JPH11346494A

JPH11346494A - 電気モ―タの通電制御装置

Info

Publication number: JPH11346494A
Application number: JP11073696A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Okawa; 明美大川; Tomohiro Fukushima; 智宏福島; Yuichiro Kitamura; 雄一郎北村; Giyouo Uma; 暁鴎馬
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチドリラクタンスモータの如き電気モ
ータの中高速域や低トルク時の効率を向上する。【解決手段】目標トルク及び回転速度に基づき、コイ
ル１ａについて、通電オン角度、第１の通電オフ角度、
第２の通電オフ角度及び回転角度に対応する目標電流値
を決定し、回転角度が通電オン角度になった時にスイッ
チング素子１２ａ、１２ｂを共にオンにし、回転角度が
第１の通電オフ角度になるまでの間は実電流値が目標電
流値を超えることに応じてスイッチング素子１２ａをオ
フにし、回転角度が第１の通電オフ角度になった時には
実電流値と目標電流値との間の大小関係に拘わらずスイ
ッチング素子１２ａをオフし、回転角度が第２の通電オ
フ角度になった時にスイッチング素子１２ａ、１２ｂを
共にオフにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、スイッチ
ドリラクタンスモータの如き電気モータの通電制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチドリラクタンスモータ（以下、
ＳＲモータと言う）は、一般に極部が外側に突出する形
で構成された回転子と、極部が内側に突出する形で構成
された固定子とを備えており、回転子は多数枚の鉄板を
積層して構成した鉄心であり、また固定子は多数枚の鉄
板を積層して構成した環状鉄心の極毎に集中巻された銅
製のコイルを備えている。このＳＲモータは、固定子の
各極が電磁石として動作し、回転子の各極部を固定子の
磁力で吸引することによって回転子が回転する。従っ
て、回転子の各極の回転位置（回転子の回転角度）に応
じて、固定子の各極に巻回されたコイルの通電状態を順
次に切換えることによって、回転子を希望する方向に回
転させることができる。

【０００３】この種のＳＲモータに関する従来技術は、
例えば、特開平７−２７４５７０号公報に開示されてい
る。この公開公報に開示されたＳＲモータは３相であ
り、各相コイルの各々が、その一端を電源高電位ライン
に第１のスイッチング素子を介して接続されると共に電
源低電位ラインにその後者からその前者への電流流通を
許す第１のダイオードを介して接続され、かつその他端
を電源低電位ラインに第２のスイッチング素子を介して
接続されると共に電源高電位ラインにその前者からその
後者への電流流通を許す第２のダイオードを介して接続
されている。

【０００４】そして、ロータの回転角度を検出する角度
検出手段と、ロータの回転速度を検出する回転速度検出
手段と、各相コイルに実際に流れる実電流値を検出する
実電流検出手段と、外部からの入力情報に基づいて当該
スイッチドリラクタンスモータの目標トルクを計算し、
該目標トルク及び回転速度に基づき、各相コイルの各々
について、通電オン角度、通電オフ角度、及び回転角度
に対応する目標電流値を決定し、回転角度が通電オン角
度になった時に第１及び第２のスイッチング素子を共に
オンにし、回転角度が通電オフ角度になるまでの間は実
電流値が目標電流値を超えることに応じて第１のスイッ
チング素子をオフにし、回転角度が通電オフ角度になっ
た時に第１及び第２のスイッチング素子を共にオフにす
る制御手段とが備えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＳＲモータの効率を向
上するためには、損失を低減することが必要である。Ｓ
Ｒモータにおける損失は、大きくは３つの成分に分けら
れる。その第１の損失成分は銅損失であり、これはコイ
ルの電気抵抗値と通電電流値によって決まるジュール熱
損失である。第２の損失成分は機械損失であり、これは
回転子が回転することによって発生する風切り損失や回
転子と結合した駆動軸の軸受部の摩擦損失などである。
第３の損失成分は鉄損失であり、これは回転子の鉄心及
び固定子の鉄心の内部に交流磁界が発生することにより
発生する。この鉄損失は、ＳＲモータの回転速度と、最
大磁束密度の１〜２乗に比例して増加する。

【０００６】この出願の発明は、ＳＲモータの如き電気
モータにおける鉄損失を低減してその効率を向上させる
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１に係
る発明は、固定子に配設された複数相コイルの各々が、
その一端を電源高電位ライン及び電源低電位ラインのう
ちの一方ラインに第１のスイッチング素子を介して接続
されると共に電源高電位ライン及び電源低電位ラインの
うちの他方ラインにその後者からその前者への電流流通
を許す第１のダイオードを介して接続され、かつその他
端を前記他方ラインに第２のスイッチング素子を介して
接続されると共に前記一方ラインにその前者からその後
者への電流流通を許す第２のダイオードを介して接続さ
れている電気モータにおいて、回転子の回転角度を検出
する角度検出手段と、回転子の回転速度を検出する回転
速度検出手段と、前記各相コイルに実際に流れる実電流
値を検出する実電流検出手段と、外部からの入力情報に
基づいて当該スイッチドリラクタンスモータの目標トル
クを計算し、該目標トルク及び前記回転速度に基づき、
前記各相コイルの各々について、通電オン角度、第１の
通電オフ角度、第２の通電オフ角度及び目標電流値を決
定し、前記回転角度が前記第２の通電オフ角度から前記
通電オン角度へ移行する間は前記第１及び第２のスイッ
チング素子の同時のオフを維持し、前記回転角度が前記
通電オン角度から前記第１の通電オフ角度へ移行する間
は前記第１及び第２のスイッチング素子の一方のオンと
同時にその他方のオフと前記第１及び第２のスイッチン
グ素子の同時のオンとを交互に繰り返しすことによって
前記実電流値を前記目標電流値に近似させ、前記回転角
度が前記第１の通電オフ角度から前記第２の通電オフ角
度へ移行する間は前記第１及び第２のスイッチング素子
の一方のオンと同時にその他方のオフを維持する制御手
段とを備えたことを特徴とする電気モータの通電制御装
置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づき説明する。

【０００９】図１に示す装置は、電気自動車の駆動ユニ
ットの主要部を構成している。この装置では、駆動源と
して、１個のＳＲモータ１が備わっており、このＳＲモ
ータ１はコントローラＥＣＵによって制御される。コン
トローラＥＣＵは、シフトレバー、ブレーキスイッチ
（ブレーキＳＷ）、アクセルスイッチ（アクセルＳＷ）
及びアクセル開度センサから入力される情報に基づい
て、ＳＲモータ１の駆動を制御する。制御用の電力はバ
ッテリから供給される。

【００１０】ＳＲモータ１の基本的な構成とその駆動原
理を図３に示す。図３に示すＳＲモータ１は、固定子Ｓ
とその内空間に回転自在に支持された回転子Ｒとで構成
されている。回転子Ｒは、多数枚の薄い鉄板を積層して
構成してあり、外周の互いに９０度ずつずれた位置に、
半径方向外方に向かって突出した４つの極部Ｒａ、Ｒｂ
Ｒｃ及びＲｄが形成されている。固定子Ｓも多数枚の薄
い鉄板を積層して構成してあり、内周の互いに６０度ず
つずれた位置に、半径方向内方に向かって突出した６つ
の極部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ及びＳｆが形成さ
れている。図３では一部分だけが示されているが、固定
子Ｓの極部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ及びＳｆに
は、電気コイルＣＬがそれぞれ巻回されている。

【００１１】ここで、固定子Ｓの極部Ｓａ、Ｓｄに巻回
したコイルＣＬを第１相、固定子Ｓの極部Ｓｂ、Ｓｅに
巻回したコイルＣＬを第２相、固定子Ｓの極部Ｓｃ、Ｓ
ｆに巻回したコイルＣＬを第３相と定義すると、回転子
Ｓの極部の位置に応じて、図３に示すように、第１相−
第３相−第２相のコイルＣＬに順次に通電することによ
り、時計回り連続的に回転子Ｒを回転駆動することがで
きる。即ち、固定子Ｓの通電した極部が電磁石を構成す
るので、その電磁石に近い位置にある回転子Ｒの極部が
電磁石に吸引されて回転移動する。回転を継続するため
には、回転子Ｒの回転移動に伴ってコイルの通電を切換
える必要がある。実際には、このＳＲモータ１の場合、
回転子Ｒが３０度回転する毎に、通電するコイルを第１
相−第３相−第２相と切換えればよい。

【００１２】再び図１を参照して説明を続ける。ＳＲモ
ータ１には、それを駆動するための３相のコイル１ａ、
１ｂ及び１ｃと、回転子Ｒの回転角度を検出する角度セ
ンサ１ｄが備わっている。３相のコイル１ａ、１ｂ及び
１ｃは、それぞれ、コントローラＥＣＵ内部のドライバ
１２、１３及び１４と接続されており、コイル１ａとド
ライバ１２とを接続する信号線、コイル１ｂとドライバ
１３とを接続する信号線、及びコイル１ｃとドライバ１
４とを接続する信号線には、それぞれ、電流センサ２、
３及び４が設置されている。これらの電流センサ２、３
及び４は、それぞれ、コイル１ａ、１ｂ及び１ｃに実際
に流れる電流に比例する電圧を電流信号Ｓ６として出力
する。

【００１３】コントローラＥＣＵの内部には、ＣＰＵ
（マイクロコンピュータ）５、入力インターフェース
６、マップ用メモリ７、電源回路８、電流波形生成回路
９、比較回路１０、出力判定回路１１、ドライバ１２、
１３及び１４が備わっている。このコントローラＥＣＵ
は、角度センサ１ｄによって検出された回転子Ｒの回転
角度に基づいて回転子Ｒの回転速度（回転数）を算出す
ると共に、シフトレバー、ブレーキスイッチ、アクセル
スイッチ及びアクセル開度センサから入力される情報に
基づいて、ＳＲモータ１の目標トルクを逐次計算し、そ
の目標トルク及び回転速度に基づいて、ＳＲモータ１の
コイル１ａ、１ｂ及び１ｃの各々に流す電流を制御す
る。

【００１４】図１の回路の主要部分を具体的な構成を図
２に示す。図２は、ＳＲモータ１のコイル１ａの通電を
制御する回路のみを示しており、実際には他のコイル１
ｂ及び１ｃの通電を制御する同様の回路がそれぞれ含ま
れている。

【００１５】図２を参照すると、コイル１ａの一端は、
スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１２ａを介して
直流電源の高電位ライン１２ｅと接続され、コイル１ａ
の他端は、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１２
ｂを介して直流電源の低電位ライン１２ｆと接続されて
いる。また、コイル１ａの一端と低電位ライン１２ｆと
の間にはその後者からその前者へ向かう電流流通を許す
ダイオード１２ｃが接続され、コイル１ａの他端と高電
位ライン１２ｅとの間にはその前者からその後者へ向か
う電流流通を許すダイオード１２ｄが接続されている。
従って、トランジスタ１２ａ及び１２ｂの両方をオン
（導通状態）にすれば、電源からコイル１ａに電流が供
給され、いずれか一方、又は両方をオフ（非導通状態）
にすれば、電源からコイル１ａへの電流供給を停止する
ことができる。

【００１６】出力判定回路１１には、３つのアンドゲー
ト１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、１つの反転ゲート１１ｄ
と、１つのフリップフロップ回路１１ｅと、１つのオア
ゲート（出力反転）１１ｆが備わっている。オアゲート
１１ｆの出力端子はトランジスタ１２ｂのゲート端子と
接続されており、アンドゲート１１ａの出力端子はトラ
ンジスタ１２ａのゲート端子と接続されている。アンド
ゲート１１ａの入力端子には信号Ｓ７２とＳ５が入力さ
れ、オアゲート１１ｆの入力端子には信号Ｓ８、Ｓ９が
入力される。Ｓ７２は、比較回路１０のアナログ比較器
１０ｂが出力する２値信号である。また信号Ｓ５は、電
流波形生成回路９のアンドゲート１１ｄが出力する２値
信号である。信号Ｓ８は反転ゲート１１ｄが出力する２
値信号であり、信号Ｓ９はフリップフロップ回路１１ｅ
が出力する２値信号である。フリップフロップ回路１１
ｅの入力信号は信号Ｓ８であり、リセット信号として信
号Ｓ１２も得ている。反転ゲート１１ｄの入力はアンド
ゲート１１ｂの出力であり、アンドゲート１１ｂの入力
は信号Ｓ７１、Ｓ７２及びＳ５である。信号Ｓ７１は、
比較回路１０のアナログ比較器１０ａが出力する２値信
号である。また、リセット信号Ｓ１２は、アンドゲート
１１ｃの出力であり、アンドゲート１１ｃの入力は、１
５ｋＨｚのクロックパルス信号Ｓ１０と、電流波形生成
回路９が出力する信号Ｓ１１である。

【００１７】比較回路１０は、２つのアナログ比較器１
０ａ及び１０ｂを備えている。アナログ比較器１０ａ
は、電流波形生成回路９が出力する第１の基準電圧Ｖｒ
１と電流センサ２が検出した電流に対応する信号Ｓ６の
電圧とを比較した結果を２値信号Ｓ７１として出力し、
アナログ比較器１０ｂは、電流波形生成回路９が出力す
る第２の基準電圧Ｖｒ２と電流センサ２が検出した電流
に対応する信号Ｓ６の電圧とを比較した結果を２値信号
Ｓ７２として出力する。この実施形態では、常にＶｒ１
＜Ｖｒ２の関係が成立する。

【００１８】まず、信号Ｓ１１が高レベルＨで、信号Ｓ
５が高レベルＨの場合、信号Ｓ６の電圧Ｖｓ６と基準電
圧Ｖｒ１及びＶｒ２の大小関係に応じて、次に示すよう
に、ドライバ１２のトランジスタ１２ａ、１２ｂの状態
が３種類のいずれかに設定される。即ち、Ｖｓ６＜Ｖｒ
１の時には信号Ｓ７１、Ｓ７２が共に高レベルＨになる
ので、アンドゲート１１ａ及び１１ｂの出力が高レベル
Ｈとなり、トランジスタ１２ｂはオンになる。一方、反
転ゲート１１ｄの出力信号Ｓ８は低レベルＬとなる。フ
リップフロップ回路１１ｅの出力信号Ｓ９は、この時、
高レベルＨのまま変化せず、次にクロックパルス信号Ｓ
１０により、信号Ｓ１２が高レベルＨとなるまで高レベ
ルＨを維持し続け、信号Ｓ１２が高レベルＨになった時
点で、低レベルＬになる。これを受けて、オアゲート１
１ｆの出力は高レベルＨになり、トランジスタ１２ａが
オンになる。また、Ｖｒ２＜Ｖｓ６の時には信号Ｓ７
１、Ｓ７２が共に低レベルＬになるので、アンドゲート
１１ａ及び１１ｂの出力が共に低レベルＬとなり、トラ
ンジスタ１２ｂはオフになる。一方、反転ゲート１１ｄ
の出力信号Ｓ８は高レベルＨになる。フリップフロップ
回路１１ｅの出力信号Ｓ９は、この時、高レベルＨへの
変化を検知し、高レベルＨになる。これを受けて、オア
ゲート１１ｆの出力は低レベルＬになり、トランジスタ
１２ａがオフになる。Ｖｒ１＜Ｖｓ６＜Ｖｒ２の時に
は、信号Ｓ７１が低レベルＬになり、信号Ｓ７２が高レ
ベルＨになり、アンドゲート１１ａの出力が高レベルＨ
となり、トランジスタ１２ｂはオンになる。アンドゲー
ト１１ｂの出力が低レベルＬとなり、信号Ｓ８が高レベ
ルＨになり、フリップフロップ回路１１ｅの出力信号Ｓ
９は、この時、高レベルＨへの変化を検知し、高レベル
Ｈになる。これを受けて、オアゲート１１ｆの出力は低
レベルＬになり、トランジスタ１２ａがオフになる。

【００１９】次に、信号Ｓ１１が高レベルＨで、信号Ｓ
５が低レベルＬの場合、比較回路１０が出力する信号Ｓ
７１、Ｓ７２の状態とは無関係に、常にアンドゲート１
１ａ、１１ｂの出力が共に低レベルＬになり、トランジ
スタ１２ｂはオフになり、反転ゲート１１ｄの出力信号
Ｓ８が高レベルＨになる。フリップフロップ回路１１ｅ
の出力信号Ｓ９は、この時、高レベルＨへの変化を検知
し、高レベルＨになる。これを受けて、オアゲート１１
ｆの出力は低レベルＬになり、トランジスタ１２ａがオ
フになる。つまり、信号Ｓ５が低レベルＬの場合、トラ
ンジスタ１２ａ、１２ｂが共にオフになる。

【００２０】次に、信号Ｓ１１が低レベルＬで、信号Ｓ
５が高レベルＨの場合は、信号Ｓ６の電圧Ｖｓ６と基準
電圧Ｖｒ１及びＶｒ２の大小関係に応じて、上記と同様
に、Ｖｓ６＜Ｖｒ１の場合、信号Ｓ７１，Ｓ７２が共に
高レベルＨになるのでアンドゲート１１ａ、１１ｂの出
力は共に高レベルＨとなり、トランジスタ１２ｂはオン
になり、反転ゲート１１ｄの出力Ｓ８は低レベルＬにな
る。フリップフロップ回路１１ｅの出力Ｓ９は、この
時、変化しない。また、信号Ｓ１１が低レベルＬなので
アンドゲート１１ｃの出力Ｓ１２は常に低レベルＬにな
り、リセット機能は働かない。また、Ｖｓ６＞Ｖｒ２
の場合、信号Ｓ７１，Ｓ７２が共に低レベルＬになるの
でアンドゲート１１ａ、１１ｂの出力は共に低レベルＬ
となり、トランジスタ１２ｂはオフになる。一方、反転
ゲート１１ｄの出力Ｓ８は高レベルＨとなる。フリップ
フロップ回路１１ｅの出力信号Ｓ９は、この時、高レベ
ルＨへの変化を検知し、高レベルＨになる。これを受け
て、オアゲート１１ｆの出力は低レベルＬになり、トラ
ンジスタ１２ａがオフになる。Ｖｒ１＜Ｖｓ６＜Ｖｒ
２の場合は、信号Ｓ７１が低レベルＬになり、信号Ｓ７
２が高レベルＨになり、アンドゲート１１ａの出力が高
レベルＨとなり、トランジスタ１２ｂはオンになる。ア
ンドゲート１１ｂの出力が低レベルＬとなり、信号Ｓ８
が高レベルＨになり、フリップフロップ回路１１ｅの出
力信号Ｓ９は、この時、高レベルＨへの変化を検知し、
高レベルＨになる。これを受けて、オアゲート１１ｆの
出力は低レベルＬになり、トランジスタ１２ａがオフに
なる。

【００２１】次に、信号Ｓ１１が低レベルＬで、信号Ｓ
５が低レベルＬの場合、比較回路１０が出力する信号Ｓ
７１、Ｓ７２の状態とは無関係に、常にアンドゲート１
１ａ、１１ｂの出力が共に低レベルＬになり、トランジ
スタ１２ｂはオフになり、反転ゲート１１ｄの出力信号
Ｓ８が高レベルＨになる。フリップフロップ回路１１ｅ
の出力信号Ｓ９は、この時、高レベルＨへの変化を検知
し、高レベルＨになる。これを受けて、オアゲート１１
ｆの出力は低レベルＬになり、トランジスタ１２ａがオ
フになる。つまり、信号Ｓ５が低レベルＬの場合、トラ
ンジスタ１２ａ、１２ｂが共にオフになる。

【００２２】トランジスタ１２ａ、１２ｂのオン、オフ
によって、コイル１ａに流れる電流、コイル１ａによっ
て発生する鎖交磁束数が変化する。即ち、トランジスタ
１２ａ、１２ｂが共にオンの場合は、電流は回路の時定
数に従い立ち上がる。鎖交磁束数も磁気回路特性に従い
増加する。これらは制御では調整することができない。
更に、トランジスタ１２ａがオフ、トランジスタ１２ｂ
がオンの場合は、トランジスタ１２ａ、１２ｂが共にオ
ンの場合に比べ、とても大きい時定数で電流はゆっくり
立ち下がる。また、鎖交磁束数は殆ど変化しない。

【００２３】電流の目標値（Ｖｒ１、Ｖｒ２）にほとん
ど変化がない時には、電流の立下がり速度が遅い場合で
も、基準のレベル（Ｖｒ１）と実際に流れる電流のレベ
ル（Ｖｓ６）との偏差が増大することはないので、常に
Ｖｓ６＜Ｖｒ２の状態が維持される。従って、この時に
は、電流の変動幅が小さい。また、通電するコイルの相
を切換える時のように、電流の目標値（Ｖｒ１、Ｖｒ
２）が変更される時には、電流の立下がり速度が遅いと
Ｖｓ６＞Ｖｒ２になる。この場合、２つのトランジスタ
１２ａ、１２ｂが共にオフになるので、電流の立下がり
速度が上がり、電流は目標値（Ｖｒ１、Ｖｒ２）に追従
してすばやく変化する。目標値の変化がなくなれば、基
準電圧Ｖｒ１と電流レベルＶｓ６との偏差が小さくなる
ので、再び電流の立下がり速度が遅くなる。

【００２４】これによって、目標値の変化に対する電流
の追従遅れが防止できるだけではなく、目標値の変化が
小さい時には、電流の変化速度が遅く、磁束の変化も少
ないため、振動及び騒音の発生が抑制される。このよう
なコイルへの通電を調整する２つのトランジスタのうち
とちらかだけをオフにする方式の利点は、特開平３−４
９５８４号公報においても詳しく述べられている。

【００２５】ところで、図２に示す比較回路１０が出力
する信号Ｓ７１、Ｓ７２によって電流の立下がり速度を
切換える場合には、それを切換えるタイミングとして最
適な時点よりも実際の切換えが多少遅れる傾向がある。
即ち、目標値が急激に低下する時点で、電流の立下がり
速度を速くするのが理想的であるが、実際に電流の偏差
が大きくならないと信号Ｓ７２が低レベルＬにならない
ので、時間的に遅れが生じる。このため、目標値が非常
に速く変化する場合、信号Ｓ７１、Ｓ７２による変化速
度の自動切換えだけでは、目標値に対する電流の追従性
が不足する可能性がある。

【００２６】そこで、この実施形態では、信号Ｓ５を制
御することにより、電流（Ｖｓ６）の大きさとは無関係
に、電流の立下がり速度を速くすることができるように
なっている。即ち、信号Ｓ５を低レベルＬにすると、信
号Ｓ７１Ｓ７２とは無関係に、トランジスタ１２ａ、１
２ｂが共にオフになるので、電流の立下がり速度が速く
なる。

【００２７】ところで、ＳＲモータの効率の中の鉄損
は、各コイル−通電中の最大磁束数の相関があり、通常
コイルへの電流立ち下げ時に最大磁束数となる。そこ
で、同じトルクを発生させるモータでも、コイルへの通
電の制御によって最大磁束数を低減することは可能であ
る。つまり、トランジスタ１２ａ、１２ｂをオンにして
いる間は磁束量は増加するので、この時間をなるべく短
くし、電流を立ち下げる時には、まず、トランジスタ１
２ａ、１２ｂの何れか一方をオフにし、磁束の増加を避
けつつ電流を立ち下げ、その後、トランジスタ１２ａ、
１２ｂを共にオフにし、電流を完全に立ち下げる。この
ような制御を行うことにより、最大磁束数を低減させる
制御を行えるのである。

【００２８】図２を参照すると、電流波形生成回路９
は、２種類の基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２と２値信号Ｓ５、
Ｓ１１を出力する。基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２及び２値信
号Ｓ５、Ｓ１１は、それぞれ、メモリ（ＲＡＭ）９ｂ、
９ａ、９ｃ及び９ｄに記憶された情報に基づいて生成さ
れる。メモリ９ｂ、９ａ、９ｃ及び９ｄは、各々のアド
レスにそれぞれ８ビット、８ビット、１ビット及び１ビ
ットのデータを保持している。メモリ９ａから読み出さ
れる８ビットデータは、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）
変換器９ｅでアナログ電圧に変換され、増幅器９ｇを通
って基準電圧Ｖｒ２になる。同様に、メモリ９ｂから読
み出される８ビットデータは、Ｄ／Ａ（デジタル／アナ
ログ）変換器９ｆでアナログ電圧に変換され、増幅器９
ｈを通って基準電圧Ｖｒ１になる。また、増幅器９ｇ、
９ｈの入力には、ＣＰＵ１１が出力するアナログ信号Ｓ
１のレベルが加算される。信号Ｓ１のレベルを調整する
ことにより、基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２を微調整すること
ができる。また、メモリ９ｃが出力する１ビットデータ
は、アンドゲート９ｉを通って信号Ｓ５になる。アンド
ゲート９ｉの一方の入力端子には、ＣＰＵ５が出力する
２値信号（スタート／ストップ信号）Ｓ３が印加され
る。ＳＲモータ１を駆動している時には、常時信号Ｓ３
が高レベルＨになるので、メモリ９ｃの出力信号がその
まま２値信号Ｓ３になる。メモリ９ｄが出力する１ビッ
トデータはそのまま信号Ｓ１１となる。

【００２９】メモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄは、それ
ぞれ多数のアドレスを有しており、各々のアドレスは、
回転子Ｒの回転角度の各々（１度単位）に対応付けられ
ている。アドレスデコーダ９ｊは、角度センサ１ｄによ
って検出された回転子Ｒの回転角度の信号Ｓ１３から、
アドレス情報を生成する。このアドレス情報が、３組の
メモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄのアドレス入力端子に
同時に入力される。従って、ＳＲモータ１が回転する時
には、メモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄは、各々の回転
角度に応じたアドレスに保持されたデータを順次に出力
する。従って、基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２及び２値信号Ｓ
５、Ｓ１１の状態は、回転角度毎に変化しうる。

【００３０】実際には、図４に示すような波形の電流を
３相のコイルに流すために、メモリ９ａ及び９ｂには、
それぞれ、図８に示すような通電マップの情報が保持さ
れる。即ち、回転角度（この例では０．５度毎）の各々
に対応付けたアドレスに、その位置で設定すべき電流の
目標値が保持される。メモリ９ａ及び９ｂの情報は、夫
々基準電圧Ｖｒ２及びＶｒ１に対応しているので、Ｖｒ
２＞Ｖｒ１の関係を満たすように、メモリ９ａの内容と
メモリ９ｂの内容とは少し異なっている。前述のよう
に、コイル１ａに流れる電流のレベルは、基準電圧Ｖｒ
１に追従するように変化するので、コイル１ａに流した
い電流の波形を基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２としてメモリ９
ａ及び９ｂに登録しておくことにより、図４に示すよう
に電流を流すことができる。

【００３１】この実施形態では、３相のコイル１ａ、１
ｂ及び１ｃに対する通電／非通電を、図４に示すように
回転子Ｒが３０度回転する毎に切換える必要があるが、
図４に示すような波形をメモリ９ｂ及び９ａに登録して
おくことにより、３０度毎の通電／非通電の切換えも信
号Ｓ７１、Ｓ７２、Ｓ５，Ｓ１１によって自動的に実施
される。即ち、各コイルの通電／非通電の切換えをＣＰ
Ｕ５が実施する必要はない。

【００３２】また、メモリ９ｃについては、大部分のア
ドレスに信号Ｓ５の高レベルＨに対応する「１」の情報
が保持されているが、電流の目標値（Ｖｒ１、Ｖｒ２）
が急激に低下する角度に対応するアドレスには、信号Ｓ
５の低レベルＬに対応する［０］の情報（強制遮断情
報）が保持されている。即ち、電流の目標値（Ｖｒ１、
Ｖｒ２）の波形の立下がり開始時点のように、その下降
の傾きが急峻であり、電流の変化速度を速くした方が良
いことが予想される回転角度では、信号Ｓ７２による自
動切換えを待つことなく、メモリ９ｃに記憶した情報に
よって信号Ｓ５を低レベルＬに切換え、強制的に電流変
化速度を速くする。これにより、電流変化速度の切換え
に時間遅れが生じるのを避けることができ、目標値に対
する電流の追従性が更に改善される。メモリ９ｄについ
ては、各モータ出力条件に応じて、実電流の大小に拘わ
らず、トランジスタ１２ａをオフさせたい角度に対応す
るアドレスに信号Ｓ１１の低レベルＬに対応する「０」
の情報が保持されており、それ以外の部分では信号Ｓ１
１の高レベルＨに対応する「１」の情報が保持されてい
る。

【００３３】メモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄは、書き
込みと読み出しが可能であり、書き込みと読み出しを同
時に実施しうる。メモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄは、
信号線Ｓ２を介してＣＰＵ５と接続されており、ＣＰＵ
５は、必要に応じてメモリ９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄの
内容を更新する。

【００３４】ＣＰＵ５の動作の概略を図５に示す。図６
を参照してＣＰＵ５の動作を説明する。電源がオンする
と、ステップ６１で初期化を実行する。即ち、ＣＰＵ５
の内部メモリの初期化及び内部タイマ、割込み等のモー
ドセットを実施した後、システムの診断を実施し、異常
がなければ次の処理に進む。

【００３５】ステップ６２では、入力インターフェース
６を介して、シフトレバー、ブレーキスイッチ、アクセ
ルスイッチ及びアクセル開度センサが夫々出力する信号
の各々の状態を読取り、その状態を内部メモリに保存す
る。ステップ６２で検出した状態に何らかの変化があっ
た場合には、ステップ６３からステップ６４に進む。変
化がない時には、ステップ６３からステップ６５に進
む。

【００３６】ステップ６４では、ステップ６２で検出し
た各種状態に基づいて、ＳＲモータ１の駆動トルクの目
標値を決定する。例えば、アクセル開度センサによって
検出されたアクセル開度が増大した時には、駆動トルク
の目標値も増大する。また、ここで目標トルクの変化を
示すトルク変更フラグをセットする。

【００３７】ステップ６５では、ＳＲモータの回転速度
を検出する。検出した回転速度データは内部メモリに保
存する。

【００３８】ＳＲモータ１の回転速度に変化がある時に
はステップ６６からステップ６８に進み、回転速度に変
化がなければステップ６７に進む。ステップ６７では、
トルク変更フラグの状態を調べ、フラグがセットされて
いる時、即ち目標トルクの変化がある時には、ステップ
６８に進み、目標トルクに変化がない時にはステップ６
２に戻る。

【００３９】ステップ６８では、マップ用メモリ７から
データを入力する。この実施形態では、マップ用メモリ
７は、予め様々なデータを登録した読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）で構成されており、図７に示すようなデータ
が保持されている。

【００４０】即ち、マップ用メモリ７には、ＳＲモータ
１の様々な目標トルクと様々な回転数（回転速度）の夫
々に対応付けられた多数のデータＣｎｍ（ｎ：トルクに
対応する列の数値、ｍ：回転数に対応する行の数値）が
電流マップとして保持されておりデータＣｎｍの１組に
は、通電オン角度、第１の通電オフ角度、第２の通電オ
フ角度、及び電流目標値が含まれている。例えば、トル
クが３０［Ｎ・ｍ］で回転数が６０００［ｒｐｍ］の時
のデータＣ３４の内容は、４４度、５８．０度、６６．
０度及び３００［Ａ］である。即ち、０〜９０度の回転
角度の範囲内において、特定のコイルに４４．０度から
５８．０度まで３００Ａを通電し、５８．０度から６
６．０度までは、コイルへの通電を調整する２つのトラ
ンジスタのうちどちらか一方だけをオフにし、直流電源
から電力を供給しない。また、０度から４３．９５度の
範囲、及び６６．０５度から９０．０度の範囲では電流
を遮断することを意味する。ステップ６８では、その時
のトルクと回転数に応じて選択した、Ｃｎｍの１組のデ
ータを入力する。

【００４１】図５（ａ）は、目標トルク及び回転速度に
基づき、各相コイルについて、通電オン角度、通電オフ
角度、及び回転角度に対応する目標電流値を決定し、回
転角度が通電オン角度になった時に第１及び第２スイッ
チング素子を共にオンにし、回転角度が通電オフ角度に
なるまでの間は実電流値が目標電流値を超えることに応
じて第１のスイッチング素子をオフにし、回転角度が通
電オフ角度になった時に第１及び第２のスイッチング素
子を共にオフにする従来の制御、例えば、目標トルク及
び回転速度に基づき、コイル１ａについて、通電オン角
度、通電オフ角度、及び回転角度に対応する目標電流値
を決定し、回転角度が通電オン角度になった時にスイッ
チング素子１２ａ、１２ｂを共にオンにし、回転角度が
通電オフ角度になるまでの間は実電流値が目標電流値を
超えることに応じてスイッチング素子１２ａをオフに
し、回転角度が通電オフ角度になった時にスイッチング
素子１２ａ、１２ｂを共にオフにする従来の通電制御を
行った場合の電流波形、トルク波形、鎖交磁束数の変化
を示す。図５の（ａ）に見られるように、通電オン角度
から通電オフ角度の範囲において一方のスイッチング素
子１２ｂをオンにしたまま他方のスイッチング素子１２
ａを、実電流値と目標電流値との比較結果に応じてオ
ン、オフさせて実電流値を目標電流値に近似させた場合
には、スイッチング素子１２ａ、１２ｂを共にオンにし
た時から鎖交磁束数が増加を開始し、スイッチング素子
１２ａ、１２ｂを共にオフにするまでの間鎖交磁束数が
増加し続ける。

【００４２】これに対して、この実施形態においては、
目標トルク及び回転速度に基づき、各相コイルについ
て、通電オン角度、第１の通電オフ角度、第２の通電オ
フ角度及び回転角度に対応する目標電流値を決定し、回
転角度が通電オン角度になった時に第１及び第２のスイ
ッチング素子を共にオンにし、回転角度が第１の通電オ
フ角度になるまでの間は実電流値が目標電流値を超える
ことに応じて第１及び第２のスイッチング素子の一方を
オフにし、回転角度が第１の通電オフ角度になった時に
は実電流値と目標電流値との間の大小関係に拘わらず第
１及び第２のスイッチング素子の一方をオフにし、回転
角度が第２の通電オフ角度になった時に第１及び第２の
スイッチング素子を共にオフにするものであり、例えば
目標トルク及び回転速度に基づき、コイル１ａについ
て、通電オン角度、第１の通電オフ角度、第２の通電オ
フ角度及び回転角度に対応する目標電流値を決定し、回
転角度が通電オン角度になった時にスイッチング素子１
２ａ、１２ｂを共にオンにし、回転角度が第１の通電オ
フ角度になるまでの間は実電流値が目標電流値を超える
ことに応じてスイッチング素子１２ａをオフにし、回転
角度が第１の通電オフ角度になった時には実電流値と目
標電流値との間の大小関係に拘わらずスイッチング素子
１２ａをオフし、回転角度が第２の通電オフ角度になっ
た時にスイッチング素子１２ａ、１２ｂを共にオフにす
るものであり、この場合の電流波形、トルク波形、鎖交
磁束数の変化は図５の（ｂ）に示すようになる。図５の
（ｂ）に示すように、スイッチング素子１２ａ、１２ｂ
を共にオンにした後の実電流値と目標電流値との間の大
小関係に拘わらずスイッチング素子１２ａをオフにして
からスイッチング素子１２ａ、１２ｂを共にオフにする
までの間は実電流値と目標電流値との間の大小関係に拘
わらずスイッチング素子１２ａをオフにした時点で止ま
る。図５の（ａ）と（ｂ）から明らかなように、スイッ
チング素子１２ａ、１２ｂを共にオフにするのに先立
ち、実電流値と目標電流値との間の大小関係に拘わらず
スイッチング素子１２ａをオフにする（ｂ）では、実電
流値と目標電流値との間の大小関係に拘わらずスイッチ
ング素子１２ａをオフにしてからスイッチング素子１２
ａ、１２ｂを共にオフにするまでの間のトルクが低下す
るものの、ある程度のトルクを出力している。そして、
実電流値と目標電流値との間の大小関係に拘わらずスイ
ッチング素子１２ａをオフにしてからスイッチング素子
１２ａ、１２ｂを共にオフにするまでの間、鎖交磁束数
の増加が停止するため、鉄損失が（ａ）の場合よりも低
減し、ＳＲモータの効率が向上する。

【００４３】以上、この出願の発明を適用したＳＲモー
タの通電制御装置につき詳細に説明したが、この出願の
発明の適用範囲はＳＲモータに限定されるものではな
く、ＳＲモータと同様な構成を備える電気モータに適用
することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上の如く、この出願の発明は、ＳＲモ
ータ等の電気モータの目標トルク及び回転速度に基づ
き、各相コイルについて、通電オン角度、第１の通電オ
フ角度、第２の通電オフ角度及び回転角度に対応する目
標電流値を決定し、回転角度が通電オン角度になった時
に第１及び第２のスイッチング素子を共にオンにし、回
転角度が第１の通電オフ角度になるまでの間は実電流値
が目標電流値を超えることに応じて第１及び第２のスイ
ッチング素子の一方をオフにし、回転角度が第１の通電
オフ角度になった時には実電流値と目標電流値との間の
大小関係に拘わらず第１及び第２のスイッチング素子の
一方をオフにし、回転角度が第２の通電オフ角度になっ
た時に第１及び第２のスイッチング素子を共にオフにす
るものであり、かかる制御を中高速域や低トルク時に行
うことにより鉄損失を低減して効率を向上することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の一実施形態であるスイッチド
リラクタンスモータ（ＳＲモータ）の通電制御装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】図１の一部分の詳細な構成を示すブロック図で
ある。

【図３】ＳＲモータの基本的な構成と動作を示す図であ
る。

【図４】ＳＲモータを駆動する場合の励磁電流指示の波
形例を示すタイムチャートである。

【図５】電流波形、トルク波形、鎖交磁束数の変化を示
す図で、（ａ）は従来の通電装置による場合を示し、
（ｂ）はこの出願の発明に実施形態による場合を示す。

【図６】ＣＰＵ１１の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】電流マップメモリ１３ａの内容を示すマップで
ある。

【図８】通電マップメモリの内容を示すマップである。

【符号の説明】

１・・・ＳＲモータ１ａ、１ｂ、１ｃ、ＣＬ・・・コイル１ｄ・・・角度センサＥＣＵ・・・コントローラ５・・・ＣＰＵ６・・・入力インターフェース７・・・マップ用メモリ８・・・電源回路９・・・電流波形生成回路９ａ、９ｂ、９ｃ・・・メモリ９ｄ・・・アドレスデコーダ９ｅ、９ｆ・・・Ｄ／Ａ変換器９ｇ、９ｈ・・・増幅器１０・・・比較回路１０ａ、１０ｂ・・・アナログ比較器１１・・・出力判定回路１２、１３、１４・・・ドライバ１２ａ、１２ｂ・・・スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１２ｃ、１２ｄ・・・ダイオード１２ｅ、１２ｆ・・・電源ラインＲ・・・回転子Ｓ・・・固定子Ｒａ〜Ｒｄ、Ｓａ〜Ｓｆ・・・極部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬暁鴎愛知県刈谷市昭和町２丁目３番地アイシン・エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子に配設された複数相コイルの各々
が、その一端を電源高電位ライン及び電源低電位ライン
のうちの一方ラインに第１のスイッチング素子を介して
接続されると共に電源高電位ライン及び電源低電位ライ
ンのうちの他方ラインにその後者からその前者への電流
流通を許す第１のダイオードを介して接続され、かつそ
の他端を前記他方ラインに第２のスイッチング素子を介
して接続されると共に前記一方ラインにその前者からそ
の後者への電流流通を許す第２のダイオードを介して接
続されている電気モータにおいて、回転子の回転角度を検出する角度検出手段と、回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記各相コイルに実際に流れる実電流値を検出する実電
流検出手段と、外部からの入力情報に基づいて当該スイッチドリラクタ
ンスモータの目標トルクを計算し、該目標トルク及び前
記回転速度に基づき、前記各相コイルの各々について、
通電オン角度、第１の通電オフ角度、第２の通電オフ角
度及び目標電流値を決定し、前記回転角度が前記第２の
通電オフ角度から前記通電オン角度へ移行する間は前記
第１及び第２のスイッチング素子の同時のオフを維持
し、前記回転角度が前記通電オン角度から前記第１の通
電オフ角度へ移行する間は前記第１及び第２のスイッチ
ング素子の一方のオンと同時にその他方のオフと前記第
１及び第２のスイッチング素子の同時のオンとを交互に
繰り返しすことによって前記実電流値を前記目標電流値
に近似させ、前記回転角度が前記第１の通電オフ角度か
ら前記第２の通電オフ角度へ移行する間は前記第１及び
第２のスイッチング素子の一方のオンと同時にその他方
のオフを維持する制御手段とを備えたことを特徴とする
電気モータの通電制御装置。