JP2008245495A - スイッチドリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチドリラクタンスモータを用いた駆動制御においてモータにより制動トルクを生じさせる場合に急激な制動トルクの上昇を抑制する。
【解決手段】スイッチドリラクタンスモータをアクセル操作量と回転速度とに応じて電流制御し、アクセル操作量が制動モードに対応する値θ１以下になったら、そのθ１とそれより小さな最大制動切り換え点θｂとの間にあっては、アクセル操作量θの減少に伴って供給電流が漸増するように設定されているマップによる制御を行う。制動モードにおいて一気に制動時の最大電流に達することがないため、電動カートに用いた場合にエンジンブレーキ使用時の制動トルクの発生が緩やかに上昇し得ることから運転操作性が向上する。また、パワー回路のパワー素子の負担も軽減されるため、不必要に大容量の素子を用いることなく、回路を低コスト化し得る。
【選択図】図５

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータの制御装置に関するものである。

従来、ロータに複数の磁性体からなる半径方向外向き突極部を設け、ロータを外囲するように同軸的に配設されたステータに複数の内向突極部を設けかつ各内向突極部にそれぞれ巻線して励磁コイルを形成し、各励磁コイルに選択的に通電することにより、ステータの内向突極部にロータの突極部を磁気吸引してロータに回転トルクを発生させるようにしたスイッチドリラクタンスモータが知られている。このスイッチドリラクタンスモータにあっては、マグネットを必要としないため構造が簡単であることから、悪環境に対処し易くかつ安価に小型高出力化が可能であるなどの利点があり、種々のモータ装置への適用が考えられ、例えば電動カートなどの電動車両としての駆動モータに利用することも考えられている。

なお、上記スイッチドリラクタンスモータの制御として高回転速度時の対策が考えられており、例えば回転子（ロータ）の実際の回転速度及び設定された目標回転速度の少なくとも一方に基づき回転子の回転状態を判断してその判断結果に応じて回転子の低回転速度領域ではＰＷＭ制御し、高回転速度領域では進み角制御するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平３−１４３２８５号公報

上記したようなスイッチドリラクタンスモータを電動カートに使用した場合に、内燃機関の自動車と同様にアクセルを戻した時にエンジンブレーキ程度の弱い制動力をかけるようにすることにより電動カートにおける操作性を向上し得る。上記電動カートの場合、エンジンブレーキに相当する制動力は励磁電流の大きさで調整することができるため、回転数（回転速度）に応じて励磁電流の大きさを決めておくことで所望の回生制動特性得ることができる。その場合には回転数に対する励磁電流の大きさをマップ化することが考えられる。

例えば図６（ａ）に示されるように、エンジンブレーキ時の目標制動トルクを例えば４段階に設定して選択可能（例えばスイッチによる切り換え）にし、目標制動トルク毎に回転速度に応じた電流値をマップ化して、ドライバーが任意の制動トルクを選ぶことにより、図６（ｂ）に示されるように回転速度の所定の範囲では高低にかかわらず略一定の制動トルクが発生するように制御することができる。

一方、上記したような励磁電流制御による制動力特性において、アクセル量と励磁電流指令値との関係にあっては図７に示されるマップのようにすることが考えられる。なお、図は目標制動トルクが４Ｎｍの場合を示している。図に示されるように、モード切り替え点θｂを境としてアクセル操作量が１００％に至る間を駆動モード（駆動指令を出す領域）による制御域とし、アクセル操作量が０に至る間を制動モード（制動指令を出す領域）による制御域としている。なお、アクセル操作量として、モード切り替え点θｂとそれより大きい最小駆動指令値θ２との間にあっては励磁電流指令値が０であり、フリーラン状態にして、制動モードと駆動モードとの切り換えを安定化するようにしている。

しかしながら、アクセル操作量を０に戻した時には、上記したようにモード切り替え点θｂを越えた所で目標制動トルクに応じた所定の励磁電流指令値を出力するため、図のように制動トルクの設定が大きい時などには大きな制動トルクが急激に生じて運転感覚が悪化するという問題があった。また、電動カートのようなバッテリを電源とする場合には、回生制動によりモータが発電し、上記大きな制動トルクを発生させる場合には発電電力も大きくなり、バッテリに対する充電電圧の急上昇を引き起こすため、それに対応するために大容量のパワー素子を使うことにより、装置が大型化かつ高コスト化するという問題もあった。

このような課題を解決して、スイッチドリラクタンスモータを用いた回生制動制御においてモータにより制動トルクを生じさせる場合に急激な制動トルクの上昇を抑制し得ることを実現するために本発明に於いては、ロータとステータとを有するスイッチドリラクタンスモータと、前記スイッチドリラクタンスモータのステータに駆動電流を供給するモータ駆動回路とを備えた装置を制御するスイッチドリラクタンスモータの制御装置であって、前記モータ駆動回路から前記ステータに流れる電流の電流値を検出し、電流値信号を発生する電流検出手段と、前記スイッチドリラクタンスモータの目標出力となる前記電流の目標値信号を発生する目標出力値設定手段と、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を前記モータ駆動回路へ供給する前記ＰＷＭ出力信号発生手段と、前記目標出力値設定手段から目標値信号が供給され、目標値信号が予め定められた第１の基準信号を越えていない場合には制動モード信号を発生し、目標値信号が前記第１の基準信号と予め定められかつ前記第１の基準信号より大きい第２の基準信号との間の場合にはフリーランモード信号を発生し、目標値信号が前記第２の基準信号を越えている場合には駆動モード信号を発生する動作モード判別手段と、前記動作モード判別手段から前記駆動モード信号が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に基づいて駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆動信号発生手段から駆動信号が供給されると共に、前記電流検出手段から電流値信号が供給され、両者を比較して、第１の比較信号を発生する第１の電流比較手段と、前記動作モード判別手段から前記フリーランモード信号が供給されることにより、前記ＰＷＭ出力信号発生手段が発生するＰＷＭ信号の発生を停止させる停止信号を発生するフリーラン信号発生手段と、前記動作モード判別手段から前記制動モード信号が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に基づいて制動信号を発生する制動信号発生手段と、前記制動信号発生手段から制動信号が供給されると共に、前記電流検出手段から電流値信号が供給され、両者を比較して、第２の比較信号を発生する第２の電流比較手段と、前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路に供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号の基準値を、前記第１の比較信号及び前記第２の比較信号に基づいて演算するＰＷＭ信号演算手段とを備えているものとした。

特に、前記スイッチドリラクタンスモータのロータの回転位置を検出し、回転位置信号を発生する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段からの回転位置信号が供給されると共に、前記回転位置信号から回転角度信号を発生する回転角度出力手段と、前記回転角度出力手段からの回転角度信号が供給されると共に、前記回転角度信号から回転速度信号を出力する回転速度出力手段と、前記制動信号発生手段が発生する制動信号の最大値を、前記回転速度出力手段から供給される回転速度信号に基づいて決定し、前記制動信号の最大値を出力する最大電流値決定手段とを有し、前記制動信号発生手段が、前記動作モード判別手段から前記制動モード信号が供給され、並びに前記最大電流値決定手段からの前記制動信号の最大値が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に応じて前記制動信号の最大値まで前記制動信号を漸増させて出力すると良い（請求項２）。また、前記回転角度信号と前記回転速度信号と前記駆動信号とが供給されることにより、前記回転速度信号に基づき、かつ前記第１の比較信号に基づいて前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路へ供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号のタイミングを決定する第１のタイミング信号を前記ＰＷＭ出力信号発生手段へ供給する第１の通電タイミング手段を備え（請求項３）、あるいは、前記回転角度信号と前記回転速度信号と前記制動信号とが供給されることにより、前記回転速度信号に基づき、かつ前記第２の比較信号に基づいて前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路へ供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号のタイミングを決定する第２のタイミング信号を前記ＰＷＭ出力信号発生手段へ供給する第２の通電タイミング手段を備えていると良い（請求項４）。また、前記回転速度信号に対応した通電角及び進角の少なくとも一方のデータを予め記憶する複数のマップと、前記複数のマップのうちの前記第１の通電タイミング手段にデータを供給するための１つマップを選択する駆動マップ選択手段とを有していると良い（請求項５）。また、前記回転速度信号に対応した通電角及び進角の少なくとも一方のデータを予め記憶する複数のマップと、前記複数のマップのうちの１つのマップのデータを前記第２の通電タイミング手段に供給するべく当該１つマップを選択する制動マップ選択手段とを有していると良い（請求項６）。また、前記回転速度信号に対応した最大電流値のデータを予め記憶する複数の最大電流値マップと、前記複数の最大電流値マップのうちの１つのマップのデータを前記最大電流値決定手段に供給するべく当該１つのマップを選択する電流値マップ選択手段とを有していると良い（請求項７）。

このように本発明の請求項１によれば、スイッチドリラクタンスモータの目標出力となる目標値信号が、予め定められた第１の基準信号及びそれより大きい第２の基準信号に対して、第１の基準信号に達していない場合には制動モードとし、第１及び第２の基準信号間の場合にはフリーランモードとし、第２の基準信号を越えている場合には駆動モードすることから、目標出力値設定手段としての例えばアクセルを戻した場合（全閉に相当）に、駆動モードからいきなり制動モードに変わることがなく、制動時の動作の急激な変化を抑制することができる。特に、請求項２によれば、制動モードにおいて制動トルクを発生させるための所定の制御指令値を出力する場合に漸増させて出力することから、急激な制動トルクの上昇を抑制することができる。これにより、例えばスイッチドリラクタンスモータを電動カートに用いた場合に、エンジンブレーキ使用時の制動トルクの発生が緩やかに上昇し得ることから運転操作性が向上する。また、制動トルク発生時に発電電力が急激に増大することもなくなり、例えば駆動回路に用いるパワー素子も不必要に大型化しなくても良く、制御装置の低コスト化を促進し得る。

また、請求項３・４によれば、ＰＷＭ信号のタイミングを、駆動信号と電流値信号とを比較した第１の比較信号、または制動信号と電流値信号とを比較した第２の比較信号に基づいて決定することから、ＰＷＭ制御を駆動と制動とのそれぞれの場合に好適に行うことができる。また、請求項５・６によれば、通電角や進角マップを用いて回転速度に応じて適切なマップを選択することにより、通電角や進角制御において回転速度に応じた制御を高精度に行うことができる。また、請求項７によれば、最大電流値マップを用いて回転速度に対応した最大電流値による制御を行うことにより、操作性の良い制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された電動カートに搭載されるスイッチドリラクタンスモータの制御装置の概略ブロック図である。この実施の形態に係るスイッチドリラクタンスモータの制御装置１０は、例えばスイッチドリラクタンスモータ（Switched Reluctance Motor：ＳＲモータ）１１を駆動源とする電動カートに搭載され、図１に示すように、駆動装置１２と、バッテリ１３と、制御装置１４とを備えて構成されている。

ＳＲモータ１１は、例えば３相・４極・６スロットのインナロータ型のＳＲモータであって、略円筒状のステータ２１と、このステータ２１の内部に回転可能に配置されたロータ２２とを備えて構成されている。ステータ２１は、例えば珪素鋼板等の磁性鋼板が複数枚積層されて形成されたステータコア３１と、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを形成する複数の巻線とを備えている。ステータコア３１は、円筒状のヨーク部３１ａと、ヨーク部３１ａの内周面上において周方向に所定間隔を置いた位置から径方向内方に突出する６個のステータ側突極３１ｂとを備え、径方向で対向する各１対のステータ側突極３１ｂ，３１ｂに巻装された巻線３２，３２同士は直列に接続され、３対の巻線３２，３２の各対（つまり、１対のＵ相励磁コイルＬｕ，Ｌｕと、１対のＶ相励磁コイルＬｖ，Ｌｖと、１対のＷ相励磁コイルＬｗ，Ｌｗ）が、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相に対応付けられている。

ロータ２２は、例えば珪素鋼板等の磁性鋼板が複数枚積層されて形成されたロータコア３３と、ロータコア３３に固定され、ＳＲモータ１１の回転軸をなす出力軸３４とを備えている。ロータコア３３は、円筒状のヨーク部３３ａと、ヨーク部３３ａの外周面上において周方向に所定間隔を置いた位置から径方向外方に突出する４個のロータ側突極３３ｂとを備え、出力軸３４には、回転軸周りのロータコア３３の回転角度を検出するレゾルバ等の回転位置検出手段としての回転角センサ３５が設けられている。

このＳＲモータ１１では、径方向で対向する２対のロータ側突極３３ｂ，３３ｂのうち何れか１対のロータ側突極３３ｂ，３３ｂのみが、３対のステータ側突極３１ｂ，３１ｂのうち何れか１対のステータ側突極３１ｂ，３１ｂに対して、径方向で対向可能となることから、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対する通電が順次切り換えられることによって発生する回転磁界と、ロータ側突極３３ｂとの間の磁気吸引力に起因する回転トルク、つまりリラクタンストルクによってロータ２２が回転駆動される。

駆動装置１２は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタのスイッチング素子およびダイオードからなるスイッチング回路４１と、平滑コンデンサ４２とを備えて構成されている。

スイッチング回路４１は、各相毎にハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨとロー側ダイオードＤＬ，ＤＬ，ＤＬとがバッテリ１３に対して直列に接続されたハイ側アーム、および、各相毎にロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬとハイ側ダイオードＤＨ，ＤＨ，ＤＨとがバッテリ１３に対して直列に接続されたロー側アームを備えて構成されている。ハイ側アームにおいて、各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのドレインはバッテリ１３の正極側端子に接続され、各ロー側ダイオードＤＬ，ＤＬ，ＤＬはバッテリ１３の負極側端子から各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのソースに向けて順方向とされている。ロー側アームにおいて、各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのソースはバッテリ１３の負極側端子に接続され、各ハイ側ダイオードＤＨ，ＤＨ，ＤＨは各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのドレインからバッテリ１３の正極側端子に向けて順方向とされている。また、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となる各寄生ダイオードＤが設けられている。

そして、ＳＲモータ１１の３相の各相毎に直列に接続された各１対の励磁コイルＬｕ，ＬｕおよびＬｖ，ＬｖおよびＬｗ，Ｌｗの各一端は、各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのソースに接続され、各他端は各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのドレインに接続されている。そして、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのゲートには、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなるゲート信号が制御装置１４から入力されている。また、各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬと、各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとの間には、ＳＲモータ１１の各相に通電される各相電流（巻線電流）を検出する電流センサ４３，４３，４３が設けられている。

そして、駆動装置１２は、例えばＳＲモータ１１の駆動時等において、制御装置１４から入力されるゲート信号に応じて、スイッチング回路４１において各相毎に各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り換えることによって、バッテリ１３から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに交流のＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗを通電する。

制御装置１４は、例えば、目標出力値設定手段としての電流指令値検出部５１と、回転角度出力手段としての回転角度検出部５２と、回転速度出力手段としての回転速度検出部５３と、駆動マップ選択手段としての駆動マップ選択部５４と、駆動マップ記憶部５５と、制動マップ選択手段としての制動マップ選択部５６と、制動マップ記憶部５７と、電流値マップ選択手段としての電流値マップ選択部５８と、供給電流指令マップ５９と、通電タイミング出力部６１と、電流検出部６２と、電流制御部６３と、ＰＷＭ信号出力部６４と、動作モード判別手段としての動作モード判別部６５と、駆動信号発生手段としての駆動信号発生部６６と、フリーラン信号発生手段を構成するフリーラン信号発生部６７ａおよびＰＷＭＤｕｔｙ０％発生部６７ｂと、制動信号発生手段としての制動信号発生部６８と、最大電流値決定手段としての最大電流値決定部６９と、駆動時の通電タイミングを決定する駆動通電タイミング決定部７１と、制動時の通電タイミングを決定する制動通電タイミング決定部７２とを備えて構成されている。また、電流制御部６３にあっては、第１の電流比較手段としての駆動電流比較部６３ａと、第２の電流比較手段としての制動電流比較部６３ｂと、ＰＷＭ信号のデューティ比を演算するＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃとが設けられている。また、外部の制御装置等には駆動マップ切替スイッチＳＷ１と電流値マップ切替スイッチＳＷ２と制動マップ切替スイッチＳＷ３とが設けられている。

電流指令値検出部５１は、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度を検出するアクセルペダル開度センサ等の検出結果に応じたアクセル操作信号からＳＲモータ１１の目標出力を設定し、この目標出力に応じた電流指令値、つまり目標出力をＳＲモータ１１から出力させるために必要とされる通電に対する目標値信号を演算し、この電流指令値（目標値信号）を動作モード判別部６５と駆動信号発生部６６および制動信号発生部６８に出力する。

回転角度検出部５２は、回転角センサ３５から出力される検出信号に基づき、ロータ２２の回転位置、つまり所定の基準回転位置からのロータ２２の回転角度を検出し、この回転位置を回転速度検出部５３および通電タイミング出力部６１に出力する。回転速度検出部５３は、回転角度検出部５２により検出されるロータ２２の回転位置に基づき算出したロータ２２の回転数（回転速度）を、駆動通電タイミング決定部７１と制動通電タイミング決定部７２と最大電流値決定部６９とにそれぞれ出力する。

駆動マップ選択部５４は、駆動マップ切替スイッチＳＷ１からのマップ切替信号に応じて、駆動マップ記憶部５５に記憶されているそれぞれ複数の進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂの中から適宜の１つの進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂを選択し、選択されたマップを駆動通電タイミング決定部７１により読み取り可能にする。制動マップ記憶部５７もそれぞれ複数の進角マップ５７ａおよび通電角マップ５７ｂが設けられており、制動マップ選択部５６にあっても同様であり、説明を省略する。また、電流値マップ選択部５８は、電流値マップ切替スイッチＳＷ２からのマップ切替信号に応じて、供給電流指令マップ５９に記憶されている複数の電流指令マップ５９ａの中から適宜の１つの電流指令マップ５９ａを選択し、選択されたマップを最大電流値決定部６９により読み取り可能にする。

駆動および制動通電タイミング決定部７１・７２は、回転速度検出部５３からの回転速度信号と駆動信号発生部６６および制動信号発生部６８からの対応する信号とに基づき、進角および通電角をマップ検索して、マップにより決定された進角および通電角を通電タイミング出力部６１に出力する。

なお、進角マップ５５ａ・５７ａは、ＳＲモータ１１の各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対する通電開始位相および通電終了位相を、各相のインダクタンス変化に応じた所定位相（例えば、インダクタンスの増大開始位相および減少開始位相等）から進角側に変更するための進角と、目標出力に応じた電流指令値と回転速度との所定の対応関係を示すマップであって、例えば図２に示すように、目標出力に応じた電流指令値と回転数との増大に伴い、進角は増大傾向に変化し、例えば進角は電流指令値（つまり目標出力）に比例している。なお、駆動と制動とで図の各軸に対する傾きなどを変えて良い。

また、通電角マップ５５ｂ・５７ｂは、各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対する通電角（例えば、電気角１２０°以上の値等）と、目標出力に応じた電流指令値と回転数との所定の対応関係を示すマップであって、例えば図３に示すように、目標出力に応じた電流指令値と回転数との増大に伴い、通電角は増大傾向に変化し、例えば通電角は電流指令値（つまり目標出力）に比例している。この場合も、駆動と制動とで図の各軸に対する傾きなどを変えて良い。

通電タイミング出力部６１は、回転角度検出部５２から入力されるロータ２２の回転位置と、駆動または制動マップ記憶部５５・５７から入力される進角および通電角に基づき、スイッチング回路４１の各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号を生成し、各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに出力すると共に、進角および通電角をＰＷＭ信号出力部６４に出力する。なお、各ロー側トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに出力されるゲート信号は、例えば進角および通電角に応じた通電区間において、オンデューティが所定値（例えば、１００％）とされている。電流検出部６２は、例えば各電流センサ４３から出力される各相電流（巻線電流）の検出信号に基づき、ＳＲモータ１１に通電されている巻線電流を検出し、この巻線電流の検出値を電流制御部６３に出力する。

電流制御部６３は、ＳＲモータ１１に通電されている巻線電流のＰＷＭ制御を行うものであり、図示例では駆動電流比較部６３ａで駆動信号発生部６６からの電流指令値と電流検出部６２からの電流検出値とを比較し、その比較結果（例えば偏差）に基づいてＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃでスイッチング回路４１の各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号のデューティ比を演算し、その演算結果をＰＷＭ信号出力部６４に出力する。例えば、ＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃは、電圧指令値と、三角波等のキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、各ゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成し、各ゲート信号のデューティつまりオン／オフ状態の比率を算出する。そして、各ゲート信号およびデューティをＰＷＭ信号出力部６４に出力する。

ＰＷＭ信号出力部６４は、通電タイミング出力部６１から入力される進角および通電角に基づき、電流制御部６３から入力される各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号を、各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのゲートに出力する。各ハイ側トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに出力されるゲート信号は、例えば進角および通電角に応じた通電区間において、オンデューティがＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｂにより算出された値（つまり、電圧指令値に応じた値）とされている。

このようにして構成されたＳＲモータ１１の制御要領について図４のフロー図を参照して以下に示す。先ずステップＳＴ１でアクセル操作量θの検出を行う。アクセル操作量θは内燃機関自動車のアクセル操作量に対応するものであって良く、全閉に相当する０％〜全開に相当する１００％の範囲であって良い。なお、アクセル操作量θの０％相当値側から全開相当値に向けて上記各モードを分ける第１の基準信号に対応する第１の基準値θ１と第２の基準信号に対応する第２の基準値θ２とが設けられている。図示例において、０％から第１の基準値θ１に至る範囲が制動モードであり、第１の基準値θ１から第２の基準値θ２に至る範囲がフリーランモードであり、第２の基準値θ２を越えた範囲（〜１００％）が駆動モードである。モードの判別は、動作モード判別部６５にて、上記したようにアクセル操作量θに応じて行う。

次のステップＳＴ２では、アクセル操作量θが第１の基準値θ１以下か否かを判別する。アクセル操作量θが第１の基準値θ１を越えている場合にはステップＳＴ３に進み、そこでさらにアクセル操作量θが第２の基準値θ２以下か否かを判別する。アクセル操作量θが第２の基準値θ２を越えていると判定された場合にはステップＳＴ４に進み、駆動モードを実行する。駆動モードにあっては、図５に示されるマップにおける駆動モードとして示された範囲に対応する制御を行う。

図示例では、アクセル操作量θと回転速度とに基づいて駆動マップ記憶部５５のうちの選択された１つの進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂのデータから進角および通電角を決定する。マップの選択にあっては、駆動マップ切替スイッチＳＷ１により予め設定しておくことができ、その設定に応じてマップ選択部５６により制御に適用するマップを選択する。その選択されたマップによる進角および通電角に基づく通電タイミングで上記したＰＷＭ制御を実行する。図５に示されるようにアクセル操作量θの増大に伴って励磁電流指令値が増大し、ＳＲモータ１１の駆動トルクが増大する。

ステップＳＴ３でアクセル操作量θが第２の基準値θ２以下であると判定された場合にはステップＳＴ５に進み、フリーランモードを実行する。フリーランモードにあっては、図５に示されるマップにおけるフリーランモードとして示された範囲に対応する制御を行う。すなわち、フリーラン信号部発生部６７ａからのフリーラン信号がＰＷＭＤｕｔｙ０％発生部６７ｂからデューティ比０％の信号がＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃに出力されて、ＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃからは０％信号がＰＷＭ信号出力部６４に出力されるため、フリーラン状態となる。

上記ステップＳＴ２でアクセル操作量θが第１の基準値θ１以下であると判定された場合にはステップＳＴ６に進む。この場合のステップＳＴ６〜ＳＴ１１は制動モードとなり、図５に示されるマップにおける制動モードとして示された範囲に対応する制御を行う。まずステップＳＴ６では、回転角センサ３５により検出された回転角信号に基づいてＳＲモータ１１の回転速度を回転速度検出部５３で算出する。次のステップＳＴ７では、アクセル操作量θと回転速度とに基づいて制動マップ記憶部５７のうちの選択された１つの進角マップ５７ａおよび通電角マップ５７ｂのデータから進角および通電角を決定する。

この制動モードにあっては、図５に示されるように、第１の基準値θ１と、それより小さなアクセル操作量となる最大制動切り換え点θｂとの間にあっては、図に示されるようにアクセル操作量θの減少に伴って電流が漸増するように設定されている。この設定は供給電流指令マップ５９ａにより行うことができる。

次のステップＳＴ８ではアクセル操作量θによる供給電流値の補正を制動信号発生部６８で行う。アクセルを戻す操作はプログラムのステップで処理する時間に対しては遅いため、例えば一気にアクセルを最小値（全閉相当）に戻したとしてもステップＳＴ８を通過する処理が行われる。すなわち、このステップＳＴ８による処理にあっては、上記θ１からθｂに至る区間に対応する処理となる。

この供給電流値の補正にあっては、図示例では、最大電流値決定部６９で決定された最大電流値を供給電流値とする。最大電流値決定部６９では供給電流指令マップ５９のうちの選択された１つのマップに基づいて電流値を決定する。その選択マップは、電流値マップ切替スイッチＳＷ２により予め設定しておくことができる。最大電流値は、モータに流せる最大電流値ではなく、回転速度に応じて例えば制動トルクが一定となる電流の上限値であって良い。

次のステップＳＴ９では上記供給電流指令マップにより決定された供給電流値を用いて電流を流す供給モードを実行する。ここでは、ＰＷＭ制御によりスイッチング回路４１をデューティ制御してＳＲモータ１１に電流を供給する電流制御を行う。

次のステップＳＴ１０では、制動電流比較部６３ｂにより、電流センサ４３により検出された電流が上記供給モードにおける供給電流値に達したか否かを判別し、供給電流値に達していない場合にはステップＳＴ９に戻り、供給電流値に達していると判定された場合にはステップＳＴ１１に進む。ステップＳＴ１１では還流・回生モードを実行する。この還流・回生モードではＳＲモータ１１に生じる発電電力をバッテリＢＴに戻す制御が行われるが、ステップＳＴ８の処理により、制動モードにおいて一気に制動時のモータの最大電流に達することがないため、図示例のように電動カートに用いた場合にエンジンブレーキ使用時の制動トルクの発生が緩やかに上昇し得ることから運転操作性が向上する。また、パワー回路４のパワー素子の負担も軽減されるため、不必要に大容量の素子を用いることなく、回路を低コスト化し得る。

なお、図示例では動作モード判別部６５にあっては、電流指令値検出部５１からの信号すなわちアクセル操作信号のみに基づいて各モードを判別するようにしたが、回転速度検出部５３による回転速度信号を図１の二点鎖線で示されるように動作モード判別部６５に供給して、動作モード判別部６５ではアクセル操作信号と回転速度信号とに基づいて各モードを判別するようにしても良い。これにより、より一層きめ細かなモード判別を行うことができ、走行性能が向上し得る。

本発明にかかるスイッチドリラクタンスモータの制御装置は、一気に制動力を発生させる場合の急激な発電電力の上昇を抑制する効果を有し、スイッチドリラクタンスモータを用いた電動装置等として有用である。

本発明が適用された電動カートに搭載される駆動モータ制御装置の概略ブロック図である。 進角マップを示す図である。 通電角マップを示す図である。 本発明に基づく制御を示すフロー図である。 本発明に基づく電流値を設定するマップを示す図である。 （ａ）は従来の回転速度に対する電流指令値のマップデータを示す図であり、（ｂ）は（ａ）による制動トルクを示す図である。 従来の電流値を設定するマップを示す図である。

符号の説明

１４ 制御装置
１１ スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
１２ 駆動装置
１４ 電流出力検出部
５３ 回転速度検出部
５７ 制動マップ記憶部
６２ 電流検出部
６３ 電流制御部、６３ａ 駆動電流比較部、６３ｂ 制動電流比較部
６４ ＰＷＭ信号出力部
６５ 動作モード判別部
６６ 駆動信号発生部
６７ａ フリーラン信号発生部
６８ 制動信号発生部

Claims (7)

1. ロータとステータとを有するスイッチドリラクタンスモータと、
   前記スイッチドリラクタンスモータのステータに駆動電流を供給するモータ駆動回路とを備えた装置を制御するスイッチドリラクタンスモータの制御装置であって、
   前記モータ駆動回路から前記ステータに流れる電流の電流値を検出し、電流値信号を発生する電流検出手段と、
   前記スイッチドリラクタンスモータの目標出力となる前記電流の目標値信号を発生する目標出力値設定手段と、
   パルス幅変調されたＰＷＭ信号を前記モータ駆動回路へ供給する前記ＰＷＭ出力信号発生手段と、
   前記目標出力値設定手段から目標値信号が供給され、目標値信号が予め定められた第１の基準信号を越えていない場合には制動モード信号を発生し、目標値信号が前記第１の基準信号と予め定められかつ前記第１の基準信号より大きい第２の基準信号との間の場合にはフリーランモード信号を発生し、目標値信号が前記第２の基準信号を越えている場合には駆動モード信号を発生する動作モード判別手段と、
   前記動作モード判別手段から前記駆動モード信号が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に基づいて駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   前記駆動信号発生手段から駆動信号が供給されると共に、前記電流検出手段から電流値信号が供給され、両者を比較して、第１の比較信号を発生する第１の電流比較手段と、
   前記動作モード判別手段から前記フリーランモード信号が供給されることにより、前記ＰＷＭ出力信号発生手段が発生するＰＷＭ信号の発生を停止させる停止信号を発生するフリーラン信号発生手段と、
   前記動作モード判別手段から前記制動モード信号が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に基づいて制動信号を発生する制動信号発生手段と、
   前記制動信号発生手段から制動信号が供給されると共に、前記電流検出手段から電流値信号が供給され、両者を比較して、第２の比較信号を発生する第２の電流比較手段と、
   前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路に供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号の基準値を、前記第１の比較信号及び前記第２の比較信号に基づいて演算するＰＷＭ信号演算手段とを備えていることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
2. 前記スイッチドリラクタンスモータのロータの回転位置を検出し、回転位置信号を発生する回転位置検出手段と、
   前記回転位置検出手段からの回転位置信号が供給されると共に、前記回転位置信号から回転角度信号を発生する回転角度出力手段と、
   前記回転角度出力手段からの回転角度信号が供給されると共に、前記回転角度信号から回転速度信号を出力する回転速度出力手段とを有し、
   前記制動信号発生手段が発生する制動信号の最大値を、前記回転速度出力手段から供給される回転速度信号に基づいて決定し、前記制動信号の最大値を出力する最大電流値決定手段とを有し、
   前記制動信号発生手段が、前記動作モード判別手段から前記制動モード信号が供給され、並びに前記最大電流値決定手段からの前記制動信号の最大値が供給されることにより、前記目標出力値設定手段が発生する目標値信号に応じて前記制動信号の最大値まで前記制動信号を漸増させて出力することを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
3. 前記回転角度信号と前記回転速度信号と前記駆動信号とが供給されることにより、前記回転速度信号に基づき、かつ前記第１の比較信号に基づいて前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路へ供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号のタイミングを決定する第１のタイミング信号を前記ＰＷＭ出力信号発生手段へ供給する第１の通電タイミング手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
4. 前記回転角度信号と前記回転速度信号と前記制動信号とが供給されることにより、前記回転速度信号に基づき、かつ前記第２の比較信号に基づいて前記ＰＷＭ出力信号発生手段から前記モータ駆動回路へ供給される前記パルス幅変調されたＰＷＭ信号のタイミングを決定する第２のタイミング信号を前記ＰＷＭ出力信号発生手段へ供給する第２の通電タイミング手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
5. 前記回転速度信号に対応した通電角及び進角の少なくとも一方のデータを予め記憶する複数のマップと、前記複数のマップのうちの１つのマップのデータを前記第１の通電タイミング手段に供給するべく当該１つマップを選択する駆動マップ選択手段とを有していることを特徴とする請求項３に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
6. 前記回転速度信号に対応した通電角及び進角の少なくとも一方のデータを予め記憶する複数のマップと、前記複数のマップのうちの１つのマップのデータを前記第２の通電タイミング手段に供給するべく当該１つマップを選択する制動マップ選択手段とを有していることを特徴とする請求項４に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。
7. 前記回転速度信号に対応した最大電流値のデータを予め記憶する複数の最大電流値マップと、前記複数の最大電流値マップのうちの１つのマップのデータを前記最大電流値決定手段に供給するべく当該１つのマップを選択する電流値マップ選択手段とを有していることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。

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