JP5205624B2

JP5205624B2 - 駆動回路

Info

Publication number: JP5205624B2
Application number: JP2006059677A
Authority: JP
Inventors: 勉谷本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007244032A

Description

本発明は、３相の相数で駆動する第１のスイッチト・リラクタンス・モータと、第１のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第１の駆動回路と、２相の相数で駆動する第２のスイッチト・リラクタンス・モータと、第２のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第２の駆動回路と、から構成されるスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路に関するものである。

従来、上述した回転子と固定子とから構成されるＳＲモータの駆動回路の一例として、３相駆動のＳＲモータの駆動回路が知られている（特許文献１参照）。このような３相駆動のＳＲモータの駆動回路においては、１つの相に対して、２つのスイッチング素子と２つのダイオードを介して直流電源に接続する、ハーフブリッジ回路を構成して、各相の巻線に矩形波電圧を印加する。従って、相数の３倍のスイッチング素子及びダイオードを必要としていた。

これに対し、上述した回転子と固定子とから構成されるＳＲモータの駆動回路の一例として、２相駆動のＳＲモータの駆動回路が知られている（非特許文献１、第８５頁参照）。このような２相駆動のＳＲモータの駆動回路においては、１つの相に対して、２つのスイッチング素子と２つのダイオードを介して直流電源に接続する、ハーフブリッジ回路を構成して、各相の巻線に矩形波電圧を印加する。従って、相数の２倍のスイッチング素子及びダイオードを必要としていた。

特開２００５−１０２３８４号公報 "Switched Reluctance Motors and their Control" (T.J.E.MILLER; MAGNA PHYSICS PUBLISHING OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS)

しかしながら、これら、異なる相数のＳＲモータを同時に駆動する為の駆動回路としては何ら提案がなされていなかった。

本発明の目的は、２つのモータを駆動するシステムにおいて、スイッチング素子によるコスト高を解消することができるスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路を提供しようとするものである。

本発明の駆動回路は、回転子の極数が同一であり、固定子の極数が異なる第１モータと第２モータとを駆動する駆動回路であって、第１モータの回転子の突極と第１モータの固定子の突極とが対向する回転子角度となったときに、第２モータの回転子の突極と第２のモータの固定子の突極とが対向する回転子角度となるように前記第１モータの回転子と前記第２モータの回転子とを配置しており、前記双方のモータの回転子の突極と固定子の突極とが対向する位置関係となったとき、前記第１モータの固定子の１相に対応する巻線及び前記第２モータの固定子の１相に対応する巻線へは同一の回路により通電し、それら以外の相に対応する巻線へは別の回路によってそれぞれ通電することを特徴とするものである。

本発明では、第１のスイッチト・リラクタンス・モータと、第１のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第１の駆動回路と、第１のスイッチト・リラクタンス・モータと異なる相数で駆動する第２のスイッチト・リラクタンス・モータと、第２のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第２の駆動回路と、から構成されるスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路において、第１の駆動回路と第２の駆動回路の各々一相を同一の駆動回路で構成することで、従来のＳＲモータ駆動回路と比べて、スイッチング素子やダイオード数の低減が可能となる。

なお、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路の好適例としては、同一の駆動回路で構成された第１の駆動回路と第２の駆動回路の各々の一相が、同じタイミングで通電されることがある。このように構成することで、本発明をより効果的に実行することができる。

また、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路の好適例としては、第１の駆動回路及び第２の駆動回路において、各相間に同時に通電するタイミングが存在しない場合、各相の巻線の一方の端子に接続される駆動回路を同一の駆動回路で構成することがある。このように構成することで、よりスイッチング素子やダイオード数の低減が可能となる。

さらに、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路の好適例としては、回転子と固定子とからなるスイッチト・リラクタンス・モータであって、第１のスイッチト・リラクタンス・モータとしての３相で駆動する第１のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、第２としての２相で駆動する第２のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、から構成されたスイッチト・リラクタンス・モータを利用することがある。このように構成することで、一つのＳＲモータにおいて、一般的に同一体格の３相のＳＲモータより平均トルクが大きい２相ＳＲモータと、全ての回転子角度で正転・逆転双方向のトルクを発生可能な３相ＳＲモータの両者の利点を生かした運転が可能となる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図２はそれぞれ本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路の一実施例を説明するための図である。本実施例では、回転子が一体回転する２つのＳＲモータ（３相ＳＲモータと２相ＳＲモータ）を、７つのスイッチング素子で駆動することを特徴とする。

図１〜図２に示す例において、４は固定子４ｓｔが１２極、回転子４ｒｏが８極で、固定子４ｓｔが、Ｕ相巻線４ｕ、Ｖ相巻線４ｖ、Ｗ相巻線４ｗを備えた３相ＳＲモータ（第１のＳＲモータ）である。５は固定子５ｓｔが１６極、回転子５ｒｏが８極で、固定子５ｓｔが、Ａ相巻線５ａ、Ｂ相巻線５ｂを備えた２相ＳＲモータ（第２のＳＲモータ）である。

３相ＳＲモータ４のシャフト４ｓｈと２相ＳＲモータ５のシャフト５ｓｈとは、互いに固定されて一体に回転する。このシャフトには、シャフトすなわち回転子４ｒｏ及び５ｒｏの回転角度を検出する回転角度センサ７が備えられている。また、固定子４ｓｔのＵ相突極と回転子４ｒｏの突極とが対向する回転子角度となったときに、固定子５ｓｔのＡ相突極と回転子５ｒｏの突極とが対向する回転子角度となるような位置関係で、回転子４ｒｏと回転子５ｒｏとは固定されている。

図１〜図２に示す例において、２は、３相ＳＲモータ４と２相ＳＲモータ５とに矩形波電圧を供給する、インバータ（第１の駆動回路と第２の駆動回路を兼用する）である。インバータ２は、図２に示すように、７つのスイッチング素子２ａ〜２ｇと７つのダイオード２ｈ〜２ｎとを備えている。Ｖ相巻線４ｖとＷ相巻線４ｗに対しては、それぞれ、独立したハーフブリッジ回路が構成されている。すなわち、Ｖ相巻線４ｖに対しては、スイッチング素子２ａ、２ｂとダイオード２ｈ、２ｉとからなるハーフブリッジ回路が構成され、Ｗ相巻線４ｗに対しては、スイッチング素子２ｃ、２ｄとダイオード２ｊ、２ｋとからなるハーフブリッジ回路が構成されている。一方、Ｕ相巻線４ｕとＡ相巻線４ａとは並列に接続され、スイッチング素子２ｅ、２ｆとダイオード２ｌ、２ｍとからなる、一つのハーフブリッジ回路を共用する構成となっている。また、Ｂ相巻線５ｂに対しては、巻線の正側端子に接続されている回路は、Ａ相巻線５ａの回路と共用している構成、すなわち、スイッチング素子２ｅを共用する構成となっている。これらの構成の詳細説明は後述する。

図１〜図２に示す例において、３は電流センサである。電流センサ３は、Ｕ相巻線４ｕおよびＡ相巻線４ａの電流を検出する電流センサ３ｃと、Ｖ相巻線４ｖの電流を検出する電流センサ３ａと、Ｗ相巻線４ｗの電流を検出する電流センサ３ｂと、Ｂ相巻線４ｂの電流を検出する電流センサ３ｄと、から構成されている。また、６はインバータ２へ直流電圧を供給する直流電源である。さらに、１はインバータ２のスイッチング素子に駆動信号を与えるインバータ駆動信号生成部である。インバータ駆動信号は、図示しない外部システムからのトルク指令値と、電流センサ３の巻線電流検出値と、回転角度センサ７の回転角度検出値と、に基づいて決定される。

続いて、インバータ２の構成に至った経緯について、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず、３相のＳＲモータ４（第１のＳＲモータ）と２相のＳＲモータ５（第２のＳＲモータ）とを駆動するため、３相インバータ１１（第１の駆動回路）と２相インバータ１２（第２の駆動回路）とが２つ独立に存在している（図３（ａ））。この時点ではスイッチング素子およびダイオードの数はそれぞれ１０個である。

ここで、前述したように、Ｕ相突極とＡ相突極は同じ回転子角度で回転子突極と対向するため、基本的に通電タイミングは同一となる。従って、図３（ｂ）に示すように、Ｕ相巻線４ｕとＡ相巻線４ａとはハーフブリッジ回路を共用することが可能となり、スイッチング素子およびダイオードの数はそれぞれ８個に低減可能となる。

さらに、Ａ相とＢ相とは、基本的に同時に両方の相が通電することはないので、図３（ｃ）に示すように、上端のスイッチング素子を共用することが可能となり、スイッチング素子の数を７個に低減可能となる。その結果、図１〜図２に示す本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路を得ることができた。

なお、図３（ｃ）に示す例において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相についても同時に通電するタイミングが存在しない場合は、上段スイッチング素子を１つまで低減させることが可能で、５個までスイッチング素子を低減することも可能である。また、スイッチング素子の代わりにダイオードの数を減らすことも可能である。

図４は本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路を実施する対象となるＳＲモータの他の例を説明するための図である。図４に示す例では、１つのＳＲモータの固定子の一部が、固定子突極数１２の３相ＳＲモータと同様の形状をなし（図中２１の部分）、残りの部分（図中２２の部分）が固定子突極数１６の２相ＳＲモータと同様の形状をなす、５相ＳＲモータを構成している。このような構成の５相ＳＲモータについても、上述した例と同様のインバータを構成可能である。

本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路によれば、第１のスイッチト・リラクタンス・モータと、第１のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第１の駆動回路と、第１のスイッチト・リラクタンス・モータと異なる相数で駆動する第２のスイッチト・リラクタンス・モータと、第２のスイッチト・リラクタンス・モータを駆動する第２の駆動回路と、から構成されるスイッチト・リラクタンス・モータの駆動回路において、第１の駆動回路と第２の駆動回路の各々一相を同一の駆動回路で構成しているため、従来のＳＲモータ駆動回路と比べて、スイッチング素子やダイオード数の低減が可能となる。そのため、ＳＲモータにおいて、コストをかけず、平均トルクを向上させるなどの用途に好適に用いることができる。

本発明のＳＲモータの駆動回路の一実施例を説明するための図である。図１に示す例におけるインバータおよびＳＲモータの詳細な構成を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すＳＲモータの駆動回路を得た経緯を説明するための図である。本発明の駆動回路を実施する対象となるＳＲモータの他の例を説明するための図である。

符号の説明

１インバータ駆動信号生成部
２インバータ（第１の駆動回路及び第２の駆動回路）
２ａ〜２ｇスイッチング素子
２ｈ〜２ｎダイオード
３、３ａ〜３ｄ電流センサ
４３相ＳＲモータ
４ｓｔ、５ｓｔ固定子
４ｒｏ、５ｒｏ回転子
４ｓｈ、５ｓｈシャフト
４ｖＶ相巻線
４ｗＷ相巻線
４ｕＵ相巻線
５２相ＳＲモータ
５ａＡ相巻線
５ｂＢ相巻線
６電源
７回転角度センサ
１１３相インバータ
１２２相インバータ
２１３相ＳＲモータと同等の部分
２２２相ＳＲモータと同等の部分

Claims

回転子の極数が同一であり、固定子の極数が異なる第１モータと第２モータとを駆動する駆動回路であって、
第１モータの回転子の突極と第１モータの固定子の突極とが対向する回転子角度となったときに、第２モータの回転子の突極と第２のモータの固定子の突極とが対向する回転子角度となるように前記第１モータの回転子と前記第２モータの回転子とを配置しており、
前記双方のモータの回転子の突極と固定子の突極とが対向する位置関係となったとき、前記第１モータの固定子の１相に対応する巻線及び前記第２モータの固定子の１相に対応する巻線へは同一の回路により通電し、それら以外の相に対応する巻線へは別の回路によってそれぞれ通電する、駆動回路。
前記第１モータとして３相で駆動するモータを用い、前記第２モータとして２相で駆動するモータを用いる、請求項１に記載の駆動回路。