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技術 スイッチトリラクタンスモータ制御装置及びスイッチトリラクタンスモータ制御方法

出願人 株式会社ミツバ
発明者 大兼貴彦仙波大助石島正大市原怜
出願日 2019年3月19日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-050892
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-156166
状態 未査定
技術分野 電動機の制御一般
主要キーワード 通電形態 OFF回数 全回転領域 通電回数 巻線電流値 ラジエターファン 車載モータ 隣接相
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

スイッチトリラクタンスモータにおける高回転域モータ効率を向上させ得るスイッチトリラクタンスモータ制御装置及び制御方法を提供する。

解決手段

SRモータ1は、各相独立に設けられたブリッジ回路30U,30V,30Wを備えたドライバ回路2によって駆動される。ドライバ回路2は通電制御部3によって制御される。通電制御部3には、SRモータ1の回転数を検出する回転数検出部14と、モータ回転を所定の閾値と比較する回転数判定部15、比較結果に基づいて通電形態切り替える通電形態切替部16が設けられている。通電形態切替部16は、モータ回転数が閾値以上の高回転となった場合、モータへの通電形態を、U→V→W→U・・の順序にて順次励磁する通常通電から、通常通電の順序から1相置きに省いてU→W→V→U・・の順序励磁する間引き通電に切り替える。

概要

背景

近年、モータ発電機などの回転電機の分野では、ロータ永久磁石を使用しないSRモータ需要が増大しており、昨今では、自動車エンジン始動発電機(ISG:Integrated starter generator)としてSRモータを使用したものも登場している。SRモータは、複数の内向突極が形成されたステータと、ステータの内側に配置され複数の外向突極を備えたロータと、を有しており、ステータ側の突極に巻装された複数相励磁コイルを選択的に通電することにより、ステータの内向突極にロータの外向突極を磁気吸引させ、ロータに回転トルクを発生させる。

このようなSRモータは、各相ごとに独立した駆動回路によって駆動制御され、例えば三相駆動のSRモータの場合、3つの独立した駆動回路が用いられる。各相の駆動回路には、FETなどのスイッチ素子を使用したインバータ回路が配され、各相励磁コイルに対する通電を適宜切り替えることにより、SRモータを回転駆動させる。例えば、3相(U,V,W相)のSRモータでは、ロータの回転位置に応じて、励磁コイルをU→V→W→U→V→W→U・・・のように各相順次通電し、ロータを回転駆動させる。

概要

スイッチトリラクタンスモータにおける高回転域モータ効率を向上させ得るスイッチトリラクタンスモータ制御装置及び制御方法を提供する。SRモータ1は、各相独立に設けられたブリッジ回路30U,30V,30Wを備えたドライバ回路2によって駆動される。ドライバ回路2は通電制御部3によって制御される。通電制御部3には、SRモータ1の回転数を検出する回転数検出部14と、モータ回転を所定の閾値と比較する回転数判定部15、比較結果に基づいて通電形態を切り替える通電形態切替部16が設けられている。通電形態切替部16は、モータ回転数が閾値以上の高回転となった場合、モータへの通電形態を、U→V→W→U・・の順序にて順次励磁する通常通電から、通常通電の順序から1相置きに省いてU→W→V→U・・の順序励磁する間引き通電に切り替える。

目的

本発明の目的は、SRモータにおける高回転域のモータ効率を向上させ得るスイッチトリラクタンスモータ制御装置及びスイッチトリラクタンスモータ制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数個突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装された複数相コイルと、を備え、前記複数相の各相ごとに独立して設けられた通電制御回路を備えたスイッチトリラクタンスモータ制御装置であって、該制御装置は、前記コイルに対する通電形態を、前記各相のコイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、前記各相のコイルを前記所定の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電とに選択的に切り替える通電形態切替部を有することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。

請求項2

請求項1記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置において、該制御装置はさらに、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数を検出する回転数検出部と、前記回転数検出部にて検出された前記スイッチトリラクタンスモータの回転数と所定の閾値とを比較する回転数判定部と、を有し、通電形態切替部は、前記回転数判定部の判定結果に基づいて、前記通常通電と前記間引き通電を切り替えることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。

請求項3

請求項2記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置において、前記通電形態切替部は、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値以上の高回転域の場合、前記間引き通電を実施することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。

請求項4

請求項2又は3記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置において、前記通電形態切替部は、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値未満の低〜中回転域の場合、前記通常通電を実施することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。

請求項5

請求項1〜4の何れか1項に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御装置において、前記スイッチトリラクタンスモータは、自動車スタータジェネレータ用に使用されることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御装置。

請求項6

複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装された複数相のコイルと、を備え、前記複数相の各相ごとに独立して設けられた通電制御回路によって駆動されるスイッチトリラクタンスモータの制御方法であって、前記コイルに対する通電形態を、前記各相のコイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、前記各相のコイルを前記所定の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電とに選択的に切り替えることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。

請求項7

請求項6記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法において、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数を検出して所定の閾値と比較し、前記比較結果に基づいて、前記通常通電と前記間引き通電を切り替えることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。

請求項8

請求項7記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法において、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値以上の高回転域の場合、前記間引き通電を実施することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。

請求項9

請求項7又は8記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法において、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値未満の低〜中回転域の場合、前記通常通電を実施することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。

請求項10

請求項6〜9の何れか1項に記載のスイッチトリラクタンスモータ制御方法において、前記スイッチトリラクタンスモータは、自動車のスタータジェネレータ用に使用されることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ制御方法。

技術分野

0001

本発明は、スイッチトリラクタンスモータSRモータ:Switched Reluctance Motor、以下、適宜SRモータと略記する)の制御技術に関し、特に、高回転域にて従来よりもモータ効率を向上させ得るスイッチトリラクタンスモータ制御装置及びスイッチトリラクタンスモータ制御方法に関する。

背景技術

0002

近年、モータ発電機などの回転電機の分野では、ロータ永久磁石を使用しないSRモータの需要が増大しており、昨今では、自動車エンジン始動発電機(ISG:Integrated starter generator)としてSRモータを使用したものも登場している。SRモータは、複数の内向突極が形成されたステータと、ステータの内側に配置され複数の外向突極を備えたロータと、を有しており、ステータ側の突極に巻装された複数相励磁コイルを選択的に通電することにより、ステータの内向突極にロータの外向突極を磁気吸引させ、ロータに回転トルクを発生させる。

0003

このようなSRモータは、各相ごとに独立した駆動回路によって駆動制御され、例えば三相駆動のSRモータの場合、3つの独立した駆動回路が用いられる。各相の駆動回路には、FETなどのスイッチ素子を使用したインバータ回路が配され、各相励磁コイルに対する通電を適宜切り替えることにより、SRモータを回転駆動させる。例えば、3相(U,V,W相)のSRモータでは、ロータの回転位置に応じて、励磁コイルをU→V→W→U→V→W→U・・・のように各相順次通電し、ロータを回転駆動させる。

先行技術

0004

特開2018−68055号公報
特開2017−208890号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、SRモータも他の電動モータと同様に、高回転域ではトルクが小さくなる特性(T−N特性)を有すると共に(図7)、図8に示すように、高回転域では1相あたりの通電時間が短くなるため、通電電流指令電流値に到達しづらくなる。特に、定格回転数(例えば2000rpm)を超える高回転の場合、励磁コイルの電流値が通電電流に達する前に次相の通電に移ってしまい、通電電流が指令電流値に到達しにくくなる。このため、従来のSRモータでは、どうしても高回転時にはモータ効率が低下してしまうという問題があった。

0006

本発明の目的は、SRモータにおける高回転域のモータ効率を向上させ得るスイッチトリラクタンスモータ制御装置及びスイッチトリラクタンスモータ制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明のスイッチトリラクタンスモータ制御装置は、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装された複数相のコイルと、を備え、前記複数相の各相ごとに独立して設けられた通電制御回路によって駆動されるスイッチトリラクタンスモータの制御装置であって、該制御装置は、前記コイルに対する通電形態を、前記各相のコイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、前記各相のコイルを前記所定の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電とに選択的に切り替える通電形態切替部を有することを特徴とする。

0008

本発明にあっては、通電制御回路によって各相ごとに独立して駆動制御されるスイッチトリラクタンスモータの制御装置に、通電形態を切り替え可能な通電形態切替部を設け、各相コイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、各相コイルを通常通電の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電を選択的に切り替えて実施する。これにより、例えば、スイッチトリラクタンスモータが高回転となった場合に間引き通電を実施することが可能となり、1相あたりの通電時間を通常通電時よりも長く取ることができる。したがって、所望の指令電流値を達成しやすくなり、トルク損失を低減することが可能となる。

0009

また、間引き通電により、通電制御回路のON/OFF回数を減らすことができ、回路発熱を抑えることができると共にスイッチング損失も低減される。さらに、コイルへの通電回数の減少により銅損が低減されると共に、モータ駆動周波数も抑えられることから鉄損の低減も図られる。このため、高回転域におけるモータ損失全体が減少し、モータ効率の向上が図られる。

0010

前記スイッチトリラクタンスモータ制御装置に、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数を検出する回転数検出部と、前記回転数検出部にて検出された前記スイッチトリラクタンスモータの回転数と所定の閾値とを比較する回転数判定部と、を更に設け、通電形態切替部により、前記回転数判定部の判定結果に基づいて、前記通常通電と前記間引き通電を切り替えるようにしても良い。この場合、前記通電形態切替部は、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値以上の高回転域の場合、前記間引き通電を実施できるようにしても良い。また、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値未満の低〜中回転域の場合、前記通常通電を実施できるようにしても良い。

0011

さらに、前記スイッチトリラクタンスモータは、ISGのような自動車スタータジェネレータ用に使用されるモータであっても良い。

0012

本発明のスイッチトリラクタンスモータ制御方法は、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装された複数相のコイルと、を備え、前記複数相の各相ごとに独立して設けられた通電制御回路によって駆動されるスイッチトリラクタンスモータの制御方法であって、前記コイルに対する通電形態を、前記各相のコイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、前記各相のコイルを前記所定の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電とに選択的に切り替えることを特徴とする。

0013

本発明にあっては、通電制御回路によって各相ごとに独立して駆動制御されるスイッチトリラクタンスモータにおいて、各相コイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、各相コイルを通常通電の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電を選択的に切り替えて実施する。これにより、例えば、スイッチトリラクタンスモータが高回転となった場合に間引き通電を実施することが可能となり、1相あたりの通電時間を通常通電時よりも長く取ることができる。したがって、所望の指令電流値を達成しやすくなり、トルク損失を低減することが可能となる。

0014

また、間引き通電により、通電制御回路のON/OFF回数を減らすことができ、回路の発熱を抑えることができると共にスイッチング損失も低減される。さらに、コイルへの通電回数の減少により銅損が低減されると共に、モータ駆動周波数も抑えられることから鉄損の低減も図られる。このため、高回転域におけるモータ損失全体が減少し、モータ効率の向上が図られる。

0015

前記スイッチトリラクタンスモータ制御方法において、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数を検出して所定の閾値と比較し、前記比較結果に基づいて、前記通常通電と前記間引き通電を切り替えるようにしても良い。この場合、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値以上の高回転域の場合、前記間引き通電を実施できるようにしても良い。また、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数が前記閾値未満の低〜中回転域の場合、前記通常通電を実施できるようにしても良い。

0016

さらに、前記スイッチトリラクタンスモータは、ISGのような自動車のスタータジェネレータ用に使用されるモータであっても良い。

発明の効果

0017

本発明のスイッチトリラクタンスモータ制御装置によれば、通電制御回路によって各相ごとに独立して駆動制御されるスイッチトリラクタンスモータの制御装置に、通電形態を切り替え可能な通電形態切替部を設け、各相コイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、各相コイルを通常通電の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電を選択的に切り替えて実施するようにしたので、例えば、スイッチトリラクタンスモータが高回転となった場合に間引き通電を実施できるようになり、1相あたりの通電時間を通常通電時よりも長く取ることが可能となる。これにより、所望の指令電流値を達成しやすくなり、トルク損失を低減することが可能となる。

0018

また、間引き通電により、通電制御回路のON/OFF回数を減らすことができ、回路の発熱を抑えることができると共にスイッチング損失も低減される。さらに、コイルへの通電回数の減少により銅損が低減されると共に、モータ駆動周波数も抑えられることから鉄損の低減も図られる。このため、高回転域におけるモータ損失全体が減少し、モータ効率の向上が図られる。

0019

本発明のスイッチトリラクタンスモータ制御方法によれば、通電制御回路によって各相ごとに独立して駆動制御されるスイッチトリラクタンスモータにおいて、各相コイルを所定の順序にて順次励磁する通常通電と、各相コイルを通常通電の順序から1相置きに省いて励磁する間引き通電を選択的に切り替えて実施するようにしたので、例えば、スイッチトリラクタンスモータが高回転となった場合に間引き通電を実施できるようになり、1相あたりの通電時間を通常通電時よりも長く取ることが可能となる。これにより、所望の指令電流値を達成しやすくなり、トルク損失を低減することが可能となる。

0020

また、間引き通電により、通電制御回路のON/OFF回数を減らすことができ、回路の発熱を抑えることができると共にスイッチング損失も低減される。さらに、コイルへの通電回数の減少により銅損が低減されると共に、モータ駆動周波数も抑えられることから鉄損の低減も図られる。このため、高回転域におけるモータ損失全体が減少し、モータ効率の向上が図られる。

図面の簡単な説明

0021

本発明の一実施形態であるスイッチトリラクタンスモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
図1のスイッチトリラクタンスモータ制御システムにおける励磁コイルの通電制御形態を示す説明図である。
通常通電時と間引き通電時における各通電パターンを示す説明図である。
間引き通電時におけるロータの変位を示す説明図である。
通常通電時と間引き通電時における磁束の流れを示す説明図である。
通常通電時と間引き通電時のモータ損失の違いを示す説明図である。
SRモータにおける回転数とトルクの関係を示す説明図である。
従来のSRモータにおける指令電流値と通電電流の関係を示す説明図である。

実施例

0022

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施の形態であるスイッチトリラクタンスモータ制御装置を使用したスイッチトリラクタンスモータ制御システム10(以下、制御システム10と略記する)の構成を示すブロック図であり、本発明による制御方法も当該制御システム10にて実施される。本発明による制御システム10は、SRモータが高回転域となったとき、通常の各相順次通電から、1相置きに通電を省く間引き通電に通電形態を切り替えることにより、高回転時のトルク損失を抑え、モータ効率の改善を図っている。

0023

図1に示すように、制御システム10は、スイッチトリラクタンスモータ1(以下、SRモータ1と略記する)と、SRモータ1に対する通電タイミングを調整するドライバ回路2と、ドライバ回路2を制御してSRモータ1の動作を制御する通電制御部(スイッチトリラクタンスモータ制御装置)3と、から構成されている。制御システム10にて駆動されるSRモータ1は、例えば、車両エンジンスタータジェネレータ(ISG)に適用され、エンジンクランク軸直結されて使用される。

0024

SRモータ1は、励磁コイル(巻線)4を有するステータ5と、ステータ5内に回転自在に配置されたロータ6とを備えている。ステータ5には、径方向内側に向かって突設された複数の突極(ステータ突極:ここでは6極)7が設けられている。各突極7には、3相の励磁コイル4(4U,4V,4W)が巻装されている。ロータ6の外周には、径方向外側に向かって突設された複数の突極(ロータ突極:ここでは4極)8が設けられている。突極8は、ステータ5側の突極7とは異なる個数設けられている。ロータ6の回転位置は、レゾルバ等の回転検出センサ9によって検知されている。そして、ロータ回転位置に応じて、各励磁コイル4を選択的に通電することにより、ステータ突極7にロータ突極8が磁気吸引され、ロータ6に回転トルクが発生してSRモータ1が回転駆動する。

0025

図1に示すように、通電制御部3は、電流指令マップ11、PWM(Pulse Width Modulation)duty計算部12、回転位置検出部13、回転数検出部14、回転数判定部15、通電形態切替部16、転流信号生成部17、駆動信号生成部18、および同期整流部19を主要な構成要素としている。制御システム10は、トルク指令発電量指令21に基づいてドライバ回路2を制御し、SRモータ1に対しバッテリ22から電力を供給してこれを駆動制御する。

0026

トルク指令・発電量指令21は、SRモータ1に求められるトルクや発電量に対応する値を設定・指示する。トルク指令・発電量指令21における指令値は、エンジン負荷等に応じて、例えば、最大トルク最大発電量に対して0〜100%の範囲で適宜設定される。電流指令マップ11は、トルク指令値と指令電流値とを対応付けして格納したマップであり、トルク指令値に応じた指令電流値を選択して出力する。なお、指令電流値とは、トルク指令値を達成するためにSRモータ1の各巻線に流す電流目標値をいう。

0027

PWMduty計算部12は、電流センサ電流検出手段)23によって検出される巻線電流値と、電流指令マップ11からの指令電流値に基づいて、ドライバ回路2からSRモータ1に流す電流のデューティを計算し、駆動信号生成部18に供給する。回転位置検出部13は、回転検出センサ9から出力されるアナログ信号デジタル信号に変換し、転流信号生成部17と回転数検出部14に出力する。回転数検出部14は、回転位置検出部13から供給される信号の差分を求めて、SRモータ1の回転数を検出し、通電形態切替部16に提供する。

0028

回転数判定部15は、回転数検出部14にて得られたSRモータ1の回転数を所定の閾値と比較し、SRモータ1の回転数の状態、すなわち、SRモータ1が低〜中回転域にあるのか、高回転域にあるのかを判定する。通電形態切替部16は、回転数判定部15による判定結果(SRモータ1が低〜中回転域か高回転域か)とトルク指令・発電量指令21からのトルク指令値に基づいて、通電形態を決定し(各相順次通電or間引き通電)、励磁コイル4に対する通電パターンを切り替える。

0029

転流信号生成部17は、通電形態切替部16からの指示の下、回転位置検出部13によって検出されたロータ回転位置に基づいてU相、V相、および、W相の通電パターン信号(各相順次通電or間引き通電)を形成する。駆動信号生成部18は、転流信号生成部17から供給される通電パターン信号、およびPWMduty計算部12から供給されるデューティ信号に基づいてPWM制御信号を生成し、ドライバ回路2に供給する。生成されるPWM制御信号は、U相、V相またはW相の通電パターン信号に、PWMduty計算部12から供給されるデューティ信号に基づくPWM信号重畳させたものとなる。

0030

同期整流部19は、SRモータ1が発電機として機能する際、その回生動作を制御し、供給モード回生モードの切替を行う。制御システム10では、ロータ回転位置に基づいて供給モードを実施し、電流センサ23によって検出される巻線電流値(回生電流値)に基づいて、回生モードを終了させる。供給モードでは、同期整流部19の指令に基づき、ドライバ回路2から励磁コイル4に対し電流を供給する。回生モードは、供給モードの終了後、一定のデッドタイムを経た後実施される。そして、励磁コイル4の回生電流値が所定値以下となったタイミングで、回生モードを終了し、回生動作における同期整流を終了させる。

0031

ドライバ回路2は、駆動信号生成部18から供給される駆動信号に応じて、バッテリ22から出力される直流電力スイッチングし、SRモータ1の各相を構成する励磁コイル4に供給する。ドライバ回路2には、各相ごとにブリッジ回路(通電制御回路)30U,30V,30Wが形成されており、3相の駆動回路がそれぞれ独立して設けられている。各ブリッジ回路30U,30V,30Wには、半導体スイッチ素子であるFETがそれぞれ4個ずつ(FET31〜34)設けられている。FETは、SRモータ1の上段側(バッテリ22側:ハイサイド)と下段側(ローサイド)にそれぞれ、2個ずつ設けられている(ハイサイド:FET31a〜31c,34a〜34c、ローサイド:FET32a〜32c,33a〜33c)。FET31〜34は、駆動信号生成部18からの駆動信号により適宜ON/OFFされる。

0032

このような制御システム10では、SRモータ1を駆動するに際し、各相の独立駆動回路により、各相の励磁コイル4を順次励磁してロータ6を回転させる。その際、例えば、U相を励磁する場合は、駆動信号生成部18により、上段側のFET31aと、下段側のFET32aをオンさせ、SRモータ1のU相励磁コイル4Uに通電する。駆動信号生成部18は、同様にV相(FET31b・FET32b:ON)、W相(FET31c・FET32c:ON)をそれぞれの駆動回路を用いて順次励磁し(U→V→W→U・・・)、SRモータ1を回転駆動させる。

0033

一方、SRモータ1を発電機として使用する場合には、同期整流部19によって、FET31〜34を制御してバッテリ22側(電源側)に電力を回生する。例えば、U相の回生動作では、FET31aとFET32aをオンさせて供給モードを実施した後、デッドタイムを挟んで、FET33aとFET34aをオンさせて回生モードを実施する。また、V相,W相における回生動作も同様に行われ、V相では、FET31bとFET32bにより供給モード、FET33bとFET34bにより回生モードがそれぞれ実施され、W相では、FET31cとFET32cにより供給モード、FET33cとFET34cにより回生モードがそれぞれ実施される。

0034

ここで、前述のように、SRモータでは回転数が高くなると、1相あたりの通電時間が短くなり、通電電流が指令電流値に到達しにくくなる。また、スイッチ素子のON/OFF回数増加によるスイッチング損失増大などもあり、高回転域ではモータ効率が低下するという問題があった。そこで、本発明による制御システム10では、SRモータ1が定格回転数(例えば2000rpm)を超えるような高回転となった場合、通電形態を各相順次通電から間引き通電に変更してモータ効率の低下を抑制する。図2は、制御システム10における通電制御形態を示す説明図である。

0035

図2破線にて示したように、SRモータ1も、低〜中回転域では通常のSRモータと同様に各相を順次通電する。すなわち、各相の通電角度(通電時間)をオーバラップさせつつ、U→V→W→U→V→W・・・の順に励磁コイル4を通電する。これに対し、SRモータ1が高回転域となった場合は、通電相を1つ置きに間引き、
U→(V)→W→(U)→V→(W)→U→(V)→W・・・(括弧内は間引いた相)
の順に励磁コイル4を通電する。すなわち、図2実線にて示したように、通常通電時における次相を1つ飛ばして励磁コイル4を通電する。

0036

制御システム10においては、このような間引き通電制御は次のように実施される。ここではまず、回転数検出部14によりSRモータ1の回転数が検出され、回転数判定部15に送られる。回転数判定部15では、回転数検出部14にて得られたSRモータ1の回転数を所定の閾値(ここでは、定格回転数2000rpm)と比較し、SRモータ1が低〜中回転域にあるのか(回転数<閾値)、高回転域にあるのか(回転数≧閾値)を判定する。判定結果は通電形態切替部16に送られ、通電形態切替部16は、SRモータ1が低〜中回転域にある場合は、通常の通電パターン(各相順次通電:通常通電モード)による最大出力駆動を実施する。

0037

これに対し、SRモータ1が高回転域にある場合は、現在のモータ作動状態を考慮して通電パターンを決定する。モータ作動状態は、トルク指令・発電量指令21からのトルク指令値に基づいて判断され、負荷が大きいなど、出力を重視してSRモータ1を駆動すべき場合には、通常の通電パターンによる最大出力駆動が実施される。一方、高回転ではあるものの負荷が余り大きくない場合には、モータ効率を重視し、通電パターンを間引き通電モードに切り替え最大効率駆動を実施する。

0038

図3は、通常通電時と間引き通電時のそれぞれの通電パターンを示す説明図である。図3に示すように、間引き通電は、通常の各相順次通電における次回通電相(図3ではV相)を省く制御形態であるが、その際、間引いた分の相を、隣接相の通電を延長して補填する。例えば、図3のU相通電は、その前の通電(W相)が省かれるが、その分を進角Aにて補填する。また、U相後に省かれるV相の分は、延長通電角Bにて補填する。この進角Aと延長通電角Bにより、1相分の通電が省かれても、ロータ突極8を引き寄せるに十分な通電がなされ、ロータ6の回転が維持される。

0039

図4は、間引き通電時におけるロータ6の変位を示す説明図である。なお、図4では、ステータ突極7が12極、ロータ突極8が8極の場合を示しているが、図1のように、ステータ突極7が6極、ロータ突極8が4極の場合も同様である。図4に示すように、間引き通電時においては、ロータ突極8がU相突極7の位置(図4(a))から間引き相(V相)突極7の位置に来た場合(図4(b))、間引いたV相は無通電のためV相突極7に吸引力は生じない(デッドトルク区間図2参照)。しかしながら、ロータ6の回転は、慣性やエンジン動力などの外力によって維持される。また、前述の通電延長によっても補填される。そして、1つ飛ばしたW相が励磁されると、その突極7に引き寄せられ回転が継続される(図4(c))。

0040

図5は、通常通電時と間引き通電時における磁束の流れを示す説明図であり、前記ロータ動作を磁束の流れで見ると、図5のようになる。図5(b)の間引き通電では、U相通電によってロータ突極8がU相のステータ突極7に吸引された後、磁束のないデッドトルク区間となる。そして、その後にW相が通電されると、ロータ突極8はW相のステータ突極7に吸引され、ロータ6が回転する。

0041

一方、通常通電の場合、各相の励磁形態は、図5(a)に示すように、U相単独→U,V相オーバラップ→V相単独→V,W相オーバラップ→W相単独のように制御が進行する。すなわち、間引き通電制御と異なり、2相がオーバラップ通電される区間が存在する。この場合、2相通電時には、2相同時通電に伴う磁束同士や、前相の残留磁束と現通電相の磁束が反対方向に流れる箇所が生じ、その部位における交番磁界により、鉄損が大きくなる。これに対し、間引き通電では、磁束のないデッドトルク区間が存在するため、磁束が錯綜する区間がなく、その分、損失を低減することができ、モータ効率が向上する。

0042

このように、本発明による制御システム10では、SRモータ1が高回転となった場合、3相独立駆動の構成を利用し、通常の通電パターンから1相を間引く、本来の通電パターンとは異なる間引き通電を実施することにより、高回転時における1相あたりの通電時間を通常通電時よりも長く取ることができる。このため、通電電流が指令電流値に到達する時間的な余裕が生まれ、所望のトルク指令値に応じた指令電流値を達成しやすくなり、トルク損失を低減することが可能となる。

0043

また、間引き通電により、スイッチ素子のON/OFF回数を減らすことができ、時間あたりの素子の発熱を抑えることができると共に、ON/OFF回数増加に伴う高回転域におけるスイッチング損失も低減される。さらに、励磁コイル4への通電回数の減少により銅損が低減されると共に、モータ駆動周波数も抑えられることから鉄損の低減も図られる。このため、高回転域におけるモータ損失全体が減少し、この点においてもモータ効率の向上が図られる。図6は、通常通電時と間引き通電時のモータ損失の違いを示す説明図であり、破線は通常通電パターンの場合の損失、実線は間引き通電の場合の損失を示している。図6に示すように、間引き通電による損失低減エリアPは、それによる損失増加エリアQよりも大きく、間引き通電により、モータ全体の損失が低減され少なくなることが分かる。

0044

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、定格回転数を基準として高回転域を判断し、通常通電と間引き通電の制御形態の切り替えを行っているが、高回転域の判断基準は定格回転数には限定されず、SRモータの突極数やバッテリ電圧など、各モータの仕様に応じて適宜設定可能である。例えば、1000rpmや3000rpmを高回転域の判断基準とするSRモータにも本発明を適用することも可能である。また、制御形態の切り替えの基準は、モータ回転数以外にも、モータ電流値車速、温度などを基準として用いることが可能であると共に、それらを適宜複合的に用いて制御形態を切り替えても良い。

0045

さらに、図1の実施形態では、ステータ突極7が6極、ロータ突極8が4極のSRモータについて述べたが、本発明は、図4のように、ステータ突極7が12極、ロータ突極8が8極のSRモータにも適用可能であり、突極数は特に限定されない。加えて、前述の実施形態では、3相駆動のSRモータに本発明を適用した例を示したが、5相駆動など、3相以外の複数相駆動のSRモータにも本発明は適用可能である。その場合、奇数相にて駆動されるSRモータの方が間引かれる相が均等化されるため、本発明の適用対象としては好適である。なお、高回転領域のみならず、全回転領域にて間引き通電制御を行うことも可能である。

0046

本発明によるモータ制御装置・制御方法は、ISG用のモータのみならず、ラジエターファン駆動用のモータなどの車載モータや、他の産業機器用のモータ、家電製品用のモータなどにも広く適用可能である。

0047

1スイッチトリラクタンスモータ
2ドライバ回路
3通電制御部(スイッチトリラクタンスモータ制御装置)
4励磁コイル
4U U相励磁コイル
4V V相励磁コイル
4W W相励磁コイル
5ステータ
6ロータ
7突極
8 突極
9回転検出センサ
10 スイッチトリラクタンスモータ制御システム
11電流指令マップ
12 PWMduty計算部
13回転位置検出部
14回転数検出部
15回転数判定部
16通電形態切替部
17転流信号生成部
18駆動信号生成部
19同期整流部
21トルク指令・発電量指令
22バッテリ
23電流センサ
30U,30V,30Wブリッジ回路(通電制御回路)
31,31a〜31cFET
32,32a〜32c FET
33,33a〜33c FET
34,34a〜34c FET
A進角
B延長通電角

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