(57)【要約】【課題】２相三線式の回転電機を制御する２相回転電機制御装置であって、各相に流れる電流の向きを切り替える際に、貫通電流の発生を防止し、且つ回転電機のトルクが発生しなくなることを抑制する回転電機制御システムを提供する。【解決手段】２つのコイルを備える２相三線式の回転電機を制御する２相回転電機制御装置であって、前記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切替制御を実行可能である。【選択図】図１
2020022364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ回路のスイッチング素子のオンオフ作動を制御することにより、回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置が知られている。例えば回転電機制御装置では、スイッチング素子のオンオフ作動を指令するための指令信号を制御部で生成し、当該指令信号に基づき、スイッチング素子のゲート信号をゲートドライバ回路で生成している。ゲートドライバ回路で生成されたゲート信号がスイッチング素子のゲートに出力されると、ゲート信号に基づいてスイッチング素子がオンオフ作動し、回転電機が回転駆動する。
【０００３】
例えば、２相の回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置であって、２相三線式で電力を供給する回転電機制御装置がある。図９は、従来の２相の回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置１２０を備えた２相回転電機用制御システム１００の概略構成図である。２相回転電機用制御システム１００は、電源装置１１０、回転電機制御装置１２０、インバータ回路１３０及び２相（Ａ相及びＢ相）の回転電機１４０を備える。回転電機制御装置１２０は、スイッチング素子Ｑ１００〜Ｑ６００のオンオフを制御し、Ａ相又はＢ相に流れている電流の向きを切り替えることで、回転電機１４０を回転駆動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４８４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の回転電機制御装置は、Ａ相又はＢ相に流れている電流の向きを切り替えると、貫通電流２００が発生してしまい、スイッチング素子Ｑ２００、Ｑ５００が破損する場合がある。また、Ａ相又はＢ相に流れる電流の向きを切り替える場合に、切り替えた相のコイルに逆起電力が発生する。したがって、電源装置１１０から供給される電流がＡ相コイル及びＢ相コイルに流れない期間が発生する。これにより、回転電機１４０を回転させるトルクが発生しない期間が存在し、インバータ回路１３０の効率が低下する問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、２相三線式の回転電機を制御する２相回転電機制御装置であって、各相に流れる電流の向きを切り替える際に、貫通電流の発生を防止し、且つ回転電機のトルクが発生しなくなることを抑制する回転電機制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、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である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上述の回転電機制御システムであって、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。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、２相三線式の回転電機を制御する２相回転電機制御装置であって、各相に流れる電流の向きを切り替える際に、貫通電流の発生を防止し、且つ回転電機のトルクが発生しなくなることを抑制する２相回転電機制御装置及び２相回転電機用制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】第１の実施形態における２相回転電機３０の概略構成の一例を示す図である。
【図３Ａ】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について説明する図である。
【図３Ｂ】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について説明する図である。
【図３Ｃ】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について説明する図である。
【図３Ｄ】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について説明する図である。
【図３Ｅ】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について説明する図である。
【図３Ｆ】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について説明する図である。
【図３Ｇ】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について説明する図である。
【図３Ｈ】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について説明する図である。
【図４】第１の実施形態における２相回転電機制御装置４０が各通電パターン＃１〜＃８の切り換えタイミングの一例を示す図である。
【図５】第１の実施形態における変形例の２相回転電機制御装置４０が行う通電パターンの切り換えタイミングの一例を示す図である。
【図６】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７Ａ】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＃１について説明する図である。
【図７Ｂ】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´について説明する図である。
【図７Ｃ】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＃３について説明する図である。
【図７Ｄ】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´について説明する図である。
【図７Ｅ】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＃５について説明する図である。
【図７Ｆ】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´について説明する図である。
【図７Ｇ】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＃７について説明する図である。
【図７Ｈ】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´について説明する図である。
【図８】複数のコイルが並列及び直列に接続されたコイル群としてそれぞれ構成されている構成概略図である。
【図９】従来の２相の回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置１２０を備えた２相回転電機用制御システム１００の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００１２】
実施形態における２相回転電機制御装置は、２つのコイルを備える２相三線式の回転電機を制御する２相回転電機制御装置であって、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励磁電流の向きを切り替える前に、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切替制御を実行可能である。
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。
【００１３】
（第１の実施形態）
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。
【００１４】
図２は、第１の実施形態における２相回転電機３０の概略構成の一例を示す図である。  ２相回転電機３０は、例えば、自動二輪車に搭載されるアウタロータ型の回転電機である。２相回転電機３０は、エンジンのクランクシャフト（不図示）と同期回転する有底筒状のロータ（フライホイール）３１と、不図示のエンジンブロックに固定されるステータ３２とを備える。
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。
【００１５】
ロータ３１の周壁３１ｃには、内周面側に複数個の瓦状のロータマグネット３３が周方向に沿って磁極が順番となるように配置されている。例えば、ロータマグネット３３は、フェライト磁石である。一方、ステータ３２は、径方向外側に向かって突出する複数個のティース３４を備える。
【００１６】
ティース３４は、断面略Ｔ字状に形成されている。複数のティース３４は、それぞれ周方向に等間隔に配置されている。ティース３４は、巻胴部３６及び先端部３７を備える。  巻胴部３６は、径方向に沿って延びるように形成されている。
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。
【００１７】
以下に、２相回転電機３０に磁極の数（ロータマグネット３３の数）Ｐとティース３４の数について説明する。２相回転電機３０は、電源装置１０から供給される電流が電機子コイル３９に供給されると、ティース３４に磁束が発生し、この磁束とロータ３１のロータマグネット３３との間に、磁気的な吸引力や反発力が発生し、ロータ３１が回転する。しかしながら、セグメント型のロータマグネット３３を用いる場合、各ロータマグネット３３間に空隙が形成されるので、ロータマグネット３３の周方向両端を境にして磁束の変化が大きくなる。このため、各ティース３４がロータマグネット３３の両端を通過する際、各ティース３４に対する磁気的な吸引力や反発力が大きく変化してコギングトルクが大きくなる。したがって、以下に示す式（１）を満たすように、磁極の数Ｐ及びティース３４の数Ｓを設定することにより、低コギングトルクである２相回転電機３０となる。
【００１８】
【数１】
2020022364.tif 000003
【００１９】
なお、ｎは自然数である。ただし、ｎ≦２の場合には、コギングトルクの低減に対する寄与は小さい。また、磁極の数Ｐ及びティース３４の数Ｓが整数倍でも、式（１）が成り立つ。
【００２０】
以下に、磁極の数Ｐ及びティース３４の数Ｓが式（１）を満たすことで、２相回転電機３０が低コギングトルクとなることを説明する。
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。
【００２１】
【数２】
2020022364.tif 000004
【００２２】
また、ステータ３２における隣り合うティース３４の間の角度（機械角）θ２は、以下の式（３）で表される。
【００２３】
【数３】
2020022364.tif 000005
【００２４】
式（２）及び式（３）より、ロータマグネット３３とティース３４との位相差（電気角）αは、以下の式（４）で表される。
【００２５】
【数４】
2020022364.tif 000006
【００２６】
ここで、１個目のティース３４の中心がロータマグネット３３の中心と一致しているときを角度０°とし、逆起電圧の振幅を１とすると、合成逆起電力Ｅは、以下の式（５）で表される。
【００２７】
【数５】
2020022364.tif 000007
【００２８】
式（５）に示すように、位相差｜α｜が大きくなると逆起電圧の打ち消し合う区間が長くなり、合成逆起電圧Ｅが低くなる。一方、位相差｜α｜が小さくなると逆起電圧の打ち消し合う区間が短くなり、合成逆起電圧Ｅが高くなる。すなわち、位相差αが０に近い方が２相回転電機３０の効率がよい。ここで、位相差αは式（４）で表されるため、（磁極の数Ｐ）／（ティース３４の数Ｓ）の値が１に近い値となるのが理想となる。しかしながら、磁極の数Ｐとティース３４の数Ｓとが同じ値（Ｐ＝Ｓ）では、２相回転電機としての構造が成り立たない。２相回転電機としての構造が成り立つには、ティース３４の数Ｓが４の倍数であり、磁極の数Ｐが２の倍数であることが必須である。したがって、２相回転電機３０が式（１）を満たすことで、低コギングトルクとなり、効率のよい二相の回転電機の構成となる。第１の実施形態では、磁極の数Ｐが１４であり、ティース３４の数Ｓが１２である。
【００２９】
図１に戻り、インバータ回路２０は、電源装置１０から供給される直流電力を交流電力に変換して２相回転電機３０に印加する。インバータ回路２０は、６つのスイッチング素子２１１〜２１６を備える。インバータ回路２０は、２相回転電機制御装置４０から供給される駆動信号に基づいて、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを切り替えて直流電力を交流電力に変換する。
【００３０】
直列に接続されたスイッチング素子２１１、２１４と、直列に接続されたスイッチング素子２１２、２１５と、直列に接続されたスイッチング素子２１３、２１６とは、電源装置１０の高電位側と接地電位との間に並列に接続されている。また、スイッチング素子２１１とスイッチング素子２１４との接続点には、Ａ相コイル３０ａの一端が接続されている。スイッチング素子２１３とスイッチング素子２１６との接続点には、Ｂ相コイル３０ｂの一端が接続されている。スイッチング素子２１２とスイッチング素子２１５との接続点には、Ａ相コイル３０ａの他端とＢ相コイル３０ｂの他端とが接続されている。例えば、スイッチング素子２１１〜２１６は、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔｉｖｅＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。各スイッチング素子２１１〜２１６は、還流ダイオードと並列に接続された構成を備えていてもよい。
【００３１】
２相回転電機制御装置４０は、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御することで、Ａ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂに通電する通電パターンを切り替える。すなわち、２相回転電機制御装置４０は、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御することで、Ａ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂのそれぞれに対して流れる電流の向きを制御する。言い換えれば、２相回転電機制御装置４０は、予め設定された複数の通電パターンを順次用いて、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを切り替えるようにスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御する。これにより、２相回転電機制御装置４０は、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂの磁束の向きを切り替えることで、ロータマグネット３３とティース３４との間に吸引力又は反発力を発生させ、ロータ３１を回転させる。ただし、２相回転電機制御装置４０は、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを切り替えるタイミングの際に、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。すなわち、２相回転電機制御装置４０は、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを切り替えるタイミングの際に、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形成するように、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御する。これにより、電流の向きが切り換わることにより発生する電機子コイル３９の自己誘導の影響を受けにくくすることができる。すなわち、自己誘導の影響とは、電機子コイル３９の自己誘導による逆起電力が発生し、その逆起電力が電機子コイル３９に励磁電流が流れることを妨げることである。これの自己誘導の影響より、電機子コイル３９が磁化することができず、ロータマグネット３３とティース３４との間に吸引力又は反発力を発生させることができない。そのため、ロータ３１を回転させるトルクを発生させることができない。２相回転電機制御装置４０は、電機子コイル３９に流れる電流の向きを切り替えるタイミングの際に、電流の向きが切り換わる電機子コイル３９に還流させる閉ループを形成することで自己誘導の影響を低減し、励磁電流が流れる経路を確保することができる。したがって、２相回転電機制御装置４０は、電機子コイル３９に流れる電流の向きを切り替えるタイミングの際に、電機子コイル３９が磁化されないことを防ぎ、ロータ３１を回転させることができる。
【００３２】
第１の実施形態における２相回転電機制御装置４０の通電パターンは、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとを交互に逆励磁させる４つの通電パターン（通電パターン＃１、＃３、＃５、＃７）と、逆励磁する電機子コイル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、逆励磁する前に形成する通電パターン（通電パターン＃２、＃４、＃６、＃８）を備える。例えば、Ａ相コイル３０ａに流れている電流の向きを切り替える場合、すなわちＡ相コイル３０ａを逆励磁する場合には、２相回転電機制御装置４０は、Ａ相コイル３０ａに流れている電流をＡ相コイル３０ａに還流させる閉ループを形成するようにスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御する。閉ループを形成してから一定時間経過後に、２相回転電機制御装置４０は、上記閉ループを開放しＡ相コイル３０ａを逆励磁する。
【００３３】
例えば、２相回転電機制御装置４０は、ロータ３１の回転角度に基づいて上記通電パターンを切り替える。ロータ３１の回転角度を検出する方法は、特に限定されないが、例えば、ホールＩＣを備えた磁気式のロータリエンコーダを用いてロータ３１の回転角度を検出する。この場合、ロータマグネット３３に対向する位置に近傍するように第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣが配置されている。第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣは、互いに所定の位相差（例えば、位相差９０°）を有して配置されている。したがって、ロータ３１が回転し、ロータマグネット３３が第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣの前を通過することで検出した磁束密度の変化を電気信号として互いに位相が異なる２相（Ａ相及びＢ相）のパルス信号を生成し、２相回転電機制御装置４０に出力する。これにより、２相回転電機制御装置４０は、第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣから供給されるパルス信号に基づいてロータ３１の回転角度を検出する。第１の実施形態では、第１ホールＩＣから供給されるパルス信号をＨ１とし、第２ホールＩＣから供給されるパルス信号をＨ２とする。
【００３４】
２相回転電機制御装置４０は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、２相回転電機制御装置４０の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００３５】
以下に、第１の実施形態における２相回転電機制御装置４０の通電パターンについて説明する。
【００３６】
図３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〜＃８について説明する図である。図３Ａ〜図３Ｈには、通電パターン＃１〜＃８のそれぞれにおけるＡ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとに流れる電流の流れを示す。なお、破線で示したスイッチング素子２１１〜２１６はオフ状態であることを示し、実線で示したスイッチング素子２１１〜２１６はオン状態であることを示す。また、矢印はＡ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂにおける電流の流れる方向を示す。通電パターン＃１〜＃８は、２相回転電機３０を駆動可能なパターンになっている。なお、２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の順に通電パターンを切り替えることを繰り返すことで、２相回転電機３０を回転駆動する。なお、２相回転電機３０の始動時において、２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃１〜＃８の通電パターンの中で、任意の通電パターンを用いてスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御してもよい。すなわち、第１の実施形態の２相回転電機制御装置４０は、切り替える通電パターンの順番に特徴があるのであって、２相回転電機３０の始動時における通電パターンには特に限定されない。
【００３７】
（通電パターン＃１）
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。
【００３８】
（通電パターン＃２）
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。
【００３９】
（通電パターン＃３）
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。
【００４０】
このように、通電パターン＃１から通電パターン＃３に通電パターンを切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流の向きを逆転させＡ相コイル３０ａを逆励磁するのではなく、通電パターン＃１から通電パターン＃２に切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃３に切り替える。これにより、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、Ａ相コイル３０ａの自己誘導による影響を低減することができるため、Ｂ相コイル３０ｂに十分な励磁電流を流すことができる。したがって、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、２相回転電機３０を回転駆動させるトルクを発生させることができるため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００４１】
（通電パターン＃４）
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。
【００４２】
（通電パターン＃５）
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。
【００４３】
このように、通電パターン＃３から通電パターン＃５に通電パターンを切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを逆転させＢ相コイル３０ｂを逆励磁するのではなく、通電パターン＃３から通電パターン＃４に切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃５に切り替える。これにより、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、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ため、Ａ相コイル３０ａに十分な励磁電流を流すことができる。したがって、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、２相回転電機３０を回転駆動させるトルクを発生させることができるため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００４４】
（通電パターン＃６）
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。
【００４５】
（通電パターン＃７）
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。
【００４６】
このように、通電パターン＃５から通電パターン＃７に通電パターンを切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流の向きを逆転させＡ相コイル３０ａを逆励磁するのではなく、通電パターン＃５から通電パターン＃６に切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃７に切り替える。これにより、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、Ａ相コイル３０ａの自己誘導による影響を低減することができるため、Ｂ相コイル３０ｂに十分な励磁電流を流すことができる。したがって、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、２相回転電機３０を回転駆動させるトルクを発生させることができるため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００４７】
（通電パターン＃８）
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。
【００４８】
このように、通電パターン＃７から通電パターン＃１に通電パターンを切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを逆転させＢ相コイル３０ｂを逆励磁するのではなく、通電パターン＃７から通電パターン＃８に切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃１に切り替える。これにより、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、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ため、Ａ相コイル３０ａに十分な励磁電流を流すことができる。したがって、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、２相回転電機３０を回転駆動させるトルクを発生させることができるため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００４９】
図４は、第１の実施形態における２相回転電機制御装置４０が各通電パターン＃１〜＃８の切り換えタイミングの一例を示す図である。図４において、各スイッチング素子２１１〜２１６に対応する信号がＨレベルである場合にはスイッチング素子がオン状態であることを示し、Ｌレベルである場合にはスイッチング素子がオフ状態であることを示す。なお、図４は、進角が０°のときの各通電パターン＃１〜＃８の切り換えタイミングの一例である。
【００５０】
図４に示すように、２相回転電機制御装置４０は、パルス信号Ｈ１とパルス信号Ｈ２とに基づいてロータ３１の回転角を検出する。そして、２相回転電機制御装置４０は、ロータ３１の回転角４５°毎に通電パターン＃１〜＃８を順に切り替える。
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。
【００５１】
上述したように、第１の実施形態における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励磁電流の向きを切り替える前に、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切替制御を実行可能である。これにより、Ａ相又はＢ相（のコイル）に流れる電流の向きを切り替える際に、貫通電流の発生を防止し、且つ回転電機のトルクが発生しなくなることを抑制することができる。
【００５２】
以下に、第１の実施形態における２相回転電機制御装置４０の変形例について説明する。図５は、第１の実施形態における変形例の２相回転電機制御装置４０が行う通電パターンの切り換えタイミングの一例を示す図である。
【００５３】
本変形例の２相回転電機制御装置４０は、第１の実施形態における通電パターン＃１〜＃８の中で、通電パターン＃４及び通電パターン＃８を省略した通電パターンを備える。すなわち、本変形例の２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃１、＃２、＃３、＃５、＃６、＃７の順に通電パターンを切り替えることを繰り返すことで、２相回転電機３０を回転駆動する。これにより、本変形例の２相回転電機制御装置４０は、第１の実施形態と比べて通電パターンが少ないため、スイッチング素子２１１〜２１６に対する制御の簡略化が可能となる。例えば、２相回転電機制御装置４０は、上記第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣのそれぞれから供給されたパルス信号Ｈ１及びパルス信号Ｈ２の立上がり又は立下りタイミングに基づいて、スイッチング素子２１１〜２１６のオン状態とオフ状態とを制御する。その際、図５に示すように、２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃１、＃３、＃５、＃７では、パルス信号Ｈ１及びパルス信号Ｈ２の立上がり又は立下りのタイミングでスイッチング素子２１１〜２１６をオン状態又はオフ状態を制御できるが、通電パターン＃２、＃４、＃６、＃８ではパルス信号Ｈ１及びパルス信号Ｈ２の立上がり又は立下りのタイミングでスイッチング素子２１１〜２１６をオン状態又はオフ状態を制御することができない。したがって、２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃１から通電パターン＃２に切り替える場合には、パルス信号Ｈ１の立ち上がりのタイミングから一定時間カウントした後に通電パターン＃２に切り替える。すなわち、２相回転電機制御装置４０は、通電パターン＃２、＃４、＃６、＃８を実施する場合には、時間をカウントする処理（以下、「計時処理」という。）が必要となる。したがって、通電パターン＃４、＃８を省略することで、第１の実施形態と比較して２相回転電機制御装置４０の計時処理を削減することができる。
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。
【００５４】
通電パターン＃４を経由せずに通電パターン＃３から通電パターン＃５に通電パターンを切り替える場合には、Ｂ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させる閉ループが形成されないため、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ない。同様に、通電パターン＃７から通電パターン＃１に通電パターンを切り替える際に、Ｂ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させる閉ループが形成されないため、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ない。すなわち、２相回転電機３０を回転駆動させるトルクが発生しない期間が存在する。
【００５５】
しかしながら、通電パターン＃３の場合、スイッチング素子２１２〜２１５がオフ状態であるため、電源装置１０から供給される電流は、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路を通る。通電パターン＃７の場合、スイッチング素子２１１、２１２、２１５、２１６がオフ状態であるため、電源装置１０から供給される電流（励磁電流）は、通電パターン＃３と同様にＡ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路を通る。Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路の電気抵抗は、Ａ相コイル３０ａの抵抗値ＲａとＢ相コイル３０ｂの抵抗値Ｒｂとを加算した抵抗値（Ｒａ＋Ｒｂ）となる。なお、以下に示す実施形態では、便宜上、抵抗値Ｒａと抵抗値Ｒｂとが同じ抵抗値Ｒｃである場合を説明する。すなわち、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとのインダクタンスが同じであると仮定する。したがって、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路の電気抵抗は２Ｒｃとなる。一方、通電パターン＃１や通電パターン＃５では、電源装置１０から供給される電流が通る経路は、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとのうちいずれかの電機子コイル３９を通る経路である。すなわち、電源装置１０から供給される電流が通る経路は、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路ではなく、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂのみを経由する経路である。すなわち、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂのみを経由する経路の電気抵抗はＲｃとなる。したがって、電源装置１０の電圧が１２Ｖであると仮定した場合、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路では、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとの各々に６Ｖの電圧が印加されていることになる。一方、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂのみを経由する経路では、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに１２Ｖの電圧が印加されていることになる。すなわち、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとが直列に接続された経路を構成する通電パターン＃３、＃７は、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂのみを経由する経路を備える＃１、＃５と比較して、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに流れる電流が小さいことになる。
【００５６】
一般的に、励磁コイルに蓄えられるエネルギーは、当該励磁コイルに流れる電流の二乗とインダクタンスとの積に比例する。したがって、励磁コイルに流れる電流が大きくなるにしたがって逆起電力が高くなる。これにより、通電パターン＃３、＃７よりも通電パターン＃１、＃５の方がＡ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂに蓄えられるエネルギーが大きいことになる。すなわち、通電パターン＃３、＃７からＢ相コイル３０ｂを逆励磁する（通電パターン＃３→＃５、＃７→＃１）ことで発生する逆起電力は、通電パターン＃１、＃５からＡ相コイル３０ａを逆励磁する（通電パターン＃１→＃３、＃５→＃７）ことで発生する逆起電力より小さい。したがって、逆励磁により２相回転電機３０のトルクが発生しない期間（以下、「トルク未発生期間」という。）は、通電パターン＃３→＃５、＃７→＃１よりも通電パターン＃１→＃３、＃５→＃７の方が短い。これにより、通電パターン＃３→＃５、＃７→＃１のトルク未発生期間が許容できるのではあれば、トルク未発生期間が長い逆励磁の期間（通電パターン＃１→＃３、＃５→＃７）においては、それぞれ閉ループを形成する通電パターン＃２と通電パターン＃６とを用いてから逆励磁を行い、通電パターン＃４及び通電パターン＃８を省略することができる。
【００５７】
したがって、上述の変形例によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、スイッチング素子２１１〜２１６に対する制御の簡略化が可能となる。
【００５８】
（第２の実施形態）
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。
【００５９】
２相回転電機制御装置４０Ａは、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御することで、Ａ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂに通電する通電パターンを切り替える。すなわち、２相回転電機制御装置４０Ａは、スイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御することで、Ａ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂのそれぞれに対して流れる電流の向きを制御する。言い換えれば、２相回転電機制御装置４０Ａは、予め設定された複数の通電パターンを順次用いて、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを切り替えるようにスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御する。これにより、２相回転電機制御装置４０Ａは、Ａ相コイル３０ａ又はＢ相コイル３０ｂの磁束の向きを切り替えることで、ロータマグネット３３とティース３４との間に吸引力又は反発力を発生させ、ロータ３１を回転させる。
【００６０】
第２の実施形態における２相回転電機制御装置４０Ａの通電パターンは、Ａ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとを交互に逆励磁させる４つの通電パターン（通電パターン＃１、＃３、＃５、＃７）と、逆励磁する電機子コイル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、逆励磁する前に形成する通電パターン（通電パターン＃２´、＃４´、＃６´、＃８´）を備える。例えば、Ａ相コイル３０ａに流れている電流の向きを切り替える場合、すなわちＡ相コイル３０ａを逆励磁する場合には、２相回転電機制御装置４０Ａは、Ａ相コイル３０ａに流れている電流をＡ相コイル３０ａに還流させる閉ループを形成するようにスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御する。閉ループを形成してから一定時間経過後に、２相回転電機制御装置４０Ａは、上記閉ループを開放しＡ相コイル３０ａを逆励磁する。なお、２相回転電機制御装置４０Ａは、第１ホールＩＣ及び第２ホールＩＣから供給されるパルス信号Ｈ１、Ｈ２の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとに基づいて、上記通電パターンの切り換えてもよい。
【００６１】
２相回転電機制御装置４０Ａは、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、２相回転電機制御装置４０の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００６２】
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の通電パターンについて説明する。
【００６３】
図７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＃１、＃２´、＃３、＃４´、＃５、＃６´、＃７、＃８´（以下、「＃１〜＃８´」とする。）について説明する図である。図７Ａ〜図７Ｈには、通電パターン＃１〜＃８´のそれぞれにおけるＡ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂとに流れる電流の流れを示す。なお、破線で示したスイッチング素子２１１〜２１６はオフ状態であることを示し、実線で示したスイッチング素子２１１〜２１６はオン状態であることを示す。また、矢印はＡ相コイル３０ａとＢ相コイル３０ｂにおける電流の流れる方向を示す。通電パターン＃１〜＃８´は、２相回転電機３０を駆動可能なパターンになっている。なお、２相回転電機制御装置４０Ａは、通電パターン＃１、＃２´、＃３、＃４´、＃５、＃６´、＃７、＃８´の順に通電パターンを切り替えることを繰り返すことで、２相回転電機３０を回転駆動する。なお、２相回転電機３０の始動時において、２相回転電機制御装置４０Ａは、通電パターン＃１〜＃８´の通電パターンの中で、任意の通電パターンを用いてスイッチング素子２１１〜２１６のオンとオフとを制御してもよい。すなわち、第２の実施形態の２相回転電機制御装置４０Ａは、切り替える通電パターンの順番に特徴があるのであって、２相回転電機３０の始動時における通電パターンには特に限定されない。なお、図７Ａは、図３Ａと同様であるため、説明を省略する。図７Ｃは、図３Ｃと同様であるため、説明を省略する。図７Ｅは、図３Ｅと同様であるため、説明を省略する。図７Ｇは、図３Ｇと同様であるため、説明を省略する。
【００６４】
（通電パターン＃２´）
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）。
【００６５】
このように、通電パターン＃１から通電パターン＃３に通電パターンを切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流の向きを逆転させＡ相コイル３０ａを逆励磁するのではなく、通電パターン＃１から通電パターン＃２´に切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃３に切り替える。これにより、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、Ａ相コイル３０ａの自己誘導による影響を低減することができる。
【００６６】
（通電パターン＃４´）
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。
【００６７】
このように、通電パターン＃３から通電パターン＃５に通電パターンを切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを逆転させＢ相コイル３０ｂを逆励磁するのではなく、通電パターン＃３から通電パターン＃４´に切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃５に切り替える。これにより、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、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ため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００６８】
（通電パターン＃６´）
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）。
【００６９】
このように、通電パターン＃５から通電パターン＃７に通電パターンを切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流の向きを逆転させＡ相コイル３０ａを逆励磁するのではなく、通電パターン＃５から通電パターン＃６´に切り替えることでＡ相コイル３０ａに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃７に切り替える。これにより、Ａ相コイル３０ａを逆励磁する際に、Ａ相コイル３０ａの自己誘導による影響を低減することができる。
【００７０】
（通電パターン＃８´）
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。
【００７１】
このように、通電パターン＃７から通電パターン＃１に通電パターンを切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流の向きを逆転させＢ相コイル３０ｂを逆励磁するのではなく、通電パターン＃７から通電パターン＃８´に切り替えることでＢ相コイル３０ｂに流れる電流を還流させ、その後に通電パターン＃１に切り替える。これにより、Ｂ相コイル３０ｂを逆励磁する際に、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ため、効率よく２相回転電機３０を駆動することができる。
【００７２】
なお、本実施形態における２相回転電機制御装置４０Ａ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４０Ａ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７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４０Ａ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。
【００７３】
上述したように、第２の実施形態における２相回転電機制御装置４０Ａ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励磁電流の向きを切り替える前に、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切替制御を実行可能である。これにより、Ａ相又はＢ相（のコイル）に流れる電流の向きを切り替える際に、貫通電流の発生を防止し、且つ自己誘導の影響を低減することができる。
【００７４】
また、上述した実施形態において、２相回転電機制御装置４０、４０Ａは２相三線式で２相回転電機３０を制御する。ただし、２相四線式でも２相回転電機３０を制御することは可能である。しかしながら、２相四線式を用いる場合、インバータ回路において使用するスイッチング素子の数を増加させる必要があり高コストとなる。
【００７５】
また、２相回転電機３０は、３相回転電機（例えば、３相ブレシレスＤＣモータ）と比較して回転角度を検出するためのセンサを削減することができる。すなわち、回転電機として２相回転電機３０を用いることで、３相回転電機を用いる場合と比べて安価な回転電機用制御システムを提供することができる。
【００７６】
また、上述した実施形態において、Ａ相コイル３０ａ及びＢ相コイル３０ｂは、図８に示す通り、複数のコイルが並列及び直列に接続されたコイル群としてそれぞれ構成されていてもよい。
【００７７】
上述した実施形態における２相回転電機制御装置４０、４０Ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００７８】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００７９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００８０】
１  ２相回転電機用制御システム
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
【図１】
2020022364.tif 000008
【図２】
2020022364.tif 000009
【図３Ａ】
2020022364.tif 000010
【図３Ｂ】
2020022364.tif 000011
【図３Ｃ】
2020022364.tif 000012
【図３Ｄ】
2020022364.tif 000013
【図３Ｅ】
2020022364.tif 000014
【図３Ｆ】
2020022364.tif 000015
【図３Ｇ】
2020022364.tif 000016
【図３Ｈ】
2020022364.tif 000017
【図４】
2020022364.tif 000018
【図５】
2020022364.tif 000019
【図６】
2020022364.tif 000020
【図７Ａ】
2020022364.tif 000021
【図７Ｂ】
2020022364.tif 000022
【図７Ｃ】
2020022364.tif 000023
【図７Ｄ】
2020022364.tif 000024
【図７Ｅ】
2020022364.tif 000025
【図７Ｆ】
2020022364.tif 000026
【図７Ｇ】
2020022364.tif 000027
【図７Ｈ】
2020022364.tif 000028
【図８】
2020022364.tif 000029
【図９】
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