特許 6984816 スイッチドリラクタンスモータおよび発電機などの回転電力機械のセンサレス駆動装置、並びに該センサレス駆動装置および回転電力機械を備えた回転システム

(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】6984816

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】スイッチドリラクタンスモータおよび発電機などの回転電力機械のセンサレス駆動装置、並びに該センサレス駆動装置および回転電力機械を備えた回転システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/089 20160101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H02P25/089

【請求項の数】14

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-162029(P2017-162029)

(22)【出願日】2017年8月25日

(65)【公開番号】特開2019-41495(P2019-41495A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】800000068

【氏名又は名称】学校法人東京電機大学

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】茨田 敏光

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊哉

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０２８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３３２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１２３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２４４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１１９８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２５／０８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性材からなる複数の突極を有するロータと、前記ロータを囲うように配置された第１の電磁石、第２の電磁石、および第３の電磁石を少なくとも含む複数の電磁石を有するステータとを備えた回転電力機械を駆動するためのセンサレス駆動装置であって、
前記電磁石に電流を間欠的に流して前記電磁石を励磁させ、前記ロータの突極と前記電磁石との間に磁気力を発生させることで前記ロータを回転させるドライバと、
前記電磁石に流れるリップル電流の大きさを測定する電流測定装置と、
前記電流測定装置で測定された前記リップル電流の大きさを記憶するリップル電流記憶装置と、
前記電磁石への励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定する転流タイミング決定部を備えたセンサレス駆動装置において、
前記リップル電流記憶装置は、前記ロータがフリーラン状態にあるときに、前記リップル電流の大きさを、前記ロータの角度の少なくとも一周期分を記憶し、
前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流の大きさに基づいて前記電磁石への励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定することを特徴とするセンサレス駆動装置。

【請求項2】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流の大きさが第１の閾値となった時点である励磁開始タイミングを決定し、前記記憶されたリップル電流の大きさが第２の閾値となった時点である励磁終了タイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項3】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第１の電磁石に流れたリップル電流の最大値と最小値との差を算出し、前記差を予め定められた第１の内分点および第２の内分点で内分し、前記第１の内分点での前記リップル電流の大きさに相当する第１の閾値を決定し、前記第２の内分点での前記リップル電流の大きさに相当する第２の閾値を決定することを特徴とする請求項２に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項4】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第１の係数パラメータを決定するように構成され、前記第１の係数パラメータは、該第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第１の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第１の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする請求項３に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項5】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石および前記第３の電磁石に流れた２つの前記リップル電流の大きさにそれぞれ乗算される２つの第２の係数パラメータを決定するように構成され、前記２つの第２の係数パラメータは、該２つの第２の係数パラメータがそれぞれ乗算された前記２つのリップル電流の大きさが同時に前記第２の閾値に一致するような数値をそれぞれ有することを特徴とする請求項４に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項6】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第１の電磁石に流れたリップル電流の大きさが前記第２の閾値に一致したときに前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさを第３の閾値として決定することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項7】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第１の係数パラメータを決定するように構成され、前記第１の係数パラメータは、該第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第１の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第１の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする請求項６に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項8】

前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第３の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第２の係数パラメータを決定するように構成され、前記第２の係数パラメータは、該第２の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第２の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第３の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする請求項７に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項9】

前記転流タイミング決定部は、
前記ロータのフリーラン終了後、前記第１の電磁石および前記第２の電磁石が非励磁のときに前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第１の係数パラメータを乗算し、
前記第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第１の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、
前記ロータのフリーラン終了後、非励磁である前記第２の電磁石および前記第３の電磁石に流れる２つのリップル電流の大きさに前記２つの第２の係数パラメータをそれぞれ乗算し、
前記２つの第２の係数パラメータが乗算された前記２つのリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁終了タイミングを決定するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項10】

前記転流タイミング決定部は、
前記ロータのフリーラン終了後、前記第１の電磁石および前記第２の電磁石が非励磁のときに前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第１の係数パラメータを乗算し、
前記第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第１の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、
前記ロータのフリーラン終了後、前記第２の電磁石および前記第３の電磁石が非励磁のときに前記第３の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第２の係数パラメータを乗算し、
前記第２の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁終了タイミングを決定するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項11】

前記ドライバは、フリーラン状態にある前記ロータが停止する前に、前記決定された励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを使用して、前記電磁石に電流を間欠的に流して前記電磁石を励磁させ、前記ロータの突極と前記電磁石との間に磁気力を発生させることで前記ロータを回転させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサレス駆動装置。

【請求項12】

回転電力機械と、
前記回転電力機械を駆動するための請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサレス駆動装置とを備えたことを特徴とする回転システム。

【請求項13】

前記回転電力機械は、スイッチドリラクタンスモータであることを特徴とする請求項１２に記載の回転システム。

【請求項14】

前記回転電力機械は、発電機であることを特徴とする請求項１２に記載の回転システム。

【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および発電機などの回転電力機械のセンサレス駆動装置に関し、特にセンサを用いずにロータの位置を検出する機能を備えたセンサレス駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチドリラクタンスモータは、永久磁石を持たない磁性材からなるロータを有し、安価に製作できるモータとして期待されている。このスイッチドリラクタンスモータは、ロータの位置に基づいてステータのコイルに電流を間欠的に流し、ロータの突極とステータの突極との間に作用する引力によってロータを回転させる。図１２にスイッチドリラクタンスモータの概略図を示す。この図は、４極のロータ１０１と６極のステータ１０２を組み合わせたスイッチドリラクタンスモータを示している。対向する一対の突極１０５に取り付けられたコイル１１０に電流を流して突極１０５を励磁し、ロータ１０１を引き付けるためのトルクを発生させる。

【0003】

ロータ１０１が回転するに従い、ステータ１０２の突極１０５とロータ１０１の突極の距離が変化するので、磁気抵抗、すなわちリラクタンスが変化する。このリラクタンスの変化によりトルクが発生し、このトルクを利用してロータ１０１を回転させる。磁気抵抗が変化すると、コイル１１０のインダクタンスも変化する。そのため、このインダクタンス変化を検出すればロータ１０１の位置（角度）を検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３０９６９１号公報

【特許文献2】特開２００２−１８６２８３号公報

【特許文献3】特開２０１５−１４２４５１号公報

【特許文献4】特開２０１７−２８９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記技術文献によれば、ロータ１０１の回転角を検出するための角度検出器を用いることなく、スイッチドリラクタンスモータを駆動することができる。しかしながら、スイッチドリラクタンスモータの機械加工の精度や組立誤差、さらには磁性材料の磁気特性差や電磁石の磁気特性差に起因して、インダクタンスはモータごと、さらには電磁石ごとに異なる。このインダクタンスのばらつきは、電磁石への励磁タイミングのずれを生み、その結果、トルク脈動が増大し、効率が低下してしまう。

【0006】

そこで、本発明は、励磁タイミングを自動的にチューニングし、ロータを効率よく回転させることができる回転電力機械（スイッチドリラクタンスモータ、発電機）のセンサレス駆動装置を提供することを目的とする。また、本発明は、回転電力機械と、そのセンサレス駆動装置とを備えた回転システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、磁性材からなる複数の突極を有するロータと、前記ロータを囲うように配置された第１の電磁石、第２の電磁石、および第３の電磁石を少なくとも含む複数の電磁石を有するステータとを備えた回転電力機械を駆動するためのセンサレス駆動装置であって、前記電磁石に電流を間欠的に流して前記電磁石を励磁させ、前記ロータの突極と前記電磁石との間に磁気力を発生させることで前記ロータを回転させるドライバと、前記電磁石に流れるリップル電流の大きさを測定する電流測定装置と、前記電流測定装置で測定された前記リップル電流の大きさを記憶するリップル電流記憶装置と、前記電磁石への励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定する転流タイミング決定部を備えたセンサレス駆動装置において、前記リップル電流記憶装置は、前記ロータがフリーラン状態にあるときに、前記リップル電流の大きさを、前記ロータの角度の少なくとも一周期分を記憶し、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流の大きさに基づいて前記電磁石への励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定することを特徴とする。

【0008】

本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流の大きさが第１の閾値となった時点である励磁開始タイミングを決定し、前記記憶されたリップル電流の大きさが第２の閾値となった時点である励磁終了タイミングを決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第１の電磁石に流れたリップル電流の最大値と最小値との差を算出し、前記差を予め定められた第１の内分点および第２の内分点で内分し、前記第１の内分点での前記リップル電流の大きさに相当する第１の閾値を決定し、前記第２の内分点での前記リップル電流の大きさに相当する第２の閾値を決定することを特徴とする。

【0009】

本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第１の係数パラメータを決定するように構成され、前記第１の係数パラメータは、該第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第１の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第１の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石および前記第３の電磁石に流れた２つの前記リップル電流の大きさにそれぞれ乗算される２つの第２の係数パラメータを決定するように構成され、前記２つの第２の係数パラメータは、該２つの第２の係数パラメータがそれぞれ乗算された前記２つのリップル電流の大きさが同時に前記第２の閾値に一致するような数値をそれぞれ有することを特徴とする。

【0010】

本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第１の電磁石に流れたリップル電流の大きさが前記第２の閾値に一致したときに前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさを第３の閾値として決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第２の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第１の係数パラメータを決定するように構成され、前記第１の係数パラメータは、該第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第１の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第１の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記記憶されたリップル電流のうち、前記第３の電磁石に流れたリップル電流の大きさに乗算される第２の係数パラメータを決定するように構成され、前記第２の係数パラメータは、該第２の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、前記第２の電磁石に流れた前記リップル電流の大きさが同時に前記第３の閾値に一致するような数値を有することを特徴とする。

【0011】

本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記ロータのフリーラン終了後、前記第１の電磁石および前記第２の電磁石が非励磁のときに前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第１の係数パラメータを乗算し、前記第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第１の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、前記ロータのフリーラン終了後、非励磁である前記第２の電磁石および前記第３の電磁石に流れる２つのリップル電流の大きさに前記２つの第２の係数パラメータをそれぞれ乗算し、前記２つの第２の係数パラメータが乗算された前記２つのリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁終了タイミングを決定するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記転流タイミング決定部は、前記ロータのフリーラン終了後、前記第１の電磁石および前記第２の電磁石が非励磁のときに前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第１の係数パラメータを乗算し、前記第１の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第１の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、前記ロータのフリーラン終了後、前記第２の電磁石および前記第３の電磁石が非励磁のときに前記第３の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第２の係数パラメータを乗算し、前記第２の係数パラメータが乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁である前記第２の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点である前記第１の電磁石の励磁終了タイミングを決定するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ドライバは、フリーラン状態にある前記ロータが停止する前に、前記決定された励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを使用して、前記電磁石に電流を間欠的に流して前記電磁石を励磁させ、前記ロータの突極と前記電磁石との間に磁気力を発生させることで前記ロータを回転させることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様は、回転電力機械と、前記回転電力機械を駆動するための上記センサレス駆動装置とを備えたことを特徴とする回転システムである。
本発明の好ましい態様は、前記回転電力機械は、スイッチドリラクタンスモータであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転電力機械は、発電機であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、回転電力機械ごとにインダクタンスのばらつきがあっても、自動的に励磁タイミングを最適化することができ、ロータを効率よく回転させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】スイッチドリラクタンスモータを示す断面図である。

【図2】磁極Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の接続例を説明する図である。

【図3】各相の磁極の励磁タイミングの一例を示す図である。

【図4】回転システムの一実施形態を示す模式図である

【図5】図４に記載のロータ角検出器の一例の詳細を示す図である。

【図6】Ｕ相電流と、ＡＭ変調波と、ＡＭ変調波の復調信号の一例を示す図である。

【図7】Ｕ相の電磁石に流れたリップル電流の復調信号（包絡線）を示す図である。

【図8】第１の閾値を用いてＵ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定する工程を説明するための図である。

【図9】第２の閾値を用いてＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定する工程を説明するための図である。

【図10】第２の閾値を用いてＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定する工程の他の実施形態を説明するための図である。

【図11】転流タイミングを説明する図である。

【図12】従来のスイッチドリラクタンスモータの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は、スイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動装置であるが、本発明は発電機のセンサレス駆動装置にも適用することができる。

【0016】

図１は、スイッチドリラクタンスモータを示す断面図である。図１に示すスイッチドリラクタンスモータ１は、６極ステータ２と４極ロータ１０を備えた３相スイッチドリラクタンスモータである。ステータ２およびロータ１０は、ケイ素鋼板などの磁性材で構成される。ロータ１０には４つの突極１１があり、ステータ２には６つの突極３がある。ステータ２はロータ１０を囲うように配置されている。ステータ２のそれぞれの突極３にコイル（巻線）６が取り付けられ、それぞれ磁極Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を形成している。コイル６に電流を流すことで磁極Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は電磁石となり、これら電磁石がロータ１０の突極１１を引き寄せる磁力を発生させる。

【0017】

図２は、磁極Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の接続例を説明する図である。磁極Ｕ１のコイル６と磁極Ｕ２のコイル６は直列に接続されており、Ｕ相の電磁石を形成する。Ｕ相に電流iＵを流すことで、磁極Ｕ１がＮ極に、磁極Ｕ２がＳ極となるようコイル６の巻き方向を決定している。同様に、磁極Ｖ１と磁極Ｖ２、磁極Ｗ１と磁極Ｗ２もそれぞれＶ相の電磁石およびＷ相の電磁石を形成する。

【0018】

ロータ１０が１回転するとき、ロータ１０の４つの突極１１は各磁極（例えば、磁極Ｕ１）を４回通過することになる。すなわち、各相のコイル６に４回電流を流し、ロータ１０の突極１１を磁力で引き寄せることでロータ１０は３６０度回転する。図３に各相の磁極の励磁タイミングの一例を示す。この例では、磁極Ｕ１とロータ１０の突極１１の１つが、直線的に最も近づく時のロータ１０の角度（機械角）を０度としている。Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）を励磁している時は、Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）は非励磁としている。同様に、Ｖ相の電磁石を励磁している時は、Ｗ相の電磁石およびＵ相の電磁石は非励磁であり、Ｗ相の電磁石を励磁している時は、Ｕ相の電磁石およびＶ相の電磁石は非励磁としている。

【0019】

図３に示すように、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石を順次励磁させる通電サイクルは、６つの制御区間Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６から構成される。制御区間Ｅ１は、Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）が励磁される区間である。Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）は非励磁である。制御区間Ｅ２は、Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）、Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）、およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）のすべてを非励磁とする区間である。制御区間Ｅ３は、Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）が励磁される区間である。Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）は非励磁である。制御区間Ｅ４は、Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）、Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）、およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）のすべてを非励磁とする区間である。制御区間Ｅ５は、Ｗ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）が励磁される区間である。Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）およびＶ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）は非励磁である。制御区間Ｅ６は、Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）、Ｖ相の電磁石（磁極Ｖ１，Ｖ２）、およびＷ相の電磁石（磁極Ｗ１，Ｗ２）のすべてを非励磁とする区間である。つまり、制御区間Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電磁石の励磁区間であり、制御区間Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６は非励磁区間である。これら６つの制御区間Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６が順次繰り返されることにより、ロータ１０は回転することができる。

【0020】

図１では、６極ステータ２および４極ロータ１０を有する３相モータの構成を示しているが、例えば、１２極ステータ、８極ロータで、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの磁極を４つとしてもよい。また、４相など相の数を変えることもできることは言うまでもない。

【0021】

図４は、回転システムの一実施形態を示す模式図である。回転システムは、スイッチドリラクタンスモータ１と、センサレス駆動装置２０とから構成される。このセンサレス駆動装置２０は、目標電流生成器２１、ＰＷＭコントローラ３０、ドライブ回路４０、電流センサ５０、ロータ角検出器６０、およびロータ角速度決定部９０を備えている。

【0022】

電流センサ５０は、ドライブ回路４０からスイッチドリラクタンスモータ１に流れる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流を測定する電流測定装置である。ＰＷＭコントローラ３０は、目標電流ｉ_Ｕ^＊，ｉ_Ｖ^＊，ｉ_Ｗ^＊がスイッチドリラクタンスモータ１に流れるように、ドライブ回路４０のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭゲート信号Ｇ_Ｕ，Ｇ_Ｖ，Ｇ_Ｗを生成する。より具体的には、減算器３１は、電流センサ５０からフィードバックされた電流の測定値を目標電流値ｉ_Ｕ^＊，ｉ_Ｖ^＊，ｉ_Ｗ^＊から減算し、減算して得られた信号をＰＩＤ補償器３２に入力する。比較器３３は、ＰＩＤ補償器３２で適度に調整された信号を三角波のＰＷＭキャリアと比較することで、ドライブ回路４０のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭゲート信号Ｇ_Ｕ，Ｇ_Ｖ，Ｇ_Ｗを生成する。ＰＷＭキャリアは三角波に限らず、例えばノコギリ波であってもよい。

【0023】

ドライブ回路４０は、駆動電圧Ｖ_ＤＣを生成する直流電圧生成器４２と、この直流電圧生成器４２に接続された複数のスイッチング素子４４を有している。これらのスイッチング素子４４は、ＰＷＭゲート信号Ｇ_Ｕ，Ｇ_Ｖ，Ｇ_Ｗに従って開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）する。ドライブ回路４０はスイッチドリラクタンスモータ１に接続されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれのコイル６には、ＰＷＭゲート信号がＯＮの時は駆動電圧Ｖ_ＤＣ、ＯＦＦの時は−Ｖ_ＤＣが印加される。このようにして各相のコイル６に目標の電流が流れ、電磁石が励磁される。ＰＷＭコントローラ３０およびドライブ回路４０は、ステータ２の電磁石に電流を間欠的に流して電磁石を励磁させ、ロータ１０の突極１１と電磁石との間に磁気力を発生させることでロータ１０を回転させるドライバ５５を構成する。このタイプのドライバ５５は、ＰＷＭドライバである。

【0024】

ロータ角検出器６０は、電流センサ５０で測定したリップル電流の大きさに基づいてロジック信号Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗを生成する。ロジック信号Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗは、各相の電磁石に通電するタイミングおよび通電を止めるタイミングを示す信号であり、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とから構成される。ＯＮ信号は、各相の電磁石への電流供給を開始させるための指令信号であり、ＯＦＦ信号は、各相の電磁石への電流供給を停止させるための指令信号である。ロータ１回転当たり、各相の電磁石への電流供給と電流供給の停止は、それぞれ４回繰り返される。より具体的には、ロジック信号Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗは、それぞれ「１」と「０」から構成され、「１」はＯＮ信号、すなわち電流供給の開始を表し、「０」はＯＦＦ信号、すなわち電流供給の停止を表す。ロジック信号が１の時は電磁石を励磁し、０の時は電磁石は非励磁となる。

【0025】

ロータ角検出器６０は、さらに、ロジック信号のＯＮ／ＯＦＦ周期あるいは復調信号（後述する）からロータ１０の位置、すなわち角度θを推定する。例えば、ロータ角検出器６０は、ＯＮ信号からＯＦＦ信号へ（またはＯＦＦ信号からＯＮ信号へ）のロジック信号の切り換えタイミングの間隔から角度θを推定する。推定されたロータ１０の角度θは、およびロータ角速度決定部９０に送られる。このロータ角速度決定部９０は、ロータ１０の角度θの時間的変化を計算することで、ロータ１０の角速度ωを決定する。

【0026】

ロータ１０の角速度ωは、目標電流生成器２１にフィードバックされる。目標電流生成器２１は、減算器２２、ＰＩＤ補償器２３、電流リミッタ２６、および乗算器２５を備えている。減算器２２は、角速度ωを目標角速度ω^＊から減算して目標角速度ω^＊と角速度ωとの差を求め、ＰＩＤ補償器２３は上記差に基づいて目標電流信号ｉ^＊を生成する。さらに、乗算器２５は、目標電流信号ｉ^＊をロジック信号Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗに乗算することで、目標電流値ｉ_Ｕ^＊，ｉ_Ｖ^＊，ｉ_Ｗ^＊を生成する。電流リミッタ２６は、目標電流信号ｉ^＊を制限するためのものである。

【0027】

このようなセンサレス駆動装置２０によれば、ロータ１０に負荷が加わった時は角速度ωが目標角速度ω^＊よりも遅くなるため、目標電流信号ｉ^＊が大きくなる。つまり、ロータ１０の負荷に応じてステータ２の電磁石が励磁される。このように、ステータ２の電磁石は、角速度ωが目標角速度ω^＊に追従するように磁気力、すなわちトルクを発生する。

【0028】

各相のコイル６に流れる電流には、ＰＷＭキャリアの周波数（キャリア周波数という）に同期したリップル電流が重畳する。このリップル電流は、ＰＷＭコントローラ３０およびドライブ回路４０によって生成される。リップル電流の大きさは、コイル６のインダクタンスに反比例する。つまり、ロータ１０の突極１１がステータ２の突極３に接近するとリップル電流が小さくなり、離れると大きくなる。したがって、このリップル電流の脈動を検出することでロータ１０の角度θを推定することができる。ロータ角検出器６０は、リップル電流の大きさ（振幅）に基づいてロータ１０の位置、すなわち角度θを検出する。

【0029】

図５は図４に記載のロータ角検出器６０の一例の詳細を示す。ロータ角検出器６０は、汎用または専用のコンピュータから構成してもよい。ロータ角検出器６０は、復調部７０と、ロジック信号生成部８０と、転流タイミング決定部９５と、電流センサ５０により測定されたリップル電流を記憶するリップル電流記憶装置９８とを備えている。まず復調部７０について説明する。復調部７０は、バンドパスフィルタ（ＡＭ変調波抽出器）７１、絶対値回路７３、ノッチフィルタ７５、およびローパスフィルタ７７を備えている。バンドパスフィルタ７１、絶対値回路７３、ノッチフィルタ７５、およびローパスフィルタ７７は、この順に直列に接続されている。

【0030】

上述したように、各相のコイル６に流れる電流には、キャリア周波数に同期したリップル電流が重畳する。電流センサ５０で検出した電流値ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗは、ＰＷＭキャリアの周波数を通過帯域の中心周波数とするバンドパスフィルタ７１に通される。これによりロータ１０の角度に応じて振幅が変動する正弦波信号、すなわちＡＭ変調波を抽出できる。すなわち、ロータ１０の突極１１がステータ２の突極３に接近すると波高値が小さくなり、ロータ１０の突極１１がステータ２の突極３から離れると波高値が大きくなるようなＡＭ変調波を抽出できる。

【0031】

ＡＭ変調波は次に絶対値回路７３に送られる。絶対値回路７３は、ＡＭ変調波のマイナス側成分をプラス側に折り返す。すなわち、絶対値回路７３は、ＡＭ変調波のマイナス側成分をプラス側成分に変換する。そうすることでＡＭ変調波はプラス側成分のみから構成され、ＡＭ変調波の周波数はＰＷＭキャリアの周波数の２倍となる。このプラス側成分のみを持つＡＭ変調波は、キャリア周波数の２倍の周波数を阻止帯域の中心周波数に持つノッチフィルタ７５に通され、ノッチフィルタ７５によってＡＭ変調波の波高値のみが抽出される。そしてわずかに残るキャリア周波数ノイズを除去するため、ＡＭ変調波を、キャリア周波数の１／１０程度にカットオフ周波数を設定したローパスフィルタ７７に通過させる。このようにしてリップル電流から抽出したＡＭ変調波の復調信号Ｓ_Ｕ，Ｓ_Ｖ，Ｓ_Ｗを得る。ノイズが小さければローパスフィルタ７７は不要である。また、絶対値回路７３は省略してもよい。

【0032】

図６は、Ｕ相電流と、ＡＭ変調波と、ＡＭ変調波の復調信号の一例を示す図である。ステータ２のコイル６の直流抵抗やスイッチング損失が存在しない理想的な状態では、ＰＷＭのデューティ比が５０％のときにドライブ回路４０から出力される平均電流は一定となる。ドライブ回路４０は、デューティ比が５０％より大きいときは電流が上昇し、５０％未満のときは下降するよう動作する。実際には、ステータ２のコイル６の直流抵抗やスイッチング損失が存在するため、デューティ比を５０％に固定した場合でも電流は一定とならず下降傾向となる。

【0033】

ドライブ回路４０の特性上、電流の流れる方向は一方向のみである。すなわち、必ず図２の端子Ｕ＋からコイル６に電流が流入し、端子Ｕ−に戻ってくる。電流０近辺ではマイナスの電流が流せないため、図６に示すようにステータ２の磁極が非励磁状態であってもリップル電流の平均値は０近辺である。このことから、ステータ２の磁極が非励磁の時はＰＷＭのデューティ比を５０％近辺あるいは５０％以下に固定してもよい。デューティ比を所定の値に固定することで安定したリップル電流が得られ、ノイズの少ないＡＭ変調波や復調信号が得られる。

【0034】

上述した復調部７０は、ＡＭ変調波のピーク（波高値）を抽出する包絡線検波方式であるが、これに代えて、復調部７０はＰＷＭコントローラ３０のキャリア周波数と同期した参照波を用いてＡＭ変調波を復調する同期検波方式であってもよい。また、リップル電流をＰＷＭキャリア周波数と同期したサンプリングでモニタしてリップル電流の大きさを抽出してもよい。

【0035】

リップル電流の波高値は通常インダクタンスに反比例する。しかしながら、励磁開始時および励磁終了時はＰＷＭのデューティ比がそれぞれ１００％、０％となり、ＰＷＭスイッチングをやめてしまうため、リップル電流が発生しなくなる。また、励磁中は電流が大きいほどステータ２およびロータ１０は磁気飽和していき、インダクタンスが低下する。このようにインダクタンスと励磁電流には非線形な関係が成立している。つまり非励磁状態では安定したインダクタンスの検出、つまりロータ１０の角度検出を行うことができるが、励磁状態では励磁電流と共にインダクタンスが変化するため精度が良いロータ１０の角度検出ができない。

【0036】

また、スイッチドリラクタンスモータの機械加工の精度や組立誤差、さらには磁性材料の磁気特性差や電磁石の磁気特性差に起因して、インダクタンスはモータごと、さらには電磁石ごとに異なる。このインダクタンスのばらつきは、電磁石への励磁タイミングのずれを生み、その結果、トルク脈動が増大し、効率が低下する。

【0037】

そこで、本実施形態では、非励磁相のコイル６に流れるリップル電流から生成された復調信号を用いてロータ１０の角度検出が行われ、さらに各相の転流タイミングが決定される。以下、各相の転流タイミング（すなわち、励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミング）について、説明する。ここでは説明の簡略化のためＵ相の転流タイミングについてのみ説明するが、Ｖ相およびＷ相の転流タイミングも同様にして決定される。

【0038】

本実施形態では、まず、スイッチドリラクタンスモータ１を公知の駆動方法で始動させ、ロータ１０をある回転速度まで上昇させる。その後、全ての相の電磁石への励磁を停止することで、ロータ１０をフリーランの状態にする。図５に示すように、電流センサ５０で測定されたリップル電流の大きさ（波高値）を記憶するリップル電流記憶装置９８は、復調部７０に接続されている。復調部７０は、転流タイミング決定部９５に接続されている。リップル電流記憶装置９８は揮発性メモリまたは不揮発性メモリなどから構成される。このリップル電流記憶装置９８は、ロータ１０がフリーラン状態にあるときに、リップル電流の大きさを、ロータ１０の角度θの少なくとも一周期分を記憶するように構成されている。リップル電流の大きさは、リップル電流の波高値またはピーク値で表される。

【0039】

転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流の大きさに基づいて電磁石への励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定する。より具体的には、転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流の大きさが第１の閾値となった時点である励磁開始タイミングを決定し、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流の大きさが第２の閾値となった時点である励磁終了タイミングを決定するように構成されている。

【0040】

復調部７０は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流の大きさを示す復調信号（包絡線）を生成する。図７は、Ｕ相の電磁石に流れたリップル電流の復調信号（包絡線）Ｓ_Ｕを示す図である。図７の縦軸はリップル電流の大きさを表し、横軸はロータ１０の角度θを表している。図７に示す復調信号Ｓ_Ｕは、ロータ１０がフリーラン状態のときに（すなわち、全ての電磁石が非励磁のときに）測定されたリップル電流の大きさ（波高値またはピーク値）を表している。

【0041】

転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流の最大値Ｓｕｍａｘと最小値Ｓｕｍｉｎとの差Ｄを算出し、差Ｄを予め定められた第１の内分点Ｉ１および第２の内分点Ｉ２で内分する。第１の内分点Ｉ１および第２の内分点Ｉ２の位置は、差Ｄを予め定められた比に内分する位置である。例えば、最小値Ｓｕｍｉｎを０％、最大値Ｓｕｍａｘを１００％とすると、第１の内分点Ｉ１は８５％に相当する位置であり、第２の内分点Ｉ２は１０％に相当する位置である。

【0042】

転流タイミング決定部９５は、さらに、第１の内分点Ｉ１でのリップル電流の大きさに相当する第１の閾値Ｈ_Ｕ１を決定し、第２の内分点Ｉ２でのリップル電流の大きさに相当する第２の閾値Ｈ_Ｕ２を決定する。第１の閾値Ｈ_Ｕ１でのロータ１０の角度θ１は、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングであり、第２の閾値Ｈ_Ｕ２でのロータ１０の角度θ２は、Ｕ相の電磁石の励磁終了タイミングである。図示しないが、転流タイミング決定部９５は、同じようにして、Ｖ相の電磁石の励磁開始タイミングに相当する第１の閾値Ｈ_Ｖ１、Ｖ相の電磁石の励磁終了タイミングに相当する第２の閾値Ｈ_Ｖ２、Ｗ相の電磁石の励磁開始タイミングに相当する第１の閾値Ｈ_Ｗ１、Ｗ相の電磁石の励磁終了タイミングに相当する第２の閾値Ｈ_Ｗ２を決定する。

【0043】

図８は、第１の閾値Ｈ_Ｕ１を用いてＵ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定する工程を説明するための図である。転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流のうち、Ｖ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさ（復調信号Ｓ_Ｖ）に乗算される第１の係数パラメータ（以下、第１の係数パラメータＣ_Ｕ１という）を決定する。この第１の係数パラメータＣ_Ｕ１は、第１の係数パラメータＣ_Ｕ１が乗算された上記リップル電流の大きさと、ロータ１０のフリーラン時にＵ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさ（復調信号Ｓ_Ｕ）が同時に第１の閾値Ｈ_Ｕ１に一致するような数値を有する。図８では、第１の係数パラメータＣ_Ｕ１が乗算された上記リップル電流の大きさは、記号Ｓ_Ｖ’で表されている。図８から分かるように、リップル電流の大きさＳ_Ｕおよびリップル電流の大きさＳ_Ｖ’は、同時に（すなわち同じロータ角度で）第１の閾値Ｈ_Ｕ１に一致する。転流タイミング決定部９５は、このような第１の係数パラメータＣ_Ｕ１を決定する。

【0044】

図９は、第２の閾値Ｈ_Ｕ２を用いてＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定する工程を説明するための図である。転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流のうち、Ｖ相の電磁石およびＷ相の電磁石に流れた２つのリップル電流の大きさにそれぞれ乗算される２つの第２の係数パラメータ（以下、第２の係数パラメータＣ_Ｕ２という）を決定する。これら２つの第２の係数パラメータＣ_Ｕ２は、該２つの第２の係数パラメータＣ_Ｕ２がそれぞれ乗算された上記２つのリップル電流の大きさが同時に第２の閾値Ｈ_Ｕ２に一致するような数値をそれぞれ有する。図９では、第２の係数パラメータＣ_Ｕ２が乗算された上記リップル電流の大きさは、記号Ｓ_Ｖ”，Ｓ_Ｗ”で表されている。図９から分かるように、リップル電流の大きさＳ_Ｖ”およびリップル電流の大きさＳ_Ｗ”は、同時に（すなわち同じロータ角度で）第２の閾値Ｈ_Ｕ２に一致する。転流タイミング決定部９５は、このような第２の係数パラメータＣ_Ｕ２を決定する。

【0045】

上述した第１の係数パラメータＣ_Ｕ１および第２の係数パラメータＣ_Ｕ２は、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するために使用される。同様にして、転流タイミング決定部９５は、Ｖ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するための第１の係数パラメータＣ_Ｖ１および第２の係数パラメータＣ_Ｖ２と、Ｗ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するための第１の係数パラメータＣ_Ｗ１および第２の係数パラメータＣ_Ｗ２を決定する。

【0046】

ロータ１０のフリーラン終了後、通常の運転が開始される。具体的には、転流タイミング決定部９５は、Ｕ相の電磁石およびＶ相の電磁石が非励磁のときにＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｕ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｕ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＵ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＵＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＶ相の電磁石およびＷ相の電磁石に流れる２つのリップル電流の大きさに前記２つの第２の係数パラメータＣ_Ｕ２をそれぞれ乗算し、２つの第２の係数パラメータＣ_Ｕ２が乗算された前記２つのリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｕ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＵＯＦＦを生成する。

【0047】

同様に、転流タイミング決定部９５は、Ｖ相の電磁石およびＷ相の電磁石が非励磁のときにＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｖ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｖ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＶ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｖ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＶＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＷ相の電磁石およびＵ相の電磁石に流れる２つのリップル電流の大きさに前記２つの第２の係数パラメータＣ_Ｖ２をそれぞれ乗算し、２つの第２の係数パラメータＣ_Ｖ２が乗算された前記２つのリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＶ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｖ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＶＯＦＦを生成する。

【0048】

同様に、転流タイミング決定部９５は、Ｗ相の電磁石およびＵ相の電磁石が非励磁のときにＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｗ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｗ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＷ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｗ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＷＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＵ相の電磁石およびＶ相の電磁石に流れる２つのリップル電流の大きさに前記２つの第２の係数パラメータＣ_Ｗ２をそれぞれ乗算し、２つの第２の係数パラメータＣ_Ｗ２が乗算された前記２つのリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＷ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｗ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＷＯＦＦを生成する。

【0049】

このようにして、転流タイミング決定部９５は、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを順次決定する。ドライバ５５は、フリーラン状態にあるロータ１０が停止する前に、上記決定された励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを使用して、３相の電磁石に電流を間欠的に流して３相の電磁石を励磁させ、ロータ１０の突極１１と３相の電磁石との間に磁気力を発生させることでロータ１０を回転させる。

【0050】

第１の閾値Ｈ_Ｕ１および第２の閾値Ｈ_Ｕ２は、予め設定された固定値ではなく、ロータ１０のフリーラン時にＵ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさに基づいて決定される。リップル電流は、リラクタンスに反比例する。上述したように、リラクタンスおよびリップル電流は、スイッチドリラクタンスモータの機械加工の精度や組立誤差、さらには磁性材料の磁気特性差や電磁石の磁気特性差に起因して、モータ間で変わりうる。結果として、リップル電流の最大値Ｓ_Ｕｍａｘと最小値Ｓ_Ｕｍｉｎから決まる第１の閾値Ｈ_Ｕ１および第２の閾値Ｈ_Ｕ２もモータ間で変わりうる。第１の閾値Ｈ_Ｕ１および第２の閾値Ｈ_Ｕ２は、このようなモータ間のリラクタンスおよびリップル電流のばらつきを反映した値である。言い換えれば、第１の閾値Ｈ_Ｕ１および第２の閾値Ｈ_Ｕ２は、モータ間のリップル電流のばらつきとともに変わるので、モータ間のリラクタンスおよびリップル電流のばらつきによらず、リップル電流と閾値Ｈ_Ｕ１，Ｈ_Ｕ２との比較結果に基づいて、Ｕ相の電磁石の正確な励磁開始タイミングと励磁終了タイミングを決定することができる。Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石についても同様である。

【0051】

図１０は、第２の閾値Ｈ_Ｕ２を用いてＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定する工程の他の実施形態を説明するための図である。転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流のうち、Ｕ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさＳ_Ｕが第２の閾値Ｈ_Ｕ２に一致したときにＶ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさＳ_Ｖを第３の閾値Ｈ_Ｕ３として決定する。さらに、転流タイミング決定部９５は、リップル電流記憶装置９８に記憶されたリップル電流のうち、Ｗ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさＳ_Ｗに乗算される第２の係数パラメータＣ_Ｕ２を決定する。第２の係数パラメータＣ_Ｕ２は、該第２の係数パラメータＣ_Ｕ２が乗算された上記リップル電流の大きさと、Ｖ相の電磁石に流れたリップル電流の大きさが同時に第３の閾値Ｈ_Ｕ３に一致するような数値を有する。図１０では、第２の係数パラメータＣ_Ｕ２が乗算された上記リップル電流の大きさは、記号Ｓ_Ｗ”で表されている。図１０から分かるように、リップル電流の大きさＳ_Ｖおよびリップル電流の大きさＳ_Ｗ”は、同時に（すなわち同じロータ角度で）第３の閾値Ｈ_Ｕ３に一致する。転流タイミング決定部９５は、このような第２の係数パラメータＣ_Ｕ２を決定する。第１の係数パラメータＣ_Ｕ１は、先に述べた実施形態と同じようにして決定される。

【0052】

上述した第１の係数パラメータＣ_Ｕ１および第２の係数パラメータＣ_Ｕ２は、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するために使用される。同様にして、転流タイミング決定部９５は、Ｖ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するための第１の係数パラメータＣ_Ｖ１および第２の係数パラメータＣ_Ｖ２と、Ｗ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを決定するための第１の係数パラメータＣ_Ｗ１および第２の係数パラメータＣ_Ｗ２を決定する。

【0053】

ロータ１０のフリーラン終了後、通常の運転が開始される。具体的には、転流タイミング決定部９５は、Ｕ相の電磁石およびＶ相の電磁石が非励磁のときにＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｕ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｕ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＵ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＵＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第２の係数パラメータＣ_Ｕ２を乗算し、第２の係数パラメータＣ_Ｕ２が乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁であるＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＵ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｕ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＵＯＦＦを生成する。

【0054】

同様に、転流タイミング決定部９５は、Ｖ相の電磁石およびＷ相の電磁石が非励磁のときにＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｖ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｖ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＶ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｖ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＶＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第２の係数パラメータＣ_Ｖ２を乗算し、第２の係数パラメータＣ_Ｖ２が乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁であるＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＶ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｖ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＶＯＦＦを生成する。

【0055】

同様に、転流タイミング決定部９５は、Ｗ相の電磁石およびＵ相の電磁石が非励磁のときにＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに第１の係数パラメータＣ_Ｗ１を乗算し、第１の係数パラメータＣ_Ｗ１が乗算されたリップル電流の大きさと、非励磁であるＷ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＷ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定し、Ｗ相の電磁石の励磁開始タイミングを示す信号Ｐ_ＷＯＮを生成する。さらに、転流タイミング決定部９５は、非励磁であるＶ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさに前記第２の係数パラメータＣ_Ｗ２を乗算し、第２の係数パラメータＣ_Ｗ２が乗算された前記リップル電流の大きさと、非励磁であるＵ相の電磁石に流れるリップル電流の大きさが互いに一致した時点であるＷ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定し、Ｗ相の電磁石の励磁終了タイミングを示す信号Ｐ_ＷＯＦＦを生成する。

【0056】

このようにして、転流タイミング決定部９５は、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを順次決定する。ドライバ５５は、フリーラン状態にあるロータ１０が停止する前に、上記決定された励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを使用して、３相の電磁石に電流を間欠的に流して３相の電磁石を励磁させ、ロータ１０の突極１１と３相の電磁石との間に磁気力を発生させることでロータ１０を回転させる。

【0057】

上述した各実施形態においては、第１の電磁石は、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石うちのいずれかであり、第２の電磁石は、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石うちの残りの２つのうちの一方であり、第３の電磁石は、Ｕ相の電磁石、Ｖ相の電磁石、およびＷ相の電磁石うちの残りの１つである。ただし、本発明は、３相のスイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動装置に限らず、４相以上のスイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動装置にも適用することができる。

【0058】

図１１は、各相の電磁石の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを示す図である。復調信号Ｓ_ＵはＵ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）が励磁されている時は、本来であれば前述の通り非線形性の影響で精度よく検出できないが、図１１では簡略化のために常に非励磁状態として記載する。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。

【0059】

Ｕ相のインダクタンスは、ロータ１０の角度θが０度の時に最も大きくなる。従って、ロータ１０の角度θが０度の時、リップル電流の振幅は小さくなり、復調信号Ｓ_Ｕも小さくなる。ロータ１０の角度θが４５度の時はインダクタンスが最小となるため、復調信号Ｓ_Ｕは最大となる。このように、復調信号Ｓ_Ｕは４５度毎に最小、最大を繰り返す。Ｖ相の復調信号Ｓ_ＶはＵ相の復調信号Ｓ_Ｕから３０度遅れで、Ｗ相の復調信号Ｓ_ＷはＵ相の復調信号Ｓ_Ｕから６０度遅れで最小、最大を繰り返す。

【0060】

Ｕ相の電磁石（磁極Ｕ１，Ｕ２）の励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングを正確に決定するため、非線形性の影響がない非励磁相の復調信号を使う。すなわち、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングを決定するために、非励磁のＵ相の復調信号Ｓ_Ｕおよび非励磁のＶ相の復調信号Ｓ_Ｖが使用される。Ｕ相の電磁石の励磁終了タイミングを決定するために、非励磁のＷ相の復調信号Ｓ_Ｗおよび非励磁のＶ相の復調信号Ｓ_Ｖが使用される。ロジック信号Ｐ_Ｕは、Ｕ相の電磁石の励磁開始タイミングを示すＰ_ＵＯＮ信号と、Ｕ相の電磁石の励磁終了タイミングを示すＰ_ＵＯＦＦ信号から構成される。Ｖ相、Ｗ相のロジック信号Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗについても同様である。

【0061】

ロジック信号Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｖ，Ｐ_Ｗは、図５に示すロジック信号生成部８０にて生成される。すなわち、比較器８１Ａは、Ｐ_ＵＯＮ信号とＰ_ＵＯＦＦ信号とを加算してロジック信号Ｐ_Ｕを生成し、比較器８１Ｂは、Ｐ_ＶＯＮ信号とＰ_ＶＯＦＦ信号とを加算してロジック信号Ｐ_Ｖを生成し、比較器８１Ｃは、Ｐ_ＷＯＮ信号とＰ_ＷＯＦＦ信号とを加算してロジック信号Ｐ_Ｗを生成する。

【0062】

ロジック信号Ｐ_ＵのＰ_ＵＯＮ信号とＰ_ＵＯＦＦ信号とが切り替わるタイミングは、ロータ１０の角度θに依存して変わる。したがって、ロジック信号Ｐ_Ｕからロータ１０の角度θを算出することができる。例えば、ロータ１０の角度θが６０度のときに、ロジック信号Ｐ_ＵがＰ_ＵＯＦＦ信号からＰ_ＵＯＮ信号に切り替わることが既知であれば、ロジック信号Ｐ_ＵがＰ_ＵＯＦＦ信号からＰ_ＵＯＮ信号に切り替わった時のロータ１０の角度θが６０度であると決定できる。図５に示すロジック信号生成部８０に設けられた角度計算器８５は、ロジック信号Ｐ_Ｕからロータ１０の角度θを算出するように構成されている。一実施形態では、角度計算器８５は、ロジック信号Ｐ_Ｖあるいはロジック信号Ｐ_Ｗからロータ１０の角度θを計算してもよい。

【0063】

ロータ１０の角度θが分かれば、ロータ角速度決定部９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）やＤＳＰ（デジタル信号処理装置）などの演算器と、タイマーカウンターとを用いることにより、角度θの時間的な変化、すなわち角速度ωを算出することができる。ロジック信号生成部８０全体をＣＰＵやＤＳＰで構成してもよい。
また、前述のように第１の係数パラメータと第２の係数パラメータを決定した後に、それらの係数パラメータを図示しないメモリまたはリップル電流記憶装置９８に記憶してもよく、以降のモータ運転は記憶された係数パラメータで行うことができる。

【0064】

上述した実施形態は、３相のスイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動装置であるが、本発明は、４相以上のスイッチドリラクタンスモータのセンサレス駆動装置にも適用することができる。さらに、本発明は発電機のセンサレス駆動装置にも適用することができる。すなわち、図１に示すスイッチドリラクタンスモータは、発電機としても機能する。さらに上述の実施形態における励磁開始タイミングおよび励磁終了タイミングは、発電機にも適用することができる。

【0065】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0066】

１ スイッチドリラクタンスモータ
２ ステータ
３ 突極
６ コイル
１０ ロータ
１１ 突極
２０ センサレス駆動装置
２１ 目標電流生成器
２２ 減算器
２３ ＰＩＤ補償器
２５ 乗算器
２６ 電流リミッタ
３０ ＰＷＭコントローラ
３１ 減算器
３２ ＰＩＤ補償器
３３ 比較器
４０ ドライブ回路
４２ 直流電圧生成器
４４ スイッチング素子
５０ 電流センサ（電流測定装置）
５５ ドライバ
６０ ロータ角検出器
７０ 復調部
７１ バンドパスフィルタ（ＡＭ変調波抽出器）
７３ 絶対値回路
７５ ノッチフィルタ
７７ ローパスフィルタ
８０ ロジック信号生成部
８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ 加算器
８５ 角度計算器
９０ ロータ角速度決定部
９５ 転流タイミング決定部
９８ リップル電流記憶装置
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２ 磁極（電磁石）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】