JP3659119B2

JP3659119B2 - SR motor control method and SR motor

Info

Publication number: JP3659119B2
Application number: JP2000075489A
Authority: JP
Inventors: 光一郎米倉; 匡之初田; 雅裕塚本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP2001268982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁石を用いないタイプのモータとしてＳＲモータが知られている。ＳＲモータは、筒状のヨークに複数の内向きに突出する突極を一体形成してなるステータ（固定子）と、外向きに突出する複数の突極を有するロータ（回転子）とを同軸上に配置し、ステータの突極に巻線コイルを装着して構成される。
【０００３】
ロータの突極とステータの突極の数は、相互に倍数関係になっていない偶数個に設定される。例えば、ロータの突極の数が４に対してステータの突極の数が６、ロータの突極の数が６に対してステータの突極の数が８、ロータの突極の数が８に対してステータの突極の数が１２、という如くである。
【０００４】
ステータの一対の対向する巻線コイル（場合によりさらに複数の巻線コイル）に電流を流して、ステータの突極からロータの突極へ向かう磁束を発生させ、ロータの突極をステータの突極に引き付けることで、トルクを発生させる。このとき、ステータとロータのある突極同士が対向すると、他の突極同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電すればロータの突極が連続的に引き付けられ、ロータを軸回りに回転させることができる。
【０００５】
このようなＳＲモータは、発電機として機能させることも可能である。図４（ａ）及び（ｂ）はＳＲモータを発電電動機として用いる場合の従来の駆動回路を示す回路図である。この駆動回路は、ステータの突極に装着された巻線コイルのうち、同一の相を構成する複数の巻線（巻線組）についてそれぞれ設けられている。例えば、ステータの突極の数が６でロータの突極の数が４の３相モータの場合には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）はそれぞれ互いに対向する一対の巻線コイルにより構成され、これらの一対の巻線コイルはそれぞれ直列に接続されて巻線組とされ、これらの巻線組のそれぞれについて該駆動回路が設けられる。なお、本願明細書中においては、巻線コイル又は巻線とは、単一の巻線コイルのみならず、同一の相を構成する複数の巻線コイル（巻線組）をもいうものとする。
【０００６】
同図に示されているように、巻線コイルＣの始端Ｔ１を、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１を含むパワー素子を介して電源Ｅに接続するとともに、ダイオードＤ１を介して接地する。当該巻線コイルＣの終端Ｔ２をダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続するとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地する。
【０００７】
図５はスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動の制御内容を説明するための図であり、（ａ）はロータの回転角とインダクタンスＬの関係を、（ｂ）は同じくロータの回転角とスイッチ素子ＳＷ１の作動（オン、オフ）の関係を、（ｃ）は同じくロータの回転角とスイッチ素子ＳＷ２の作動（オン、オフ）の関係を、（ｄ）は同じくロータの回転角と巻線電流Ｉの関係を示している。
【０００８】
インダクタンスＬが低下している時期において、ロータの回転角が所定の角度（θ１）になったときに、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンして巻線コイルＣに電圧を印可すると、図４（ａ）に示されているように、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線コイルＣ、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【０００９】
次に、インダクタンスＬが低下している時期において、ロータの回転角が他の所定の角度（θ２）になったときに、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフすると、図４（ｂ）に示されているように、巻線コイルＣに生じる起電力によって、ダイオードＤ１、巻線コイルＣ、ダイオードＤ２の経路で電流が流れ、電源Ｅにエネルギが回生される。このようにスイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２の作動を適宜に制御することにより、供給エネルギ（図５（ｄ）中の符号Ａで示す領域）よりも回生エネルギ（図５（ｄ）中の符号Ｂで示す領域）を大きくすることができ、これにより発電機として機能させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御方法では、特に低回転域では起電力が小さく、大電流が流れてしまうため、スイッチ素子を含むパワー素子等の回路部品として電流容量の大きいものを採用する必要があり、コストの上昇や装置の大型化を招くという問題があった。また、電流が突出的に上昇するため、トルクの変動が極めて大きく、音振等が大きいとともに、トルクの制御性が悪いという問題もある。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コストの低減、性能の向上を図ることができるＳＲモータの制御方法及びＳＲモータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明のＳＲモータの制御方法は、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータに巻回された巻線とを備えたＳＲモータの制御方法において、前記巻線に電力を供給する供給モード、前記巻線の両端を同電位とする還流モード、及び前記巻線に生じる起電力を回収する回生モードとを備え、前記供給モードを前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い上昇する期間中に開始し、前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い低下する期間であって前記ロータの回転角が予め決められた第１角度で前記供給モードから前記還流モードに切り換え、前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い低下する期間が終了する前であって前記ロータの回転角が予め決められた第２角度で前記還流モードから前記回生モードに切り換える制御を、この順に行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明のＳＲモータの制御方法によると、供給モードと回生モードに加えて還流モードを新設し、供給モードと回生モードの間に還流モードを介在させるようにしている。供給モードの実行後に還流モードを実行すると、ロータの回転エネルギが電気エネルギとして巻線に蓄えられ、該巻線に流れる電流は電力を消費することなく該供給モードよりも緩やかに上昇するので、その後に回生モードを行うことにより、電流ピークを低く抑えつつ発電量を多くすることができる。特に、還流モードの実行時間を長くできるので、巻線を流れる電流をその分だけ高くすることができ、したがって、発電量を多くすることが可能である。
【００１６】
（２）上記目的を達成するため、本発明のＳＲモータは、偶数個の突極を有するステータと、該ステータの突極の個数に対して倍数関係にない偶数個の突極を有するロータと、該ステータに巻回された巻線とを備えたＳＲモータにおいて、前記巻線の始端と電源の一方の極とを選択的に接続する第１スイッチ手段と、前記巻線の終端と電源の他方の極とを選択的に接続する第２スイッチ手段と、前記巻線の始端と前記電源の他方の極との間に介装された該始端へ向かう方向にのみ電流を流す第１ダイオード手段と、前記巻線の終端と前記電源の一方の極との間に介装された該電源の一方の極へ向かう方向にのみ電流を流す第２ダイオード手段と、前記第１及び第２スイッチ手段を同時に接続する供給モード、前記第１及び第２スイッチ手段の一方を接続し他方を切断する還流モード、及び前記第１及び第２スイッチ手段を同時に切断する回生モードとを備え、前記供給モードを前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い上昇する期間中に開始し、前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い低下する期間であって前記ロータの回転角が予め決められた第１角度で前記供給モードから前記還流モードに切り換え、前記巻線のインダクタンスが前記ロータの回転に伴い低下する期間が終了する前であって前記ロータの回転角が予め決められた第２角度で前記還流モードから前記回生モードに切り換える制御を、この順に行うよう制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、電流ピークを低く抑えつつ高出力を実現することができ、従って、スイッチ素子等の駆動回路部品として低容量の部品を採用することができるから、ＳＲモータの低コスト化、小型化を実現することができるという効果がある。また、電流が突出的に上昇することがないので、トルクの変動が小さくなり、音振等も小さくなるとともに、トルクの制御性が良くなり、モータ性能を向上することができる。特に、本発明によれば、発電量をさらに多くすることが可能である。
【００１８】
（２）本発明によれば、低コストかつ小型で、発電量が多く、音振等の小さいＳＲモータが提供されるという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態のＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の構成を示す平面図である。図２は同じく駆動回路の構成を示す回路図であり、（ａ）は供給モード、（ｂ）は回生モード、（ｃ）は還流モードを示している。この実施形態のＳＲモータ１は、ステータの突極の数を６、ロータの突極の数を４とした３相モータであり、例えば、車両のエンジンに直結されて使用される発電機としても機能する発電電動機である。
【００２０】
まず、図１を参照する。ＳＲモータ１は、回転子としてのロータ２、固定子としてのステータ３及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
【００２１】
ロータ２は複数（この実施形態では４個）の突極２ａを有するロータコア４の中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）５を挿入して一体的に固定して構成され、この出力軸５はモータハウジングにベアリングを介して支持されている。ロータコア４は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。出力軸５の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）は図示しない回転数検出装置により計数される。また、出力軸５（ロータ２）の回転角度は回転角度検出装置により逐次検出されている。
【００２２】
ステータ３はステータコア６及び複数の巻線コイル７を備えて構成される。ステータコア６は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する複数（この実施形態では６個）の突極３ａを一体的に設けて構成されている。ステータコア６は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板を積層して一体化することにより構成されている。ステータ３はモータハウジングの内側に固定される。
【００２３】
巻線コイル７はステータコア６の６個の突極にそれぞれ設けられており、互いに対向する一対の巻線コイル７は直列に接続されて巻線組とされ、これらの３つの巻線組により、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が構成される。巻線コイル７はステータコア６の突極３ａに直接的に巻回され、あるいは樹脂等からなるボビンに巻回されて装着される。ロータ２はステータ３の突極３ａとの間に所定のギャップをもつように、同軸上に挿入配置される。
【００２４】
巻線コイル７に電流を流して、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａへ向かう磁束を発生させ、その近傍に存在するロータ２の突極２ａを引き付けることで、トルクを発生させる。ステータ３とロータ２のある突極２ａ，３ａ同士が対向すると、他の突極２ａ，３ａ同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電することにより、即ち、Ｕ相を構成する巻線コイル、Ｖ相を構成する巻線コイル、Ｗ相を構成する巻線コイルに逐次通電することにより、ロータ２の突極２ａが連続的に引き付けられ、ロータ２を軸回りに回転させることができる。
【００２５】
このＳＲモータの駆動回路は、図２に示されているように構成されている。なお、以下の説明では、Ｕ相を構成する巻線組についての駆動回路を説明するが、他のＶ相、Ｗ相についての駆動回路も同じ構成である。
【００２６】
Ｕ相を構成する一対の巻線コイル７からなる巻線組Ｃの始端Ｔ１は、スイッチ素子（パワートランジスタ）ＳＷ１を含むパワー素子を介して電源Ｅ（例えば、車両のバッテリの＋極）に接続されているとともに、ダイオードＤ１を介して接地（バッテリの−極に接続）されている。この巻線組Ｃの終端Ｔ２は、ダイオードＤ２を介して電源Ｅに接続されているとともに、スイッチ素子ＳＷ２を含む同様なパワー素子を介して接地されている。
【００２７】
巻線組Ｃの終端Ｔ２には図示は省略するが、電流検出器が設けられている。各スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２の作動は、ロータ回転角検出装置の検出角度、電流検出器の検出電流等に基づいて、図示しない制御装置により制御される。
【００２８】
この実施形態の制御装置は、３つの制御モード、即ち、供給モード、回生モード及び還流モードを適宜に行う。供給モードは、巻線組Ｃに電力を供給するモードであり、図２（ａ）に示されているように、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオン（ＯＮ）するモードである。この供給モードを行うことにより、電流はスイッチ素子ＳＷ１、巻線組Ｃ、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、この間、電源Ｅからエネルギが供給されトルクが発生する。
【００２９】
回生モードは、巻線組Ｃに生じる起電力を回収するモードであり、図２（ｂ）に示されているように、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオフ（ＯＦＦ）するモードである。この回生モードを行うことにより、電流はダイオードＤ１、巻線組Ｃ、ダイオードＤ２の経路で流れ、この間、電源Ｅにエネルギが回生される。スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２のオン及びオフのタイミングを適宜に設定して、供給エネルギよりも回生エネルギを大きくすることにより、このＳＲモータを発電機として機能させることができる。
【００３０】
還流モードは、本発明により新たに設けられたモードで、巻線組Ｃの両端を同電位に設定する、即ち、図２（ｃ）に示されているように、スイッチ素子ＳＷ２をオン（ＯＮ）にし、スイッチ素子ＳＷ１をオフ（ＯＦＦ）に設定するモードである。同図の場合、この還流モードを行うことにより、電流はダイオードＤ１、巻線組Ｃ、スイッチ素子ＳＷ２の経路で流れ、電流は還流する。なお、還流モードは、スイッチ素子ＳＷ１をオン（ＯＮ）にし、スイッチ素子ＳＷ２をオフ（ＯＦＦ）に設定することにより実現してもよい。
【００３１】
図３は、各モードの実行タイミングを説明するための図であり、（ａ）はロータの回転角とインダクタンスＬの関係を、（ｂ）は同じくロータの回転角とスイッチ素子ＳＷ１の作動（オン、オフ）の関係を、（ｃ）は同じくロータの回転角とスイッチ素子ＳＷ２の作動（オン、オフ）の関係を、（ｄ）は同じくロータの回転角と巻線電流Ｉの関係を示している。
【００３２】
これらの図に示されているように、この実施形態では、インダクタンスＬの上昇後期で、ロータがインダクタンスＬのピークに達する角度θ０よりも前の所定の回転角θ１にあるときに、スイッチ素子ＳＷ１及びＳＷ２を同時にオンして、供給モードを開始する。これにより、巻線組Ｃに流れる電流が上昇する。次いで、インダクタンスＬがピークを過ぎて下降に転じた時点（ロータの回転角θ０）あるいはその後の下降期間中の比較的前期において、ロータの回転角が所定の角度θ２となったときに、スイッチ素子ＳＷ２はオンのままで、スイッチ素子ＳＷ１をオフすることにより、還流モードに切り換える。
【００３３】
次いで、ロータが所定の回転角θ３となったときに（インダクタンスＬが下降から横ばいに転じる時点のロータの回転角θｄよりも前の時点で）、このスイッチ素子ＳＷ１はオフのままで、スイッチ素子ＳＷ２にオフすることにより、回生モードを開始し、その後電流が零になるまで回生モードを実行する。
【００３４】
ここで、ある一定回転数でロータが外部から駆動されているものとして、さらに詳細に説明する。巻線に電流が流れていない状態で、ロータが所定の回転角θ１にあるときにスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を同時にオンすると、電流が上昇しはじめる。そのときの電流は、次式で表される。
【００３５】
即ち、巻線端子間電圧をＶ、巻線抵抗をＲ、巻線電流をｉ、その変化率を（ｄｉ／ｄｔ）、ロータの単位時間あたりの回転数をω、巻線のインダクタンスをＬ、その変化率を（ｄＬ／ｄθ）とすると、

である。
【００３６】
一般に、ＳＲモータの回転角度に対するインダクタンスＬは、図３（ａ）に示されているように、三角波状の直線で近似できることが知られているので、［１］式のω（ｄＬ／ｄθ）は、回転数ωが一定（但し、ω≠０）の場合、インダクタンスがほぼ直線的に上昇する過程と、ほぼ直線的に下降する過程と、インダクタンスが定常値でほぼ一定に推移する過程の三種類となる。
【００３７】
上記のように、ロータの回転角θ＝θ１（但し、θ１＜θ０）でスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を同時にオンした場合、励磁初期では、［１］式中の（ｄＬ／ｄθ）は正の値となるので、見かけ上、回路の抵抗が大きくなったのと等価であり、そのため電流ｉは比較的に緩やかに上昇することになる。その後、ロータが回転してその回転角度θがθ＞θ０となると、今度は逆に（ｄＬ／ｄθ）が負となるため、回路の抵抗が減少した場合と同様に電流ｉは急峻に上昇することになる。特に、（Ｒ＋ω（ｄＬ／ｄθ））が負となるようなωである場合には、見かけ上、抵抗値が負の場合と同様になり、電流が大きくなるほど、Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）の項が大きくなるため、電流が上昇し続けることになる。
【００３８】
その後、ロータの回転角度θがθ＝θ２（但し、θ２＞θ０）となったときにスイッチ素子ＳＷ１をオフすると、電流は図２（ｃ）に示したように還流する。
【００３９】
還流モードでは、巻線端電圧は０Ｖなので、［１］式のＶに０を代入して、
Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＝−（Ｒ＋ω（ｄＬ／ｄθ））ｉ …［２］
となり、インダクタンスＬ、巻線抵抗Ｒ、単位時間あたりの回転数ω、電流値ｉが全て正で、（ｄＬ／ｄθ）のみが負であることを考慮すると、（Ｒ＋ω（ｄＬ／ｄθ））＜０を満たす回転数ωであれば、図３（ｄ）に示されているように、電流ｉが還流しながら増大することになるのである。これは、外部からロータを一定回転数で駆動している駆動源から、回転に要するエネルギを、巻線が電気エネルギに変換して蓄えていることを意味する。
【００４０】
その後、ロータの回転角θがθ＝θ３となる時点で、それまでオンしていたスイッチ素子ＳＷ２をオフすることにより、図２（ｂ）に示すように、巻線に流れていた電流は電源に回生されることになる。
【００４１】
ここで、θ３を、インダクタンスＬが定常値Ｌ０になる角度θｄよりも大きく設定してしまうと、［２］式における（ｄＬ／ｄθ）が０となる領域を含んでしまうため、一旦上昇した電流が減少してしまうことになる。このことは、発電量を減少させてしまうことになるので避けるべきである。
【００４２】
上述したように、この実施形態によると、供給モードと回生モードの間に還流モードを介在させるようにしているので、ロータの回転数が低回転域にある場合であっても、巻線電流が突出的に大きくなることが防止される。従って、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ含むパワー素子やダイオードＤ１，Ｄ２、その他の駆動回路を構成する部品として、その電流容量が小さいものを採用することができ、そのような部品は容量が大きいものと比較して一般に安価かつ小型であるので、ＳＲモータの低コスト化、小型化を図ることができる。
【００４３】
また、供給モードの実行後に還流モードを実行すると、図３（ｄ）に示されているように、ロータの回転エネルギが電気エネルギとして巻線に蓄えられ、該巻線に流れる電流は電力を消費することなく緩やかに上昇するので、その後に回生モードを行うことにより、その上昇分だけ発電量を多くすることができる。
【００４４】
特に、上述の実施形態では、供給モードを巻線のインダクタンスがロータの回転に伴い上昇する期間中で、該インダクタンスがピークを迎える（θ０）前に開始し、還流モードを巻線のインダクタンスＬがロータの回転に伴い低下する期間中の比較的前期に開始するようにしたので、本来的に発電が可能なロータの回転に伴いインダクタンスが低下する期間のほぼ全域を有効的に利用することができ、発電量を多くすることができる。また、回生モードを巻線のインダクタンスがロータの回転に伴い低下する期間が終了する前に開始するようにしているので、発電量の低下を防止することができる。
【００４５】
上記実施形態では、ロータの回転角θを検出して、該ロータの回転角θが予め設定された所定の角度θ１になったときに供給モードを開始し，同じく予め設定された所定の角度θ２になったときに供給モードから還流モードに切り換え、同じく予め設定された所定の角度θ３になったときに還流モードから回生モードへの切り換えを行うようにしているが、電流検出器により検出された巻線電流が、予め設定された所定の第１電流値Ｉ２に達した時点で供給モードから還流モードへの切り換えを行い、同じく予め設定された所定の第２電流値Ｉ３に達した時点で還流モードから回生モードへの切り換えを行うようにしてもよい。第２電流値Ｉ３は第１電流値Ｉ２よりも大きい値に設定することができる。
【００４６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４７】
例えば、ステータ及びロータの突極の数や相数は上述の実施形態に限定されることはなく、他のものであっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のＳＲモータの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態のＳＲモータの駆動回路の構成を示す回路図であり、（ａ）は供給モードを、（ｂ）は回生モードを、（ｃ）は還流モードを示している。
【図３】本発明の実施形態のＳＲモータの各モードの実行タイミングを説明するための図であり、（ａ）はロータ回転角とインダクタンスの関係を、（ｂ）及び（ｃ）はロータ回転角とスイッチ素子の作動の関係を、（ｄ）はロータ回転角と巻線電流の関係を示している。
【図４】従来のＳＲモータの駆動回路の構成を示す図であり、（ａ）は供給モードを、（ｂ）は回生モードを示している。
【図５】従来のＳＲモータの各モードの実行タイミングを説明するための図であり、（ａ）はロータ回転角とインダクタンスの関係を、（ｂ）及び（ｃ）はロータ回転角とスイッチ素子の作動の関係を、（ｃ）はロータ回転角と巻線電流の関係を示している。
【符号の説明】
１…ＳＲモータ
２…ロータ
２ａ…突極
３…ステータ
３ａ…突極
４…ロータコア
５…出力軸
６…ステータコア
Ｅ…電源
Ｃ…巻線組（巻線）
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ素子
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｔ１…巻線始端
Ｔ２…巻線終端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improved technique for an SR motor (switched reluctance motor).
[0002]
[Prior art]
An SR motor is known as a type of motor that does not use a magnet. In the SR motor, a stator (stator) formed by integrally forming a plurality of inwardly projecting salient poles on a cylindrical yoke and a rotor (rotor) having a plurality of outwardly projecting salient poles are coaxial. It is arranged on the top and mounted with winding coils on the salient poles of the stator.
[0003]
The number of the salient poles of the rotor and the salient poles of the stator is set to an even number that is not in a multiple relationship with each other. For example, the number of salient poles of the rotor is 4, the number of salient poles of the stator is 6, the number of salient poles of the rotor is 6, the number of salient poles of the stator is 8, and the number of salient poles of the rotor is 8 On the other hand, the number of salient poles of the stator is 12.
[0004]
A current is passed through a pair of opposed winding coils of the stator (in some cases, a plurality of winding coils) to generate a magnetic flux from the stator salient poles to the rotor salient poles. Torque is generated by attracting to. At this time, if the salient poles of the stator and the rotor face each other, the other salient poles are displaced from each other, and if the sequentially shifted salient poles are selected and the winding coils are energized, the rotor salient poles become continuous. The rotor can be rotated about its axis.
[0005]
Such an SR motor can also function as a generator. 4 (a) and 4 (b) are circuit diagrams showing a conventional drive circuit when an SR motor is used as a generator motor. This drive circuit is provided for each of a plurality of windings (winding sets) constituting the same phase among the winding coils mounted on the salient poles of the stator. For example, in the case of a three-phase motor having six stator salient poles and four rotor salient poles, each phase (U phase, V phase, W phase) is a pair of winding coils facing each other. The pair of winding coils are connected in series to form a winding set, and the drive circuit is provided for each of the winding sets. In the specification of the present application, the term “winding coil” or “winding” refers to not only a single winding coil but also a plurality of winding coils (winding sets) constituting the same phase. .
[0006]
As shown in the figure, the starting end T1 of the winding coil C is connected to a power source E through a power element including a switch element (power transistor) SW1, and is grounded through a diode D1. The terminal T2 of the winding coil C is connected to the power source E through the diode D2, and grounded through a similar power element including the switch element SW2.
[0007]
5A and 5B are diagrams for explaining the control contents of the operation of the switch elements SW1 and SW2. FIG. 5A shows the relationship between the rotor rotation angle and the inductance L, and FIG. 5B shows the rotor rotation angle and the switch element SW1. (C) shows the relationship between the rotation angle of the rotor and the operation (ON, OFF) of the switch element SW2, and (d) shows the relationship between the rotation angle of the rotor and the winding current I. Showing the relationship.
[0008]
When the inductance L is decreasing and the rotor rotation angle reaches a predetermined angle (θ1), when the switch elements SW1 and SW2 are simultaneously turned on to apply a voltage to the winding coil C, FIG. As shown in a), the current flows through the path of the switch element SW1, the winding coil C, and the switch element SW2, and during this time, energy is supplied from the power source E to generate torque.
[0009]
Next, when the switching element SW1 and SW2 are turned off at the same time when the rotation angle of the rotor reaches another predetermined angle (θ2) at the time when the inductance L is decreasing, FIG. 4B shows. As shown, the electromotive force generated in the winding coil C causes a current to flow through the path of the diode D1, the winding coil C, and the diode D2, and energy is regenerated in the power source E. By appropriately controlling the operation of the switch elements SW1 and SW2 in this manner, regenerative energy (indicated by symbol B in FIG. 5 (d)) rather than supplied energy (region indicated by symbol A in FIG. 5 (d)). The area) can be increased, thereby functioning as a generator.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional control method, an electromotive force is small and a large current flows particularly in a low rotation range. Therefore, it is necessary to employ a circuit component such as a power element including a switch element having a large current capacity, and the cost. As a result, there is a problem of increasing the size of the apparatus and the size of the apparatus. In addition, since the current rises remarkably, there are problems that torque fluctuation is extremely large, sound vibration and the like are large, and torque controllability is poor.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an SR motor control method and an SR motor capable of reducing cost and improving performance.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the SR motor control method of the present invention includes an even number of salient poles and an even number of salient poles that are not in a multiple relation to the number of salient poles of the stator. In a method for controlling an SR motor comprising a rotor having a winding and a winding wound around the stator, a supply mode for supplying power to the winding, a reflux mode in which both ends of the winding have the same potential, and A regeneration mode for recovering an electromotive force generated in the winding , and the supply mode is started during a period in which the inductance of the winding rises with the rotation of the rotor, and the inductance of the winding becomes the rotation of the rotor. The rotation angle of the rotor is switched from the supply mode to the reflux mode at a first predetermined angle, and the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor. The control of switching from the return mode to the regenerative mode at a second angle that the rotation angle is predetermined in the rotor even before between ends, and carrying out in this order.
[0015]
According to the SR motor control method of the present invention, a reflux mode is newly provided in addition to the supply mode and the regeneration mode, and the reflux mode is interposed between the supply mode and the regeneration mode. When the return mode is executed after the supply mode is executed, the rotational energy of the rotor is stored in the winding as electric energy, and the current flowing through the winding rises more slowly than the supply mode without consuming electric power. In addition, by performing the regeneration mode, it is possible to increase the amount of power generation while keeping the current peak low. In particular, it is possible to lengthen the execution time of the reflux mode, it is possible to increase the current through the winding by that amount, therefore, it is possible to increase the power generation amount.
[0016]
(2) In order to achieve the above object, an SR motor of the present invention includes a stator having an even number of salient poles, and a rotor having an even number of salient poles that are not in a multiple relation to the number of salient poles of the stator. In the SR motor comprising a winding wound around the stator, a first switch means for selectively connecting the starting end of the winding and one pole of the power source, the terminal end of the winding and the power source Second switch means for selectively connecting the other pole, and first diode means for passing a current only in a direction toward the start end interposed between the start end of the winding and the other pole of the power source. And a second diode means for passing a current only in a direction toward one pole of the power supply interposed between the terminal of the winding and one pole of the power supply, and the first and second switch means Supply mode for simultaneously connecting the first and second switch means Reflux mode for cutting the other connects the person, and the second with 1 and at the same time a regeneration mode for cutting the second switching means, during a period in which the supply mode inductance of the winding increases with the rotation of the rotor The winding is switched from the supply mode to the return mode at a predetermined first angle in a period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor, and the winding of the winding Control is performed so that the control for switching from the return mode to the regenerative mode is performed in this order before the end of the period in which the inductance decreases with the rotation of the rotor and the rotation angle of the rotor is a predetermined second angle. And a control means.
[0017]
【The invention's effect】
(1 ) According to the present invention, it is possible to achieve a high output while keeping the current peak low. Therefore, a low-capacity component can be adopted as a drive circuit component such as a switch element. There is an effect that cost reduction and size reduction can be realized. Further, since the current does not rise remarkably, torque fluctuation is reduced, sound vibration and the like are reduced, torque controllability is improved, and motor performance can be improved. In particular , according to the present invention, it is possible to further increase the amount of power generation.
[0018]
(2 ) According to the present invention, it is possible to provide an SR motor that is low-cost and small in size, has a large amount of power generation, and has low sound vibration.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an SR motor (switched reluctance motor) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the drive circuit, where (a) shows the supply mode, (b) shows the regeneration mode, and (c) shows the reflux mode. The SR motor 1 of this embodiment is a three-phase motor in which the number of stator salient poles is 6 and the number of rotor salient poles is 4. For example, the generator can be directly connected to a vehicle engine. It is a functioning generator motor.
[0020]
First, refer to FIG. The SR motor 1 includes a rotor 2 as a rotor, a stator 3 as a stator, and a motor housing (not shown) that accommodates these.
[0021]
The rotor 2 is configured by inserting an output shaft (shaft) 5 into a through hole formed at the center of a rotor core 4 having a plurality of (four in this embodiment) salient poles 2a and fixing the output integrally. The shaft 5 is supported by a motor housing via a bearing. In this embodiment, the rotor core 4 is configured by stacking and integrating a plurality of magnetic steel plates punched by a press device. The rotation speed (rpm) of the output shaft 5 per unit time is counted by a rotation speed detector (not shown). Further, the rotation angle of the output shaft 5 (rotor 2) is sequentially detected by a rotation angle detector.
[0022]
The stator 3 includes a stator core 6 and a plurality of winding coils 7. The stator core 6 is configured by integrally providing a plurality (six in this embodiment) of salient poles 3a projecting in the radial direction inside a substantially cylindrical yoke portion. In this embodiment, the stator core 6 is configured by laminating and integrating a plurality of magnetic steel plates punched by a press device. The stator 3 is fixed inside the motor housing.
[0023]
The winding coils 7 are respectively provided on the six salient poles of the stator core 6, and a pair of winding coils 7 facing each other are connected in series to form a winding set, and by these three winding sets, Each phase (U phase, V phase, W phase) is configured. The winding coil 7 is directly wound around the salient pole 3a of the stator core 6 or is wound around a bobbin made of a resin or the like. The rotor 2 is coaxially inserted and disposed so as to have a predetermined gap with the salient pole 3a of the stator 3.
[0024]
A current is passed through the winding coil 7 to generate a magnetic flux from the salient pole 3a of the stator 3 to the salient pole 2a of the rotor 2, and torque is generated by attracting the salient pole 2a of the rotor 2 existing in the vicinity thereof. . When the

salient poles

2a, 3a of the stator 3 and the rotor 2 are opposed to each other, a deviation occurs between the other

salient poles

2a, 3a. That is, by sequentially energizing the winding coil constituting the U phase, the winding coil constituting the V phase, and the winding coil constituting the W phase, the salient pole 2a of the rotor 2 is continuously attracted, and the rotor 2 Can be rotated about its axis.
[0025]
The SR motor drive circuit is configured as shown in FIG. In the following description, the drive circuit for the winding set constituting the U phase will be described, but the drive circuits for the other V phase and W phase have the same configuration.
[0026]
The starting end T1 of the winding set C composed of a pair of winding coils 7 constituting the U phase is connected to a power source E (for example, a positive electrode of a vehicle battery) via a power element including a switch element (power transistor) SW1. And is grounded (connected to the negative electrode of the battery) via the diode D1. The end T2 of the winding set C is connected to the power source E via the diode D2, and is grounded via similar power elements including the switch element SW2.
[0027]
Although not shown, a current detector is provided at the end T2 of the winding set C. The operation of each switch element SW1, SW2 is controlled by a control device (not shown) based on the detection angle of the rotor rotation angle detection device, the detection current of the current detector, and the like.
[0028]
The control device of this embodiment appropriately performs three control modes, that is, a supply mode, a regeneration mode, and a reflux mode. The supply mode is a mode in which electric power is supplied to the winding set C, and as shown in FIG. 2A, the switch elements SW1 and SW2 are simultaneously turned on (ON). By performing this supply mode, current flows through the path of the switch element SW1, the winding set C, and the switch element SW2, and during this time, energy is supplied from the power source E to generate torque.
[0029]
The regeneration mode is a mode in which the electromotive force generated in the winding set C is recovered, and as shown in FIG. 2B, the switch elements SW1 and SW2 are simultaneously turned off (OFF). By performing this regenerative mode, current flows through the path of the diode D1, the winding set C, and the diode D2, and energy is regenerated in the power source E during this time. The SR motor can be caused to function as a generator by appropriately setting the ON and OFF timings of the switch elements SW1 and SW2 and making the regenerative energy larger than the supplied energy.
[0030]
The reflux mode is a mode newly provided according to the present invention, in which both ends of the winding set C are set to the same potential. That is, as shown in FIG. 2C, the switch element SW2 is turned on (ON). And the switch element SW1 is set to OFF. In the case of this figure, by performing this reflux mode, current flows through the path of the diode D1, the winding set C, and the switch element SW2, and the current flows back. The reflux mode may be realized by setting the switch element SW1 to ON (ON) and the switch element SW2 to OFF (OFF).
[0031]
3A and 3B are diagrams for explaining the execution timing of each mode. FIG. 3A shows the relationship between the rotation angle of the rotor and the inductance L, and FIG. 3B shows the rotation angle of the rotor and the operation of the switch element SW1 (ON). (C) shows the relationship between the rotor rotation angle and the switching element SW2 (on / off), and (d) shows the relationship between the rotor rotation angle and the winding current I. Yes.
[0032]
As shown in these drawings, in this embodiment, when the rotor is at a predetermined rotation angle θ1 before the angle θ0 at which the inductance L reaches the peak, at a later stage of the rise of the inductance L, the switching element SW1 And SW2 are turned on simultaneously to start the supply mode. As a result, the current flowing through the winding set C increases. Next, when the inductance L passes the peak and starts to decrease (rotor rotation angle θ0) or at a relatively early period during the subsequent decrease period, when the rotation angle of the rotor reaches a predetermined angle θ2, the switching element The switch SW2 is turned on, and the switch element SW1 is turned off to switch to the reflux mode.
[0033]
Next, when the rotor reaches a predetermined rotation angle θ3 (at a time before the rotation angle θd of the rotor when the inductance L changes from falling to a level), the switch element SW1 remains off and the switch element By turning off to SW2, the regeneration mode is started, and then the regeneration mode is executed until the current becomes zero.
[0034]
Here, the rotor will be described in more detail on the assumption that the rotor is driven from the outside at a certain rotational speed. If the switch elements SW1 and SW2 are turned on at the same time when the rotor is at the predetermined rotation angle θ1 in a state where no current flows through the winding, the current starts to increase. The current at that time is expressed by the following equation.
[0035]
That is, the voltage between winding terminals is V, the winding resistance is R, the winding current is i, the rate of change is (di / dt), the number of rotations of the rotor per unit time is ω, the inductance of the winding is L, If the rate of change is (dL / dθ),

It is.
[0036]
In general, it is known that the inductance L with respect to the rotation angle of the SR motor can be approximated by a triangular wave-like straight line as shown in FIG. 3A. Therefore, ω (dL / dθ) in the equation [1] When the rotational speed ω is constant (where ω ≠ 0), there are three processes: a process in which the inductance rises almost linearly, a process in which the inductance falls almost linearly, and a process in which the inductance changes to a substantially constant value. It becomes a kind.
[0037]
As described above, when the switch elements SW1 and SW2 are simultaneously turned on at the rotor rotation angle θ = θ1 (where θ1 <θ0), (dL / dθ) in the equation [1] is a positive value in the initial stage of excitation. Therefore, it appears that it is equivalent to an increase in the resistance of the circuit, so that the current i rises relatively slowly. After that, when the rotor rotates and the rotation angle θ becomes θ> θ0, on the contrary, since (dL / dθ) becomes negative, the current i increases rapidly as in the case where the circuit resistance decreases. It will be. In particular, when ω is such that (R + ω (dL / dθ)) is negative, it appears to be the same as when the resistance value is negative, and the term of L (di / dt) increases as the current increases. Will increase, and the current will continue to rise.
[0038]
Thereafter, when the switching element SW1 is turned off when the rotation angle θ of the rotor becomes θ = θ2 (where θ2> θ0), the current flows back as shown in FIG.
[0039]
In the reflux mode, the winding end voltage is 0V, so substitute 0 for V in [1],
L (di / dt) = − (R + ω (dL / dθ)) i [2]
Considering that inductance L, winding resistance R, rotation speed ω per unit time, and current value i are all positive and only (dL / dθ) is negative, (R + ω (dL / dθ)) < If the rotational speed ω satisfies 0, the current i increases while refluxing, as shown in FIG. This means that the winding stores the energy required for rotation from the drive source that drives the rotor from the outside at a constant rotational speed by converting it into electrical energy.
[0040]
Thereafter, when the rotation angle θ of the rotor becomes θ = θ3, the switch element SW2 that has been turned on until then is turned off, so that the current flowing in the winding is supplied to the power source as shown in FIG. Will be regenerated.
[0041]
Here, if θ3 is set to be larger than the angle θd at which the inductance L becomes the steady value L0, it includes a region where (dL / dθ) in equation [2] is 0. Will decrease. This should be avoided as it will reduce the amount of power generated.
[0042]
As described above, according to this embodiment, since the reflux mode is interposed between the supply mode and the regeneration mode, the winding current is reduced even when the rotational speed of the rotor is in the low rotation range. It is prevented that the projection becomes large. Accordingly, a power element including the switch elements SW1 and SW2, diodes D1 and D2, and other components constituting the drive circuit can be employed with a small current capacity, and such a component has a large capacity. In general, the SR motor can be reduced in cost and size because it is inexpensive and small in size.
[0043]
When the return mode is executed after the supply mode is executed, the rotational energy of the rotor is stored as electrical energy in the winding as shown in FIG. 3D, and the current flowing in the winding consumes power. Therefore, the power generation amount can be increased by the increased amount by performing the regeneration mode thereafter.
[0044]
In particular, in the above-described embodiment, the supply mode is started before the inductance reaches a peak (θ0) in a period in which the inductance of the winding increases with the rotation of the rotor, and the return mode is set to the inductance L of the winding. Since it started in the first half of the period during which it decreases with the rotation of the rotor, it is possible to effectively use almost the entire area during which the inductance decreases with the rotation of the rotor, which can inherently generate power. The amount of power generation can be increased. In addition, since the regeneration mode is started before the period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor ends, a decrease in the amount of power generation can be prevented.
[0045]
In the above embodiment, the rotation angle θ of the rotor is detected, and the supply mode is started when the rotation angle θ of the rotor reaches a predetermined angle θ1, and the predetermined angle θ2 is also set in advance. Switch from the supply mode to the reflux mode when the current becomes the same, and the switch from the reflux mode to the regeneration mode is performed when the predetermined angle θ3 is set in advance. When the winding current reaches a preset first current value I2, switching from the supply mode to the return mode is performed, and when the winding current reaches a preset second current value I3, the return is performed. Switching from the mode to the regeneration mode may be performed. The second current value I3 can be set to a value larger than the first current value I2.
[0046]
The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[0047]
For example, the number of salient poles and the number of phases of the stator and rotor are not limited to the above-described embodiment, and other types can be similarly applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an SR motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a driving circuit for an SR motor according to an embodiment of the present invention, where (a) shows a supply mode, (b) shows a regeneration mode, and (c) shows a reflux mode. .
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the execution timing of each mode of the SR motor according to the embodiment of the present invention, where FIG. 3A shows the relationship between the rotor rotation angle and the inductance, and FIGS. The relationship between the angle and the operation of the switch element is shown, and (d) shows the relationship between the rotor rotation angle and the winding current.
4A and 4B are diagrams showing a configuration of a conventional SR motor drive circuit, where FIG. 4A shows a supply mode and FIG. 4B shows a regeneration mode.
5A and 5B are diagrams for explaining the execution timing of each mode of a conventional SR motor, where FIG. 5A shows the relationship between the rotor rotation angle and the inductance, and FIGS. 5B and 5C show the rotor rotation angle and the switch element. (C) shows the relationship between the rotor rotation angle and the winding current.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SR motor 2 ... Rotor 2a ... Salient pole 3 ... Stator 3a ... Salient pole 4 ... Rotor core 5 ... Output shaft 6 ... Stator core E ... Power source C ... Winding group (winding)
SW1, SW2 ... switch elements D1, D2 ... diode T1 ... winding start end T2 ... winding end

Claims

An SR motor comprising a stator having an even number of salient poles, a rotor having an even number of salient poles that are not in a multiple relationship with the number of salient poles of the stator, and a winding wound around the stator In the control method,
A supply mode for supplying power to the winding, a reflux mode in which both ends of the winding have the same potential, and a regeneration mode for recovering an electromotive force generated in the winding ;
The supply mode is started during a period in which the inductance of the winding increases with the rotation of the rotor, and the rotation angle of the rotor is determined in advance during a period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor. The supply mode is switched to the return mode at the first angle, and the rotation angle of the rotor is determined in advance before the end of the period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor. A control method for an SR motor, wherein control for switching from the reflux mode to the regeneration mode at an angle is performed in this order.

In an SR motor comprising a stator having an even number of salient poles, a rotor having an even number of salient poles not in a multiple relationship with the number of salient poles of the stator, and a winding wound around the stator ,
First switch means for selectively connecting the starting end of the winding and one pole of a power source;
Second switch means for selectively connecting the end of the winding and the other pole of the power source;
First diode means for passing a current only in a direction toward the start end interposed between the start end of the winding and the other pole of the power source;
A second diode means for passing a current only in a direction toward one of the poles of the power source interposed between the terminal of the winding and one of the poles of the power source;
A supply mode in which the first and second switch means are connected simultaneously, a reflux mode in which one of the first and second switch means is connected and the other is disconnected, and a regeneration mode in which the first and second switch means are simultaneously disconnected And
The supply mode is started during a period in which the inductance of the winding increases with the rotation of the rotor, and the rotation angle of the rotor is determined in advance during a period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor. The supply mode is switched to the return mode at the first angle, and the rotation angle of the rotor is determined in advance before the end of the period in which the inductance of the winding decreases with the rotation of the rotor. An SR motor comprising control means for controlling to switch from the reflux mode to the regeneration mode at an angle in this order.