JPH0779588A - Ｓｒモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳＲモータの制御装置を、駆動効率がよく、
しかも低トルクリップルで制御する。 【構成】 ＳＲモータ１にロータの回転角度を検出する
角度センサ２が取り付けられ、その検出値はトルク指令
発生部６からのトルク指令信号とともに制御部３に入力
される。制御部でそれらの信号を基にＳＲモータへの通
電位相及び印加電圧を決定する。決定された通電指令値
に従い、パワーヘッド駆動部５を動作させ、電源４から
の電力がＳＲモータのステータ巻線に供給される。この
ときステータ巻線に流れている電流が電流検出センサ７
により検出され、検出された電流の変化パターンにより
トルクリップルを推定し、トルクリップルが大きいと推
定されたら、しかも感じやすい運転域においては、通電
位相及び印加電圧に対して、トルクリップルが小さくす
るように補正を行なう。これにより、高駆動効率と低ト
ルクリップルのもとに所望のトルクを発生させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＳＲモータの制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＳＲ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅ
ｌｕｃｔａｎｃｅ）モータは、励磁巻線に励磁電流を通
電することにより磁界を作り、この磁界の作用でロータ
に磁気を及ぼし、そしてこれらの間に発生する磁気力に
よりロータの突部に生ずる吸引力ないしは反発力を利用
して、回転トルクを発生させる構成である。従って、出
力を制御するときには励磁巻線へのそれと対応する励磁
電流を制御すれば良い。ところが、実際にＳＲモータ
は、励磁巻線に一定の励磁電流を与えたとき、ロータに
発生するトルクは一定とならず、ロータの回転角度に応
じて変化する。特にロータの突部とステータの磁極が接
近しているところでは、出力トルクは殆ど発生せず、励
磁電流は励磁巻線の発熱の原因になってしまう。従っ
て、所定の出力を要求されるときに一定の励磁電流を励
磁巻線に与えた場合には、一部の励磁電流が無駄に消費
されると共に、ロータにトルクリップルが生じて、安定
な出力トルクが得られないのみでなく、駆動効率が低下
する。

【０００３】これに対して、駆動効率を向上させ、安定
な出力トルクを得るためのＳＲモータの制御装置とし
て、出願人は特願平５−２１４９９２で提案しているも
のがある。これは、ＳＲモータに電源電圧のまま印加
し、通電開始角度と、通電幅などの通電位相により制御
する装置である。

【０００４】ここで、通電開始角度と通電幅とは図１１
に示すように、ロータが時計方向に回転している間に、
Ｃ突極の巻線に通電を開始した際、Ｂ点に対するロータ
のＡ点の角度を通電開始角とし、この通電開始から終了
までに点Ａが動く角度を通電幅とする。ＳＲモータを駆
動するには、モータに印加する電圧を高く保ち、出力ト
ルクは巻線に通電位相即ち通電開始角度と通電する時間
である通電幅を用いて制御するのが効率が高い。このた
め上記提案したＳＲモータの制御装置にあっては、ＳＲ
モータの効率を最大とする制御パラメータの特性は、印
加電圧を高くするようにＰＷＭのデューティ比を１００
％とし、発生トルクは通電開始角度、通電幅により変化
させる。例えば通電幅を広げると巻線に電圧を印加する
時間が多くなるのでその巻線に流れる電流実効値が大き
くなり、また、通電開始をステータ突極とロータ突極が
重なり始める角度以前よりにすると巻線インダクタンス
が小さいうちに電圧を印加することになるので電流の立
ち上がりが早くなり結局電流の実効値が大きくなり大き
なトルクが得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低トル
ク出力域では印加電圧を高く保つと、通電幅を狭くしな
ければならないのでロータの回転速度の低いところでは
低回転速度になるに連れてトルクリップルが増してく
る。これに対し、トルクリップル量を小さくするために
例えば通電幅を広げ、印加電圧により制御することが考
えられる。しかしながら、前述のようにＳＲモータに印
加する電圧を高く保ち、出力トルクは巻線に通電する時
間すなわち通電幅を用いて制御するのが効率が高いた
め、印加電圧により制御を行なうと、高トルク出力域あ
るいは高回転速度域では効率が低下することになる。従
って、この発明はトルクリップルの発生しにくい域では
高効率の駆動状態が得られ、トルクリップルの発生しや
すい域では円滑な駆動ができ、総じて広範囲の回転速度
と出力トルク域で効率のよい且つ低トルクリップルのＳ
Ｒモータの制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明は、ＳＲモータのトルク指令発生手段と、前記
ＳＲモータのロータの回転角度を検出する回転角度検出
手段と、前記回転角度検出手段の検出値により前記ロー
タの回転速度を演算する演算手段と、前記ＳＲモータの
回転速度と該ＳＲモータの出力トルクとに対応して前記
ＳＲモータのステータ巻線への励磁電流を制御する通電
開始角度や通電幅等の通電位相及び印加電圧のデータを
予め記憶させた通電データ記憶手段を備え、前記演算手
段により演算された回転速度と前記トルク指令発生手段
によるトルク指令とに応じて前記通電データ記憶手段か
ら励磁電流の制御指令を読み出し出力する制御手段と、
前記制御手段により出力された制御指令に基づいて前記
ＳＲモータを駆動する駆動手段とを有するものとした。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、ＳＲモータ
のトルク指令発生手段と、前記ＳＲモータのロータの回
転角度を検出する回転角度検出手段と、前記回転角度検
出手段の検出値により前記ロータの回転速度を演算する
演算手段と、前記ＳＲモータの負荷トルクを検出するト
ルク検出手段と、前記ＳＲモータのステータ巻き線への
電流を検出する電流検出手段と、前記ＳＲモータの回転
速度と該ＳＲモータの出力トルクとに対応して前記ＳＲ
モータのステータ巻線への励磁電流を制御する通電開始
角度や通電幅等の通電位相及び印加電圧のデータを予め
記憶させた通電データ記憶手段を備え、前記演算手段に
より演算された回転速度と前記トルク指令発生手段によ
るトルク指令とに応じて前記通電データ記憶手段から励
磁電流の制御指令を読み出し出力する制御手段と、前記
トルク検出手段と前記電流検出手段の検出値及び前記演
算された回転速度とに応じて前記通電データ記憶手段よ
り読み出された制御指令を補正する補正手段と、前記補
正された制御指令に基づいて前記ＳＲモータを駆動する
駆動手段とを有するものとした。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明では、制御手段において、
予め最大の効率が得られる通電データと最小のトルクリ
ップルが得られる通電データの２種類を記憶手段に記憶
させ、ＳＲモータの回転速度とトルク指令値とに基づい
てトルクリップルの発生しやすい域では記憶された低ト
ルクリップルの制御指令を読み出し、トルクリップルの
発生しにくい域では高効率の制御指令を読み出し出力さ
れるから、広駆動域にわたって高駆動効率と低トルクリ
ップルの下にＳＲモータが駆動される。請求項２記載の
発明では、ステータ巻線に流れる電流を検出し、その検
出した電流の変化からトルクリップル量を推定し、駆動
状態が判断され、その判断結果に応じて高トルクリプル
の場合通電データ記憶手段により読み出された通電指令
に対して補正を行なうため、トルクリップルが最小とな
り、効率がよくＳＲモータが駆動される。また駆動状態
が急激に変化しても駆動は滑らかにされる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示す。ＳＲ
モータ１は図に示していないステータ巻線とロータなど
から構成され、ステータ巻線に与えられる励磁電流に応
じてロータが回転するようになっている。ロータの回転
角度を検出する検出手段として角度センサ２が取り付け
られ、回転角度に応じて回転角度信号を出力するように
なっている。この回転角度信号はトルク指令発生部６か
らのトルク指令信号とともに制御部３に入力される。制
御部３でそれらの信号を基に制御部内に設けられた内部
メモリからＳＲモータへの通電開始角度と通電幅などの
通電位相及び印加電圧の値を読み出し励磁電流を制御す
る通電指令を決定する。決定された通電指令値に従い制
御部３内の出力装置によりパワーヘッド駆動部５を動作
させ、電源４からの電力はこのパワーヘッド駆動部５の
動作に応じてＳＲモータのステータ巻線に供給される。

【００１０】１極の巻線に一定の電流を流したときロー
タに発生するトルクはこのロータの回転に伴ない変化す
る。このロータの回転角度と出力トルクの関係は図２に
示されているように、通電開始角が零のとき出力トルク
は零で、通電開始角の増大に伴なって出力トルクが大き
くなってくる。最大値を超えたら、出力トルクが次第に
小さくなっていき、ステータの突極の中心点とロータの
突極の中心点が一致しているとき出力トルクは再び零と
なる。このためステータの各突極の巻線に対し、通電開
始角が零のときから通電し、また次の突極の通電開始角
度が零となったら電源をその突極の巻線に切り替え順次
に通電すると、図３に示されているようにトルクリップ
ル量が大きくなる。これに対し、ステータの突極とロー
タ突極が重なり始めてから即ち通電開始角度がある程度
過ぎてから通電を開始し、また通電幅も各相の巻線が若
干重なる程度の幅に通電すると、トルクリップル量は図
４に示されているように小さくなることがわかる。従っ
て、トルクリップル量は通電開始角度と通電幅などの通
電位相に係わり、これにより、トルクリップルを小さく
するためには予め通電位相を決めておいてＳＲモータの
発生トルクを制御するとき印加電圧を変化させる必要が
ある。

【００１１】従って、これにより最も効率がよく、しか
もトルクリップルの小さい制御を行なうため、制御部３
に内部メモリを有し、適当な区分に区切った回転数、ト
ルクに対応させて通電開始角度、通電幅及び印加電圧を
計算し、その結果を２種類のマップとして記憶させてあ
る。即ち図５、６、７は効率を最高とする２次元形式の
マップである。図５は通電開始角度、トルク、回転数の
関係である。図６は通電幅、トルク、回転数の関係を、
そして図７は印加電圧、トルク、回転数の関係を示す。
同様にしてトルクリップルが最小となる通電開始角度、
通電幅及び印加電圧を計算しておき、その結果を２次元
マップとして記憶させてある。

【００１２】角度センサ２の検出値が制御部３に入力さ
れると、この角度センサの検出値に基づいて制御部内の
演算部により実際の回転速度と回転加速度が演算され、
この回転加速度の変化によりトルクリップルを検出し、
予め決められた量以上に達した場合、内部メモリに記憶
させてあるトルクリップル量を最小とするマップに切り
替える。そして、先の回転数の演算値に基づいて、トル
ク指令発生部６からのトルク指令値に応じて通電電圧、
通電開始角度、通電幅などの通電指令が読み出されて、
パワーヘッド駆動部５へ出力され、ＳＲモータを駆動す
る。

【００１３】この実施例は以上のように構成され、効率
を最大とするマップとトルクリップル量を最小とするマ
ップの２種類を内部メモリに記憶させてある。通電指令
を決定する際、トルクリップルの大小によりマップを選
択するものとしたから、効率最高、トルクリップル最小
の通電指令が決定される。これにより、例えば下だり坂
を降りているときのように回転速度と負荷ともに小さい
ためトルクリップルがそれほど顕著とはなりにくいとき
には効率を最高とするマップに従って制御するから、高
効率、低トルクリップルの制御ができる。従って、広範
囲の回転周波数と出力トルクにわたって高効率でしかも
低トルクリップルの駆動が維持されるという効果が得ら
れる。

【００１４】なお、トルクリップルの顕著となる低回転
域においての制御パラメータのマップをトルクリップル
量最小となるようにし、それ以上の回転域では効率最大
となるように記憶させておいてもよい。

【００１５】図８は、第２の実施例を示す。この実施例
は、図１に示した第１の実施例にさらに励磁巻線の発生
する励磁電流の電流検出部７を設けたものである。この
電流検出部で検出された励磁巻線に発生する励磁電流が
角度センサ２からの角度信号及びトルク指令発生部６か
らのトルク指令信号とともに制御部１３に入力される。
その他の構成は第１の実施例と同じである。

【００１６】この実施例は先の図５、６、７に示すよう
な効率を最大とする制御パラメータマップにより駆動
し、トルクリップルの発生が検出されたときには制御パ
ラメータをトルクリップル最小になるように補正するこ
とでトルクリップルを低減する方式である。またトルク
リップル量の検出はステータの巻線に流れる電流の変化
により推定を行なう。

【００１７】ＳＲモータのステータ巻線に流れる電流の
変化パターンの１つを図９に示す。方形波電圧を加える
のでこのように電流が変化しながら１極の巻線に流れ
る。図９のように波高値をｈ、幅をＡのようにパターン
を定義するとする。トルクリップルが大きくなるのは波
高値ｈの幅Ａに対する割合Ｑが大きい場合であるが、そ
の割合Ｑは回転数や路面などの負荷状況によりトルクリ
ップルの目立ちやすさが異なるので、それに応じて割合
Ｑを変化させる必要がある。回転数はＳＲモータに設け
られたロータ角度センサ２からの信号を例えばある時間
当たりの増加量などから演算し、また路面の勾配などの
負荷状況は例えばアクセルなどのトルク指令発生手段か
ら得られるモータへのトルク指令値と実際の車両加速度
から推定する。なお、この車両加速度はモータ回転数の
変化量からも知ることができる。

【００１８】ステータ電流の波高値と幅の割合Ｑを変え
るための補正は上記のようにして得られた回転数、負荷
状況に応じて図１０のようにするとよい。ある程度以上
の回転数であればトルクリップルは顕著に感じられない
ので効率を最大にする制御パラメータの組み合わせで駆
動する。よって波高値が幅に対して大きい場合でも補正
せずに駆動する。回転数が低くトルクリップルを感じや
すい領域では電流波形の波高値が幅よりある割合Ｑ以上
大きくなる場合に制御パラメータに補正をかけるように
する。その補正は、波高値を下げる目的で、印加する電
圧を下げるために例えばＰＷＭのデューティ比を下げ、
その分通電幅を広げ、通電開始角度を遅らせる。但し、
下だり坂などのように路面負荷の小さいときにはトルク
リップルを感じにくいので補正は不要かあるいはわずか
でよい。

【００１９】本実施例は以上のように構成され、トルク
リップルの検出を巻線電流の変化パターンから推定する
ため、新たにトルクリップル検出手段を設ける必要がな
い。また電流変化パターンと、推定される負荷状況によ
り制御パラメータの補正を行なうため制御パラメータを
スムーズに切り替えることができる。なお、本発明は上
記実施例に限らず、モータに加速度センサを設け直接ト
ルクリップルによる振動を検知しそれにより制御パラメ
ータを補正してもよい。また、車両側に加速度センサを
設けたり、速度センサの信号を処理することでモータの
トルクリップルを検知することにより制御パラメータを
補正しても同じ結果が得られる。

【００２０】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、制御手段におい
て、ＳＲモータの回転数と、要求されるトルク指令値と
に基づいて、予め通電データが記憶された記憶手段より
読み出された通電位相及び印加電圧の値から制御信号を
出力するようにしたため、トルクリップルの顕著となり
やすい運転域では、効率を最大にする制御パラメータの
設定からトルクリップルを最小にする制御パラメータの
設定に切り替わり、低トルクリップルと高駆動効率下で
ＳＲモータが駆動されるという効果が得られる。

【００２１】さらに ステータ巻線に流れる電流の波形
を検出し、その検出された波形からトルクリップル量を
推定し、通電データ記憶手段より読み出された通電位相
及び印加電圧の値に対して補正を行なうようにしたもの
では、トルクリップルを最小にし、効率よくＳＲモータ
が駆動されるという効果が得られる。これにより、駆動
効率がよく、広範囲出力トルクにおいてトルクリップル
が最小限に保つことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】ＳＲモータ発生トルクとロータ角度の関係を示
す図である。

【図３】通電開始角度が零のときのＳＲモータ発生トル
クとロータ角度の関係を示す図である。

【図４】通電開始角度が零でなく、他の巻線との通電幅
が重なっているときのＳＲモータ発生トルクとロータ角
度の関係を示す図である。

【図５】最大効率を得るためのトルク、回転数と通電開
始角度の関係を示す図である。

【図６】最大効率を得るためのトルク、回転数と通電幅
の関係を示す図である。

【図７】最大効率を得るためのトルク、回転数と印加電
圧の関係を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図９】ステータ巻線に流れる電流の変化パターンの例
を示す図である。

【図１０】補正の程度とロータの回転数および負荷の関
係を示す図である。

【図１１】ステータ巻線に一定電流を流したときロータ
に発生するトルクとロータの回転角度の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ＳＲモータ ２ 角度センサ ３、１３ 制御部 ４ 電源 ５ パワーヘッド駆動部 ６ トルク指令発生部 ７ 電流センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳＲモータのトルク指令発生手段と、前
   記ＳＲモータのロータの回転角度を検出する回転角度検
   出手段と、前記回転角度検出手段の検出値により前記ロ
   ータの回転速度を演算する演算手段と、前記ＳＲモータ
   の回転速度と該ＳＲモータの出力トルクとに対応して前
   記ＳＲモータのステータ巻線への励磁電流を制御する通
   電開始角度や通電幅等の通電位相及び印加電圧のデータ
   を予め記憶させた通電データ記憶手段を備え、前記演算
   手段により演算された回転速度と前記トルク指令発生手
   段によるトルク指令とに応じて前記通電データ記憶手段
   から励磁電流の制御指令を読み出し出力する制御手段
   と、前記制御手段により出力された制御指令に基づいて
   前記ＳＲモータを駆動する駆動手段とを有することを特
   徴とするＳＲモータの制御装置。
2. 【請求項２】 ＳＲモータのトルク指令発生手段と、前
   記ＳＲモータのロータの回転角度を検出する回転角度検
   出手段と、前記回転角度検出手段の検出値により前記ロ
   ータの回転速度を演算する演算手段と、前記ＳＲモータ
   の負荷トルクを検出するトルク検出手段と、前記ＳＲモ
   ータのステータ巻き線への電流を検出する電流検出手段
   と、前記ＳＲモータの回転速度と該ＳＲモータの出力ト
   ルクとに対応して前記ＳＲモータのステータ巻線への励
   磁電流を制御する通電開始角度や通電幅等の通電位相及
   び印加電圧のデータを予め記憶させた通電データ記憶手
   段を備え、前記演算手段により演算された回転速度と前
   記トルク指令発生手段によるトルク指令とに応じて前記
   通電データ記憶手段から励磁電流の制御指令を読み出し
   出力する制御手段と、前記トルク検出手段と前記電流検
   出手段の検出値及び前記演算された回転速度とに応じて
   前記通電データ記憶手段により読み出された制御指令を
   補正する補正手段と、補正された制御指令に基づいて前
   記ＳＲモータを駆動する駆動手段とを有することを特徴
   とするＳＲモータの制御装置。