JP6892595B2 - Switched reluctance motor unit and control method of switched reluctance motor unit - Google Patents
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Description
本発明は、複数の相のコイルが直列に接続されたスイッチトリラクタンスモータを備えたスイッチトリラクタンスモータユニットに関する。 The present invention relates to a switched reluctance motor unit including a switched reluctance motor in which a plurality of phases of coils are connected in series.
モータ構造がシンプルなスイッチトリラクタンスモータと、該スイッチトリラクタンスモータを駆動させるためのモータ制御装置とを含むスイッチトリラクタンスモータユニットが知られている。 A switched reluctance motor unit including a switched reluctance motor having a simple motor structure and a motor control device for driving the switched reluctance motor is known.
前記モータ制御装置として、例えば特許文献1には、スイッチング素子とダイオードとからなる1対ずつの直列回路を有し、各相に対応する一方の直列回路の中点と他の1つの相に対応する他方の直列回路との中点とを均圧線で接続してなるインバータ回路を含むインバータ装置が開示されている。
As the motor control device, for example,
なお、前記特許文献1に開示されているインバータ装置は、一つの相のコイルに電流が流れている際に、別の相のコイルに電流が流れた場合、前記一つの相のコイルに流れる電流を転流させることにより、コイルに余計な電流が流れることを抑制する構成が開示されている。
In the inverter device disclosed in
ところで、上述の特許文献1に開示されているインバータ装置のように一つの相のコイルに流れる電流が転流する際には、前記一つの相のコイルに流れる電流が急激に減少して、スイッチトリラクタンスモータの出力トルクが低下する。
By the way, when the current flowing through the coil of one phase is commutated as in the inverter device disclosed in
本発明の目的は、スイッチトリラクタンスモータ及びモータ制御装置を備えたスイッチトリラクタンスモータユニットにおいて、一つの相のコイルに流れる電流が転流する際に比べて、前記一つの相のコイルに流れる電流の減少を抑制可能な構成を実現することにある。 An object of the present invention is that in a switched reluctance motor unit including a switchd reluctance motor and a motor control device, a current flowing through the coil of one phase is compared with a current flowing through a coil of one phase. The purpose is to realize a configuration that can suppress the decrease of.
本発明の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータユニットは、直列に接続された複数の相のコイルを有するスイッチトリラクタンスモータと、前記複数の相のコイルに対して電流を供給することにより、前記スイッチトリラクタンスモータの駆動を制御するモータ制御装置と、を備える。前記モータ制御装置は、一対のスイッチング素子が直列に接続されることによって構成されたスイッチングアームが並列に複数接続されたスイッチング回路と、前記スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング制御部と、を有する。前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子の中点は、前記複数の相のコイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記複数の相のコイル同士の中点に対し、1点ずつ接続されている。前記一対のスイッチング素子は、それぞれ、前記スイッチングアームにおける上アーム及び下アームを構成する。前記スイッチング制御部は、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに高電位側から低電位側に電流が流れる供給状態になるように、前記上アーム及び前記下アームの各スイッチング素子をオン状態にするとともに、前記供給状態の後に、前記供給状態で前記一つの相のコイルに対して電流が流れた方向に電流が流れ続ける還流状態になるように、前記上アーム及び前記下アームの一方のみのスイッチング素子をオン状態にする(第1の構成)。 The switched reluctance motor unit according to an embodiment of the present invention is said to be described by supplying an electric current to a switched reluctance motor having a plurality of phases of coils connected in series and the coils of the plurality of phases. It includes a motor control device that controls the drive of the switched reluctance motor. The motor control device includes a switching circuit in which a plurality of switching arms configured by connecting a pair of switching elements in series are connected in parallel, and a switching control unit that controls driving of the switching elements. The midpoint of the pair of switching elements in the plurality of switching arms is both ends of a series circuit formed by connecting the coils of the plurality of phases in series, and the coils of the plurality of phases in the series circuit. One point is connected to each other's midpoint. The pair of switching elements form an upper arm and a lower arm of the switching arm, respectively. The switching control unit sets each of the switching elements of the upper arm and the lower arm so that a current flows from the high potential side to the low potential side to the coil of one phase of the coils of the plurality of phases. The upper arm and the lower arm are turned on, and after the supply state, the upper arm and the lower arm are brought into a reflux state in which the current continues to flow in the direction in which the current flows to the coil of the one phase in the supply state. Only one switching element is turned on (first configuration).
以上の構成により、複数の相のコイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記コイル同士の中点の数に応じて、必要なスイッチング素子の数が決まる。例えば、スイッチトリラクタンスモータが3相のコイルを有する場合、必要なスイッチング素子の数は8個であり、従来構成に比べて、素子の数を減らすことができる。よって、コンパクトで製造コストが安価なスイッチトリラクタンスモータユニットが得られる。 With the above configuration, the number of switching elements required according to the number of both ends of the series circuit formed by connecting the coils of a plurality of phases in series and the number of midpoints between the coils in the series circuit. Is decided. For example, when the switched reluctance motor has a three-phase coil, the number of switching elements required is eight, and the number of elements can be reduced as compared with the conventional configuration. Therefore, a compact switched reluctance motor unit with low manufacturing cost can be obtained.
そして、上述のように、複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに高電位側から低電位側に電流が流れる供給状態にした後、前記供給状態で前記一つの相のコイルに対して電流が流れた方向に電流が流れ続ける還流状態にすることで、従来構成のようにコイルに流れる電流を転流させる場合に比べて、コイルに流れる電流を急激に低下させることがない。これにより、従来構成に比べて、スイッチトリラクタンスモータのトルク低下を抑制できる。すなわち、従来構成に比べて、スイッチトリラクタンスモータの出力トルクを増大させることができる。 Then, as described above, after the supply state in which the current flows from the high potential side to the low potential side in the coil of one phase among the coils of the plurality of phases, the coil of the one phase is supplied in the supply state. By setting the reflux state in which the current continues to flow in the direction in which the current flows, the current flowing through the coil is not sharply reduced as compared with the case where the current flowing through the coil is commutated as in the conventional configuration. As a result, it is possible to suppress a decrease in torque of the switched reluctance motor as compared with the conventional configuration. That is, the output torque of the switched reluctance motor can be increased as compared with the conventional configuration.
前記第1の構成において、前記スイッチング制御部は、前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子を駆動させることにより、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第1供給状態から、他の相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第2供給状態に切り替えるとともに、該第2供給状態に切り替えた際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する前記還流状態になるように、スイッチング素子を駆動させる(第2の構成)。 In the first configuration, the switching control unit drives the pair of switching elements in the plurality of switching arms from the high potential side with respect to the coil of one phase of the coils of the plurality of phases. When switching from the first supply state in which the current flows to the low potential side to the second supply state in which the current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coils of the other phases, and switching to the second supply state. , The switching element is driven so as to be in the recirculation state in which the current recirculates to the coil of the one phase (second configuration).
複数の相のコイルが直列に接続されたスイッチトリラクタンスモータでは、各相のコイルに順に電流が流れる。このようなスイッチトリラクタンスモータにおいて、各相のコイルの両端に生じる電圧が、コイル同士の中点で等しくない場合、本来電流を流したいコイルとは別のコイルに電流が流れる可能性がある。具体的には、ある相のコイルに電流が流れている状態で、他の相のコイルに電流が流れた場合、すなわち同時に2相のコイルに流れると、各相のコイルの中点で電位差が生じて、各相のコイルに対して意図しない方向に電流が流れる可能性がある。 In a switched reluctance motor in which coils of a plurality of phases are connected in series, a current flows through the coils of each phase in order. In such a switched reluctance motor, if the voltages generated at both ends of the coils of each phase are not equal at the midpoints of the coils, the current may flow to a coil different from the coil to which the current originally wants to flow. Specifically, when a current flows through a coil of one phase and a current flows through a coil of another phase, that is, when a current flows through a coil of two phases at the same time, a potential difference occurs at the midpoint of the coils of each phase. This can result in current flowing through the coils of each phase in unintended directions.
これに対し、上述の構成にように、一つの相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第1供給状態から、他の相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第2供給状態に切り替えた際に、前記一つの相のコイルに対して還流状態になるように電流を流すことにより、直列に接続された各相のコイルの中点で電位差が生じることを防止できる。 On the other hand, as described above, from the first supply state in which the current flows from the high potential side to the low potential side for the coils of one phase, the low potential from the high potential side to the coils of the other phase. When switching to the second supply state in which the current flows to the side, the potential difference is reached at the midpoint of the coils of each phase connected in series by passing the current so as to be in a reflux state with respect to the coil of the one phase. Can be prevented from occurring.
しかも、上述の構成のように、前記一つの相のコイルに対して還流状態になるように電流を流すことにより、従来構成のようにコイルに流れる電流を転流させる場合に比べて、コイルに流れる電流を急激に低下させることがない。これにより、従来構成に比べて、スイッチトリラクタンスモータのトルク低下を抑制できる。すなわち、従来構成に比べて、スイッチトリラクタンスモータの出力トルクを増大させることができる。 Moreover, as in the above configuration, by passing a current through the coil of the one phase so as to be in a reflux state, the coil has a current as compared with the case where the current flowing through the coil is commutated as in the conventional configuration. The flowing current does not drop sharply. As a result, it is possible to suppress a decrease in torque of the switched reluctance motor as compared with the conventional configuration. That is, the output torque of the switched reluctance motor can be increased as compared with the conventional configuration.
前記第2の構成において、前記スイッチング制御部は、前記第1供給状態から前記第2供給状態に切り替えた際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する前記還流状態になるように、前記上アーム及び前記下アームのうち、前記第1供給状態の際にオン状態であるスイッチング素子と同じアームのスイッチング素子をオン状態にする(第3の構成)。 In the second configuration, when the switching control unit switches from the first supply state to the second supply state, the switching control unit is in the recirculation state in which the current recirculates to the coil of the one phase. Among the upper arm and the lower arm, the switching element of the same arm as the switching element that is in the on state in the first supply state is turned on (third configuration).
上述の構成では、前記一つの相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際に、スイッチングアームの上アーム及び下アームのうち、前記第1供給状態でオン状態になるスイッチング素子と同じアームのスイッチング素子をオン状態にすることにより、駆動させるスイッチング素子の数を減らすことができる。よって、スイッチング損失を低減できるとともに、スイッチング素子の駆動によって電流が流れる方向をスムーズに切り替えることが可能になる。 In the above configuration, the same arm as the switching element that is turned on in the first supply state among the upper arm and the lower arm of the switching arm when the current is returned to the coil of the one phase in the reflux state. By turning on the switching element of, the number of switching elements to be driven can be reduced. Therefore, the switching loss can be reduced, and the direction in which the current flows can be smoothly switched by driving the switching element.
前記第2または第3の構成において、前記スイッチング制御部は、前記複数の相のコイルのうち少なくとも一つの相のコイルに対して前記還流状態で電流を還流させる際に、前記上アーム及び前記下アームのうち、他の相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際にスイッチング素子をオン状態にするアームとは別のアームのスイッチング素子をオン状態にする(第4の構成)。 In the second or third configuration, the switching control unit returns the current to the coil of at least one phase of the plurality of phases of the coil in the reflux state, and the upper arm and the lower arm. Among the arms, the switching element of the arm other than the arm that turns on the switching element when the current is recirculated to the coils of the other phase in the recirculating state is turned on (fourth configuration).
各相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際に、スイッチングアームの上アーム及び下アームのうち同じアームのスイッチング素子のみを駆動させた場合、ある相のコイルに対して還流状態で電流を還流させつつ他の相にも電流を流すと、各相のコイルの中点で電位差が生じる。そのため、前記一つの相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際には、他の相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際にスイッチング素子を駆動させるアームとは別のアームのスイッチング素子を駆動させる。これにより、直列に接続された各相のコイルの中点で電位差が生じることを防止できる。 When only the switching element of the same arm of the upper arm and the lower arm of the switching arm is driven when the current is recirculated to the coil of each phase in the recirculated state, the current is recirculated to the coil of a certain phase. When a current is passed through the other phases while circulating the current, a potential difference occurs at the midpoint of the coil of each phase. Therefore, when the current is refluxed to the coil of the one phase in the reflux state, the arm is different from the arm that drives the switching element when the current is refluxed to the coil of the other phase in the reflux state. Drives the switching element of. This makes it possible to prevent a potential difference from occurring at the midpoint of the coils of each phase connected in series.
本発明の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータユニットの制御方法は、直列に接続された複数の相のコイルを有するスイッチトリラクタンスモータと、一対のスイッチング素子が直列に接続されることによって構成されたスイッチングアームが並列に複数接続され、且つ、前記一対のスイッチング素子の中点が、前記複数の相のコイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記複数の相のコイル同士の中点に対し、1点ずつ接続されたスイッチング回路と、を備えたスイッチトリラクタンスモータユニットの制御方法である。 The control method of the switch reluctance motor unit according to the embodiment of the present invention is configured by connecting a switch reluctance motor having a plurality of phases of coils connected in series and a pair of switching elements in series. A plurality of switching arms are connected in parallel, and the midpoint of the pair of switching elements is formed at both ends of a series circuit formed by connecting the coils of the plurality of phases in series, and in the series circuit. This is a control method of a switch reluctance motor unit including a switching circuit in which one point is connected to each of the midpoints of the coils of the plurality of phases.
この制御方法は、前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子を駆動させることによって、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第1供給状態において、他の相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第2供給状態を検出する供給状態検出工程と、前記第2供給状態を検出した際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する還流状態になるように、前記複数のスイッチングアームにおいて前記一対のスイッチング素子によってそれぞれ構成される上アーム及び下アームのうち、前記第1供給状態の際にオン状態であるスイッチング素子と同じアームのスイッチング素子をオン状態にする還流工程と、を有する(第1の方法)。 In this control method, by driving the pair of switching elements in the plurality of switching arms, a current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coil of one phase of the coils of the plurality of phases. In one supply state, the supply state detection step of detecting the second supply state in which a current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coils of the other phases, and the above one when the second supply state is detected. In the first supply state of the upper arm and the lower arm respectively composed of the pair of switching elements in the plurality of switching arms so that the current flows back to the coils of one phase. It has a recirculation step of turning on the switching element of the same arm as the switching element in the on state (first method).
本発明の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータユニットによれば、複数のスイッチングアームにおける一対のスイッチング素子の中点は、複数の相のコイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記複数の相のコイル同士の中点に対し、1点ずつ接続されている。 According to the switched reluctance motor unit according to the embodiment of the present invention, the midpoint of the pair of switching elements in the plurality of switching arms is a series circuit formed by connecting the coils of a plurality of phases in series. One point is connected to both ends and the middle point of the plurality of phases of the coils in the series circuit.
そして、前記スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング制御部は、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに高電位側から低電位側に電流が流れる供給状態になるように、上アーム及び下アームの各スイッチング素子をオン状態にするとともに、前記供給状態の後に、前記供給状態で前記一つの相のコイルに対して電流が流れた方向に電流が流れ続ける還流状態になるように、前記上アーム及び前記下アームの一方のみのスイッチング素子をオン状態にする。 Then, the switching control unit that controls the drive of the switching element has an upper arm and an upper arm so that a current flows from the high potential side to the low potential side to the coil of one of the plurality of phases. Each switching element of the lower arm is turned on, and after the supply state, the current flows in the direction in which the current flows through the coil of the one phase in the supply state. Turn on the switching element of only one of the upper arm and the lower arm.
これにより、スイッチトリラクタンスモータ及びモータ制御装置を備えたスイッチトリラクタンスモータユニットにおいて、一つの相のコイルに流れる電流が転流する際に比べて、前記一つの相のコイルに流れる電流の減少を抑制する。 As a result, in the switched reluctance motor unit provided with the switched reluctance motor and the motor control device, the current flowing through the coil of one phase is reduced as compared with the case where the current flowing through the coil of one phase is commutated. Suppress.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
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ユニット1の概略構成を示すブロック図である。このスイッチトリラクタンスモータユニット1は、スイッチトリラクタンスモータ2と、スイッチトリラクタンスモータ2を駆動させるスイッチング回路4を有するモータ制御装置3とを備える。モータ制御装置3は、スイッチング回路4によって、スイッチトリラクタンスモータ2の駆動を制御する。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a switched
スイッチトリラクタンスモータ2は、図示しない回転子と、3相のコイル11,12,13を有する固定子10とを備えている。固定子10は、A相のコイル11と、B相のコイル12と、C相のコイル13とを有する。A相のコイル11と、B相のコイル12と、C相のコイル13とは、直列に接続されている。詳しくは、B相のコイル12の両端に、A相のコイル11及びC相のコイル13が直列に接続されている。このようにA相のコイル11と、B相のコイル12と、C相のコイル13とを直列に接続することにより、直列回路10aが構成される。スイッチトリラクタンスモータ2の構成は、一般的なスイッチトリラクタンスモータの構成と同様なので、詳しい説明を省略する。
The switched
なお、図1において、符号6は、スイッチトリラクタンスモータ2の各相のコイル11,12,13に流れる電流を検出するための電流検出部である。電流検出部6で検出された電流値のデータは、モータ制御装置3の後述のスイッチング制御部5に入力される。
In FIG. 1, reference numeral 6 is a current detection unit for detecting the current flowing through the
モータ制御装置3は、スイッチング回路4と、直流電源31と、キャパシタ32と、スイッチング制御部5とを備える。
The
スイッチング回路4は、スイッチトリラクタンスモータ2を駆動させるように、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子SW1〜SW8を備えたスイッチング回路である。スイッチング回路4は、直流電源31及びキャパシタ32に対して、並列に接続されている。直流電源31及びキャパシタ32は並列に接続されている。
The
スイッチング素子SW1,SW2は、直列に接続されることによって、スイッチングアームとしての第1スイッチングアーム41を構成する。スイッチング素子SW3,SW4は、直列に接続されることによって、スイッチングアームとしての第2スイッチングアーム42を構成する。スイッチング素子SW5,SW6は、直列に接続されることによって、スイッチングアームとしての第3スイッチングアーム43を構成する。スイッチング素子SW7,SW8は、直列に接続されることによって、スイッチングアームとしての第4スイッチングアーム44を構成する。
The switching elements SW1 and SW2 are connected in series to form a
すなわち、スイッチング回路4は、複数のスイッチングアームを有する。該複数のスイッチングアームを構成する第1スイッチングアーム41、第2スイッチングアーム42、第3スイッチングアーム43及び第4スイッチングアーム44は、それぞれ、直列に接続された一対のスイッチング素子によって構成されている。
That is, the switching
第1スイッチングアーム41、第2スイッチングアーム42、第3スイッチングアーム43及び第4スイッチングアーム44は、それぞれ、直流電源31及びキャパシタ32に対して並列に接続されている。
The
第1スイッチングアーム41、第2スイッチングアーム42、第3スイッチングアーム43及び第4スイッチングアーム44において、スイッチング素子SW1,SW3,SW5,SW7は、各アームの上アーム4aを構成し、スイッチング素子SW2,SW4,SW6,SW8は、各アームの下アーム4bを構成する。
In the
第1スイッチングアーム41は、スイッチング素子SW1,SW2の中点がスイッチトリラクタンスモータ2におけるA相のコイル11の一端、すなわち直列回路10aの一端に接続されている。第2スイッチングアーム42は、スイッチング素子SW3,SW4の中点がスイッチトリラクタンスモータ2におけるA相のコイル11とB相のコイル12との中点(接続点)に接続されている。第3スイッチングアーム43は、スイッチング素子SW5,SW6の中点がスイッチトリラクタンスモータ2におけるB相のコイル12とC相のコイル13との中点(接続点)に接続されている。第4スイッチングアーム44は、スイッチング素子SW7,SW8の中点がスイッチトリラクタンスモータ2におけるC相のコイル13の一端、すなわち直列回路10aの他端に接続されている。
In the
このように、第1スイッチングアーム41、第2スイッチングアーム42、第3スイッチングアーム43及び第4スイッチングアーム44における一対のスイッチング素子の中点は、直列回路10aの両端、及び、直列回路10aにおける3相のコイル11,12,13同士の中点に対し、1点ずつ接続されている。
As described above, the midpoints of the pair of switching elements in the
スイッチング素子SW1〜SW8は、例えばFETが用いられる。スイッチング素子SW1〜SW8には、それぞれ、寄生ダイオードが形成されている。 For the switching elements SW1 to SW8, for example, FETs are used. Parasitic diodes are formed in the switching elements SW1 to SW8, respectively.
スイッチング素子SW1〜SW8は、後述するスイッチング制御部5から出力される制御信号(スイッチング信号)に応じてスイッチング動作を行うことにより、直流電源31からスイッチトリラクタンスモータ2の各相のコイル11,12,13に対して電流を供給する。
The switching elements SW1 to SW8 perform switching operations in response to a control signal (switching signal) output from the switching
各相のコイル11,12,13が直列に接続されたスイッチトリラクタンスモータ2を駆動させるスイッチング回路4を、上述の構成にすることにより、従来構成において必要なスイッチング素子及びダイオードの素子数の合計(12個)に比べて、素子数を少なくすることができる。
By making the
したがって、スイッチング回路4をコンパクトな構成によって実現できるとともに、スイッチング回路4を低コストで製造することができる。
Therefore, the switching
スイッチング制御部5は、スイッチング回路4に対して、スイッチング素子SW1〜SW8を駆動させる制御信号を出力する。スイッチング制御部5は、電流指令値、電流検出部6によって検出される電流値及びスイッチトリラクタンスモータ2の図示しない回転子の回転位置に基づいて、固定子10の各相のコイル11,12,13に流れる電流を制御する。
The switching
詳しくは、スイッチング制御部5は、指令信号及び回転子の回転位置に基づいて、スイッチング回路4が各相に流れる電流を制御するための動作モード(以下、各相の動作モードという)を行うように、スイッチング素子SW1〜SW8に対する制御信号を生成する。本実施形態では、各相の動作モードは、供給モード(第1供給状態、第2供給状態)と、還流モードと、回生モードとを含む。
Specifically, the switching
供給モードは、直流電源31からコイルに電流が流れるように、すなわちコイルに対して高電位側から低電位側に電流が流れるように、コイルに電流を供給する動作モードである。よって、供給モードでは、スイッチング回路4において、上アーム4aのスイッチング素子SW1,SW3,SW5,SW7の一つ及び下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6,SW8の一つがそれぞれオン状態である。
The supply mode is an operation mode in which the current is supplied to the coil so that the current flows from the
回生モードは、供給モード後に、該供給モードで電流が流れたコイルに低電位側から高電位側に電流が流れるように、前記コイルに電流を流す動作モードである。供給モードで電流が流れたコイルでは、供給モード終了後でも前記コイルのインダクタンスのエネルギーによって、そのまま同じ方向に電流が流れるため、上述のような回生モードにおける電流の流れを実現できる。回生モードも、供給モードと同様、スイッチング回路4において、上アーム4aのスイッチング素子SW1,SW3,SW5,SW7の一つ及び下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6,SW8の一つがそれぞれオン状態である。
The regeneration mode is an operation mode in which a current flows through the coil so that the current flows from the low potential side to the high potential side in the coil through which the current flows in the supply mode after the supply mode. In the coil in which the current flows in the supply mode, the current flows in the same direction as it is due to the energy of the inductance of the coil even after the end of the supply mode, so that the current flow in the regenerative mode as described above can be realized. In the regenerative mode, as in the supply mode, in the
なお、回生モードでは、コイルに流れる電流は急激に低下する。 In the regenerative mode, the current flowing through the coil drops sharply.
還流モードは、供給モード後に、供給モードで電流が流れたコイルに同電位間で電流が流れるように、該コイルに電流を流す動作モードである。還流モードにおいて上述のように電流が流れる理由も、上述の回生モードでコイルに電流が流れる理由と同様である。還流モードでは、スイッチング回路4において、上アーム4aのスイッチング素子SW1,SW3,SW5,SW7のうち2つのスイッチング素子、または、下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6,SW8のうち2つのスイッチング素子がオン状態である。還流モードにおいて、スイッチング回路4及びコイル11,12,13のうち、所定の相に対応する部分に電流が流れる状態を、スイッチトリラクタンスモータユニット1の前記所定の相における還流状態という。
The reflux mode is an operation mode in which a current flows through the coil so that the current flows between the same potentials in the coil through which the current flows in the supply mode after the supply mode. The reason why the current flows in the recirculation mode as described above is the same as the reason why the current flows in the coil in the regenerative mode described above. In the reflux mode, in the
還流モードでは、回生モードに比べてコイルに流れる電流の減少が小さくなる。 In the reflux mode, the decrease in the current flowing through the coil is smaller than in the regeneration mode.
上述の各動作モードのうち、供給モード及び還流モードが、コイルに対して通電を行う通電モードである。 Of the above-mentioned operation modes, the supply mode and the reflux mode are energization modes for energizing the coil.
スイッチング制御部5は、モード選択部51と、モード判定部52と、電流判定部53と、制御信号生成部54とを備える。
The switching
モード選択部51は、指令信号及び回転子の回転位置に基づいて、固定子10の各相の動作モードを切り替える。具体的には、モード選択部51は、指令信号及び回転子の回転位置に基づいて、固定子10の各相の動作モードを、供給モード、還流モード及び回生モードから一つ選択して、前記各相の動作モードとして設定する。なお、本実施形態では、固定子10は、A相、B相及びC相の3相を有するため、モード選択部51は、供給モードを設定する場合には、3相のうち一つの相のみを供給モードに設定する。
The mode selection unit 51 switches the operation mode of each phase of the
モード選択部51は、例えば、所定の相を通電モードに設定した後、他の相の動作モードを通電モードに切り替える際に、前記所定の相の動作モードを還流モードに切り替える。その後、前記所定の相の動作モードを、回生モードに切り替える。 The mode selection unit 51 switches the operation mode of the predetermined phase to the reflux mode, for example, when switching the operation mode of the other phase to the energization mode after setting the predetermined phase to the energization mode. After that, the operation mode of the predetermined phase is switched to the regeneration mode.
また、モード選択部51は、一つの相のみに通電モードが設定されている場合に、該一つの相の動作モードを、所定のタイミングで供給モードと還流モードとに交互に切り替える。 Further, when the energization mode is set for only one phase, the mode selection unit 51 alternately switches the operation mode of the one phase between the supply mode and the reflux mode at a predetermined timing.
モード判定部52は、モード選択部51によって設定された固定子10の各相の動作モードを判定する。モード判定部52は、例えば、固定子10の各相の動作モードが通電モードかどうかを判定する。
The
電流判定部53は、電流検出部6によって検出された電流に基づいて、固定子10の各相のコイル11,12,13に電流が流れているかどうかを判定する。電流判定部53は、例えば、モード選択部51によって、所定の相の動作モードとして通電モードが選択された際に、前記所定の相の前に通電モードが設定された相に電流が流れているかどうかを判定する。電流判定部53の判定結果は、制御信号生成部54がスイッチング回路4のスイッチング素子SW1〜SW8に対して制御信号を生成する際に用いられる。
The
制御信号生成部54は、モード選択部51が設定した各相の動作モードと電流判定部53の判定結果とに応じて、スイッチング回路4のスイッチング素子SW1〜SW8に対する制御信号を生成して、スイッチング回路4に対して出力する。
The control signal generation unit 54 generates control signals for the switching elements SW1 to SW8 of the
具体的には、制御信号生成部54は、モード選択部51が設定した各相の動作モードを実現するように、スイッチング素子SW1〜SW8を駆動させる制御信号を生成する。また、制御信号生成部54は、モード選択部51によって所定の相の動作モードとして通電モードが選択された際に、前記所定の相の前に通電モードが設定された相に電流が流れているかどうかに応じて、前記所定の相の通電モードにおける還流モードを実現するスイッチングパターンを2つのパターンから選択して、制御信号を生成する。このとき、制御信号生成部54は、直列に接続されたコイル11,12,13においてコイル同士の間で電位差が生じないように、前記スイッチングパターンを選択して、制御信号を生成する。
Specifically, the control signal generation unit 54 generates a control signal for driving the switching elements SW1 to SW8 so as to realize the operation mode of each phase set by the mode selection unit 51. Further, when the mode selection unit 51 selects the energization mode as the operation mode of the predetermined phase, the control signal generation unit 54 determines whether a current is flowing in the phase in which the energization mode is set before the predetermined phase. Depending on the situation, a switching pattern that realizes the reflux mode in the energization mode of the predetermined phase is selected from the two patterns to generate a control signal. At this time, the control signal generation unit 54 selects the switching pattern and generates a control signal so that the
制御信号生成部54は、所定の相のコイルに流れる電流がゼロになった際に、前記所定の相に電流を流すために駆動するスイッチング素子に対して、制御信号の出力を停止することにより、前記スイッチング素子をオフ状態にする。 When the current flowing through the coil of the predetermined phase becomes zero, the control signal generation unit 54 stops the output of the control signal to the switching element driven to flow the current through the predetermined phase. , Turn off the switching element.
(モータ制御動作)
次に、上述のような構成を有するモータ制御装置3のモータ制御動作について説明する。
(Motor control operation)
Next, the motor control operation of the
まず、モータ制御装置3による動作モード(供給モード、回生モード、還流モード)を、図2から図4を用いて説明する。図2は、供給モード時においてスイッチング回路4及び各相のコイル11,12,13の電流の流れを示す図であり、図3は、回生モード時においてスイッチング回路4及び各相のコイル11,12,13の電流の流れを示す図であり、図4は、還流モード時においてスイッチング回路4及び各相のコイル11,12,13の電流の流れを示す図である。
First, the operation modes (supply mode, regeneration mode, reflux mode) by the
なお、図2から図4は、説明のために、各相が同じモードの場合を示しているが、スイッチトリラクタンスモータ2の実際の動作では、各相が全て同じモードの場合は存在しない。
Note that FIGS. 2 to 4 show the case where each phase is in the same mode for the sake of explanation, but in the actual operation of the switched
図2に示すように、A相が供給モードに設定された場合には、スイッチング素子SW2,SW3がオン状態になる。これにより、図2に実線で示すように、A相のコイル11に対して高電位側から低電位側に電流が流れる。B相が供給モードに設定された場合には、スイッチング素子SW4,SW5がオン状態になる。これにより、図2に破線で示すように、B相のコイル12に対して高電位側から低電位側に電流が流れる。C相が供給モードに設定された場合には、スイッチング素子SW6,SW7がオン状態になる。これにより、図2に一点鎖線で示すように、C相のコイル13に対して高電位側から低電位側に電流が流れる。
As shown in FIG. 2, when the A phase is set to the supply mode, the switching elements SW2 and SW3 are turned on. As a result, as shown by the solid line in FIG. 2, a current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the
図3に示すように、A相が回生モードに設定された場合には、スイッチング素子SW1,SW4がオン状態になる。A相のコイル11には、供給モードの場合に、図2に実線矢印で示すように電流が流れるため、回生モードでも、図3に実線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図3に実線で示すように、A相のコイル11に対して低電位側から高電位側に電流が流れる。
As shown in FIG. 3, when the A phase is set to the regenerative mode, the switching elements SW1 and SW4 are turned on. Since the current flows through the
B相が回生モードに設定された場合には、スイッチング素子SW3,SW6がオン状態になる。B相のコイル12には、供給モードの場合に、図2に破線矢印で示すように電流が流れるため、回生モードでも、図3に破線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図3に破線で示すように、B相のコイル12に対して低電位側から高電位側に電流が流れる。
When the B phase is set to the regenerative mode, the switching elements SW3 and SW6 are turned on. Since the current flows through the B-
C相が回生モードに設定された場合には、スイッチング素子SW5,SW8がオン状態になる。C相のコイル13には、供給モードの場合に、図2に一点鎖線矢印で示すように電流が流れるため、回生モードでも、図3に一点鎖線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図3に一点鎖線で示すように、C相のコイル12に対して低電位側から高電位側に電流が流れる。
When the C phase is set to the regenerative mode, the switching elements SW5 and SW8 are turned on. Since the current flows through the C-
図4に示すように、A相が還流モードに設定された場合には、スイッチング素子SW2,SW4がオン状態になる。A相のコイル11には、供給モードの場合に、図2に実線矢印で示すように電流が流れるため、還流モードでも、図4に実線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図4に実線で示すように、A相のコイル11に対して同電位間で電流が流れる。
As shown in FIG. 4, when the A phase is set to the reflux mode, the switching elements SW2 and SW4 are turned on. Since the current flows through the
B相が還流モードに設定された場合には、スイッチング素子SW4,SW6がオン状態になる。B相のコイル12には、供給モードの場合に、図2に破線矢印で示すように電流が流れるため、還流モードでも、図4に破線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図4に破線で示すように、B相のコイル12に対して同電位間で電流が流れる。
When the B phase is set to the reflux mode, the switching elements SW4 and SW6 are turned on. Since the current flows through the B-
C相が還流モードに設定された場合には、スイッチング素子SW5,SW7がオン状態になる。C相のコイル13には、供給モードの場合に、図2に一点鎖線矢印で示すように電流が流れるため、還流モードでも、図4に一点鎖線矢印で示すように電流が流れる。これにより、図4に一点鎖線で示すように、C相のコイル13に対して同電位間で電流が流れる。
When the C phase is set to the reflux mode, the switching elements SW5 and SW7 are turned on. Since the current flows through the C-
本実施形態では、C相が還流モードに設定された場合には、スイッチング回路4において上アーム4aのスイッチング素子SW5,SW7が動作する。一方、他の相が還流モードに設定された場合には、スイッチング回路4において下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6が動作する。すなわち、C相が還流モードに設定された場合には、上下アームのうち、他の相が還流モードに設定された場合と異なるアームが動作する。
In the present embodiment, when the C phase is set to the reflux mode, the switching elements SW5 and SW7 of the
C相の還流モードにおいて、他の相が還流モードに設定された場合と同じ下アーム4bを動作させた場合、A相が供給モードに設定された際に、A相のコイル11とC相のコイル13との間に電位差が生じないように、C相の還流モードのために動作させるスイッチング素子を下アーム4bから上アーム4aに切り替える必要がある。この場合には、切り替える際に、C相のコイル13に流れる電流が不連続になったり、短絡が生じたりする可能性がある。
In the C-phase reflux mode, when the same
これに対し、本実施形態の構成により、C相が還流モードに設定された場合に、C相のコイル13に流れる電流が不連続になったり、短絡が生じたりすることを抑制できる。
On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, when the C phase is set to the reflux mode, it is possible to prevent the current flowing through the
図5に、各相の動作モードの一例を、各動作モードにおけるスイッチング素子のスイッチング動作とともに示す。なお、図5に示す例では、A相のコイル11、B相のコイル12及びC相のコイル13の順に、電流を流す。図5に示す動作モードにおいて、“共”は供給モードを意味し、“回”は回生モードを意味し、“還”は還流モードを意味する。また、図5におけるスイッチング素子SW1〜SW8のスイッチング動作において、白抜き部分はA相に対応するスイッチング動作であり、斜線部分はB相に対応するスイッチング動作であり、網掛け部分はC相に対応するスイッチング動作である。
FIG. 5 shows an example of the operation mode of each phase together with the switching operation of the switching element in each operation mode. In the example shown in FIG. 5, a current is passed in the order of the
図5に示す場合には、各相のコイル11,12,13に電流が流れるタイミングが重ならない。図5に示すように、A相及びB相の還流モードでは、スイッチング回路4の下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6を動作させる一方、C相の還流モードでは、スイッチング回路4の上アーム4aのスイッチング素子SW5,SW7を動作させる。
In the case shown in FIG. 5, the timings at which currents flow through the
なお、通電モード時における供給モードと還流モードとの切り替えは、スイッチング制御部5に入力される電流指令値及び電流検出部6によって検出される電流値に応じて行われる。
The switching between the supply mode and the reflux mode in the energization mode is performed according to the current command value input to the switching
図6は、モータ制御装置3による各相の動作モードの設定動作を示すフローチャートである。図6に示す設定動作は、モータ制御装置3において、各相に対して行われる。すなわち、本実施形態の場合には、図6に示す設定動作は、A相、B相及びC相の各相に対して別々に行われる。
FIG. 6 is a flowchart showing the setting operation of the operation mode of each phase by the
図6に示すフローがスタートすると、スイッチング制御部5のモード判定部52は、フローによる設定対象である相(以下、自相という)に対して通電モードが設定されているかどうかを判定する(ステップS1)。自相に通電モードが設定されていると判定された場合(ステップS1においてYESの場合)には、ステップS2に進んで、電流判定部53によって、自相の前に通電モードに設定されていた相(以下、前相という)に順方向に電流が流れているかどうか(電流値が正であるかどうか)を判定する。一方、自相に通電モードが設定されていないと判定された場合(ステップS1においてNOの場合)には、ステップS9に進んで、自相に順方向に電流が流れているかどうかを判定する。
When the flow shown in FIG. 6 starts, the
ステップS2において、前相のコイルに順方向に電流が流れていないと判定された場合(NOの場合)には、自相に対してパターン1の電流制御を行う(ステップS3)。このパターン1の電流制御では、モード選択部51によって、自相に対して、供給モードまたは還流モードが設定される。この供給モード及び還流モードは、スイッチング制御部5に入力される電流指令値及び電流検出部6によって検出される電流値に応じて、設定される。
If it is determined in step S2 that no current is flowing in the forward phase coil in the forward phase (NO),
パターン1の電流制御における各相の供給モードは、図2に示す各相の供給モードと同様であり、パターン1の電流制御における各相の還流モードは、図4に示す各相の還流モードと同様である。
The supply mode of each phase in the current control of
一方、ステップS2において、前相のコイルに順方向に電流が流れていると判定された場合(YESの場合)には、自相に対してパターン2の電流制御を行う(ステップS4)。このパターン2の電流制御では、モード選択部51によって、自相に対して、供給モードまたは還流モードが設定される。この供給モード及び還流モードは、スイッチング制御部5に入力される電流指令値及び電流検出部6によって検出される電流値に応じて、設定される。
On the other hand, in step S2, when it is determined that a current is flowing in the coil of the previous phase in the forward direction (YES), the current control of the
パターン2の電流制御における各相の供給モードは、図2に示す各相の供給モードと同様である。一方、パターン2の電流制御におけるA相及びC相の還流モードは、図4に示す各相の還流モードとは異なり、図7に示すような還流モードとなる。前相のコイルに電流が流れている場合には、直列に接続された各相のコイル11,12,13において隣り合うコイル間で電位差が生じないように、パターン2の電流制御における各相の還流モードを、図4に示す各相の還流モードから変える必要がある。
The supply mode of each phase in the current control of the
具体的には、A相が還流モードに設定された場合には、スイッチング素子SW1,SW3がオン状態になる。C相が還流モードに設定された場合には、スイッチング素子SW6,SW8がオン状態になる。なお、パターン2の電流制御においても、B相の還流モードは、図4に示すB相の還流モードと同様である。
Specifically, when the A phase is set to the reflux mode, the switching elements SW1 and SW3 are turned on. When the C phase is set to the reflux mode, the switching elements SW6 and SW8 are turned on. In the current control of
よって、パターン2の電流制御では、A相が還流モードの場合には上アーム4aのスイッチング素子SW1,SW3が動作し、B相及びC相が還流モードの場合には、下アーム4bのスイッチング素子SW4,SW6,SW8が動作する。
Therefore, in the current control of the
続いて、ステップS5では、モード判定部52によって、次に通電モードになる相(以下、次相という)が通電モードに設定されたかどうかを判定する。次相が通電モードに設定されたと判定された場合(YESの場合)には、モード選択部51によって、自相を還流モードに設定する(ステップS6)。すなわち、このステップS6は、自相の通電モードにおける供給状態(第1供給状態)から、次相の通電モードにおける供給状態(第2供給状態)に切り替える。
Subsequently, in step S5, the
前記還流モードは、図4に示す各相の還流モードと同様である。図1に示す各相の供給モードから還流モードに切り替える際には、A相では、供給モードでオン状態のスイッチング素子SW2をオン状態のままにしつつ、スイッチング素子SW3の代わりにスイッチング素子SW4を動作させる。また、B相では、供給モードでオン状態のスイッチング素子SW4をオン状態のままにしつつ、スイッチング素子SW5の代わりにスイッチング素子SW6を動作させる。さらに、C相では、供給モードでオン状態のスイッチング素子SW7をオン状態のままにしつつ、スイッチング素子SW6の代わりにスイッチング素子SW5を動作させる。 The reflux mode is the same as the reflux mode of each phase shown in FIG. When switching from the supply mode of each phase shown in FIG. 1 to the reflux mode, in the A phase, the switching element SW4 is operated instead of the switching element SW3 while keeping the switching element SW2 in the ON state in the supply mode in the ON state. Let me. Further, in the B phase, the switching element SW6 is operated instead of the switching element SW5 while keeping the switching element SW4 in the ON state in the supply mode in the ON state. Further, in the C phase, the switching element SW5 is operated instead of the switching element SW6 while keeping the switching element SW7 in the ON state in the supply mode in the ON state.
一方、次相が通電モードに設定されていないと判定された場合(NOの場合)には、ステップS1に戻って、自相が通電モードに設定されているかどうかの判定を再び行う。 On the other hand, when it is determined that the next phase is not set to the energization mode (NO), the process returns to step S1 and the determination of whether or not the own phase is set to the energization mode is performed again.
自相を還流モードに設定した後に進むステップS7では、モード判定部52によって、自相が通電モードに設定されているかどうかの判定を行う。自相が通電モードに設定されていると判定された場合(YESの場合)には、ステップS6に戻って、自相の還流モードの設定を継続する一方、自相が通電モードに設定されていないと判定された場合(NOの場合)には、ステップS8に進んで、モード選択部51によって、自相を回生モードに設定する。この回生モードは、図3に示す各相の回生モードと同様である。
In step S7, which proceeds after the self-phase is set to the reflux mode, the
ステップS8で自相を回生モードに設定した後に進むステップS9では、電流判定部53によって、自相のコイルに順方向に電流が流れているかどうか(電流値が正であるかどうか)を判定する。自相のコイルに順方向に電流が流れていると判定された場合(YESの場合)には、ステップS8に戻って、自相の回生モードの設定を継続する一方、自相のコイルに順方向に電流が流れていないと判定された場合(NOの場合)には、自相のコイルに電流を流すために用いるスイッチング素子を全てオフ状態にする。
In step S9, which proceeds after setting the own phase to the regenerative mode in step S8, the
その後、スイッチトリラクタンスモータ2が動作モードを終了したかどうかを判定する(ステップS11)。スイッチトリラクタンスモータ2が動作モードを終了したと判定された場合(YESの場合)には、このフローを終了する(エンド)。一方、スイッチトリラクタンスモータ2が動作モードを終了していないと判定された場合(NOの場合)には、ステップS1に戻って、自相が通電モードかどうかの判定を再び行う。
After that, it is determined whether or not the switched
なお、ステップS5が、供給状態検出工程に対応し、ステップS6が還流工程に対応する。 Step S5 corresponds to the supply state detection step, and step S6 corresponds to the recirculation step.
上述のフローに応じて各相の動作モードを設定した場合の一例を図8に示す。この図8には、各相のコイル11,12,13に対する動作モードに応じたスイッチング素子のスイッチング動作も示す。
FIG. 8 shows an example in which the operation mode of each phase is set according to the above flow. FIG. 8 also shows the switching operation of the switching element according to the operation mode for the
図8に示す動作モードにおいて、“共”は供給モードを意味し、“回”は回生モードを意味し、“還”は還流モードを意味する。また、図8におけるスイッチング素子SW1〜SW8のスイッチング動作において、白抜き部分はA相に対応するスイッチング動作であり、斜線部分はB相に対応するスイッチング動作であり、網掛け部分はC相に対応するスイッチング動作である。なお、スイッチング素子のスイッチング動作において太字で囲んだ部分は、自相でスイッチング素子のオン状態と次相で動作させるスイッチング素子のオン状態とが重なっている場合を示す。 In the operation mode shown in FIG. 8, “common” means a supply mode, “times” means a regeneration mode, and “return” means a reflux mode. Further, in the switching operation of the switching elements SW1 to SW8 in FIG. 8, the white portion corresponds to the A phase, the shaded portion corresponds to the B phase, and the shaded portion corresponds to the C phase. It is a switching operation to be performed. In the switching operation of the switching element, the portion surrounded by bold indicates the case where the ON state of the switching element operated in the own phase and the ON state of the switching element operated in the next phase overlap.
図8に示すように、自相が通電モード(供給モード)の際に、次相が通電モード(供給モード)になった場合、自相は還流モードに切り替えられる。その後、自相は回生モードに切り替えられる。 As shown in FIG. 8, when the own phase is in the energization mode (supply mode) and the next phase is in the energization mode (supply mode), the own phase is switched to the reflux mode. After that, the self-phase is switched to the regenerative mode.
このように、自相が通電モード(供給モード)の際に、次相が通電モード(供給モード)になった場合に、自相は、回生モードではなく、還流モードに切り替えられることにより、自相のコイルに流れる電流が急激に減少することを抑制できる。よって、以下で説明するように、自相を供給モードから回生モードに切り替える場合に比べて、スイッチトリラクタンスモータ2の出力トルクをより大きくすることができる。
In this way, when the self-phase is in the energization mode (supply mode) and the next phase is in the energization mode (supply mode), the self-phase is switched to the reflux mode instead of the regeneration mode. It is possible to suppress a sudden decrease in the current flowing through the phase coil. Therefore, as described below, the output torque of the switched
図9に、一例として、A相の通電モードからB相の通電モードに切り替えた場合に、各相に流れる電流及び各相のコイル11,12のインダクタンスの変化を模式的に示す。なお、図9において、本実施形態の動作モードにおいてA相のコイル11に流れる電流(A相電流)の変化を太実線で示し、本実施形態の動作モードにおいてB相のコイル12に流れる電流(B相電流)の変化を太破線で示す。また、図9において、本実施形態の動作モードにおいてA相のコイル11のインダクタンスの変化を実線で示し、本実施形態の動作モードにおいてB相のコイル12のインダクタンスの変化を破線で示す。なお、図9に、A相を供給モードから回生モードに設定した場合に、A相のコイル11に流れる電流の変化を、一点鎖線で示す。
As an example, FIG. 9 schematically shows changes in the current flowing through each phase and the inductance of the
図9に示すように、A相の通電モードからB相の通電モードに切り替える際に、本実施形態のようにA相を供給モードから還流モードに切り替えることにより、供給モードから回生モードに切り替える場合に比べて、A相のコイル11に多くの電流(A相電流)を流すことができる。すなわち、本実施形態の構成によって、図9に斜線部分で示す領域の電流が増加する。
As shown in FIG. 9, when switching from the A-phase energization mode to the B-phase energization mode, the supply mode is switched to the regeneration mode by switching the A phase from the supply mode to the reflux mode as in the present embodiment. A large amount of current (A-phase current) can be passed through the
しかも、本実施形態のようにA相を供給モードから還流モードに切り替えることにより、A相のコイル11のインダクタンスが正の傾きを有する期間に、上述のようにコイル11により多くの電流(A相電流)を流すことができる。よって、スイッチトリラクタンスモータ2に、従来の構成に比べて大きな正のトルクを生じさせることが可能になる。
Moreover, by switching the A phase from the supply mode to the reflux mode as in the present embodiment, the
図8に示すように、前相のコイルに電流が流れている際(図8の例では、前相が回生モードの場合)に、次相が還流モードの場合には、次相がA相またはC相であれば、次相の還流モードで動作するスイッチング素子は、前相のコイルに電流が流れていない場合に動作するスイッチング素子とは異なる。これにより、B相が還流モード及び回生モードの際に、B相のコイル12とC相のコイル13との間に電位差が生じないようにすることができるとともに、C相が還流モード及び回生モードの際に、C相のコイル13とA相のコイル11との間に電位差が生じないようにすることができる。
As shown in FIG. 8, when a current is flowing through the coil of the previous phase (in the example of FIG. 8, when the previous phase is in the regeneration mode) and the next phase is in the recirculation mode, the next phase is the A phase. Alternatively, in the case of the C phase, the switching element that operates in the return mode of the next phase is different from the switching element that operates when no current flows through the coil of the previous phase. This makes it possible to prevent a potential difference between the B-
以上より、本実施形態の構成によれば、直列に接続された3相のコイル11,12,13を有するスイッチトリラクタンスモータ2と、スイッチング回路4を有するモータ制御装置3とを備えたスイッチトリラクタンスモータユニット1において、直列に接続された一対のスイッチング素子を有するアームの中点が、コイル同士の中点及び端点に1点ずつ接続される。これにより、スイッチング回路4における素子数を、従来の構成に比べて減らすことができる。よって、スイッチトリラクタンスモータユニット1の小型化を図れるとともに、製造コストを低減できる。
Based on the above, according to the configuration of the present embodiment, the switched
しかも、スイッチトリラクタンスモータユニット1において、モータ制御装置3によって、自相が通電モードに設定されている際に、次相が通電モードに設定された場合に、自相を還流モードに設定する。これにより、複数の相で供給モードのタイミングが重なることを防止できるとともに、自相を供給モードから回生モードに変更する場合に比べて、自相のコイルに流れる電流の減少を抑制できる。よって、自相を供給モードから回生モードに変更する場合に比べて、スイッチトリラクタンスモータ2の出力トルクを大きくすることができる。
Moreover, in the switched
また、本実施形態の構成では、一つの相のコイルのみに電流が流れている場合、A相及びB相では、還流モード時に動作するスイッチング素子がスイッチング回路4の下アーム4bのスイッチング素子であり、C相では、還流モード時に動作するスイッチング素子が、スイッチング回路4の上アームのスイッチング素子である。このように、C相のみ、還流モード時に上下アームのうち動作するアームを変えることにより、C相が還流モード時に、A相が通電モードに設定された場合に、動作するC相のスイッチング素子を下アームから上アームに変える必要がない。よって、C相のコイル13に流れる電流が不連続になったり短絡を生じたりすることを防止できる。
Further, in the configuration of the present embodiment, when a current flows through only one phase of the coil, in the A phase and the B phase, the switching element that operates in the reflux mode is the switching element of the
さらに、本実施形態の構成では、前相のコイルに電流が流れている際に、次相が還流モードに設定された場合には、次相がA相またはC相であれば、それらの相の還流モード時に、通常(前相のコイルに電流が流れていない状態)の還流モード時に動作するスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を動作させる。すなわち、次相であるA相またはC相の還流モード時に、スイッチング回路4の上下アームのうち、通常の還流モード時に動作するアームとは異なるアームのスイッチング素子を動作させる。これにより、前相のコイルに電流が流れている際に、次相が還流モードに設定された場合に、直列に接続された各相のコイル11,12,13で電位差が生じることを防止できる。
Further, in the configuration of the present embodiment, when the current is flowing through the coil of the previous phase and the next phase is set to the reflux mode, if the next phase is the A phase or the C phase, those phases. In the recirculation mode of, a switching element different from the switching element that operates in the normal recirculation mode (a state in which no current is flowing through the coil of the previous phase) is operated. That is, in the return mode of the A phase or the C phase, which is the next phase, the switching element of the upper and lower arms of the
(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the embodiment is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.
前記実施形態では、スイッチトリラクタンスモータ2は、3相のコイルを有する。しかしながら、スイッチトリラクタンスモータは、2相のコイルを有していてもよいし、4相以上のコイルを有していてもよい。すなわち、スイッチトリラクタンスモータは、複数の相のコイルを有していてもよい。
In the embodiment, the switched
なお、スイッチトリラクタンスモータが複数の相のコイルを有する場合でも、該複数の相のコイルは直列に接続される。 Even when the switched reluctance motor has a plurality of phase coils, the plurality of phase coils are connected in series.
前記実施形態では、C相の還流モードで動作するスイッチング素子は、スイッチング回路4の上アーム4aのスイッチング素子SW5,SW7である。しかしながら、C相の還流モードで動作するスイッチング素子は、スイッチング回路4の下アーム4bのスイッチング素子であってもよい。この場合には、次相(本実施形態ではA相)が供給モードに切り替えられた際に、C相の還流モードで動作するスイッチング素子を、スイッチング回路4の上アーム4aのスイッチング素子SW5,SW7に切り替える必要がある。
In the above embodiment, the switching elements that operate in the C-phase reflux mode are the switching elements SW5 and SW7 of the
前記実施形態では、C相の還流モードでは、スイッチング回路4の上アーム4aのスイッチング素子SW5,SW7が動作し、A相及びB相の還流モードでは、スイッチング回路4の下アーム4bのスイッチング素子SW2,SW4,SW6が動作している。しかしながら、A相の還流モードにおいて、上下アームのうち、他の相の還流モードで動作するアームとは異なるアームのスイッチング素子が動作するようにしてもよい。例えば、A相、B相及びC相の還流モードにおいて、上下アームのうち、同じアームのスイッチング素子が動作するようにしてもよい。
In the above embodiment, in the C-phase reflux mode, the switching elements SW5 and SW7 of the
なお、前記実施形態におけるスイッチング回路4の電流の流れとは電流の流れが逆方向の場合には、スイッチング回路4におけるスイッチング素子SW1〜SW8のオン状態及びオフ状態は、前記実施形態の場合と逆になる。
When the current flow in the
本発明は、複数の相のコイルが直列に接続されたスイッチトリラクタンスモータを備えたスイッチトリラクタンスモータユニットに利用可能である。 The present invention can be used in a switched reluctance motor unit including a switched reluctance motor in which a plurality of phases of coils are connected in series.
1 スイッチトリラクタンスモータユニット
2 スイッチトリラクタンスモータ
3 モータ制御装置
4 スイッチング回路
4a 上アーム
4b 下アーム
5 スイッチング制御部
6 電流検出部
10 固定子
10a 直列回路
11 A相コイル
12 B相コイル
13 C相コイル
31 直流電源
32 キャパシタ
41 第1アーム
42 第2アーム
43 第3アーム
44 第4アーム
51 モード選択部
52 モード判定部
53 電流判定部
54 制御信号生成部
SW1〜SW8 スイッチング素子
1 Switch
Claims (4)
前記複数の相のコイルに対して電流を供給することにより、前記スイッチトリラクタンスモータの駆動を制御するモータ制御装置と、
を備え、
前記モータ制御装置は、
一対のスイッチング素子が直列に接続されることによって構成されたスイッチングアームが並列に複数接続されたスイッチング回路と、
前記スイッチング素子の駆動を制御するスイッチング制御部と、
を有し、
前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子の中点は、前記複数の相のコイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記複数の相のコイル同士の中点に対し、1点ずつ接続されていて、
前記一対のスイッチング素子は、それぞれ、前記スイッチングアームにおける上アーム及び下アームを構成し、
前記スイッチング制御部は、
前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに高電位側から低電位側に電流が流れる供給状態になるように、前記上アーム及び前記下アームの各スイッチング素子をオン状態にするとともに、
前記供給状態の後に、前記供給状態で前記一つの相のコイルに対して電流が流れた方向に電流が流れ続ける還流状態になるように、前記上アーム及び前記下アームの一方のみのスイッチング素子をオン状態にし、
前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子を駆動させることにより、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第1供給状態から、他の相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第2供給状態に切り替えるとともに、該第2供給状態に切り替えた際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する前記還流状態になるように、スイッチング素子を駆動させる、スイッチトリラクタンスモータユニット。 A switched reluctance motor with multiple phase coils connected in series,
A motor control device that controls the drive of the switched reluctance motor by supplying an electric current to the coils of the plurality of phases.
With
The motor control device is
A switching circuit in which a plurality of switching arms configured by connecting a pair of switching elements in series are connected in parallel, and a switching circuit.
A switching control unit that controls the drive of the switching element,
Have,
The midpoint of the pair of switching elements in the plurality of switching arms is both ends of a series circuit formed by connecting the coils of the plurality of phases in series, and the coils of the plurality of phases in the series circuit. One point is connected to each other's midpoint,
The pair of switching elements form an upper arm and a lower arm of the switching arm, respectively.
The switching control unit
The switching elements of the upper arm and the lower arm are turned on so that the current flows from the high potential side to the low potential side in the coil of one of the plurality of phases.
After the supply state, the switching element of only one of the upper arm and the lower arm is placed so as to be in a reflux state in which the current continues to flow in the direction in which the current flows to the coil of the one phase in the supply state. Turn it on and
By driving the pair of switching elements in the plurality of switching arms, a current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coil of one of the coils of the plurality of phases from the first supply state. When switching to the second supply state in which the current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coils of the other phases and switching to the second supply state, the current returns to the coils of the one phase. A switch trilatance motor unit that drives a switching element so as to be in the recirculation state .
前記スイッチング制御部は、前記第1供給状態から前記第2供給状態に切り替えた際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する前記還流状態になるように、前記上アーム及び前記下アームのうち、前記第1供給状態の際にオン状態であるスイッチング素子と同じアームのスイッチング素子をオン状態にする、スイッチトリラクタンスモータユニット。 In the switched reluctance motor unit according to claim 1.
The switching control unit has the upper arm and the lower arm so that when the first supply state is switched to the second supply state, the current flows back to the coil of the one phase. A switched reluctance motor unit that turns on a switching element of the same arm as the switching element that is turned on in the first supply state.
前記スイッチング制御部は、
前記複数の相のコイルのうち少なくとも一つの相のコイルに対して前記還流状態で電流を還流させる際に、前記上アーム及び前記下アームのうち、他の相のコイルに対して還流状態で電流を還流させる際にスイッチング素子をオン状態にするアームとは別のアームのスイッチング素子をオン状態にする、スイッチトリラクタンスモータユニット。 In the switched reluctance motor unit according to claim 1 or 2.
The switching control unit
When the current is recirculated to the coil of at least one phase of the plurality of phases in the recirculated state, the current is recirculated to the coil of the other phase of the upper arm and the lower arm. A switched reluctance motor unit that turns on the switching element of an arm other than the arm that turns on the switching element when the current is returned.
一対のスイッチング素子が直列に接続されることによって構成されたスイッチングアームが並列に複数接続され、且つ、前記一対のスイッチング素子の中点が、前記複数の相の
コイルが直列に接続されることによって構成される直列回路の両端、及び、前記直列回路における前記複数の相のコイル同士の中点に対し、1点ずつ接続されたスイッチング回路と、
を備えたスイッチトリラクタンスモータユニットの制御方法であって、
前記複数のスイッチングアームにおける前記一対のスイッチング素子を駆動させることによって、前記複数の相のコイルのうち一つの相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第1供給状態において、他の相のコイルに対して高電位側から低電位側に電流を流す第2供給状態を検出する供給状態検出工程と、
前記第2供給状態を検出した際に、前記一つの相のコイルに対して電流が還流する還流状態になるように、前記複数のスイッチングアームにおいて前記一対のスイッチング素子によってそれぞれ構成される上アーム及び下アームのうち、前記第1供給状態の際にオン状態であるスイッチング素子と同じアームのスイッチング素子をオン状態にする還流工程と、を有する、スイッチトリラクタンスモータユニットの制御方法。 A switched reluctance motor with multiple phase coils connected in series,
A plurality of switching arms configured by connecting a pair of switching elements in series are connected in parallel, and the midpoint of the pair of switching elements is connected in series by the coils of the plurality of phases. A switching circuit connected to both ends of the series circuit and the midpoints of the coils of the plurality of phases in the series circuit one by one.
It is a control method of the switched reluctance motor unit equipped with
In the first supply state in which a current flows from the high potential side to the low potential side with respect to the coil of one phase of the coils of the plurality of phases by driving the pair of switching elements in the plurality of switching arms. A supply state detection step for detecting a second supply state in which a current flows from a high potential side to a low potential side with respect to coils of other phases, and a supply state detection step.
When the second supply state is detected, the upper arm and the upper arm each of the pair of switching elements are formed in the plurality of switching arms so that the current flows back to the coil of the one phase. A method for controlling a switchd reluctance motor unit, comprising a reflux step of turning on a switching element of the same arm as the switching element which is turned on in the first supply state among the lower arms.
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