４にトルクが生じ、ロータ１４が回転する。そして、ロータ１４が図２（ｂ）に示す突極整列状態になるまで回転したタイミングで図７に示す励磁相切替部２６が励磁する相をＢ相に切り替えると、ステータ１２の突極１１ｂとロータ１４の突極１３ｂが整列するようにトルクが生じる。その後、ステータ１２の突極１１ｂとロータ１４の突極１３ｂが整列したタイミングで励磁相切替部２６が励磁する相をＣ相に切り替えると、今度はステータ１２の突極１１ｃとロータ１４の突極１３ａが整列するようにトルクが生じる。このように、ロータ１４の位置に基づいて励磁相を切り替えることで、連続的な磁気吸引力によるトルクが発生し、ＳＲモータ１０が回転する。

【0030】

このような構成において、本実施形態は、励磁相において発生する磁束からロータ位置を検出すべく、励磁用主巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃとは別に、図３で示すように、ステータヨーク部１２ａにロータ位置検出用の補助巻線１１ｄ（１１ｄ１、１１ｄ２）を設けている。補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２は、巻数Ｎが等しく設定されている。

【0031】

ＳＲモータ１０の各相において磁束が流れる際の自己インダクタンスの大きさは、図３のようにＡ相のステータ１２とロータ１４の突極１３が対向した整列状態のときに図４のようにＡ相の自己インダクタンスは最大となり、そこから非整列方向に外れるにつれて自己インダクタンスはステータ１２とロータ１４の突極位置関係に依存して小さくなる。

【0032】

つまり、自己インダクタンスを観測できれば、その大きさからロータ１４の位置を推定することができる。しかしながら、自己インダクタンスを直接観測することは困難であるため、この実施形態ではステータヨーク部１２ａに設けた補助巻線１１ｄに発生する誘起電圧を利用して磁束検出手段Ｘ（図７参照）を構成する。

【0033】

補助巻線１１ｄに発生する誘起電圧（Ｖ）、鎖交磁束数（Φ）、電流（Ｉ）、インダクタンス（Ｌ）の関係を説明する。

【0034】

鎖交磁束数は（１）式となる。

【0035】

ＬＩ＝Φ …（１）

【0036】

また補助巻線に生じる誘導起電力（誘起電圧）はファラデーの法則により（２）式となる。

【0037】

Ｖ＝−ｄΦ／ｄｔ …（２）

【0038】

誘起電圧を積分すると（３）式となる。

【0039】

∫Ｖｄｔ＝−Φ＋Ｃ＝−ＬＩ＋Ｃ （Ｃは積分定数） …（３）

【0040】

このとき電流が一定であると、誘起電圧の積分値（以降、単に「積分値」という）はインダクタンスＬに依存した値となる。図４にロータ位置とＳＲモータ力行駆動時のＡ相電流、誘起電圧積分値、Ａ相の自己インダクタンスの関係を示す。

【0041】

本手法は、ステータヨーク部１２ａを流れる磁束を利用し、かつ自己インダクタンスＬがロータ１３の位置に依存するという関係を利用するため、以下に示す２つの条件を満たす区間がロータ位置検出可能区間（図４参照）となる。

【0042】

ｉ）ロータ位置検出に用いる相に電流が流れていること。

【0043】

ｉｉ）ロータ位置検出に用いる相の自己インダクタンスが変化していること。

【0044】

この検出可能区間の中で任意に検出位置を設定する。例えば、図３においてロータ１４が１回転する間に４つの突極１３がＡ相ステータの突極１１ａに順次対向するため、９０°間隔で自己インダクタンスが最大となる。この自己インダクタンスを基準にして検出位置を角度θ（図３参照）に設定した場合、設定したロータ１４の検出位置θでの自己インダクタンスの大きさは決まっており、（３）式の積分値の大きさは相電流に依存するため、検出位置θでの積分値の大きさと相電流の関係を、事前に把握しておくことが可能となり、設定した検出位置θでの相電流に応じた積分値の大きさを図５に示すように閾値とすれば、（３）式よりロータが整列位置に向かうにつれて自己インダクタンスＬとともに増大する積分値（図５における矢印参照）が閾値に等しくなったことをもって、ロータ位置が検出位置θに達したことが検知できる。

【0045】

このために、図７に示すように閾値保持部２１と比較部（比較回路）２５を設けて、磁束検出手段Ｘとともにロータ位置検出装置Ｙを構成し、比較部（比較回路）２５からの位置検出信号を制御回路２２に入力している。図５の位置検出信号は誘起電圧が閾値以上のところをコンパレータで拾っているが、閾値到達を検出できればどのような構成であってもかまわない。

【0046】

このようにしてロータ位置が検出できれば、ロータ１４の速度がわかり、検出位置θからＡ相が突極整列状態に至るまでの所要時間がわかるため、モータ制御装置Ｚはこれを励磁相切替部２６においてタイミング制御等に利用することができる。

【0047】

ここで、励磁相の切り替えに伴って積分を開始すると前の励磁相の影響を受ける場合がある点、相電流の大きさに応じた磁気飽和によってインダクタンス値が下がる場合がある点に配慮する必要がある。

【0048】

まず、この実施形態はステータヨーク部１２ａに流れる磁束を利用する方式であるため、ロータ位置検出に利用する相とその他の相の励磁区間が重なるタイミングで、補助巻線１１ｄに発生する誘起電圧をそのまま積分すると他相の影響を受けてしまう。すなわち、図５に示したように相電流は直ぐには矩形に立ち上がらず、立ち下がらないため、励磁相の切り替えに際して、図６に示すように、前の励磁相（例えばＣ相）における相電流と次の励磁相（例えばＡ相）における相電流がオーバーラップする。そこで、誘起電圧の積分が励磁相切替と同時に開始されると、他相励磁による磁束の影響を受ける。

【0049】

そこで、この実施形態の磁束検出手段Ｘは、図３及び図７に示すように、ロータ位置検出に利用する相（ここではＡ相）と両隣の相（Ｂ相、Ｃ相）との間に設けた２本の補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２を利用し、これらの補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２に生じる誘起電圧の減算を行う減算部（減算回路）２３と、減算回路２３の出力を積分する積分部（積分回路）２４とを設けている。すなわち磁束検出手段Ｘは、補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２と減算回路２３と積分回路２４とにより構成され、ロータ位置検出装置Ｙは、磁束検出手段Ｘと閾値保持部２１と比較部２１（比較回路２５）とにより構成されている。この例は、ロータ位置検出にＡ相を利用する場合であるためＡ相−Ｂ相間とＡ相−Ｃ相間の２箇所を選定しているが、他相でロータ位置検出を行っても構わない。

【0050】

図３における検出用補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２に着目すると、これら両補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２の巻方向に対して、Ａ相励磁による磁束の流れφＡは逆方向であるが、Ｂ・Ｃ相励磁による磁束の流れφＢ、φＣは同方向になる。したがって、これらに基づく誘起電圧を取り出して減算回路２３により減算すると、Ａ相励磁による誘起電圧は、１つの補助巻線１１ｄ１（１１ｄ２）に発生する誘起電圧の倍の大きさとなるが、Ｂ・Ｃ相励磁による誘起電圧はキャンセルされてゼロとなる。

【0051】

したがって、Ａ相に発生する磁束のみを取り出すことができ、他相励磁による影響を受けずにロータ位置検出が可能となるため、駆動状態やＳＲモータ１０の極数の制約を受けずにインダクタンスの間接的な計測が可能となる。この場合、減算により誘起電圧が２倍となるため、閾値も2倍に設定しておく。

【0052】

次に、磁気飽和の問題である。相電流が増加し、ロータ１４、ステータ１２の部分的な飽和が発生しても、自己インダクタンスは相互インダクタンスのように検出不能となることはないが、磁束が流れにくくなることにより、図８に示すように所定位置に達したのに誘起電圧積分値は本来のＡ点よりも低いＢ点の値しか観測されず、ロータ位置を遅れ側に誤認する可能性がある。

【0053】

そこで、こうした磁気飽和を考慮した解析により、検出位置での積分値の大きさと相電流の関係を図８に示すように把握しておき、これを反映させた積分値（つまり、所定位置においてＡ点の積分値ではなくＢ点の積分値）を閾値として図７に示す閾値保持部２１に保持させることで、相電流が大きくＳＲモータ１０が磁気飽和した場合であっても、正確にロータ位置を検出できるロータ位置検出装置Ｙを実現することができる。

【0054】

以上のように、本実施形態のロータ位置検出装置Ｙは、複数の相に対応する突極１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を備え各突極１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に励磁巻線１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設けたステータ１２と、複数の突極１３を備えステータ１２内に配置されたロータ１４とを具備するＳＲモータ１０に適用するにあたり、ＳＲモータ１０のステータ１２に現われる磁束を間接的に検出する位置に磁束検出手段Ｘを設けるとともに、ロータ１４が所定の検出位置にあるときに相電流によりステータ１２の磁束検出手段Ｘ（補助巻線１１ｄ）が設けられた位置に現われる磁束を閾値として保持する閾値保持部２１と、ロータ１４の回転中に磁束検出手段Ｘが検出する磁束を閾値と比較する比較部（比較回路）２５とを備え、この比較部２５の比較結果に基づいてロータ１４が所定位置に達したことを検出するようにしたものである。

【0055】

したがって、比較的簡単なハード構成により、駆動中にロータ位置検出が可能である。また、ロータ位置が設定した検出位置に達したことをハードで検知するため、複雑な演算の必要は無く、高速回転時にも適用できる。

【0056】

特に、閾値保持部２１は、相電流による磁気飽和を考慮した閾値を保持するので、基準となる閾値を下げていることによって、所定位置に達したことを有効に検出することができる。

【0057】

さらに、磁束検出手段Ｘが、励磁相と当該励磁相の両側に位置する非励磁相との間のステータヨーク部１２ａに巻回した対をなす補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２と、これらの補助巻線１１ｄ１、１１ｄ２で発生する誘起電圧を減算する減算部（減算回路）２３と、減算後の値を積分する積分部（積分回路）２４とを備え、比較部（比較回路）２５は、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較するようにしており、ステータヨーク部１２ａに発生する磁束の向きの違いから他相励磁による磁束が減算によりキャンセルされるため、駆動状態やＳＲモータ１０の極数の制約を受けることがなくなる。したがって、図６に示すように前の相の磁束が残っている状態で次の相の励磁を始めた場合でも、前の励磁相の残留磁束に影響されずに励磁相で発生する磁束の検出が可能になる。

【0058】

そして、以上のようなロータ位置検出装置Ｙを適用し、検出したロータ位置に基づいて励磁相切替部２６が励磁する相を切り替えることにより、簡易な構成でＳＲモータ１０を精度良く高速駆動制御することが可能なモータ制御装置Ｚを実現することができる。

【0059】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような形態が考えられる。
上記実施形態は、ＳＲモータ力行駆動時に本発明を適用したものであるが、図９に示すように、ＳＲモータ回生駆動時に本発明を適用してもよい。すなわち、ロータが整列位置から外れるにつれて自己インダクタンスＬとともに減少する積分値（図９における矢印参照）が閾値に等しくなったことをもって、ロータ位置が検出位置θ´（図３参照）に達したことが検知できる。

【0060】

また、磁束検出手段Ｘは図１０に示すように、励磁相の突極（ステータティース部）１１ａに巻回した補助巻線１１eと、この補助巻線１１ｅで発生する誘起電圧を積分する積分回路２４（図７参照）とを備え、ロータ位置検出装置Ｙの比較部２５が、積分した値である鎖交磁束数を閾値と比較するものであってもよい。

【0061】

このようにすると、他相励磁による磁束φＢ、φＣが流れない位置で励磁相の磁束φＡのみを検出できるため、駆動状態やＳＲモータ１０の極数の制約を受けないものとなる。したがって、図６に示したように前の相の磁束が残っている状態で次の相の励磁を始めた場合でも、前の相の残留磁束に影響されずに励磁相で発生する磁束の検出が可能になる。しかも、減算の必要がないため、減算回路２３が不要になり、補助巻線１１ｅも１つで足りるものとなる。

【0062】

勿論、ＳＲモータ駆動時に全相励磁タイミングが重ならず、常に単独相励磁となる条件であれば、他相の影響を受けることが無いため、図３に示したヨーク部１２ａに設ける補助巻線１１ｄは１つでよく、減算回路２３も不要になる。

【0063】

さらに、補助巻線の誘起電圧を利用する他に、ホール素子を使用して磁束を検出する方法がある。図６または図１１の補助巻線を巻いた部分に図示しないホール素子を埋め込み、磁束を検出する。位置検出方法は基本的に補助巻線を利用する場合と同様であるが、本変形例では磁束を直接検出するため、積分の必要がなく積分回路２４も不要にすることができる。

【0064】

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0065】

１１ａ…突極、ステータティース部（ステータ側）
１１ｄ、１１ｄ１、１１ｄ２…補助巻線
１１ｅ…補助巻線
１２…ステータ
１２ａ…ステータヨーク部
１３…突極（ロータ側）
１４…ロータ
２１…閾値保持部
２３…減算部（減算回路）
２４…積分部（積分回路）
２５…比較部（比較回路）
２６…励磁相切替部
Ｘ…磁束検出手段
Ｙ…ロータ位置検出装置
Ｚ…モータ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】