JP2018157707A - スイッチトリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチトリラクタンスモータの効率を悪化させることなく、振動および騒音を低減させること。
【解決手段】突極構造のステータおよびロータを有し、三相のコイルに励磁電流が流れることによって駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、ロータ極数の整数倍となる次数のうち、ロータ極数とステータ極数との公倍数となる次数を除く特定次数について、当該特定次数の励磁音周波数が共振周波数と一致する場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ＮＳＮＳＮＳ巻の磁極に設定し（ステップＳ５）、ＮＳＮＳＮＳ巻の磁極を選択できない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、ＮＮＮＳＳＳ巻かつ三相の励磁電流について隣り合う相同士の励磁区間が重ならない電流波形となる単相励磁状態に制御する（ステップＳ７）。
【選択図】図１０

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。

互いに対向する複数の突極を各々備えたステータおよびロータと、ステータの突極に巻回されたコイルとを備え、ステータとロータのそれぞれの突極間に発生させた磁気吸引力によってロータを回転させるスイッチトリラクタンスモータが知られている。

非特許文献１には、スイッチトリラクタンスモータに関して、二つの巻線パターン（ＮＮＮＳＳＳ巻およびＮＳＮＳＮＳ巻）のトルク性能を比較した結果が開示されている。そして、非特許文献１には、ＮＮＮＳＳＳ巻よりもＮＳＮＳＮＳ巻のほうが磁気飽和しにくいため、ＮＮＮＳＳＳ巻の最大トルクよりも、ＮＳＮＳＮＳ巻の最大トルクのほうが大きくなることが記載されている。

竹野元貴、外４名、「ＨＥＶ用５０ｋＷＳＲＭのヨーク部の磁気飽和を考慮したトルク性能の向上」、日本ＡＥＭ学会、２０１１年６月、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２

上記非特許文献１には、ＮＳＮＳＮＳ巻を採用することにより、スイッチトリラクタンスモータの最大トルクが向上することが示唆されている。しかしながら、ＮＮＮＳＳＳ巻およびＮＳＮＳＮＳ巻のトルク効率（以下、単に「効率」という）は、スイッチトリラクタンスモータの負荷状態によって変動する。そのため、最大トルクの向上だけを考慮してＮＳＮＳＮＳ巻を採用すると、効率悪化を招くおそれがある。

さらに、スイッチトリラクタンスモータでは、効率だけではなく、振動と騒音を低減することも考慮されることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチトリラクタンスモータの効率を悪化させることなく、振動および騒音を低減させることができるスイッチトリラクタンスモータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、突極構造のステータと、突極構造のロータとを有し、三相のコイルに励磁電流が流れることによって駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、前記スイッチトリラクタンスモータとの接続態様に応じて、前記三相のコイルがそれぞれ同じ方向に巻かれた第１巻線パターンと、異なる磁極が前記ステータの周方向で交互に配置されたように前記三相のコイルが巻かれた第２巻線パターンと、を切り替えることが可能なスイッチング回路と、前記スイッチング回路を切り替える制御を実施する制御部と、を備え、ロータ極数の整数倍となる次数のうち、前記ロータ極数とステータ極数との公倍数となる次数を除く特定次数について、当該特定次数の励磁音周波数が共振周波数と一致する場合には、前記制御部は、前記スイッチトリラクタンスモータが前記第２巻線パターンとなるように前記スイッチング回路を接続し、前記特定次数の励磁音周波数が共振周波数と一致する場合であっても、前記第２巻線パターンを選択できない場合には、前記制御部は、前記スイッチトリラクタンスモータが前記第１巻線パターンとなるように前記スイッチング回路を接続し、かつ三相の励磁電流について隣り合う相同士の励磁区間が重ならない電流波形となる単相励磁状態に制御することを特徴とする。

本発明によれば、ロータ極数の整数倍となる次数のうち、ロータ極数とステータ極数との公倍数を除く特定次数にて、各相の成分が強調されることを抑制し、特定次数の振動および騒音を低減できる。これにより、その特定次数における各相の成分が大きくなることを抑制でき、スイッチトリラクタンスモータの効率を悪化させることなく、振動および騒音を低減させることができる。

図１は、実施形態のシステム構成を模式的に示す図である。 図２は、スイッチトリラクタンスモータの構成を模式的に示す図である。 図３は、スイッチング回路例を示す回路図である。 図４は、ＮＮＮＳＳＳ巻を説明するための図である。 図５は、ＮＳＮＳＮＳ巻を説明するための図である。 図６は、周波数分析を示す図である。 図７は、単相励磁の電流波形を示す図である。 図８は、二相励磁の電流波形を示す図である。 図９は、ラジアル力波形のＦＦＴ分析を示す図である。 図１０は、切替制御フローの一例を示すフローチャートである。 図１１は、適用車両例を示すスケルトン図である。 図１２は、他のスイッチング回路例を示す図である。 図１３は、他のスイッチング回路例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるスイッチトリラクタンスモータの制御装置について具体的に説明する。

[１．システム構成]
図１は、実施形態のシステム構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステム構成は、スイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」という）１と、インバータ２と、昇圧部３と、バッテリ４と、制御部１００とを含む構成である。ＳＲモータ１の制御装置は、少なくともインバータ２および制御部１００を含む。

ＳＲモータ１は、インバータ２および昇圧部３を介してバッテリ４と電気的に接続され、インバータ２とは三相のコイル１２を介して電気的に接続されている。そのＳＲモータ１は、回転子に永久磁石を使用しない電動機であり、三相のコイル１２に励磁電流が流れることによって駆動する。なお、ＳＲモータ１は、電動機としてだけではなく、発電機としても機能する。

図２に示すように、ＳＲモータ１は、突極構造のステータ１０と、突極構造のロータ２０とを備えている。ステータ１０は、環状構造の内周部に突極としてのステータ歯１１を複数備え、各ステータ歯１１にはインバータ２に接続されたコイル１２が巻回されている。ロータ２０は、図示しないロータ軸と一体回転する回転子であり、ステータ１０の径方向内側に配置され、環状構造の外周部には突極としてのロータ歯２１を複数備えている。そして、図２に示すＳＲモータ１は、十八極のステータ１０と、十二極のロータ２０とを備える三相電動機である。

また、三相のＳＲモータ１には、一対のステータ歯１１およびコイル１２ａにより構成されるＡ相（Ｕ相）と、一対のステータ歯１１およびコイル１２ｂにより構成されるＢ相（Ｖ相）と、一対のステータ歯１１およびコイル１２ｃにより構成されるＣ相（Ｗ相）と、が含まれる。

インバータ２は、三相の電流をコイル１２に通電できるように複数のスイッチング素子を備えた電気回路（インバータ回路）によって構成されている。つまり、インバータ２は、インバータ回路に接続されたそれぞれのコイル１２に対して、相ごとに電流を流す。

昇圧部３は、インバータ２とバッテリ４との間に設けられており、ＳＲモータ１に印加する電圧を昇圧するものである。昇圧部３は、例えば昇圧コンバータによって構成されている。

制御部１００は、ＳＲモータ１を駆動制御する電子制御装置（ＥＣＵ）によって構成されている。その制御部１００は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、ＳＲモータ１を駆動制御するための各種の演算を行う演算処理部とを備えている。また、制御部１００には、ＳＲモータ１の回転数を検出する回転数センサ５１からレゾルバ信号が入力される。演算処理部は、そのレゾルバ信号に基づいてＳＲモータ１の回転数（以下「モータ回転数」という）を演算するなど、モータ制御のための演算処理を行う。そして、演算処理部における演算の結果、インバータ２を制御するための指令信号が制御部１００からインバータ２に出力される。

例えば、制御部１００は、レゾルバ信号から、回転方向におけるステータ歯１１とロータ歯２１との相対的な位置関係に基づいて、通電対象となるコイル１２の切り替えを相ごとに繰り返す制御を実行する。そして、制御部１００は、この制御において、ある相のコイル１２に励磁電流を流してステータ歯１１を励磁させ、ステータ歯１１と、そのステータ歯１１の近くのロータ歯２１との間に磁気吸引力を発生させることにより、ロータ２０を回転させる。このように、制御部１００は、インバータ２を制御することにより、ＳＲモータ１に印加する電圧および励磁電流を制御する。

［２．巻線パターンの切替］
さらに、インバータ２は、ＳＲモータ１の巻線パターン（磁極配列パターン）を切り替えることが可能に構成され、ＳＲモータ１との接続態様に応じて、ＳＲモータ１の巻線パターンをＮＮＮＳＳＳ巻（第１巻線パターン）とＮＳＮＳＮＳ巻（第２巻線パターン）とに切り替えることが可能なスイッチング回路を備えている。

また、ＳＲモータ１の制御装置は、ＳＲモータ１の駆動中に、ＳＲモータ１の接続態様に応じて、スイッチング回路に含まれる切替スイッチのオン／オフを切り替え、ＳＲモータ１の巻線パターンをＮＮＮＳＳＳ巻とＮＳＮＳＮＳ巻の二つのパターンに切り替える制御（切替制御）を実施する。なお、接続態様とは、現在の巻線パターンのことである。

［２−１．スイッチング回路］
図３は、スイッチング回路例を示す回路図である。なお、図３に示す破線で丸く囲まれている部分が、巻線パターン切替用のスイッチング部を表している。

インバータ２を構成するインバータ回路は、相ごとに設けられた複数のダイオードおよびトランジスタと、一つのコンデンサＣｏと、を備えている。そして、スイッチング回路は、インバータ回路のうちＢ相（Ｖ相）の回路に含まれている。インバータ２では、各相において、それぞれのトランジスタを同時にオンまたはオフにすることにより、コイル１２に流れる電流値を変更する。

詳細には、インバータ２は、Ｂ相の回路において、四つのトランジスタＴｒｂ１，Ｔｒｂ２，Ｔｒｂ３，Ｔｒｂ４と、四つのダイオードＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４とを備えている。トランジスタＴｒｂ３およびダイオードＤｂ３により巻線パターン切替用のスイッチング部２ａが構成され、トランジスタＴｒｂ４およびダイオードＤｂ４により巻線パターン切替用のスイッチング部２ｂが構成されている。また、インバータ２は、Ａ相の回路において、二つのトランジスタＴｒａ１，Ｔｒａ２と、四つのダイオードＤａ１，Ｄａ２，Ｄａ３，Ｄａ４とを備えている。さらに、インバータ２は、Ｃ相の回路において、二つのトランジスタＴｒｃ１，Ｔｒｃ２と、四つのダイオードＤｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３，Ｄｃ４とを備えている。

そのＢ相の回路においてトランジスタＴｒｂ３，Ｔｒｂ４をオンにし、かつコイル１２ｂの電流の制御にトランジスタＴｒｂ１，Ｔｒｂ２を用いることにより、ＳＲモータ１において隣接するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の磁極がそれぞれ同じになる磁極配列パターン（ＮＮＮＳＳＳ巻）を実現できる。また、Ｂ相の回路においてトランジスタＴｒｂ１，Ｔｒｂ２をオフにし、かつトランジスタＴｒｂ３，Ｔｒｂ４をコイル１２ｂの電流の制御に用いることにより、ＳＲモータ１において隣接するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の磁極のうち、Ｂ相の磁極だけが反対となる磁極配列パターン（ＮＳＮＳＮＳ巻）を実現できる。このように、インバータ２は、巻線パターン切替用スイッチであるトランジスタＴｒｂ３，Ｔｒｂ４のオン／オフを切り替えることにより、ＳＲモータ１の巻線パターンを二つの巻線パターン（ＮＮＮＳＳＳ巻およびＮＳＮＳＮＳ巻）に切り替えることができる。

［２−２．巻線パターン］
図４は、ＮＮＮＳＳＳ巻を説明するための図である。図４に示すように、ＮＮＮＳＳＳ巻では、隣接するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の磁極がそれぞれ同じになる。すなわち、図４では右から順に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順に並んでいるが、それぞれの磁極は、Ｎ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｓ極の順となる。このように、三相のコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃがそれぞれ同じ方向に巻かれたような巻線パターンのことを「ＮＮＮＳＳＳ巻」という。

図５は、ＮＳＮＳＮＳ巻を説明するための図である。図５に示すように、ＮＳＮＳＮＳ巻では、隣接Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の磁極のうち、Ｂ相の磁極だけが反対となる。すなわち、図５では右から順に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順に並んでいるが、それぞれの磁極は、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極の順となる。このように、三相のコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちの二つ（ここではコイル１２ａ，１２ｃ）が同じ方向に、残りの一つ（ここではコイル１２ｂ）が反対方向に巻かれ、かつ巻線方向が同じ二つのコイル１２ａ，１２ｃと巻線方向が反対の一つのコイル１２ｂとが交互に配置された巻線パターンのことを「ＮＳＮＳＮＳ巻」という。つまり、ＮＳＮＳＮＳ巻とは、異なる磁極がステータ１０の周方向に交互に配置されたように三相のコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが巻かれた巻線パターンのことである。すなわち、巻線方向の異なるコイル１２が突極単位（ステータ歯１１ごと）でステータ１０の周方向に交互に配置された巻線パターンのことをＮＳＮＳＮＳ巻ということもできる。なお、「巻線方向が同じ二つのコイル１２ａ，１２ｃと巻線方向が反対の一つのコイル１２ｂとが交互に配置された」とは、「ステータ１０の周方向において、コイル１２ａとコイル１２ｃの間にコイル１２ｂが配置されている状態であること」を意味する。

［２−３．通常の切替制御］
ＳＲモータ１の制御装置は、通常の切替制御（通常制御）として、ＳＲモータ１が低回転かつ低負荷側の駆動領域内で駆動する場合には、ＮＮＮＳＳＳ巻の巻線パターンに切り替え、ＳＲモータ１が高回転かつ高負荷側の駆動領域内で駆動する場合には、ＮＳＮＳＮＳ巻の巻線パターンに切り替える制御を実施する。

これは、各巻線パターンの効率が、ＳＲモータ１の駆動状態（駆動領域）によって変動するためである。ＳＲモータ１が低回転かつ低負荷（低トルク）側の駆動領域で駆動する場合、ＮＮＮＳＳＳ巻の効率はＮＳＮＳＮＳ巻の効率よりも高くなる。一方、ＳＲモータ１が高回転かつ高負荷（高トルク）側の駆動領域で駆動する場合には、ＮＳＮＳＮＳ巻の効率がＮＮＮＳＳＳ巻の効率よりも高くなる。

通常の切替制御が実施されることにより、それぞれの巻線パターンにおける効率のよい駆動領域に応じて、最適な巻線パターンに切り替えることができる。なお、通常の切替制御では、モータ回転数およびモータトルクに応じた切替マップを用いて、現在の駆動領域を判断することにより、対応する巻線パターンに切り替えることができる。

［３．振動・騒音］
ＳＲモータ１の制御装置は、効率を考慮した通常の切替制御に加え、振動および騒音を考慮した切替制御を実施する。

ステータ１０およびロータ２０はいずれも突極構造を有するため、ＳＲモータ１における振動および騒音の発生要因として、ステータ歯１１とロータ歯２１との間に発生する磁気吸引力の径方向の分力であるラジアル力が挙げられる。さらに、その突極構造を有することにより、ＳＲモータ１では、特定の次数において騒音が大きくなってしまうおそれがある。そこで、本実施形態の制御装置では、特定の次数における振動および騒音を低減させるように構成されている。なお、ラジアル力が小さいほど、あるいはラジアル力の振幅が狭いほど、振動および騒音は小さくなる。

特定の次数として、ロータ極数の整数倍の次数が挙げられる。ただし、その特定次数からは、ステータ極数とロータ極数との公倍数となる次数が除かれる。要するに、本実施形態が対象とする特定次数とは、ロータ極数の整数倍の次数のうち、ステータ極数とロータ極数との公倍数となる次数を除く次数である。

図２に示すＳＲモータ１では、ロータ極数が「１２」であるため、その整数倍である「１２」や「２４」の次数において騒音が大きくなってしまう。言い換れば、その１２次や２４次のラジアル力を低減させることにより、１２次および２４次の振動および騒音を効果的に低減させることができる。そして、図２に示すＳＲモータ１では、ステータ極数が「１８」、ロータ極数が「１２」であるため、その最小公倍数である「３６」の次数は、本実施形態の特定次数からは除外される。

また、振動および騒音が大きくなってしまう要因として、特定の次数での共振が挙げられる。次数が１２次や２４次の場合に生じる共振について図６を参照して説明する。図６は、周波数分析を示す図である。図６に示す周波数分析では、同一次数は、モータ回転数の上昇に比例して周波数が上昇する右上がりの線として現れる。

図６に示すように、１２次の周波数と２４次の周波数は、モータ回転数が変化して、共振周波数（共振成分）に近づくほど共振しやすくなる。そして、１２次も２４次も周波数が共振周波数と一致する場合、最も大きな共振が生じ、特に大きな振動および騒音が発生することになる。さらに、図６に示されているように、１２次の周波数が共振周波数と一致する際のモータ回転数は、２４次の周波数が共振周波数と一致する際のモータ回転数よりも高回転数である。すなわち、１２次成分の騒音（励磁音）は２４次成分の騒音よりも高回転数領域で生じる騒音である。なお、ＳＲモータ１は回転数が可変であるため、モータ回転数の変化に伴い励磁音周波数が変化する。また、モータ回転数が同じ場合、１２次の周波数は２４次の周波数よりも低い周波数域に存在する。

このように、ＳＲモータ１の駆動領域には、共振周波数を含む共振領域が含まれるので、ＳＲモータ１の制御装置は、特定の次数における共振が大きくなる場合には、振動・騒音の低減効果がより高い巻線パターンに切り替える。振動・騒音の低減効果については、各巻線パターン（ＮＮＮＳＳＳ巻、ＮＳＮＳＮＳ巻）の電流波形の違いにより説明できる。

［４．電流波形］
図７、図８を参照して、各巻線パターンの電流波形の違いについて説明する。図７には単相励磁の電流波形が例示され、図８には二相励磁の電流波形が例示されている。単相励磁とは、各相の励磁区間が重ならない電流波形のことをいう。二相励磁とは、隣り合う二相の励磁区間が一部重なる電流波形のことをいう。なお、図７には、ＮＳＮＳＮＳ巻の電流波形のみが図示されており、ＮＮＮＳＳＳ巻の電流波形は図示されていない。

ＮＳＮＳＮＳ巻（第２巻線パターン）では、各相において隣り合う磁極が異なるため、バランスがとられており、各相で均等な電流波形となる。図７、図８に示すように、ＮＳＮＳＮＳ巻では、単相励磁と二相励磁のそれぞれにおいて、各相で最大電流値と励磁幅がそろっている均等な電流波形となる。

ＮＮＮＳＳＳ巻（第１巻線パターン）では、相によって隣り合う相が、同じ相であったり、異なる相であったりするため、バランスがとられておらず、各相で不平衡の電流波形となる。図８に示すように、ＮＮＮＳＳＳ巻は、隣り合う相が同じであったり異なったりするため、二相励磁の際の磁束の流れ方が異なり、電流の立ち上り角や立下り角が異なり、各相の電流波形が不平衡となる。また、二相励磁は、単相励磁に比べて励磁幅（励磁区間）が広い。そのため、単相励磁では最大電流値との間で電流値の変化が急峻になってしまうが、二相励磁では単相励磁よりも電流値の変化が緩やかになる。

また、図８に示す例では、ＮＮＮＳＳＳ巻において、Ｂ相およびＣ相の最大電流値が、Ａ相の最大電流値よりも小さくなっている。また、Ａ相およびＢ相の励磁幅は、ＮＮＮＳＳＳ巻のほうがＮＳＮＳＮＳ巻よりも広い。さらに、Ｂ相およびＣ相の最大電流値は、ＮＮＮＳＳＳ巻のほうがＮＳＮＳＮＳ巻よりも小さい。

ＮＮＮＳＳＳ巻かつ二相励磁の場合（図８参照）には、各相の電流波形が不平衡となるため、ステータ極数とロータ極数との最小公倍数となる次数の３６次において次数成分を抑制できると考えられる。しかしながら、逆にいうと、ＮＮＮＳＳＳ巻かつ二相励磁の場合には、不平衡の電流波形であることにより各相の成分が強調されるため、ロータ極数に一致する次数の１２次成分や、その倍数の次数である２４次成分が大きくなってしまう（図９参照）。図９には、二相励磁での各巻線パターンにおけるラジアル力波形のＦＦＴ解析が示されている。なお、図９では、破線でＮＳＮＳＮＳ巻を示し、実線でＮＮＮＳＳＳ巻を示している。そのため、ＮＳＮＳＮＳ巻とＮＮＮＳＳＳ巻とが重なる部分は実線で図示されており、実線のみが示されている場合には、その次数成分においてＮＳＮＳＮＳ巻のほうがＮＮＮＳＳＳ巻よりも小さいラジアル力（振幅）であることを意味する。

図９に示すように、３６次成分ｆ_３６のラジアル力の振幅は、ＮＮＮＳＳＳ巻のほうがＮＳＮＳＮＳ巻よりも小さい。しかしながら、１２次成分ｆ_１２および２４次成分ｆ_２４のラジアル力の振幅は、ＮＮＮＳＳＳ巻のほうがＮＳＮＳＮＳ巻よりも大きくなってしまう。つまり、ＮＮＮＳＳＳ巻では１２次および２４次の励磁音を悪化させてしまう。このように、次数成分に注目すると、巻線パターンごとに異なる特性が発揮される。そのため、１２次や２４次の次数成分（ラジアル力）を低減させたい場合には、ＮＮＮＳＳＳ巻よりもＮＳＮＳＮＳ巻のほうが有効であると考えられる。

[５．切替制御フロー]
ここで、図１０を参照して、振動および騒音を低減するための切替制御フローについて説明する。なお、図１０に示す制御フローは制御部１００によって実施される。

図１０に示すように、まず、制御部１００は、巻線パターンの切替制御に用いる各種情報を読み込む（ステップＳ１）。その各種情報には、現状の磁極の情報（巻線パターンの情報）、各相の電流値、電圧、モータ回転数、位相、モータ指令トルクが含まれる。なお、ステップＳ１では、レゾルバ信号に基づいてモータ回転数が算出され、ＳＲモータ１の要求トルクとしてのモータトルク指令が算出されてもよい。

また、制御部１００は、ＳＲモータ１の駆動状態が、１２次や２４次の特定次数にて共振が大きくなる状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、１２次や２４次の励磁音周波数が共振周波数と一致するか否かが判定される。なお、ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込まれたモータ回転数に基づいて、１２次や２４次の励磁音周波数が共振領域内に含まれる駆動状態であるか否かが判定されてもよい。

１２次や２４次の特定次数にて共振が大きくならない駆動状態であることによりステップＳ２で否定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部１００は、上述した通常の駆動制御（通常制御）を実施する（ステップＳ３）。そして、この制御ルーチンは終了する。

１２次や２４次の特定次数にて共振が大きくなる駆動状態であることによりステップＳ２で肯定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部１００は、ＮＳＮＳＮＳ巻の磁極を選択可能であるか否かを判定する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４の判定処理では、バッテリ４の使用可能電圧が考慮されてもよい。

ＮＳＮＳＮＳ巻の磁極を選択可能であることによりステップＳ４で肯定的に判定された場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、制御部１００は、ＮＳＮＳＮＳ巻を選択（設定）する（ステップＳ５）。

例えば、ステップＳ５では、ステップＳ１で読み込まれた現在の巻線パターンがＮＮＮＳＳＳ巻の場合、ＮＮＮＳＳＳ巻からＮＳＮＳＮＳ巻への切替制御が実施される。一方、ステップＳ１で読み込まれた現在の巻線パターンがＮＳＮＳＮＳ巻の場合には、ステップＳ５において巻線パターンの切替制御を実施せず、現在のＮＳＮＳＮＳ巻のままとなる。そして、ステップＳ５が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

一方、ＮＳＮＳＮＳ巻の磁極を選択できないことによりステップＳ４で否定的に判定された場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、制御部１００は、ＮＮＮＳＳＳ巻かつ単相励磁の状態において必要トルク（要求トルク）を出力可能であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、ＮＮＮＳＳＳ巻の単相励磁にて出力可能な最大トルクが、要求トルクよりも大きいか否かが判定される。これは、上述した通り、ＮＮＮＳＳＳ巻の最大トルクが、ＮＳＮＳＮＳ巻の最大トルクよりも小さいためである。なお、ステップＳ６の判定処理では、バッテリ４の使用可能電圧が考慮されてもよい。

ＮＮＮＳＳＳ巻の単相励磁にして必要トルクを出力できることによりステップＳ６で肯定的に判定された場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部１００は、ＮＮＮＳＳＳ巻に設定し、かつ単相励磁を実施する（ステップＳ７）。

例えば、ステップＳ７では、ステップＳ１で読み込まれた現在の巻線パターンがＮＮＮＳＳＳ巻の場合には、巻線パターンの切替制御を実施せず、現在のＮＮＮＳＳＳ巻のまま単相励磁が実施される。一方、ステップＳ１で読み込まれた現在の巻線パターンがＮＮＮＳＳＳ巻の場合には、ステップＳ７においてＮＳＮＳＮＳ巻からＮＮＮＳＳＳ巻への切替制御が実施され、かつ単相励磁が実施される。そして、ステップＳ７が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

また、ＮＮＮＳＳＳ巻かつ単相励磁の状態で必要トルクを出力できないことによりステップＳ６で否定的に判定された場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、制御部１００は、上述した通常の切替制御（通常制御）を実施する。そして、この制御ルーチンは終了する。

以上のように、ＳＲモータ１の制御装置によれば、インバータ２がスイッチング回路を備えることにより、ＳＲモータ１の駆動中に、コイル１２の巻線パターンを切り替えることができる。従来は、インバータのハードウェア構成により、ＮＮＮＳＳＳ巻とＮＳＮＳＮＳ巻のいずれかの巻線パターンが一意的に決定され、ＳＲモータ１の駆動中に巻線パターンを変更することは不可能であった。一方、上述した実施形態によれば、ＳＲモータ１の駆動状態に応じて、効率面と振動・騒音面で最適な巻線パターンに切り替えることができる。

また、上述したＳＲモータ１の制御装置では、特定の次数にて共振が発生する場合が考慮されている。ロータ極数の整数倍となる次数のうち、ロータ極数とステータ極数との公倍数となる次数を除く特定次数を対象として、この特定次数の励磁音周波数と共振周波数との関係から、振動および騒音の低減効果が高い巻線パターンであるＮＳＮＳＮＳ巻を選択する。さらに、単相励磁を実施する。これにより、各相での電流波形の不平衡を起こしにくくして、各相の成分が強調されることを抑制できる。

加えて、特定次数にてＮＮＮＳＳＳ巻を選択できない場合には、ＮＳＮＳＮＳ巻に設定し、かつ隣り合う相の励磁区間同士が重ならない単相励磁状態に制御する。単相励磁では、各相で均等な電流波形となるため、各相の成分が強調して現れなくなる。すなわち、ＮＮＮＳＳＳ巻にせざるを得ない場合であっても、特定次数のラジアル力を低減させることができる。これにより、振動および騒音を低減可能であるとともに、効率との両立を図ることができる。

[６．適用車両例]
上述したＳＲモータ１の制御部１００は、各種の車両に適用することが可能である。その適用可能な車両の一例を図１１に示す。図１１に示す車両２００は、エンジン２０１と、車輪２０２と、変速機（Ｔ／Ｍ）２０３と、デファレンシャルギヤ２０４と、駆動軸２０５と、走行用動力源としてのＳＲモータ（ＳＲＭ）１と、を備えている。車両２００は、四輪駆動車であり、エンジン２０１が左右の前輪２０２ＦＬ，２０２ＦＲを駆動し、リヤモータであるＳＲモータ１が左右の後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲを駆動する。

ＳＲモータ１は、いわゆるインホイールモータであり、左右の後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲにそれぞれ一つずつ設けられている。車両２００のリヤ側駆動装置では、左後輪２０２ＲＬには左後ＳＲモータ１ＲＬが接続され、かつ右後輪２０２ＲＲには右後ＳＲモータ１ＲＲが接続されている。後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲは、互いに独立して回転可能である。

左後輪２０２ＲＬは、左後ＳＲモータ１ＲＬの出力トルク（モータトルク）によって駆動される。また、右後輪２０２ＲＲは、右後ＳＲモータ１ＲＲの出力トルク（モータトルク）によって駆動される。

左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲは、インバータ２を介してバッテリ（Ｂ）４に接続されている。また、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲは、バッテリ４から供給される電力によって電動機として機能するとともに、左右の後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲから伝達されるトルク（外力）を電力に変換する発電機として機能する。なお、インバータ２には、左後ＳＲモータ１ＲＬ用の電気回路と、右後ＳＲモータ１ＲＲ用の電気回路と、が含まれる。

制御部１００は、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲと、エンジン２０１と、を制御する。例えば、制御部１００には、ＳＲモータ用制御部（ＳＲモータ用ＥＣＵ）と、エンジン用制御部（エンジンＥＣＵ）と、が含まれる。この場合、エンジンＥＣＵは、吸気制御、燃料噴射制御、点火制御等によって、エンジン２０１の出力トルクを目標とするトルク値に調節するエンジントルク制御を実行する。また、ＳＲモータ用ＥＣＵは、回転数センサ５１から入力される信号に基づいて、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲについてのモータ制御を実行する。回転数センサ５１には、左後ＳＲモータ１ＲＬの回転数を検出する左後回転数センサ５１ＲＬと、右後ＳＲモータ１ＲＲの回転数を検出する右後回転数センサ５１ＲＲと、が含まれる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、上述した昇圧部３に代えて、ＳＲモータ１に印加する電圧を降圧する降圧部（降圧コンバータ）を設けてもよい。また、上述した図３に示すスイッチング回路例や、上述した図１１に示す適用車両例に限定されない。

［７．他のスイッチング回路例］
インバータ２は、ＮＮＮＳＳＳ巻とＮＳＮＳＮＳ巻との間の切り替えを可能にするために、複数の相にスイッチング回路を備えてもよい。

例えば、図１２に示すインバータ２Ａのように、二相にスイッチング回路を有する回路であってもよい。図１２に示すインバータ２Ａでは、Ａ相において、ダイオードＤａ３にトランジスタＴｒａ３が追加されたスイッチング部２ｃと、ダイオードＤａ４にトランジスタＴｒａ４が追加されたスイッチング部２ｄとを備えている。さらに、Ｃ相において、ダイオードＤｃ３にトランジスタＴｒｃ３が追加されたスイッチング部２ｅと、ダイオードＤｃ４にトランジスタＴｒｃ４が追加されたスイッチング部２ｆとを備えている。なお、インバータ２ＡのＢ相には、上述したスイッチング部２ａ，２ｂが設けられていない。

さらに、図１３に示すインバータ２Ｂのように、三相すなわち各相にスイッチング回路を有する回路であってもよい。インバータ２Ｂにおいて、Ａ相およびＣ相の構成は図１２と同様であり、Ｂ相の構成は図３と同様である。ＮＮＮＳＳＳ巻とＮＳＮＳＮＳ巻とを切り替える際、ＮＮＮとＮＳＮの真ん中を切り替えるのがＢ相であるとすると、ＮＮＮとＮＳＮの両端を切り替えるのであれば、Ａ相とＣ相にスイッチが追加されたインバータ回路を用いることができる。

図１２または図１３に例示された回路によれば、ＳＲモータ１の制御装置は、複数のスイッチング回路によってスイッチング動作を受け持つことにより、例えば巻線パターンが頻繁に切り替わることによるインバータ２Ａ，２Ｂの負荷を分散させることができる。

［８．他の適用車両例］
ＳＲモータ１の制御部１００を適用可能な車両は、上述した図１１に示す車両例（以下「適用例１」という）に限定されない。例えば、ＳＲモータ１の制御部１００の適用例は、適用例１とは異なり、全ての車輪２０２にＳＲモータ１が設けられた構成であってもよい（適用例２）。また、適用例１とは異なり、フロント側駆動装置が設けられていない後輪駆動車であってもよい（適用例３）。

ＳＲモータ１の制御部１００の適用例は、適用例１〜３とは異なり、車両２００の走行用動力源がインホイールモータとしてのＳＲモータ１のみである構成であってもよい（適用例４）。また、適用例４とは異なり、ＳＲモータ１がインホイールモータではない構成であってもよい（適用例５）。

ＳＲモータ１の制御部１００の適用例は、適用例５とは異なり、フロント側駆動装置として適用例１の構成が搭載されていてもよい（適用例６）。また、適用例３とは異なりリヤ側駆動装置が設けられていない、あるいは適用例４とは異なり駆動装置の配置が前後で逆である構成であってもよい（適用例７）。

１ スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
２ インバータ
３ 昇圧部
４ バッテリ
１０ ステータ
１１ ステータ歯
１２ コイル
２０ ロータ
２１ ロータ歯
５１ 回転数センサ
１００ 制御部

Claims (1)

1. 突極構造のステータと、突極構造のロータとを有し、三相のコイルに励磁電流が流れることによって駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、
   前記スイッチトリラクタンスモータとの接続態様に応じて、前記三相のコイルがそれぞれ同じ方向に巻かれた第１巻線パターンと、異なる磁極が前記ステータの周方向で交互に配置されたように前記三相のコイルが巻かれた第２巻線パターンと、を切り替えることが可能なスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を切り替える制御を実施する制御部と、を備え、
   ロータ極数の整数倍となる次数のうち、前記ロータ極数とステータ極数との公倍数となる次数を除く特定次数について、当該特定次数の励磁音周波数が共振周波数と一致する場合には、前記制御部は、前記スイッチトリラクタンスモータが前記第２巻線パターンとなるように前記スイッチング回路を接続し、
   前記特定次数の励磁音周波数が共振周波数と一致する場合であっても、前記第２巻線パターンを選択できない場合には、前記制御部は、前記スイッチトリラクタンスモータが前記第１巻線パターンとなるように前記スイッチング回路を接続し、かつ三相の励磁電流について隣り合う相同士の励磁区間が重ならない電流波形となる単相励磁状態に制御する
   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。

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