(57)【要約】      （修正有）【課題】最小オン時間が設定されていても、巻線電流が電流上限指令値を超過することを防止することができる電流制御方法及び装置を提供する。【解決手段】通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流上限指令値、電流下限指令値に基づき、回転子角度が通電開始角度指令値に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止もしくは負電圧を印加、続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する電流ヒステリシス制御を、回転子角度が通電終了角度指令値に到達するまで実行する制御装置（１、２、８）とを備え、電流ヒステリシス制御実行時に、スイッチング素子の最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える場合、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように、電流下限指令値を下げる。【選択図】図１
2006087229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチト・リラクタンス・モータと、スイッチト・リラクタンス・モータに矩形波電圧を印加するインバータと、通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流上限指令値、電流下限指令値に基づき、回転子角度が通電開始角度指令値に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止もしくは負電圧を印加、続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する電流ヒステリシス制御を、回転子角度が通電終了角度指令値に到達するまで実行するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えたスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法において、電流ヒステリシス制御実行時に、インバータスイッチング素子の最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える場合、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように、電流下限指令値を下げることを特徴とするスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法。
【請求項２】
前記電流下限指令値を下げる際の電流下限指令値の変化量を、巻線インダクタンスと、巻線抵抗と、巻線電圧と、電流上限指令値とをパラメータとする回路方程式から算出することを特徴とする請求項１に記載のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法。
【請求項３】
前記電流下限指令値を下げる際の電流下限指令値の変化量を、回転子角度及び回転速度及び巻線電流をパラメータとする変化量マップから算出することを特徴とする請求項１に記載のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法。
【請求項４】
巻線電流測定値が電流上限指令値を上回った場合、前記変化量マップから算出した変化量を所定量大きな値に更新することを特徴とする請求項３に記載のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法。
【請求項５】
スイッチト・リラクタンス・モータと、スイッチト・リラクタンス・モータに矩形波電圧を印加するインバータと、通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流上限指令値、電流下限指令値に基づき、回転子角度が通電開始角度指令値に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止もしくは負電圧を印加、続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する電流ヒステリシス制御を、回転子角度が通電終了角度指令値に到達するまで実行するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えたスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置において、制御装置が、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流制御方法を実行することを特徴とするスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチト・リラクタンス・モータと、スイッチト・リラクタンス・モータに矩形波電圧を印加するインバータと、電流ヒステリシス制御を実行するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えたスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法については、その一例が非特許文献１に記載されている。このスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法では、回転子角度に対して通電開始角度及び通電終了角度を１相ごとに定めている。このようなスイッチト・リラクタンス・モータ駆動電流波形は、例えば従来の電流制御の一例を記載する図６に示すような矩形波状の電流が各相に流れることとなる（例えば特許文献１の図９を参照）。
【非特許文献１】”Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  Ｍｏｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ” （Ｔ．Ｊ．Ｅ．ＭＩＬＬＥＲ、ＭＡＧＮＡ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ  ＯＸＦＯＲＤ  ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＵＢＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）ｐ６２−６３
【特許文献１】特開平９−１３５５９３号公報
【０００３】
そして、このような矩形波を生成するために、巻線電流の電流上限指令値及び電流下限指令値を定めている。具体的には回転子が通電開始角度に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止、もしくは負電圧を印加する。続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する。このようにして、矩形波の上底部を所定のヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）に収めるように制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電流制御方法では、図６に示すように、巻線電流をヒステリシス幅に収めることができず、電流上限指令値を上回る電流が流れてしまう場合がある、という問題点があった。この理由について以下に説明する。
【０００５】
スイッチト・リラクタンス・モータは、低速回転かつ大電流の運転領域では、回転子突極と固定子突極の対向位置付近の回転子角度において磁束の飽和が発生する。磁束が飽和すると巻線のインダクタンスが減少し、非飽和時に比べて電流応答が速くなる。つまり図６に示すように、立ち上がりではインバータの通電時間を長くして電流値を一気に上限値へ上昇させるものの、上限・下限間で電流を維持する区間では、インバータの通電時間は短くなる。
【０００６】
一方、インバータは、スイッチング損失によってＩＧＢＴのようなスイッチング素子が熱破壊することを防止するため、スイッチング周波数上限値ｆｍａｘを設け、ｆｍａｘ以下のスイッチング周波数で使用する。従って、スイッチング素子を一度オンすると、オフするまでの時間は最短でもＴｍｉｎ（＝１／ｆｍａｘ／２）となる。例えばｆｍａｘ＝２０ｋＨｚとすると、Ｔｍｉｎ＝２５μｓｅｃとなる（以降Ｔｍｉｎを最小オン時間と呼ぶ）。つまりスイッチング素子にはオン時間に最小値が存在する。よって、電流応答が速い場合、最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅より大きくなり、電流が上限値を超えて流れて（制御範囲を超えて）しまう。この場合、インバータ定格値を超えて流れ、スイッチング素子に過負荷をかけてしまうことがあった。
【０００７】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、インバータのスイッチング素子保護のため最小オン時間が設定されていても、巻線電流が電流上限指令値を超過することを防止することができるスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法は、スイッチト・リラクタンス・モータと、スイッチト・リラクタンス・モータに矩形波電圧を印加するインバータと、通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流上限指令値、電流下限指令値に基づき、回転子角度が通電開始角度指令値に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止もしくは負電圧を印加、続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する電流ヒステリシス制御を、回転子角度が通電終了角度指令値に到達するまで実行するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えたスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法において、電流ヒステリシス制御実行時に、インバータスイッチング素子の最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える場合、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように、電流下限指令値を下げることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置は、スイッチト・リラクタンス・モータと、スイッチト・リラクタンス・モータに矩形波電圧を印加するインバータと、通電開始角度指令値、通電終了角度指令値、電流上限指令値、電流下限指令値に基づき、回転子角度が通電開始角度指令値に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止もしくは負電圧を印加、続いて巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で再び巻線へ正電圧を印加する電流ヒステリシス制御を、回転子角度が通電終了角度指令値に到達するまで実行するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えたスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置において、制御装置が、上記電流制御方法を実行することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置では、巻線電流の変化量推定値に基づいて、電流下限指令値を変化させるので、インバータのスイッチング素子保護のため最小オン時間が設定されていても、巻線電流が電流上限指令値を超過することを防止できる。
【００１１】
なお、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置では、電流下限指令値を下げる際の電流下限指令値の変化量を、巻線インダクタンスと、巻線抵抗と、巻線電圧と、電流上限指令値とをパラメータとする回路方程式から算出するよう構成することができる。このように構成することで、巻線インダクタンスと、巻線抵抗と、巻線電圧と、電流上限指令値をパラメータとする回路方程式から巻線電流の変化量を推定することとなるので、インダクタンスの変化に伴って電流応答が変化しても、指令値に追従した巻線電流を流すことができる。
【００１２】
また、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置では、電流下限指令値を下げる際の電流下限指令値の変化量を、回転子角度及び回転速度及び巻線電流をパラメータとする変化量マップから算出するよう構成することができる。このように構成することで、巻線電流の変化量を、あらかじめ作成したマップから抽出することができるので、変化量算出に要する処理時間を短くできる。
【００１３】
さらに、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置では、巻線電流測定値が電流上限指令値を上回った場合、変化量マップから算出した変化量を所定量大きな値に更新するよう構成することができる。このように構成することで、巻線電流測定値が電流上限指令値を上回った場合、マップに記憶されている変化量を更新することとなるので、巻線の電流応答がマップ作成時に想定していた値より早くなった場合でも、巻線電流の電流上限指令値超過を速やかに抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[第１の実施例]
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置における第１の実施例について、図１から図３を用いて説明する。本実施例は、最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える状況において、電流変化量を回路方程式から推定し、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように電流下限指令値を変化させることを特徴とする。
【００１５】
図１は本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法を実行する装置の一例の構成を示す図である。図１に示す例において、本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御装置は、主な構成要素として、スイッチト・リラクタンス・モータ５と、インバータ３と、電流指令値生成部１、インバータ駆動信号生成部２、電流変化量推定部から構成されるスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置と、を備えている。
【００１６】
ここで、電流指令値生成部１は、トルク指令値Ｔ＊、巻線電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、回転子角度θを入力し、通電開始角度指令値θｏｎ＊、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊、電流上限指令値ｉｔ＊、電流下限指令値ｉｂ＊を出力する。電流変化量推定部８は、電流上限指令値ｉｔ＊、電流下限指令値ｉｂ＊、巻線電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、回転子角度θ、直流電圧値Ｖｄｃを入力し、電流下限指令修正値ｉｂ’＊を出力する。インバータ駆動信号生成部２は、巻線電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、回転子角度θ、通電開始角度指令値θｏｎ＊、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊、電流上限指令値ｉｔ＊、電流下限指令修正値ｉｂ’＊を入力し、インバータ駆動信号を出力する。インバータ３は、インバータ駆動信号と、直流電源７が生成した直流電圧を入力し、スイッチト・リラクタンス・モータ５の各相巻線に矩形波電圧を印加する。また、スイッチト・リラクタンス・モータ５の各相巻線電流を検出する電流センサ４、及び、スイッチト・リラクタンス・モータ５の回転子角度を検出する回転子角度センサ６を備えている。
【００１７】
次に、巻線電流ピーク値を電流上限指令値ｉｔ＊に一致させるように電流下限指令値を変化させる処理について、図２および図３を使って説明する。
【００１８】
図２は電流下限指令修正値ｉｂ’＊算出処理１０のフローチャートを表しており、図１の電流変化量推定部８の機能ブロックで実行される処理である。本処理１０は、図３に示したようにインバータスイッチング素子がオンからオフに切り替わるタイミングで実行される。本処理１０が開始されると、まず処理１１にて最小オン時間Ｔｍｉｎ分の電流変化量推定値Δｉを回路方程式から算出する。最小オン時間Ｔｍｉｎの間、直流電圧Ｖｄｃを巻線に印加するときの回路方程式は（１）のように表せる。
【００１９】
【数１】
2006087229.tif 000003
（Ｒ：巻線抵抗、Ｉ０：巻線電流初期値、Ｌ（θ、ｉ）：回転子角度θ及び巻線電流をパラメータとした巻線インダクタンス）
【００２０】
ここで、直流電圧Ｖｄｃ印加後、時間Ｔｍｉｎが経過したときの巻線電流値を電流上限指令値ｉｔ＊に一致させるので、巻線電流初期値Ｉ０と電流変化量Δｉの和が電流上限指令値ｉｔ＊と等しくなるため、
Ｉ０＋Δｉ＝ｉｔ＊                      （２）
が成り立つ。式（２）をＩ０について解いて式（１）に代入すると、
【数２】
2006087229.tif 000004
となる。そして式（３）の各変数に値を代入してΔｉを算出する。
【００２１】
ここで、巻線インダクタンス値Ｌ（θ、ｉ）は、回転子角度及び巻線電流をパラメータとしたマップとして定義しておくか、もしくは回転子角度及び巻線電流を変数とした近似式を定義しておく、等の方法で決定する。また、インダクタンス値を算出する際に参照する回転子角度の値は、例えば処理１０が開始された時点の値で代表してもよい。なぜなら、上述した課題で述べたように、Δｉを推定して電流下限指令値を修正する状況が発生する回転速度は主に低速領域であるので、最小オン時間Ｔｍｉｎの間に変化する回転子角度が小さいためである。
【００２２】
また、巻線抵抗Ｒは、実際は巻線温度によって変化するので熱電対等で測定した巻線温度に対応させて値を変化させるか、もしくは運転温度範囲が狭い場合は一定値とみなす、等の方法で決定する。続いて処理１２では、算出したΔｉと、ヒステリシス幅ｉｈｙｓ（＝電流上限指令値ｉｔ＊−電流下限指令値ｉｂ＊）を比較する。Δｉ≧ｉｈｙｓであった場合は処理１３を実行し、電流下限指令修正値ｉｂ’＊を、電流上限指令値ｉｔ＊  −  電流変化量推定値Δｉと設定して終了する。Δｉ＜ｉｈｙｓであった場合は処理１４を実行し、電流下限指令修正値ｉｂ’＊を、電流上限指令値ｉｔ＊と同じ値に設定して終了する。電流下限指令修正値ｉｂ’＊は処理１０終了時に反映され、図３に示すような電流波形が得られる。
【００２３】
なお、スイッチト・リラクタンス・モータの回転子突極と固定子突極の対向位置付近で大電流を通電している状況で磁束の飽和が生じやすく電流応答が速くなるが、対向位置付近では、他の回転子角度に比べて巻線電流に対して得られるトルクが小さいため、対向位置付近で電流下限値を下げて電流実効値が減少しても、トルクへの影響は小さい。
【００２４】
[第２の実施例]
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置における第２の実施例について、図４及び図５を用いて説明する。本実施例は、最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える状況において、電流変化量をマップから算出し、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように電流下限指令値を変化させることを特徴とする。
【００２５】
装置構成は第１の実施例で示した図１と同様であるが、電流変化量推定部８の処理が第１の実施例と異なるため、図４を用いて説明する。図４は電流下限指令修正値ｉｂ’＊算出処理１００のフローチャートを表しており、図１の電流変化量推定部８の機能ブロックで実行される処理である。本処理１００は、図５に示したようにインバータスイッチング素子がオンからオフに切り替わるタイミングで実行される。
【００２６】
処理１００が開始されると、まず処理１０１にて電流下限指令修正値ｉｂ’＊をマップから読み取る。ｉｂ’＊はあらかじめ回転子角度、回転速度、巻線電流をパラメータとしてマップ化しておく。続いて処理１０２では、処理１００開始時の巻線電流値ｉと、電流上限指令値ｉｔ＊を比較する。ｉ＞ｉｔ＊であった場合は処理１０３を実行し、マップから読み取った電流下限指令修正値ｉｂ’＊に係数α（0≦α＜１）をかけて補正する。さらに処理１０４にて補正後のｉｂ’＊の値をマップに記憶させて終了する。ｉ≦ｉｔ＊であった場合は処理１０５を実行し、マップから読み取った電流下限指令修正値ｉｂ’＊を補正せずそのままの値を採用して終了する。電流下限指令修正値ｉｂ‘＊は処理１００終了時に反映され、図５に示すような電流波形が得られる。
【００２７】
このように、巻線の電流応答がマップ作成時に想定していた値より早くなった場合でも、巻線電流の電流上限指令値超過を速やかに抑えることができる。なおαは一定値とは限らない。電流応答の指標となる時定数は、巻線抵抗値もしくは巻線インダクタンス値によって決まるので、例えばαの値は巻線温度に対応した変数としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置は、電流ヒステリシス制御実行時に、インバータスイッチング素子の最小オン時間分の電流変化量がヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）を超える場合、巻線電流ピーク値を電流上限指令値に一致させるように、電流下限指令値を下げるよう構成しているため、インバータのスイッチング素子保護のため最小オン時間が設定されていても、巻線電流が電流上限指令値を超過することを防止する用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法を実行する装置の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置の第１実施例における電流下限指令修正値ｉｂ’＊算出処理１０のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置の第１実施例における電流制御を説明するためのグラフである。
【図４】本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置の第２実施例における電流下限指令修正値ｉｂ’＊算出処理１００のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明のスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法及び装置の第２実施例における電流制御を説明するためのグラフである。
【図６】従来のスイッチト・リラクタンス・モータにおける電流制御を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  電流指令値生成部
２  インバータ駆動信号生成部
３  インバータ
４  電流センサ
５  スイッチト・リラクタンス・モータ
６  回転子角度センサ
７  直流電源
８  電流変化量推定部
【図１】
2006087229.tif 000005
【図２】
2006087229.tif 000006
【図３】
2006087229.tif 000007
【図４】
2006087229.tif 000008
【図５】
2006087229.tif 000009
【図６】
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