JP2010093889A - Device for controlling switched reluctance motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device of an SR motor to obtain torque even in high-speed rotation. <P>SOLUTION: A control device of an SR motor selectively energizes multiple coils, provided in an SR motor 2, one ends of which are star-connected. In the control device, an inverter circuit 4 includes multiple half bridges each composed of two switching elements connected in series. The half bridges are connected in correspondence with the neutral point of the star connection and the other ends of the coils. An inverter control device 5 sequentially energizes the coils based on the SR rotor position, the value of current passing through the coils, and a current command value. When coils to be energized are changed, the inverter control device once turns off the switching elements of a half bridge connected to the neutral point and turns on the switching elements of those not connected to the neutral point of the half bridges. At least two of the coils are energized, to drive the SR motor 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a switched reluctance motor.

従来のSR(スイッチトリラクタンス)モータを駆動させるスイッチング素子を8つ備えるインバータ回路を用いてSRモータを駆動する技術がある(特許文献1及び特許文献2)。   There is a technique for driving an SR motor using an inverter circuit including eight switching elements for driving a conventional SR (switched reluctance) motor (Patent Document 1 and Patent Document 2).

図17は、従来例におけるSR(Switched reluctance)モータ装置9の構成を示す概略ブロック図である。SRモータ装置9は、コイルLu,Lv,Lwを有するSRモータ92と、インバータ回路94と、直流電源95とを有している。コイルLu,Lv,Lwは、一端が中性点93で結合されてスター結線されている。インバータ回路94は、2つのスイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ94a,94b,94c,94dを有している。一方のスイッチング素子は、ドレインが直流電源95の高電位側に接続され、ソースが他方のスイッチング素子のドレインに接続される。他方のスイッチング素子は、ソースが直流電源95の低電位側に接続される。   FIG. 17 is a schematic block diagram showing a configuration of an SR (Switched reluctance) motor device 9 in a conventional example. The SR motor device 9 includes an SR motor 92 having coils Lu, Lv, and Lw, an inverter circuit 94, and a DC power source 95. One end of each of the coils Lu, Lv, and Lw is coupled at a neutral point 93 and star-connected. The inverter circuit 94 includes half bridges 94a, 94b, 94c, and 94d in which two switching elements are connected in series. One switching element has a drain connected to the high potential side of the DC power supply 95 and a source connected to the drain of the other switching element. The other switching element has a source connected to the low potential side of the DC power supply 95.

ハーフブリッジ94a〜94dは、このように直列接続された2つのスイッチング素子を備えており、直流電源95に対して並列に接続されている。また、ハーフブリッジ94aにおいて、スイッチング素子NHとスイッチング素子NLとの接続点は、中性点93に接続されている。また、ハーフブリッジ94bにおいて、スイッチング素子UHとスイッチング素子ULとの接続点は、コイルLuの他端に接続されている。また、ハーフブリッジ94cにおいて、スイッチング素子VHとスイッチング素子VLとの接続点は、コイルLvの他端に接続されている。また、ハーフブリッジ94dにおいて、スイッチング素子WHとスイッチング素子WLとの接続点は、コイルLwの他端に接続されている。   The half bridges 94 a to 94 d include two switching elements connected in series as described above, and are connected in parallel to the DC power supply 95. In the half bridge 94a, the connection point between the switching element NH and the switching element NL is connected to a neutral point 93. In the half bridge 94b, the connection point between the switching element UH and the switching element UL is connected to the other end of the coil Lu. In the half bridge 94c, the connection point between the switching element VH and the switching element VL is connected to the other end of the coil Lv. In the half bridge 94d, the connection point between the switching element WH and the switching element WL is connected to the other end of the coil Lw.

図18は、従来例における通電角120度におけるインバータ回路94のスイッチング素子の通電タイミングチャートである。インバータ回路94は、図示するように、インバータ回路94が有するスイッチング素子NH,NL,UH,UL,VH,VL,WH,WLのオン・オフを次のように切り替える。スイッチの切り替えは、6つのステージ#1〜#6を順に切り替えながらコイルLu,Lv,Lwの順に通電して、ロータを回転させる。   FIG. 18 is an energization timing chart of the switching element of the inverter circuit 94 when the energization angle is 120 degrees in the conventional example. As illustrated, the inverter circuit 94 switches on / off of the switching elements NH, NL, UH, UL, VH, VL, WH, and WL included in the inverter circuit 94 as follows. The switch is switched by energizing the coils Lu, Lv, and Lw in this order while sequentially switching the six stages # 1 to # 6 to rotate the rotor.

ステージ#1では、スイッチング素子NH、ULをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子NH、コイルLu、スイッチング素子UL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。ステージ#2では、スイッチング素子VH,NLをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子VH、コイルLv、スイッチング素子NL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。ステージ#3では、スイッチング素子NH,WLをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子NH、コイルLw、スイッチング素子WL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。   In stage # 1, the switching elements NH and UL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element NH, the coil Lu, the switching element UL, and the DC power supply 95 in this order is formed. In stage # 2, switching elements VH and NL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element VH, the coil Lv, the switching element NL, and the DC power supply 95 in this order is formed. In stage # 3, the switching elements NH and WL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element NH, the coil Lw, the switching element WL, and the DC power supply 95 in this order is formed.

ステージ#4では、スイッチング素子UH,NLをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子UH、コイルLu、スイッチング素子NL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。ステージ#5では、スイッチング素子NH,VLをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子NH、コイルLv、スイッチング素子VL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。ステージ#6では、スイッチング素子WH,NLをオンにする。これにより、直流電源95、スイッチング素子WH、コイルLw、スイッチング素子NL、直流電源95の順に通電する回路が形成される。
なお、スイッチング素子は、オンのときに通電状態であり、オフのときに非通電状態である。
特開2007−28866号公報 特開2008−125321号公報
In stage # 4, switching elements UH and NL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element UH, the coil Lu, the switching element NL, and the DC power supply 95 in this order is formed. In stage # 5, the switching elements NH and VL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element NH, the coil Lv, the switching element VL, and the DC power supply 95 in this order is formed. In stage # 6, the switching elements WH and NL are turned on. As a result, a circuit that energizes the DC power supply 95, the switching element WH, the coil Lw, the switching element NL, and the DC power supply 95 in this order is formed.
Note that the switching element is in an energized state when it is on, and is in a non-energized state when it is off.
JP 2007-28866 A JP 2008-125321 A

上述のようにインバータ回路のスイッチング素子の制御を行うと、SRモータの回転数が高くなると、それぞれのU、V、W相に電流を流し始めてから十分に流れる前にロータが回転してしまい十分なトルクを得ることが困難であった。また、中性点93に接続されたスイッチング素子NH,NLは、他のスイッチング素子に比べ電流を流す時間が長く、更に、高回転時には電流量が増加して、他のスイッチング素子に比べ通電による発熱で高温になる。これにより、スイッチング素子の温度特性により、スイッチング素子に流す電流量が制限されてSRモータのトルクを得ることが妨げられるという問題がある。   When the switching element of the inverter circuit is controlled as described above, if the rotational speed of the SR motor increases, the rotor rotates sufficiently before the current starts flowing through the U, V, and W phases. It was difficult to obtain a proper torque. In addition, the switching elements NH and NL connected to the neutral point 93 have a longer time for current to flow than the other switching elements, and further, the amount of current increases at the time of high rotation, which is caused by energization compared to the other switching elements. High temperature due to heat generation. Accordingly, there is a problem in that the temperature characteristic of the switching element limits the amount of current flowing through the switching element and prevents the SR motor from obtaining torque.

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、SRモータが高回転時においても十分なトルクが得られるSRモータ装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an SR motor device capable of obtaining sufficient torque even when the SR motor is rotating at a high speed.

上記問題を解決するために、本発明は、一端がスター結線された複数のコイルに選択的に通電するスイッチトリラクタンスモータの制御装置であって、それぞれに還流ダイオードが並列接続された2つのスイッチング素子を直列に接続したハーフブリッジを複数備え、前記スター結線の中性点と、前記複数のコイルの他端とがそれぞれ対応する前記ハーフブリッジに備えられる前記2つのスイッチング素子の接続点に接続されたインバータ回路と、前記スイッチトリラクタンスモータのロータの位置と、前記複数のコイルそれぞれに流れる電流値と、前記スイッチトリラクタンスモータの目標出力に応じて定められる前記複数のコイルそれぞれに流す電流の電流値を示す電流指令値とに基づいて、前記複数のコイルに順に通電して前記スイッチトリラクタンスモータを駆動させるインバータ制御装置とを有し、前記インバータ制御装置は、前記ロータの回転軸周りの周方向に隣接する前記複数のコイルに順に通電すると共に、通電する前記コイルを切り替える際、前記中性点に接続された前記ハーフブリッジの通電中の前記スイッチング素子をオフにし、且つ、前記複数のハーフブリッジのうち前記中性点に接続されていない次に通電する前記コイルに対応するハーフブリッジの前記スイッチング素子をオンにして、前記複数のコイルのうち通電しているコイルと、次に通電する前記コイルとに同時に通電するオーバーラップ期間を設け、前記スイッチング素子の駆動信号もオーバーラップ期間を設けていることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置である。
このスイッチトリラクタンスモータの制御装置は、通電するコイルを切り替える際に、中性点が接続されたハーフブリッジに電流を流さない期間を設けると共に、当該期間において、次に通電するコイルへの通電を早める。
In order to solve the above problems, the present invention is a control device for a switched reluctance motor that selectively energizes a plurality of coils, one end of which is star-connected, each of which includes two switching diodes connected in parallel to each other. A plurality of half bridges in which elements are connected in series are provided, and the neutral point of the star connection and the other ends of the plurality of coils are respectively connected to connection points of the two switching elements provided in the corresponding half bridges. The inverter circuit, the position of the rotor of the switched reluctance motor, the current value flowing through each of the plurality of coils, and the current of the current flowing through each of the plurality of coils determined according to the target output of the switched reluctance motor And energizing the plurality of coils in order based on the current command value indicating the value. An inverter control device that drives a reluctance motor, and the inverter control device sequentially energizes the plurality of coils adjacent in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor, and switches the energized coils. The switching element that is energized by the half bridge connected to the neutral point is turned off, and the half corresponding to the coil that is energized next that is not connected to the neutral point among the plurality of half bridges. When the switching element of the bridge is turned on, an overlap period is provided in which the coil that is energized among the plurality of coils and the coil that is energized next are energized simultaneously, and the drive signal of the switching element is also the overlap period Is a control device for a switched reluctance motor.
When switching a coil to be energized, this switched reluctance motor control device provides a period in which no current flows through the half bridge to which the neutral point is connected, and energizes the next energized coil in that period. Advance.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記インバータ制御装置は、前記スイッチトリラクタンスモータの回転数と、前記電流指令値とに応じて進角及び通電角を示す進角・通電角信号を出力する進角・通電角算出部と、前記進角・通電角信号と、前記ロータ位置と、前記複数のコイルに流れる電流値と、前記電流指令値とに基づいて前記オーバーラップ期間を定め、前記複数のハーフブリッジに備えられた前記スイッチング素子のオン及びオフを切り替える通電タイミング出力部とを備えることを特徴とする。
ロータの回転速度と電流指令値とに応じて、インバータ回路のスイッチング素子のオン・オフを切り替えるタイミングを変更する。また、ロータの回転速度と電流指令値とに応じて、オーバーラップ期間を変更する。
Further, according to the present invention, in the above-described invention, the inverter control device includes an advance angle / energization angle signal indicating an advance angle and an energization angle in accordance with the rotational speed of the switched reluctance motor and the current command value. The overlap period is determined based on the advance angle / energization angle calculation unit that outputs, the advance angle / energization angle signal, the rotor position, the current value flowing through the plurality of coils, and the current command value. And an energization timing output unit for switching on and off of the switching elements provided in the plurality of half bridges.
The timing for switching on and off the switching elements of the inverter circuit is changed according to the rotational speed of the rotor and the current command value. Further, the overlap period is changed according to the rotational speed of the rotor and the current command value.

この発明によれば、通電するコイルを切り替える際、中性点に接続されたハーフブリッジのスイッチング素子に電流を流さずに、他のハーフブリッジのスイッチング素子を介して電流を流すことで、中性点に接続されたハーフブリッジのスイッチング素子の発熱を抑えることができ、当該スイッチング素子の温度特性により制限される電流量を増加させることができる(理由1)。   According to the present invention, when switching the coil to be energized, the current is passed through the switching element of the other half bridge without passing the current through the switching element of the half bridge connected to the neutral point. Heat generation of the half-bridge switching element connected to the point can be suppressed, and the amount of current limited by the temperature characteristics of the switching element can be increased (reason 1).

また、通電するコイルを切り替える際、通電されているコイルと、当該コイルのロータの回転方向に隣接するコイルとに通電するオーバーラップ期間を設けたことで、次に通電するコイルの通電時間を長くすることができる(理由2)。
上述の理由1及び理由2により、トルク発生に寄与する電流を流す期間を増加させて、高回転時においてもSRモータの出力トルクを増加させることが可能となる。
In addition, when switching the coil to be energized, by providing an overlap period for energizing the energized coil and the coil adjacent to the rotation direction of the rotor of the coil, the energization time of the next energized coil is lengthened. (Reason 2).
For the reasons 1 and 2 described above, it is possible to increase the output torque of the SR motor even at high speeds by increasing the period during which a current that contributes to torque generation flows.

以下、本発明の一実施形態によるモータ装置及びその動作を図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態によるモータ装置1の構成を示す概略ブロック図である。
モータ装置1は、SRモータ2と、直流電源31と、平滑化コンデンサ32と、インバータ回路4と、インバータ回路4を駆動するインバータ制御装置5とを有している。
Hereinafter, a motor device and its operation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the motor device 1 according to the present embodiment.
The motor device 1 includes an SR motor 2, a DC power supply 31, a smoothing capacitor 32, an inverter circuit 4, and an inverter control device 5 that drives the inverter circuit 4.

SRモータ2は、略円筒形状のステータ21と、ステータ21の内部に回転可能に配置されたロータ22とを備えている。ステータ21は、ステータコア23のステータ突極24に巻いた3相U,V,WのコイルLu,Lv,Lwを備えている。各コイルLu,Lv,Lwは、径方向で対向する各1対のステータ突極24に巻線を巻き回して形成される。
ロータ22は、出力軸25と、径方向に突出するロータ突極26とを備えている。出力軸25には、ロータ22の回転角度を検出する回転検出装置であるレゾルバ17が設けられている。
各コイルLu,Lv,Lwは、コイルの一端が中性点47で結合され、同電位になるようにスター結線されている。また、中性点47と、各コイルLu,Lv,Lwのコイルの他端それぞれとが、インバータ制御装置5と電気的に接続されている。また、各コイルのLu,Lv,Lwの他端それぞれには、SRモータ2に供給される各相の電流(巻線電流)を検出する電流センサ27が設けられている。
The SR motor 2 includes a substantially cylindrical stator 21 and a rotor 22 that is rotatably disposed inside the stator 21. The stator 21 includes three-phase U, V, and W coils Lu, Lv, and Lw wound around the stator salient poles 24 of the stator core 23. Each of the coils Lu, Lv, and Lw is formed by winding a winding around each pair of stator salient poles 24 that are opposed in the radial direction.
The rotor 22 includes an output shaft 25 and a rotor salient pole 26 protruding in the radial direction. The output shaft 25 is provided with a resolver 17 that is a rotation detection device that detects the rotation angle of the rotor 22.
Each coil Lu, Lv, Lw is star-connected so that one end of the coil is coupled at a neutral point 47 and has the same potential. Further, the neutral point 47 and each of the other ends of the coils Lu, Lv, and Lw are electrically connected to the inverter control device 5. Further, current sensors 27 for detecting currents (winding currents) of the respective phases supplied to the SR motor 2 are provided at the other ends of Lu, Lv, and Lw of each coil.

インバータ回路4は、2つのスイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ41〜44を有している。それぞれのハーフブリッジ41〜44は、直流電源31及び平滑化コンデンサ32に対して並列に接続される。
ハーフブリッジ41〜44が有するスイッチング素子NH,NL,UH,UL,VH,VL,WH,WLは、FET(Field Effective Transistor;電界効果トランジスタ)を用いて構成される。それぞれのFETは、ゲートがインバータ制御装置5に接続され、オン・オフが制御される。また、それぞれのFETは、還流ダイオードD1〜D8が形成されている。
また、ハーフブリッジ41(第1のハーフブリッジ)において、スイッチング素子NHは、ドレインが直流電源31の高電位側に接続され、ソースが接続点J1を介してスイッチング素子NLのドレインに接続される。スイッチング素子NLは、ソースが直流電源31の低電位側に接続される。接続点J1は、コイルLu,Lv,Lwのそれぞれの一端と中性点47を介して接続される。また、ハーフブリッジ42(第2のハーフブリッジ)において、スイッチング素子UHは、ドレインが直流電源31の高電位側に接続され、ソースが接続点J2を介してスイッチング素子ULのドレインに接続される。スイッチング素子ULは、ソースが直流電源31の低電位側に接続される。接続点J2は、U相のコイルLuの他端に接続される。
The inverter circuit 4 includes half bridges 41 to 44 in which two switching elements are connected in series. Each of the half bridges 41 to 44 is connected to the DC power supply 31 and the smoothing capacitor 32 in parallel.
The switching elements NH, NL, UH, UL, VH, VL, WH, and WL included in the half bridges 41 to 44 are configured using FETs (Field Effective Transistors). Each FET has a gate connected to the inverter controller 5 and is controlled to be turned on / off. Each FET is formed with free-wheeling diodes D1 to D8.
In the half bridge 41 (first half bridge), the switching element NH has a drain connected to the high potential side of the DC power supply 31 and a source connected to the drain of the switching element NL via the connection point J1. The source of the switching element NL is connected to the low potential side of the DC power supply 31. The connection point J1 is connected to one end of each of the coils Lu, Lv, and Lw via a neutral point 47. In the half bridge 42 (second half bridge), the switching element UH has a drain connected to the high potential side of the DC power supply 31 and a source connected to the drain of the switching element UL via the connection point J2. The source of the switching element UL is connected to the low potential side of the DC power supply 31. The connection point J2 is connected to the other end of the U-phase coil Lu.

また、ハーフブリッジ43(第3のハーフブリッジ)において、スイッチング素子VHは、ドレインが直流電源31の高電位側に接続され、ソースが接続点J3を介してスイッチング素子VLのドレインに接続される。スイッチング素子VLは、ソースが直流電源31の低電位側に接続される。接続点J3は、V相のコイルLvの他端に接続される。また、ハーフブリッジ44(第4のハーフブリッジ)において、スイッチング素子WHは、ドレインが直流電源31の高電位側に接続され、ソースが接続点J4を介してスイッチング素子WLのドレインに接続される。スイッチング素子VLは、ソースが直流電源31の低電位側に接続される。接続点J4は、W相のコイルLwの他端に接続される。
また、直流電源31の高電位側に接続されるスイッチング素子NH,UH,VH,WHは、高電位側スイッチング素子であり、直流電源31の低電位側に接続されるスイッチング素子NL,UL,VL,WLを低電位側スイッチング素子である。
In the half bridge 43 (third half bridge), the switching element VH has a drain connected to the high potential side of the DC power supply 31 and a source connected to the drain of the switching element VL via the connection point J3. The source of the switching element VL is connected to the low potential side of the DC power supply 31. The connection point J3 is connected to the other end of the V-phase coil Lv. In the half bridge 44 (fourth half bridge), the switching element WH has a drain connected to the high potential side of the DC power supply 31 and a source connected to the drain of the switching element WL via the connection point J4. The source of the switching element VL is connected to the low potential side of the DC power supply 31. The connection point J4 is connected to the other end of the W-phase coil Lw.
The switching elements NH, UH, VH, and WH connected to the high potential side of the DC power supply 31 are high potential side switching elements, and the switching elements NL, UL, and VL connected to the low potential side of the DC power supply 31. , WL are low potential side switching elements.

インバータ制御装置5は、電流指令値決定部51と、電流検出部52と、電流制御部53と、位置検出部54と、回転速度算出部55と、進角・通電角算出部56と、通電タイミング出力部57とを備えている。
電流指令値決定部51は、外部から入力される信号、例えば、アクセルペダルの踏み込み度合いなど、からSRモータ2に要求される出力である目標出力を示す信号に基づいて、電流指令値を設定する。例えば、電流指令値決定部51は、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などの検出結果に応じたアクセル操作信号からSRモータ2の目標出力を設定し、設定した目標出力に応じた電流指令値を設定する。なお、電流指令値は、SRモータ2が目標出力を得るために必要とされる電流値である。また、電流指令値決定部51は、算出した電流指令値を電流制御部53と進角・通電角算出部56に出力する。
電流検出部52は、例えば各電流センサ27から出力される各相電流(巻線電流)の検出信号に基づいて、SRモータ2に通電されている巻線電流値を検出して電流制御部53に出力する。
The inverter control device 5 includes a current command value determination unit 51, a current detection unit 52, a current control unit 53, a position detection unit 54, a rotation speed calculation unit 55, an advance / energization angle calculation unit 56, And a timing output unit 57.
The current command value determination unit 51 sets a current command value based on a signal indicating the target output that is an output required for the SR motor 2 based on a signal input from the outside, for example, the degree of depression of the accelerator pedal. . For example, the current command value determination unit 51 sets the target output of the SR motor 2 from the accelerator operation signal corresponding to the detection result of an accelerator pedal opening sensor or the like that detects the accelerator opening related to the driver's accelerator operation. Set the current command value according to the target output. The current command value is a current value required for the SR motor 2 to obtain a target output. In addition, the current command value determination unit 51 outputs the calculated current command value to the current control unit 53 and the advance / energization angle calculation unit 56.
The current detection unit 52 detects a winding current value energized in the SR motor 2 based on, for example, a detection signal of each phase current (winding current) output from each current sensor 27, and controls the current control unit 53. Output to.

電流制御部53は、電流指令値決定部51から出力された電流指令値と、電流検出部52から出力される巻線電流値とに基づいて、SRモータ2に通電されている巻線電流のPWM(Pulse Width Modulation)制御を行う。また、電流制御部53は、PWMデューティ算出部53aと電流フィードバック処理部53bとを含んで構成される。電流フィードバック処理部53bは、電流検出部52から出力される電流指令値と、電流検出部52から出力される巻線電流値とを比較し、比較結果(例えば偏差)をPWMデューティ算出部53aに出力する。
PWMデューティ算出部53aは、電流フィードバック処理部53bが出力した比較結果に基づいて、インバータ回路4のハーフブリッジ42〜44に備えられるスイッチング素子UH〜WLそれぞれに対する単位時間当たりのオンとオフとの比率であるデューティ比を算出し、算出したデューティ比を通電タイミング出力部57に出力する。例えば、PWMデューティ算出部53aは、入力される比較結果を用いたPI制御により得られる電圧値から、電流指令値と矩形波のキャリア信号とに基づくパルス幅変調に用いるデューティ比、すなわち、各スイッチング素子UH,UL,VH,VL,WH,WLのオンとオフとのデューティ比を算出して通電タイミング出力部57に出力する。
Based on the current command value output from the current command value determination unit 51 and the winding current value output from the current detection unit 52, the current control unit 53 determines the winding current supplied to the SR motor 2. Performs PWM (Pulse Width Modulation) control. The current control unit 53 includes a PWM duty calculation unit 53a and a current feedback processing unit 53b. The current feedback processing unit 53b compares the current command value output from the current detection unit 52 with the winding current value output from the current detection unit 52, and sends the comparison result (for example, deviation) to the PWM duty calculation unit 53a. Output.
The PWM duty calculation unit 53a is based on the comparison result output from the current feedback processing unit 53b, and the ratio of ON to OFF per unit time for each of the switching elements UH to WL provided in the half bridges 42 to 44 of the inverter circuit 4 The duty ratio is calculated, and the calculated duty ratio is output to the energization timing output unit 57. For example, the PWM duty calculation unit 53a uses a duty ratio used for pulse width modulation based on a current command value and a rectangular wave carrier signal from a voltage value obtained by PI control using an input comparison result, that is, each switching The duty ratio between ON and OFF of the elements UH, UL, VH, VL, WH, WL is calculated and output to the energization timing output unit 57.

位置検出部54は、回転角センサであるレゾルバ17から出力される信号に基づいて、ロータ22の回転位置を検出して回転速度算出部55と通電タイミング出力部57とに出力する。ここで、回転位置とは、予め定めた基準となるロータ22の位置からの回転角度であり、0度〜359度の範囲の値により示される位置である。
回転速度算出部55は、位置検出部54の出力した回転位置の単位時間当たりの変化量からロータ22の回転速度(回転数)を算出して進角・通電角算出部56に出力する。
The position detection unit 54 detects the rotation position of the rotor 22 based on a signal output from the resolver 17 that is a rotation angle sensor, and outputs the rotation position to the rotation speed calculation unit 55 and the energization timing output unit 57. Here, the rotation position is a rotation angle from the position of the rotor 22 serving as a predetermined reference, and is a position indicated by a value in the range of 0 degrees to 359 degrees.
The rotation speed calculation unit 55 calculates the rotation speed (rotation speed) of the rotor 22 from the amount of change per unit time of the rotation position output from the position detection unit 54 and outputs the rotation speed (rotation speed) to the advance / energization angle calculation unit 56.

進角・通電角算出部56は、電流指令値決定部51から出力された電流指令値と、回転速度算出部55から出力された回転速度とに応じて進角と通電角とを通電タイミング出力部57に出力する。進角・通電角算出部56は、進角マップ部56aと、通電角マップ部56bとを含み構成される。
進角マップ部56aは、電流指令値決定部51が出力する電流指令値と、回転速度算出部55が出力する回転速度とに基づいて、進角を通電タイミング出力部57に出力する。また、進角マップ部56aは、目標出力に応じた電流指令値とロータ22の回転速度との組み合わせごとに進角の値を対応付けたマップである。ここで、進角は、SRモータ2の各相のコイルLu,Lv,Lwそれぞれに対する通電開始位相及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置(例えば、インダクタンスの増大開始位相及び減少開始位相等)から通電角を進角側に変化させる角度を表す。なお、進角は、電流指令値と回転数の増加に対して増加傾向にある。なお、進角マップ部56aは、シミュレーションや、実機による測定結果などから定められる。
The advance angle / energization angle calculation unit 56 outputs an advance angle and an energization angle according to the current command value output from the current command value determination unit 51 and the rotation speed output from the rotation speed calculation unit 55. To the unit 57. The advance / energization angle calculation unit 56 includes an advance angle map unit 56a and an energization angle map unit 56b.
The advance angle map unit 56 a outputs an advance angle to the energization timing output unit 57 based on the current command value output from the current command value determination unit 51 and the rotation speed output from the rotation speed calculation unit 55. The advance angle map unit 56a is a map in which an advance value is associated with each combination of the current command value corresponding to the target output and the rotation speed of the rotor 22. Here, the advance angle is a predetermined position (for example, an increase start phase and a decrease of the inductance) according to the inductance change of each phase, with respect to each of the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the SR motor 2. This represents the angle at which the energization angle is changed to the advance side from the start phase. Note that the advance angle tends to increase with increasing current command value and rotation speed. The advance angle map unit 56a is determined from a simulation, a measurement result by an actual machine, or the like.

通電角マップ部56bは、電流指令値決定部51が出力する電流指令値と、回転速度算出部55が出力する回転速度とに基づいて、通電角を通電タイミング出力部57に出力する。また、通電角マップ部56bは、電流指令値とロータ22の回転速度との組み合わせごとに通電角の値を対応付けたマップである。ここで、通電角は、SRモータ2の各相の各コイルLu,Lv,Lwそれぞれに対して対応付けられる。なお、通電角マップ部56bは、シミュレーションや、実機による測定結果などから定められる。   The energization angle map unit 56 b outputs the energization angle to the energization timing output unit 57 based on the current command value output from the current command value determination unit 51 and the rotation speed output from the rotation speed calculation unit 55. The energization angle map unit 56 b is a map in which energization angle values are associated with each combination of the current command value and the rotation speed of the rotor 22. Here, the energization angle is associated with each of the coils Lu, Lv, Lw of each phase of the SR motor 2. The conduction angle map unit 56b is determined from a simulation, a measurement result by an actual machine, or the like.

通電タイミング出力部57は、位置検出部54から出力される回転位置と、進角・通電角算出部56から出力される進角及び通電角とに基づいて、インバータ回路4が有するスイッチング素子NH〜WLのゲートにパルス信号を印加してオン・オフを切り替える。また、通電タイミング出力部57は、タイマ部57a、転流信号生成部57bと、PWM信号出力部57cとを含み構成される。
タイマ部57aは、位置検出部54から出力される回転位置と、進角・通電角算出部56から出力される進角及び通電角に基づいて、現在通電状態のコイルと次に通電状態にするコイルとの両方のコイルに通電する期間(オーバーラップ期間)を算出する。更に、タイマ部57aは、算出したオーバーラップ期間をカウントし、オーバーラップ期間を示すタイミング信号を転流信号生成部57b及びPWM信号出力部57cに出力する。例えば、タイマ部57aによるオーバーラップ期間の算出は、回転速度と通電角マップとを用いて行う。
転流信号生成部57bは、位置検出部54から出力される回転位置と、進角・通電角算出部56から出力される進角及び通電角と、タイマ部57aから出力されるタイミング信号に基づいて、インバータ回路4のハーフブリッジ41のスイッチング素子NH,NLのオン・オフを切り替えるパルス信号を生成し、生成したパルス信号をスイッチング素子NH,NLに出力する。
The energization timing output unit 57 is based on the rotation position output from the position detection unit 54 and the advance angle and energization angle output from the advance angle / energization angle calculation unit 56. A pulse signal is applied to the gate of WL to switch on / off. The energization timing output unit 57 includes a timer unit 57a, a commutation signal generation unit 57b, and a PWM signal output unit 57c.
Based on the rotational position output from the position detection unit 54 and the advance angle and energization angle output from the advance / energization angle calculation unit 56, the timer unit 57a makes the current energized coil and the energized state next. A period (overlap period) in which both the coil and the coil are energized is calculated. Further, the timer unit 57a counts the calculated overlap period, and outputs a timing signal indicating the overlap period to the commutation signal generation unit 57b and the PWM signal output unit 57c. For example, the calculation of the overlap period by the timer unit 57a is performed using the rotation speed and the conduction angle map.
The commutation signal generation unit 57b is based on the rotational position output from the position detection unit 54, the advance angle and energization angle output from the advance / energization angle calculation unit 56, and the timing signal output from the timer unit 57a. Thus, a pulse signal for switching on and off the switching elements NH and NL of the half bridge 41 of the inverter circuit 4 is generated, and the generated pulse signal is output to the switching elements NH and NL.

PWM信号出力部57cは、電流制御部53から出力されるPWMデューティ信号と、位置検出部54から出力される回転位置と、進角・通電角算出部56から出力される進角及び通電角と、タイマ部57aから出力されるタイミング信号とに基づいて、各スイッチング素子UH,UL,VH,VL,WH,WLのオン・オフを切り替える信号をゲートに印加する。
ここで、転流信号生成部57bが出力するスイッチング素子NH,NLの信号は、タイマ部57aが出力するオーバーラップ期間に基づいて、120度より早いタイミングでオフになる。また、PWM信号出力部57cが出力する各スイッチング素子UH〜WLのゲートに印加する信号は、オーバーラップ期間に基づいて、120度より早いタイミングでオンになる。
The PWM signal output unit 57c includes a PWM duty signal output from the current control unit 53, a rotational position output from the position detection unit 54, and an advance angle and an energization angle output from the advance angle / energization angle calculation unit 56. Based on the timing signal output from the timer unit 57a, a signal for switching on / off of each switching element UH, UL, VH, VL, WH, WL is applied to the gate.
Here, the signals of the switching elements NH and NL output from the commutation signal generation unit 57b are turned off at a timing earlier than 120 degrees based on the overlap period output from the timer unit 57a. The signal applied to the gates of the switching elements UH to WL output from the PWM signal output unit 57c is turned on at a timing earlier than 120 degrees based on the overlap period.

次に、図2は、ロータ22の位置と、インバータ回路4が備えるスイッチング素子NH〜WLのオン・オフの状態(通電パターン)と、各U,V,W相のインダクタンスの値とを対応付けて示した概略図である。また、図3〜図14は、インバータ制御装置5による各通電パターンにおける電流が流れる経路を示す図である。以下、図2〜図14を用いて、モータ装置1の動作を説明する。なお、以下の説明において、SRモータ2のロータ22は、反時計回りに回転する。   Next, FIG. 2 associates the position of the rotor 22, the on / off states (energization patterns) of the switching elements NH to WL included in the inverter circuit 4, and the inductance values of the U, V, and W phases. It is the schematic shown. 3-14 is a figure which shows the path | route through which the electric current in each energization pattern by the inverter control apparatus 5 flows. Hereinafter, the operation of the motor device 1 will be described with reference to FIGS. In the following description, the rotor 22 of the SR motor 2 rotates counterclockwise.

まず、時刻t1において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子WLをオフに切り替え、スイッチング素子NHをオンに切り替える。時刻t1から時刻t2までのステージS1において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NH,ULをオンにする。ステージS1では、図3に示すように、電流A1は、直流電源31からスイッチング素子NH、コイルLu、スイッチング素子UL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLuのインダクタンスの値は、大きくなり、ロータ22は、コイルLuが巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。   First, at time t1, the inverter control device 5 switches the switching element WL off and switches the switching element NH on. In the stage S1 from time t1 to time t2, the inverter control device 5 turns on the switching elements NH and UL. In the stage S1, as shown in FIG. 3, the current A1 flows from the DC power supply 31 in the order of the switching element NH, the coil Lu, the switching element UL, and the DC power supply 31. During this period, the value of the inductance of the coil Lu increases, and the rotor 22 rotates while being attracted to the stator salient pole 24 around which the coil Lu is wound.

時刻t2において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NHをオフに切り替え、スイッチング素子VHをオンに切り替える。時刻t2から時刻t3までのステージS2において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子UL,VHをオンにする。ステージS2では、図4に示すように、電流A2は、直流電源31からスイッチング素子VH、コイルLv、コイルLu、スイッチング素子UL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t3において、U相のステータ突極24とロータ突極26とは対向し、コイルLuのインダクタンスの値は最大値となる。   At time t2, the inverter control device 5 switches the switching element NH off and switches the switching element VH on. In stage S2 from time t2 to time t3, inverter control device 5 turns on switching elements UL, VH. In the stage S2, as shown in FIG. 4, the current A2 flows from the DC power supply 31 in the order of the switching element VH, the coil Lv, the coil Lu, the switching element UL, and the DC power supply 31. Further, at time t3, the U-phase stator salient pole 24 and the rotor salient pole 26 face each other, and the inductance value of the coil Lu becomes the maximum value.

時刻t3において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子ULをオフに切り替え、スイッチング素子NLをオンに切り替える。時刻t3から時刻t4までのステージS3において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子VH,NLをオンにする。ステージS3では、図5に示すように、電流A3は、直流電源31からスイッチング素子VH、コイルLv、スイッチング素子NL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLvのインダクタンスの値は大きくなり、ロータ突極26は、コイルLvが巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。また、コイルLuのインダクタンスの値は、小さくなる。   At time t3, the inverter control device 5 switches the switching element UL off and switches the switching element NL on. In stage S3 from time t3 to time t4, inverter control device 5 turns on switching elements VH and NL. In the stage S3, as shown in FIG. 5, the current A3 flows from the DC power supply 31 in the order of the switching element VH, the coil Lv, the switching element NL, and the DC power supply 31. During this period, the inductance value of the coil Lv increases, and the rotor salient pole 26 is attracted to the stator salient pole 24 around which the coil Lv is wound and rotates. Further, the inductance value of the coil Lu becomes small.

時刻t4において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NLをオフに切り替え、スイッチング素子WLをオンに切り替える。時刻t4から時刻t5までのステージS4において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子VH,WLをオンにする。ステージS4では、図6に示すように、電流A4は、直流電源31からスイッチング素子VH、コイルLv、コイルLw、スイッチング素子WL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t5において、コイルLvの巻かれたステータ突極24とロータ突極26とは対向し、コイルLvのインダクタンスの値は最大値となる。また、コイルLuのインダクタンスの値は、0又は0に近い値となる。   At time t4, the inverter control device 5 switches the switching element NL off and switches the switching element WL on. In stage S4 from time t4 to time t5, inverter control device 5 turns on switching elements VH and WL. In stage S4, as shown in FIG. 6, current A4 flows from DC power supply 31 in the order of switching element VH, coil Lv, coil Lw, switching element WL, and DC power supply 31. Further, at time t5, the stator salient pole 24 and the rotor salient pole 26 around which the coil Lv is wound face each other, and the inductance value of the coil Lv becomes the maximum value. Further, the inductance value of the coil Lu is 0 or a value close to 0.

時刻t5において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子VHをオフに切り替え、スイッチング素子NHをオンに切り替える。時刻t5から時刻t6までのステージS5において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NH,WLをオンにする。ステージS5では、図7に示すように、電流A5は、直流電源31からスイッチング素子NH,コイルLw、スイッチング素子WL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLwのインダクタンスの値は増加し、ロータ突極26は、コイルLwが巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。また、コイルLvのインダクタンスの値は減少する。   At time t5, the inverter control device 5 switches the switching element VH off and switches the switching element NH on. In stage S5 from time t5 to time t6, inverter control device 5 turns on switching elements NH and WL. In the stage S5, as shown in FIG. 7, the current A5 flows from the DC power source 31 in the order of the switching element NH, the coil Lw, the switching element WL, and the DC power source 31. During this period, the inductance value of the coil Lw increases, and the rotor salient pole 26 is attracted to the stator salient pole 24 around which the coil Lw is wound to rotate. Further, the inductance value of the coil Lv decreases.

時刻t6において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NHをオフに切り替え、スイッチング素子UHをオンに切り替える。時刻t6から時刻t7までのステージS7において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子UH,WLをオンにする。ステージS6では、図8に示すように、電流A6は、直流電源31からスイッチング素子UH、コイルLu、コイルLv、スイッチング素子WL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t7において、コイルLwの巻かれたステータ突極24とロータ突極26とは対向し、コイルLwのインダクタンスの値は最大値となる。また、コイルLvのインダクタンスの値は、0又は0に近い値となる。   At time t6, the inverter control device 5 switches the switching element NH off and switches the switching element UH on. In stage S7 from time t6 to time t7, inverter control device 5 turns on switching elements UH and WL. In stage S6, as shown in FIG. 8, current A6 flows from DC power supply 31 in the order of switching element UH, coil Lu, coil Lv, switching element WL, and DC power supply 31. Further, at time t7, the stator salient pole 24 and the rotor salient pole 26 around which the coil Lw is wound face each other, and the inductance value of the coil Lw becomes the maximum value. The inductance value of the coil Lv is 0 or a value close to 0.

時刻t7において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子WLをオフに切り替え、スイッチング素子NLをオンに切り替える。時刻t7から時刻t8までのステージS7において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子UH,NLをオンにする。ステージS7では、図9に示すように、電流A7は、直流電源31からスイッチング素子UH、コイルLu、スイッチング素子NL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLuのインダクタンスの値は増加し、ロータ突極26は、コイルLuが巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。また、コイルLwのインダクタンスの値は減少する。   At time t7, the inverter control device 5 switches the switching element WL off and switches the switching element NL on. In stage S7 from time t7 to time t8, inverter control device 5 turns on switching elements UH and NL. In the stage S7, as shown in FIG. 9, the current A7 flows from the DC power source 31 to the switching element UH, the coil Lu, the switching element NL, and the DC power source 31 in this order. During this period, the inductance value of the coil Lu increases, and the rotor salient pole 26 is attracted to and rotated by the stator salient pole 24 around which the coil Lu is wound. Further, the inductance value of the coil Lw decreases.

時刻t8において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NLをオフに切り替え、スイッチング素子VLをオンに切り替える。時刻t8から時刻t9までのステージS8において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子UH,VLをオンにする。ステージS8では、図10に示すように、電流A8は、直流電源31からスイッチング素子UH、コイルLu,コイルLv、スイッチング素子VL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t9において、コイルLuの巻かれたステータ突極24とロータ突極26とは対向し、コイルLuのインダクタンスの値は最大値となる。また、コイルLwのインダクタンスの値は、0又は0に近い値となる。   At time t8, the inverter control device 5 switches the switching element NL off and switches the switching element VL on. In stage S8 from time t8 to time t9, inverter control device 5 turns on switching elements UH and VL. In stage S8, as shown in FIG. 10, current A8 flows from DC power supply 31 in the order of switching element UH, coil Lu, coil Lv, switching element VL, and DC power supply 31. Further, at time t9, the stator salient pole 24 and the rotor salient pole 26 around which the coil Lu is wound face each other, and the inductance value of the coil Lu becomes the maximum value. The inductance value of the coil Lw is 0 or a value close to 0.

時刻t9において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子UHをオフに切り替え、スイッチング素子NHをオンに切り替える。時刻t9から時刻t10までのステージS9において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NH,VLをオンにする。ステージS9では、図11に示すように、電流A9は、直流電源31からスイッチング素子NH、コイルLv、スイッチング素子VL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLvのインダクタンスの値は増加し、ロータ突極26は、コイルLvの巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。また、コイルLuのインダクタンスの値は減少する。   At time t9, the inverter control device 5 switches the switching element UH off and switches the switching element NH on. In stage S9 from time t9 to time t10, inverter control device 5 turns on switching elements NH and VL. In the stage S9, as shown in FIG. 11, the current A9 flows from the DC power source 31 to the switching element NH, the coil Lv, the switching element VL, and the DC power supply 31 in this order. During this period, the inductance value of the coil Lv increases, and the rotor salient pole 26 is attracted to the stator salient pole 24 around which the coil Lv is wound and rotates. Further, the inductance value of the coil Lu decreases.

時刻t10において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NHをオフに切り替え、スイッチング素子WHをオンに切り替える。時刻t10から時刻t11までのステージS10において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子WH,VLをオンにする。また、ステージS10では、図12に示すように、電流A10は、直流電源31からスイッチング素子WH、コイルLw、コイルLv、スイッチング素子VL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t11において、コイルLvのインダクタンスの値は最大値となる。また、コイルLuのインダクタンスの値は、0又は0に近い値となる。   At time t10, the inverter control device 5 switches the switching element NH off and switches the switching element WH on. In stage S10 from time t10 to time t11, inverter control device 5 turns on switching elements WH and VL. In the stage S10, as shown in FIG. 12, the current A10 flows from the DC power supply 31 in the order of the switching element WH, the coil Lw, the coil Lv, the switching element VL, and the DC power supply 31. At time t11, the inductance value of the coil Lv becomes the maximum value. Further, the inductance value of the coil Lu is 0 or a value close to 0.

時刻t11において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子VLをオフに切り替え、スイッチング素子NLをオンに切り替える。時刻t11から時刻t12までのステージS11において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子WH,NLをオンにする。ステージS11では、図13に示すように、電流A11は、直流電源31からスイッチング素子WH、コイルLw、スイッチング素子NL、直流電源31の順に流れる。この期間、コイルLwのインダクタンスの値は増加し、ロータ突極26は、コイルLwの巻かれたステータ突極24に引き付けられて回転する。また、コイルLvのインダクタンスの値は減少する。   At time t11, the inverter control device 5 switches the switching element VL off and switches the switching element NL on. In stage S11 from time t11 to time t12, inverter control device 5 turns on switching elements WH and NL. In the stage S11, as shown in FIG. 13, the current A11 flows from the DC power source 31 in the order of the switching element WH, the coil Lw, the switching element NL, and the DC power source 31. During this period, the inductance value of the coil Lw increases, and the rotor salient pole 26 is attracted to the stator salient pole 24 around which the coil Lw is wound and rotates. Further, the inductance value of the coil Lv decreases.

時刻t12において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子NLをオフに切り替え、スイッチング素子ULをオンに切り替える。時刻t12から時刻t13までのステージS12において、インバータ制御装置5は、スイッチング素子WH,ULをオンにする。また、ステージS10では、図14に示すように、電流A12は、直流電源31からスイッチング素子WH、コイルLw、コイルLu、スイッチング素子UL、直流電源31の順に流れる。また、時刻t13において、コイルLwのインダクタンスの値は最大値となる。また、コイルLvのインダクタンスの値は、0又は0に近い値となる。
以下、インバータ制御装置5は、ステージS1〜S12の動作を順に繰り返し、SRモータ2のロータ22を回転させる。
At time t12, the inverter control device 5 switches the switching element NL off and switches the switching element UL on. In stage S12 from time t12 to time t13, inverter control device 5 turns on switching elements WH and UL. In the stage S10, as shown in FIG. 14, the current A12 flows from the DC power source 31 in the order of the switching element WH, the coil Lw, the coil Lu, the switching element UL, and the DC power source 31. At time t13, the inductance value of the coil Lw becomes the maximum value. The inductance value of the coil Lv is 0 or a value close to 0.
Hereinafter, the inverter control device 5 sequentially repeats the operations of the stages S1 to S12 to rotate the rotor 22 of the SR motor 2.

上述のように、インバータ制御装置5は、インバータ回路4の通電パターンを切り替えてSRモータ2のロータ22を回転させる。また、インバータ制御装置5は、ステージS2,S4,S6,S8,S10,S12において、中性点47が接続されたハーフブリッジ41のスイッチング素子NH,NLに通電しない制御を行う。これにより、従来に比べ、中性点47の接続されたハーフブリッジ41のスイッチング素子NH,NLに通電する時間を短縮して、他のスイッチング素子UH〜WLとの発熱量を均等に近づけることができる。これにより、スイッチング素子NH,NLの発熱量を減少させることができ、SRモータ2を高回転させる際にSRモータ2に流す電流量を増やすことが可能となる。
また、SRモータ2のトルクが発生する期間(各相のインダクタンスの値が増加する期間)より前からそれぞれのコイルに電流を流し始めるため、電流を効率的にSRモータ2のトルクに変えることが可能となる。
As described above, the inverter control device 5 switches the energization pattern of the inverter circuit 4 and rotates the rotor 22 of the SR motor 2. Moreover, the inverter control apparatus 5 performs control not to energize the switching elements NH and NL of the half bridge 41 to which the neutral point 47 is connected in stages S2, S4, S6, S8, S10, and S12. As a result, it is possible to reduce the time for energizing the switching elements NH and NL of the half bridge 41 to which the neutral point 47 is connected as compared with the prior art, and to make the heat generation amount with the other switching elements UH to WL uniform. it can. As a result, the amount of heat generated by the switching elements NH and NL can be reduced, and the amount of current flowing through the SR motor 2 when the SR motor 2 is rotated at a high speed can be increased.
In addition, since the current starts to flow through each coil before the period in which the torque of the SR motor 2 is generated (period in which the inductance value of each phase increases), the current can be efficiently changed to the torque of the SR motor 2. It becomes possible.

図15は、本実施形態と従来例とそれぞれにおけるU相とV相との電流値の変化を示した概略図である。横軸方向は、時間を示し、縦軸方向は、U相とV相との電流値を示している。本実施形態のモータ装置1における電流値は、L1及びL3で示され、従来例の電流値は、L2及びL4で示されている。なお、時刻t2から時刻t5までの期間は、U相に電流を流すことでトルクが得られる期間である。また、時刻t5から時刻t8までの期間は、V相に電流を流すことでトルクが得られる期間である。
ここで、本実施形態のインバータ回路4の通電パターンは、時刻t0から時刻t1までの期間が、図2のステージS6あるいはステージS12に対応し、時刻t1から時刻t3までの期間が、図2のステージS1あるいはステージS7に対応し、時刻t3から時刻t4までの期間が、図2のステージS2あるいはステージS8に対応し、時刻t4から時刻t6までの期間が、図2のステージS3あるいはステージS9に対応し、時刻t6から時刻t7までの期間が、図2のステージS4あるいはステージS10に対応する。
なお、U相及びV相のトルクが発生する期間が、図2のU相及びV相に通電するタイミングとずれて図示されているのは、進角マップ部56aにより得られる進角により、通電タイミングが早められているためである。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating changes in the current values of the U phase and the V phase in the present embodiment and the conventional example, respectively. The horizontal axis direction indicates time, and the vertical axis direction indicates current values of the U phase and the V phase. The current values in the motor device 1 of the present embodiment are indicated by L1 and L3, and the current values of the conventional example are indicated by L2 and L4. The period from time t2 to time t5 is a period in which torque is obtained by passing a current through the U phase. Further, the period from time t5 to time t8 is a period in which torque is obtained by flowing a current in the V phase.
Here, in the energization pattern of the inverter circuit 4 of the present embodiment, the period from the time t0 to the time t1 corresponds to the stage S6 or the stage S12 in FIG. 2, and the period from the time t1 to the time t3 in FIG. The period from time t3 to time t4 corresponds to stage S1 or stage S7, corresponds to stage S2 or stage S8 in FIG. 2, and the period from time t4 to time t6 corresponds to stage S3 or stage S9 in FIG. Correspondingly, the period from time t6 to time t7 corresponds to stage S4 or stage S10 in FIG.
The period in which the U-phase and V-phase torques are generated is shifted from the timing of energizing the U-phase and V-phase in FIG. 2 because the advance angle obtained by the advance angle map unit 56a This is because the timing is advanced.

本実施形態のモータ装置1は、従来例のモータ装置9が、時刻t1からU相のコイルLuに電流を流し始めるのに対して、時刻t0からU相のコイルLuに電流を流し始めて、U相の電流を早く立ち上げることができる。これにより、本実施形態のモータ装置1は、時刻t2から時刻t3までの期間において従来例のU相の電流値に比べて、a1で図示される領域分得られるトルクを多くすることができる。また、本実施形態のモータ装置1は、従来例のモータ装置9が、時刻t4からV相のコイルLvに電流を流し始めるのに対して、時刻t3からV相のコイルLvに電流を流し始めて、V相の電流を早く立ち上げることができる。これにより、本実施形態のモータ装置1は、時刻t5から時刻t6までの機関において従来のV相の電流値に比べて、トルクの発生に寄与する多くの電流を流すことができ、a3で図示される領域(電流値の差分の時間積)で得られるトルクを多くすることができる。   In the motor device 1 of the present embodiment, the motor device 9 of the conventional example starts to flow current to the U-phase coil Lu from time t1, whereas it starts to flow current to the U-phase coil Lu from time t0. The phase current can be raised quickly. As a result, the motor device 1 of the present embodiment can increase the torque obtained for the region indicated by a1 in the period from time t2 to time t3, compared to the U-phase current value of the conventional example. Further, in the motor device 1 of the present embodiment, the motor device 9 of the conventional example starts to flow current to the V-phase coil Lv from time t4, whereas it starts to flow current to the V-phase coil Lv from time t3. The V-phase current can be raised quickly. As a result, the motor device 1 of the present embodiment can pass a larger amount of current that contributes to the generation of torque in the engine from time t5 to time t6 than the conventional V-phase current value, and is indicated by a3. It is possible to increase the torque that can be obtained in the region to be applied (the time product of the difference between the current values).

一方、本実施形態のモータ装置1は、時刻t3から時刻t4までの期間において、U相のコイルLuとV相のコイルLvを直列接続することで、インダクタンスの値が増加する。これにより、時刻t3から時刻t4までの期間において、本実施形態のU相の電流値は、インダクタンスの値の増加に応じて従来例のU相の電流値に比べ低くなる。これにより、従来例のモータ装置9に比べて、a2で図示される領域分得られるトルクが少なくなる。また、本実施形態のモータ装置1は、時刻t6から時刻t7までの期間において、V相のコイルLvとW相のコイルLwを直列接続することで、インダクタンスの値が増加する。これにより、時刻t6から時刻t7までの期間において、本実施形態のV相の電流値は、インダクタンスの値の増加に応じて従来例のV相の電流値に比べ低くなる。これにより、従来例のモータ装置9に比べて、a4で図示される領域(電流値の差分の時間積)で得られるトルクが少なくなる。   On the other hand, the motor device 1 of the present embodiment increases the inductance value by connecting the U-phase coil Lu and the V-phase coil Lv in series during the period from the time t3 to the time t4. As a result, during the period from time t3 to time t4, the current value of the U phase in the present embodiment becomes lower than the current value of the U phase in the conventional example as the value of the inductance increases. Thereby, compared with the motor apparatus 9 of a prior art example, the torque obtained for the area | region illustrated by a2 decreases. Further, in the motor device 1 of the present embodiment, the inductance value increases by connecting the V-phase coil Lv and the W-phase coil Lw in series during the period from the time t6 to the time t7. As a result, during the period from time t6 to time t7, the V-phase current value of the present embodiment becomes lower than the V-phase current value of the conventional example as the inductance value increases. Thereby, compared with the motor apparatus 9 of a prior art example, the torque obtained by the area | region (the time product of the difference of an electric current value) illustrated by a4 decreases.

上述のように、U相、V相、W相の複数に同時に通電するオーバーラップ期間を設けることで、得られるトルクが増加するが、得られるトルクの減少を伴う。そのため、オーバーラップ期間の長さ及びオーバーラップ期間を開始するタイミングは、シミュレーションや実機による計測などに基づいて増加するトルクが減少するトルクを上回るように決定する。また、決定したオーバーラップ期間の長さ及びタイミングに基づいて、進角マップ部56aにおける回転速度と電流指令値とに対する進角の対応付けを決定する。また、通電角マップ部56bにおける回転速度と電流指令値とに対する通電角の対応付けを決定する。また、タイマ部57aがカウントするオーバーラップ期間を決定する。   As described above, by providing an overlap period in which a plurality of U-phase, V-phase, and W-phase are energized at the same time, the obtained torque increases, but the obtained torque decreases. For this reason, the length of the overlap period and the timing for starting the overlap period are determined so that the increasing torque exceeds the decreasing torque based on simulation, measurement by an actual machine, or the like. Further, based on the determined length and timing of the overlap period, the association of the advance angle with the rotation speed and the current command value in the advance angle map unit 56a is determined. Further, the association of the energization angle with the rotation speed and the current command value in the energization angle map unit 56b is determined. Further, the overlap period counted by the timer unit 57a is determined.

なお、オーバーラップ期間を長くし過ぎると、コイルが直列に接続される期間が長くなり、流れる電流値の増加分より減少分が多くなり、得られるトルクの総量が減ることになる。一方、オーバーラップ期間があまりに短いと、中性点47に接続されたスイッチング素子NH,NLに流れる電流を減らすことができず、スイッチング素子の温度特性から流すことのできる電流量が制限されてしまい、従来のインバータ回路4の制御方法との差がほとんどなくなる。   If the overlap period is too long, the period in which the coils are connected in series becomes longer, the amount of decrease is greater than the increase in the flowing current value, and the total amount of torque obtained is reduced. On the other hand, if the overlap period is too short, the current flowing through the switching elements NH and NL connected to the neutral point 47 cannot be reduced, and the amount of current that can be flowed is limited due to the temperature characteristics of the switching elements. The difference from the control method of the conventional inverter circuit 4 is almost eliminated.

次に、図16は、本実施形態のモータ装置1及び従来例のモータ装置9それぞれの実機におけるU相のコイルLu及びV相のコイルLvの電流値を示したグラフである。ここで、モータ装置1では、従来例のモータ装置9の通電角が120度であったのに対して、通電角を140度としてある。すなわち、20度分がオーバーラップ期間に対応する。なお、モータ装置1の電流値は、L6及びL8で示され、モータ装置9の電流値は、L7及びL8で示されている。   Next, FIG. 16 is a graph showing current values of the U-phase coil Lu and the V-phase coil Lv in the actual machines of the motor device 1 of the present embodiment and the motor device 9 of the conventional example. Here, in the motor device 1, the conduction angle of the conventional motor device 9 is 120 degrees, whereas the conduction angle is 140 degrees. That is, 20 degrees corresponds to the overlap period. The current value of the motor device 1 is indicated by L6 and L8, and the current value of the motor device 9 is indicated by L7 and L8.

図示するように、モータ装置1のU相の電流は、時刻t0から流れ始めているために、モータ装置9のU相電流に比べ最大値が高くなることが確認できる。また、時刻t3から時刻t4において、モータ装置1は、U相のコイルLuとV相のコイルLvとの両方に通電するため、モータ装置9に比べ電流値が低くなることも確認できる。なお、a5で示された領域(電流値の差分の時間積)が、a6で示された領域よりも広いことから、モータ装置1の得られるトルクがモータ装置9の得られるトルクより増えていることが確認できる。   As shown in the figure, since the U-phase current of the motor device 1 starts to flow from time t0, it can be confirmed that the maximum value is higher than the U-phase current of the motor device 9. In addition, from time t3 to time t4, since the motor apparatus 1 energizes both the U-phase coil Lu and the V-phase coil Lv, it can also be confirmed that the current value is lower than that of the motor apparatus 9. In addition, since the area | region (the time product of the difference of an electric current value) shown by a5 is wider than the area | region shown by a6, the torque which the motor apparatus 1 obtains has increased rather than the torque which the motor apparatus 9 obtains. I can confirm that.

上述のように、U相、V相及びW相それぞれのコイルLu,Lv,Lwに通電する期間をオーバーラップさせて通電角を120度以上にすることで、得られるトルクを増加させることが可能になる。また、オーバーラップ期間において、中性点47に接続されたハーフブリッジ41のスイッチング素子NH,NLのいずれにも通電を行わない期間を設けることで、通電に起因する発熱を抑えて、スイッチング素子の発熱を均等に近づけることができ、スイッチング素子の温度特性によるスイッチング素子に流す電流値の制限を緩和することが可能となる。また、インバータ回路4は、従来の構成から変更することなく、SRモータ2に流す電流量を増やすことができるため、既存のモータ装置への適用も容易である。   As described above, it is possible to increase the torque obtained by overlapping the energizing periods of the coils Lu, Lv, and Lw of the U-phase, V-phase, and W-phase so that the energization angle is 120 degrees or more. become. Further, in the overlap period, by providing a period during which no current is supplied to any of the switching elements NH and NL of the half bridge 41 connected to the neutral point 47, heat generation due to the current supply is suppressed, and the switching element Heat generation can be made uniform, and the restriction on the value of the current flowing through the switching element due to the temperature characteristics of the switching element can be relaxed. Further, since the inverter circuit 4 can increase the amount of current flowing through the SR motor 2 without changing from the conventional configuration, it can be easily applied to an existing motor device.

なお、本実施形態においては、3相のコイルを有するSRモータ2を用いて説明したが、異なるコイル数を有するSRモータにも適用することが可能である。その場合、コイル数に応じてインバータ回路のハーフブリッジの数を変更することになる。   In the present embodiment, the SR motor 2 having three-phase coils has been described. However, the present invention can also be applied to SR motors having different numbers of coils. In that case, the number of half bridges of the inverter circuit is changed according to the number of coils.

上述のインバータ制御装置5は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述したインバータ回路4が有するスイッチング素子NH〜WLのオン・オフを切り替える処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。   The inverter control device 5 described above may have a computer system inside. In that case, the process of switching on and off the switching elements NH to WL included in the inverter circuit 4 is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes the program. Thus, the above processing is performed. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

本実施形態によるモータ装置1の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the motor apparatus 1 by this embodiment. 同実施形態におけるロータ22の位置と、インバータ回路4が備えるスイッチング素子のオン・オフの状態(通電パターン)と、各U,V,W相のインダクタンスの値とを対応付けて示した概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the position of the rotor 22 in the same embodiment, the on / off state (energization pattern) of the switching element included in the inverter circuit 4, and the inductance values of the U, V, and W phases in association with each other. is there. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 同実施形態の通電パターンに対する電流が流れる経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route through which the electric current with respect to the electricity supply pattern of the embodiment flows. 本実施形態と従来例とそれぞれにおけるU相とV相との電流値の変化を示した概略図である。It is the schematic which showed the change of the electric current value of the U phase and V phase in this embodiment and a prior art example, respectively. 本実施形態のモータ装置1及び従来例のモータ装置9の実機におけるU相のコイルLu及びV相のコイルLvそれぞれの電流計測値を示したグラフである。It is the graph which showed the electric current measured value of each of the U phase coil Lu and the V phase coil Lv in the actual machine of the motor apparatus 1 of this embodiment, and the motor apparatus 9 of a prior art example. 従来例におけるSRモータ装置9の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of SR motor apparatus 9 in a prior art example. 従来例における通電角120度におけるインバータ回路94のスイッチング素子の通電タイミングチャートである。It is an electricity supply timing chart of the switching element of the inverter circuit 94 in the electricity supply angle 120 degree | times in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1…モータ装置
2…SRモータ、21…ステータ、22…ロータ、23…ステータコア
24…ステータ突極、25…出力軸、26…ロータ突極、27…電流センサ
31…直流電源、32…平滑化コンデンサ
4…インバータ回路、47…中性点
41、42、43、44…ハーフブリッジ
NH、NL、UH,UL,VH,VL,WH,WL…スイッチング素子
5…インバータ制御装置
51…電流指令値決定部、52…電流検出部、53…電流制御部
53a…PWMデューティ算出部、53b…電流フィードバック処理部
54…位置検出部、55…回転速度算出部、56…進角・通電角算出部
56a…進角マップ部、56b…通電角マップ部、57…通電タイミング出力部
57a…タイマ部、57b…転流信号生成部、57c…PWM信号出力部
9…モータ装置
92…SRモータ、93…中性点、94…インバータ回路
94a、94b、94c、94d…ハーフブリッジ
95…直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Motor apparatus 2 ... SR motor, 21 ... Stator, 22 ... Rotor, 23 ... Stator core 24 ... Stator salient pole, 25 ... Output shaft, 26 ... Rotor salient pole, 27 ... Current sensor 31 ... DC power supply, 32 ... Smoothing Capacitor 4 ... Inverter circuit, 47 ... Neutral point 41, 42, 43, 44 ... Half bridge NH, NL, UH, UL, VH, VL, WH, WL ... Switching element 5 ... Inverter controller 51 ... Current command value determination , 52 ... Current detection unit, 53 ... Current control unit 53a ... PWM duty calculation unit, 53b ... Current feedback processing unit 54 ... Position detection unit, 55 ... Rotational speed calculation unit, 56 ... Advance angle / energization angle calculation unit 56a ... Advance angle map section, 56b ... conduction angle map section, 57 ... conduction timing output section 57a ... timer section, 57b ... commutation signal generation section, 57c ... PWM signal Power unit 9 ... motor device 92 ... SR motor, 93 ... neutral point, 94 ... inverter circuit 94a, 94b, 94c, 94d ... half-bridge 95 ... DC power source

Claims (3)

一端がスター結線された複数のコイルに選択的に通電するスイッチトリラクタンスモータの制御装置であって、
それぞれに還流ダイオードが並列接続されたスイッチング素子を2つ直列に接続したハーフブリッジを複数備え、前記スター結線の中性点と、前記複数のコイルの他端とがそれぞれ対応する前記ハーフブリッジに備えられる前記2つのスイッチング素子の接続点に接続されたインバータ回路と、
前記スイッチトリラクタンスモータのロータの位置と、前記複数のコイルそれぞれに流れる電流値と、前記スイッチトリラクタンスモータの目標出力に応じて定められる前記複数のコイルそれぞれに流す電流の電流値を示す電流指令値とに基づいて、前記複数のコイルに順に通電して前記スイッチトリラクタンスモータを駆動させるインバータ制御装置と
を有し、
前記インバータ制御装置は、
前記ロータの回転軸周りの周方向に隣接する前記複数のコイルに順に通電すると共に、通電する前記コイルを切り替える際、前記中性点に接続された前記ハーフブリッジの通電中の前記スイッチング素子をオフにし、且つ、前記複数のハーフブリッジのうち前記中性点に接続されていない次に通電する前記コイルに対応するハーフブリッジの前記スイッチング素子をオンにして、前記複数のコイルのうち通電しているコイルと、次に通電する前記コイルとに同時に通電するオーバーラップ期間を設け、前記スイッチング素子の駆動信号もオーバーラップ期間を設ける
ことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。
A control device for a switched reluctance motor that selectively energizes a plurality of coils that are star-connected at one end,
A plurality of half bridges each having two switching elements each connected in parallel with a free-wheeling diode are connected in series, and the neutral point of the star connection and the other ends of the plurality of coils are provided in the corresponding half bridges. An inverter circuit connected to a connection point of the two switching elements,
A current command indicating a position of a rotor of the switched reluctance motor, a current value flowing through each of the plurality of coils, and a current value of a current flowing through each of the plurality of coils determined according to a target output of the switched reluctance motor And an inverter controller that drives the switched reluctance motor by sequentially energizing the plurality of coils based on the value,
The inverter control device
The coils adjacent to each other in the circumferential direction around the rotation axis of the rotor are sequentially energized, and when switching the energized coils, the switching elements that are energized by the half bridge connected to the neutral point are turned off. And turning on the switching element of the half bridge corresponding to the next coil to be energized that is not connected to the neutral point among the plurality of half bridges, and energizing among the plurality of coils. An apparatus for controlling a switched reluctance motor, wherein an overlap period is provided in which a coil and a coil to be energized next are energized at the same time, and the drive signal of the switching element is also provided with an overlap period.
前記インバータ制御装置は、
前記スイッチトリラクタンスモータの回転数と、前記電流指令値とに応じて進角及び通電角を示す進角・通電角信号を出力する進角・通電角算出部と、
前記進角・通電角信号と、前記ロータの位置と、前記複数のコイルに流れる電流値と、前記電流指令値とに基づいて前記オーバーラップ期間を定め、前記複数のハーフブリッジに備えられた前記スイッチング素子のオン及びオフを切り替える通電タイミング出力部と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御装置。
The inverter control device
An advance angle / energization angle calculator that outputs an advance angle / energization angle signal indicating an advance angle and an energization angle according to the rotational speed of the switched reluctance motor and the current command value;
The overlap period is determined based on the advance angle / conduction angle signal, the position of the rotor, the current value flowing through the plurality of coils, and the current command value, and the plurality of half bridges are provided with the overlap period. A switching reluctance motor control device according to claim 1, further comprising: an energization timing output unit that switches on and off of the switching element.
前記スイッチトリラクタンスモータの前記複数のコイルは、
U相のコイルとV相のコイルとW相のコイルとの3つのコイルからなり、
前記インバータ回路に備えられる前記複数のハーフブリッジは、
前記中性点に接続された第1のハーフブリッジと、前記U相のコイルの他端に接続された第2のハーフブリッジと、前記V相のコイルの他端に接続された第3のハーフブリッジと、前記W相のコイルの他端に接続された第4のハーフブリッジとからなる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御装置。
The plurality of coils of the switched reluctance motor are:
It consists of three coils: a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil.
The plurality of half bridges provided in the inverter circuit,
A first half bridge connected to the neutral point; a second half bridge connected to the other end of the U-phase coil; and a third half connected to the other end of the V-phase coil. The control device for the switched reluctance motor according to claim 1 or 2, comprising a bridge and a fourth half bridge connected to the other end of the W-phase coil.
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