JP2015231305A - スイッチトリラクタンスモータの制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と高い制御性の両方を実現可能なスイッチトリラクタンスモータの制御システムを提供する。【解決手段】ＳＲモータ１０は、偶数個の突極１１ａ〜ｆを有する固定子１１と、固定子１１の突極個数と倍数関係にない偶数個の突極１２ａ〜ｄを有する回転子１２と、固定子１２の各突極の間をつなぐヨーク１１ｇ部分にトロイダル状に巻き付けられたトロイダル巻線２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂが、電気角３６０度離れた位置同士で直列接続した３相の突極間巻線２１〜２３と、を備え、駆動回路３０は、バッテリ３７に並列に接続されて、突極間巻線２１〜２３に正方向及び負方向の両方から電流を通電できる通電経路を相毎に備え、相毎に独立して、通電経路から突極間巻線２１〜２３へ電流を通電できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータの制御システムに関する。

一般的に、スイッチトリラクタンスモータは、ステータの突極に巻線が設けられ、中心軸を挟んで対向する２つの巻線が直列に接続されて、それぞれ相を形成している。このようなスイッチトリラクタンスモータでは、一相を通電している間、他の相は非通電状態とされる。そのため、一相のみへの通電で、トルク発生のための磁束を発生させることになる。よって、巻線には多くの巻回数が必要となり、モータの形状が大きくなる。

そこで、特許文献１のスイッチトリラクタンスモータは、ヨーク部分に巻き付けられた複数の突極間巻線を有し、隣接する突極間巻線を直列接続した２つの巻線組を形成し、１つの巻線組で同じ方向の磁束を発生させている。

特開平１１−１１３２２９号公報

特許文献１のスイッチトリラクタンスモータは、各巻線を直列に接続して、同じ電流を通電するため、負トルクに寄与する漏れ磁束が発生して、磁束の飽和領域におけるトルクが低下するおそれがある。

また、特許文献１のスイッチトリラクタンスモータでは、全駆動領域において全相同時に通電するため、電流がゼロとなる相が存在しない。そのため、高速駆動領域において励磁を切り替える際に、電流が反転する巻線において電流の応答遅れが生じ、トルクが低下するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、小型化と高い制御性の両方を実現可能なスイッチトリラクタンスモータの制御システムを提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、スイッチトリラクタンスモータ、及び前記スイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動回路を備えるスイッチトリラクタンスモータの制御システムであって、前記モータは、偶数個の突極を有する固定子と、前記固定子の突極個数と倍数関係にない偶数個の突極を有する回転子と、前記固定子の各突極の間をつなぐヨーク部分にトロイダル状に巻き付けられたトロイダル巻線が、電気角３６０度離れた位置同士で直列接続されたＮ（２以上の整数）相の突極間巻線と、を備え、前記駆動回路は、電源に並列に接続されて、前記突極間巻線に正方向及び負方向の両方から電流を通電できる通電経路を相毎に備え、相毎に独立して、前記通電経路から前記突極間巻線へ電流を通電できる。

本発明のスイッチトリラクタンスモータでは、ヨーク部分のトロイダル巻線を電気角３６０度離れた位置同士で直列接続されたＮ相の突極間巻線に、電流を通電させることにより磁束が発生する。また、駆動回路は、突極間巻線に正方向及び負方向の両方から電流を通電できる通電経路を相毎に備え、相毎に独立して、通電経路から突極間巻線へ電流を通電できる。

そのため、突極間巻線に流れる電流の方向を適切に設定してＮ相同時に通電すれば、Ｎ個のトロイダル巻線組ごとに同方向の磁束を発生させることができる。よって、個別のトロイダル巻線の巻回数は、１相のみの通電で磁束を発生させる場合の１／Ｎにできる。これにより、巻線量が減少しモータを小型化できる。また、相毎に突極間巻線に流れる電流の極性及び大きさを変えられるため、モータの制御性を高くすることができる。したがって、小型化と高い制御性の両方を実現できる。

ＳＲモータの制御システムの構成を示す図。 Ｕ相の駆動回路の構成を示す図。 制御モードＡ〜Ｃの駆動領域を示す図。 制御モードＡにおける各相の電流波形を示す図。 回転子が回転する態様を示す図。 制御モードＢにおける各相の電流波形を示す図。 制御モードＢにおける各相の電流波形を示す図。 制御モードＣにおける各相の電流波形を示す図。 制御モードＣにおける各相の電流波形を示す図。 鎖交磁束分布を示す図。 電流実行値に対する平均トルクを示す図。 電気角に対するトルクを示す図。 他の実施形態に係るＳＲモータの構成を示す図。

以下、スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータ）の制御システムを具現化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るＳＲモータの制御システムは、図１に示すように、ＳＲモータ１０、及びＳＲモータ１０を駆動する駆動回路３０を備える。

本実施形態に係るＳＲモータ１０は、６個の突極１１ａ〜ｆを有する固定子１１、４個の突極１２ａ〜ｄを有する回転子１２、及び３相の突極間巻線２１〜２３を備える。Ｕ相の突極間巻線２１は、電気角３６０度離れた位置同士のトロイダル巻線２１ａと２１ｂとが、直列接続されたものである。同様に、Ｖ相の突極間巻線２２は、電気角３６０度離れた位置同士のトロイダル巻線２２ａと２２ｂとが、直列接続されたものである。また、Ｗ相の突極間巻線２３は、電気角３６０度離れた位置同士のトロイダル巻線２３ａと２３ｂとが、直列接続されたものである。トロイダル巻線２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂは、固定子１１の各突極１１ａ〜ｆの間をつなぐヨーク部分１１ｇに、トロイダル状に巻き付けられた巻線である。固定子１１の周方向において隣り合うトロイダル巻線は、互いに異なる方向に、ヨーク部分１１ｇに巻き付けられている。

駆動回路３０は、バッテリ３７（電源）に並列に接続された通電経路を相毎に備え、バッテリ３７から出力された直流電力を３相に変換して、ＳＲモータ１０へ供給する。Ｕ相の通電経路は、スイッチング素子３１ａ〜ｄを備え、突極間巻線２１に正方向及び負方向の両方向から電流を通電できる。Ｖ相の通電経路は、スイッチング素子３２ａ〜ｄを備え、突極間巻線２２に正方向及び負方向の両方向から電流を通電できる。Ｗ相の通電経路は、スイッチング素子３３ａ〜ｄを備え、突極間巻線２３に正方向及び負方向の両方向から電流を通電できる。駆動回路３０は、相毎に独立して、すなわち、相毎に電流の大きさ及び通電方向を設定して、通電経路から突極間巻線へ電流を通電できる。

本実施形態では、スイッチング素子３１ａ〜ｄ，３２ａ〜ｄ，３３ａ〜ｄとして、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いている。スイッチング素子３１ａ〜ｄ，３２ａ〜ｄ，３３ａ〜ｄは、ＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタ等でもよい。スイッチング素子３１ａ〜ｄ，３２ａ〜ｄ，３３ａ〜ｄには、それぞれダイオード４１ａ〜ｄ，４２ａ〜ｄ，４３ａ〜ｄが、逆並列に接続されている。

各相の通電経路は同様の構成をしているため、以下、図２を参照してＵ相の通電経路についてのみ説明し、Ｖ相及びＷ相の通電経路の説明は省略する。Ｕ相の通電経路は、２個のスイッチング素子３１ａと３１ｂとが直列に接続された直列体と、２個のスイッチング素子３１ｃと３１ｄとが直列に接続された直列体と、を備えるフルブリッジ回路である。スイッチング素子３１ａのエミッタ端子とスイッチング素子３１ｂのコレクタ端子とが、接続点Ｔ１で接続されている。また、スイッチング素子３１ｃのエミッタ端子とスイッチング素子３１ｄのコレクタ端子とが、接続点Ｔ２で接続されている。そして、直列体の中点である接続点Ｔ１とＴ２とに、突極間巻線２１の両端がそれぞれ接続されている。

また、スイッチング素子３１ａのコレクタ端子及びダイオード４１ａのカソードは、平滑用コンデンサ３５の第１端及びバッテリ３７の正極端子に接続されている。スイッチング素子３１ｂのエミッタ端子及びダイオード４１ｂのアノードは、平滑用コンデンサ３５の第２端及びバッテリ３７の負極端子に接続されている。また、スイッチング素子３１ｃのコレクタ端子及びダイオード４１ｃのカソードは、平滑用コンデンサ３６の第１端及びバッテリ３７の正極端子に接続されている。スイッチング素子３１ｄのエミッタ端子及びダイオード４１ｄのアノードは、平滑用コンデンサ３６の第２端及びバッテリ３７の負極端子に接続されている。

スイッチング素子３１ａ〜ｄは、それぞれ図示しないコントローラから送信された操作信号により操作される。ここでは、接続点Ｔ１からＴ２への方向を正方向、接続点Ｔ２からＴ１への方向を負方向とする。スイッチング素子３１ａ及び３１ｄをオンにし、スイッチング素子３１ｂ及び３１ｃをオフにすると、バッテリ３７、スイッチング素子３１ａ、突極間巻線２１、及びスイッチング素子３１ｄを含む閉回路が形成される。これにより、突極間巻線２１に正方向の電流が流れる。また、スイッチング素子３１ａ及び３１ｄをオフにし、スイッチング素子３１ｂ及び３１ｃをオンにすると、バッテリ３７、スイッチング素子３１ｃ、突極間巻線２１及びスイッチング素子３１ｂを含む閉回路が形成される。これにより突極間巻線２１に負方向の電流が流れる。

次に、図３を参照して、ＳＲモータ１０の制御モードについて説明する。本実施形態では、制御モードはＡ、Ｂ、Ｃの３種類ある。制御モードＡは、所定トルクよりも小さいトルク且つ所定回転速度以下の回転速度の領域、すなわち低トルク低速領域でＳＲモータ１０を駆動させるモードである。制御モードＢは、所定トルク以上のトルク且つ所定回転速度以下の回転速度の領域、すなわち高トルク低速領域でＳＲモータ１０を駆動させるモードである。制御モードＢは、高トルクを得るために、磁気飽和領域でＳＲモータ１０を駆動させる。制御モードＣは、所定トルクよりも小さいトルク且つ所定回転速度よりも速い回転速度の領域、すなわち低トルク高速領域でＳＲモータ１０を駆動させるモードである。以下、各制御モードでＳＲモータ１０を駆動させる実施例について述べる。

（実施例１）
制御モードＡでＳＲモータ１０を駆動させる実施例１について、図４及び図５を参照して説明する。制御モードＡでは、磁気飽和しない領域でＳＲモータ１０を駆動させる。図４に示すように、制御モードＡにおいて、各相の突極間巻線２１〜２３に通電させる電流の波形は、電気角１周期のうちの半周期Ｔｈで正方向通電となり、残りの半周期Ｔｈで負方向通電となる矩形波電流波形である。コントローラにより、各相の電流経路に含まれるスイッチング素子を操作することにより、上記波形の電流を巻線２１〜２３に通電させる。各相の突極間巻線２１〜２３に流れる電流の値をＵ，Ｖ，Ｗとすると、矩形電流波形の振幅｜Ｕ｜，｜Ｖ｜，｜Ｗ｜は互いに等しい。制御モードＡでは、３相の突極間巻線のうちの２相には同じ方向の電流が通電し、残りの１相には他の２相と異なる方向の電流が通電する。そして、他の２相と異なる方向の電流が通電する相を中心として、磁束が発生する。

（ａ）Ｕ，Ｖ＞０、Ｗ＜０にすると、図５の矢印で示すように、トロイダル巻線２２ｂから出た磁束は、トロイダル巻線２３ａでも同方向の磁束が発生しているため、トロイダル巻線２３ａに向かって吸い込まれる。同様に、トロイダル巻線２３ａから出た磁束は、トロイダル巻線２１ｂでも同方向の磁束が発生しているため、トロイダル巻線２１ｂに向かって吸い込まれる。そのため、トロイダル巻線２２ｂ，２３ａ，２１ｂの巻線組によって、ヨーク部分１１ｇに沿って、Ｗ相のトロイダル巻線２３ａを中心とし、トロイダル巻線２２ｂから２１ｂへ向かう方向の磁束が発生する。同様に、トロイダル巻線２１ａ，２３ｂ，２２ａの巻線組によって、ヨーク部分１１ｇに沿って、Ｗ相のトロイダル巻線２３ｂを中心とし、トロイダル巻線２１ａから２２ａへ向かう方向の磁束が発生する。

そして、両方向の磁束は、突極１１ｂにおいて対向する。磁束は磁気抵抗の小さい経路へ流れようとするため、両方向の磁束は突極１１ｂにおいて合流して、突極１１ｂ→突極１２ｂ→突極１２ｄ→突極１１ｅのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ｂ，１２ｄは、それぞれ固定子１１の突極１１ｂ，１１ｅに引き付けられ、回転子１２にＲ方向（反時計回りの方向）のトルクが発生する。

巻線で発生させる磁束は、その巻回数と電流との積で決まる。それゆえ、３つのトロイダル巻線の巻回数の総和が、１つの突極に巻き付けられた巻線の巻回数と同じであれば、３つのトロイダル巻線で磁束を発生させる場合と、１つの突極に巻き付けられた巻線で磁束を発生させる場合とで、同じ磁束となる。よって、各トロイダル巻線の巻数が等しいとすると、３つのトロイダル巻線で磁束を発生させる場合、１つの突極に巻き付けられた巻線で磁束を発生させる場合と比較して、各トロイダル巻線の巻数は３分の１にできる。

（ｂ）Ｕ＞０、Ｖ，Ｗ＜０に励磁を切り替えると、トロイダル巻線２３ａ，２１ｂ，２２ａの巻線組によって、トロイダル巻線２３ａから２２ａへ向かう方向の磁束が発生する。また、トロイダル巻線２２ｂ，２１ａ，２３ｂの巻線組によって、トロイダル巻線２２ｂから２３ｂへ向かう方向の磁束が発生する。両方向の磁束は突極１１ｃにおいて合流して、突極１１ｃ→突極１２ｃ→突極１２ａ→突極１１ｆのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ａ，１２ｃは、それぞれ固定子の突極１１ｆ，１１ｃに引き付けられる。

（ｃ）Ｕ，Ｗ＞０、Ｖ＜０に励磁を切り替えると、トロイダル巻線２１ｂ，２２ａ，２３ｂの巻線組によって、トロイダル巻線２１ｂから２２ｂへ向かう方向の磁束が発生する。また、トロイダル巻線２３ａ，２２ｂ，２１ａの巻線組によって、トロイダル巻線２３ａから２１ａへ向かう方向の磁束が発生する。両方向の磁束は突極１１ｄにおいて合流して、突極１１ｄ→突極１２ｄ→突極１２ｂ→突極１１ａのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ｂ，１２ｄは、それぞれ固定子の突極１１ａ，１１ｄに引き付けられる。

（ｄ）Ｕ，Ｖ＜０、Ｗ＞０に励磁を切り替えると、トロイダル巻線２２ａ，２３ｂ，２１ａの巻線組によって、トロイダル巻線２２ａから２１ａへ向かう方向の磁束が発生する。また、トロイダル巻線２１ｂ，２３ａ，２２ｂの巻線組によって、トロイダル巻線２１ｂから２２ｂへ向かう方向の磁束が発生する。両方向の磁束は突極１１ｅにおいて合流して、突極１１ｅ→突極１２ａ→突極１２ｃ→突極１１ｂのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ａ，１２ｃは、それぞれ固定子の突極１１ｅ，１１ｂに引き付けられる。

（ｅ）Ｕ＜０、Ｖ,Ｗ＞０に励磁を切り替えると、トロイダル巻線２３ｂ，２１ａ，２２ｂの巻線組によって、トロイダル巻線２３ｂから２２ｂへ向かう方向の磁束が発生する。また、トロイダル巻線２２ａ，２１ｂ，２３ａの巻線組によって、トロイダル巻線２２ａから２３ａへ向かう方向の磁束が発生する。両方向の磁束は突極１１ｆにおいて合流して、突極１１ｆ→突極１２ｂ→突極１２ｄ→突極１１ｃのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ｂ，１２ｄは、それぞれ固定子の突極１１ｆ，１１ｃに引き付けられる。

（ｆ）Ｕ，Ｗ＜０、Ｖ＞０に励磁を切り替えると、トロイダル巻線２１ａ，２２ｂ，２３ａの巻線組によって、トロイダル巻線２１ａから２３ａへ向かう方向の磁束が発生する。また、トロイダル巻線２３ｂ，２２ａ，２１ｂの巻線組によって、トロイダル巻線２３ｂから２１ｂへ向かう方向の磁束が発生する。両方向の磁束は突極１１ａにおいて合流して、突極１１ａ→突極１２ｃ→突極１２ａ→突極１１ｄのように流れる。これにより、回転子１２の突極１２ａ，１２ｃは、それぞれ固定子の突極１１ｄ，１１ａに引き付けられる。この後（ａ）に戻る。（ａ）〜（ｆ）の各パターンで電流を通電させると、回転子１２は電気角３６０度、機械角１８０度回転する。

（実施例２）
制御モードＢでＳＲモータ１０を駆動させる実施例２について、図６を参照して説明する。制御モードＢでは、高トルクを得るため、磁気飽和領域でＳＲモータ１０を駆動させる。制御モードＢにおいて、各相の突極間巻線に通電させる電流の波形には、正方向通電となる半周期Ｔｈ、及び負方向通電となる半周期Ｔｈにおいて、他の期間よりも電流の絶対値｜Ｕ｜，｜Ｖ｜，｜Ｗ｜が小さい期間Ｉ（所定期間）が存在する。詳しくは、各相の突極間巻線において、他の２相の突極間巻線と異なる方向の電流を通電させる期間における電流の絶対値を、他の期間における電流の絶対値よりも小さくする。本実施例では、各相の突極間巻線において、他の２相の突極間巻線と異なる方向に電流を通電させる期間中、すなわち半周期Ｔｈの３分の１の期間中、電流の絶対値を他の期間よりも小さくする。また、本実施例では、期間Ｉにおける電流の絶対値を実施例１における電流の絶対値よりも小さくし、期間Ｉ以外の期間における電流の絶対値を実施例１における電流の絶対値よりも大きくして、半周期Ｔｈの平均電流実効値を実施例１と等しくする。

本実施例では、各相の突極間巻線に流れる電流の方向が、実施例１と同様に順次切り替わるため、図５の（ａ）〜（ｆ）に示すように順次発生する磁束の向きが変わり、回転子１２がＲ方向に回転する。

制御モードＢでは、磁気飽和領域でＳＲモータ１０を駆動させる。そのため、実施例１のように、各相の突極間巻線に通電させる電流の絶対値を等しくすると、同じ方向の磁束を発生させる３つのトロイダル巻線からなる巻線組のうち、中央のトロイダル巻線から漏れ磁束が生じる（図１０（ｂ）参照）。この漏れ磁束は、回転子１２に作用するトルクには寄与せず、負トルクに寄与する。すなわち、漏れ磁束の分、回転子１２に作用するトルクが低下する。

そこで、本実施例では、同じ方向の磁束を発生させる３つのトロイダル巻線からなる巻線組のうち、中央のトロイダル巻線に流れる電流の絶対値を、他の２つのトロイダル巻線に流れる電流の絶対値よりも小さくする。絶対値が小さい電流が流れる突極間巻線に発生する磁束の密度は、絶対値が大きい電流が流れる突極間巻線に発生する磁束の密度よりも小さくなる。そのため、漏れ磁束が抑止され、負トルクの発生が抑制される。

制御モードＢの領域において、実施例２の通電パターンでＳＲモータ１０を駆動した場合における磁束分布のシミュレーション結果を、図１０（ａ）に示す。また、制御モードＢの領域において、実施例１の通電パターンでＳＲモータ１０を駆動した場合における磁束分布のシミュレーション結果を、図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ），（ｂ）において、矢印は磁束の向きを表し、矢印が太いほど磁束密度が高いことを表す。制御モードＢの領域で、実施例１のように各相の電流の絶対値を等しくした場合は、実施例２の通電パターンで通電した場合よりも、漏れ磁束の密度が高くなっている。

また、実施例２及び実施例１の通電パターンでＳＲモータ１０を駆動した場合における、電流実効値に対する平均トルクのシミュレーション結果を、図１１に実線及び破線でそれぞれ示す。また、制御モードＢの領域において実施例２及び実施例１の通電パターンで、ＳＲモータ１０を駆動した場合における、電気角に対するトルクのシミュレーション結果を、図１２に実線及び破線でそれぞれ示す。図１１に示すように、磁気飽和していない低トルク領域では、実施例２の通電パターンと実施例１の通電パターンにおける平均トルクの差は小さい。しかしながら、磁気飽和領域では、トルクが大きくなるほど、実施例２の通電パターンにおけるトルクと、実施例１の通電パターンにおけるトルクとの差が大きくなっている。また、図１２に示すように、実施例２の通電パターンにおけるトルクの最大値は、実施例１の通電パターンにおけるトルクの最大値よりも大きくなっている。すなわち、実施例２の通電パターンにおけるトルクと実施例１の通電パターンにおけるトルクとの差の分、実施例２の通電パターンでは負トルクの発生が抑制されている。

（実施例３）
制御モードＢでＳＲモータ１０を駆動させる実施例３について、図７を参照して、実施例２と異なる点を説明する。実施例２では、期間Ｉにおいて一様に突極間巻線に通電させる電流の絶対値を小さくしたが、実施例３では、期間Ｉにおいて、電流の絶対値を連続的に小さくした後、連得的に大きくする。本実施例のようにしても、実施例２と同様に、漏れ磁束を抑制し、負トルクの発生を抑制できる。

期間Ｉにおける電流の絶対値を他の期間よりも小さくする態様は、種々考えられる。例えば、期間Ｉにおいて、電流の絶対値を段階的に小さくした後段階的に大きくしてもよい。ＳＲモータ１０の駆動状態に応じて、適宜選択すればよい。

また、ＳＲモータ１０の駆動状態に応じて、期間Ｉの長さ及び期間Ｉにおける電流の絶対値の少なくとも一方を変更してもよい。例えば、制御モードＢの領域内で、トルクと回転速度から決まる駆動点を、トルクが小さい駆動点からトルクが大きい駆動点に変更した場合、期間Ｉにおける電流の絶対値を更に小さくしてもよい。また、制御モードＢの領域内で、トルクが大きい駆動点からトルクが小さい駆動点に変更した場合、期間Ｉの長さを短くしてもよい。すなわち、期間Ｉを、他の２相の突極間巻線と異なる方向に電流が通電する全期間、すなわち半周期Ｔｈの３分の１の期間よりも短い期間にしてもよい。制御モードＢの領域内の駆動点におけるトルクが大きいほど電流の絶対値を小さくし、トルクが小さいほど期間Ｉを短くすると、駆動点に応じて漏れ磁束を抑制できる。

（実施例４）
制御モードＣでＳＲモータ１０を駆動させる実施例４について、図８を参照して説明する。制御モードＣでは、突極間巻線に電流が流れていない相が常に少なくとも１つ存在する。本実施例では、半周期Ｔｈの３分の１の期間ずつ、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相の順に順次電流を通電させない相とする。そして、各相において電流を通電させる期間では、電流は正の方向に通電させる。すなわち、本実施例では、各相の突極間巻線に流れる電流は直流となる。突極間巻線に電流が流れていない相が常に１つ存在することにより、励磁を切り替える際に電流が反転する相が存在しない。よって、電流の応答遅れが抑制される。

Ｕ，Ｖ＞０、Ｗ＝０にした場合は、図５（ａ）において、トロイダル巻線２３ａ及び２３ｂで磁束が発生しない状態となる。この場合、トロイダル巻線２２ｂから出た磁束は、トロイダル巻線２１ｂに向かって吸い込まれる。また、トロイダル巻線２１ａから出た磁束は、トロイダル巻線２２ａに向かって吸い込まれる。すなわち、本実施例では、実施例１〜４において同じ方向の磁束を発生する巻線組のうち、中央のトロイダル巻線では磁束が発生せず、両端の２つのトロイダル巻線で同じ方向の磁束が発生する。

よって、Ｕ＝０、Ｖ，Ｗ＞０のときは、図５（ｅ）と同様の磁束が発生し、Ｕ，Ｗ＞０、Ｖ＝０のときは、図５（ｃ）と同様の磁束が発生する。したがって、本実施例の通電パターンで各相の突極間巻線に電流を通電すると、図５の（ａ）、（ｅ）、（ｃ）を順次繰り返して、回転子１２が回転する。また、本実施形態のように２個のトロイダル巻線で磁束を発生させる場合、１つの突極に巻き付けられた巻線で磁束を発生させる場合と比較して、各トロイダル巻線の巻数は２分の１にできる。

（実施例５）
制御モードＣでＳＲモータ１０を駆動させる実施例５について、図９を参照して、実施例６と異なる点について説明する。本実施例では、各相の突極間巻線に、半周期Ｔｈの３分の２の期間正の電流を通電させた後、半周期Ｔｈの３分の１の期間電流を通電させない。その後、半周期Ｔｈの３分の２の期間負の電流を通電させた後、半周期Ｔｈの３分の１の期間電流を通電させない。すなわち、本実施例では、各相の突極間巻線に流れる電流は交流となる。また、電流が流れている２つの相では、互いに異なる方向に電流が流れている。本実施例では、実施例４と同様に、突極間巻線に電流を通電させない相が常に１つ存在する。そして、各相の突極間巻線では、電流が通電させない期間を挟んで電流の方向を切り替えている。そのため、励磁を切り替える際に電流が反転する相が存在しないので、電流の応答遅れが抑制される。

Ｕ＞０、Ｖ＜０、Ｗ＝０にした場合は、図５（ｂ）又は（ｃ）において、トロイダル巻線２３ａ及び２３ｂに磁束が発生しない状態となる。Ｕ＝０、Ｖ＜０、Ｗ＞０にした場合は、図５（ｃ）又は（ｄ）において、トロイダル巻線２１ａ及び２１ｂに磁束が発生しない状態となる。本実施例では、実施例１〜４において同じ方向の磁束を発生する巻線組のうち、一方の端のトロイダル巻線で磁束が発生せず、他方の端及び中央のトロイダル巻線で同じ方向に磁束が発生する。

実施例４では、３個のトロイダル巻線からなる巻線組のうち、中央のトロイダル巻線で磁束が発生しないため、巻線組のうちの一方の端のトロイダル巻線で発生した磁束が、他方の端のトロイダル巻線に向かって吸い込まれる力が弱い。それゆえ、回転子１２の位置によっては、巻線組のうちの一方の端のトロイダル巻線で発生した磁束が、他方の端のトロイダル巻線に向かって吸い込まれずに、回転子１２の突極に流れ、漏れ磁束が生じて負トルクが発生するおそれがある。また、実施例５では、上記一方の端のトロイダル巻線で磁束が発生しないため、回転子１２の位置によっては、固定子１１の突極とずれた位置にある回転子の突極に磁束が流れず、回転子１２に作用するトルクがゼロトルクとなるおそれがある。しかしながら、制御モードＣでは、各相の突極間巻線に流れる電流は、実施例４のような直流と実施例５のような交流のどちらでもよいので、直流と交流とを適切に切り替えることにより、負トルク及びゼロトルクの発生を抑制できる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・複数の相の突極間巻線に通電するため、個別のトロイダル巻線の巻回数を、１相のみの通電で磁束を発生させる場合よりも減らし、ＳＲモータ１０を小型化できる。また、相毎に突極間巻線に流れる電流の極性及び大きさを変えられるため、ＳＲモータ１０の制御性を高くすることができる。したがって、ＳＲモータ１０の小型化と高い制御性の両方を実現できる。

・制御モードＡ及びＢでＳＲモータを駆動させる場合は、正方向通電期間と負方向通電期間を等しくすることにより、安定して回転子１２を回転させることができる。

・制御モードＢでＳＲモータを駆動させる場合は、突極間巻線に流れる電流の波形の半周期Ｔｈにおいて、電流値の絶対値が他の期間よりも小さい所定期間が存在する。これにより、絶対値が小さい電流が流れる突極間巻線に発生する磁束の密度が、他の突極間巻線に発生する磁束の密度よりも小さくなる。そのため、漏れ磁束が抑制されて、負トルクの発生を抑制できる。ひいては、磁気飽和領域でＳＲモータ１０を駆動させる場合に、トルク特性を向上させることができる。

・ＳＲモータ１０を高トルクで駆動させるほど、突極間巻線に発生する磁束の密度が高くなり、漏れ磁束が発生しやすい。よって、ＳＲモータ１０の駆動状態に応じて、電流の絶対値を小さくする期間の長さ及び電流値の少なくとも一方を変更することにより、適切に漏れ磁束を抑制して、負トルクの発生を抑制できる。

・制御モードＣでＳＲモータ１０を駆動させる場合は、突極間巻線に電流が流れていない相が少なくとも１つ存在するため、励磁を切り替える際に電流が反転する相が存在しない。よって、電流の応答遅れを抑制して、ＳＲモータ１０を高速駆動させることができる。

・制御モードＣでＳＲモータ１０を駆動させる場合は、突極間巻線に流れる電流を直流と交流とで切り替えることにより、ゼロトルク及び負トルクの発生を抑制できる。

・各突極間巻線がそれぞれフルブリッジ回路に接続されていることにより、各突極間巻線に正方向と負方向の両方から電流を通電させることができる。

・固定子１１の周方向において隣り合うトロイダル巻線が、互いに異なる方向に巻かれていることにより、励磁を切り替えても同じトルク特性で回転子１２を回転させることができる。

（他の実施形態）
・図１３に示すように、固定子１１’は、内周側及び外周側の両側に突極を有する固定子であってもよい。そして、ＳＲモータ１０は、固定子１１’の内周側に設置されている回転子１２以外にも、固定子１１’の外周側に設置されている回転子１３（第２回転子）を備えていてもよい。ＳＲモータ１０は、固定子１１’の各突極の間をつなぐヨーク部分１１’ｇに、トロイダル巻線２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂが巻き付けられている。そのため、外周側に回転子１３を設置すると、ヨーク部分１１’ｇに沿って発生した磁束は、内側の回転子１２だけでなく外側の回転子１３にも流れ、回転子１３に作用するトルクが発生する。よって、外周側に回転子１３を設置することにより、トロイダル巻線２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂに発生する磁束を有効に利用できる。

・固定子１１の突極個数は６個に限らず偶数個であればよい。また、回転子１２の突極個数は４個に限らず、固定子１１の突極個数と倍数関係にない偶数個であればよい。

・ＳＲモータ１０は３相モータに限らず、４相以上のＮ相（Ｎは整数）のモータであってもよい。また、制御モードＣで駆動させない場合は、ＳＲモータ１０は２相モータでもよい。

１０…ＳＲモータ、１１，１１’…固定子、１１ａ〜ｆ…突極、１１ｇ，１１’ｇ…ヨーク部分、１２…回転子、１２ａ〜ｄ…突極、２１〜２３…突極間巻線、２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂ…トロイダル巻線、３０…駆動回路。

Claims (7)

1. スイッチトリラクタンスモータ（１０）、及び前記スイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動回路（３０）を備えるスイッチトリラクタンスモータの制御システムであって、
   前記モータは、
   偶数個の突極（１１ａ〜ｆ）を有する固定子（１１）と、
   前記固定子の突極個数と倍数関係にない偶数個の突極（１２ａ〜ｄ）を有する回転子（１２）と、
   前記固定子の各突極の間をつなぐヨーク部分（１１ｇ）にトロイダル状に巻き付けられたトロイダル巻線（２１ａ〜２３ａ，２１ｂ〜２３ｂ）が、電気角３６０度離れた位置同士で直列接続されたＮ（２以上の整数）相の突極間巻線（２１〜２３）と、を備え、
   前記駆動回路は、電源に並列に接続されて、前記突極間巻線に正方向及び負方向の両方から電流を通電できる通電経路を相毎に備え、相毎に独立して、前記通電経路から前記突極間巻線へ電流を通電でき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システム。
2. 各相の前記突極間巻線に通電させる前記電流の波形は、電気角１周期のうちの半周期で正方向通電となり、残りの半周期で負方向通電となる矩形波電流波形である請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。
3. 正方向通電となる前記半周期及び負方向通電となる前記半周期において、他の期間よりも前記電流の絶対値が小さい所定期間が存在する請求項２に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。
4. 前記モータの駆動状態に応じて、前記所定期間の長さ及び前記所定期間における前記電流の絶対値の少なくとも一方を変更する請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。
5. 各相の前記通電経路は、２個のスイッチング素子が直列に接続された直列体を２個備えるブリッジ回路であり、
   前記突極間巻線の両端は、２個の前記直列体の中点にそれぞれ接続されている請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。
6. 前記固定子の周方向において隣り合う前記トロイダル巻線は、互いに異なる方向に巻かれている請求項１〜５のいずれかに記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。
7. 前記回転子は、前記固定子の内周側に設置されており、
   前記モータは、前記固定子の外周側に設置され、前記固定子に向かう突極を有する第２回転子を備える請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチトリラクタンスモータの制御システム。

Images