DE102018205798A1

DE102018205798A1 - Schaltreluktanzmotorsystem und verfahren zum steuern des schaltreluktanzmotorsystems

Info

Publication number: DE102018205798A1
Application number: DE102018205798.2A
Authority: DE
Inventors: Junichi DEGUCHI; Takahiro Shiina; Kensuke Yoshizue; Nobukazu HOSHI; Yusuke Kobayashi; Yosuke Murakami; Tomoya ABE
Original assignee: Tokyo University of Science; Toyota Motor Corp
Current assignee: Tokyo University of Science; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US10483897B2; JP6612809B2; CN108736678B; US20180309401A1; CN108736678A; JP2018183014A

Abstract

Ein Schaltreluktanzmotorsystem enthält einen Schaltreluktanzmotor (1), einen Rotor (20), der mehrere Schenkelpole (21) enthält, einen Stator (10), der mehrere Schenkelpole (11) enthält, Spulen (12) von drei Phasen, die um die Schenkelpole (11) des Stators (10) gewickelt sind, und eine elektronische Steuereinheit (100). Die elektronische Steuereinheit (100) ist ausgelegt, den Schaltreluktanzmotor (1) gemäß einem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS anzusteuern, bei dem die Schenkelpole des Stators (10), die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind. Die elektronische Steuereinheit (100) ist ausgelegt, eine Stromwellenformsteuerung durchzuführen, wenn eine Anregungsschallfrequenz einer gegebenen Ordnung mit einer Resonanzfrequenz des Schaltreluktanzmotors (1) übereinstimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Schaltreluktanzmotorsystem und ein Verfahren zum Steuern des Schaltreluktanzmotorsystems.
Stand der Technik
Es ist ein Schaltreluktanzmotor bzw. geschalteter Reluktanzmotor bekannt, der einen Stator und einen Rotor enthält, die jeweils mehrere Schenkelpole aufweisen, und der Spulen enthält, die um die Schenkelpole des Stators gewickelt sind. In dem Schaltreluktanzmotor liegen die Schenkelpole des Stators denjenigen des Rotors gegenüber, und der Rotor wird durch eine Magnetanziehungskraft gedreht, die zwischen den Schenkelpolen des Stators und denjenigen des Rotors erzeugt wird.
In dem technischen Artikel „Improvement of torque characteristic of a 50kW SRM for HEV with a consideration of magnetic saturation of stator yoke", The Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics (JSAEM), Juni 2011, Band 19, Nr. 2, sind die Ergebnisse eines Vergleiches der Drehmomentcharakteristika zwischen zwei Wicklungsmustern (NNNSSS-Wicklungen und NSNNSN-Wicklungen) in Bezug auf einen Schaltreluktanzmotor beschrieben. In diesem technischen Artikel wird erläutert, dass das maximale Drehmoment der NSNNSN-Wicklungen größer als dasjenige der NNNSSS-Wicklungen ist, da eine Magnetsättigung weniger wahrscheinlich in den NSNNSN-Wicklungen als in den NNNSSS-Wicklungen auftritt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Artikel „Improvement of torque characteristic of a 50kW SRM for HEV with a consideration of magnetic saturation of stator yoke“, JSAEM, Juni 2011, Band 19, Nr. 2, wird beschrieben, dass das maximale Drehmoment des Schaltreluktanzmotors verbessert wird, wenn die NSNNSN-Wicklungen verwendet werden. Die Drehmomenteffizienz (die im Folgenden auch einfach als „Effizienz“ bezeichnet wird) der NNNSSS-Wicklungen und der NSNNSN-Wicklungen variiert jedoch in Abhängigkeit von einer Lastbedingung des Schaltreluktanzmotors. Daher kann sich die Effizienz verschlechtern, wenn die NSNNSN-Wicklungen nur im Hinblick auf die Verbesserung des maximalen Drehmomentes verwendet werden.
Bei dem Schaltreluktanzmotor ist es wünschenswert, Vibrationen und Rauschen zusätzlich zu der Effizienz zu berücksichtigen.
Die Erfindung ermöglicht es, Vibrationen und Rauschen zu verringern, ohne die Effizienz eines Schaltreluktanzmotors zu verschlechtern.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Schaltreluktanzmotorsystem. Das Schaltreluktanzmotorsystem enthält einen Schaltreluktanzmotor, einen Rotor, der mehrere Schenkelpole enthält, einen Stator, der mehrere Schenkelpole enthält, Spulen von drei Phasen, die um die Schenkelpole des Stators gewickelt sind, und eine elektronische Steuereinheit. Die elektronische Steuereinheit ist ausgelegt, den Schaltreluktanzmotor in einem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS anzusteuern, bei dem die Schenkelpole des Stators, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind. Die elektronische Steuereinheit ist ausgelegt, eine Stromwellenformsteuerung beziehungsweise Stromfunktionssteuerung durchzuführen, wenn eine Anregungsschallfrequenz einer gegebenen Ordnung mit einer Resonanzfrequenz des Schaltreluktanzmotors übereinstimmt. Die gegebene Ordnung ist mindestens eine Ordnung aus einer Ordnung, die ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl der Schenkelpole des Stators und der Anzahl der Schenkelpole des Rotors ist, und einer Ordnung, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Produktes aus der Anzahl der Schenkelpole des Rotors und der Anzahl der Phasen der Spulen ist. Die Stromwellenformsteuerung ist eine Steuerung, die Stromwellenformen beziehungsweise Stromfunktionen steuert, die erzeugt werden, wenn ein Strom durch die Spulen der drei Phasen fließt, derart, dass eine Stromwellenform in den Spulen mindestens einer Phase eine andere Gestalt als eine Stromwellenform in den Spulen einer anderen Phase aufweist.
Mit der obigen Konfiguration steuert die elektronische Steuereinheit die Spulen der drei Phasen derart, dass die Stromwellenform mindestens einer Phase unter den Stromwellenformen der drei Phasen eine andere Gestalt als die Stromwellenform(en) der anderen Phase(n) während der Ansteuerung in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS aufweist. Daher kann eine Resonanz verringert werden, wenn die Anregungsschallfrequenz der Ordnung (spezielle Ordnung), die das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Pole des Stators und der Anzahl der Pole des Rotors oder ein ganzzahliges Vielfaches des Produktes aus der Anzahl der Pole des Rotors und der Anzahl der Phasen der Wicklung ist, mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Somit ist es möglich, Vibrationen und Rauschen in dem Resonanzbereich zu verringern, während eine hohe Effizienz gewährleistet wird.
In dem obigen Schaltreluktanzmotorsystem können Anregungsbedingungen als Bedingungen, unter denen der Strom durch die Spulen der drei Phasen fließt, einen Anregungsstartwinkel und einen Anregungsendwinkel enthalten. Die elektronische Steuereinheit kann ausgelegt sein, eine aus einer ersten Anregungssteuerung und der Stromwellenformsteuerung ausgewählte Steuerung durchzuführen. Die erste Anregungssteuerung kann eine Steuerung sein, die eine Anregung der Spulen derart steuert, dass die Stromwellenformen in den Spulen der drei Phasen entsprechend einem Ansteuerzustand des Schaltreluktanzmotors dieselbe Gestalt aufweisen. Wenn die elektronische Steuereinheit die Stromwellenformsteuerung durchführt, kann mindestens eine Bedingung aus einer Bedingung (i) und einer Bedingung (ii), die unten angegeben sind, bei der oben angegebenen mindestens einen Phase, deren Stromwellenform eine andere Gestalt als diejenige der anderen Phase aufweist, erfüllt sein: (i) der Anregungsstartwinkel ist gegenüber dem Anregungsstartwinkel derselben Phase, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben, und (ii) der Anregungsendwinkel ist gegenüber dem Anregungsendwinkel derselben Phase, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben.
Mit der obigen Konfiguration wird mindesten einer aus dem Anregungsstartwinkel und dem Anregungsendwinkel, die in den Anregungsbedingungen enthalten sind, geändert, um Stromwellenformen zu realisieren, die Vibrationen und Rauschen verringern können. Daher können die Kosten im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem ein Schalt-Schaltkreis zu einem Inverter hinzugefügt wird, um ein Schalten zu einem Polkonfigurationsmuster zu ermöglichen, das Vibrationen und Rauschen verringern kann.
In dem oben beschriebenen Schaltreluktanzmotorsystem kann die elektronische Steuereinheit ausgelegt sein, eine Anregungsbedingungseinstellsteuerung durchzuführen. Die Anregungsbedingungseinstellsteuerung kann eine Steuerung sein, die eine erste Verschiebungsgröße und eine zweite Verschiebungsgröße innerhalb eines gegebenen Winkelbereiches auswählt und einstellt. Die erste Verschiebungsgröße kann eine Verschiebungsgröße sein, mit der der Anregungsstartwinkel, der unter der Stromwellenformsteuerung verwendet wird, gegenüber dem Anregungsstartwinkel derselben Phase, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben wird, und die zweite Verschiebungsgröße kann eine Verschiebungsgröße sein, um die der Anregungsendwinkel, der unter der Stromwellenformsteuerung verwendet wird, gegenüber dem Anregungsendwinkel derselben Phase , der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben wird.
Mit der obigen Konfiguration können die Verschiebungsgröße hinsichtlich des Anregungsstartwinkels und die Verschiebungsgröße hinsichtlich des Anregungsendwinkels innerhalb des gegebenen Winkelbereiches ausgewählt werden. Das heißt, der Winkel, der als die Verschiebungsgröße eingestellt wird, ist ein variabler Wert. Als Ergebnis kann die Frequenzkomponente einer speziellen Ordnung noch breiter im Vergleich zu einem Fall gestreut werden, in dem die Verschiebungsgröße ein fester Wert ist, und es können Vibrationen und Rauschen verringert werden.
In dem oben beschriebenen Schaltreluktanzmotorsystem kann der gegebene Winkelbereich schmaler bzw. kleiner sein, wenn die Anzahl der Schenkelpole des Rotors größer ist.
Mit der obigen Konfiguration ändert sich der Winkelbereich, aus dem die Schaltgröße ausgewählt werden kann, entsprechend der Anzahl der Pole des Rotors; daher kann die Erfindung für einen größeren Bereich von Schaltreluktanzmotoren verwendet werden. Da sich der Winkelbereich entsprechend der Anzahl der Pole des Rotors ändert, wird verhindert, dass der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel auf Winkel verschoben werden, bei denen sich die Effizienz verschlechtert.
In dem oben beschriebenen Schaltreluktanzmotorsystem kann die elektronische Steuereinheit ausgelegt sein, die erste Verschiebungsgröße und die zweite Verschiebungsgröße auf unterschiedliche Werte einzustellen, wenn der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel der mindestens eine Phase gegenüber denjenigen der Anregungsbedingungen derselben Phase, die unter der ersten Anregungssteuerung verwendet werden, verschoben werden.
Da mit der obigen Konfiguration die Verschiebungsgröße des Anregungsstartwinkels und die Verschiebungsgröße des Anregungsendwinkels auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können, können Stromwellenformen mit verschiedenen Gestalten realisiert werden. Somit werden während der Ansteuerung in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS die Stromwellenformen der drei Phasen insgesamt unausgeglichener, und die Frequenzkomponente einer speziellen Ordnung kann gestreut werden, so dass Vibrationen und Rauschen verringert werden können.
In dem oben beschriebenen Schaltreluktanzmotorsystem kann die Stromwellenformsteuerung eine zweite Anregungssteuerung zum Steuern der Spulen in einen Zweiphasen-Anregungszustand enthalten, in dem Stromwellenformen von benachbarten zwei Phasen einander schneiden.
Mit der obigen Konfiguration überdecken sich die Anregungszonen benachbarter Phasen in dem Zweiphasen-Anregungszustand; daher wird die Rate der Änderung des Stromwertes verringert und es kann die Amplitude der Vibrationskraft (der radialen Kraft) verringert werden. Somit ist es möglich, die Vibrationskraft bei der speziellen Ordnung weiter zu verringern, während eine hohe Effizienz gewährleistet wird.
Das Steuerungssystem für den oben beschriebenen Schaltreluktanzmotor kann außerdem einen Schalt-Schaltkreis enthalten, der ausgelegt ist, ein Wicklungsmuster der Spulen der drei Phasen zwischen einem ersten Wicklungsmuster und einem zweiten Wicklungsmuster zu schalten. Das erste Wicklungsmuster kann ein Polkonfigurationsmuster von NNNSSS sein, bei dem die Spulen der drei Phasen in derselben Richtung gewickelt sind. Das zweite Wicklungsmuster kann das Polkonfigurationsmuster von NSNSNS sein.
Mit der obigen Konfiguration kann das Wicklungsmuster entsprechend dem Ansteuerbereich in das optimale Wicklungsmuster geschaltet werden, das in diesem Ansteuerbereich eine hohe Effizienz aufweist, und die Vibrationen und das Rauschen der speziellen Ordnung können während einer Ansteuerung in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS verringert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Schaltreluktanzmotorsystems. Das Schaltreluktanzmotorsystem enthält einen Schaltreluktanzmotor, einen Rotor, der mehrere Schenkelpole enthält, einen Stator, der mehrere Schenkelpole enthält, Spulen von drei Phasen, die um die Schenkelpole des Stators gewickelt sind, und eine elektronische Steuereinheit, die ausgelegt ist, den Schaltreluktanzmotor in einem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS anzusteuern, bei dem die Schenkelpole des Stators, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind. Das Verfahren enthält: Durchführen einer Stromwellenformsteuerung durch die elektronische Steuereinheit, wenn eine Anregungsschallfrequenz einer gegebenen Ordnung mit einer Resonanzfrequenz des Schaltreluktanzmotors übereinstimmt. Die gegebene Ordnung ist mindestens eine Ordnung aus einer Ordnung, die ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl der Schenkelpole des Stators und der Anzahl der Schenkelpole des Rotors ist, und einer Ordnung, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Produktes aus der Anzahl der Schenkelpole des Rotors und der Anzahl der Phasen der Spulen ist. Die Stromwellenformsteuerung ist eine Steuerung, die Stromwellenformen steuert, die erzeugt werden, wenn ein Strom durch die Spulen der drei Phasen fließt, derart, dass eine Stromwellenform in den Spulen von mindestens einer Phase eine andere Gestalt als eine Stromwellenform in den Spulen einer anderen Phase aufweist.
Mit der obigen Konfiguration steuert die elektronische Steuereinheit die Spulen der drei Phasen derart, dass die Stromwellenform von mindestens einer Phase aus den Stromwellenformen der drei Phasen eine andere Gestalt als die Stromwellenform(en) der anderen Phase(n) während der Ansteuerung in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS aufweist. Daher kann eine Resonanz verringert werden, wenn die Anregungsschallfrequenz der Ordnung (spezieller Ordnung), die das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Pole des Stators und der Anzahl der Pole des Rotors oder ein ganzzahliges Vielfaches des Produktes aus der Anzahl der Pole des Rotors und der Anzahl der Phasen der Wicklung mit der Resonanzfrequenz ist, übereinstimmt. Somit ist es möglich, Vibrationen und Rauschen in dem Resonanzbereich zu verringern, während eine hohe Effizienz gewährleistet wird.
Mit der Erfindung ist es möglich, Vibrationen und Rauschen zu verringern, ohne die Effizienz des Schaltreluktanzmotors zu verringern.
Figurenliste
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

1 eine Ansicht, die schematisch die Systemkonfiguration einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine Ansicht, die schematisch ein Konstruktionsbeispiel eines Schaltreluktanzmotors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Inverterschaltkreises der ersten Ausführungsform zeigt;
4 eine Ansicht, die zur Erläuterung eines Polkonfigurationsmuster von NNNSSS dient;
5 eine Ansicht, die zur Erläuterung eines Polkonfigurationsmusters von NSNSNS dient;
6 eine Ansicht, die das Ergebnis einer Frequenzanalyse zeigt;
7 ein Wellenformdiagramm beziehungsweise Funktionsdiagramm, das zur Erläuterung von Anregungsbedingungen dient;
8 ein Wellenformdiagramm, das zur Erläuterung von Anregungsbedingungen dient;
9 ein Wellenformdiagramm, das zur Erläuterung von Stromwellenformen beziehungsweise Stromfunktionen des Falls dient, in dem eine Stromwellenformsteuerung durchgeführt wird;
10 eine Ansicht, die zur Erläuterung der Wirkung eines Verringerns einer Komponente 36-ster Ordnung unter der Stromwellenformsteuerung dient;
11 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Rauschverringerungssteuerungsflusses zeigt;
12 eine Ansicht, die schematisch ein Konstruktionsbeispiel eines Schaltreluktanzmotors gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt;
13 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Inverterschaltkreises gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt;
14 ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Inverterschaltkreises gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt;
15 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Inverterschaltkreises gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
16 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Fahrzeugs zeigt, für das die Erfindung verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Steuerungssysteme von Schaltreluktanzmotoren bzw. geschalteten Reluktanzmotoren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt schematisch die Systemkonfiguration einer ersten Ausführungsform. Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Systemkonfiguration der ersten Ausführungsform einen Schaltreluktanzmotor (der im Folgenden auch als „SR-Motor“ bezeichnet wird) 1, einen Inverter 2, einen Booster bzw. Verstärker bzw. Verstärkungswandler 3, eine Batterie 4 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100. Ein Steuerungssystem für den SR-Motor 1 enthält mindestens den Inverter 2 und die elektronische Steuereinheit 100. In der folgenden Beschreibung wird das „Steuerungssystem für den SR-Motors 1“ einfach als „Steuerungssystem“ bezeichnet.
Der SR-Motor (SRM) 1 ist mit der Batterie 4 über den Inverter 2 und den Booster 3 elektrisch verbunden. Der SR-Motor 1 und der Inverter 2 sind über Spulen 12 von drei Phasen elektrisch verbunden (siehe 2). Der SR-Motor 1 ist ein Elektromotor, der in seinem Rotor keine Permanentmagnete verwendet, und wird mittels eines Erregerstroms beziehungsweise Anregungsstrom, der durch die Spulen 12 der drei Phasen fließt, angesteuert. Der SR-Motor 1 dient nicht nur als Elektromotor, sondern als auch als Generator.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der SR-Motor 1 ein Drei-Phasen-Motor, der einen Stator 10 mit einer Schenkelpolstruktur und einen Rotor 20 mit einer Schenkelpolstruktur aufweist. Der Stator 10 weist auf einem Innenumfangsabschnitt seiner ringförmigen Struktur mehrere Statorzähne 11 als Schenkelpole auf. Die Spule 12, die mit dem Inverter 2 verbunden ist, ist um jeden der Statorzähne 11 gewickelt. Der Rotor 20 dreht sich als eine Einheit mit einer Rotorwelle (nicht gezeigt) und ist radial einwärts des Stators 10 angeordnet. Der Rotor 20 weist auf einem Außenumfangsabschnitt seiner ringförmigen Struktur mehrere Rotorzähne 21 als Schenkelpole auf.
Der Drei-Phasen-SR-Motor 1 enthält eine Phase A (Phase U), die aus einem Paar aus Statorzähnen 11 und Spulen 12a besteht, eine Phase B (Phase V), die aus einem Paar aus Statorzähnen 11 und Spulen 12b besteht, und eine Phase C (Phase W), die aus einem Paar aus Statorzähnen 11 und Spulen 12c besteht.
Der Inverter 2 wird durch einen elektrischen Schaltkreis (Inverterschaltkreis) ausgebildet, der mehrere Schaltvorrichtungen enthält, die bewirken, dass Drei-Phasen-Ströme durch die Spulen 12 fließen. Das heißt, der Inverter 2 bewirkt, dass ein elektrischer Strom durch jede der Spulen 12 jeder Phase, die mit dem Inverterschaltkreis verbunden ist, fließt.
Der Booster 3 ist zwischen dem Inverter 2 und der Batterie 4 angeordnet und dient zum Verstärken oder Erhöhen einer Spannung, die an den SR-Motor 1 angelegt wird. Der Booster 3 wird beispielsweise durch einen Verstärkungswandler ausgebildet. Man beachte jedoch, dass der Booster 3 für die Systemkonfiguration nicht wesentlich ist und somit nicht vorhanden sein muss.
Die elektronische Steuereinheit 100 führt eine Ansteuersteuerung des SR-Motors 1 durch. Die elektronische Steuereinheit 100 enthält eine CPU, eine Speichereinheit, die Daten verschiedener Programme etc. speichert, und eine Recheneinheit, die verschiedene Berechnungen durchführt, um eine Ansteuersteuerung des SR-Motors 1 durchzuführen. Außerdem empfängt die elektronische Steuereinheit 100 ein Resolversignal von einem Drehzahlsensor 51, der die Drehzahl des SR-Motors 1 erfasst. Die Recheneinheit führt Berechnungen zur Motorsteuerung durch; sie berechnet beispielsweise die Drehzahl des SR-Motors 1 (die im Folgenden auch als „Motorgeschwindigkeit“ bezeichnet wird) auf der Grundlage des obigen Resolversignals. Als Ergebnis von Berechnungen, die von der Recheneinheit durchgeführt werden, gibt die elektronische Steuereinheit 100 ein Befehlssignal zum Steuern des Inverters 2 an den Inverter 2 aus.
Die elektronische Steuereinheit 100 führt beispielsweise eine Steuerung zum Wiederholen eines Schaltens der Spulen 12, denen ein Strom zuzuführen ist, von einer Phase zu einer anderen Phase auf der Grundlage der Relativpositionen oder einer Positionsbeziehung zwischen den Statorzähnen 11 und den Rotorzähnen 21 in der Drehrichtung aus dem Resolversignal durch. Bei dieser Steuerung bewirkt die elektronische Steuereinheit 100, dass ein Anregungsstrom durch die Spulen 12 einer bestimmten Phase fließt, um die entsprechenden Statorzähne 11 anzuregen, so dass eine Magnetanziehungskraft zwischen den Statorzähnen 11 und den Rotorzähnen 21, die nahe bei den Statorzähnen 11 sind, erzeugt wird, wodurch der Rotor 20 gedreht wird. Somit steuert die elektronische Steuereinheit 100 den Inverter 2, wodurch die Spannung und der Anregungsstrom, der dem SR-Motor 1 zugeführt wird, gesteuert werden.
Das Steuerungssystem kann das Polkonfigurationsmuster des SR-Motors 1 zwischen zwei Mustern, das heißt „NNNSSS“ und „NSNSNS“ durch Ein/Aus-Schalten der Schaltschalter, die in dem Schalt-Schaltkreis des Inverters 2 enthalten sind, während der Ansteuerung des SR-Motors 1 schalten. Wie es in 3 gezeigt ist, enthält der Inverter 2 den Schaltschaltkreis zum Schalten des Polkonfigurationsmusters (des Wicklungsmusters). In 3 geben Abschnitte, die durch gestrichelte Linien umkreist sind, Schaltschalter (Schalteinheiten) zum Schalten des Polkonfigurationsmusters an.
Wie es in 3 gezeigt ist, enthält der Inverterschaltkreis, der den Inverter 2 bildet, einen Kondensator Co und zwei oder mehr Dioden und Transistoren für jede Phase. Der Schalt-Schaltkreis ist in einem B-Phasen-Schaltkreis (V-Phasen-Schaltkreis) als ein Teil des Inverterschaltkreises enthalten. In dem Inverter 2 werden die jeweiligen Transistoren für jede Phase gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet, oder einer der Transistoren wird eingeschaltet und der andere Transistor wird ein- oder ausgeschaltet, so dass ein Wert eines Stromes, der durch die Spulen 12 fließt, geändert wird. Ein Glättungskondensator kann anstelle des Kondensators Co angeordnet sein.
Genauer gesagt enthält der Inverter 2 vier Transistoren Trb1, Trb2, Trb3, Trb4 und vier Dioden Db1, Db2, Db3, Db4 in dem B-Phasen-Schaltkreis. Der Transistor Trb3 und die Diode Db3 bilden eine Schalteinheit 2a zum Schalten des Polkonfigurationsmusters, und der Transistor Trb4 und die Diode Db4 bilden eine Schalteinheit 2b zum Schalten des Polkonfigurationsmusters. Außerdem enthält der Inverter 2 zwei Transistoren Tra1, Tra2 und vier Dioden Da1, Da2, Da3, Da4 in einem A-Phasen-Schaltkreis. Außerdem enthält der Inverter 2 zwei Transistoren Trc1, Trc2 und vier Dioden Dc1, Dc2, Dc3, Dc4 in einem C-Phasen-Schaltkreis.
Durch Ausschalten der Transistoren Trb3, Trb4 und Verwenden der Transistoren Trb1, Trb2 zur Steuerung eines Stromes in den Spulen 12b in dem B-Phasen-Schaltkreis ist es möglich, ein Polkonfigurationsmuster (NNNSSS-Wicklungen) zu realisieren, bei dem benachbarte Magnetpole der Phase A, Phase B und Phase C in dem SR-Motor 1 dieselbe Polarität aufweisen. Außerdem ist es durch Ausschalten der Transistoren Trb1, Trb2 und Verwenden der Transistoren Trb3, Trb4 zur Steuerung eines Stromes in den Spulen 12b in dem B-Phasen-Schaltkreis möglich, ein Polkonfigurationsmuster (NSNSNS-Wicklungen) zu realisieren, bei dem nur der Magnetpol der Phase B aus benachbarten Magnetpolen der Phase A, Phase B und Phase C in dem SR-Motor 1 die entgegengesetzte Polarität aufweist. Somit kann der Inverter 2 das Wicklungsmuster der Spulen 12 zwischen zwei Wicklungsmustern (NNNSSS-Wicklungen und NSNSNS-Wicklungen) durch Ein/Aus-Schalten der Transistoren Trb3, Trb4 als Schaltschalter schalten.
Anhand von 4 wird das Polkonfigurationsmuster von NNNSSS beschrieben. Wenn das Polkonfigurationsmuster NNNSSS ist, sind die Spulen 12 der drei Phasen um die Schenkelpole des Stators 10 derart gewickelt, dass die drei Phasen in der Reihenfolge von Phase A, Phase B, Phase C, Phase A, Phase B und Phase C von der rechten Seite der 4 aus gesehen angeordnet sind, und die Polaritäten dieser Pole jeweils N, N, N, S, S und S sind. Somit wird das Wicklungsmuster, bei dem die Spulen 12a, 12b, 12c der drei Phasen in derselben Richtung gewickelt sind, als „NNNSSS-Wicklungen“ bezeichnet.
Anhand von 5 wird das Polkonfigurationsmuster von NSNSNS beschrieben. Wenn das Polkonfigurationsmuster NSNSNS ist, sind die Spulen 12 der drei Phasen um die Schenkelpole des Stators 10 derart gewickelt, dass die drei Phasen in der Reihenfolge von Phase A, Phase B, Phase C, Phase A, Phase B und Phase C von der rechten Seite der 5 aus gesehen angeordnet sind, und die Polaritäten dieser Pole jeweils N, S, N, S, N und S sind. Somit wird das Wicklungsmuster, bei dem die Spulen 12a, 12b, 12c der drei Phasen derart gewickelt sind, dass die Pole, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd in der Umfangsrichtung des Stators 10 angeordnet sind, als „NSNSNS-Wicklungen“ bezeichnet.
Die „NSNSNS-Wicklungen“ können sich auch auf ein Wicklungsmuster beziehen, bei dem die Spulen 12, die unterschiedliche Wicklungsrichtungen aufweisen, abwechselnd in der Umfangsrichtung des Stators 10 derart angeordnet sind, dass die Wicklungsrichtung eines Statorschenkelpols (Statorzahn 11) entgegengesetzt zu derjenigen eines benachbarten Statorschenkelpols (benachbarter Statorzahn 11) ist. In den NSNSNS-Wicklungen ist die Spule 12b zwischen der Spule 12a und der Spule 12c in der Umfangsrichtung des Stators 10 angeordnet, und die Spulen 12a, 12c aus den Spulen 12a, 12b, 12c der drei Phasen sind in derselben Richtung gewickelt, während die Spule 12b in der entgegengesetzten Richtung gewickelt ist.
Das Steuerungssystem führt eine Steuerung zum Schalten zwischen einem ersten Wicklungsmuster (NNNSSS-Wicklungen), das das „Polkonfigurationsmuster von NNNSSS“ bereitstellt, und einem zweiten Wicklungsmuster (NSNSNS-Wicklungen), das das „Polkonfigurationsmuster von NSNSNS“ bereitstellt, durch. In der Schaltsteuerung bestimmt das Steuerungssystem den derzeitigen Ansteuerungsbereich des SR-Motors 1 unter Verwendung eines Schaltkennlinienfeldes, das die Motorgeschwindigkeit und das Motordrehmoment beinhaltet, so dass das Wicklungsmuster in eines geschaltet werden kann, das der Motorgeschwindigkeit und dem Motordrehmoment entspricht. Das Schaltkennlinienfeld wird in der Speichereinheit der elektronischen Steuereinheit 100 gespeichert.
Das Steuerungssystem führt beispielsweise eine Steuerung zum Schalten des Wicklungsmusters in die NNNSSS-Wicklungen , wenn der SR-Motor 1 bei einer niedrigen Geschwindigkeit in einem niedrigen Lastansteuerbereich angesteuert wird, und zum Schalten des Wicklungsmusters in die NSNSNS-Wicklungen durch, wenn der SR-Motor 1 in einem Ansteuerbereich hoher Geschwindigkeit und hoher Last angesteuert wird. Dieses folgt daher, dass die Effizienz jedes Wicklungsmusters entsprechend dem Ansteuerzustand (Ansteuerbereich) des SR-Motors 1 variiert. Wenn der SR-Motor 1 in dem Ansteuerbereich niedriger Geschwindigkeit und niedriger Last (niedriges Drehmoment) angesteuert wird, ist die Effizienz der NNNSSS-Wicklungen höher als diejenige der NSNSNS-Wicklungen. Wenn andererseits der SR-Motor 1 in dem Ansteuerbereich hoher Geschwindigkeit und hoher Last (hohes Drehmoment) angesteuert wird, ist die Effizienz der NSNSNS-Wicklungen höher als diejenige der NNNSSS-Wicklungen. Mit einer derartigen Schaltsteuerung kann das Wicklungsmuster auf ein optimales Wicklungsmuster entsprechend dem Ansteuerbereich geschaltet werden, um eine hohe Effizienz in diesem Ansteuerbereich zu erzielen.
Ein Schalten des Wicklungsmuster meint kein physikalisches Schalten der Wicklungsrichtung der Spulen 12, sondern meint ein Schalten der Weise der elektrischen Verbindung zwischen den Spulen 12 und dem SR-Motor 1. Kurz gesagt, es wird ein Schalten der Richtung des Stromes, der durch die Spulen 12 fließt, als „Schalten des Wicklungsmusters“ bezeichnet.
In dem SR-Motor 1 weisen jeweils der Stator 10 und der Rotor 20 mehrere Schenkelpole auf. Daher wird eine Radialkraft als eine radiale Komponente einer Magnetanziehungskraft, die zwischen dem Statorzähnen 11 und den Rotorzähnen 21 erzeugt wird, als eine Ursache der Erzeugung von Vibrationen und Rauschen in dem SR-Motor 1 betrachtet. Die Vibrationen und das Rauschen in dem SR-Motor 1 sind geringer, wenn die Radialkraft (Vibrationskraft) kleiner ist oder die Amplitude der Radialkraft kleiner ist.
Außerdem kann Rauschen in dem SR-Motor 1 bei einer speziellen Ordnung groß werden. Somit führt das Steuerungssystem eine Steuerung (Rauschverringerungssteuerung) zum Verringern von Vibrationen und Rauschen bei der speziellen Ordnung durch.
Somit führt das Steuerungssystem eine Stromwellenformsteuerung als Rauschverringerungssteuerung im Hinblick auf Vibrationen und Rauschen zusätzlich zu der Schaltsteuerung des Wicklungsmusters im Hinblick auf die Effizienz durch. Die Stromwellenformsteuerung (Rauschverringerungssteuerung) wird später genauer beschrieben.
Als spezielle Ordnung, bei der Rauschen und Vibrationen zu verringern sind, kann eine Ordnung, die das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Statorpole und der Anzahl der Rotorpole ist, oder eine Ordnung verwendet werden, die ein ganzzahliges Vielfaches des Produktes aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen ist.
Die spezielle Ordnung, die von dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Anzahl der Statorpole und der Anzahl der Rotorpole geschaffen wird, wird im Folgenden beschrieben. In dem SR-Motor 1, der in 2 gezeigt ist, ist die Anzahl der Statorpole gleich „18“, und die Anzahl der Rotorpole ist gleich „12“. Daher ist „36“ das kleinste gemeinsame Vielfache dieser Anzahlen, d.h. die spezielle Ordnung. Dann wird Rauschen (Anregungsschall) der „36-sten Ordnung“ als dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Anzahlen der Motorpole (der Anzahl der Statorpole und der Anzahl der Rotorpole) groß. Mit anderen Worten, Rauschen und Vibrationen können durch Verringern der Radialkraft 36-ster Ordnung (Komponente 36-ster Ordnung) effektiv verringert werden.
Im Folgenden wird die Ordnung, die von dem ganzzahligen Vielfachen des Produktes aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen bereitgestellt wird, beschrieben. In dem SR-Motor 1, der in 2 gezeigt ist, ist die Anzahl der Rotorpole gleich „12“, und die Anzahl der Wicklungsphasen ist gleich „3“. Daher stellt „36“ oder „72“ als ein ganzzahliges Vielfaches des obigen Produktes die spezielle Ordnung bereit. Dann wird Rauschen der 36-sten Ordnung oder der 72-sten Ordnung als einem Produkt aus der Anzahl der Rotorpole mit der Anzahl der Phasen (ganzzahliges Vielfaches des Produktes der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen) groß. Mit anderen Worten, Rauschen und Vibrationen können effektiv durch Verringern der Radialkraft 36-ster Ordnung oder 72-ster Ordnung (Komponente 36-ster Ordnung oder 72-ster Ordnung) verringert werden. Das obige ganzzahlige Vielfache ist ein Vielfaches der Anzahl der Rotorpole multipliziert mit der Anzahl der Phasen und meint ein positives ganzzahliges Vielfaches. Das heißt, das ganzzahlige Vielfache des Produktes aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen (Vielfaches der Anzahl der Rotorpole multipliziert mit der Anzahl der Phasen) beinhaltet nicht „0“.
Als eine Ursache der Erhöhung von Vibrationen und Rauschen wird eine Resonanz bei der speziellen Ordnung betrachtet. Da die Motorgeschwindigkeit des SR-Motors 1 variabel ist, ändert sich die Anregungsschallfrequenz mit einer Änderung der Motorgeschwindigkeit. Im Folgenden wird mit Bezug auf 6 die Resonanz beschrieben, die bei der speziellen Ordnung auftritt. 6 zeigt das Ergebnis einer Frequenzanalyse. In der Frequenzanalyse, die in 6 gezeigt ist, tritt dieselbe Ordnung als eine positive Neigung bzw. Aufwärtssteigung auf, entlang der sich die Frequenz proportional zu einer Erhöhung der Motorgeschwindigkeit erhöht.
Wie es in 6 gezeigt ist, tritt die Resonanz wahrscheinlicher auf, wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert und sich die Frequenz 36-ster Ordnung an die Resonanzfrequenz (Resonanzkomponente) annähert. Wenn die Frequenz 36-ster Ordnung mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, tritt die größte Resonanz auf, und daher werden besonders starke Vibrationen und Rauschen erzeugt. Das heißt, der Schalldruck ist in einem Resonanzbereich als einem gegebenen Frequenzband, das die Resonanzfrequenz (natürliche Frequenz) enthält, erhöht. Außerdem ist der Resonanzbereich in dem Ansteuerbereich (Bereich der verwendbaren Motorgeschwindigkeit) des SR-Motors 1 enthalten. Somit regt das Steuerungssystem während der Ansteuerung in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS die Spulen 12 auf der Grundlage von Anregungsbedingungen an, die sich von normalen Anregungsbedingungen unterscheiden, wenn eine Resonanz bei einer speziellen Ordnung groß wird. Die oben genannte natürliche Frequenz ist eine natürliche Frequenz von einem oder mehreren Elementen, die den SR-Motor 1 bilden.
Das Steuerungssystem führt eine Steuerung (Anregungssteuerung) zum Bewirken, dass ein Anregungsstrom durch die Spulen 12 jeder Phase fließt, entsprechend Anregungsbedingungen durch, wenn die Spulen 12 angeregt werden.
Die Anregungsbedingungen meinen Bedingungen, bei denen der Anregungsstrom durch die Spulen 12 der drei Phasen fließt, wenn der SR-Motor 1 angesteuert wird. Die Anregungsbedingungen beinhalten mindestens den Anregungsstartwinkel und den Anregungsendwinkel.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist der Anregungsstartwinkel (Ein-Winkel) ein Winkel, bei dem begonnen wird, eine positive Spannung an die anzuregende Spule 12 anzulegen. Der Anregungsendwinkel (Aus-Winkel) ist ein Winkel, bei dem begonnen wird, eine negative Spannung an die Spule 12 anzulegen, durch die ein Strom fließt. Das heißt, wenn der Rotordrehwinkel den Anregungsstartwinkel erreicht, beginnt ein Stromfluss durch die betreffende Spule 12. Wenn dann der Rotordrehwinkel den Anregungsendwinkel erreicht, wird eine Steuerung zum Verringern des Stromwertes durch Anlegen einer negativen Spannung an die betreffende Spule 12 durchgeführt.
Die Anregungsbedingungen können auch den maximalen Stromwert I_max und den Kommutationswinkel zusätzlich zu dem Anregungsstartwinkel und dem Anregungsendwinkel enthalten. Der maximale Stromwert I_max ist die obere Grenze des Stromwertes der Spule 12. Der Kommutationswinkel ist ein Winkel, bei dem die Spannung, die an die Spule 12 angelegt wird, gleich „0“ ist. Bei diesem Kommutationswinkel wird eine Steuerung (Rückflussmodus) zum Zurückfließen eines Stromes in den Inverterschaltkreis, ohne eine Spannung an die Spule 12 anzulegen, gestartet.
Wenn, wie es in 7 gezeigt ist, der Stromwert den maximalen Stromwert I_max als der oberen Grenze nicht erreicht, während eine positive Spannung an die Spule 12 angelegt wird, wird begonnen, eine negative Spannung an die Spule 12 anzulegen, wenn der Anregungsendwinkel erreicht ist, nachdem das Anlegen der positiven Spannung (in einem positiven Spannungsmodus) von dem Anregungsstartwinkel aus gehalten wurde. Wenn andererseits der Stromwert den maximalen Stromwert I_max als der oberen Grenze erreicht, während eine positive Spannung angelegt ist, wie es in 8 gezeigt ist, führt das Steuerungssystem eine Hysteresesteuerung durch. Die Hysteresesteuerung ist eine Steuerung zum Variieren des Stromwertes innerhalb eines gegebenen Stromwertbereiches, der den maximalen Stromwert I_max als obere Grenze aufweist, in einem Hysteresebereich beziehungsweise einer Hysteresezone als einem gegebenen Winkelbereich. Wenn der Rotordrehwinkel den Kommutationswinkel erreicht, wird außerdem der Rückflussmodus gestartet. Wenn dann der Motordrehwinkel den Anregungsendwinkel während des Rückflussmodus erreicht, wechselt der Anregungsmodus von dem Rückflussmodus in einen Negativspannungsmodus. Ein Winkelbereich, in dem der Negativspannungsmodus durchgeführt wird, wird als „Stromabfallzone“ bezeichnet. Somit können die Hysteresesteuerung, die den maximalen Stromwert I_max verwendet, und der Rückflussmodus, der den Kommutationswinkel verwendet, zwischen dem Anregungsstartwinkel und dem Anregungsendwinkel durchgeführt werden. Wenn die Hysteresesteuerung durchgeführt wird, wird ein Winkelbereich, in dem der Positivspannungsmodus vor der Hysteresesteuerung durchgeführt wird, als „Stromerhöhungszone“ bezeichnet.
Hier wird ein Unterschied zwischen den Stromwellenformen der Wicklungsmuster beschrieben.
In den NNNSSS-Wicklungen (erstes Wicklungsmuster) können benachbarte Phasen dieselbe Polarität oder unterschiedliche Polaritäten aufweisen; daher sind die drei Phasen insgesamt nicht gut ausgeglichen, und es wird in jeder Phase eine unausgeglichene Stromwellenform bereitgestellt. Das heißt, in dem Polkonfigurationsmuster von NNNSSS fließt der Magnetfluss auf unterschiedliche Weise, und der Strom steigt und fällt bei unterschiedlichen Winkeln, so dass die Stromwellenform jeder Phase unausgeglichen wird.
In den NSNSNS-Wicklungen (zweites Wicklungsmuster) weisen benachbarte Magnetpole unterschiedliche Polaritäten auf; daher sind die drei Phasen insgesamt gut ausgeglichen, und es wird in jeder Phase eine einheitliche Stromwellenform bereitgestellt. Das heißt, in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS wird eine einheitliche Stromwellenform bereitgestellt, bei der der maximale Stromwert und die Anregungsbreite jeder Phase gleich sind. In diesem Zusammenhang ist die Anregungsbreite ein Winkelbereich, in dem der Anregungsstrom durch die Spule 12 fließt. Andererseits ist die Anregungszone ein Winkelbereich von dem Anregungsstartwinkel bis zu dem Anregungsendwinkel.
In den NSNSNS-Wicklungen (zweites Wicklungsmuster) wird jedoch die Ordnung wahrscheinlicher in Übereinstimmung gebracht, da jede Phase eine einheitliche Stromwellenform aufweist. Daher werden Vibrationen und Rauschen (Anregungsschall) bei einer speziellen Ordnung wie beispielsweise der 36-sten Ordnung groß. Wenn somit der SR-Motor 1 in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS angesteuert wird, kann das Steuerungssystem eine ausgewählte Steuerung aus einer normalen Anregungssteuerung zum Steuern der Spulen 12 der drei Phasen, um Stromwellenformen mit derselben Gestalt bereitzustellen, und einer Stromwellenformsteuerung (Rauschverringerungssteuerung) zum Steuern der Spulen 12 der drei Phasen, um Stromwellenformen bereitzustellen, die unterschiedliche Gestalten in unterschiedlichen Phasen aufweisen, als Anregungssteuerung verwenden.
Unter der normalen Anregungssteuerung sind die Anregungsbedingungen für jede Phase dieselben, und die Spulen 12 der drei Phasen werden in einen angeregten Zustand gesteuert, bei dem die Stromwellenform jeder Phase dieselbe Gestalt aufweist. Der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel werden beispielsweise derart festgelegt, dass jede Phase dieselbe Anregungsbreite aufweist, und der maximale Stromwert wird ebenfalls auf denselben Betrag festgelegt.
Wie es durch die durchgezogenen Linien in 9 angegeben ist, weist die Stromwellenform jeder Phase dieselbe Gestalt auf, wenn die normale Anregungssteuerung durchgeführt wird. In 9 sind die Stromwellenformen in dem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS dargestellt.
Unter der Stromwellenformsteuerung werden die Anregungsbedingungen jeder Phase zu Bedingungen verschoben, die sich von den Anregungsbedingungen der anderen Phasen unterscheiden, und die Spulen 12 der drei Phasen werden in einen Anregungszustand gesteuert, bei dem die Stromwellenformen der jeweiligen Phasen unterschiedliche Gestalten aufweisen.
Die A-Phasen-Anregungsbedingungen (U-Phasen-Anregungsbedingungen) sind beispielsweise dieselben wie die Anregungsbedingungen der normalen Anregungssteuerung, und der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel als B-Phasenanregungsbedingungen (V-Phasen-Anregungsbedingungen) werden um „-1°“ gegenüber denjenigen der normalen Anregungsbedingungen verschoben, während der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel als C-Phasen-Anregungsbedingungen (W-Phasen-Anregungsbedingungen) um „+1°“ gegenüber denjenigen der normalen Anregungsbedingungen verschoben werden.
Somit weicht der Anregungsstartwinkel in der Phase, deren Stromwellenform unter der Stromwellenformsteuerung auf eine andere Gestalt als diejenigen der anderen Phasen gesteuert wird, von dem Anregungsstartwinkel derselben Phase ab, der unter der normalen Anregungssteuerung verwendet wird, und der Anregungsendwinkel weicht von dem Anregungsendwinkel derselben Phase ab, der unter der normalen Anregungssteuerung verwendet wird. Außerdem können die Größe der Verschiebung des Anregungsstartwinkels und die Größe der Verschiebung des Anregungsendwinkels auf einen festen Wert eingestellt werden, und die Anregungsbedingungen (Anregungsstartwinkel, Anregungsendwinkel) können gegenüber den normalen Anregungsbedingungen um eine Größe verschoben werden, die dem festen Winkel entspricht.
Wie es durch die gestrichelten Linien in 9 angegeben ist, weisen die Stromwellenformen der drei Phasen unterschiedliche Gestalten auf, wenn die Stromwellenformsteuerung durchgeführt wird. Somit unterscheidet sich die Stromwellenform der jeweiligen Phasen, und es werden Stromwellenformen in den drei Phasen erzeugt, die insgesamt nicht ausgeglichen sind. In diesem Fall kann die Anregungsbreite für jede Phase gleich sein, aber die Stromwellenform (Anregungszustand) von mindestens einer der drei Phasen weist eine andere Gestalt (Zustand) als die Stromwellenformen (Anregungszustände) der anderen Phasen auf, und es werden insgesamt unausgeglichene Stromwellenformen durch die drei Phasen ausgebildet. Wenn die Stromwellenformen der jeweiligen Phasen unausgeglichen sind, erlangen die Vibrationskräfte der jeweiligen Phasen unterschiedliche Zustände. Daher kann eine Komponente bei einer speziellen Ordnung abgeschwächt werden.
Wenn das Polkonfigurationsmuster NSNSNS ist, werden die Spulen 12 in einen Zwei-Phasen-Anregungszustand gesteuert, bei dem die Stromwellenformen benachbarter zwei Phasen einander schneiden, wie es in 9 gezeigt ist. Die Zwei-Phasen-Anregung bezieht sich auf einen Anregungszustand, bei dem die Anregungsbreiten in den Stromwellenformen der benachbarten zwei Phasen einander (teilweise) überdecken. Obwohl sich der Stromwert zwischen 0 und dem maximalen Stromwert in einer Ein-Phasen-Anregung steil ändert, ist eine Änderung des Stromwertes in der Zwei-Phasen-Anregung sanfter oder langsamer als in der Ein-Phasen-Anregung, da die Anregungsbreite der Zwei-Phasen-Anregung größer als diejenige der Ein-Phasen-Anregung ist. Die Ein-Phasen-Anregung bezieht sich auf einen Anregungszustand, bei dem die Stromwellenform jeder Phase nicht diejenige einer anderen Phase überdeckt.
Im Folgenden wird anhand von 10 die Wirkung der Verringerung der Komponente 36-ster Ordnung beschrieben. 10 gibt für die Ansteuerung in dem NSNSNS-Polkonfigurationsmuster die Komponente 36-ster Ordnung (Radialkraft) in dem Fall, in dem die normale Anregungssteuerung durchgeführt wurde, und die Komponente (Radialkraft) 36-ster Ordnung in dem Fall an, in dem Stromwellenformsteuerung durchgeführt wurde.
Aus 10 ist ersichtlich, dass die Komponente der speziellen Ordnung, wenn die Stromwellenformsteuerung durchgeführt wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem die normale Anregung durchgeführt wird, verringert werden kann. Die Wirkung der Verringerung der Vibrationen und Rauschen kann unter Verwendung von Unterschieden zwischen den Stromwellenformen des Falls, in dem die Spulen 12 unter den normalen Anregungsbedingungen angeregt werden, und den Stromwellenformen des Falls, in dem die Spulen 12 unter Anregungsbedingungen angeregt werden, die sich von den normalen Anregungsbedingungen unterscheiden, erläutert werden.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Rauschverringerungssteuerungsflusses zeigt. Der Steuerungsfluss in 11 wird von der elektronischen Steuereinheit 100 ausgeführt.
Zunächst liest die elektronische Steuereinheit 100 verschiedene Arten von Informationen, die zur Anregungssteuerung verwendet werden, aus (Schritt S1). Die verschiedenen Arten von Informationen enthalten Informationen über das derzeitige Polkonfigurationsmuster (Informationen über das Wicklungsmuster), einen Stromwert und eine Spannung jeder Phase, die Motorgeschwindigkeit, die Phase (elektrischer Winkel) und das Motorbefehlsdrehmoment. In Schritt S1 kann die Motorgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Resolversignals berechnet werden, und es kann ein Motordrehmomentbefehl als ein benötigtes Drehmoment des SR-Motors 1 berechnet werden.
Nach der Ausführung des Schrittes S1 bestimmt die elektronische Steuereinheit 100 auf der Grundlage der Informationen, die in Schritt S1 ausgelesen wurden, ob das derzeitige Polkonfigurationsmuster „NSNSNS“ ist (Schritt S2).
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S2 positiv ist (S2: Ja), bestimmt die elektronische Steuereinheit 100, ob Rauschen 36-ster Ordnung verringert werden muss (Schritt S3). In Schritt S3 bestimmt die elektronische Steuereinheit 100, ob die Anregungsschallfrequenz der 36-sten Ordnung (spezielle Ordnung) mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. In Schritt S3 kann die elektronische Steuereinheit 100 auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit, die in Schritt S1 ausgelesen wurde, bestimmen, ob die Anregungsschallfrequenz der 36-sten Ordnung in dem Resonanzbereich enthalten ist.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S3 positiv ist (Schritt S3: Ja), liest die elektronische Steuereinheit 100 Anregungsbedingungen, die für die jeweiligen Phasen auf unterschiedliche Bedingungen eingestellt sind, als Anregungsbedingungen für NSNSNS aus (Schritt S4). In Schritt S4 werden Anregungsbedingungen für die Stromwellenformsteuerung (für die Rauschverringerungssteuerung) ausgelesen.
Nach der Ausführung von Schritt S4 führt die elektronische Steuereinheit 100 eine „Verschiebungsanregung“ durch, bei der die Anregungszustände der jeweiligen Phasen unterschiedlich sind, wenn das Polkonfigurationsmuster NSNSNS ist (Schritt S5). In Schritt S5 wird die oben beschriebene Stromwellenformsteuerung (Rauschverringerungssteuerung) durchgeführt. Das heißt, die Anregungssteuerung in Schritt S5 wird durchgeführt, so dass die Spulen 12 in Anregungszustände entsprechend unterschiedlichen Anregungsbedingungen für die jeweiligen Phasen gebracht werden. Nach der Ausführung von Schritt S5 endet diese Steuerungsroutine.
Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S3 negativ ist (Schritt S3: Nein), liest die elektronische Steuereinheit 100 normale Anregungsbedingungen aus, die dieselbe Stromwellenform in den drei Phasen realisieren.
Nach der Ausführung von Schritt S6 führt die elektronische Steuereinheit 100 eine normale Anregungssteuerung auf der Grundlage der normalen Anregungsbedingungen für NSNSNS, die Schritt S6 ausgelesen wurden, durch, wenn das Polkonfigurationsmuster „NSNSNS“ ist (Schritt S7). Mit der Durchführung der normalen Anregungssteuerung in Schritt S7 wird eine normale Anregung durchgeführt, so dass die Spulen 12 der drei Phasen in denselben Anregungszustand gebracht werden. Nach der Ausführung von Schritt S7 endet diese Steuerungsroutine.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S2 negativ ist (Schritt S2: Nein), liest die elektronische Steuereinheit 100 Anregungsbedingungen für NNNSSS aus (Schritt S8). Die Anregungsbedingungen für NNNSSS sind beispielsweise in den drei Phasen gleich.
Nach der Ausführung von Schritt S8 führt die elektronische Steuereinheit 100 eine Anregungssteuerung auf der Grundlage der Anregungsbedingungen für NNNSSS, die in Schritt S8 ausgelesen wurden, durch, wenn das Polkonfigurationsmuster NNNSSS ist (Schritt S9). Nach der Ausführung von Schritt S9 endet diese Steuerungsroutine.
Wie es oben beschrieben wurde, wird gemäß der ersten Ausführungsform das Auftreten einer Resonanz bei einer speziellen Ordnung berücksichtigt; wenn der SR-Motor 1 in dem NSNSNS-Polkonfigurationsmuster angesteuert wird, können daher Vibrationen und Rauschen bei der speziellen Ordnung verringert werden. Genauer gesagt wird als spezielle Ordnung das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Statorpole und der Anzahl der Rotorpole oder ein ganzzahliges Vielfaches des Produktes aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen verwendet. Wenn das Polkonfigurationsmuster NSNSNS ist, wird anhand der Beziehung zwischen der Anregungsschallfrequenz bei der speziellen Ordnung und der Resonanzfrequenz eine Anregungssteuerung auf der Grundlage von Anregungsbedingungen durchgeführt, die für die jeweiligen Phasen unterschiedlich sind, so dass die Vibrationen und das Rauschen verringert werden können.
In der Stromwellenformsteuerung als der Rauschverringerungssteuerung werden die Anregungsbedingungen geändert, während die NSNSNS-Wicklungen aufrecht erhalten werden; somit ist es nicht notwendig, die Wicklungsmuster zu wechseln beziehungsweise zu schalten, um Vibrationen und Rauschen zu verringern. Da kein Schalten in dem Inverterschaltkreis notwendig ist, wenn die Stromwellenformsteuerung durchgeführt wird, wird ein Auftreten eines Schaltverlustes in den Schaltern, die das Polkonfigurationsmuster schalten, verhindert.
In der „Verschiebungsanregung“ unter der Stromwellenformsteuerung werden außerdem die Spulen 12 in dem Zwei-Phasen-Anregungszustand gesteuert, bei dem die Anregungszonen benachbarter zwei Phasen einander überdecken. Als Ergebnis kann die Vibrationskraft (Radialkraft) der speziellen Ordnung verringert werden. Da die Anregungszone jeder Phase diejenige einer anderen Phase in dem Zwei-Phasen-Anregungszustand (teilweise) überdeckt, ändert sich der Strom langsam oder mit einer geringen Rate, und die Amplitude der Vibrationskraft (Radialkraft) kann verringert werden. Daher ist es möglich, Vibrationen und Rauschen zu verringern, während gleichzeitig eine hohe Effizienz gewährleistet wird.
In der ersten Ausführungsform kann das Wicklungsmuster der Spulen 12 während der Ansteuerung des SR-Motors 1 geschaltet werden. Daher kann entsprechend dem Ansteuerzustand des SR-Motors 1 das Wicklungsmuster auf das optimale Wicklungsmuster geschaltet werden, das hinsichtlich der Effizienz, Vibrationen und Rauschen optimal ist.
In Schritt S2 der 11 kann ein Polkonfigurationsmuster, das hinsichtlich der Effizienz sowie Vibrationen und Rauschen geeignet ist, auf der Grundlage der Informationen bestimmt werden, die in Schritt S1 ausgelesen wurden. Das heißt, wenn das derzeitige Polkonfigurationsmuster „NNNSSS“ ist, kann in Schritt S2 bestimmt werden, ob das Polkonfigurationsmuster von „NNNSSS“ in „NSNSNS“ zu schalten ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S2 positiv ist, kann eine Steuerung zum Schalten des Wicklungsmusters ausgeführt werden, so dass das Polkonfigurationsmuster von „NNNSSS“ in „NSNSNS“ geschaltet wird, und anschließend an Schritt S2 können die Schritte S3 bis S7 ausgeführt werden.
In Schritt S3 kann bestimmt werden, ob die Vibrationskraft 36-ster Ordnung (Radialkraft) größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Das heißt, die elektronische Steuereinheit 100 muss in Schritt S3 nur bestimmen, ob die Vibrationskraft (Radialkraft) 36-ster Ordnung groß ist.
Gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform, das in 12 gezeigt ist, kann ein SR-Motor 1A derart ausgebildet sein, dass die Anzahl der Statorpole gleich „6“ ist und die Anzahl der Rotorpole gleich „4“ ist. Somit ist der von dem Steuerungssystem zu steuernde SR-Motor nicht auf den SR-Motor 1 beschränkt, bei dem die Anzahl der Statorpole gleich „18“ ist und die Anzahl der Rotorpole gleich „12“ ist, wie es in 2 gezeigt ist.
In dem SR-Motor 1A der 12 ist das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der Statorpole und der Anzahl der Rotorpole gleich „12“. Daher ist die spezielle Ordnung die 12-te Ordnung.
In dem SR-Motor 1A ist das ganzzahlige Vielfache des Produktes aus der Anzahl der Rotorpole und der Anzahl der Wicklungsphasen gleich „12“ oder „24“. Daher ist die spezielle Ordnung die 12-te Ordnung oder die 24-ste Ordnung.
Wenn der SR-Motor 1A ein zu steuerndes Objekt ist, wird Rauschen verringert, wenn eine Resonanz bei der Anregungsschallfrequenz 12-ter Ordnung und der Anregungsschallfrequenz 24-ster Ordnung auftritt. Wie es oben anhand von 6 gezeigt ist, tritt eine Resonanz wahrscheinlicher auf, wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert und sich die Frequenz 12-ter Ordnung und die Frequenz 24-ster Ordnung näher an die Resonanzfrequenz (Resonanzkomponente) gelangen. Wenn dann die Frequenz 12-ter Ordnung oder die Frequenz 24-ster Ordnung mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, tritt die größte Resonanz auf, und es werden insbesondere starke Vibrationen und Rauschen erzeugt. Wie es in 6 gezeigt ist, ist außerdem die Motorgeschwindigkeit, bei der die Frequenz 12-ter Ordnung mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, höher als die Motorgeschwindigkeit, bei der die Frequenz 24-ster Ordnung mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt. Das heißt, das Rauschen (Anregungsschall) der Komponente 12-ter Ordnung wird in einem höheren Drehzahlbereich als das Rauschen der Komponente 24-ster Ordnung erzeugt. Wenn die Motorgeschwindigkeit gleich ist, liegt die Frequenz 12-ter Ordnung innerhalb eines niedrigeren Frequenzbereiches als die Frequenz 24-ster Ordnung.
Somit stimmt die Frequenz 12-ster Ordnung oder 24-ster Ordnung im Vergleich zu der Frequenz 36-ster Ordnung mit der Resonanzkomponente (Resonanzfrequenz) in einem höheren Geschwindigkeitsbereich der Motorgeschwindigkeit überein. Daher werden bei der Stromwellenformsteuerung, die hinsichtlich des SR-Motors 1A durchgeführt wird, Vibrationen und Rauschen in einem Hochgeschwindigkeitsbereich verringert. Wenn der Rauschverringerungssteuerungsfluss, der oben beschrieben wurde, für den SR-Motor 1A verwendet wird, wird in Schritt S3 der 11 bestimmt, ob Rauschen der 12-ten Ordnung (oder 24-sten Ordnung) verringert werden muss.
Gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform können Anregungsbedingungen, die für die Stromwellenformsteuerung verwendet werden, als variable Werte anstatt als feste Werte bestimmt werden. Das Steuerungssystem kann eine Anregungsbedingungseinstellsteuerung zum Einstellen einer Verschiebungsgröße (Winkeldifferenz) hinsichtlich des Anregungsstartwinkels und einer Verschiebungsgröße (Winkeldifferenz) hinsichtlich des Anregungsendwinkels durchführen.
Genauer gesagt, wenn die Stromwellenform einer bestimmten Phase anders als diejenige einer anderen Phase gestaltet ist, können die Anregungsbedingungen, die für die Stromwellenformsteuerung verwendet werden, gegenüber normalen Anregungsbedingungen um eine Größe oder einen Winkel, der durch einen gegebenen Winkel bestimmt wird, verschoben sein. Der gegebene Winkel ist ein Wert in einem vorbestimmten Winkelbereiche. Der Winkelbereich ist schmaler, wenn die Anzahl der Rotorpole größer ist. Das heißt, der Winkelbereich in dem Fall, in dem Anzahl der Rotorpole beispielsweise wie in dem SR-Motor 1 der 2 gleich „12“ ist, ist schmaler als der Winkelbereich in dem Fall, in dem die Anzahl der Rotorpole beispielsweise gleich „4“ ist. Das heißt, die obere Grenze des Winkelbereiches ist ein großer Wert, wenn die Anzahl der Rotorpole klein ist, und die obere Grenze ist ein kleiner Wert, wenn die Anzahl der Rotorpole größer ist. Der Winkelbereich ist ein Bereich eines elektrischen Winkels, und dessen untere Grenze ist ein negativer Wert, während die obere Grenze ein positiver Wert ist.
Da der SR-Motor 1 der 2 eine größere Anzahl von Motorpolen (die größere Anzahl von Rotorpolen) als der SR-Motor 1A der 12 aufweist, wird die obere Grenze des Winkelbereiches für den SR-Motor 1 auf einen kleineren elektrischen Winkel als diejenige für den SR-Motor 1A eingestellt. Gemäß einem Beispiel wird in dem SR-Motor 1 irgendein gegebener Winkel als eine Verschiebungsgröße innerhalb des Winkelbereiches von „-1° bis +1°“ ausgewählt. In dem SR-Motor 1A wird irgendein gegebener Winkel als eine Verschiebungsgröße innerhalb des Winkelbereiches von „-5° bis +5°“ ausgewählt.
Dann ist die Verschiebungsgröße der Phase A in dem SR-Motor 1 gleich „0°“, und die Verschiebungsgröße der Phase B ist „ein negativer Wert von gleich oder größer als -1° als unterer Grenze“, während die Verschiebungsgröße der Phase C „ein positiver Wert von gleich oder kleiner +1° als oberer Grenze“ ist.
Andererseits ist in dem SR-Motor 1A die Verschiebungsgröße der Phase A gleich „0°“ und die Verschiebungsgröße der Phase B ist „ein negativer Wert von gleich oder größer als -5° als unterer Grenze“, während die Verschiebungsgröße der Phase C „ein positiver Wert von gleich oder kleiner als +5° als oberer Grenze“ ist.
Gemäß diesem modifizierten Beispiel wird der Bereich der Anwendung für SR-Motoren erweitert. Da die Verschiebungsgröße durch den gegebenen Winkel bestimmt wird, ändert sich die Vibrationskraft jeder Phase zufällig; daher wird die Komponente bei einer speziellen Ordnung verteilt, beziehungsweise gestreut, und die Frequenz stimmt weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich überein, so dass Vibrationen und Rauschen verringert werden können.
Sogar wenn der SR-Motor 1 der 2 ein zu steuerndes Objekt ist, können Komponenten der 12-ten Ordnung und 24-sten Ordnung ebenso wie die Komponente der 36-sten Ordnung verringert werden. Das heißt, wenn der SR-Motor 1 gemäß den NSNSNS-Wicklungen angesteuert wird, können Rauschen und Vibrationen der 36-sten Ordnung verringert werden, und es können ebenfalls Vibrationen und Rauschen der 12-ten Ordnung und der 24-sten Ordnung verringert werden.
Wenn der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel in derselben Phase verschoben werden, können die Größe der Verschiebung hinsichtlich des Anregungsstartwinkels und die Größe der Verschiebung hinsichtlich des Anregungsendwinkels auf unterschiedliche Wert eingestellt werden. In dem Einstellungsverfahren, das irgendeinen gegebenen Winkel verwendet, der innerhalb des Winkelbereiches von „-1° bis +1°“ für den oben beschriebenen SR-Motor 1 ausgewählt wird, können in Bezug auf die Phase C die Größe der Verschiebung des Anregungsstartwinkels auf „+1°“ und die Größe der Verschiebung des Anregungsendwinkels auf „+0,7°“ eingestellt werden. Auf diese Weise können Stromwellenformen, die eine große Vielzahl von Gestalten aufweisen, im Vergleich zu der Stromwellensteuerung (Rauschverringerungssteuerung) des Falls realisiert werden, in dem die Größen der Verschiebungen des Anregungsstartwinkels und des Anregungsendwinkels auf denselben Wert eingestellt werden. Daher können Stromwellenformen der drei Phasen, die insgesamt unausgeglichener sind, bereitgestellt werden.
Außerdem ist die Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, bei dem der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel verschoben werden, sondern es kann auch nur einer aus dem Anregungsstartwinkel und dem Anregungsendwinkel verschoben werden. Das heißt, wenn die Stromwellenformsteuerung durchgeführt wird, ist es in einer Phase, deren Stromwellenform eine andere Gestalt als diejenige der anderen Phasen aufweist, nur notwendig, mindestens eine der Bedingungen, dass der Anregungsstartwinkel von demjenigen derselben Phase abweicht, die in der normalen Anregungssteuerung verwendet wird, und dass der Anregungsendwinkel von demjenigen derselben Phase abweicht, der in der normalen Anregungssteuerung verwendet wird, zu erfüllen.
In dem Einstellungsverfahren, das irgendeinen gegebenen Winkel verwendet, der innerhalb des Winkelbereiches von „-1° bis +1°“ für den oben beschriebenen SR-Motor 1 ausgewählt wird, kann der Anregungsstartwinkel nicht verschoben werden und es kann nur der Anregungsendwinkel in Bezug auf die Phase C auf „+0,7°“ eingestellt werden. Somit ist das Verfahren zum Ändern nur eines aus dem Anregungsstartwinkel und dem Anregungsendwinkel, die in den Anregungsbedingungen enthalten sind, nicht auf die Verwendung für das Einstellungsverfahren des modifizierten Beispiels (bei dem ein variabler Wert verwendet wird) beschränkt, das irgendeinen gegebenen Winkel (zufällige Zahl) verwendet, sondern kann auch für das Einstellungsverfahren der ersten Ausführungsform (bei dem ein fester Wert verwendet wird) verwendet werden.
Die Stromwellenformsteuerung kann hinsichtlich der Stromwellenformen der Phase A, der Phase B sowie der Phase C durchgeführt werden, so dass die Stromwellenform jeder Phase eine andere Gestalt als die anderen Phasen aufweist. Daher können beispielsweise der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel beide um denselben Wert in der Phase A verschoben werden, und es kann nur der Anregungsstartwinkel in der Phase B verschoben werden, während der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel in der Phase C um unterschiedliche Werte verschoben werden können. Zusammenfassend kann das Steuerungssystem individuell die jeweiligen Phasen durch Kombinieren der oben beschriebenen Anregungsbedingungseinstellungssteuerungen steuern.
Der Inverter 2 kann Schalt-Schaltkreise zum Schalten des Polkonfigurationsmusters in zwei oder mehr Phasen enthalten. Ein Inverter 2A, der in 13 gezeigt ist, ist beispielsweise ein Schaltkreis, der Schalt-Schaltkreise in zwei Phasen aufweist, und ein Inverter 2B, der in 14 gezeigt ist, ist ein Schaltkreis, der Schalt-Schaltkreise in drei Phasen, das heißt in jeder Phase, aufweist.
Wie es in 13 gezeigt ist, enthält ein A-Phasen-Schaltkreis in dem Inverter 2A eine Schalteinheit 2c, in der ein Transistor Tra3 zu der Diode Da3 hinzugefügt ist, und eine Schalteinheit 2d, in der ein Transistor Tra 4 zu der Diode Da4 hinzugefügt ist. Außerdem enthält ein C-Phasen-Schaltkreis eine Schalteinheit 2e, in der ein Transistor Trc3 zu der Diode Dc3 hinzugefügt ist, und eine Schalteinheit 2f, in der ein Transistor Trc4 zu der Diode Dc4 hinzugefügt ist. In der Phase B des Inverters 2A sind die oben beschriebenen Schalteinheiten 2a, 2b nicht vorhanden. Wenn somit die Phase B in der Mitte von NNN und NSN wechselt, wenn zwischen den NNNSSS-Wicklungen und den NSNSNS-Wicklungen geschaltet wird, kann der Inverterschaltkreis, in dem die Schalter zu der Phase A und der Phase C hinzugefügt sind, verwendet werden, um die entgegengesetzten Enden von NNN und NSN zu schalten.
Wie es in 14 gezeigt ist, enthält der A-Phasen-Schaltkreis in dem Inverter 2B zwei Schalteinheiten 2c, 2d, und der B-Phasen-Schaltkreis enthält zwei Schalteinheiten 2a, 2b, während der C-Phasen-Schaltkreis zwei Schalteinheiten 2e, 2f enthält.
Somit kann das Steuerungssystem gemäß den Beispielen der Inverterschaltkreise, die jeweils Schalteinheiten in zwei oder mehr Phasen aufweisen, die Last der Inverter 2A, 2B, die durch häufiges Schalten des Wicklungsmusters erzeugt wird, durch Bewirken, dass zwei oder mehr Schalt-Schaltkreise einen Schaltbetrieb durchführen, verteilen.
Die oben beschriebenen verschiedenen modifizierten Beispiele können geeignet kombiniert werden. In der Systemkonfiguration, bei der der Inverter 2A der 13 mit dem SR-Motor 1A der 12 verbunden ist, ist es beispielsweise möglich, Anregungsbedingungen, die irgendeinen gegebenen Winkel verwenden, der innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches ausgewählt wird, einzustellen.
Mit Bezug auf 15 wird im Folgenden ein Steuerungssystem einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass ein SR-Motor 1, dessen Wicklungsmuster nicht geschaltet werden kann, ein zu steuerndes Objekt ist. In der Beschreibung der zweiten Ausführungsform werden dieselben oder ähnliche Konfigurationen wie diejenigen der ersten Ausführungsform nicht beschrieben, und es werden für diese dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform verwendet.
Zunächst ist das Wicklungsmuster der zweiten Ausführungsform nur das Wicklungsmuster (NSNSNS-Wicklungen), das „das Polkonfigurationsmuster von NSNSNS“ bereitstellt (siehe 5). Wie es in 15 gezeigt ist, ist daher in dem Inverter 2C der zweiten Ausführungsform keine Schalteinheit zum Schalten des Polkonfigurationsmusters vorhanden.
Genauer gesagt enthält ein A-Phasen-Schaltkreis in dem Inverter 2C der zweiten Ausführungsform zwei Transistoren Tra1, Tra2 und vier Dioden Da1, Da2, Da3, Da4, und ein B-Phasen-Schaltkreis enthält zwei Transistoren Trb1, Trb2 und vier Dioden Db1, Db2, Db3, Db4, während der C-Phasen-Schaltkreis zwei Transistoren Trc1, Trc2 und vier Dioden Dc1, Dc2, Dc3, Dc4 enthält.
Die Stromwellenformsteuerung der zweiten Ausführungsform kann entsprechend dem Steuerungsfluss der oben beschriebenen 11 durchgeführt werden. In der zweiten Ausführungsform sind die Schritte S2, S8 und S9 der 11 weggelassen. Genauer gesagt schreitet die elektronische Steuereinheit 100 nach der Ausführung von Schritt S2 zum Schritt S3. In der zweiten Ausführungsform werden die Schritte S3 bis S7 anschließend an den Schritt S1 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Somit führt das Steuerungssystem der zweiten Ausführungsform keine Schaltsteuerung des Polkonfigurationsmusters durch, sondern führt eine Anregungsteuerung (normale Anregungssteuerung und Stromwellenformsteuerung) durch.
Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß der zweiten Ausführungsform sogar in dem SR-Motor 1, in dem das Polkonfigurationsmuster nicht geschaltet wird, Vibrationen und Rauschen bei einer speziellen Ordnung verringert werden.
Außerdem besteht gemäß der zweiten Ausführungsform keine Notwendigkeit, eine Schalteinheit zum Schalten des Polkonfigurationsmusters bereitzustellen, was zu einer Verringerung der Kosten führt. Außerdem wird die Erzeugung eines Schaltverlustes aufgrund einer Schalteinheit verhindert, und daher wird die Effizienz verbessert.
Die modifizierten Beispiele der ersten Ausführungsform können auch für die zweite Ausführungsform verwendet werden. Das heißt, die oben beschriebenen verschiedenen modifizierten Beispiele (oder Kombinationen aus diesen) können auch für die zweite Ausführungsform verwendet werden.
Hier wird ein Beispiel eines Fahrzeugs beschrieben, für das die oben beschriebenen Ausführungsformen und modifizierten Beispiele verwendet werden können. Das oben beschriebene Steuerungssystem kann für verschiedene Arten von Fahrzeugen verwendet werden.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Fahrzeugs zeigt, für das die obigen Ausführungsformen und modifizierten Beispiele verwendet werden können. Das in 16 gezeigte Fahrzeug 200 enthält einen Verbrennungsmotor 201, Räder 202, ein Getriebe (T/M) 203, ein Differenzialgetriebe 204, eine Antriebswelle 205 und SR-Motoren (SRM) 1 als Leistungsquellen für die Fahrt. Das Fahrzeug 200 ist ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, und der Verbrennungsmotor 201 treibt rechte und linke Vorderräder 202FR, 202FL an, während die SR-Motoren 1 als hintere Motoren rechte und linke Hinterräder 202RR, 202RL antreiben.
Der SR-Motor 1 ist ein sogenannter In-Rad-Motor, und es ist jeweils ein SR-Motor 1 für das rechte und das linke Hinterrad 202RR, 202RL angeordnet. In dem hinteren Antriebssystem des Fahrzeugs 200 ist ein linker hinterer SR-Motor 1RL mit dem linken Hinterrad 202RL verbunden, und ein rechter hinterer SR-Motor 1RR ist mit dem rechten Hinterrad 202RR verbunden. Die Hinterräder 202RL, 202RR können sich unabhängig voneinander drehen.
Das linke Hinterrad 202RL wird mit einem Ausgangsmoment (Motormoment) des linken hinteren SR-Motors 1RL angetrieben. Außerdem wird das rechte Hinterrad 202RR durch ein Ausgangsmoment (Motormoment) des rechten hinteren SR-Motors 1RR angetrieben.
Der linke hintere SR-Motor 1RL und der rechte hintere SR-Motor 1RR sind mit der Batterie (B) 4 über den Inverter 2 verbunden. Der linke hintere SR-Motor 1RL und der rechte hintere SR-Motor 1RR dienen als Elektromotoren, die elektrische Leistung verwenden, die von der Batterie 4 zugeführt wird, und dienen auch als Generatoren, die ein Drehmoment (externe Kraft) das von den rechten und linken Hinterrädern 202RR, 202RL übertragen wird, in elektrische Leistung umwandelt. Der Inverter 2 enthält einen elektrischen Schaltkreis für den linken hinteren SR-Motor 1RL und einen elektrischen Schaltkreis für den rechten hinteren SR-Motor 1RR.
Die elektronische Steuereinheit 100 steuert den linken hinteren SR-Motor 1RL und den rechten hinteren SR-Motor 1RR und den Verbrennungsmotor 201. Die elektronische Steuereinheit 100 enthält beispielsweise eine Steuerung für die SR-Motoren (ECU für die SR-Motoren) und eine Steuerung für den Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor-ECU). In diesem Fall führt die Verbrennungsmotor-ECU eine Verbrennungsmotordrehmomentsteuerung zum Einstellen des Ausgangsmomentes des Verbrennungsmotors 201 auf einen Sollmomentwert durch eine Ansaugluftsteuerung, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, eine Zündsteuerung usw. durch. Die ECU für die SR-Motoren führt eine Motorsteuerung hinsichtlich des linken hinteren SR-Motors 1RL und des rechten hinteren SR-Motors 1RR auf der Grundlage von Signalen durch, die von den Drehzahlsensoren 51 empfangen werden. Die Drehzahlsensoren 51 enthalten einen linken hinteren Drehzahlsensor 51RL, der die Drehzahl des linken hinteren SR-Motors 1RL erfasst, und einen rechten hinteren Drehzahlsensor 51RR, der die Drehzahl des rechten hinteren SR-Motors 1RR erfasst.
Das Fahrzeug, in dem die elektronische Steuereinheit 100 verwendet werden kann, ist nicht auf das oben beschriebene Anwendungsbeispiel (erstes Anwendungsbeispiel) beschränkt. Die elektronische Steuereinheit 100 kann beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet werden, in dem im Gegensatz zum dem ersten Anwendungsbeispiel jeweilige SR-Motoren 1 für sämtliche Räder 202 vorhanden sind (zweites Anwendungsbeispiel). Außerdem kann die elektronische Steuereinheit 100 im Gegensatz zu dem ersten Anwendungsbeispiel in einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb verwendet werden, bei dem ein vorderes Antriebssystem nicht vorhanden ist.
Gemäß einem anderen Anwendungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 100 besteht die Leistungsquelle für die Fahrt des Fahrzeugs 200 im Gegensatz zu den ersten bis dritten Anwendungsbeispielen allein aus den SR-Motoren 1 in der Form von In-Rad-Motoren (viertes Anwendungsbeispiel). Im Gegensatz zu dem vierten Anwendungsbeispiel müssen außerdem die SR-Motoren 1 nicht in der Form von In-Rad-Motoren ausgebildet sein (fünftes Anwendungsbeispiel).
Gemäß einem weiteren Anwendungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 100 kann im Gegensatz zu dem fünften Anwendungsbeispiel die Konfiguration des ersten Anwendungsbeispiels als ein vorderseitiges Antriebssystem installiert sein (sechstes Anwendungsbeispiel). Außerdem muss im Gegensatz zum dritten Anwendungsbeispiel das hintere Antriebssystem nicht bereitgestellt werden, oder die Antriebssysteme können im Gegensatz zu dem vierten Anwendungsbeispiel an gegenüberliegenden Positionen in der Längsrichtung angeordnet sein (siebtes Anwendungsbeispiel).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen und modifizierten Beispiele, die oben beschrieben wurden, beschränkt, und die Ausführungsformen können nach Bedarf innerhalb des Bereiches der Erfindung modifiziert oder geändert werden. Es kann beispielsweise eine Abwärtswandlungseinheit (Abwärtswandler) zum Abwärtswandeln oder Verringern der Spannung, die an den SR-Motor 1 angelegt wird, anstelle des oben beschriebenen Boosters 3 angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Improvement of torque characteristic of a 50kW SRM for HEV with a consideration of magnetic saturation of stator yoke“, The Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics (JSAEM), Juni 2011, Band 19, Nr. 2 [0003]

Claims

Schaltreluktanzmotorsystem, das aufweist: einen Schaltreluktanzmotor (1); einen Rotor (20), der mehrere Schenkelpole (21) enthält; einen Stator (10), der mehrere Schenkelpole (11) enthält; Spulen (12) von drei Phasen, die um die Schenkelpole (11) des Stators (10) gewickelt sind; und eine elektronische Steuereinheit (100), die ausgelegt ist, den Schaltreluktanzmotor (1) in einem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS anzusteuern, bei dem die Schenkelpole des Stators (10), die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind, wobei die elektronische Steuereinheit (100) ausgelegt ist, eine Stromwellenformsteuerung durchzuführen, wenn eine Anregungsschallfrequenz einer gegebenen Ordnung mit einer Resonanzfrequenz des Schaltreluktanzmotors (1) übereinstimmt, die gegebene Ordnung mindestens eine Ordnung aus einer Ordnung, die ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl der Schenkelpole des Stators (10) und der Anzahl des Schenkelpole des Rotors (20) ist, und einer Ordnung ist, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Produktes aus der Anzahl der Schenkelpole des Rotors (20) und der Anzahl der Phasen der Spulen (12) ist, und die Stromwellenformsteuerung eine Steuerung ist, die Stromwellenformen , die erzeugt werden, wenn ein Strom durch die Spulen (12) der drei Phasen fließt, derart steuert, dass eine Stromwellenform in den Spulen von mindestens einer Phase eine andere Gestalt als eine Stromwellenform in den Spulen einer anderen Phase aufweist.
Schaltreluktanzmotorsystem nach Anspruch 1, wobei die Anregungsbedingungen als Bedingungen, unter denen der Strom durch die Spulen (12) der drei Phasen fließt, einen Anregungsstartwinkel und einen Anregungsendwinkel enthalten; die elektronische Steuereinheit (100) ausgelegt ist, entsprechend einem Ansteuerzustand des Schaltreluktanzmotors (1) eine ausgewählte Steuerung aus einer ersten Anregungssteuerung und der Stromwellenformsteuerung durchzuführen, wobei die erste Anregungssteuerung eine Steuerung ist, die eine Anregung der Spulen (12) derart steuert, dass die Stromwellenformen in den Spulen (12) der drei Phasen dieselbe Gestalt aufweisen; und mindestens eine Bedingung aus einer Bedingung (i) und einer Bedingung (ii) in der mindestens einen Phase, deren Stromwellenform eine andere Gestalt als diejenige der anderen Phase aufweist, erfüllt ist, wenn die elektronische Steuereinheit (100) die Stromwellenformsteuerung durchführt, wobei Bedingung(i): der Anregungsstartwinkel ist gegenüber dem Anregungsstartwinkel derselben Phase, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben, und Bedingung (ii): der Anregungsendwinkel ist gegenüber dem Anregungsendwinkel derselben Phase, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, verschoben.
Schaltreluktanzmotorsystem nach Anspruch 2, wobei die elektronische Steuereinheit (100) ausgelegt ist, eine Anregungsbedingungseinstellsteuerung durchzuführen, wobei die Anregungsbedingungseinstellsteuerung eine Steuerung ist, die eine erste Verschiebungsgröße und eine zweite Verschiebungsgröße innerhalb eines gegebenen Winkelbereiches auswählt und einstellt, wobei die erste Verschiebungsgröße eine Verschiebungsgröße ist, mit der der Anregungsstartwinkel, der unter der Stromwellenformsteuerung verwendet wird, gegenüber dem Anregungsstartwinkel derselben Phase verschoben wird, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird, wobei die zweite Verschiebungsgröße eine Verschiebungsgröße ist, mit der der Anregungsendwinkel, der unter der Stromwellenformsteuerung verwendet wird, gegenüber dem Anregungsendwinkel derselben Phase verschoben wird, der unter der ersten Anregungssteuerung verwendet wird.
Schaltreluktanzmotorsystem nach Anspruch 3, wobei der gegebene Winkelbereich kleiner ist, wenn die Anzahl der Schenkelpole des Rotors (20) größer ist.
Schaltreluktanzmotorsystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die elektronische Steuereinheit (100) ausgelegt ist, die erste Verschiebungsgröße und eine zweite Verschiebungsgröße auf unterschiedliche Werte einzustellen, wenn der Anregungsstartwinkel und der Anregungsendwinkel der mindestens eine Phase gegenüber denjenigen der Anregungsbedingungen derselben Phase verschoben werden, die unter der ersten Anregungssteuerung verwendet werden.
Schaltreluktanzmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stromwellenformsteuerung eine zweite Anregungssteuerung zum Steuern der Spulen (12) in einem Zwei-Phasen-Anregungszustand enthält, in dem die Stromwellenformen von benachbarten zwei Phasen einander schneiden.
Schaltreluktanzmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das außerdem aufweist: einen Schalt-Schaltkreis, der ausgelegt ist, ein Wicklungsmuster der Spulen (12) der drei Phasen zwischen einem ersten Wicklungsmuster und einem zweiten Wicklungsmuster zu schalten, wobei das erste Wicklungsmuster ein Polkonfigurationsmuster von NNNSSS ist, bei dem die Spulen (12) der drei Phasen in derselben Richtung gewickelt sind, wobei das zweite Wicklungsmuster das Polkonfigurationsmuster von NSNSNS ist.
Verfahren zum Steuern eines Schaltreluktanzmotorsystems, wobei das Schaltreluktanzmotorsystem Schaltreluktanzmotor (1), einen Rotor (20), der mehrere Schenkelpole (21) enthält, einen Stator (10), der mehrere Schenkelpole (11) enthält, Spulen (12) von drei Phasen, die um die Schenkelpole (11) des Stators (10) gewickelt sind, und eine elektronische Steuereinheit (100) enthält, die ausgelegt ist, den Schaltreluktanzmotor (1) gemäß einem Polkonfigurationsmuster von NSNSNS anzusteuern, bei dem die Schenkelpole des Stators (10), die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind, das Verfahren aufweist: Durchführen einer Stromwellenformsteuerung mittels der elektronischen Steuereinheit (100), wenn eine Anregungsschallfrequenz einer gegebenen Ordnung mit einer Resonanzfrequenz des Schaltreluktanzmotors (1) übereinstimmt, die gegebene Ordnung mindestens eine Ordnung aus einer Ordnung, die ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl der Schenkelpole des Stators (10) und der Anzahl der Schenkelpole des Rotors (20), und einer Ordnung ist, die ein ganzzahliges Vielfaches eines Produktes aus der Anzahl der Schenkelpole des Rotors (20) und der Anzahl der Phasen der Spulen (12) ist, und die Stromwellenformsteuerung eine Steuerung ist, die Stromwellenformen, die erzeugt werden, wenn ein Strom durch die Spulen (12) der drei Phasen fließt, derart steuert, dass eine Stromwellenform in den Spulen von mindestens einer Phase einer andere Gestalt als eine Stromwellenform in den Spulen einer anderen Phase aufweist.