JP5225709B2

JP5225709B2 - スイッチトリラクタンスモータの制御装置

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Publication number: JP5225709B2
Application number: JP2008045927A
Authority: JP
Inventors: 宏昭岡田; 幸宏 ▲柳▼田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009065824A

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。

スイッチトリラクタンスモータ（Switched Reluctance Motor：以下、ＳＲモータとい
う）の制御装置は、バッテリからＳＲモータに電力を供給する駆動回路をドライバユニットで制御するように構成されている。従来の駆動回路としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。この駆動回路は、ＳＲモータのコイルごとに２つのスイッチング素子と２つのダイオードが設けられたＨブリッジ回路になっている。より具体的には、コイルの始端が第１スイッチング素子を介して電源に接続されると共に、第１ダイオードを介して接地されている。コイルの終端は、第２ダイオードを介して電源に接続されると共に、スイッチング素子を介して接地されている。このコイルに電力を供給するときは、２つのスイッチング素子を同時にＯＮにする。コイルに発生した起電力を回収するときは、電流が第１ダイオード、コイル、第２ダイオードの順に流れて電源に電気エネルギが回生される。
特開２００１−７８４９０号公報

ここで、ダイオードがスイッチング素子として機能することから、従来の制御装置の駆動回路では、１つのコイルに対してスイッチ用の素子を４箇所に設ける必要があった。３相モータであれば合計１２箇所にスイッチ用の素子が必要になるので、回路構成が複雑化すると共に、コスト高になっていた。なお、従来の構成でスイッチ用の素子の数を単に減らすと、回生制動の実施が困難になる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、制御装置の回路構成を簡略しつつ、回生制動を可能にすることを主な目的とする。

上の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、ロータと、Ｕ，ＶおよびＷのコイルを巻装したステータを有し、前記Ｕ，ＶおよびＷのコイルの一端部同士を接続して中性点を設けたスイッチトリラクタンスモータと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）を有し前記中性点が接続された第１のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（２Ｈ，２Ｌ）を有し前記Ｕのコイルの他端部が接続された第２のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（３Ｈ，３Ｌ）を有し前記Ｖのコイルの他端部が接続された第３のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（４Ｈ，４Ｌ）を有し前記Ｗのコイルの他端部が接続された第４のアームとを備え、前記第１から第４のアームが電源に対して並列に接続された駆動回路と、前記第１のアームのスイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）に接続され、回生制動時に、スイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）の開閉を制御するオンデューティ１００％のゲート信号を出力する通電タイミング出力部と、前記第２のアームのスイッチング素子（２Ｈ，２Ｌ），前記第３のアームのスイッチング素子（３Ｈ，３Ｌ）および前記第４のアームのスイッチング素子（４Ｈ，４Ｌ）に接続され、回生制動時に、スイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）の開閉を制御するパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ出力部と、
を備え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とした。
このスイッチトリラクタンスモータの制御装置は、コイルの他端部と中性点のそれぞれに対して２つずつスイッチング素子が設けられている。３相のコイルの場合には、スイッチング素子が８つ設けられる。中性点が接続されるアームのスイッチング素子のいずれか一方と、他のアームのスイッチング素子の１つを開くと、対応したコイルに電圧が印加されて電流が流れる。

請求項２に係る発明は、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装置において、回生制動時に、前記コイルのインダクタンスによって発生する還流電流を流す還流モードと、回生電流を流して電気エネルギを回収する回生モードの割合を決定し、パルス幅変調信号のデューティ比として前記ＰＷＭ出力部に出力する電流制御部を備えることを特徴とする。
このスイッチトリラクタンスモータの制御装置では、パルス幅変調信号のデューティ比で還流モードと回生モードの割合を調節する。例えば、高速運転中には回生モードのみを実施する。

本発明によれば、スイッチング素子の数を従来に比べて減らすことができる。スイッチング素子の数を減らしても各スイッチング素子の開閉制御によって回生制動を実施することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、各実施の形態で重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１にスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）の制御装置の構成を示す。制御装置１は、ＳＲモータ３に接続される駆動回路４と、駆動回路４の制御を司るドライバユニット５とを含んで構成されている。

ＳＲモータ３は、略円筒状のステータ１１と、ステータ１１の内部に回転可能に配置されたロータ１２とを備えている。ステータ１１は、ステータコア１３のステータ突極１４に巻装した３相Ｕ，Ｖ，ＷのコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを備える。各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、径方向で対向する各１対のステータ突極１４に巻線を巻き回して形成されている。ロータ１２は、出力軸１５と、径方向に突出するロータ突極１６とを備える。出力軸１５には、ロータ１２の回転角度を検出する回転検出装置であるレゾルバ１７が設けられている。

各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、巻線の一端部同士が同電位になるようにスター結線されており、結線された一端部と、各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻線のそれぞれの他端部の合計４箇所が駆動回路４に電気的に接続されている。巻線の他端部と駆動回路４の間には、ＳＲモータ３に供給される各相電流（巻線電流）を検出する電流センサ２１が１つずつ設けられている。

駆動回路４は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、電源であるバッテリ３１に平滑用のコンデンサ３２と、スイッチング素子を配列した４つのアーム４１，４２，４３，４４とが並列に接続された構成を有する。
第１のアーム４１は、直列接続された２つのスイッチング素子ＮＨ，ＮＬの間に各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端部、つまりスター結線の中性点４７が接続されている。第２のアーム４２は、直列接続された２つのスイッチング素子２Ｈの間にコイルＬｕの他端部が接続されている。第３のアーム４３は、直列接続された２つのスイッチング素子３Ｈ，３Ｌの間にコイルＬｖの他端部が接続されている。第４のアーム４４は、直列接続された２つのスイッチング素子４Ｈ，４Ｌの間にコイルＬｗの他端部が接続されている。なお、各スイッチング素子ＮＨ，ＮＬ，２Ｈ〜４Ｌは、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）と、ＦＥＴのドレイン−ソース間の逆流を防止するダイオードをバッテリ３１に対して並列に接続した構成を有する。

高電位側に配された各トランジスタＮＨ，２Ｈ，３Ｈ，４Ｈのドレインはバッテリ３１の正極側端子に接続されている。低電位側に配されたトランジスタＮＬ，２Ｌ，３Ｌ，Ｌのソースはバッテリ３１の負極側端子に接続されている。各トランジスタＮＨ，ＮＬ，２Ｈ〜４Ｌのゲートには、ドライバユニット５が接続されている。

ドライバユニット５は、例えば、目標出力値設定手段としての電流指令値検出部５１と、回転角度出力手段としての回転角度検出部５２と、回転速度出力手段としての回転速度検出部５３と、駆動マップ選択手段としての駆動マップ選択部５４と、駆動マップ記憶部５５と、制動マップ選択手段としての制動マップ選択部５６と、制動マップ記憶部５７と、電流値マップ選択手段としての電流値マップ選択部５８と、供給電流指令マップ５９と、通電タイミング出力部６１と、電流検出部６２と、電流制御部６３と、ＰＷＭ出力部６４と、動作モード判別手段としての動作モード判別部６５と、駆動信号発生手段としての駆動信号発生部６６と、フリーラン信号発生手段を構成するフリーラン信号発生部６７ａおよびＰＷＭＤｕｔｙ０％発生部６７ｂと、制動信号発生手段としての制動信号発生部６８と、最大電流値決定手段としての最大電流値決定部６９と、駆動時の通電タイミングを決定する駆動通電タイミング決定部７１と、制動時の通電タイミングを決定する制動通電タイミング決定部７２と、デッドタイム計測部７３を備えて構成されている。
なお、このドライバユニット５には、外部の制御装置等に設けられた駆動マップ切替スイッチＳＷ１と、電流値マップ切替スイッチＳＷ２と、制動マップ切替スイッチＳＷ３とが接続されている。

電流指令値検出部５１は、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度を検出するアクセルペダル開度センサ等の検出結果に応じたアクセル操作信号からＳＲモータ３の目標出力を設定し、この目標出力に応じた電流指令値、つまり目標出力をＳＲモータ３から出力させるために必要とされる通電に対する目標値信号を演算し、この電流指令値（目標値信号）を動作モード判別部６５と駆動信号発生部６６および制動信号発生部６８に出力する。

回転角度検出部５２は、回転角センサ３５から出力される検出信号に基づき、ロータ２２の回転位置、つまり所定の基準回転位置からのロータ２２の回転角度を検出し、この回転位置を回転速度検出部５３および通電タイミング出力部６１に出力する。回転速度検出部５３は、回転角度検出部５２により検出されるロータ２２の回転位置に基づき算出したロータ２２の回転数（回転速度）を、駆動通電タイミング決定部７１と制動通電タイミング決定部７２と最大電流値決定部６９とにそれぞれ出力する。

駆動マップ選択部５４は、駆動マップ切替スイッチＳＷ１からのマップ切替信号に応じ
て、駆動マップ記憶部５５に記憶されているそれぞれ複数の進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂの中から適宜の１つの進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂを選択し、選択されたマップを駆動通電タイミング決定部７１により読み取り可能にする。制動マップ記憶部５７もそれぞれ複数の進角マップ５７ａおよび通電角マップ５７ｂが設けられており、制動マップ選択部５６にあっても同様であり、説明を省略する。また、電流値マップ選択部５８は、電流値マップ切替スイッチＳＷ２からのマップ切替信号に応じて、供給電流指令マップ５９に記憶されている複数の電流指令マップ５９ａの中から適宜の１つの電流指令マップ５９ａを選択し、選択されたマップを最大電流値決定部６９により読み取り可能にする。電流指令マップ５９ａは、ＳＲモータ３の回転数の増加に応じて供給電流値が減少するように構成されている。

駆動および制動通電タイミング決定部７１，７２は、回転速度検出部５３からの回転速度信号と駆動信号発生部６６および制動信号発生部６８からの対応する信号とに基づき、進角および通電角をマップ検索して、マップにより決定された進角および通電角を通電タイミング出力部６１に出力する。

なお、進角マップ５５ａ，５７ａは、ＳＲモータ３の各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対する通電開始位相および通電終了位相を、各相のインダクタンス変化に応じた所定位相（例えば、インダクタンスの増大開始位相および減少開始位相等）から進角側に変更するための進角と、目標出力に応じた電流指令値と回転速度との所定の対応関係を示すマップであって、例えば目標出力に応じた電流指令値と回転数が増大すると、進角が増大傾向に変化するように構成されている。進角は、電流指令値（つまり目標出力）に比例するように構成されている。また、進角は、回転数が増加すると増大傾向になるように構成されている。

また、通電角マップ５５ｂ，５７ｂは、各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対する通電角（例えば、電気角１２０°以上の値等）と、目標出力に応じた電流指令値と回転数との所定の対応関係を示すマップであって、例えば、目標出力に応じた電流指令値と回転数が増大すると、通電角が増大傾向に変化するように構成されている。通電角は、電流指令値（つまり目標出力）に比例するように構成されている。また、通電角は、回転数が増加すると増大傾向になるように構成されている。

通電タイミング出力部６１は、回転角度検出部５２から入力されるロータ２２の回転位置と、駆動または制動マップ記憶部５５，５７から入力される進角および通電角に基づき、駆動回路４の第２〜第４アーム４２〜４４のスイッチング素子２Ｈ〜４Ｌのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号を生成し、各スイッチング素子２Ｈ〜４Ｌのトランジスタのゲートに出力すると共に、進角および通電角をＰＷＭ出力部６４と、デッドタイム計測部７３に出力する。各スイッチング素子２Ｈ〜４Ｌに出力されるゲート信号は、例えば進角および通電角に応じた通電区間において、オンデューティが所定値（例えば、１００％）とされている。
電流検出部６２は、例えば各電流センサ２１から出力される各相電流（巻線電流）の検出信号に基づき、ＳＲモータ３に通電されている巻線電流を検出し、この巻線電流の検出値を電流制御部６３に出力する。

電流制御部６３は、ＳＲモータ３に通電されている巻線電流のＰＷＭ制御を行うものであり、第１の電流比較手段としての駆動電流比較部６３ａと、第２の電流比較手段としての制動電流比較部６３ｂと、ＰＷＭ信号のデューティ比を演算するＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃと、回生制動時に後述する供給モードを実施するためにＰＷＭ信号のデューティ比として１００％に相当する信号を発生させるＰＷＭＤｕｔｙ１００％発生部７４とから構成されている。駆動電流比較部６３ａは、駆動信号発生部６６からの電流指令値と電流検出部６２からの電流検出値とを比較する。その比較結果（例えば偏差）に基づいてＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃが駆動回路４の第１アーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号のデューティ比を演算し、その演算結果をＰＷＭ出力部６４に出力する。例えば、ＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃは、電圧指令値と、三角波等のキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、各ゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成し、各ゲート信号のデューティつまりオン／オフ状態の比率を算出する。そして、各ゲート信号およびデューティをＰＷＭ出力部６４に出力する。

ＰＷＭ出力部６４は、通電タイミング出力部６１から入力される進角および通電角に基づき、電流制御部６３から入力される各スイッチング素子ＮＨ，ＮＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号を、スイッチング素子ＮＨ，ＮＬのトランジスタのゲートに出力する。ゲート信号は、例えば進角および通電角に応じた通電区間において、オンデューティがＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃにより算出された値（つまり、電圧指令値に応じた値）とされている。スイッチング素子ＮＨ、ＮＬのゲート信号を出力するタイミングは、デッドタイム計測部７３によって、後述のように制御されている。デッドタイム計測部は、通電タイミング出力部６１が信号出力したら、デッドタイムの計測を開始し、予め設定されているデッドタイムが経過したらＰＷＭ出力部６４にゲート信号の出力を許可する信号を出力する。

この制御装置１では、６つの基本通電パターン＃１〜＃６でＳＲモータ３を駆動させている。図２に示すように、通電パターン＃１は、第１アーム４１のスイッチング素子ＮＨがＰＷＭ制御で、スイッチング素子ＮＬがＯＦＦである。そして、第２〜第４アーム４２〜４４では、第４アーム４４の低電位側のスイッチング素子４ＬのみがＯＮで、他のスイッチング素子２Ｈ〜４Ｈが全てＯＦＦである。この場合、コイルＬｗの一端側から他端側に電流が流れる。
以降、通電パターン＃２では、コイルＬｖに他端側から一端側に電流が流れる。通電パターン＃３では、コイルＬｕの一端側から他端側に電流が流れる。通電パターン＃４では、コイルＬｗの他端側から一端側に電流が流れる。通電パターン＃５では、コイルＬｖの一端側から他端側に電流が流れる。通電パターン＃６では、コイルＬｕの他端側から一端側に電流が流れる。
通電パターン＃１〜＃６を実施することで、ロータ１２が１／２回転させられる。この間のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに発生するインダクタンスは、例えば、Ｕ相であれば図２に示すようになる。なお、第１アームのスイッチング素子ＮＨとＮＬが同時にＯＮすると、第１アームには短絡電流が流れてしまうため、デッドタイム計測部７３によって、第１アームの一方のスイッチング素子に対し、他方のスイッチング素子の開閉タイミングが調整されている。すなわち、デッドタイム計測部７３によって、スイッチ素子ＮＨまたはＮＬのいずれか一方のスイッチ素子がＯＦＦしてから、所定の時間のデットタイム（Ｄｔ）が経過した後に、他方のスイッチ素子がＯＮするように設定されている。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
制御要領について図３を参照して以下に示す。先ずステップＳＴ１でアクセル操作量θの検出を行う。アクセル操作量θは内燃機関自動車のアクセル操作量に対応するもので、全閉に相当する０％〜全開に相当する１００％の範囲においてアクセル検出部５１で検出される。なお、アクセル操作量θの０％相当値側から全開相当値に向けて上記各モードを分ける第１の基準信号に対応する第１の基準値θ１と第２の基準信号に対応する第２の基準値θ２とが設けられている。図示例において、０％から第１の基準値θ１に至る範囲が制動モードであり、第１の基準値θ１から第２の基準値θ２に至る範囲がフリーランモードであり、第２の基準値θ２を越えた範囲（〜１００％）が駆動モードである。モードの判別は、動作モード判別部６５にて、上記したようにアクセル操作量θに応じて行う。

次のステップＳＴ２では、アクセル操作量θが第１の基準値θ１以下か否かを判別する。アクセル操作量θが第１の基準値θ１を越えている場合にはステップＳＴ３に進み、そこでさらにアクセル操作量θが第２の基準値θ２以下か否かを判別する。アクセル操作量θが第２の基準値θ２を越えていると判定された場合にはステップＳＴ４に進み、駆動モードを実行する。

駆動モードでは、アクセル操作量θと回転速度とに基づいて駆動マップ記憶部５５のうちの選択された１つの進角マップ５５ａおよび通電角マップ５５ｂのデータから進角および通電角を決定する。マップの選択にあっては、駆動マップ切替スイッチＳＷ１により予め設定しておくことができ、その設定に応じてマップ選択部５６により制御に適用するマップを選択する。その選択されたマップによる進角および通電角に基づく通電タイミングで上記したＰＷＭ制御を実行する。アクセル操作量θの増大に伴って励磁電流指令値が増大し、ＳＲモータ３の駆動トルクが増大する。

ステップＳＴ３でアクセル操作量θが第２の基準値θ２以下であると判定された場合にはステップＳＴ５に進み、フリーランモードを実行する。フリーランモードでは、フリーラン信号発生部６７ａからのフリーラン信号がＰＷＭＤｕｔｙ０％発生部６７ｂからデューティ比０％の信号がＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃに出力されて、ＰＷＭＤｕｔｙ演算部６３ｃからは０％信号がＰＷＭ出力部６４に出力されるため、フリーラン状態となる。

また、ステップＳＴ２でアクセル操作量θが第１の基準値θ１以下であると判定された場合にはステップＳＴ６に進む。この場合のステップＳＴ６〜ＳＴ１１は制動モードとなる。ステップＳＴ６では、回転角センサ３５により検出された回転角信号に基づいてＳＲモータ３の回転速度を回転速度検出部５３で算出する。次のステップＳＴ７では、回転速度に基づいて供給電流指令マップ５９のうちの選択された１つのマップに基づいて最大電流値を決定する。

この制動モードにあっては、第１の基準値θ１と、それより小さなアクセル操作量となる所定の値（最大制動切り換え点θｂとする）との間にあっては、アクセル操作量θの減少に伴って供給電流値が漸増するように設定されている。この設定は供給電流指令マップ５９ａにより行うことができる。

次のステップＳＴ８ではアクセル操作量θによる供給電流値の補正を制動信号発生部６８で行う。アクセルを戻す操作はプログラムのステップで処理する時間に対しては遅いため、例えば一気にアクセルを最小値（全閉相当）に戻したとしてもステップＳＴ８を通過する処理が行われる。すなわち、このステップＳＴ８による処理にあっては、上記θ１からθｂに至る区間に対応する処理となる。

この供給電流値の補正は、最大電流値決定部６９で決定された最大電流値に基づいて行われる。最大電流値決定部６９では供給電流指令マップ５９のうちの選択された１つのマップに基づいて最大電流値を決定する。その選択マップは、電流値マップ切替スイッチＳＷ２により予め設定しておくことができる。最大電流値は、モータに流せる最大電流値ではなく、回転速度（回転数）に応じて例えば制動トルクが一定となる電流の上限値とする。
複数の供給電流指令マップ５９は、回転数に応じて最大電流値をマップ化した構成を有するので、電流値マップ切替スイッチＳＷ２によって選択された１つの供給電流指令マップ５９を用いて最大電流値が決定され、通電制御が行われるようになる。

次のステップＳＴ９では上記ＳＴ８により決定された供給電流値を用いて電流を流す供給モードを実行する。ここでは、ＰＷＭＤｕｔｙ１００％発生部７４がＰＷＭ信号のデューティを１００％に設定する指令信号を出力し、駆動回路４からＳＲモータ３に電流供給が行われる。

次のステップＳＴ１０では、制動電流比較部６３ｂにより、電流センサ２１により検出された電流が上記供給モードにおける供給電流値に達したか否かを判別し、供給電流値に達していない場合にはステップＳＴ９に戻り、供給電流値に達していると判定された場合にはステップＳＴ１１に進む。ステップＳＴ１１では還流・回生モードを実行する。この還流・回生モードではＳＲモータ３に生じる発電電力をバッテリ３１に戻す制御が行われるが、ステップＳＴ８の処理により、制動モードにおいて一気に供給電流指令マップ５９で決定された最大電流値に達することがない。

ステップＳＴ９からステップＳＴ１１に至るまででコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流及び印加される電圧の概略は、図４及び図５に示すようになる。なお、図４は低速から中速域における電流波形の概略を示し、図５は高速域での電流波形の概略を示す。
図４では、最初に供給モードＭｓで高電位側と低電位側の一対のスイッチング素子がＯＮになる。コイルには電圧が印加され、巻線電流が流れる。巻線電流の値が予め定められている供給電流値に達したら、還流・回生モードが実施される。還流・回生モードでは、ＰＷＭ制御を行う第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬをＰＷＭデューティ制御して開閉を繰り返すことで回生モードＭｒと還流モードＭｂが交互に繰り返される。回生モードＭｒでは、回生電圧（供給モードＭｓ時の印加電圧をプラスとした場合、マイナス電圧）が発生し、巻線電流が減少する。還流モードＭｂでは、第２から第４のアーム４２〜４４のスイッチング素子２Ｈ〜４Ｌを閉じる。コイルに印加される電圧がゼロになり、発電電流によって巻線電流が上昇する。

図５に示す高速域では、運動エネルギが大きいため、発電量も大きくできる。このため、還流・回生モードは回生モードＭｂのみが実施される。供給モードから回生モードＭｒに切り替える閾値となる供給電流値は、高速回転中であることから、図４に示す低速から中速域における供給電流値より低く設定されている。これにより、回生制動力が過大になるのを防止している。供給電流値の決定は、図３のステップＳＴ７，ＳＴ８で行われる。

さらに、制動モードにおける通電パターンと、駆動回路４及びコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流について図６から図１２を参照して説明する。
図６は、低速から中速域において３相Ｕ，Ｖ，Ｗの各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれに印加される電圧と、流れる電流の変化について、ロータ１２の回転に従って示したものである。なお、図６の下部に示されている通電パターンは、図２の基本通電パターンに対応している。
例えば、通電パターン＃５のＶ相通電では、供給モードＭｓの後に還流・回生モードが実施されて１つのパターンを形成している。さらに詳細にみると、通電パターンは、前相であるＷ相の回生電流が残留している第１の供給段階Ｍｓ１と、Ｗ相の回生電流がない第２の供給段階Ｍｓ２に区分けできる。また、還流・回生モードは、前記したように、回生モードＭｒと還流モードＭｂが交互に実施される。

以下、図を参照しながら各通電パターン＃１〜＃６における各モードについて説明する。各図において（ａ）及び（ｂ）供給モードＭｓ、特に（ａ）が第１の供給段階Ｍｓ１を示し、（ｂ）が第２の供給段階Ｍｓ２を示す。（ｃ）は回生モードＭｒを示し、（ｄ）は還流モードＭｂを示す。

図７の（ａ）に示すように、第１の供給段階Ｍｓ１では、第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨがＯＮ（開）になってスイッチング素子ＮＬがＯＦＦ（閉）になる。第２〜第４のアーム４２〜４４では、第３のアーム４３の低電位側のスイッチング素子３ＬのみがＯＮになって、残りのスイッチング素子は全てＯＦＦになる。前相であるコイルＬｗでは、回生モードＭｒに起因する起電力が生じており、この起電力によって第４のアーム４４の低電位側のスイッチング素子４ＬのダイオードからコイルＬｗを通り、第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨからバッテリ３１に戻るような回生電流Ｉｗｒ２が発生している。このため、通電相であるコイルＬｖには、前相であるコイルＬｗが発生する回生電流Ｉｗｒ２の一部が流れ込み、スイッチング素子３Ｌからバッテリ３１の低電位側の端子に向かって巻線電流Ｉｖｓ１が流れる。

（ｂ）に示すように、第２の供給段階Ｍｓ２では、Ｗ相の回生電流Ｉｗｒ２がない他は第１の供給段階Ｍｓ１と同じである。この段階でコイルＬｖに流れる巻線電流Ｉｖｓ１は、大きく上昇する（図６の第２の供給段階Ｍｓ２参照）。

（ｃ）に示すように、回生モードＭｒでは、全てのスイッチング素子がＯＦＦになる。スイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｖ、スイッチング素子３Ｈのダイオードを順番に通るように回生電流Ｉｖｒ１が流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。
（ｄ）に示すように、還流モードＭｂでは、第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨのみがＯＮになる。スイッチング素子ＮＨからコイルＬｖ、スイッチング素子３Ｈのダイオードを順番に通るように還流電流Ｉｖｂ１が流れる。
回生モードＭｓと還流モードＭｂの差は、スイッチング素子ＮＨのＯＮ／ＯＦＦのみである。つまり、スイッチング素子ＮＨの開閉をＰＷＭ制御することで、回生モードＭｓと還流モードＭｂの比率を制御できる。

このような通電パターン＃５の次は、通電パターン＃６が選択される。図８に示すように、通電パターン＃５の回生モードＭｒが実施されている最中に通電パターン＃６に切り替えられるので、第１の供給段階Ｍｓ１は（ａ）に示すようになる。すなわち、前相であるコイルＬｖの回生電流Ｉｖｂ１と、コイルＬｕへの巻線電流Ｉｕｓ１が発生する。巻線電流Ｉｕｓ１は、第２のアーム４２のスイッチング素子２ＨからコイルＬｕを通る。さらに、コイルＬｕへの巻線電流Ｉｕｓ１は、コイルＬｖに流れ込む。（ｂ）に示す第２の供給段階Ｍｓ２は、巻線電流Ｉｕｓ１のみになる。
（ｃ）に示す回生モードＭｒと（ｄ）に示す還流モードＭｂは、スイッチング素子ＮＬのＯＮ／ＯＦＦのみが異なる。この間、他のスイッチング素子ＮＬ，２Ｈ〜４Ｌは全てＯＦＦになっている。（ｃ）に示す回生電流Ｉｕｒ１は、スイッチング素子ＮＬがＯＦＦのときなのでスイッチング素子２ＬのダイオードからコイルＵ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。（ｄ）に示す還流電流Ｉｕｂ１は、スイッチング素子２ＬのダイオードからコイルＵ、スイッチング素子ＮＬを通るように流れる。

通電パターン＃６の次は、通電パターン＃１が選択される。通電パター＃６の回生モードＭｒと一部重なることで生じる第１の供給段階Ｍｓ１では、図９の（ａ）に示すように前相であるコイルＬｕの回生電流Ｉｕｒ１と、コイルＬｗへの巻線電流Ｉｗｓ１が発生する。巻線電流Ｉｗｓ１は、前相であるコイルＬｕの回生電流Ｉｕｒ１の一部が、コイルＬｗ、スイッチング素子４Ｌを通って流れる。（ｂ）に示す第２の供給段階Ｍｓ２は、巻線電流Ｉｗｓ１のみになる。
（ｃ）に示す回生モードＭｒは、全てのスイッチング素子がＯＦＦになる。回生電流Ｉｗｒ１は、スイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｗ、スイッチング素子４Ｈのダイオードを通るように流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。（ｄ）に示す還流モードＭｂでは、スイッチング素子ＮＨがＯＮになるので、還流電流Ｉｗｂ１がスイッチング素子ＮＨからコイルＬｗ、スイッチング素子４Ｈのダイオードを通るように流れる。

通電パターン＃１の次は、通電パターン＃２が選択される。通電パター＃１の回生モードＭｒと一部重なることで生じる第１の供給段階Ｍｓ１では、図１０の（ａ）に示すように前相であるコイルＬｗの回生電流Ｉｗｒ１と、コイルＬｖへの巻線電流Ｉｖｓ２が発生する。巻線電流Ｉｖｓ２は、スイッチング素子３ＨからコイルＬｖ、さらにコイルＬｗに流れ込む。（ｂ）に示す第２の供給段階Ｍｓ２は、巻線電流Ｉｖｓ２のみになる。
（ｃ）に示す回生モードＭｒは、全てのスイッチング素子がＯＦＦになる。回生電流Ｉｖｒ２は、スイッチング素子３ＬのダイオードからコイルＬｖ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。（ｄ）に示す還流モードＭｂでは、スイッチング素子ＮＬがＯＮになるので、還流電流Ｉｖｂ２がスイッチング素子３ＬのダイオードからコイルＬｖ、スイッチング素子ＮＬを通るように流れる。

通電パターン＃２の次は、通電パターン＃３が選択される。通電パター＃２の回生モードＭｒと一部重なることで生じる第１の供給段階Ｍｓ１では、図１１の（ａ）に示すように前相であるコイルＬｖの回生電流Ｉｖｒ２と、コイルＬｕへの巻線電流Ｉｕｓ２が発生する。巻線電流Ｉｕｓ２には、前相であるコイルＬｖの回生電流Ｉｖｒ２の一部が、コイルＬｕ、スイッチング素子２Ｌを通って流れる。（ｂ）に示す第２の供給段階Ｍｓ２は、巻線電流Ｉｕｓ２のみになる。
（ｃ）に示す回生モードＭｒは、全てのスイッチング素子がＯＦＦになる。回生電流Ｉｕｒ２は、スイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｕ、スイッチング素子２Ｈのダイオードを通るように流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。（ｄ）に示す還流モードＭｂでは、スイッチング素子ＮＨがＯＮになるので、還流電流Ｉｕｂ２がスイッチング素子ＮＨからコイルＬｕ、スイッチング素子２Ｈのダイオードを通るように流れる。

通電パターン＃３の次は、通電パターン＃４が選択される。通電パター＃３の回生モードＭｒと一部重なることで生じる第１の供給段階Ｍｓ１では、図１２の（ａ）に示すように前相であるコイルＬｕの回生電流Ｉｕｒ２と、コイルＬｗへの巻線電流Ｉｗｓ２が発生する。巻線電流Ｉｗｓ２は、スイッチング素子４ＨからコイルＬｗ、さらにコイルＬｕに流れ込む。（ｂ）に示す第２の供給段階Ｍｓ２は、巻線電流Ｉｗｓ２のみになる。
（ｃ）に示す回生モードＭｒは、全てのスイッチング素子がＯＦＦになる。回生電流Ｉｗｒ２は、イッチング素子４ＬのダイオードからコイルＬｗ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れ、バッテリ３１に電気エネルギが充電される。（ｄ）に示す還流モードＭｂでは、スイッチング素子ＮＬがＯＮになるので、還流電流Ｉｗｂ２がスイッチング素子４ＬのダイオードからコイルＬｗ、スイッチング素子ＮＬを通るように流れる。

この実施の形態では、駆動回路４を４つのアーム４１〜４４で構成したので、スイッチング素子の数を８つに削減できる。さらに、コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの中性点４７に接続される第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬを開閉制御することで、回生モードＭｒを実施できるようにしたので、バッテリ３１への充電が可能になる。第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬをＰＷＭ制御すると、回生モードＭｒと還流モードＭｂを交互に繰り返すことが可能になって、低速から中速域においてはＳＲモータ３に供給する電流を所定のレベルに保ちつつ回生を行うことが可能になる。
回転数に応じて供給電流値の設定値を増減させるようにすることで、電力の回収を効率良く行え、また、回転数に対して所望の制動トルク特性を得ることも可能となる。
なお、この制御装置１を電動カートに用い、エンジンブレーキ相当になるように回生制動制御を適用した場合、アクセルＯＦＦ時の制動トルクの発生が緩やかに上昇し得ることから運転操作性が向上する。また、パワー回路４のパワー素子の負担も軽減されるため、不必要に大容量の素子を用いる必要がなく、回路を低コスト化し得る。
また、電気エネルギの回収が行えることから、一回の充電で走行可能な距離を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図１３にスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）の制御装置の構成を示す。制御装置８１は、ＳＲモータ３に接続される駆動回路４と、ドライバユニット８２とを含んで構成されている。このドライバユニット８２は、第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬをＯＮ／ＯＦＦ制御し、第２〜第４のアーム４２〜４４のスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。

このため、通電タイミング出力部６１は、第１のアーム４１のスイッチング素子ＮＨ，ＮＬのゲートに接続されている。また、デッドタイム計測部７３は、通電タイミング出力部６１に計測結果を出力するようになっており、スイッチング素子ＮＨ，ＮＬの開閉にデッドタイムを与えるようになっている。また、ＰＷＭ出力部６４は、第２〜第４のアーム４２〜４４のスイッチング素子２Ｈ〜４Ｌの各ゲートに接続されている。

この制御装置８１における基本的な通電パターンは、図２と同じである。また、回生制動時の電流波形は、低速〜中速域と高速域のそれぞれにおいて図４及び図５に示すようになる。さらに、図６の通電パターン＃１〜＃６に対応して各コイルＵ，Ｖ，Ｗに流れる電流は、図１４から図１９に示す通りである。ここで、第１の実施の形態とはＰＷＭ制御するスイッチング素子が異なるだけなので、図１４から図１９において（ｄ）の還流モードＭｂの還流電流の経路のみが第１の実施態様と異なり、（ａ）〜（ｃ）の各モードで流れる電流の経路及び向きは第１の実施態様の対応する電流の経路及び向きと同様である。

すなわち、図１４の（ｄ）に示す通電パターン＃５の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子３ＬがＯＮになるので、還流電流Ｉｖｂ３がスイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｖ、スイッチング素子３Ｌを通るように流れる。
図１５の（ｄ）に示す通電パターン＃６の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子２ＨがＯＮになるので、還流電流Ｉｕｂ３がスイッチング素子２ＨからコイルＬｕ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れる。

図１６の（ｄ）に示す通電パターン＃１の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子４ＬがＯＮになるので、還流電流Ｉｗｂ３がスイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｗ、スイッチング素子４Ｌを通るように流れる。
図１７の（ｄ）に示す通電パターン＃２の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子３ＨがＯＮになるので、還流電流Ｉｖｂ４がスイッチング素子３ＨからコイルＬｖ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れる。

図１８の（ｄ）に示す通電パターン＃３の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子２ＬがＯＮになるので、還流電流Ｉｕｂ４がスイッチング素子ＮＬのダイオードからコイルＬｕ、スイッチング素子２Ｌを通るように流れる。
図１９の（ｄ）に示す通電パターン＃４の還流モードＭｂでは、ＰＷＭ制御によってスイッチング素子４ＨがＯＮになるので、還流電流Ｉｗｂ４がスイッチング素子４ＨからコイルＬｗ、スイッチング素子ＮＨのダイオードを通るように流れる。

この実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、第２〜第４アーム４２〜４４のスイッチング素子２Ｈ〜４ＬをＰＷＭ制御することで、開閉制御の頻度が高くなっても熱の発生を分散できる。

なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
コイルの数や相数は、実施の形態に限定されない。また、アーム４１〜４４の数も実施の形態に限定されない。スイッチング素子ＮＨ，ＮＬ，２Ｈ〜４Ｌは、開閉制御及びＰＷＭ制御が可能で、かつ還流電流や回生電流を流すことができる構成であれば良く、トランジスタと還流ダイオードの組み合わせに限定されない。

本発明の実施の形態に係るＳＲモータの駆動装置のブロック図である。基本通電パターンを示す図である。駆動回路の制御を示すフローチャートである。低速から中速域における回生制動時の電流波形を示す図である。高速域における回生制動時の電流波形を示す図である。回生制動時の巻線電圧と電流波形を示す図である。通電パターン＃５における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃６における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃１における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃２における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃３における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃４における各モードの電流を示す図である。本発明の実施の形態に係るＳＲモータの駆動装置のブロック図である。通電パターン＃５における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃６における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃１における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃２における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃３における各モードの電流を示す図である。通電パターン＃４における各モードの電流を示す図である。

符号の説明

１制御装置
３ＳＲモータ
４駆動回路
５制御ユニット
１１ステータ
１２ロータ
３１バッテリ（電源）
４１第１アーム
４２第２アーム
４３第３アーム
４４第４アーム
４７中性点
６１通電タイミング出力部
６３電流制御部
６４ＰＷＭ出力部
７３デッドタイム計測部
ＮＨ，ＮＬ，２Ｈ，２Ｌ，３Ｈ，３Ｌ，４Ｈ，４Ｌスイッチング素子
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗコイル

Claims

ロータと、Ｕ，ＶおよびＷのコイルを巻装したステータを有し、前記Ｕ，ＶおよびＷのコイルの一端部同士を接続して中性点を設けたスイッチトリラクタンスモータと、
互いに直列接続された２つのスイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）を有し前記中性点が接続された第１のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（２Ｈ，２Ｌ）を有し前記Ｕのコイルの他端部が接続された第２のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（３Ｈ，３Ｌ）を有し前記Ｖのコイルの他端部が接続された第３のアームと、互いに直列接続された２つのスイッチング素子（４Ｈ，４Ｌ）を有し前記Ｗのコイルの他端部が接続された第４のアームとを備え、前記第１から第４のアームが電源に対して並列に接続された駆動回路と、
前記第１のアームのスイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）に接続され、回生制動時に、スイッチング素子（ＮＨ，ＮＬ）の開閉を制御するオンデューティ１００％のゲート信号を出力する通電タイミング出力部と、
前記第２のアームのスイッチング素子（２Ｈ，２Ｌ），前記第３のアームのスイッチング素子（３Ｈ，３Ｌ）および前記第４のアームのスイッチング素子（４Ｈ，４Ｌ）に接続され、回生制動時に、前記スイッチング素子（２Ｈ，２Ｌ，３Ｈ，３Ｌ，４Ｈ，４Ｌ）の開閉を制御するパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ出力部と、
を備え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。
回生制動時に、前記コイルのインダクタンスによって発生する還流電流を流す還流モードと、回生電流を流して電気エネルギを回収する回生モードの割合を決定し、パルス幅変調信号のデューティ比として前記ＰＷＭ出力部に出力する電流制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータの制御装置。