JP2013115843A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全節巻型リラクタンスモータにおいて相互インダクタンスによる影響を低減することを目的とする。
【解決手段】モータ装置では、第１の相コイル（Ａ相コイル）と第２の相コイル（Ｃ相コイル）とに通電した状態から、第３の相コイル（Ｂ相コイル）と第１の相コイル（Ａ相コイル）とに通電した状態へ切替える際に、第２の相コイル（Ｃ相コイル）の電流減少開始のタイミングと第３の相コイル（Ｂ相コイル）の電流増加開始のタイミングとをずらすように通電制御する。これによれば、第２の相コイル（Ｃ相コイル）に生じるトルクに寄与しない電流成分を低減することができる。すなわち、相互インダクタンスによる影響を低減することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、リラクタンスモータとその駆動を制御する制御装置とを備えるモータ装置に関する。

従来より、図１２（ａ）に示すような全節巻型３相リラクタンスモータ１００が知られている（特許文献１参照）。
全節巻型３相リラクタンスモータ１００では、３つの相コイルの内の２つの相コイルに通電した際の相互インダクタンスを利用してトルクを発生する。

しかし、全節巻では通電により発生する磁束がすべての相の巻線に鎖交するため、各相の巻線に誘起電圧が発生し、制御が複雑となる。
特に、高速回転領域では、誘起電圧が大きくなるため、相互インダクタンスの影響により、電流制御が複雑となり、適正なトルクを発生することが困難となる。

例えば、特許文献１の制御では、図１２（ｂ）に示すように、Ａ相コイル、Ｂ相コイル、Ｃ相コイルの内、Ａ相コイルとＣ相コイルに通電している状態から、Ａ相コイルとＢ相コイルに通電している状態に切替える際に、Ｃ相コイルの電流減少開始とＢ相コイルの電流増加開始を同時に行っている。
この場合、切替え後にＡ相コイルとＢ相コイルの巻線の電流により発生する磁束は、Ｃ相コイルの電流減少を妨げる方向に作用する。このため、Ｃ相コイルにトルクに寄与しない電流成分が残ってしまい、トルクが低減し、任意のトルクを得られないという問題が生じる。

特許第３１５７１６２号公報

本発明は、全節巻型リラクタンスモータにおいて相互インダクタンスによる影響を低減することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のモータ装置は、全節巻よりなる３相のコイルを有する全節巻型リラクタンスモータと、各相のコイルへの通電制御を行う制御装置とを備える。
制御装置は、第１の相コイルと第２の相コイルとに通電した状態から、第３の相コイルと第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、第２の相コイルの電流減少開始のタイミングと第３の相コイルの電流増加開始のタイミングとをずらす。

第２の相コイルの電流減少開始のタイミングと第３の相コイルの電流増加開始のタイミングとが同時の場合には、第２の相コイルにトルクに寄与しない電流成分が残ってしまう。しかし、本手段によれは、例えば、第２の相コイルの電流がある程度低下した後に、第３の相コイルの電流増加を開始することで、第２の相コイルに生じるトルクに寄与しない電流成分を低減することができる。すなわち、相互インダクタンスによる影響を低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のモータ装置によれば、第１の相コイルと第２の相コイルとに通電した状態から、第３の相コイルと第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、制御装置は、第２の相コイルの電流減少を開始した後、第２の相コイルの電流が所定割合減少してから、第３の相コイルへの電流増加を開始する。
これによれば、第２の相コイルに生じるトルクに寄与しない電流成分を低減することができる。すなわち、相互インダクタンスによる影響を低減することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のモータ装置によれば、第３の相コイルの電流増加開始のタイミングは、第３の相コイルと第１の相コイルとの間のステータ磁極が、ロータ突極に対向し始めるよりも早いタイミングである。
高速回転時には電流変化に遅れが生じるため、本手段では遅れ分を鑑みて電流増加開始のタイミングを早めている。これにより、制御性がよくなる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載のモータ装置によれば、第２の相コイルの電流減少開始のタイミングは、第１の相コイルと第２の相コイルとの間のステータ磁極が、ロータ突極に対向し終わるよりも早いタイミングである。
高速回転時には電流変化に遅れが生じるため、本手段では遅れ分を鑑みて電流減少開始のタイミングを早めている。これにより、制御性がよくなる。

モータ装置の概略構成図である（実施例１）。 （ａ）は全節巻型リラクタンスモータの概略構成図であり、（ｂ）は駆動回路の回路図である（実施例１）。 従来例と比較した各相コイルの通電パターンを示すタイムチャートである（実施例１）。 各相コイルの通電パターンと電流波形を示す図である（実施例１）。 （ａ）はＡ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図であり、（ｂ）はＢ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図であり、（ｃ）はＣ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図である（実施例１）。 （ａ）はＡ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図であり、（ｂ）はＢ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図であり、（ｃ）はＣ相コイルの通電パターンと電流波形を示す図である（従来例）。 従来例と比較したモータの回転数と出力トルクとの関係を示す説明図である（実施例１）。 従来例と比較した各相コイルの通電パターンを示すタイムチャートである（参考例）。 従来例と比較した各相コイルの通電パターンを示すタイムチャートである（実施例２）。 従来例と比較した各相コイルの通電パターンを示すタイムチャートである（実施例３）。 （ａ）、（ｂ）は駆動回路の回路図である（変形例）。 （ａ）は全節巻型リラクタンスモータの概略構成図であり、（ｂ）は各相コイルの通電の順序を示す説明図である（従来例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１のモータ装置１を、図１〜図７を用いて説明する。
モータ装置１は、全節巻よりなる３相のコイルを有する全節巻型リラクタンスモータ（以下、モータ２と呼ぶ）と、各相のコイルへの通電制御を行う制御装置３とを備える。

モータ２は、周知のスイッチトリラクタンスモータであり、モータ本体４と、このモータ本体４に接続される駆動回路５とを備える。
モータ本体４は、回転可能に支持されたロータ８と、このロータ８の外周側にロータ８を取り囲むように配置されたステータ９とを有する。

ステータ９は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されたステータコア１０と、ステータコア１０に全節巻により巻装された３相のコイルとを有する。そして、コイルは駆動回路５に接続されている。
ステータコア１０は、電気角３６０°の間に等間隔で配置された「６×ｍ個（ｍは１以上の整数）」のステータティース（ステータ突極）１２と、各ステータティース１２を磁気的に結合するバックヨーク１３とを備える。

ロータ８は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されたロータコア１５からなり、ロータコア１５には、電気角３６０°の間に等間隔で配置された「２×ｎ個（ｎは１以上の整数）」のロータティース（ロータ突極）１６が設けられている。

なお、本実施例では、ステータティース１２は６個、ロータティース１６は４個となっている。
ステータコア１０とロータコア１５とは同軸的に配され、ステータティース１２とロータティース１６とが径方向にエアギャップを介して対向するように配されている。

３相のコイル（Ａ相コイルＡ、Ｂ相コイルＢ、Ｃ相コイルＣ）は、隣り合うステータティース１２同士の間に形成されるスロット１８に全節集中巻方式で配されている。
具体的には、Ａ相コイルＡ、Ｂ相コイルＢ、Ｃ相コイルＣのそれぞれは、回転方向に機械角で１８０°対向する２つのスロット１８内に集中巻きされるものであり、各相コイルＡ〜Ｃは、一方のスロット１８では正方向に巻かれ、１８０°対向する他方のスロット１８では負方向に巻かれる。
そして、周方向に隣接する各相コイルの巻線方向は交互に巻き方向が逆転するように配され、隣接する２相のコイルに通電された状態では、その２相のコイルにおいて逆方向に電流が流れるように配されている。

駆動回路５は、電源２０に接続され、各相コイルＡ〜Ｃに電力を供給して駆動するための回路であり、制御装置３によりその駆動が制御されている。本実施例の駆動回路５は、一般的なスイッチトリラクタンスモータに用いられる駆動回路であり、非対称Ｈブリッジ回路と呼ばれるものである（図２（ｂ）参照）。

制御装置３は、モータ本体４の回転角度を読み取るエンコーダ２１からの情報に応じて、駆動回路５内のスイッチのＯＮ・ＯＦＦを制御することにより、各相コイルＡ〜Ｃを所定の通電パターンにより通電するものである。

すなわち、３相のスイッチトリラクタンスモータの場合、２相のコイルを通電状態にするように制御する。
例えば、図２（ａ）の位置にロータコア１５が存在する場合には、Ａ相コイルＡとＣ相コイルＣとが通電状態にある。その後、Ｂ相コイルＢとＡ相コイルとが通電された状態にする。これを回転方向に繰り返すことによって、ロータ８は回転する。

〔実施例１の特徴〕
ある相コイルを第１の相コイルとした場合、回転方向に隣り合う相コイルを順に、第２の相コイル、第３の相コイルとする。
本実施例では、制御装置３が、例えば、Ａ相コイルＡ（第１の相コイル）とＣ相コイルＣ（第２の相コイル）とに通電した状態から、Ｂ相コイルＢ（第３の相コイル）とＡ相コイルＡ（第１の相コイル）とに通電した状態へ切替える際に、Ｃ相コイルＣ（第２の相コイル）の電流減少開始のタイミングとＢ相コイルＢ（第３の相コイル）の電流増加開始のタイミングとをずらすように、通電制御する。

同様に、Ｂ相コイルＢ（第１の相コイル）とＡ相コイルＡ（第２の相コイル）とに通電した状態から、Ｃ相コイルＣ（第３の相コイル）とＢ相コイルＢ（第１の相コイル）とに通電した状態へ切替える際に、Ａ相コイルＡ（第２の相コイル）の電流減少開始のタイミングとＣ相コイルＣ（第３の相コイル）の電流増加開始のタイミングとをずらす。

ここで、Ａ相コイルＡとＣ相コイルＣとの間のステータティース１２ａがロータティース１６と対向し始める位置を電気角０°とする。
従来例では、図３に示すように、ロータティース１６が、Ｂ相コイルＢとＡ相コイルＡとの間のステータティース１２ｂに対向し始める電気角１２０°で、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦとＢ相コイルＢの通電ＯＮを同時に実施していた。

しかし、本実施例では、Ｃ相コイルＣの通電をＯＦＦにする位相を早めて、電気角１２０°よりも以前でＣ相コイルＣの電流減少を開始している。そして、電気角１２０°で、Ｂ相コイルＢの通電をＯＮにしている。
電気角１２０°以降も同様に、各相コイルＡ〜Ｃの電流減少開始のタイミングと電流増加開始のタイミングとをそれぞれずらしている。

なお、図４に示すように、Ｃ相コイルＣの通電をＯＦＦにすると、Ｃ相コイルＣを流れる電流Ｉｃが減少し始めるが、電流がピーク値の所定割合低下した際に、電気角１２０°の位置でＢ相コイルＢの通電をＯＮにすることができるように、Ｃ相コイルＣの通電をＯＦＦにする位相を設定している。
本実施例では、例えば、電流Ｉｃがピーク値の３割程度低下したときに、Ｂ相コイルＢの通電をＯＮするように、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦのタイミングとＢ相コイルＢの通電ＯＮのタイミングとをずらしている。

〔実施例１の効果〕
本実施例では、第１の相コイルと第２の相コイルとに通電した状態から、第３の相コイルと第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、第２の相コイルの通電ＯＦＦタイミングと、第３の相コイルへの通電ＯＮタイミングとをずらしている。

すなわち、図５に示すように、例えば、Ａ相コイルＡとＣ相コイルＣとに通電した状態から、Ｂ相コイルＢとＡ相コイルＡとに通電した状態へ切替える際に、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦ（電流減少が開始）後、Ｃ相コイルＣの電流Ｉｃが所定割合低下してから、Ｂ相コイルＢの通電をＯＮするように、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦのタイミングとＢ相コイルＢの通電ＯＮのタイミングとをずらしている。

従来は、図６に示すように、例えば、Ａ相コイルＡとＣ相コイルＣとに通電した状態から、Ｂ相コイルＢとＡ相コイルＡとに通電した状態へ切替える際に、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦのタイミングとＢ相コイルＢの通電ＯＮのタイミングとが同時である。
この場合、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦ後にも相互インダクタンスによる影響を受けて、トルクに寄与しない電流成分がＣ相コイルＣに残ってしまう。この結果、トルクが低下してしまうことになる。

一方、本実施例によれば、図５に示すように、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦ後にＣ相コイルＣに流れるトルクに寄与しない電流成分を低減することができる。この結果、トルクの低下を抑制することができる。
このトルクに寄与しない電流成分は特に高速回転時に発生するため、図７に示すように、従来と比較して、高速回転時におけるトルクを向上させることができる。

なお、実施例１では、Ａ相コイルＡ（第１の相コイル）とＣ相コイルＣ（第２の相コイル）とに通電した状態から、Ｂ相コイルＢ（第３の相コイル）とＡ相コイルＡ（第１の相コイル）とに通電した状態へ切替える際に、ロータティース１６がＢ相コイルＢ（第３の相コイル）とＡ相コイルＡ（第１の相コイル）との間のステータティース１２ｂに対向し始める電気角１２０°でＢ相コイルＢの通電をＯＮにしている。
しかし、高速回転時に生じる電流変化の遅れを考慮して、Ｂ相コイルＢの通電ＯＮ（電流増加開始）のタイミングをロータティース１６がステータティース１２ｂに対向し始める電気角１２０°よりも早いタイミングにしてもよい。ただし、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦのタイミングとＢ相コイルＢの通電ＯＮのタイミングとはずれている。

また、第２の相コイルの通電ＯＦＦする位相を実施例１よりもさらに早めてもよい。ただし、その場合、他のコイルの通電ＯＮのタイミングと重ならない程度にしなければならない。
例えば、Ｂ相コイルＢの通電ＯＦＦのタイミングに着目して説明する。
従来例では、Ａ相コイルＡの通電ＯＮタイミングである電気角３６０°でＢ相コイルＢの通電をＯＦＦにしているが、実施例では、３６０°よりも早い位相でＯＦＦにしている。しかし、Ｂ相コイルＢの通電をＯＦＦするタイミングを２４０°まで早めてしまうと、図８の参考例に示すように、Ｃ相コイルＣの通電ＯＮタイミングと重なってしまう。
そこで、Ｂ相コイルＢの通電をＯＦＦするタイミングは、２４０°より遅く３６０°より早い位相でなければならない。

〔実施例２〕
実施例２のモータ装置１を、実施例１とは異なる点を中心に図９を用いて説明する。
本実施例では、第１の相コイルと第２の相コイルとに通電した状態から、第３の相コイルと第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、第１の相コイルの電流をデューティー制御により減少させてもよい。
この場合にも、第２の相コイル（例えば、Ｃ相コイルＣ）の電流減少開始のタイミング（デューティ制御の開始点）と、第３の相コイル（例えば、Ｂ相コイルＢ）の電流増加開始のタイミングとは実施例１と同様にずれている。
本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

〔実施例３〕
実施例３のモータ装置１を、実施例１とは異なる点を中心に図１０を用いて説明する。
実施例１では、第２の相コイル（例えばＣ相コイルＣ）の通電をＯＦＦにする位相を早めて、第３の相コイル（例えばＢ相コイルＢ）の通電をＯＮする電気角１２０°よりも以前でＣ相コイルＣの電流減少を開始していた。
しかし、本実施例では、図１０に示すように、第２の相コイル（例えばＣ相コイルＣ）の通電をＯＦＦにする位相は従来例と同じであり、第３の相コイル（例えばＢ相コイルＢ）の通電をＯＮする位相を遅らせている。
これによっても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本実施例の変形例として、高速回転時に生じる電流変化の遅れを考慮して、Ｃ相コイルＣの通電ＯＦＦ（電流減少開始）のタイミングをロータティース１６がステータティース１２ａに対向し終わる電気角１２０°よりも早いタイミングにしてもよい。

〔変形例〕
実施例１は、モータ本体４がインナーロータタイプであったが、全節巻型リラクタンスモータのモータ構造であればよく、例えば、ロータ８がステータ９の外側に配されるアウターロータタイプであってもよい。

また、駆動回路５は実施例のものに限られず、様々な態様がある。
例えば、図１１（ａ）に示すようなフルＨブリッジ回路や、図１１（ｂ）に示すような汎用３相インバータを２つ組み合わせた回路であってもよい。

１ モータ装置
２ モータ（全節巻型リラクタンスモータ）
３ 制御装置
１２ ステータティース（ステータ磁極）
１６ ロータティース（ロータ突極）
Ａ Ａ相コイル
Ｂ Ｂ相コイル
Ｃ Ｃ相コイル

Claims (4)

1. 全節巻よりなる３相のコイルを有する全節巻型リラクタンスモータと、
   前記各相のコイルへの通電制御を行う制御装置とを備えるモータ装置において、
   前記制御装置は、第１の相コイルと第２の相コイルとに通電した状態から、第３の相コイルと前記第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、前記第２の相コイルの電流減少開始のタイミングと前記第３の相コイルの電流増加開始のタイミングとをずらすことを特徴とするモータ装置。
2. 請求項１に記載のモータ装置において、
   前記第１の相コイルと前記第２の相コイルとに通電した状態から、前記第３の相コイルと前記第１の相コイルとに通電した状態へ切替える際に、
   前記制御装置は、前記第２の相コイルの電流減少を開始した後、前記第２の相コイルの電流が所定割合減少してから、前記第３の相コイルへの電流増加を開始することを特徴とするモータ装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ装置において、
   前記第３の相コイルの電流増加開始のタイミングは、
   前記第３の相コイルと前記第１の相コイルとの間のステータ磁極が、ロータ突極に対向し始めるよりも早いタイミングであることを特徴とするモータ装置。
4. 請求項１または２に記載のモータ装置において、
   前記第２の相コイルの電流減少開始のタイミングは、
   前記第１の相コイルと前記第２の相コイルとの間のステータ磁極が、ロータ突極に対向し終わるよりも早いタイミングであることを特徴とするモータ装置。

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