CN108111089A - 开关磁阻马达用的控制装置 - Google Patents

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Abstract

开关磁阻马达的控制装置配备有变换器,所述变换器具有转换回路,所述转换回路通过改变在三相线圈之中的至少一相中流动的电流的方向来切换磁极,以便成为第一绕线模式或者第二绕线模式,对于将开关磁阻马达的驱动区域划分成第一区域和第二区域的交界,在转矩以及转速位于低负荷侧的第一区域中的情况下,切换成第一绕线模式,在转矩及转速位于第二区域中的情况下,切换成第二绕线模式,在三相线圈中的切换磁极的相的电流为0的情况下,允许切换磁极,在切换磁极的相的电流不为0的情况下,禁止切换磁极。

Description

开关磁阻马达用的控制装置
技术领域
本发明涉及开关磁阻马达用的控制装置。
背景技术
配备有分别具有相互对向的多个凸极的定子及转子、卷绕到定子的凸极上的线圈,借助发生在定子和转子各自的凸极之间的磁性吸引力使转子旋转的开关磁阻马达是已知的。
竹野元贵和另外四人,在“考虑到HEV用50kW的SRM的磁轭部的磁饱和的转矩性能的提高”,日本AEM协会,2011年6月,Vol.19,No.2中,关于上述那样的开关磁阻马达,公开了比较两个绕线模式(NNNSSS卷及NSNSNS卷)的转矩性能的结果。并且,在该文献中,还公开了由于与NNNSSS卷相比,NSNSNS卷不容易磁饱和,所以,与NNNSSS卷的最大转矩相比,NSNSNS卷的最大转矩更大。
发明内容
这里,竹野元贵和另外四人,在“考虑到HEV用50kW的WSRM的磁轭部的磁饱和的转矩性能的提高”,日本AEM协会,2011年6月,Vol.19,No.2中提示,通过采用NSNSNS卷,开关磁阻马达的最大转矩提高。但是,NNNSSS卷及NSNSNS卷的转矩效率(下面,简称为“效率”)根据开关磁阻马达的负荷状态而变动。从而,当考虑到最大转矩的提高而采用NSNSNS卷时,存在着导致效率恶化的担忧。
本发明是鉴于上述情况做出的,提供一种不会使开关磁阻马达的效率恶化、可以提高最大转矩的开关磁阻马达用的控制装置。
因此,根据本发明的一个观点,提供一种开关磁阻马达用的控制装置,所述开关磁阻马达构成为借助励磁电流在三相线圈中流动而被驱动。该控制装置配备有变换器和电子控制单元。该变换器具有转换回路,所述转换回路构成为通过改变在所述三相线圈中的至少一相中流动的电流的方向来切换磁极以成为第一绕线模式或者第二绕线模式。该第一绕线模式是所述三相线圈分别向相同方向卷绕的绕线模式。该第二绕线模式是所述三相线圈中的两个线圈向相同方向卷绕而剩下的一个线圈向相反方向卷绕、并且绕线方向相同的两个线圈和绕线方向相反的一个线圈交替地配置的绕线模式。所述电子控制单元以下面所述的方式构成,即:对于将由所述开关磁阻马达的转矩及转速确定的所述开关磁阻马达的驱动区域划分为第一区域和第二区域的交界,(i)在根据施加电压确定的所述转矩及所述转速位于低负荷侧的第一区域中的情况下,利用所述转换回路切换所述磁极以成为所述第一绕线模式,(ii)在根据施加电压确定的所述转矩及所述转速位于与所述第一区域不同的第二区域中的情况下,利用所述转换回路切换所述磁极以成为所述第二绕线模式,(iii)在当利用所述转换回路切换所述磁极时,所述三相线圈中的切换所述磁极的相的电流为0的情况下,允许所述磁极的切换,并且,(iv)在切换所述磁极的相的电流不为0的情况下,禁止所述磁极的切换。
根据如上所述的开关磁阻马达用的控制装置,可以根据开关磁阻马达的负荷状态,切换成在效率方面最佳的绕线模式。进而,开关磁阻马达用的控制装置,由于只在三相线圈中的切换磁极的相的电流为0的情况下进行磁极的切换,所以,可以抑制在磁极切换时的火花的发生或变换器的发热。
另外,在所述开关磁阻马达用的控制装置中,所述电子控制单元也可以如下面所述地构成,即:(i)根据所述开关磁阻马达的转矩以及转速,切换进行断续电流控制和连续电流控制,在所述断续电流控制中存在有在所述三相线圈中流动的电流成为0的区间,在所述连续电流控制中不存在在所述三相线圈中流动的电流成为0的区间,并且,(ii)在所述电子控制单元进行了从所述断续电流控制向所述连续电流控制的切换之后,利用所述转换回路切换所述磁极的情况下,在利用所述转换回路切换所述磁极之后,进行从所述断续电流控制向所述连续电流控制的切换。
根据如上所述的开关磁阻马达用的控制装置,由于在线圈中流动的电流成为0的区间不存在的连续电流控制中,不进行磁极的切换,在线圈中流动的电流成为0的区间存在的断续电流控制中进行磁极的切换,所以,可以更进一步抑制在磁极切换时的火花的发生及变换器的发热。
另外,在所述开关磁阻马达用的控制装置中,施加到所述开关磁阻马达上的电压低的情况下的所述第二区域可以比施加到所述开关磁阻马达上的电压高的情况下的所述第二区域大。
根据如上所述的开关磁阻马达用的控制装置,追加了各个绕线模式的效率高的区域根据电压变化这一点,并且能够切换成为最佳的绕线模式。
另外,在所述开关磁阻马达用的控制装置中,也可以在所述第一区域和所述第二区域的交界处设置有不实施所述第一绕线模式与所述第二绕线模式之间的切换的静区。
根据如上所述的开关磁阻马达用的控制装置,通过设置静区,例如,可以抑制由绕线模式频繁地切换而引起的开关损失。
进而,在所述开关磁阻马达用的控制装置中,所述的变换器也可以配备有多相所述转换回路。
根据如上所述的开关磁阻马达用的控制装置,通过利用多个转换回路承担开关动作,例如,可以分散由绕线模式频繁切换而引起的变换器的负荷。
根据本发明的开关磁阻马达用的控制装置,在低负荷区域切换磁极以成为第一绕线模式,在低负荷区域以外的高负荷区域切换磁极以成为第二绕线模式,由此,不会使开关磁阻马达的效率恶化,可以提高最大转矩。加之,通过在恰当的时机进行磁极的切换,可以抑制磁极切换时的火花的发生及变换器的发热,可以抑制变换器的耐久性的恶化。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的特点、优点和示范性的实施方式的技术上和工业上的意义,在附图中,类似的附图标记表示类似的部件,其中:
图1是示意地表示包含根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的系统结构的图。
图2是示意地表示根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中的开关磁阻马达的结构的图。
图3是示意地表示根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中的变换器的结构的图。
图4是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,切换磁极以使绕线模式成为NNNSSS卷的情况的图。
图5是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,切换磁极以使绕线模式成为NSNSNS卷的情况的图。
图6是表示各个绕线模式中的转矩和效率的关系的曲线图。
图7是表示由根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置进行的驱动控制方法的第一种实施方式的流程图。
图8是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,向开关磁阻马达施加高电压(600V)的情况下的开关磁阻马达的特性的曲线图。
图9是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,向开关磁阻马达施加低电压(300V)的情况下的开关磁阻马达的特性的曲线图。
图10是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,磁极切换允许区间和磁极切换禁止区间的曲线图。
图11是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的驱动控制方法中,磁极切换的详细情况的流程图。
图12是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中,每个绕线模式的励磁条件以及电流波形的曲线图。
图13是表示根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的驱动控制方法的第一种实施方式进行驱动控制时的开关磁阻马达的状态的时间图。
图14是表示根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的驱动控制方法的第二种实施方的流程图。
图15是表示利用根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的驱动控制方法的第二种实施方式进行驱动控制时的开关磁阻马达的状态的时间图。
图16是表示应用根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置的车辆的架构图。
图17是表示在根据本发明的实施方式的开关磁阻马达用的控制装置中的每个绕线模式的特性的曲线图,是表示在低负荷区域和高负荷区域的交界处设置有静区的例子的曲线图。
具体实施方式
下面,参照附图说明根据本发明的开关磁阻马达的控制装置的实施方式。另外,本发明并不由以下的实施方式所限定。另外,在下述实施方式的结构部件中,包括本领域人员能够且容易置换的部件、或者实质上相同的部件。
首先,对于本实施方式的系统结构进行说明。如图1所示,本实施方式的系统结构包括开关磁阻马达(下面,记为称作“SR马达”的“SRM”)1、变换器2、升压部3、电池4和电子控制单元(ECU)100。本实施方式的SR马达1的控制装置至少包含有变换器2及电子控制单元100。
如图1所示,SR马达1经由变换器2及升压器3与电池4电连接。另外,SR马达1和变换器2经由线圈12(参照图2)电连接。另外,SR马达1不仅作为电动机还作为发电机起作用。
SR马达1是在转子中不使用永久磁铁的电动机,通过在三相线圈12中流动励磁电流(下面,称为“电流”)而进行驱动。如图2所示,SR马达1具备凸极结构的定子10和凸极结构的转子20。另外,在该图中,作为SR马达1,作为一个例子表示出了配备有十八极的定子10和十二极的转子20的三相感应电动机。
作为三相交流式的SR马达1包括:由一对定子齿11以及线圈12a构成的A相(U相)、由一对定子齿11以及线圈12b构成的B相(V相)、以及由一对定子齿11及线圈12c构成的C相(W相)。
如图2所示,定子10在环状结构的内周部配备有多个作为凸极的定子齿11。被连接于变换器2上的线圈12被卷绕到各个定子齿11上。
转子20配置在定子10的径向内侧,在环状结构的外周部配备有多个作为凸极的转子齿21。另外,转子20构成为图中未示出的转子轴成一体地旋转。
如图3所示,变换器2由配备有多个开关元件的电子回路(变换器回路)构成,以便能够将三相交流电向线圈12通电。变换器2在被连接到变换器回路上各个线圈12a、12b、12c使电流按照每一相流过。
构成变换器2的变换器回路配备有按照每一相设置的多个晶体管以及多个二极管、以及一个电容器Co。并且,变换器2在各个相中通过将多个晶体管同时接通或者断开,改变在线圈12中流动的电流值。
变换器2在A相线圈12a的周边配备有晶体管Tra1、Tra2和二极管Da1、Da2、Da3、Da4。另外,变换器2在B相的线圈12b的周边配备有晶体管Trb1、Trb2、Trb3、Trb4和二极管Db1、Db2、Db3、Db4。另外,变换器2在C相的线圈12c的周边配备有晶体管Trc1、Trc2和二极管Dc1、Dc2、Dc3、Dc4。另外,包含B相的线圈12b的回路(参照单点划线),如后面将要描述的那样,作为切换SR马达1的绕线模式用的转换回路Sw起作用(详细情况将在后面描述)。
升压部3设置在变换器2和电池4之间,用于将施加到SR马达1上的电压升压。升压部3例如由升压变压器构成,由电子控制单元100控制。
电子控制单元100驱动控制SR马达1。电子控制单元100配备有:CPU、存储各种程序等的数据的存储部、以及进行驱动控制SR马达1用的各种运算的电子控制单元。并且,电子控制单元中的运算结果、控制变换器2用的指令信号被从电子控制单元100输出到变换器2。这样,电子控制单元100通过控制变换器2,控制施加到SR马达1上的电压及电流。另外,电子控制单元100通过控制变换器2,如后面所述,切换SR马达1的绕线模式(参照图4及图5)。
从检测SR马达1的转速的转速传感器51向电子控制单元100输入旋转变压器信号。电子控制单元100根据该旋转变压器信号基于在旋转方向上的定子齿11与转子齿21的相对的位置关系,执行对于每一相反复进行作为通电对象的线圈12的切换的控制。并且,电子控制单元100,在这种控制中,使电流在某一相的线圈12中流过而使定子齿11励磁,通过在定子齿11与靠近该定子齿11的转子齿21之间产生磁性吸引力,使转子20旋转。
其次,对于绕线模式的切换进行说明。这里,变换器2的转换回路Sw能够通过改变在B相线圈12b中流动的电流的方向来切换磁极,以使得SR马达1的绕线模式(磁极排列模式)成为NNNSSS卷(第一绕线模式)或者NSNSNS卷(第二绕线模式)。
转换回路Sw通过改变在线圈12b中流动的电流的方向,例如,如图4所示,可以使相邻的A相、B相以及C相的磁极相同。即,在该图中从右起依次地以A相、B相、C相、A相、B相、C相的顺序排列,各个磁极成为N极、N极、N极、S极、S极及S极的顺序。
将这样三相线圈12a、12b、12c分别向相同的方向卷绕的绕线模式称作“NNNSSS卷”。另外,图4中的箭头表示电流流动的方向(在图5中也一样)。
另一方面,变换器2的转换回路Sw通过改变在线圈12b中流动的电流的方向,例如,如图5所示,可以只使在邻接的A相、B相及C向的磁极中的B相的磁极颠倒。即,在该图中,从右起依次按照A相、B相、C相、A相、B相及C相的顺序排列,各个磁极变成N极、S极、N极、S极、N极及S极的顺序。
将这样三相线圈12a、12b、12c中的两个(这里为线圈12a、12c)在相同的方向上卷绕而剩下的一个(这里为线圈12b)向相反方向卷绕,并且,绕线方向相同的两个线圈12a、12c与绕线方向相反的一个线圈12b交替地配置的绕线模式称作“NSNSNS卷”。另外,“绕线方向相同的两个线圈12a、12c与绕线方向相反的一个线圈12b交替地配置”,如图5所示,具体地说,表示在转子10的周向上,线圈12b配置在线圈12a和线圈12c之间的状态。
根据本实施方式的SR马达1的控制装置利用转换回路Sw在SR马达1的驱动中切换两个绕线模式(参照图4及图5)。另一方面,如前面所述,NNNSSS卷及NSNSNS卷的效率根据SR马达1的负荷状态变动。
这里,图6表示,在向SR马达1施加600V的电压的情况下,各个绕线模式(NNNSSS卷及NSNSNS卷)的负荷(转矩)与效率的关系。如该图所示,在作为低负荷(低转矩)侧的区域的第一区域,与NSNSNS卷的效率相比,NNNSSS卷的效率相对地高。另一方面,在作为高负荷(高转矩)侧的区域的第二区域,与NNNSSS卷的效率相比,NSNSNS卷的效率相对地高。
基于以上的认识,在根据本实施方式的SR马达1的控制装置中,在SR马达1的驱动中,根据该SR马达1的负荷状态,切换成NNNSSS卷和NSNSNS卷的绕线模式中的任一模式。具体地说,SR马达1的电子控制单元100,如图6的第一区域所示,在低负荷(低转矩)区域切换磁极以成为NNNSSS卷,如该图的第二区域所示,在高负荷(高转矩)区域,切换磁极以成为NSNSNS卷。由此,对应于各个绕线模式中的效率高的区域,切换成最佳的绕线模式。
另外,在根据本实施方式的SR马达1的控制装置中,在满足了磁极切换的条件时,并不立即由转换回路Sw切换磁极,而是考虑到SR马达1的电流状态而在最佳的时机进行切换。具体地说,SR马达1的电子控制单元100,在利用转换回路Sw切换磁极时,在三相线圈12a、12b、12c中的切换磁极的相(在图3中为线圈12b)的电流为0(或者在0附近)的情况下,允许磁极的切换,而在切换磁极的相的电流不为0(或者其附近)的情况下,禁止磁极的切换。由此,由于即使在切换磁极的条件成立了的情况下,也只在三相线圈12a、12b、12c中的切换磁极的相(线圈12b)的电流为0的情况下才进行磁极的切换,所以,能够抑制在磁极切换时的火花的发生或变换器2的发热。
其次,参照附图7~图12对于利用根据本实施方式的SR马达1的控制装置的驱动控制方法的第一种实施方式进行说明。
首先,电子控制单元100读取用于SR马达1的驱动控制的各种信息(步骤S1),所述的“各种信息”具体地说是从转速传感器51输入的旋转变压器信号、以及SR马达1的要求转矩。
接着,电子控制单元100基于转速传感器51的旋转变压器信号,运算SR马达1的转速(下面,称作“马达转速”)(步骤S2)。接着,电子控制单元100推导出对应于要求转矩的马达转矩指令值(步骤S3)。接着,电子控制单元100基于车辆状态等,运算电压能够调整的范围(步骤S4)。前面所述的“电压能够调整的范围”表示施加到SR马达1上的电压的范围。接着,电子控制单元100基于车辆状态等确定施加到SR马达1上的电压(步骤S5)。
接着,电子控制单元100判定磁极的切换、即绕线模式的切换是否有必要(步骤S6)。在本步骤中,电子控制单元100具体地参照如图8所示的切换映射,判定是否需要磁极的切换。
这里,图8所示的切换映射,具体地说,表示由SR马达1的转矩及转速确定的SR马达1的驱动区域。并且,在该图的切换映射中,SR马达1的驱动区域以规定的切换线L为界,被划分为低负荷区域(第一区域)和高负荷区域(第二区域)这两个区域。
所谓低负荷区域是转矩及转速相对低的区域,更具体地说,是在SR马达1的驱动区域中与切换线L相比低转矩且低转速的区域。另外,所谓高负荷区域是转矩及转速相对高的区域,更具体地说,是在SR马达1的驱动区域中与切换线L相比高转矩且高转速的区域。如图8所示,切换线L由越是高转矩越变成低转速、越是低转矩越变成高转速的曲线构成。另外,切换线L例如也可以由越是高转矩越变成低转速、越是低转矩越变成高转矩的直线构成。
在本步骤中,对于每个在步骤S5中确定的电压,使用不同的切换映射。例如,在步骤S5中确定的电压为高电压(例如,600V)的情况下,使用图8所示的切换映射(高电压用切换映射)。另一方面,在步骤S5中确定的电压是低电压(例如300V)的情况下,使用图9所示的切换映射(低电压用切换映射)。如该图所示,低电压用切换映射的高负荷区域比高电压用切换映射(参照图8)的高负荷区域大,低电压用切换映射的低负荷区域比高电压用切换映射的低负荷区域窄。
另外,图9所示的低电压用切换映射与高电压用切换映射(参照图8)相比较,驱动区域中的高负荷区域相对于低负荷区域的比例大。即,电子控制单元100在本步骤使用施加到SR马达1上的电压越低、则驱动区域中的高负荷区域相对于低负荷区域的比例越大的切换映射。由此,追加各个绕线模式中的效率高的区域根据电压变化这一点,并且,可以切换成最佳的绕线模式。
在步骤S6中,电子控制单元100判定根据马达转速及马达转矩指令值确定的工作点处于切换映射的哪个区域。即,电子控制单元100判定对于将SR马达1的驱动区域划分成两个区域的交界(切换映射的切换线L),与施加电压相对应地确定的马达转速及转矩指令值是位于低负荷区域侧,还是位于不同于低负荷区域的高负荷区域侧。
电子控制单元100例如在现状的绕线模式是NNNSSS卷,并且根据马达转速及马达转矩指令值确定的工作点位于高负荷区域侧的情况下,或者在预想为位于低负荷区域侧的工作点越过切换线L而移动到高负荷区域侧的情况下,判定为磁极的切换(从NNNSSS卷向NSNSNS卷的切换)是必要的。另外,电子控制单元100,例如,在现状的绕线模式是NSNSNS卷,并且根据马达转速及马达转矩指令值确定的工作点位于低负荷区域侧的情况下,或者在预想为位于高负荷区域侧的工作点超过切线线L而移动到低负荷区域侧的情况下,判定为磁极的切换(从NSNSNS卷向NNNSSS卷的切换)是必要的。
电子控制单元100,在判定为磁极的切换是必要的情况下(步骤S6中为“是”),判定在三相线圈12a、12b、12c中的作为切换磁极的相(下面,称作“磁极切换相”)的线圈12b中流动的电流是否为0(步骤S7)。
这里,在所述步骤S6中满足了磁极切换的条件时,当电流在作为磁极切换相的线圈12b中流动的状态下切换磁极时,在线圈12b中发生火花,或者变换器2发热,所以,存在着变换器2的耐久性降低的可能性。因此,在本实施方式中,如图10所示,将在磁极切换相的线圈12b中流动的电流不是0的区间设定成磁极切换禁止区间,将在磁极切换相的线圈12b中流动的电流为0的区间设定为磁极切换允许区间。
另外,前面所述的“在线圈12b中流动的电流为0”不仅是电流值为0A的情况,也包括“在线圈12b中流动的电流在0A附近”的情况。该“0A附近”的具体的电流值,例如,被设定为切换磁极时的变换器2的发热量在规定的阈值以下的情况下的线圈12b的电流值(>0A)、或者考虑到检测在线圈12b中流动的电流的电流传感器(图示省略)的误差的电流值(>0A)等。
电子控制单元100,在判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流为0(或者其附近)的情况下(步骤S7中为“是”),实施磁极切换(步骤S8),基于所述步骤S6的判定结果,将绕线模式切换成NNNSSS卷和NSNSNS卷中的任一种,并结束处理。另外,对于步骤S8的处理的详细情况,将在后面描述(参照后面的图11)。
在所述步骤S6中,在判定为磁极的切换不必要的情况下(步骤S6中为“否”),维持现状的磁极(绕线模式)(步骤S9),返回步骤S6的判定。另外,在所述的步骤S7中,判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流不为0(或其附近)的情况下(在步骤S7中为“否”),保持现状的磁极(步骤S10),返回步骤S7的判定。
下面,参照图11说明在图7的步骤S8中的磁极切换处理的详细情况。首先,电子控制单元100通过改变在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流的方向来切换磁极,以使SR马达1的绕线模式变成NNNSSS卷或者NSNSNS卷,读取与被选择的绕线模式相对应的励磁条件映射(步骤S81)。
在本步骤中,电子控制单元100,如图12所示,读取记载了导通角(励磁开始角)、截止角(励磁结束角)、最大电流值等的励磁条件映射。另外,在该图中,将NNNSSS卷及NSNSNS卷的励磁条件两者在同一个映射上重叠地表示,但是,实际上,在NNNSSS卷用的励磁条件映射中只记载NNNSSS卷用的励磁条件,在NSNSNS卷用的励磁条件映射中只记载NSNSNS卷用的励磁条件。另外,在NNNSSS卷和NSNSNS卷中,各个励磁条件(例如导通角、截止角)不同。在该图中,作为一个例子,表示出了NNNSSS卷的励磁区间(励磁宽度)比NSNSNS卷的励磁区间(励磁宽度)大的励磁条件。
接着,电子控制单元100读取在线圈12中流动的各相的电流(瞬时电流)和转子20的旋转相位(旋转角度)(步骤S82)。在本步骤中,电子控制单元100基于来自于图中未示出的电流传感器的检测信号,读取实际上在某一相的线圈12中流动的电流。另外,电子控制单元100基于转速传感器51的旋转变压器信号,检测转子20的旋转相位。
接着,电子控制单元100基于转子20的旋转相位,判定是否在励磁区间内(步骤S83)。这里,如图12所示,前面所述的“励磁区间”表示从导通角(励磁开始角)到截止角(励磁结束角)的旋转角度范围(励磁宽度)。电子控制单元100,在判定为处于励磁区间内的情况下(步骤S83中为“是”),基于励磁条件映射(参照图12),判定电流上升是否必要(步骤S84)。
电子控制单元100在判定为电流上升是必要的情况下(步骤S84中为“是”),执行向线圈12施加正电压的“正电压模式”(步骤S85),返回步骤S83的处理。另一方面,电子控制单元100在判定为电流上升没有必要的情况下(步骤S84中为“否”),执行使施加到线圈12上的电压为0的“回流模式”(步骤S86),返回步骤S83的处理。另外,电子控制单元100,在所述的步骤S83中,在判定为不在励磁区间内的情况下(步骤S83中为“否”),执行向线圈12施加负电压的“负电压模式”(步骤S87),结束处理。
如上所述,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,通过配备转换回路Sw,可以在SR马达1的驱动中切换线圈12的绕线模式。即,过去,借助变换器的硬件结构唯一地确定NNNSSS卷和NSNSNS卷中的一个绕线模式,在SR马达1的驱动中改变绕线模式是不可能的。另一方面,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,可以根据SR马达1的负荷状态,切换成在效率方面最佳的绕线模式。
另外,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,通过在低负荷区域切换磁极以变成NNNSSS卷(参照图4),在高负荷区域切换磁极以变成NSNSNS卷(参照图5),可以不使SR马达1的效率恶化,提高最大转矩。
另外,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,如图13的A部分所示,在切换磁极的条件成立了的时间点(=t11)并不立即切换磁极(参照“磁极切换指令(通常)”),而是在切换磁极的条件成立,并且磁极切换相(线圈12b)的电流变成0(或者其附近)的时间点(=t12)切换磁极(参照“磁极切换指令(本发明)”)。
借此,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,通过在适当的时机进行磁极的切换,可以抑制在磁极切换时的火花的发生及变换器2的发热,抑制变换器2的耐久性恶化。另外,可以抑制在磁极切换时在SR马达1中流动的电流急剧地变化所引起的转矩变动、振动恶化、效率恶化。另外,如在同一图中的“磁极切换相的电流”所示,当切换磁极时,电流的正负反转。
其次,参照图14及图15说明根据本实施方式的SR马达1的控制装置的驱动控制方法的第二种实施方式。
这里,电子控制单元100,在进行SR马达1的电流控制时,根据SR马达1的马达转速以及马达转矩指令值,切换进行断续电流控制(电流不连续模式)和连续电流控制(电流连续模式)。
断续电流控制是存在有在三相线圈12a、12b、12c中流动的电流成为0(或者其附近)的区间的电流控制方法(励磁方法),进行在某个励磁条件结束之后电流值下降到0A或者其附近的控制。在断续电流控制中,对于线圈12a、12b、12c,例如,流动利用前面所述的图13及后面将要描述的图15中的波形ID表示的断续电流。
连续电流控制是不存在在三相线圈12a、12b、12c中流动的电流成为0(或者其附近)的区间的电流控制方法(励磁方法),进行在某个励磁结束之后电流值不下降到0A或者其附近,而开始下一次励磁的控制。在连续电流控制中,对于线圈12a、12b、12c,例如,流动利用后面将要描述的图15中的波形IC表示的连续电流。
在所述的连续电流控制中,成为在线圈12a、12b、12c中始终流过电流的状态,电流不变成0(或者其附近)。因此,当在这样的连续电流控制中切换磁极时,由于在磁极切换相(线圈12b)中发生火花,变换器2发热,所以,存在着变换器2的耐久性降低的可能性。因此,在本实施方式中,在进行了从断续电流控制向连续电流控制的切换之后,借助转换回路Sw切换磁极的情况下,即,在会变成在连续电流控制中进行磁极切换的状况的情况下,暂时禁止从断续电流控制向连续电流控制的切换,在借助转换回路Sw切换了磁极之后,进行从断续电流控制向连续电流控制的切换。
下面,参照附图14对于电子控制单元100的具体的驱动控制方法进行描述。另外,在该图中,由于步骤S1~步骤S6的处理内容与第一种实施方式(参照图7)相同,所以,省略其说明。
电子控制单元100,在前面所述的步骤S6中判定为磁极的切换是必要的情况下(步骤S6中为“是”),判定现状的磁极是否是NNNSSS卷(步骤S17)。另外,所谓“现状的磁极是NNNSSS卷”,如前面所述的图8及图9所示,表示根据施加电压确定的马达转速及马达转矩指令值位于低负荷区域侧的情况。并且,在这种低负荷区域中,一般地,进行断续电流控制。从而,在本步骤中,实质上对于对SR马达1是否进行断续电流控制进行判定。
电子控制单元100,在现状的磁极是NNNSSS卷的情况下(在步骤S17中为“是”),判定是否进行从断续电流控制向连续电流控制的切换(步骤S18)。在本步骤中,电子控制单元100例如参照切换断续电流控制及连续电流控制用的切换映射(下面,称为“电流控制切换映射”)判定有无向连续电流控制的切换。该电流控制切换映射与所述的切换映射(参照图8及图9)一样,由SR马达1的转矩及转速确定的SR马达1的驱动区域以规定的切换线作为交界,被划分成进行断续电流控制的区域(下面,称为“断续电流控制区域”)和进行连续电流控制的区域(下面,称为“连续电流控制区域”)两个区域。
断续电流控制区域与所述低负荷区域(参照图8及图9)同样,是转矩及转速相对低的区域,另外,连续电流控制区域与所述高负荷区域(参照图8及图9)同样,是转矩及转速相对高的区域。电流控制切换映射的切换线与所述的切换线L(参照图8及图9)同样,由越是高转矩越变成低转速、越是低负荷越变成高转速的曲线或者直线构成。另外,电流控制切换映射的切换线可以在与所述切换线L相同的位置,或者,也可以与切换线L相比位于低负荷区域侧或者高负荷区域侧。
在步骤S18中,电子控制单元100,在预想为由马达转速及马达转矩指令值确定的动作点从电流控制切换映射中的断续电流控制区域侧越过切换线移动到连续电流控制区域侧的情况下,判定为进行从断续电流控制向连续电流控制的切换。
电子控制单元100,在判定为进行向连续电流控制的切换的情况下(在步骤S18中为“是”),禁止向连续电流控制的切换(步骤S19)。即,电子控制单元100不进行从断续电流控制向连续电流控制的切换,维持现状的断续电流控制。
接着,电子控制单元100判定在三相线圈12a、12b、12c中的作为励磁切换相的线圈12b中流动的电流是否为0(或者其附近)(步骤S20)。电子控制单元100,在判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流为0(或者其附近)的情况下(在步骤S20中为“是”),实施磁极的切换(步骤S21)。另外,步骤S21的处理内容与第一种实施方式(参照图7)的步骤S8同样。
接着,电子控制单元100允许向连续电流控制的切换(步骤S22)。即,电子控制单元100进行从断续电流控制向连续电流控制的切换,结束处理。
在所述的步骤S6中,在判定为磁极的切换不必要的情况下(步骤S6中为“否”),维持现状的磁极(绕线模式)(步骤S23),返回步骤S6的判定。另外,在所述步骤S17中判定为现状的磁极不是NNNSSS卷的情况下(步骤S17中为“否”),以及,在所述步骤S18中判定为不进行向连续电流控制的切换的情况下(在步骤S18中为“否”),判定在三相线圈12a、12b、12c中的磁极切换相(线圈12b)中流动的电流是否为0(或者其附近)(步骤S24)。
电子控制单元100,在判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流为0(或者其附近)的情况下(步骤S 24中为“是”),与所述步骤S21同样地实施磁极的切换(步骤S25),结束处理。
在所述步骤S24中判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流不为0(或者其附近)的情况下(在步骤S24中为“否”),维持现状的磁极(步骤S26),返回步骤S24的判定。另外,在所述步骤S20中判定为在磁极切换相(线圈12b)中流动的电流不为0(或者其附近)的情况下(步骤S20中为“否”),维持现状的磁极(步骤S27),返回步骤S20的判定。
如上所述,根据本第二种实施方式的SR马达1的控制装置,如图15的“电流控制模式(通常)”的B部分所示,在切换电流控制的条件成立了的时间点(=t21),并不立即从断续电流控制向连续电流控制切换(参照“电流控制模式(通常)”),而是在切换电流控制的条件成立,并且从NNNSSS卷向NSNSNS卷切换了磁极之后(=t22),从断续电流控制向连续电流控制切换(“参照电流控制模式(本发明)”)。即,直到从NNNSSS卷向NSNSNS卷切换磁极为止,禁止从断续电流控制向连续电流控制的切换。
由此,根据本第二种实施方式的SR马达1的控制装置,在切换磁极的条件成立(参照图14的步骤S6),并且切换电流控制的条件成立了(参照图14的步骤S18)时,在不存在在线圈12中流动的电流成为0的区间的连续电流控制中,不进行磁极的切换,在存在有在线圈12中流动的电流成为0的区间的断续电流控制中,进行磁极的切换。从而,由于在有电流流动的状态下不进行磁极的切换,因此,可以更进一步地抑制在磁极切换时的火花的发生及变换器2的发热。另外,可以抑制在磁极切换时在SR马达1中流动的电流急剧变化所引起的转矩变动、振动恶化、效率恶化。
下面,参照图16对于应用了根据本实施方式的SR马达1的控制装置的车辆进行说明。该图所示的车辆200配备有:发动机201、车轮202、变速器(T/M)203、差动齿轮204、驱动轴205、以及作为行驶用动力源的SR马达(SRM)1。车辆200是四轮驱动车辆,发动机201驱动左右前轮202FL、202FR,作为后马达的SR马达1驱动左右后轮202RL、202RR。
SR马达1是所谓的车轮内马达,在左右后轮202RL、202RR中分别各设有一个。在车辆200的后侧驱动装置中,将左后SR马达1RL连接于左后轮202RL,并且,将右后SR马达1RR连接于右后轮202RR。左右后轮202RL、202RR能够相互独立地旋转。
左后轮202RL由左后SR马达1RL的输出转矩(马达转矩)驱动。另外,右后轮202RR由右后SR马达1RR的输出转矩(马达转矩)驱动。
左后SR马达1RL以及右后SR马达1RR经由变换器2被连接于电池(B)4。另外,左后SR马达1RL以及右后SR马达1RR借助从电池4供应的电力而作为电动机起作用,并且,作为将从后轮202RL、202RR传递的转矩(外力)转换成电力的发电机起作用。另外,在变换器2中包括左后SR马达1RL用的电路和右后SR马达1RR用的电路。
电子控制单元100控制左后SR马达1RL以及右后SR马达1RR和发动机201。例如,在电子控制单元100中,包括SR马达用电子控制单元(ECU)和发动机电子控制单元(ECU)。在这种情况下,发动机ECU通过进气控制、燃料喷射控制、点火控制等,执行将发动机201的输出转矩调节成作为目标的转矩值的发动机转矩控制。另外,SR马达用ECU基于从转速传感器51输入的旋转变压器信号,执行对于左后SR马达1RL以及右后SR马达1RR的马达控制。在转速传感器51中,包括检测左后SR马达1RL的转速的左后转速传感器51RL和检测右后SR马达1RR的转速的右后转速传感器51RR。
上面,利用实施发明用的方式,对于根据本发明的开关磁阻马达的控制装置具体地进行了说明,但是,本发明的主旨并不被这些记载所限定,必须基于权利要求书的记载广义地进行解释。另外,不言而喻,基于这些记载进行的各种变更、改变等也都包括在本发明的主旨中。
例如,在根据本发明的实施方式的SR马达1的控制装置中,也可以代替升压部3(参照图1)而设置将施加到SR马达1上的电压降压的降压部(降压变换器)。
另外,在根据本实施方式的SR马达1的控制装置中,在进行马达转速以及马达转矩指令值是否是低负荷的判定(参照图7的步骤S6)时,例如如图17所示,也可以使用在低负荷区域与高负荷区域的交界处设置了不实施绕线模式的切换的静区的切换映射。在这种情况下,如该图所示,在低负荷区域与高负荷区域的交界处,在低负荷区域侧设置第一切换线L1,并且,在高负荷区域侧设置第二切换线L2,在第一切换线L1与第二切换线L2之间设置静区。并且,电子控制单元100在SR马达1的工作点位于静区内的情况下,不实施NNNSSS卷与NSNSNS卷之间的切换。
由此,根据本实施方式的SR马达1的控制装置,通过设置静区,例如,可以抑制由绕线模式频繁切换所引起的转换损失。
另外,在根据本实施方式的SR马达1的控制装置中,如图3所示,如果变换器2至少配备有一相的转换回路Sw,则NNNSSS卷与NSNSNS卷之间的切换就是可能的,但是,也可以配备多个相的转换回路Sw。在这种情况下,只要在该图中用虚线圆包围的A相的二极管Da3、Da4和C相的二极管Dc3、Dc4中分别追加与B相的晶体管Trb3、Trb4同样的晶体管即可。
借此,根据本实施方式的SR马达1的控制装置通过由多个转换回路Sw承担转换动作,例如,可以分散由绕线模式频繁切换而产生的变换器2的负荷。
另外,根据实施方式的SR马达1的控制装置的应用例并不限于图16所示的“应用例1”。例如,SR马达1的控制装置的应用例也可以与应用例1不同,而是在全部的车轮202上设置SR马达1的结构的“应用例2”。另外,与“应用例1”不同,也可以是作为不设置前侧驱动装置的后轮驱动车辆的“应用例3”。
SR马达1的控制装置的应用例也可以与应用例1~3不同,是车辆200的行驶用动力源只是作为车轮内马达的SR马达1的结构的“应用例4”。另外,也可以与“应用例4”不同,是SR马达1不是车轮内马达的结构的“应用例5”。
SR马达1的控制装置的应用例也可以与“应用例5”不同,是作为前侧驱动装置搭载有“应用例1”的结构的“应用例6”。进而,也可以是与“应用例3”不同、不设置后侧驱动装置,或者与“应用例4”不同、驱动装置的配置前后颠倒的结构的“应用例7”。

Claims (5)

1.一种开关磁阻马达用的控制装置,该开关磁阻马达构成为通过励磁电流在该开关磁阻马达的三相线圈中流动而被驱动,该控制装置的特征在于:
具有变换器,所述变换器具有转换回路,所述转换回路构成为通过改变在所述三相线圈中的至少一相中流动的电流的方向来切换磁极以成为第一绕线模式或者第二绕线模式,在此,该第一绕线模式是所述三相线圈分别向相同方向卷绕的绕线模式,该第二绕线模式是所述三相线圈中的两个线圈向相同方向卷绕而剩下的一个线圈向相反方向卷绕、并且绕线方向相同的两个线圈和绕线方向相反的一个线圈交替地配置的绕线模式,并且
具有电子控制单元,所述电子控制单元以下述方式构成:对于将由所述开关磁阻马达的转矩以及转速确定的所述开关磁阻马达的驱动区域划分成第一区域和第二区域的交界,
(i)在根据施加电压确定的所述转矩以及所述转速位于低负荷侧的第一区域中的情况下,利用所述转换回路切换所述磁极以成为所述第一绕线模式,
(ii)在根据所述施加电压确定的所述转矩以及所述转速位于与所述第一区域不同的第二区域中的情况下,利用所述转换回路切换所述磁极以成为所述第二绕线模式,
(iii)在当利用所述转换回路切换所述磁极时,所述三相线圈中的切换所述磁极的相的电流为0的情况下,允许所述磁极的切换,并且
(iv)在切换所述磁极的相的电流不为0的情况下,禁止所述磁极的切换。
2.如权利要求1所述的控制装置,其特征在于,
所述电子控制单元以下述方式构成:
(i)根据所述开关磁阻马达的转矩以及转速,切换进行断续电流控制和连续电流控制,在所述断续电流控制中存在有在所述三相线圈中流动的电流成为0的区间,在所述连续电流控制中不存在在所述三相线圈中流动的电流成为0的区间,并且
(ii)在所述电子控制单元进行了从所述断续电流控制向所述连续电流控制的切换之后,利用所述转换回路切换所述磁极的情况下,在利用所述转换回路切换了所述磁极之后,进行从所述断续电流控制向所述连续电流控制的切换。
3.如权利要求1或2所述的控制装置,其特征在于,
施加到所述开关磁阻马达上的电压低的情况下的所述第二区域比施加到所述开关磁阻马达上的电压高的情况下的所述第二区域大。
4.如权利要求1至3中任一项所述的控制装置,其特征在于,
在所述第一区域与所述第二区域的交界处,设置有不实施所述第一绕线模式与所述第二绕线模式之间的切换的静区。
5.如权利要求1至4中任一项所述的控制装置,其特征在于,
所述变换器配备有多相的所述转换回路。
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