JP2018068055A - Ｓｒモータ制御システム及びｓｒモータ制御方法 - Google Patents

Ｓｒモータ制御システム及びｓｒモータ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＳＲモータにおける回生モードの終了タイミングを明確化し、回生動作時における同期整流制御を可能とする。【解決手段】ＳＲモータ制御システム１０は、ＳＲモータ１と、ＳＲモータ１の励磁コイル４に対する通電タイミングを調整するＦＥＴ３１〜３４を備えるドライバ回路２と、ＦＥＴ３１〜３４のオン／オフを制御する通電制御部３と、を有する。ＳＲモータ１は、励磁コイル４に対し通電を行う供給モードと、励磁コイル４に生じる起電力を回収する回生モードと、を有する。通電制御部３は、回生モード時における励磁コイル４の電流値に基づいて、回生モードの終期を決定する同期整流部２１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＲモータ(スイッチドリラクタンスモータ：Switched Reluctance Motor)の制御技術に関し、特に、回生動作時における同期整流タイミングの制御技術に関する。
従来より、電動モータの分野では、モータの回転を利用して回生電流を発生させ、モータの運動エネルギーを電力に変換して取り出す発電技術が知られている。例えば、自動車や電車などの車両においては、車両の減速時に回生動作を行い、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させている。回生動作で得られた電力は、バッテリやコンデンサに充電され、車両の始動時や加速時に使用される。特に、自動車などにおいては、回生動作によって制動効果が得られるため、エンジンのスタータ用モータとして、回生動作が可能なＩＳＧ(インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ：Integrated Starter Generator＝始動発電機）・システムが広く用いられている。
一方、レアアース価格の高騰などを背景に、近年、ロータにマグネット（永久磁石）を使用しないモータとしてＳＲモータの需要が増大している。ＳＲモータは、構造が簡単で堅牢であることから、エンジンスタータにも利用範囲が拡大しており、制御技術の向上に伴い、昨今では、回生動作が可能なスタータ・ジェネレータへの適用も増加している。このようなＳＲモータは、励磁コイルが巻装された複数の内向突極を有するステータと、ステータの内側に配置され複数の外向突極を備えたロータとから構成されており、ロータには、通常、マグネットは取り付けられていない。そして、励磁コイルを選択的に通電することにより、ステータの内向突極を順次励磁し、そこにロータの外向突極を磁気吸引させてロータに回転トルクを発生させる。
図５は、３相ＳＲモータの駆動回路の構成を示す説明図である。従来より、３相のＳＲモータ５１を駆動する駆動回路としては、図５（ａ）に示すような、各相ごとに２個のＦＥＴ５２ａ〜５２ｆと、２個のダイオード５３ａ〜５３ｆを備えた駆動回路５４が使用されている。駆動回路５４では、ＦＥＴ５２ａ〜５２ｆは、図示しないコントローラによってＰＷＭ制御されており、例えば、ハイサイド側のＦＥＴ５２ａとローサイド側のＦＥＴ５２ｂをオンさせることにより、所望のＵ相電流が供給される。同様にして、ＦＥＴ５２ｃ〜５２ｆを適宜オン／オフさせてＶ相、Ｗ相電流を供給することにより、各相コイルが励磁されＳＲモータ５１が回転駆動する。
一方、回生動作に際しては、モータ内にマグネットが存在しないため、ＳＲモータにて発電を行うには、励磁コイルに通電を行って磁束を発生させる必要がある。従って、駆動回路５４では、回生動作時にはＦＥＴ５２ａと５２ｂをオンさせ、ＳＲモータに対し電力を一時的に通電供給する（供給モード）。これにより、ロータの外向突極を介して、モータ内に磁束が発生する。そして、外力によってロータが回転すると、発生した磁束がこの回転動作よって減少し、磁束を保持しようとすべく、励磁コイルに起電力が生じる。その結果、励磁コイルに回生電流が生じ、この回生電流は、ダイオード５３ａと５３ｂを通って電源側に流れ、電力が回生される（回生モード）。
これに対し、近年では、回生時におけるダイオード通電による損失を低減すべく、図５（ｂ）に示すように、ダイオード５３ａ〜５３ｆをＦＥＴ５２ｇ〜５２ｌに置き換えた駆動回路５５も使用されている。駆動回路５５では、回生動作に際し、供給モード時のＦＥＴ（例えばＦＥＴ５２ａ,５２ｂ）のＯＮ→ＯＦＦ信号のタイミングに同期して、ダイオードを置き換えたＦＥＴ（同、ＦＥＴ５２ｇ,５２ｈ）をＯＦＦ→ＯＮする同期整流制御が行われる。この場合、各ＦＥＴ５２ａ〜５３ｌがＰＷＭ制御される駆動回路では、ＰＷＭスイッチング信号に同期して各ＦＥＴのスイッチングを行う。
図６は、ＳＲモータにて回生動作を行う場合の制御形態（１相分）を示す説明図であり、（ａ）は駆動回路１相分の構成、（ｂ）はＦＥＴ動作と巻線電流値との関係をそれぞれ示している。図６（ｂ）に示すように、回生動作は、停止モードから供給モードを実行し、その後、回生モードにて電力回生を行い停止モードに戻る、という作動形態を取る（不連続導通モードの場合）。供給モードでは、図６（ａ）のＦＥＴ１,２（図５（ｂ）のＦＥＴ５２ａ,５２ｂに相当）がオンされ、励磁コイル５６に電力が供給され電流が流れる。この際、ＦＥＴ１,２は、前述のようにＰＷＭ制御される。
その後、ＦＥＴ１,２がオフされ、次に、ＦＥＴ３,４（図５（ｂ）のＦＥＴ５２ｇ,５２ｈに相当）がオンされ、回生モードが実施される。回生モードでは、励磁コイル５６に起電力が生じ、図６（ａ）のように回生電流が流れる。なお、モード切替時には、貫通電流(電源→ハイサイド側ＦＥＴ→ローサイド側ＦＥＴ→電源)が流れる可能性があるため、全ＦＥＴをオフとするデッドタイムＤＴが設けられる。なお、発電量を調整するため、励磁コイル２の両端を同電位とし、図６（ａ）のブリッジ回路内に電流を循環させるような「還流モード」、を「供給モード」や「回生モード」で適宜実施しても良い。
特開２０１３−１５０４９１号公報
前述のような回生動作を行う場合、供給モード時は、ＦＥＴ１,２がＰＷＭ制御されているため、回生モードの同期整流開始タイミングは、供給モード終了のタイミングから算出・設定可能である。ところが、回生モードの終了タイミングは基準となるものがなく、終了時点（図６（ｂ）の点Ｐ）を正確に決めることができない、という問題があった。この場合、終了タイミングが決まらず、ＦＥＴ３,４をオンし続けると、励磁コイルに逆方向の電流が流れてしまい（図６（ｂ）の破線Ｑ）、発電効率が低下してしまう。このため、駆動回路５５のような回路にて同期整流制御を行う場合、回生動作時の同期整流が難しいという課題があった。
本発明の目的は、ＳＲモータにおける回生モードの終了タイミングを明確化し、回生動作時における同期整流制御を可能としたＳＲモータ制御システム及びＳＲモータ制御方法を提供することにある。
本発明のＳＲモータ制御システムは、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記通電制御部は、前記回生モード時における前記コイルの電流値に基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とする。
本発明の他のＳＲモータ制御システムは、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記通電制御部は、前記ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップに基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とする。
前記制御システムにおいて、前記ＳＲモータに、前記コイルに対し通電を行わない停止モードをさらに設けても良い。
さらに、本発明の他のＳＲモータ制御システムは、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記通電制御部は、前記回生モードの後に実施される前記供給モードの始期に基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とする。
本発明によるＳＲモータ制御システムにあっては、回生モード時におけるコイルの電流値、または、ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップ、または、回生モードの後に実施される供給モードの始期、などに基づいて、回生モードの終期を決定する同期整流部を設ける。これにより、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードにおいても同期整流制御が可能となる。
一方、本発明のＳＲモータ制御方法は、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記回生モード時における前記コイルの電流値に基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とする。
本発明の他のＳＲモータ制御方法は、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップに基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とする。
前記制御方法において、前記ＳＲモータに、前記コイルに対し通電を行わない停止モードをさらに設けても良い。
さらに、本発明の他のＳＲモータ制御方法は、複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、前記回生モードの後に実施される前記供給モードの始期に基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とする。
本発明によるＳＲモータ制御方法にあっては、回生モード時におけるコイルの電流値、または、ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップ、または、回生モードの後に実施される供給モードの始期、などに基づいて、回生モードの終期を決定する。これにより、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードにおいても同期整流制御が可能となる。
本発明のＳＲモータ制御システムによれば、回生モード時におけるコイルの電流値、または、ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップ、または、回生モードの後に実施される供給モードの始期、などに基づいて、回生モードの終期を決定する同期整流部を設けたので、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードにおいて同期整流制御を行うことが可能となる。従って、最適なタイミングで回生動作を行うことができ、発電時の出力特性や発電効率の改善を図ることが可能となる。
本発明のＳＲモータ制御方法によれば、回生モード時におけるコイルの電流値、または、ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップ、または、回生モードの後に実施される供給モードの始期、などに基づいて、回生モードの終期を決定するので、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードにおいて同期整流制御を行うことが可能となる。従って、最適なタイミングで回生動作を行うことができ、発電時の出力特性や発電効率の改善を図ることが可能となる。
本発明の実施の形態１であるＳＲモータ制御システムの構成を示すブロック図である。 図１の制御システムが不連続通電制御を行っている場合の回生動作を示す説明図（１相分）である。 図１の制御システムが連続通電制御を行っている場合の回生動作を示す説明図（１相分）である。 回生モードの終了タイミングをマップデータに基づいて決定する場合のドライバ回路の構成を示すブロック図である（実施の形態２）。 ３相ＳＲモータの駆動回路の構成を示す説明図であり、（ａ）は従来より使用されている通常の駆動回路、（ｂ）は同期整流制御を行う場合の駆動回路の構成をそれぞれ示している。 ＳＲモータにて回生動作を行う場合の制御形態（１相分）を示す説明図であり、（ａ）は駆動回路１相分の構成、（ｂ）はＦＥＴ動作と巻線電流値との関係をそれぞれ示している。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるＳＲモータ制御システム１０（以下、制御システム１０と略記する）の構成を示すブロック図であり、本発明による制御方法も当該制御システム１０にて実施される。図１に示すように、制御システム１０は、ＳＲモータ１と、ＳＲモータ１に対する通電タイミングを調整するドライバ回路２と、ドライバ回路２を制御する通電制御部（制御装置）３と、から構成されている。制御システム１０にて駆動されるＳＲモータ１は、例えば、車両エンジンのスタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）に適用され、エンジンのクランク軸に直結されて使用される。
ＳＲモータ１は、励磁コイル（巻線）４を有するステータ５と、ステータ５内に回転自在に配置されたロータ６とを備えている。ステータ５には、径方向内側に向かって突設された複数の突極７が設けられている。各突極７には、３相の励磁コイル４（４Ｕ,４Ｖ,４Ｗ）が巻装されている。ロータ６の外周には、径方向外側に向かって突設された複数の突極８が設けられている。突極８は、ステータ５側の突極７とは異なる個数設けられている。ロータ６の回転位置は、レゾルバ等の回転検出センサ９によって検知されている。そして、ロータ回転位置に応じて、各励磁コイル４を選択的に通電することにより、ステータ５の突極７にロータ６の突極８が磁気吸引され、ロータ６に回転トルクが発生してＳＲモータ１が回転駆動する。
図１に示すように、通電制御部３は、電流指令マップ１１、通電率マップ１２、通電相マップ１３、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）duty計算部１４、駆動相選択部１５、回転速度検出部１６、回転位置検出部１７、マップ記憶部１８、転流信号生成部１９、駆動信号生成部２０、および同期整流部２１を主要な構成要素としている。制御システム１０は、トルク指令・発電量指令２２に基づいてドライバ回路２を制御し、ＳＲモータ１に対しバッテリ２３から電力を供給してこれを駆動制御する。
トルク指令・発電量指令２２は、ＳＲモータ１に求められるトルクや発電量に対応する値であり、負荷等に応じて、例えば、最大トルクや最大発電量に対して０〜１００％の範囲で適宜数値を設定・指示する。電流指令マップ１１は、トルク指令値と電流指令値とを対応付けして格納したマップであり、トルク指令値に応じた電流指令値を選択して出力する。なお、電流指令値とは、ＳＲモータ１の各巻線に流す電流の目標値をいう。通電率マップ１２は、トルク指令値と通電率を対応付けして格納したマップであり、トルク指令値に対応する通電率を選択して出力する。この場合、通電率とは、ＳＲモータ１の相を間引きして通電する制御方式を採用した場合（一部の相のみに通電する場合）に、通電する相（通電相）と、通電しない相（非通電相）との割合を示す。通電相マップ１３は、通電率マップ１２から供給される通電率に対応する通電パターンを格納しており、通電率に応じた通電パターンを読み出して出力する。
ＰＷＭduty計算部１４は、電流センサ（電流検出手段）２４によって検出される巻線電流値と、電流指令マップ１１から供給される電流指令値に基づいて、ドライバ回路２からＳＲモータ１に流す電流のデューティを計算し、駆動信号生成部２０に供給する。駆動相選択部１５は、通電相マップ１３から供給される通電パターンに基づいて、駆動対象となる相を選択し、マップ記憶部１８と転流信号生成部１９に通知する。回転位置検出部１７は、回転検出センサ９から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、マップ記憶部１８、転流信号生成部１９、および、回転速度検出部１６に出力する。回転速度検出部１６は、回転位置検出部１７から供給される信号の差分を求めて、ＳＲモータ１の回転速度を検出し、駆動相選択部１５およびマップ記憶部１８に供給する。
マップ記憶部１８は、進角マップ、通電角マップ、および、還流角マップを記憶しており、通電パターンに応じたマップを選択し、回転速度および電流指令値等に応じた進角、通電角、および、還流角を取得して出力する。マップ記憶部１８は、駆動相選択部１５から供給される前後相の通電パターンに応じて対応するマップを選択する。また、マップ記憶部１８は、電流指令マップ１１から供給される電流指令値と、回転速度検出部１６から供給される回転速度値に対応する進角、通電角、還流角を、選択したマップから取得して転流信号生成部１９に供給する。
転流信号生成部１９は、回転位置検出部１７によって検出されたロータ回転位置に基づいてＵ相、Ｖ相、および、Ｗ相の通電パターン信号を形成する。そして、形成された通電パターン信号は、マップ記憶部１８内の各マップから供給される進角、通電角、および、還流角の値に基づいて制御のタイミングが調整される。駆動信号生成部２０は、転流信号生成部１９から供給される通電パターン信号、およびＰＷＭduty計算部１４から供給されるデューティ信号に基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、ドライバ回路２に供給する。生成されるＰＷＭ制御信号は、Ｕ相、Ｖ相またはＷ相の通電パターン信号に、ＰＷＭduty計算部１４から供給されるデューティ信号に基づくＰＷＭ信号を重畳させたものとなる。
同期整流部２１は、ＳＲモータ１が発電機として機能する際、その回生動作を制御し、供給モードや回生モードの切替を行う。実施の形態１では、ロータ回転位置に基づいて供給モードを実施し、電流センサ２４によって検出される巻線電流値（回生電流値）に基づいて、回生モードを終了させる。供給モードでは、同期整流部２１の指令に基づき、ドライバ回路２から励磁コイル４に対し電流を供給する。回生モードは、供給モードの終了後、一定のデッドタイムＤＴを経た後実施される。そして、励磁コイル４の回生電流値が所定に閾値ＳＶ以下となったタイミングで、回生モードを終了し、回生動作における同期整流を終了させる。
ドライバ回路２は、駆動信号生成部２０から供給される駆動信号に応じて、バッテリ２３から出力される直流電力をスイッチングし、ＳＲモータ１の各相を構成する励磁コイル４に供給する。ドライバ回路２には、各相ごとにブリッジ回路３０Ｕ,３０Ｖ,３０Ｗが形成されており、各ブリッジ回路３０Ｕ,３０Ｖ,３０Ｗには、半導体スイッチ素子であるＦＥＴがそれぞれ４個ずつ（ＦＥＴ３１〜３４）設けられている。この場合、ＦＥＴは、ＳＲモータ１の上段側（バッテリ２３側：ハイサイド）と下段側（ローサイド）にそれぞれ、２個ずつ設けられている（ハイサイド：ＦＥＴ３１ａ〜３１ｃ,３４ａ〜３４ｃ、ローサイド：ＦＥＴ３２ａ〜３２ｃ,３３ａ〜３３ｃ）。ＦＥＴ３１〜３４は、駆動信号生成部２０からの駆動信号により適宜オン／オフされる。
このような制御システム１０では、ＳＲモータ１を駆動するに際し、例えば、Ｕ相を励磁する場合は、駆動信号生成部２０により、上段側のＦＥＴ３１ａと、下段側のＦＥＴ３２ａをオンさせ、ＳＲモータ１のＵ相励磁コイル４Ｕに通電する。駆動信号生成部２０は、同様にＶ相（ＦＥＴ３１ｂ・ＦＥＴ３２ｂ：ＯＮ）、Ｗ相（ＦＥＴ３１ｃ・ＦＥＴ３２ｃ：ＯＮ）を順に励磁し、ＳＲモータ１を回転駆動させる。
一方、ＳＲモータ１を発電機として使用する場合には、同期整流部２１によって、ＦＥＴ３１〜３４を制御してバッテリ２３側（電源側）に電力を回生する。例えば、Ｕ相の回生動作では、ＦＥＴ３１ａとＦＥＴ３２ａをオンさせて供給モードを実施した後、デッドタイムＤＴを挟んで、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオンさせて回生モードを実施する。また、Ｖ相,Ｗ相における回生動作も同様に行われ、Ｖ相では、ＦＥＴ３１ｂとＦＥＴ３２ｂにより供給モード、ＦＥＴ３３ｂとＦＥＴ３４ｂにより回生モードがそれぞれ実施され、Ｗ相では、ＦＥＴ３１ｃとＦＥＴ３２ｃにより供給モード、ＦＥＴ３３ｃとＦＥＴ３４ｃにより回生モードがそれぞれ実施される。
ここで、回生動作においては、供給・回生モード時以外は回路に流れる電流をゼロにする不連続通電制御と、電流がゼロにならないように広角通電動作を行う連続導通制御が存在する。ＳＲモータでは、励磁コイルに流す電流値を変化させることにより、励磁コイルに生じる磁気エネルギーが変化するため、ＳＲモータの出力特性（発電特性）は、回生動作の際に励磁コイルに流す電流値によって変化する。従って、大きな出力を得るには、そのために必要十分な供給（励磁）電流を流す必要がある。そこで、十分な供給電流を流す手法として、供給・回生モード時以外にも通電動作を行う連続導通制御が実施される場合がある。
以下の実施形態では、制御システム１０における回生動作を、不連続通電制御の場合と、連続導通制御の場合とに分けて説明する。なお、不連続通電制御と連続通電制御は必ずしも二律背反的な存在ではなく、モータ動作状況（進角値、通電角、回転数等）に応じて、両者が適宜切り替わる制御形態も可能である。
（不連続通電制御の場合）
図２は、制御システム１０が不連続通電制御を行っている場合の回生動作を示す説明図（１相分）である。以下、Ｕ相を例に取って説明するが他相も同様の制御が行われる。図２に示すように、ここでは不連続通電制御を行っているため、無通電の「停止モード」が存在しており、「停止モード」から、通電を行う「供給モード」と発電を行う「回生モード」を実施し、「停止モード」に戻る。なお、本システムにおいても、発電量を調整するため、励磁コイル２の両端を同電位とし、ブリッジ回路３０内に電流を循環させるような「還流モード」、を「供給モード」や「回生モード」で適宜実施しても良い（例えば、Ｕ相のブリッジ回路３０ＵにおいてＦＥＴ３１ａのみをオンさせる）。
不連続通電制御の場合、同期整流部２１は、ロータ６が所定の回転位置（突極８が突極７に対向する直前）に来たとき、ＦＥＴ３１ａとＦＥＴ３２ａをオンさせる。これにより、励磁コイル４Ｕに電力が供給され、巻線電流が流れる（「供給モード」）。供給モードは、同期整流部２１によって、所定の通電角（電気角）にて実施される。供給モードが終了すると、同期整流部２１は、デッドタイムＤＴを挟み、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオンさせ、続いて「回生モード」を実施する。回生モードに入ると、励磁コイル４Ｕへの電力供給は停止されるが、それまで存在していた磁束を保持すべく、ロータ６の回転と共に励磁コイル４Ｕに起電力が生じ、励磁コイル４Ｕに回生電流が発生する。このため、図２に示すように、巻線電流値は一気にゼロにはならず、回生電流を流しつつ低下する。すなわち、発電（回生）動作が行われる（図２矢示Ｘ部分）。
回生モードを実施しつつ、ロータ６が一定角度回転したところで、回生モードを終了させて停止モードに戻る。この場合、回生モードを開始するタイミングは、供給モードの終了が明確であることから容易に同期整流制御が可能であるが、前述のように、回生モードの終了タイミングははっきりとした指標がなく、同期整流制御が困難であった。これに対し、本発明の制御システム・方法では、励磁コイル４Ｕの電流値（巻線電流値）を監視（モニタリング）し、それがある閾値ＳＶ以下となったとき、回生モードを終了させる。
回生モードでは、図２に示すように、徐々に電流値が低下し、やがて０となる。このとき、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオンさせた状態のままでいると、励磁コイル４Ｕに逆方向の電流が流れるおそれがある。そこで、制御システム１０では、巻線電流値が０となる以前の、そこでＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオフしても逆流電流が流れないタイミング（ギリギリのタイミングが好ましい）に閾値ＳＶを設定し、回生モードを終了させる。
閾値ＳＶは、モータ仕様に応じて、予め実験や解析等によって決定される（例えば、巻線電流値のピーク値の５〜１０％程度）。同期整流部２１は、その設定に基づいて回生モードの終期を決定してドライバ回路２に指示信号を出力し、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオフして回生モードを終了させる。これにより、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードについて、開始・終了共に同期整流制御を行うことが可能となる。従って、最適なタイミングで回生動作を行うことができ、発電時の出力特性や発電効率の改善を図ることが可能となる。
（連続通電制御の場合）
（１）閾値ＳＶによる制御
図３は、制御システム１０が連続通電制御を行っている場合の回生動作を示す説明図（１相分）である。図３に示すように、ここでは連続通電制御を行っているため、無通電の「停止モード」は存在せず、「供給モード」の間に「回生モード」が実施される。なお、「還流モード」も前述同様、適宜可能である。
連続通電制御の場合、同期整流部２１は、回生モード以外では、ＦＥＴ３１ａとＦＥＴ３２ａを常時オンさせており、励磁コイル４Ｕには微弱電流Ｉｓが流れている。その状態で、ロータ６が所定の回転位置に来たとき、励磁コイル４Ｕへの電力供給を増加させる。これにより、励磁コイル４Ｕに流れる電流が増加する（「供給モード」の電流増加部Ｙ）。電流増加部Ｙは、同期整流部２１によって、所定の角度（電気角）にて実施される。電流増加部Ｙ（供給モード）が終了すると、同期整流部２１は、デッドタイムＤＴを挟み、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオンさせ、続いて「回生モード」を実施する。回生モードでは、励磁コイル４Ｕに回生電流が発生し、発電（回生）動作が行われる（図３：回生部Ｘ）。
前述同様、回生モードを実施しつつ、ロータ６が一定角度回転したところで、回生モードを終了させて停止モードに戻る。この場合も、本発明の制御システム・方法では、励磁コイル４Ｕの電流値（巻線電流値）をモニタし、それがある閾値ＳＶ以下となったとき、回生モードを終了させる。連続通電制御の場合、回生モードと次の供給モードとの間にデッドタイムＤＴが確保されるよう、供給モード時の微弱電流値Ｉｓより若干高い値が閾値ＳＶとして設定され、それを基準として回生モードを終了させる。これにより、不明確であった回生モードの終了タイミングが明確となり、回生モードについて、開始・終了共に同期整流制御を行うことが可能となる。従って、最適なタイミングで回生動作を行うことができ、発電時の出力特性や発電効率の改善を図ることが可能となる。
（２）次回通電タイミングによる制御
連続通電制御では、逆方向電流が流れないため、次の供給モードを開始する時点から回生モードの終了タイミングを算出できる。そこで、同期整流部２１は、回生モードの後に実施される供給モードの始期に基づいて、回生モードの終期を決定する。すなわち、同期整流部２１は、次にＦＥＴ３１ａとＦＥＴ３２ａをオンさせる駆動信号を送出する通電開始タイミングから、デッドタイムＤＴ分だけ前のタイミングで、回生モードを終了させる。これにより、回生モードの終了タイミングが明確化され、回生モードについて、開始・終了共に同期整流制御を行うことが可能となる。なお、図３の制御形態では、（１）閾値ＳＶによる制御と、（２）次回通電タイミングによる制御にて同じタイミングで回生モードを終了させている。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、回生モードの終了タイミングをマップデータに基づいて決定する構成について説明する。図４は、その場合のドライバ回路の構成を示すブロック図である。なお、ドライバ回路以外の構成は実施の形態１（図１）と同様である。また、ドライバ回路においても、実施の形態１と同様の構成には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図４に示すように、実施の形態２のＳＲモータ制御システム４０（以下、制御システム４０と略記する）に用いられるドライバ回路４１では、図１のドライバ回路２に加えて、発電量マップ４２が設けられている。発電量マップ４２には、進角値、通電角、回転数等をパラメータとして、回生モード時における発電量がマップデータとして記載されている。マップデータには、ＦＥＴ３３ａとＦＥＴ３４ａをオフしても逆流電流が流れないタイミングが各パラメータに対応して示されている。
ここでは、ＳＲモータ１は、不連続通電制御にて駆動されており、同期整流部２１は、発電量マップ４２を参照して回生モードを終了させる（図２と同様の態様で終了）。これにより、回生モードの終了タイミングが明確化され、回生モードについて、開始・終了共に同期整流制御を行うことが可能となる。なお、発電量マップ４２による制御は、連続通電制御、不連続通電制御の何れにも適用可能である。但し、不連続通電制御では、前述のように、回生モードの終了タイミングを決定する手法が他にも存在するため、連続通電制御に好適である。また、発電量マップ４２のパラメータとしては、進角値、通電角、回転数以外にも、巻線電流値を使用することもできる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、３相駆動のＳＲモータに本発明を適用した例を示したが、２相駆動や４相以上で駆動のＳＲモータにも本発明は適用可能である。また、閾値ＳＶとして示した値は一例であり、本発明は前述の数値には限定されないのは言うまでもない。
本発明によるＳＲモータ制御システム・制御方法は、エンジン用のスタータ・ジェネレータのみならず、電気自動車用駆動モータ等の他の車載ＳＲモータや、家電製品や産業機械等に使用されるＳＲモータの駆動制御にも広く適用可能である。
１ ＳＲモータ
２ ドライバ回路
３ 通電制御部
４ 励磁コイル
４Ｕ Ｕ相励磁コイル
４Ｖ Ｖ相励磁コイル
４Ｗ Ｗ相励磁コイル励磁コイル
５ ステータ
６ ロータ
７ 突極
８ 突極
９ 回転検出センサ
１０ ＳＲモータ制御システム
１１ 電流指令マップ
１２ 通電率マップ
１３ 通電相マップ
１４ ＰＷＭduty計算部
１５ 駆動相選択部
１６ 回転速度検出部
１７ 回転位置検出部
１８ マップ記憶部
１９ 転流信号生成部
２０ 駆動信号生成部
２１ 同期整流部
２２ トルク指令・発電量指令
２３ バッテリ
２４ 電流センサ
３０Ｕ,３０Ｖ,３０Ｗ ブリッジ回路
３１,３１ａ〜３１ｃ ＦＥＴ
３２,３２ａ〜３２ｃ ＦＥＴ
３３,３３ａ〜３３ｃ ＦＥＴ
３４,３４ａ〜３４ｃ ＦＥＴ
４０ ＳＲモータ制御システム
４１ ドライバ回路
４２ 発電量マップ
５１ ＳＲモータ
５２ａ〜５２ｌ ＦＥＴ
５３ａ〜５３ｆ ダイオード
５４ 駆動回路
５５ 駆動回路
５６ 励磁コイル
ＤＴ デッドタイム
Ｉｓ 微弱電流（連続通電モード時）
ＳＶ 閾値
Ｘ 回生部
Ｙ 電流増加部

Claims (8)

  1. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、
    前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、
    前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記通電制御部は、前記回生モード時における前記コイルの電流値に基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とするＳＲモータ制御システム。
  2. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、
    前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、
    前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記通電制御部は、前記ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップに基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とするＳＲモータ制御システム。
  3. 請求項１または２記載のＳＲモータ制御システムにおいて、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行わない停止モードをさらに有することを特徴とするＳＲモータ制御システム。
  4. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を備えるＳＲモータと、
    前記コイルに対する通電タイミングを調整するスイッチ素子を備えるドライバ回路と、
    前記スイッチ素子のオン／オフを制御する通電制御部と、を有してなるＳＲモータ制御システムにおいて、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記通電制御部は、前記回生モードの後に実施される前記供給モードの始期に基づいて、前記回生モードの終期を決定する同期整流部を有することを特徴とするＳＲモータ制御システム。
  5. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記回生モード時における前記コイルの電流値に基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とするＳＲモータ制御方法。
  6. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記ＳＲモータの進角値、通電角、回転数のうち少なくとも何れか１つをパラメータとして設定されたマップに基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とするＳＲモータ制御方法。
  7. 請求項５または６記載のＳＲモータ制御方法において、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行わない停止モードをさらに有することを特徴とするＳＲモータ制御方法。
  8. 複数個の突極を有するステータと、前記ステータの突極とは異なる個数の複数個の突極を有するロータと、前記ステータに巻装されたコイルと、を有するＳＲモータの制御方法であって、
    前記ＳＲモータは、前記コイルに対し通電を行う供給モードと、前記コイルに生じる起電力を回収する回生モードと、を有し、
    前記回生モードの後に実施される前記供給モードの始期に基づいて、前記回生モードの終期を決定することを特徴とするＳＲモータ制御方法。
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