JP6776432B2 - 回転電機制御システム - Google Patents
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Description
以下、実施形態の2相回転電機制御装置を、図面を用いて説明する。
図1は、第1の実施形態の2相回転電機制御装置40を備えた2相回転電機用制御システム1の概略構成の一例を示す図である。図1に示すように、2相回転電機用制御システム1は、電源装置10、インバータ回路20、2相回転電機30及び2相回転電機制御装置40を備える。
ステータ32は、ロータ31の径方向内側に設けられている。ステータ32にはA相コイル30a又はB相コイル30bの2相のコイルが巻装されている。なお、本実施形態において、A相コイル30a及びB相コイル30bは、それぞれ複数のコイルを備えるコイル群である。ただし、A相コイル30a及びB相コイル30bは、これに限定されず、少なくとも1つ以上のコイルから構成されていればよい。
先端部37は、巻胴部36の径方向外側の先端に一体成形され、周方向に沿って延びるように形成されている。先端部37は、周方向中央部が巻胴部36の先端に位置するように形成されている。そして、隣接するティース34間に蟻溝状のスロット38が形成されている。このスロット38に電機子コイル39を通し、絶縁性のインシュレータ(不図示)が装着された各ティース34に、電機子コイル39を巻装する。すなわち、各スロット38には、それぞれ対応するA相コイル30a、又はB相コイル30bが通され、各ティース34にA相コイル30a、又はB相コイル30bが巻装される。第1の実施形態では、図2におけるX部に存在する6つのティース34には、A相コイル30aが巻装される。図2におけるY部に存在する6つのティース34には、B相コイル30bが巻装される。なお、第1の実施形態では、図2におけるX部に存在する6つのティース34に巻装される電機子コイル39をA相コイル30aとし、図2におけるY部に存在する6つのティース34に巻装される電機子コイル39をB相コイル30bとする。
隣り合うロータマグネット33の間の角度である極間角度(機械角)θ1は、以下の式(2)で表される。
図3Aは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#1を示す図である。
通電パターン#1は、スイッチング素子211、213、215がオフ状態であり、スイッチング素子212、214、216がオン状態である。したがって、スイッチング素子212を経由してA相コイル30aに電流Iaが流れると共に、B相コイル30bに電流Ibが流れる。すなわち、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子212、A相コイル30a、スイッチング素子214及びグランドを経由する経路と、スイッチング素子212、B相コイル30b、スイッチング素子216及びグランドを経由する経路とを通る(図3A参照)。これにより、A相コイル30a及びB相コイル30bが励磁される。
図3Bは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#2を示す図である。
通電パターン#2は、スイッチング素子213、214、215がオフ状態であり、スイッチング素子211、212、216がオン状態である。したがって、A相コイル30aに流れる電流Iaは、スイッチング素子211、スイッチング素子212を通り、A相コイル30aに還流する。すなわち、通電パターン#2では、2相回転電機制御装置40が通電パターン#1からスイッチング素子211をオン状態とし、スイッチング素子214をオフ状態とすることで、A相コイル30a、スイッチング素子211及びスイッチング素子212で閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子212、B相コイル30b、スイッチング素子216及びグランドを経由する経路のみを通る(図3B参照)。これにより、A相コイル30aは励磁されていないが、B相コイル30bが励磁されている。すなわち、2相回転電機制御装置40は、A相コイル30aに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bに励磁電流を流す経路を確保することができる。
図3Cは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#3を示す図である。
通電パターン#3は、スイッチング素子212、213、214、215がオフ状態であり、スイッチング素子211、216がオン状態である。したがって、スイッチング素子211を経由してA相コイル30a、B相コイル30bに電流Icが流れる。すなわち、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子211、A相コイル30a、B相コイル30b、スイッチング素子216及びグランドを経由する経路を通る(図3C参照)。したがって、通電パターン#1と比較してB相コイル30bに流れる電流の向きは変化しないが、A相コイル30aに流れる電流が逆転する。そのため、A相コイル30aが逆励磁される。
図3Dは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#4を示す図である。
通電パターン#4は、スイッチング素子212、213、214がオフ状態であり、スイッチング素子211、215、216がオン状態である。したがって、B相コイル30bに流れる電流Ibは、スイッチング素子216、スイッチング素子215を通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#4では、2相回転電機制御装置40が通電パターン#3からスイッチング素子215をオン状態とすることで、B相コイル30b、スイッチング素子216及びスイッチング素子215で閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子211、A相コイル30a、スイッチング素子215及びグランドを経由する経路のみを通る(図3D参照)。これにより、B相コイル30bは励磁されていないが、A相コイル30aが励磁されている。すなわち、2相回転電機制御装置40は、B相コイル30bに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bの自己誘導による影響を低減することができる。
図3Eは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#5を示す図である。
通電パターン#5は、スイッチング素子212、214、216がオフ状態であり、スイッチング素子211、213、215がオン状態である。したがって、スイッチング素子211を経由してA相コイル30aに電流Iaが流れるとともに、スイッチング素子213を経由してB相コイル30bに電流Ibが流れる。すなわち、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子211、A相コイル30a、スイッチング素子215及びグランドを経由する経路と、スイッチング素子213、B相コイル30b、スイッチング素子215及びグランドを経由する経路とを通る(図3E参照)。したがって、通電パターン#3と比較して、A相コイル30aに流れる電流の向きは変化しないが、B相コイル30bに流れる電流が逆転する。そのため、B相コイル30bが逆励磁される。
図3Fは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#6を示す図である。
通電パターン#6は、スイッチング素子211、212、216がオフ状態であり、スイッチング素子213、214、215がオン状態である。したがって、A相コイル30aに流れる電流Iaは、スイッチング素子215、スイッチング素子214を通り、A相コイル30aに還流する。すなわち、通電パターン#6では、2相回転電機制御装置40が通電パターン#5からスイッチング素子211をオフ状態とし、スイッチング素子214をオン状態とすることで、A相コイル30a、スイッチング素子214及びスイッチング素子215で閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子213、B相コイル30b、スイッチング素子215及びグランドを経由する経路のみを通る(図3F参照)。これにより、A相コイル30aは励磁されていないが、B相コイル30bが励磁されている。2相回転電機制御装置40は、A相コイル30aに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bに励磁電流を流す経路を確保することができる。
図3Gは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#7を示す図である。
通電パターン#7は、スイッチング素子211、212、215、216がオフ状態であり、スイッチング素子213、214がオン状態である。したがって、スイッチング素子213を経由してB相コイル30b、A相コイル30aに電流Icが流れる。すなわち、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子213、B相コイル30b、A相コイル30a、スイッチング素子214及びグランドを経由する経路を通る(図3G参照)。したがって、通電パターン#5と比較してB相コイル30bに流れる電流の向きは変化しないが、A相コイル30aに流れる電流が逆転する。そのため、A相コイル30aが逆励磁される。
図3Hは、第1の実施形態における2相回転電機制御装置40の通電パターン#8を示す図である。
通電パターン#8は、スイッチング素子211、215、216がオフ状態であり、スイッチング素子212、213、214がオン状態である。したがって、B相コイル30bに流れる電流Ibは、スイッチング素子212、スイッチング素子213を通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#8では、2相回転電機制御装置40が通電パターン#7からスイッチング素子212をオン状態とすることで、B相コイル30b、スイッチング素子212及びスイッチング素子213で閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子212、A相コイル30a、スイッチング素子214及びグランドを経由する経路のみを通る(図3H参照)。これにより、B相コイル30bは励磁されていないが、A相コイル30aのみが励磁されている。したがって、通電パターン#8から通電パターン#1に通電パターンを切り替えると、A相コイル30aに流れる電流の向きは変化しないが、B相コイル30bに流れる電流が逆転する。そのため、B相コイル30bが逆励磁される。2相回転電機制御装置40は、B相コイル30bに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bの自己誘導による影響を低減することができる。
なお、本実施形態における2相回転電機制御装置40は、A相コイル30aとB相コイル30bとの2つのコイルのうちいずれか一方のコイルに流れている電流の向きを切り替える際に、電流の向きを切り替えるコイルに流れる電流を還流させたが、これに限定されない。例えば、2相回転電機制御装置40は、A相コイル30aとB相コイル30bとの2つのコイルのうちいずれか一方のコイルに流れている電流の向きを切り替える複数のタイミングのうち、少なくとも一つのタイミングにおいて、電流の向きを切り替えるコイルに流れる電流を還流させる。例えば、複数のタイミングとは、図3に示す通電パターン#1から#3へ直接切り替えるタイミング、#3から#5へ直接切り替えるタイミング、#5から#7へ直接切り替えるタイミング、#7から#1へ直接切り替えるタイミングの4つの通電パターンの切り換えタイミングを示す。すなわち、2相回転電機制御装置40は、上記閉回路を形成する通電パターンである通電パターン#2、#4、#6、#8の中で、少なくとも1つの通電パターンを含んでいればよい。
以下に、通電パターン#4及び通電パターン#8を省略できる理由を説明する。
以下に、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aについて説明する。
図6は、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aを備えた2相回転電機用制御システム1Aの概略構成の一例を示す図である。図6に示すように、2相回転電機用制御システム1Aは、電源装置10、インバータ回路20、2相回転電機30及び2相回転電機制御装置40Aを備える。第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aは、第1の実施形態と比較して、電流の向きが切り換わる電機子コイル39に流れている電流を当該電機子コイル39に還流させる閉ループを異なる経路で形成する。
図7Bは、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aの通電パターン#2´を示す図である。
通電パターン#2´は、スイッチング素子211、212、213がオフ状態であり、スイッチング素子214、215、216がオン状態である。したがって、A相コイル30aに流れる電流Iaは、スイッチング素子214、スイッチング素子215を通り、A相コイル30aに還流する。また、B相コイル30bに流れる電流Ibは、スイッチング素子216、スイッチング素子215を通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#2´では、2相回転電機制御装置40Aが通電パターン#1からスイッチング素子215をオン状態とし、スイッチング素子212をオフ状態とすることで、A相コイル30a、スイッチング素子214及びスイッチング素子215の閉ループと、B相コイル30b、スイッチング素子216及びスイッチング素子215の閉ループとが形成される(図7B参照)。
図7Dは、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aの通電パターン#4´を示す図である。
通電パターン#4´は、スイッチング素子212、214、216がオフ状態であり、スイッチング素子211、213、215がオン状態である。したがって、B相コイル30bに流れる電流Ibは、スイッチング素子213、スイッチング素子211及びA相コイル30aを通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#4´では、2相回転電機制御装置40Aが通電パターン#3からスイッチング素子216をオフ状態とし、スイッチング素子213、215をオン状態とすることで、B相コイル30b、スイッチング素子213、スイッチング素子211及びA相コイル30aで閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子211、A相コイル30a、スイッチング素子215及びグランドを経由する経路のみを通る(図7D参照)。これにより、B相コイル30bは励磁されていないが、A相コイル30aが励磁されている。2相回転電機制御装置40Aは、B相コイル30bに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bの自己誘導による影響を低減することができる。
図7Fは、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aの通電パターン#6´を示す図である。
通電パターン#6´は、スイッチング素子214、215、216がオフ状態であり、スイッチング素子211、212、213がオン状態である。したがって、A相コイル30aに流れる電流Iaは、スイッチング素子212、スイッチング素子211を通り、A相コイル30aに還流する。また、B相コイル30bに流れる電流Ibは、スイッチング素子212、スイッチング素子213を通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#6´では、2相回転電機制御装置40Aが通電パターン#5からスイッチング素子215をオフ状態とし、スイッチング素子212をオン状態とすることで、A相コイル30a、スイッチング素子212及びスイッチング素子211の閉ループと、B相コイル30b、スイッチング素子212及びスイッチング素子213の閉ループとが形成される(図7F参照)。
図7Hは、第2の実施形態における2相回転電機制御装置40Aの通電パターン#8´を示す図である。
通電パターン#8´は、スイッチング素子211、213、215がオフ状態であり、スイッチング素子212、214、216がオン状態である。したがって、B相コイル30bに流れる電流Ibは、A相コイル30a、スイッチング素子214、スイッチング素子216を通り、B相コイル30bに還流する。すなわち、通電パターン#8´では、2相回転電機制御装置40Aが通電パターン#7からスイッチング素子213をオフ状態とし、スイッチング素子212、216をオン状態とすることで、B相コイル30b、A相コイル30a、スイッチング素子214及びスイッチング素子216で閉ループが形成される。このとき、電源装置10から供給された電流は、スイッチング素子212、A相コイル30a、スイッチング素子214及びグランドを経由する経路のみを通る(図7H参照)。これにより、B相コイル30bは励磁されていないが、A相コイル30aのみが励磁されている。したがって、通電パターン#8´から通電パターン#1に通電パターンを切り替えると、A相コイル30aに流れる電流の向きは変化しないが、B相コイル30bに流れる電流が逆転する。そのため、B相コイル30bが逆励磁される。2相回転電機制御装置40Aは、B相コイル30bに流れる電流を切り換え対象として切り換え対象の電流を還流させる閉回路を形成することで、B相コイル30bの自己誘導による影響を低減することができる。
10 電源装置
20 インバータ回路
30 2相回転電機
30a A相コイル
30b B相コイル
31 ロータ
32 ステータ
33 ロータマグネット
34 ティース
36 巻胴部
37 先端部
38 スロット
39 電機子コイル
40 2相回転電機制御装置
211〜216 スイッチング素子
Claims (2)
- 内周面に複数のマグネットが配置されたロータと、前記ロータの内側に配置され、第1のコイル及び第2のコイルが巻回されたステータとを備える回転電機と、
第1スイッチング素子、第2スイッチング素子、第3スイッチング素子、第4スイッチング素子、第5スイッチング素子及び第6スイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第5スイッチング素子及び前記第6スイッチング素子のオン又はオフの切り替えによって、前記第1のコイル及び前記第2のコイルに流れる電流を制御することで前記ロータを回転させる回転電機制御装置と、
を備えた回転電機制御システムにおいて、
前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子とが接続されており、
前記第2スイッチング素子と前記第5スイッチング素子とが接続されており、
前記第3スイッチング素子と前記第6スイッチング素子とが接続されており、
前記第1スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間には、前記第1のコイルの一端が接続されており、
前記第3スイッチング素子と前記第6スイッチング素子との間には、前記第2のコイルの一端が接続されており、
前記第2スイッチング素子と前記第5スイッチング素子との間には、前記第1のコイルの他端及び前記第2のコイルの他端が接続されており、
前記回転電機制御装置は、
前記第2スイッチング素子、前記第1のコイル、前記第4スイッチング素子を経由する経路と、前記第2スイッチング素子、前記第2のコイル、前記第6スイッチング素子を経由する経路と、に電源装置からの励磁電流を流す第1通電制御と、
前記第1通電制御の後において、前記第1スイッチング素子をオン状態に切り替え、前記第4スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記第1のコイル、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子で閉ループを形成し、前記第1のコイルに流れる電流を当該閉ループで還流させて、前記第2スイッチング素子、前記第2のコイル、前記第6スイッチング素子を経由する経路のみに前記励磁電流を流す第2通電制御と、
前記第2通電制御の後において、前記第1スイッチング素子、前記第1のコイル、前記第2のコイル、前記第6スイッチング素子を経由する経路に前記励磁電流を流すことで前記第1のコイルに流れる前記励磁電流の向きを切り替える第3通電制御と、
前記第3通電制御の後において、前記第1スイッチング素子、前記第1のコイル、前記第5スイッチング素子を経由する経路と、前記第3スイッチング素子、前記第2のコイル、前記第5スイッチング素子を経由する経路と、に励磁電流を流すことで前記第2のコイルに流れる前記励磁電流の向きを切り替える第4通電制御と、
前記第4通電制御の後において、前記第1スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記第4スイッチング素子をオン状態に切り替え、前記第1のコイル、前記第4スイッチング素子及び前記第5スイッチング素子で閉ループを形成し、前記第1のコイルに流れる電流を当該閉ループで還流させて、前記第3スイッチング素子、前記第2のコイル、前記第5スイッチング素子を経由する経路のみに前記励磁電流を流す第5通電制御と、
前記第5通電制御の後において、前記第3スイッチング素子、前記第2のコイル、前記第1のコイル、前記第4スイッチング素子を経由する経路に前記励磁電流を流すことで前記第1のコイルに流れる前記励磁電流の向きを切り替える第6通電制御と、
の順に通電制御を切り替えることで前記第1のコイル及び前記第2のコイルのうちいずれか一方のコイルに流れている前記励磁電流の向きを切り替える前に、前記励磁電流の向きを切り替える対象のコイルに流れる電流を還流させた後に、所定の励磁電流の向きに切り替えることを特徴とする回転電機制御システム。 - 前記複数のマグネットには、第1のホールIC及び第2のホールICが近接して配置されており、
前記回転電機制御装置は、
前記第1のホールIC及び前記第2のホールICから出力されるパルス信号に基づいて前記複数のスイッチングを切り替えることで、前記第1のコイル及び前記第2のコイルの通電を制御することを特徴とする、請求項1に記載の回転電機制御システム。
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