JP2014135794A - モータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチトリラクタンスモータにおいて、トルクの微調整を容易に行う。
【解決手段】ステータ2aの突極1つに対してインダクタンスが異なる複数のコイル2c及びコイル2dが巻回されたスイッチトリラクタンスモータ2と、コイル2c及びコイル2dごとに電流を制御することでスイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動制御手段3とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】ステータ2aの突極1つに対してインダクタンスが異なる複数のコイル2c及びコイル2dが巻回されたスイッチトリラクタンスモータ2と、コイル2c及びコイル2dごとに電流を制御することでスイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動制御手段3とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、モータ装置に関するものである。
永久磁石を必要としないモータとしてスイッチトリラクタンスモータが注目されている。このスイッチトリラクタンスモータは、例えば、特許文献1に示すように、複数の突極が形成されたロータ及びステータを備え、ステータの突極に設けられたコイルに電流を供給することによってロータを回転駆動するトルクを発生する。
このようなスイッチトリラクタンスモータにおいては、例えば、ステータの突極1つに対して、複数のコイルを設置することによって、各コイルに流れる電流量を抑えながら、大容量化を図ることができる。
1つの突極に対して複数のコイルが設置されている場合には、これらのコイルに電流を流すタイミングを個別に調節することによって、これらのコイルによって得られる合成トルクを細かく制御することも考えられる。ただし、コイルのインダクタンスは、ステータの突極からロータの突極までの距離が短くなるほど増大する。このため、ステータの突極とロータの突極とが近づいてからコイルに電流を流そうとすると、コイルに電流が流れにくく、トルクの立上りが鈍くなる。このようなインダクタンスの増大が存在するため、実際には、合成トルクの微調整は困難となる。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、スイッチトリラクタンスモータにおいて、トルクの微調整を容易に行うことを可能とすることを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第1の発明は、モータ装置であって、ステータの突極1つに対してインダクタンスが異なる複数のコイルが巻回されたスイッチトリラクタンスモータと、上記コイルごとに上記コイルに供給される電流を制御することで上記スイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動制御手段とを備えるという構成を採用する。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記複数のコイルとして、第1のコイルと、当該第1のコイルよりもインダクタンスが低い第2のコイルとを備え、上記駆動制御手段が、上記第1のコイルに電流を供給する期間と上記第2のコイルに電流を供給する期間とが部分的に重なり、かつ、上記第1のコイルに供給される電流の立上りタイミングに対して上記第2のコイルに供給される電流の立上りタイミングが遅れるように上記コイルに対して供給される電流を制御するという構成を採用する。
第3の発明は、上記第2の発明において、上記駆動制御手段が、上記第1のコイルに供給される電流の立下りタイミングと上記第2のコイルに供給される電流の立下りタイミングとがずれるように上記コイルに対して供給される電流を制御するという構成を採用する。
第4の発明は、上記第1〜第3のいずれかの発明において、上記駆動制御手段が、上記コイルの一端側に接続される一端側スイッチング素子と、当該コイルの他端側に接続される他端側スイッチング素子とを有する駆動回路と、上記一端側スイッチング素子及び上記他端側スイッチング素子の駆動信号であるパルス信号を生成すると共に、当該パルス信号を上記駆動回路に供給する駆動回路制御装置とを備え、上記駆動回路が、上記突極1つ対して巻回された上記コイルごとに設けられているという構成を採用する。
本発明によれば、ステータの1つの突極に対してインダクタンスの異なる複数のコイルが設置されている。このため、ロータの回転によってステータの突極とロータの突極との距離が変化し、これによってコイルのインダクタンスが変化する場合であっても、元々インダクタンスが低いコイルを用いることによって容易に電流を流すことができ、これらのコイルによって発生される合成トルクを容易に調節することができる。したがって、本発明によれば、スイッチトリラクタンスモータにおいて、トルクの微調整を容易に行うことが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図1は、本実施形態のモータ装置1の概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のモータ装置1は、スイッチトリラクタンスモータ2と、駆動制御部3(駆動制御手段)とを備えている。
スイッチトリラクタンスモータ2は、ステータ2aと、ロータ2bと、第1のコイル2cと、第2のコイル2dとを備えている。ステータ2aは、ロータ2bの回転軸方向から見て、ロータ2bを囲う略円筒形状の部材であり、鉄等の磁性体によって形成されている。図1に示すように、このステータ2aの内周側には、6つの突極2a1〜2a6が設けられている。これらの突極2a1〜2a6は、周方向に等間隔で配置されている。ロータ2bは、ステータ2aの内部に収容された略円柱状の部材であり、ステータ2aと同様に、鉄等の磁性体によって形成されている。図1に示すように、このロータ2b外周側には、4つの突極2b1〜2b4が設けられている。これらの突極2b1〜2b4は、周方向に等間隔で配置されている。
第1のコイル2cは、ステータ2aの各突極2a1〜2a6に巻回されるようにして設けられている。なお、以下の説明において、突極2a1に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c1と称し、突極2a2に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c2と称し、突極2a3に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c3と称し、突極2a4に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c4と称し、突極2a5に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c5と称し、突極2a6に設けられる第1のコイル2cを第1のコイル2c6と称する。これらの第1のコイル2cは、電流が供給されることによって、ロータ2bを回転駆動するための磁界を形成する。
第2のコイル2dは、ステータ2aの各突極2a1〜2a6に巻回されるようにして設けられている。この第2のコイル2dは、第1のコイル2cよりも巻数が少なくされており、第1のコイル2cよりもインダクタンスが低い。なお、以下の説明において、突極2a1に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d1と称し、突極2a2に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d2と称し、突極2a3に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d3と称し、突極2a4に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d4と称し、突極2a5に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d5と称し、突極2a6に設けられる第2のコイル2dを第2のコイル2d6と称する。これらの第2のコイル2dは、電流が供給されることによって、ロータ2bを回転駆動するための磁界を形成する。
このように、本実施形態のモータ装置1においては、ステータ2aの突極2a1〜2a6の各々に対して、インダクタンスが異なる2つのコイル(第1のコイル2cと第2のコイル2d)が設けられている。
なお、これらの第1のコイル2c及び第2のコイル2dは、ロータ2bの回転軸を中心とする回転角度の位相に応じて3つの相に分類されている。本実施形態においては、回転するロータ2bの突極2b1〜2a4と対向するタイミングごとに3つの相(A相〜C相)が存在し、第1のコイル2c1と第1のコイル2c4と第2のコイル2d1と第2のコイル2d4とがA相に属し、第1のコイル2c3と第1のコイル2c6と第2のコイル2d3と第2のコイル2d6とがB相に属し、第1のコイル2c2と第1のコイル2c5と第2のコイル2d2と第2のコイル2d5とがC相に属している。同じ相に属する第1のコイル2c及び第2のコイル2dは、ロータ2bが回転しているときに、同じタイミングでロータ2bのいずれかの突極2b1〜2b4に対向配置される。例えば、本実施形態では、図1に示すように、A相に属する第1のコイル2c1及び第2のコイル2d1が突極2b1に対向配置されているときには、同じくA相に属する第1のコイル2c4及び第2のコイル2d4が突極2b3と対向配置され、他の相(B相及びC相)に属する第1のコイル2c及び第2のコイル2dはいずれの突極2b1〜2b4とも対向配置されない。これからロータ2bが右回転すると、B相に属する第1のコイル2c3及び第2のコイル2d3が突極2b2と対向配置され、同じくB相に属する第1のコイル2c6及び第2のコイル2d6が突極2b4と対向配置され、他の相(A相及びC相)に属する第1のコイル2c及び第2のコイル2dはいずれの突極2b1〜2b4とも対向配置されない。さらに、ロータ2bが右回転すると、C相に属する第1のコイル2c2及び第2のコイル2d2が突極2b1と対向配置され、同じくC相に属する第1のコイル2c5及び第2のコイル2d5が突極2b3と対向配置され、他の相(A相及びB相)に属する第1のコイル2c及び第2のコイル2dはいずれの突極2b1〜2b4とも対向配置されない。
駆動制御部3は、駆動回路3aと、駆動回路制御装置3bと、回転センサ3c(回転角度検出部)とを備えている。また、駆動回路3aとして、第1のコイル2cに対して接続される駆動回路3a1と、第2のコイル2dに対して接続される駆動回路3a2とが設置されている。図2は、駆動回路3a1と第1のコイル2cとを含む回路図である。この図に示すように駆動回路3a1は、直流電源10と、陽極ライン11と、陰極ライン12と、平滑コンデンサ13と、3つのブリッジ回路14〜16とを備えている。
直流電源10は、バッテリ等からなり、正側端子に陽極ライン11が接続され、負側端子に陰極ライン12が接続されている。陽極ライン11は直流電源10の正側端子に接続された電気配線であり、陰極ライン12は直流電源10の負側端子に接続された電気配線である。平滑コンデンサ13は、陽極側のリード線が陽極ライン11に接続され、陰極側のリード線が陰極ライン12に接続されている。
ブリッジ回路14〜16は、A相〜C相の相ごとに対応して設けられている。ここでは、ブリッジ回路14がA相に対して設けられており、ブリッジ回路15がB相に対して設けられており、ブリッジ回路16がC相に対して設けられている。
A相に属する第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4は、図2に示すように直列接続されている。ブリッジ回路14は、これらの直列接続された第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4と接続されている。このブリッジ回路14は、直列接続された第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4の一端側に接続される第1レグ14aと、直列接続された第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4の他端側に接続される第2レグ14bとによって構成されている。また、第1レグ14aは、陽極ライン11と第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4とを接続するスイッチング素子14a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン12と第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4とを接続するダイオード14a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ14bは、陰極ライン12と第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4とを接続するスイッチング素子14b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン11と第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4とを接続するダイオード14b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子14a1及びスイッチング素子14b1は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。これらのスイッチング素子14a1及びスイッチング素子14b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2c1及びコイル2c4は、並列に接続してもよい。
B相に属する第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6は、図2に示すように直列接続されている。ブリッジ回路15は、これらの直列接続された第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6と接続されている。このブリッジ回路15は、直列接続された第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6の一端側に接続される第1レグ15aと、直列接続された第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6の他端側に接続される第2レグ15bとによって構成されている。また、第1レグ15aは、陽極ライン11と第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6とを接続するスイッチング素子15a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン12と第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6とを接続するダイオード15a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ15bは、陰極ライン12と第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6とを接続するスイッチング素子15b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン11と第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6とを接続するダイオード15b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子15a1及びスイッチング素子15b1は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。これらのスイッチング素子15a1及びスイッチング素子15b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2c3及びコイル2c6は、並列に接続してもよい。
C相に属する第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5は、図2に示すように直列接続されている。ブリッジ回路16は、これらの直列接続された第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5と接続されている。このブリッジ回路16は、直列接続された第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5の一端側に接続される第1レグ16aと、直列接続された第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5の他端側に接続される第2レグ16bとによって構成されている。また、第1レグ16aは、陽極ライン11と第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5とを接続するスイッチング素子16a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン12と第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5とを接続するダイオード16a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ16bは、陰極ライン12と第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5とを接続するスイッチング素子16b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン11と第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5とを接続するダイオード16b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子16a1及びスイッチング素子16b1は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。これらのスイッチング素子16a1及びスイッチング素子16b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2c2及びコイル2c5は、並列に接続してもよい。
このような駆動回路3a1は、駆動回路制御装置3bから供給されるパルス信号に基づいて、第1のコイル2cに対して電流を供給する。例えば、ブリッジ回路14のスイッチング素子14a1とスイッチング素子14b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路14に接続された第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4(すなわちA相に属する第1のコイル2c)に電流が供給される。また、ブリッジ回路15のスイッチング素子15a1とスイッチング素子15b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路15に接続された第1のコイル2c3及び第1のコイル2c6(すなわちB相に属する第1のコイル2c)に電流が供給される。また、ブリッジ回路16のスイッチング素子16a1とスイッチング素子16b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路16に接続された第1のコイル2c2及び第1のコイル2c5(すなわちC相に属する第1のコイル2c)に電流が供給される。
図3は、駆動回路3a2と第2のコイル2dとを含む回路図である。この図に示すように駆動回路3a2は、直流電源20と、陽極ライン21と、陰極ライン22と、平滑コンデンサ23と、3つのブリッジ回路24〜26とを備えている。
直流電源20は、バッテリ等からなり、正側端子に陽極ライン21が接続され、負側端子に陰極ライン22が接続されている。陽極ライン21は直流電源20の正側端子に接続された電気配線であり、陰極ライン22は直流電源20の負側端子に接続された電気配線である。平滑コンデンサ23は、陽極側のリード線が陽極ライン21に接続され、陰極側のリード線が陰極ライン22に接続されている。
ブリッジ回路24〜26は、A相〜C相の相ごとに対応して設けられている。ここでは、ブリッジ回路24がA相に対して設けられており、ブリッジ回路25がB相に対して設けられており、ブリッジ回路26がC相に対して設けられている。
A相に属する第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4は、図3に示すように直列接続されている。ブリッジ回路24は、これらの直列接続された第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4と接続されている。このブリッジ回路24は、直列接続された第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4の一端側に接続される第1レグ24aと、直列接続された第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4の他端側に接続される第2レグ24bとによって構成されている。また、第1レグ24aは、陽極ライン21と第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4とを接続するスイッチング素子24a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン22と第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4とを接続するダイオード24a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ24bは、陰極ライン22と第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4とを接続するスイッチング素子24b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン21と第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4とを接続するダイオード24b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子24a1及びスイッチング素子24b1は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。これらのスイッチング素子24a1及びスイッチング素子24b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2d1及びコイル2d4は、並列に接続してもよい。
B相に属する第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6は、図3に示すように直列接続されている。ブリッジ回路25は、これらの直列接続された第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6と接続されている。このブリッジ回路25は、直列接続された第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6の一端側に接続される第1レグ25aと、直列接続された第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6の他端側に接続される第2レグ25bとによって構成されている。また、第1レグ25aは、陽極ライン21と第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6とを接続するスイッチング素子25a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン22と第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6とを接続するダイオード25a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ25bは、陰極ライン22と第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6とを接続するスイッチング素子25b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン21と第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6とを接続するダイオード25b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子25a1及びスイッチング素子25b1は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)からなる。これらのスイッチング素子25a1及びスイッチング素子25b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2d3及びコイル2d6は、並列に接続してもよい。
C相に属する第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5は、図3に示すように直列接続されている。ブリッジ回路26は、これらの直列接続された第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5と接続されている。このブリッジ回路26は、直列接続された第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5の一端側に接続される第1レグ26aと、直列接続された第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5の他端側に接続される第2レグ26bとによって構成されている。また、第1レグ26aは、陽極ライン21と第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5とを接続するスイッチング素子26a1(一端側スイッチング素子)と、陰極ライン22と第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5とを接続するダイオード26a2とが直列接続された構成とされている。また、第2レグ26bは、陰極ライン22と第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5とを接続するスイッチング素子26b1(他端側スイッチング素子)と、陽極ライン21と第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5とを接続するダイオード26b2とが直列接続された構成とされている。なお、スイッチング素子26a1及びスイッチング素子26b1は、例えばIGBTからなる。これらのスイッチング素子26a1及びスイッチング素子26b1は、供給されるパルス信号の電圧が高い場合にオン状態として電流を流し、供給されるパルス信号の電圧が低い場合にオフ状態として電流を遮断する、いわゆるスイッチングを行う。また、コイル2d2及びコイル2d5は、並列に接続してもよい。
このような駆動回路3a2は、駆動回路制御装置3bから供給されるパルス信号に基づいて、第2のコイル2dに対して電流を供給する。例えば、ブリッジ回路24のスイッチング素子24a1とスイッチング素子24b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路24に接続された第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4(すなわちA相に属する第2のコイル2d)に電流が供給される。また、ブリッジ回路25のスイッチング素子25a1とスイッチング素子25b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路25に接続された第2のコイル2d3及び第2のコイル2d6(すなわちB相に属する第2のコイル2d)に電流が供給される。また、ブリッジ回路26のスイッチング素子26a1とスイッチング素子26b1とをオン状態とするパルス信号が供給されると、ブリッジ回路26に接続された第2のコイル2d2及び第2のコイル2d5(すなわちC相に属する第2のコイル2d)に電流が供給される。
このように、本実施形態のモータ装置1においては、第1のコイル2cに対して接続される駆動回路3a1と、第2のコイル2dに対して接続される駆動回路3a2とを備えている。つまり、ステータ2aの突極1つに対して巻回されたコイル(第1のコイル2cと第2のコイル2d)の各々に対して駆動回路(駆動回路3a1と駆動回路3a2)が設けられている。
図1に戻り、駆動回路制御装置3bは、例えばマイクロコントローラ等によって構成されており、機能構成上、PWM制御部3b1を有している。PWM制御部3b1は、スイッチトリラクタンスモータ2の回転速度を示す外部からの指令に基づいて、当該回転速度に応じた通電周期(1つの第1のコイル2c及び第2のコイル2dに対する制御の単位時間)のパルス信号を生成して駆動回路3aに供給する。また、PWM制御部3b1は、回転センサ3cから入力されるロータ2bの回転角度を示す検出信号(検出結果)に基づき、スイッチトリラクタンスモータ2の実際の回転速度をモニタリングしながら、パルス信号の周期を調節する。
なお、PWM制御部3b1は、スイッチング素子14a1、スイッチング素子15a1及びスイッチング素子16a1のオン期間(オン状態の期間)中にスイッチング素子14b1、スイッチング素子15b1及びスイッチング素子16b1のオン期間とオフ期間(オフ状態の期間)とが複数回繰り返されるようなパルス信号を生成する。また、PWM制御部3b1は、スイッチング素子24a1、スイッチング素子25a1及びスイッチング素子26a1のオン期間中にスイッチング素子24b1、スイッチング素子25b1及びスイッチング素子26b1のオン期間とオフ期間とが複数回繰り返されるようなパルス信号を生成する。このPWM制御部3b1で生成するパルス信号については、後の動作説明において詳細に説明する。
回転センサ3cは、スイッチトリラクタンスモータ2と電気的に接続されており、ロータ2bの回転角度を検出し、その検出結果を検出信号として出力するものであり、例えばレゾルバからなる。
次に、このように構成された本実施形態のモータ装置1の動作について説明する。
外部からの指令信号が駆動制御部3に入力されると、PWM制御部3b1は、図4に示すように、ブリッジ回路14のスイッチング素子14a1に供給する駆動信号であるパルス信号Q1と、ブリッジ回路14のスイッチング素子14b1に供給する駆動信号であるパルス信号Q2とを生成する。また、PWM制御部3b1は、ブリッジ回路24のスイッチング素子24a1に供給する駆動信号であるパルス信号Q3と、スイッチング素子24b1に供給する駆動信号であるパルス信号Q4とを生成する。
PWM制御部3b1は、パルス信号Q1として、1通電周期における第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4への給電期間(実際に電流を供給する期間)がパルス幅とされた信号を生成する。また、PWM制御部3b1は、パルス信号Q2として、パルス信号Q1によって規定される上記給電期間中に複数のパルスを有し、各パルスのパルス幅が第1のコイル2c1及び第1のコイル2c4への電流量に応じて設定された信号を生成する。
また、PWM制御部3b1は、パルス信号Q3として、1通電周期における第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4への給電期間がパルス幅とされた信号を生成する。また、PWM制御部3b1は、パルス信号Q4として、パルス信号Q3によって規定される上記給電期間中に複数のパルスを有し、各パルスのパルス幅が第2のコイル2d1及び第2のコイル2d4への電流量に応じて設定された信号を生成する。
このとき、PWM制御部3b1は、パルス信号Q3のパルスの立上りのタイミングと立下りのタイミングとをパルス信号Q1のパルスの立上りのタイミングと立下りのタイミングよりも遅くする。つまり、PWM制御部3b1は、パルス信号Q3のパルスを、パルス信号Q1のパルスよりも一定時間遅らせたものとする。
図4における電流I1は、パルス信号Q1をブリッジ回路14のスイッチング素子14a1に供給し、パルス信号Q2をブリッジ回路14のスイッチング素子14b1に供給したときに第1のコイル2cに流れる電流を示している。また、図4における電流I2は、パルス信号Q3をブリッジ回路24のスイッチング素子24a1に供給し、パルス信号Q4をブリッジ回路24のスイッチング素子24b1に供給したときに第2のコイル2dに流れる電流を示している。この図に示すように、第2のコイル2dに流れる電流I2は、立上りタイミングと立下りタイミングとが、第1のコイル2cに流れる電流I1よりも遅くなる。また、電流I1と電流I2とを比較して明らかなように、第2のコイル2dに電流が供給される期間は、第1のコイル2cに電流が供給される期間と一部の期間で重なっている。このように、本実施形態のモータ装置1においては、第1のコイル2cに電流を供給する期間と第2のコイル2dに電流を供給する期間とが部分的に重なり、かつ、第1のコイル2cに供給される電流の立上りタイミングに対して第2のコイル2dに供給される電流の立上りタイミングが遅れるように電流が制御される。さらに、第1のコイル2cに供給される電流の立下りタイミングと第2のコイル2dに供給される電流の立下りタイミングとがずれるように電流が制御される。
第2のコイル2dに流れる電流I2の立上りタイミングを第1のコイル2cに流れる電流I1よりも遅くすることによって、ロータ2bに作用するトルクを段階的に上昇させることができ、ロータ2bに対して急激にトルクが作用することを防止することができる。 また、第2のコイル2dに流れる電流I2の立下りタイミングを第1のコイル2cに流れる電流I1よりも遅くすることによって、第1のコイル2c及び第2のコイル2dへの電流の供給を停止するときに、ロータ2bに作用するトルクは段階的に減少することになる。
なお、PWM制御部3b1は、それぞれタイミングをずらして、ブリッジ回路15のスイッチング素子15a1とブリッジ回路16のスイッチング素子16a1とにパルス信号Q1を供給し、ブリッジ回路15のスイッチング素子15b1とブリッジ回路16のスイッチング素子16b1とにパルス信号Q2を供給する。また、PWM制御部3b1は、それぞれタイミングをずらして、ブリッジ回路25のスイッチング素子25a1とブリッジ回路26のスイッチング素子26a1とにパルス信号Q3を供給し、ブリッジ回路25のスイッチング素子25b1とブリッジ回路26のスイッチング素子26b1とにパルス信号Q4を供給する。これによって、ロータ2bの回転を持続するための回転磁界が形成される。
以上のような本実施形態のモータ装置1によれば、ステータ2aの1つの突極(突極2a1〜2a6)に対して巻回される第1のコイル2c及び第2のコイル2dの電流の供給期間が重なっている場合には、各第1のコイル2c及び第2のコイル2dによって発生されるトルクを合わせた合成トルクがロータ2bに作用する。一方、第1のコイル2c及び第2のコイル2dのいずれかのみに電流が供給されている場合には、第1のコイル2cあるいは第2のコイル2dのいずれかによって発生されるトルクのみがロータ2bに作用する。ここで、本実施形態のモータ装置1では、インダクタンスの異なる第1のコイル2c及び第2のコイル2dが設置されている。このため、ロータ2bの回転によってステータ2aの突極(突極2a1〜2a6)とロータ2bの突極(2b1〜2b4)との距離が変化し、これによってコイル(第1のコイル2c及び第2のコイル2d)のインダクタンスが変化する場合であっても、元々インダクタンスが低い第2のコイル2dを用いることによって容易に電流を流すことができる。したがって、これらのコイル(第1のコイル2c及び第2のコイル2d)によって発生される合成トルクを容易に調節することができ、トルクの微調整を容易に行うことが可能となる。
また、本実施形態のモータ装置1においては、第2のコイル2dに流れる電流I2が、立上りタイミングが第1のコイル2cに流れる電流I1よりも遅くなっている。このように、電流I1と電流I2の立上りのタイミングをずらすことによって、ロータ2bに作用するトルクは段階的に上昇させることができ、ロータ2bに対して急激にトルクが作用することを防止することができる。
また、本実施形態のモータ装置1では、第1のコイル2cに供給される電流の立下りタイミングと第2のコイル2dに供給される電流の立下りタイミングとがずれるように電流が制御される。このため、第1のコイル2c及び第2のコイル2dへの電流の供給を停止するときに、ロータ2bに作用するトルクは段階的に減少することになる。したがって、ロータ2bに作用する大きなトルクが一度に解放されることがなくなり、スイッチトリラクタンスモータ2において、コイルへの電流の供給を停止したときに発生する音の発生を抑制し、騒音の低減を図ることが可能となる。
また、本実施形態のモータ装置1によれば、ステータ2aの突極1つに対して巻回されたコイル(第1のコイル2cと第2のコイル2d)の各々に対して駆動回路(駆動回路3a1と駆動回路3a2)が設けられている。このため、第1のコイル2cに供給される電流と第2のコイル2dに供給される電流とを容易に個別制御することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、図5(a)に示すように、第2のコイル2dに流れる電流I2を、立上りタイミングが第1のコイル2cに流れる電流I1よりも遅く、立下りタイミングが第1のコイル2cに流れる電流I1よりも早くするようにしても良い。このように、電流I2の立下りタイミングが電流I1よりも早い場合であっても、第1のコイル2c及び第2のコイル2dへの電流の供給を停止するときに、ロータ2bに作用するトルクは段階的に減少することになり、騒音の低減を図ることが可能となる。
また、ステータ2aの突極1つに対してさらにインダクタンスの低い3つめのコイルを設置し、図5(b)に示すように、最も低いインダクタンスのコイルに対して、電流I1の立上りタイミング及び立下りタイミングに合わせて電流を流すようにしても良い。これによって、トルクの立上りと立下りが急峻となり、より駆動信号に対してスイッチトリラクタンスモータ2の出力をリニアにすることが可能となる。
また、上記実施形態においては、1つの突極に対して2つのコイルが巻回された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、1つの突極に対して3つ以上のコイルを巻回しても良い。このような場合であっても、電流の立下りタイミングをずらすことによってロータ2bに作用するトルクは段階的に減少させることができ、騒音の低減を図ることが可能となる。
また、上記実施形態においてはスイッチトリラクタンスモータ2をモータとして用いる構成についてのみ説明した。しかしながら、駆動回路3a1がダイオード14a2、ダイオード14b2、ダイオード15a2、ダイオード15b2、ダイオード16a2及びダイオード16b2を備え、駆動回路3a2がダイオード24a2、ダイオード24b2、ダイオード25a2、ダイオード25b2、ダイオード26a2及びダイオード26b2を備えており、スイッチトリラクタンスモータ2は、従来のスイッチトリラクタンスモータと同様に、発電機として用いることも可能である。
また、上記実施形態においてスイッチトリラクタンスモータはステータ極数が6、ロータ極数4の構成についてのみ説明した。しかしながら、極数はこれに限定されるものではなく、その他の極数の組み合わせにおいても同様の効果を得ることができる。
1……モータ装置、2……スイッチトリラクタンスモータ、2a……ステータ、2a1……突極、2a2……突極、2a3……突極、2a4……突極、2a5……突極、2a6……突極、2b……ロータ、2b1……突極、2b1〜2a4……突極、2b1〜2b4……突極、2b2……突極、2b3……突極、2b4……突極、2c……第1のコイル(第1のコイル)、2c1……第1のコイル、2c2……第1のコイル、2c3……第1のコイル、2c4……第1のコイル、2c5……第1のコイル、2c6……第1のコイル、2d……第2のコイル(第2のコイル)、2d1……第2のコイル、2d2……第2のコイル、2d3……第2のコイル、2d4……第2のコイル、2d5……第2のコイル、2d6……第2のコイル、3……駆動制御部(駆動制御手段)、3a……駆動回路、3a1……駆動回路、3a2……駆動回路、3b……駆動回路制御装置、3b1……PWM制御部、3b2……フラグ生成部、3c……回転センサ、10……直流電源、11……陽極ライン、12……陰極ライン、13……平滑コンデンサ、14……ブリッジ回路、14a……第1レグ、14a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、14a2……ダイオード、14b……第2レグ、14b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、14b2……ダイオード、15……ブリッジ回路、15a……第1レグ、15a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、15a2……ダイオード、15b……第2レグ、15b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、15b2……ダイオード、16……ブリッジ回路、16a……第1レグ、16a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、16a2……ダイオード、16b……第2レグ、16b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、16b2……ダイオード、20……直流電源、21……陽極ライン、22……陰極ライン、23……平滑コンデンサ、24……ブリッジ回路、24a……第1レグ、24a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、24a2……ダイオード、24b……第2レグ、24b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、24b2……ダイオード、25……ブリッジ回路、25a……第1レグ、25a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、25a2……ダイオード、25b……第2レグ、25b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、25b2……ダイオード、26……ブリッジ回路、26a……第1レグ、26a1……スイッチング素子(一端側スイッチング素子)、26a2……ダイオード、26b……第2レグ、26b1……スイッチング素子(他端側スイッチング素子)、26b2……ダイオード
Claims (4)
- ステータの突極1つに対してインダクタンスが異なる複数のコイルが巻回されたスイッチトリラクタンスモータと、
前記コイルごとに前記コイルに供給される電流を制御することで前記スイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動制御手段と
を備えることを特徴とするモータ装置。 - 前記複数のコイルとして、第1のコイルと、当該第1のコイルよりもインダクタンスが低い第2のコイルとを備え、
前記駆動制御手段は、前記第1のコイルに電流を供給する期間と前記第2のコイルに電流を供給する期間とが部分的に重なり、かつ、前記第1のコイルに供給される電流の立上りタイミングに対して前記第2のコイルに供給される電流の立上りタイミングが遅れるように前記コイルに対して供給される電流を制御する
ことを特徴とする請求項1記載のモータ装置。 - 前記駆動制御手段は、前記第1のコイルに供給される電流の立下りタイミングと前記第2のコイルに供給される電流の立下りタイミングとがずれるように前記コイルに対して供給される電流を制御することを特徴とする請求項2記載のモータ装置。
- 前記駆動制御手段は、
前記コイルの一端側に接続される一端側スイッチング素子と、当該コイルの他端側に接続される他端側スイッチング素子とを有する駆動回路と、
前記一端側スイッチング素子及び前記他端側スイッチング素子の駆動信号であるパルス信号を生成すると共に、当該パルス信号を前記駆動回路に供給する駆動回路制御装置と
を備え、
前記駆動回路が、前記突極1つ対して巻回された前記コイルごとに設けられている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ装置。
Priority Applications (1)
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JPH08205581A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-08-09 | Aisin Seiki Co Ltd | スイッチドリラクタンスモータ |
JP2003333900A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Okuma Corp | 同期電動機の制御装置 |
JP2012050297A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Hitachi Car Eng Co Ltd | 電動モータ,モータ駆動システム、及びそれを搭載した車両 |
-
2013
- 2013-01-08 JP JP2013001053A patent/JP2014135794A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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