JP6515846B2

JP6515846B2 - スイッチトリラクタンスモータの制御装置

Info

Publication number: JP6515846B2
Application number: JP2016059120A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎勇; 監介吉末; 順一出口; 一哉荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017175783A

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。

特許文献１には、ステータの突極ごとに巻線が巻回されたスイッチトリラクタンスモータが開示されている。特許文献１に開示されたスイッチトリラクタンスモータは、一つの巻線（コイル）または複数の巻線を直列または並列に接続することにより構成される巻線組を、各相ごとに備えている。

特開２０１２−１９１８１３号公報

ここで、前記した特許文献１では、ロータが高速回転するときに並列接続し、ロータが低速回転するときに直列接続して出力特性を向上させることが検討されている。しかしながら、特許文献１では、スイッチトリラクタンスモータを駆動（力行制御）する場合において、巻線組に供給する電流の立ち上がり時のインダクタンスが高くなり、無駄な電流が発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流の立ち上がり時における無駄な電流を減らす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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置は、複数の巻線に励磁電流が流れることにより駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置であって、前記スイッチトリラクタンスモータにおける前記複数の巻線の直列接続と並列接続とを切り替えるスイッチング機構と、前記スイッチトリラクタンスモータおよび前記スイッチング機構を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記スイッチトリラクタンスモータの力行制御時に前記複数の巻線に電流を供給する際に、前記スイッチング機構によって前記複数の巻線を並列接続に切り替えた後に前記電流の立ち上げを行い、前記電流が立ち上がった後に前記複数の巻線を直列接続に切り替えることを特徴とする。

これにより、スイッチトリラクタンスモータの制御装置は、電流の立ち上がり時に複数の巻線を並列接続することにより、巻線のインダクタンスを低下させることができる。従って、従来のように巻線のインダクタンスが高い場合と比較して、電流の立ち上がりのタイミングが遅れるため、電流の立ち上がり時における無駄な電流を減らすことができる。

本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置によれば、電流の立ち上がり時における巻線のインダクタンスを低下させることができるため、電流の立ち上がり時における無駄な電流を減らすことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置の構成を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置の制御内容を示すタイムチャートである。

本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」という）の制御装置は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等に搭載されるものであり、図１に示すように、駆動回路１と、インバータ２と、パワーケーブル３と、ＥＣＵ４と、を備えている。

駆動回路１は、図１に示すように、ＳＲモータ１０と、スイッチング機構２０と、を備えている。ＳＲモータ１０は、回転子に永久磁石を使用しない三相誘導電動機であり、複数の巻線に励磁電流が流れることにより駆動する。ＳＲモータ１０は、環状構造の内周部に複数の突極（ティース）が形成されたステータ（図示省略）と、環状構造の外周部に複数の突極（ティース）が形成されたロータ（図示省略）と、ステータの複数の突極にそれぞれ巻回された巻線１１，１２，１３，１４（図１参照）と、を備えている。なお、図１ではＳＲモータ１０の構成のうち、一相分の巻線１１，１２，１３，１４のみを抜粋して示している。

巻線１１および巻線１２は、図１に示すように、直列接続されており、一つの巻線組１５を構成している。また、巻線１３および巻線１４も、直列接続されており、一つの巻線組１６を構成している。そして、巻線１１，１２からなる巻線組１５と、巻線１３，１４からなる巻線組１６との間にスイッチング機構２０が配置されている。

スイッチング機構２０は、複数の巻線１１，１２，１３，１４の直列接続と並列接続とを切り替えるものである。スイッチング機構２０は、具体的には、後記するＥＣＵ４の制御に従って、図１の符号Ａ（実線）に示すように巻線組１５と巻線組１６とを直列接続した状態と、同図の符号Ｂ（破線）に示すように巻線組１５と巻線組１６とを並列接続した状態と、を切り替える。

インバータ２は、図示しない電源（バッテリ等）と接続されており、巻線１１，１２，１３，１４に対して、パワーケーブル３を介して、相ごとの電流を供給する。

ＥＣＵ（制御手段）４は、駆動回路１およびインバータ２を制御する電子制御装置である。ＥＣＵ４は、例えばインバータ２を制御することにより、ＳＲモータ１０に電流を供給するとともに、スイッチング機構２０を制御することにより、巻線組１５，１６の接続状態を切り替える。

ここで、前記した特許文献１では、ＳＲモータを駆動（力行制御）する場合において、巻線組に供給する電流の立ち上がり時に無駄な電流が発生するという問題があった。一方、本実施形態に係るＥＣＵ４は、当該問題を解決するために、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すような制御を行う。なお、同図において、破線は従来（例えば特許文献１）の制御を示し、実線は本発明の制御を示している。また、同図では、タイミングｔ２以降は、従来を示す破線と本発明を示す実線とが重複している。

本実施形態に係るＥＣＵ４は、図２（ｂ）に示すように、ＳＲモータ１０の力行制御時に複数の巻線１１，１２，１３，１４、すなわち巻線組１５，１６に電流を供給する。その際、ＥＣＵ４は、例えばタイミングｔ１で、スイッチング機構２０によって巻線組１５，１６を並列接続（図１の符号Ｂ参照）に切り替える。そして、ＥＣＵ４は、巻線組１５，１６が並列接続されている状態で電流の立ち上げを行う。続いて、ＥＣＵ４は、図２（ｂ）に示すように、電流が立ち上がった後（例えばピーク値に達した後）のタイミングｔ２で、スイッチング機構２０によって巻線組１５，１６を並列接続から直列接続（図１の符号Ａ参照）に切り替える。

ここで、巻線のインダクタンスは、下記式（１）のように示される。なお、下記式（１）において、μは透磁率、Ｎは巻線のターン数（巻数）、Ｓは巻線の断面積、ｌは巻線の長さである。

前記したように巻線組１５，１６を並列接続した場合、上記式（１）におけるターン数Ｎが、巻線組１５，１６を直列接続した場合のターン数よりも小さくなる。そのため、上記式（１）により、図２（ａ）の実線に示すように、巻線組１５，１６を直列接続する場合（同図の破線参照）と比較してインダクタンスが低下する。これにより、従来と同じトルク出力の場合（図２（ｃ）参照）であっても、図２（ｂ）に示すように、従来よりも電流の立ち上がりのタイミングを遅らせることができる。従って、従来と比較して、少ない電流でトルクを立ち上げることが可能となり、効率が向上する。

以上のような構成を備えるＳＲモータ１０の制御装置は、電流の立ち上がり時に複数の巻線１１，１２，１３，１４を並列接続することにより、巻線１１，１２，１３，１４のインダクタンスを低下させることができる。従って、従来のように巻線１１，１２，１３，１４のインダクタンスが高い場合と比較して、電流の立ち上がりのタイミングが遅れるため、電流の立ち上がり時における無駄な電流を減らすことができる。

なお、図２では、一相分の巻線１１，１２，１３，１４に関する制御のみを説明したが、ＳＲモータ１０が備える三相の巻線について、図２に示した制御をそれぞれ同じタイミングで実施してもよい。また、三相の巻線について、図２に示した制御をそれぞれ異なるタイミングで実施してもよい。この場合、他の相の影響を受けずに各相のインダクタンスを変更することができるというメリットがある。

以上、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１駆動回路
２インバータ
３パワーケーブル
４ＥＣＵ（制御手段）
１０スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
１１，１２，１３，１４巻線
１５，１６巻線組
２０スイッチング機構

Claims

複数の巻線に励磁電流が流れることにより駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置であって、
前記スイッチトリラクタンスモータにおける前記複数の巻線の直列接続と並列接続とを切り替えるスイッチング機構と、
前記スイッチトリラクタンスモータおよび前記スイッチング機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記スイッチトリラクタンスモータの力行制御時に前記複数の巻線に電流を供給する際に、前記スイッチング機構によって前記複数の巻線を並列接続に切り替えた後に前記電流の立ち上げを行い、前記電流が立ち上がった後に、前記電流を０にすることなく、前記複数の巻線を直列接続に切り替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。