JP2010074878A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】リップル電流によるコンデンサの発熱を抑制することができ、コンデンサを小型化することができるモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】ＳＲモータの駆動回路は、電源Ｖｄｃと並列接続されているコンデンサＣ１を含み、略同一タイミングで励磁される複数のコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４のそれぞれに別個に電流を流すように構成される。このとき、この駆動回路は、複数のコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる電流をそれぞれ別個の複数の電流制御指令値によって制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、略同一タイミングで励磁される複数のコイルを有するモータを駆動するモータ駆動回路に関する。

近年、電気自動車に用いられるパワーエレクトロニクス部品に対する小型化の要求がますます高まっている。これに応じて、個々の部品の小型化のみならず、従来は別々の場所においてそれぞれ別個のケースに収められていたモータとインバータとを一体化する小型化構造が検討されている。

また、このような一体化構造が進化した形として、モータの各コイルの直近に小型スイッチ素子を設け、各コイルを個別駆動するモータ・インバータ一体化構造も実用化されている。

このようなモータ・インバータ一体化構造を考えたとき、上述したスイッチ素子や、電源と並列接続されるコンデンサをどのように配置するかが課題となっている。特に、コンデンサは、スイッチ素子に比べて立体的な構造でサイズが大きく、モータ・インバータ一体化構造の実現を困難にする大きな要因になっている。

ここで、コンデンサのサイズは、リップル電流によって大きくなる。したがって、このリップル電流を低減することにより、コンデンサの小型化を図ることが考えられる。

リップル電流を低減する方法としては、例えば特許文献１に記載された技術のように、２つのモータをそれぞれ別個のインバータによって駆動し、コンデンサを共通化する回路構成において、２つのインバータのスイッチング周期を合わせるものが提案されている。
特開２００２−８４７９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、２つのモータを駆動する場合のみに用途が限られる上に、これら２つのモータが同じ大きさの電流を流していない場合には、コンデンサに流れるリップル電流低減の効果が低くなるという問題があった。また、従来のインバータ構成では、スイッチ素子が少なく、制御によってリップル電流を低減することができないため、コンデンサの小型化を図ることが困難であるという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、リップル電流によるコンデンサの発熱を抑制することができ、コンデンサを小型化することができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

本発明にかかるモータ用駆動回路は、電源と並列接続されているコンデンサを含み、略同一タイミングで励磁される複数のコイルのそれぞれに対して別個に電流を流すコイル駆動回路を制御手段によって制御する際に、複数のコイルに流れる電流をそれぞれ別個の複数の電流制御指令値によって制御することで、上述の課題を解決する。

本発明にかかるモータ駆動回路によれば、各コイルに流れる電流が重畳されたコンデンサのリップル電流を高周波化且つ低ピーク化することができるので、リップル電流によるコンデンサの発熱を抑制することができ、コンデンサを小型化することができる。

以下、本発明の好適な実施形態としてのモータ駆動回路について具体的に説明する。なお、ここでは、モータとして、ロータ側に永久磁石やコイルを必要とせず構造が簡便且つ堅牢であり、電気自動車に使用されるモータとして着目されているスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという。）に本発明を適用した例について説明する。

［第１実施形態］
［比較例としてのＳＲモータの駆動回路の構成］
まず、本発明と従来技術との差異を明確にするために、本発明の実施形態として示すＳＲモータの駆動回路の説明に先立って、本発明に対する比較例として従来のＳＲモータの駆動回路について説明する。

図１に、３相のＳＲモータの比較例としての駆動回路の構成を示し、図２（Ａ）に、ＳＲモータの回転軸方向に対して垂直な方向の断面図を示す。

ＳＲモータは、ステータに設けられた突極部に集中巻されたコイルに、ロータの位置情報に基づいて電流を供給することによって生じる連続的な磁気吸引力により、回転運動を作り出すものである。具体的には、ＳＲモータは、図２（Ａ）に示すように、積層した電磁素鋼板から構成されるステータ１と、積層した電磁素鋼板の内部に永久磁石を埋設して構成されるロータ２とを備える。

ステータ１には、ロータ２の側に臨むように突出する複数の突極部（ステータティース）３が設けられる。ロータ２には、ステータ１の側に臨むように突出する複数の突極部（ロータティース）４が設けられている。なお、図２（Ａ）においては、ステータ１に１２極の突極部３が設けられ、ロータ２に８極の突極部４が設けられている様子を示している。また、ステータ１の突極部３には、それぞれ、インバータ制御によって通電されて磁束を発生させるコイル５が巻回されている。すなわち、図２（Ａ）においては、１２個のコイル５が設けられている様子を示している。

これらのコイル５は、図１に示すように、略同一タイミングで励磁される４つの並列接続されたコイルＵＬ，ＶＬ，ＷＬのそれぞれに対して、２つのスイッチ素子ＳＷと２つのダイオードＤとを接続して構成される。

すなわち、Ｕ相の４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４には、２つのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２と、２つのダイオードＤ１，Ｄ２とが接続されている。Ｖ相の４つのコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４には、２つのスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４と、２つのダイオードＤ３，Ｄ４とが接続されている。Ｗ相の４つのコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４には、２つのスイッチ素子ＳＷ５，ＳＷ６と、２つのダイオードＤ５，Ｄ６とが接続されている。

［比較例としてのＳＲモータの駆動回路の動作］
このような比較例としての駆動回路においては、Ｕ相の４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４を励磁する場合には、図示しない制御手段の制御に従って、これらコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に接続されたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン状態とする。また、Ｕ相の４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４を消磁（回生）する場合には、これらスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態とする。更に、比較例としての駆動回路においては、Ｕ相の４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる電流を還流させる場合には、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のうちいずれか一方をオン状態とする。

同様に、比較例としての駆動回路においては、Ｖ相の４つのコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４を励磁する場合には、図示しない制御手段の制御に従って、これらコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４に接続されたスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４をオン状態とする。また、Ｖ相の４つのコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４を消磁（回生）する場合には、これらスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４をオフ状態とする。更に、比較例としての駆動回路においては、Ｖ相の４つのコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４に流れる電流を還流させる場合には、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４のうちいずれか一方をオン状態とする。

さらに、比較例としての駆動回路においては、Ｗ相の４つのコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４を励磁する場合には、図示しない制御手段の制御に従って、これらコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４に接続されたスイッチ素子ＳＷ５，ＳＷ６をオン状態とする。また、Ｗ相の４つのコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４を消磁（回生）する場合には、これらスイッチ素子ＳＷ５，ＳＷ６をオフ状態とする。更に、比較例としての駆動回路においては、Ｗ相の４つのコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４に流れる電流を還流させる場合には、スイッチ素子ＳＷ５，ＳＷ６のうちいずれか一方をオン状態とする。

このような比較例としての駆動回路においては、図２（Ｂ）に示すように、ステータ１の突極部３とロータ２の突極部４同士が対向し始めるロータ角度を励磁開始角度θ_ONとし、図２（Ｃ）に示すように、ステータ１の突極部３とロータ２の突極部４同士が完全に対向するロータ角度よりも手前に励磁停止角度θ_OFFを設定する。駆動回路は、ロータ２が励磁開始角度θ_ONから励磁停止角度θ_OFFまでの間の角度に位置するときにコイル５に対して通電することにより、トルクを発生させる。

また、比較例としての駆動回路においては、以下のようにして電流制御を行う。

ＳＲモータにおいては、できる限り矩形波に近い電流を流すことにより、トルクのリップルを抑制する。この矩形波電流の制御には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式とヒステリシスコンパレータ方式とが一般に用いられるが、コイル５のインダクタンスが非線形性を示すような大電流を流した場合には、周波数が固定されたＰＷＭ方式では制御しにくいため、後者のヒステリシスコンパレータ方式によって制御するのが通常である。

図３に、ヒステリシスコンパレータ制御による電流制御の例を示す。なお、ここでは、図１に示す比較例としての駆動回路において、Ｕ相のコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４を励磁する場合について示している。

まず、比較例としての駆動回路においては、ロータ２の角度が励磁開始角度θ_ONに位置するときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン状態とする。そして、比較例としての駆動回路においては、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる合計電流が第１の電流制御指令値Ｉ₁に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１をオフ状態とする。

これにより、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる合計電流は、スイッチ素子ＳＷ２及びダイオードＤ２を介して還流され、その電流値が緩やかに減少する。また、比較例としての駆動回路においては、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる合計電流が第１の電流制御指令値Ｉ₁よりも小さい第２の電流制御指令値Ｉ₂に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１を再度オン状態とする。これにより、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４は励磁され、その合計電流は急速に増加する。比較例としての駆動回路においては、このような動作を繰り返し行い、ロータ２の角度が励磁停止角度θ_OFFに到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態とする。これにより、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４の電流は、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して、電源Ｖｄｃに回生される。なお、比較例としての駆動回路において、Ｖ相及びＷ相のコイルを励磁する場合についても、同様の動作を行うことになる。

このような動作を行う比較例としての駆動回路は、コンデンサＣ１が電源Ｖｄｃと並列接続されているので、リップル電流による発熱が生じやすい。すなわち、コンデンサＣ１は、電源Ｖｄｃによっては入出力しにくい急峻な変化を呈する電流を当該電源Ｖｄｃの代わりに入出力することにより、直流電圧の安定化を図っている。比較例としての駆動回路は、図３に示すように、スイッチ素子ＳＷ１によるスイッチング動作を行っている期間では、急峻な電流変化が断続するので、この電流の大半がリップル電流としてコンデンサＣ１に流れることになる。このようなリップル電流は、コンデンサＣ１の発熱原因となる。したがって、コンデンサＣ１を小型化するにあたっては、このリップル電流による発熱を抑制する必要がある。

［本発明の実施形態として示すＳＲモータの駆動回路の構成］
以上のような比較例としての駆動回路に対して、本発明の実施形態として示す駆動回路においては、以下のようにして電流制御を行うことにより、リップル電流によるコンデンサＣ１の発熱を抑制する。

図１の示した駆動回路は、同一相を構成する４つのコイルに対して、２つのスイッチ素子ＳＷと２つのダイオードＤとを接続することにより、これら４つのコイルに流れる電流を一括して制御するものであった。

これに対して、本発明の実施形態として示すＳＲモータの駆動回路は、図４に示すように、同一相を構成する４つのコイルのそれぞれに対して、２つのスイッチ素子ＳＷと２つのダイオードＤとを接続し、別個に電流を制御するように構成される。

すなわち、Ｕ相の４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４のうち、コイルＵＬ１には、２つのスイッチ素子ＵＳＷ１，ＵＳＷ２と、２つのダイオードＵＤ１，ＵＤ２とが接続されており、コイルＵＬ２には、２つのスイッチ素子ＵＳＷ３，ＵＳＷ４と、２つのダイオードＵＤ３，ＵＤ４とが接続されており、コイルＵＬ３には、２つのスイッチ素子ＵＳＷ５，ＵＳＷ６と、２つのダイオードＵＤ５，ＵＤ６とが接続されており、コイルＵＬ４には、２つのスイッチ素子ＵＳＷ７，ＵＳＷ８と、２つのダイオードＵＤ７，ＵＤ８とが接続されている。

同様に、Ｖ相の４つのコイルＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４のうち、コイルＶＬ１には、２つのスイッチ素子ＶＳＷ１，ＶＳＷ２と、２つのダイオードＶＤ１，ＶＤ２とが接続されており、コイルＶＬ２には、２つのスイッチ素子ＶＳＷ３，ＶＳＷ４と、２つのダイオードＶＤ３，ＶＤ４とが接続されており、コイルＶＬ３には、２つのスイッチ素子ＶＳＷ５，ＶＳＷ６と、２つのダイオードＶＤ５，ＶＤ６とが接続されており、コイルＶＬ４には、２つのスイッチ素子ＶＳＷ７，ＶＳＷ８と、２つのダイオードＶＤ７，ＶＤ８とが接続されている。

さらに、Ｗ相の４つのコイルＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４のうち、コイルＷＬ１には、２つのスイッチ素子ＷＳＷ１，ＷＳＷ２と、２つのダイオードＷＤ１，ＷＤ２とが接続されており、コイルＷＬ２には、２つのスイッチ素子ＷＳＷ３，ＷＳＷ４と、２つのダイオードＷＤ３，ＷＤ４とが接続されており、コイルＷＬ３には、２つのスイッチ素子ＷＳＷ５，ＷＳＷ６と、２つのダイオードＷＤ５，ＷＤ６とが接続されており、コイルＷＬ４には、２つのスイッチ素子ＷＳＷ７，ＷＳＷ８と、２つのダイオードＷＤ７，ＷＤ８とが接続されている。

［本発明の実施形態として示すＳＲモータの駆動回路の動作］
このような駆動回路においては、以下のようにして電流制御を行う。

図５に、ヒステリシスコンパレータ制御による電流制御の例を示す。なお、ここでは、図４に示す駆動回路において、Ｕ相のコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４を励磁する場合について示している。

駆動回路は、基本的には、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に対する通電立ち上がり時のみ、図示しない制御手段により、複数の電流制御指令値を用い、これら複数の電流制御指令値をロータ２の角度に応じて設定する。

すなわち、駆動回路は、ロータ２の角度が励磁開始角度θ_ONに位置するときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＵＳＷ１，ＵＳＷ２，ＵＳＷ３，ＵＳＷ４，ＵＳＷ５，ＵＳＷ６，ＵＳＷ７，ＵＳＷ８をオン状態とする。そして、駆動回路は、ロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルＵＬ１，ＵＬ３に流れる合計電流、及び、同じくロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルＵＬ２，ＵＬ４に流れる合計電流が第１の電流制御指令値Ｉ₁に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオフ状態とする。すなわち、駆動回路は、この時点まではＵ相の全てのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に同一の電流を流すように制御する。

続いて、駆動回路は、コイルＵＬ１，ＵＬ３の励磁タイミングと、コイルＵＬ２，ＵＬ４の励磁タイミングとをずらすため、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４のそれぞれを別個の電流制御指令値によって制御する。すなわち、駆動回路は、コイルＵＬ１，ＵＬ３に流れる合計電流が第１の電流制御指令値Ｉ₁よりも小さい第２の電流制御指令値Ｉ₂に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ５を再度オン状態とする。また、コイルＵＬ２，ＵＬ４に流れる合計電流が第１の電流制御指令値Ｉ₁よりも小さく且つ第２の電流制御指令値Ｉ₂とは異なる第３の電流制御指令値Ｉ₃に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ７を再度オン状態とする。これにより、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４は励磁され、その合計電流は急速に増加する。なお、ここでは、第２の電流制御指令値Ｉ₂と第３の電流制御指令値Ｉ₃との関係をＩ₂＜Ｉ₃とした場合について示している。

なお、駆動回路は、この時刻以降では第３の電流制御指令値Ｉ₃による制御は行わない。すなわち、駆動回路においては、コイルＵＬ１，ＵＬ３に流れる合計電流及びコイルＵＬ２，ＵＬ４に流れる合計電流が、共に、第１の電流制御指令値Ｉ₁に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＵＳＷ１，ＵＳＷ３，ＵＳＷ５，ＵＳＷ７をオフ状態とし、コイルＵＬ１，ＵＬ３に流れる合計電流及びコイルＵＬ２，ＵＬ４に流れる合計電流が、共に、第２の電流制御指令値Ｉ₂に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＵＳＷ１，ＵＳＷ３，ＵＳＷ５，ＵＳＷ７をオン状態とする。

駆動回路においては、このような動作を繰り返し行い、ロータ２の角度が励磁停止角度θ_OFFに到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、スイッチ素子ＵＳＷ１，ＵＳＷ２，ＵＳＷ３，ＵＳＷ４，ＵＳＷ５，ＵＳＷ６，ＵＳＷ７，ＵＳＷ８をオフ状態とする。これにより、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４の電流は、ダイオードＵＤ１，ＵＤ２，ＵＤ３，ＵＤ４，ＵＤ５，ＵＤ６，ＵＤ７，ＵＤ８を介して、電源Ｖｄｃに回生される。なお、駆動回路において、Ｖ相及びＷ相のコイルを励磁する場合についても、同様の動作を行うことになる。

このような動作を行う駆動回路は、電源Ｖｄｃと並列接続されているコンデンサＣ１に、比較例としての駆動回路の場合とは異なる電流が流れる。

すなわち、先に図３に示した比較例としての制御方法においては、全てのコイルに同一タイミングで電流が流れるので、コンデンサＣ１に流れるリップル電流も、そのピーク値が大きくなる。

一方、本発明の実施の形態として示す駆動回路においては、図５に示すように、２つのコイルずつ異なるタイミングで電流が流れるので、コンデンサＣ１に流れるリップル電流のピーク値が小さく、さらにその周期が小刻みなものとなり、周波数を高めることができる。

ここで、アルミ電解コンデンサの等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance；ＥＳＲ）は、リップル電流の周波数が高周波になると減少する特性を有する。そのため、低周波のリップル電流と高周波のリップル電流とでは、同じ電流値であっても、高周波の方がコンデンサの温度上昇が低くなる。したがって、本発明の実施の形態として示す駆動回路においては、コンデンサＣ１に流れるリップル電流を高周波化することにより、リップル電流による発熱を抑制することができ、その結果として、コンデンサＣ１の小型化を図ることができる。

ところで、この第１実施形態では、ロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルに対して、同じ電流制御指令値を用いて制御を行うものとして説明したが、駆動回路は、対称に位置するコイルの電流波形を一致させるようにしてもよい。

これにより、駆動回路によれば、これらロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルがそれぞれロータ２を引き合う力に均衡がとれるので、回転トルクのムラを抑制することができる。

また、この第１実施形態では、ロータ２の角度が励磁開始角度θ_ONを過ぎて１回目の励磁の終了後、すなわち、１回目の消磁を停止させるために、第３の電流制御指令値Ｉ₃を設定しているが、駆動回路においては、第３の電流制御指令値Ｉ₃による制御タイミングを変更し、例えば図６中タイミングＡで示すように、励磁時にコイルＵＬ２，ＵＬ４の合計電流が第３の電流制御指令値Ｉ₃に到達したときに、図示しない制御手段の制御に従って、コイルＵＬ２，ＵＬ４の励磁を停止するようにしてもよい。

これにより、駆動回路によれば、それ以降、コイルＵＬ２，ＵＬ４の励磁及び消磁タイミングと、コイルＵＬ１，ＵＬ３の励磁及び消磁タイミングとがずれるので、上述したように、コンデンサＣ１に流れるリップル電流のピーク値が小さく、さらにその周期が小刻みなものとなり、周波数を高めることができる。

さらに、駆動回路においては、例えば図７に示すように、ロータ２が励磁開始角度θ_ONから励磁停止角度θ_OFF未満の所定角度θ_Tまでの間の角度に位置するときに、図示しない制御手段の制御に従って、コイルＵＬ２，ＵＬ４に対する励磁停止制御を第１の電流制御指令値Ｉ₁の代わりに第３の電流制御指令値Ｉ₃を用いて行い、所定角度θ_Tから励磁停止角度θ_OFFまでの間の角度に位置するときに、図示しない制御手段の制御に従って、コイルＵＬ２，ＵＬ４に対する励磁停止制御に用いる電流制御指令値を第３の電流制御指令値Ｉ₃から第１の電流制御指令値Ｉ₁に戻すようにしてもよい。これと同様に、駆動回路は、ロータ２の角度が同じ角度範囲に位置するときに、図示しない制御手段の制御に従って、消磁停止制御のための第２の電流制御指令値Ｉ₂を第３の電流制御指令値Ｉ₃に置き換えてもよい。

このように、駆動回路においては、第３の電流制御指令値Ｉ₃を用いるべきか否かを、電流値そのものから判定する必要がなくなり、制御を容易にすることができる。

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の第１実施形態として示した駆動回路は、略同一タイミングで励磁される複数のコイルのそれぞれに別個に電流を流すことが可能に構成され、図示しない制御手段により、複数のコイルに流れる電流をそれぞれ別個の複数の電流制御指令値によって制御する。

これにより、この駆動回路によれば、１つのモータで各コイル電流波形を不一致とすることができる。したがって、この駆動回路によれば、各コイルに流れる電流が重畳されたコンデンサＣ１のリップル電流を、比較例と比較して高周波化且つ低ピーク化することができるので、リップル電流によるコンデンサＣ１の発熱を抑制することができ、コンデンサＣ１を小型化することができる。

また、この駆動回路は、ＳＲモータを制御対象とすることができる。これにより、この駆動回路によれば、他種のモータに比べてコンデンサＣ１に流れるリップル電流が大きくコンデンサＣ１の小型化が困難であるというＳＲモータに特有の問題を解消することができる。

さらに、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、複数のコイルの励磁を停止するための電流制御指令値を複数設定することにより、消磁側の電流制御指令値を設定する必要がなく、制御マップを単純に構成することができる。

さらにまた、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、複数のコイルの消磁を停止するための電流制御指令値を複数設定することにより、励磁側の電流制御指令値を設定する必要がなく、制御マップを単純に構成することができる。

また、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、複数のコイルに対する通電立ち上がり時のみ、複数の電流制御指令値によって当該コイルに流れる電流を制御することにより、複数の電流制御指令値によって一旦各コイルに流れる電流の波形をずらした後、電流制御指令値を統一することができるため、制御ロジックを簡単なものにすることができる。このとき、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、複数の電流制御指令値をロータ２の角度に応じて設定することにより、制御ロジックの切り替えを複雑な演算を行うことなく容易に行うことができる。

さらに、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、ロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルに、同一の電流制御指令値を用いて制御することにより、これらロータ２の回転軸に対して対称に位置するコイルの電流波形が一致し、これらコイルがそれぞれロータ２を引き合う力に均衡がとれるので、回転トルクのムラを抑制することができる。

［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。

この第２実施形態は、第１実施形態のように、全てのコイルにソフトチョッピングによる電流制御を行うのではなく、全てのコイル又は一部のコイルにハードチョッピングによる電流制御を行うものである。したがって、この第２実施形態においては、第１実施形態にて説明した部位と同一部位については、それぞれ、同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

［本発明の実施形態として示すＳＲモータの駆動回路の構成及び動作］
この駆動回路は、先に図４に示した構成とされ、図２（Ａ）に示したＳＲモータを制御対象とする。この駆動回路においては、以下のようにして電流制御を行う。

図８に、電流制御指令値を第１実施形態と同様に設定することを前提として、４つのコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４のうち、２つのコイルＵＬ２，ＵＬ４の電流をハードチョッピングによって制御する場合の電流波形の例を示す。なお、ここでは、図４に示す駆動回路において、Ｕ相のコイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４を励磁する場合について示している。

この場合、コイルＵＬ２，ＵＬ４の消磁時間は短くなる。そのため、これらコイルＵＬ２，ＵＬ４に流れる電流の波形は、コイルＵＬ１，ＵＬ３に流れる電流の波形とは異なるものとなる。第１実施形態においても述べたように、コンデンサＣ１に流れるリップル電流は、コイルＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４に流れる電流の重ねあわせに依存する。

そのため、この駆動回路は、断続して大きな電流が流れる比較例としてのＳＲモータの駆動回路のコンデンサに流れるリップル電流と比較して、コンデンサＣ１に流れるリップル電流を高周波化且つ低ピーク化することができる。

したがって、この駆動回路においては、第１実施形態と同様に、リップル電流によるコンデンサＣ１の発熱を抑制することができ、コンデンサＣ１を小型化することができる。

なお、この駆動回路は、図８に示すように、タイミングによってはコンデンサＣ１に大きな電流が流れるが、これは一過性のものであり、コンデンサＣ１の発熱への寄与は小さい。駆動回路においては、むしろ全体としてリップル電流を低減して高周波化することにより、コンデンサＣ１の発熱を抑制することができ、コンデンサＣ１の小型化を図ることができる。

また、この駆動回路は、図示しない制御手段の制御に従って、複数のコイルのうち一部のコイルに対する制御を、ロータ２の回転角度に応じて、ソフトチョッピングによる電流制御からハードチョッピングによる電流制御に切り替えたり、ハードチョッピングによる電流制御からソフトチョッピングによる電流制御に切り替えたりするようにしてもよく、これにより、ソフトチョッピング又はハードチョッピングの切り替えのロジックを容易にすることができる。

［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明の第２実施形態として示した駆動回路は、図示しない制御手段により、複数のコイルの全てにハードチョッピングによる電流制御を行う、又は、複数のコイルのうちの一部のコイルにソフトチョッピングによる電流制御を行うと共に他のコイルにハードチョッピングによる電流制御を行う。

これにより、この駆動回路によれば、各コイル電流の還流が主体のソフトチョッピングによる電流制御に比べて、各コイルの電流の重ねあわせをより多くのタイミングで行わせることができるので、コンデンサＣ１に流れるリップル電流を平準化しやすくすることができる。

また、この駆動回路によれば、図示しない制御手段の制御に従って、複数のコイルのうち一部のコイルに対する制御を、ロータ２の回転角度に応じて、ソフトチョッピングによる電流制御からハードチョッピングによる電流制御に切り替える、又は、ハードチョッピングによる電流制御からソフトチョッピングによる電流制御に切り替えることにより、ソフトチョッピング又はハードチョッピングの切り替えのロジックを容易にすることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施の形態に限定されることはなく、この実施の形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

比較例としてのＳＲモータの駆動回路の構成について示す図である。 （Ａ）はＳＲモータの構成について示す図であり、ＳＲモータの回転軸方向に対して垂直な方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＳＲモータの励磁開始角度について説明するための図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＳＲモータの励磁停止角度について説明するための図である。 比較例としてのＳＲモータの駆動回路による電流制御について説明するための図であり、コイルのインダクタンス、スイッチ素子の動作、コイルに流れる合計電流波形、及びコンデンサに流れる電流波形について示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態として示すＳＲモータの駆動回路の構成について示す図である。 本発明の第１実施形態として示すＳＲモータの駆動回路による電流制御について説明するための図であり、コイルのインダクタンス、スイッチ素子の動作、コイルに流れる合計電流波形、及びコンデンサに流れる電流波形について示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態として示すＳＲモータの駆動回路による電流制御について説明するための図であり、励磁時に電流制御指令値による制御タイミングを変更する様子を示す図である。 本発明の第１実施形態として示すＳＲモータの駆動回路による電流制御について説明するための図であり、電流制御指令値を変更するロータ角度について説明するための図である。 本発明の第２実施形態として示すＳＲモータの駆動回路による電流制御について説明するための図であり、コイルのインダクタンス、スイッチ素子の動作、コイルに流れる合計電流波形、及びコンデンサに流れる電流波形について示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ ステータ
２ ロータ
３，４ 突極部
５，ＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４，ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＬ４，ＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３，ＷＬ４ コイル
Ｃ１ コンデンサ
Ｉ₁ 第１の電流制御指令値
Ｉ₂ 第２の電流制御指令値
Ｉ₃ 第３の電流制御指令値
ＵＤ１，ＵＤ２，ＵＤ３，ＵＤ４，ＵＤ５，ＵＤ６，ＵＤ７，ＵＤ８，ＶＤ１，ＶＤ２，ＶＤ３，ＶＤ４，ＶＤ５，ＶＤ６，ＶＤ７，ＶＤ８，ＷＤ１，ＷＤ２，ＷＤ３，ＷＤ４，ＷＤ５，ＷＤ６，ＷＤ７，ＷＤ８ ダイオード
ＵＳＷ１，ＵＳＷ２，ＵＳＷ３，ＵＳＷ４，ＵＳＷ５，ＵＳＷ６，ＵＳＷ７，ＵＳＷ８，ＶＳＷ１，ＶＳＷ２，ＶＳＷ３，ＶＳＷ４，ＶＳＷ５，ＶＳＷ６，ＶＳＷ７，ＶＳＷ８，ＷＳＷ１，ＷＳＷ２，ＷＳＷ３，ＷＳＷ４，ＷＳＷ５，ＷＳＷ６，ＷＳＷ７，ＷＳＷ８ スイッチ素子
θ_ON 励磁開始角度
θ_OFF 励磁停止角度
θ_T 角度

Claims (9)

1. 略同一タイミングで励磁される複数のコイルを有するモータを駆動するモータ駆動回路において、
   電源と並列接続されているコンデンサを含み、前記複数のコイルのそれぞれに別個に電流を流すコイル駆動回路と、
   前記複数のコイルに流れる電流をそれぞれ別個の複数の電流制御指令値によって制御するように、前記コイル駆動回路を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記制御手段は、前記複数のコイルの励磁を停止するための前記電流制御指令値を複数設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記制御手段は、前記複数のコイルの消磁を停止するための前記電流制御指令値を複数設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動回路。
5. 前記制御手段は、前記複数のコイルに対する通電立ち上がり時のみ、前記複数の電流制御指令値によって当該コイルに流れる電流を制御するように、前記コイル駆動回路を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のモータ駆動回路。
6. 前記制御手段は、前記複数の電流制御指令値を前記モータのロータの角度に応じて設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のモータ駆動回路。
7. 前記制御手段は、前記モータのロータの回転軸に対して対称に位置するコイルに、同一の電流制御指令値を用いて制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のモータ駆動回路。
8. 前記制御手段は、前記複数のコイルの全てに対してハードチョッピングによる電流制御を行う、又は、前記複数のコイルのうちの一部のコイルに対してソフトチョッピングによる電流制御を行うと共に他のコイルに対してハードチョッピングによる電流制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のモータ駆動回路。
9. 前記制御手段は、前記複数のコイルのうち一部のコイルに対する制御を、前記モータのロータの回転角度に応じて、ソフトチョッピングによる電流制御からハードチョッピングによる電流制御に切り替える、又は、ハードチョッピングによる電流制御からソフトチョッピングによる電流制御に切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のモータ駆動回路。

Images