(57)【要約】【課題】スイッチトリラクタンスモータのトルクリプルを低減し、騒音・振動を抑制することができるスイッチトリラクタンスモータの制御装置を提供すること。【解決手段】スイッチトリラクタンスモータ１の制御装置１００は、コイル１２に励磁電流が流れることによってスイッチトリラクタンスモータ１を駆動するものであり、低トルクまたは低回転の領域である低負荷領域では、高トルクまたは高回転の領域である高負荷領域と比較して、コイル１２に流す励磁電流を所定値に保つために上下する電流幅であるヒステリシス幅を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルに励磁電流が流れることによって駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、
低トルクまたは低回転の領域である低負荷領域では、高トルクまたは高回転の領域である高負荷領域と比較して、前記コイルに流す励磁電流を所定値に保つために上下する電流幅であるヒステリシス幅を小さく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の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに対向する複数の突極を各々備えたステータおよびロータと、ステータの突極に巻回されたコイルとを備え、ステータとロータのそれぞれの突極間に発生させた磁気吸引力によってロータを回転させるスイッチトリラクタンスモータが知られている。
【０００３】
このようなスイッチトリラクタンスモータに関して、例えば特許文献１には、吐出圧力の脈動を低減する際に生じる不要な損失を低減して効率を極大化することを目的として、ポンプの形式によって定まる所定の脈動トルクのピーク位置とトルク変動とが一致するように、ポンプとスイッチトリラクタンスモータとを組み付ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０９０６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スイッチトリラクタンスモータに関しては、従来から、回転に伴うトルクリプル（トルク変動）を低減することが課題の一つとして挙げられている。しかしながら、特許文献１で開示された技術は、スイッチトリラクタンスモータのトルクリプルを活用してポンプの脈動を打ち消すものであるため、スイッチトリラクタンスモータ自体のトルクリプルを低減することはできない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチトリラクタンスモータのトルクリプルを低減し、騒音・振動を抑制することができるスイッチトリラクタンスモータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置は、コイルに励磁電流が流れることによって駆動するスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、低トルクまたは低回転の領域である低負荷領域では、高トルクまたは高回転の領域である高負荷領域と比較して、前記コイルに流す励磁電流を所定値に保つために上下する電流幅であるヒステリシス幅を小さくすることを特徴とする。
【０００８】
このように、スイッチトリラクタンスモータの制御装置は、効率の低下を必要最小限にしつつ、低負荷領域におけるヒステリシス幅を高負荷領域におけるヒステリシス幅よりも小さくする（狭める）ことにより、スイッチトリラクタンスモータのトルクリプルを低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置によれば、スイッチトリラクタンスモータの負荷に応じてヒステリシス幅を変更することにより、スイッチトリラクタンスモータのトルクリプルを低減し、騒音・振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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の制御装置を含むシステム構成を模式的に示す図である。
【図２】図２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の制御装置による駆動制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３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の特性を示すＮ−Ｔ線図（高電圧：６００Ｖの場合）である。
【図４】図４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の制御装置による制御時の電流波形を示す図である。
【図５】図５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の制御装置による制御時のトルクを示す図である。
【図６】図６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の制御装置を適用した車両を示すスケルトン図である。
【図７】図７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の特性を示すＮ−Ｔ線図（低電圧：３００Ｖの場合）である。
【図８】図８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の特性を示すＮ−Ｔ線図（不感帯を設けた場合）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１２】
[システム構成]
本実施形態のシステム構成は、図１に示すように、スイッチトリラクタンスモータ（以下、「ＳＲモータ」という）１と、インバータ２と、バッテリ３と、制御装置１００と、を含んでいる。
【００１３】
ＳＲモータ１は、回転子に永久磁石を使用しない電動機であって、突極構造のステータ１０と、突極構造のロータ２０と、を備えている。ここでは図１に示すように、ＳＲモータ１として、六極のステータ１０と、四極のロータ２０と、を備える三相誘導電動機を例示している。
【００１４】
ＳＲモータ１は三相交流式であるため、一対のステータ歯１１ａ，１１ａおよびコイル１２ａによるＡ相と、一対のステータ歯１１ｂ，１１ｂおよびコイル１２ｂによるＢ相と、一対のステータ歯１１ｃ，１１ｃおよびコイル１２ｃによるＣ相と、を含んでいる。
【００１５】
ＳＲモータ１は、インバータ２を介してバッテリ３と電気的に接続されている。また、ＳＲモータ１とインバータ２とは、コイル１２によって電気的に接続されている。なお、ＳＲモータ１は、電動機のみならず発電機としても機能する。
【００１６】
ステータ１０は、環状構造の内周部に、突極としてのステータ歯１１を複数備えている。各ステータ歯１１には、インバータ２に接続されたコイル１２が巻回されている。ステータ１０では、径方向で対向する位置に配置された一対のステータ歯１１ａ，１１ａと、一対のステータ歯１１ｂ，１１ｂと、一対のステータ歯１１ｃ，１１ｃと、がそれぞれ１つの相を成している。
【００１７】
ロータ２０は、ステータ１０の径方向内側に配置されており、環状構造の外周部に、突極としてのロータ歯２１を複数備えている、ロータ２０は、具体的には、一対のロータ歯２１ｘ，２１ｘと、一対のロータ歯２１ｙ，２１ｙと、を備えている。なお、ロータ２０は、図示しないロータ軸と一体回転するように構成されている。
【００１８】
インバータ２は、三相交流をコイル１２に通電できるように６つのスイッチング素子を備えた電気回路（インバータ回路）を備えている。インバータ２は、インバータ回路に接続された各コイル１２に対して、相ごとに電流を流す。
【００１９】
図１に示したインバータ回路は、相ごとに設けられた２つのトランジスタおよび２つのダイオードと、コンデンサＣｏと、を備えている。そして、インバータ２は、各相において、２つのトランジスタを同時にオンまたはオフにすることで、コイル１２に流れる電流値を変更する。
【００２０】
インバータ２は、Ａ相において、トランジスタＴｒａ１，Ｔｒａ２と、ダイオードＤａ１，Ｄａ２と、を備える。また、インバータ２は、Ｂ相において、トランジスタＴｒｂ１，Ｔｒｂ２と、ダイオードＤｂ１，Ｄｂ２と、を備える。また、インバータ２は、Ｃ相において、トランジスタＴｒｃ１，Ｔｒｃ２と、ダイオードＤｃ１，Ｄｃ２と、を備える。
【００２１】
制御装置１００は、ＳＲモータ１を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御装置１００は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、ＳＲモータ１を制御するための各種の演算を行う制御部と、を備えている。そして、制御部における演算の結果、ＳＲモータ１を制御するための指令信号が、制御装置１００からインバータ２に出力される。制御装置１００は、このようにインバータ２を制御することにより、ＳＲモータ１に印加する電圧および励磁電流を制御する。
【００２２】
制御装置１００には、ＳＲモータ１の回転数を検出する回転数センサ５１からレゾルバ信号が入力される。制御装置１００は、当該レゾルバ信号から、回転方向におけるステータ歯１１とロータ歯２１との相対的な位置関係に基づいて、通電対象となるコイル１２の切り替えを相ごとに繰り返す駆動制御を実行する。そして、制御装置１００は、この駆動制御において、ある相のコイル１２に励磁電流を流してステータ歯１１を励磁させ、ステータ歯１１とそのステータ歯１１の近くのロータ歯２１との間に磁気吸引力を発生させることにより、ロータ２０を回転させる。
【００２３】
なお、前記した磁気吸引力は、周方向の分力である回転力と、径方向の分力であるラジアル力とに分解することができる。そして、前記した回転力がロータ２０に作用することによりＳＲモータ１のトルクが発生する。また、前記したラジアル力は、騒音・振動（ＮＶ）の要因となる。
【００２４】
[駆動制御方法]
以下、本実施形態に係るＳＲモータ１の制御装置１００による駆動制御方法の一例について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
まず、制御装置１００は、ＳＲモータ１の駆動制御に用いる各種情報を読み込む（ステップＳ１）。各種情報には、回転数センサ５１から入力されるレゾルバ信号と、ＳＲモータ１の要求トルクが含まれる。
【００２６】
続いて、制御装置１００は、レゾルバ信号に基づいてＳＲモータ１の回転数を演算する（ステップＳ２）。続いて、制御装置１００は、要求トルクに応じたモータトルク指令値を導出する（ステップＳ３）。
【００２７】
続いて、制御装置１００は、ＳＲモータ１のトルクリプルを低減する必要があるか否かを判定する（ステップＳ４）。制御装置１００は、具体的には、回転数センサ５１から入力されたＳＲモータ１の回転数と、要求トルクに応じたモータトルク指令値と、例えば図３に示すようなマップ（Ｎ−Ｔ線図）と、を用いて、本ステップの判定処理を実行する。
【００２８】
本ステップにおいて、制御装置１００は、モータ回転数およびモータトルク指令値によって定まる動作点が、図３に示したマップの低負荷領域内であるか否かを判定する。制御装置１００は、例えばＳＲモータ１の動作点が高負荷領域内から切替線Ｌを跨いて低負荷領域内に移動した場合、ステップＳ４を肯定的に判定する。一方、制御装置１００は、例えばＳＲモータ１の動作点が低負荷領域内から切替線Ｌを跨いて高負荷域内に移動した場合、ステップＳ４を否定的に判定する。なお、同図に示すように、「低負荷領域」とは、低トルクまたは低回転の領域を示しており、「高負荷領域」とは、高トルクまたは高回転の領域を示している。
【００２９】
ステップＳ４で肯定的に判定された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御装置１００は、ＳＲモータ１の駆動制御時におけるヒステリシス幅を通常制御時よりも小さくする「ヒステリシス幅低減制御」を実行する（ステップＳ５）。
【００３０】
ここで、「ヒステリシス幅」とは、図４に示すように、コイル１２に流す励磁電流を所定値に保つために上下する電流幅である。ヒステリシス幅低減制御では、例えば同図に示すように、通常制御時におけるヒステリシス幅Ｗｈ１（＝１０Ａ）を、それよりも小さい（狭い）ヒステリシス幅Ｗｈ２（＝２Ａ）へと変更する制御を行う。これにより、ヒステリシス幅がＷｈ１からＷｈ２へと小さくなるのに応じて、図５に示すように、ＳＲモータ１のトルクリプル幅も、Ｗｔ１からＷｔ２へと小さくなる。
【００３１】
なお、図４において、通常制御時の電流波形（ヒステリシス幅Ｗｈ１）は通常の実線で示し、ヒステリシス幅低減御時の電流波形（ヒステリシス幅Ｗｈ２）は太線で示している。また、図５において、通常制御時のトルク波形（トルクリプル幅Ｗｔ１）は通常の実線で示し、ヒステリシス幅低減御時のトルク波形（トルクリプル幅Ｗｔ２）は太線で示している。
【００３２】
ステップＳ４で否定的に判定された場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御装置１００は、通常制御を継続する（ステップＳ６）。この場合、制御装置は、通常制御時のヒステリシス幅、すなわちヒステリシス幅低減制御時におけるヒステリシス幅（図４のＷｈ２参照）よりも相対的に大きい（広い）ヒステリシス幅（同図のＷｈ１参照）により、ＳＲモータ１の駆動制御を行う。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係るＳＲモータ１の制御装置１００では、効率の低下を必要最小限にしつつ、低負荷領域におけるヒステリシス幅Ｗｈ２を、高負荷領域におけるヒステリシス幅Ｗｈ１よりも小さくする（狭める）ことにより、ＳＲモータ１のトルクリプルを低減することができる。そして、ＳＲモータ１のトルクリプルを低減することにより、騒音・振動を抑制することができる。
【００３４】
[適用例]
以下、本実施形態に係るＳＲモータ１の制御装置１００を適用した車両について、図６を参照しながら説明する。同図に示した車両２００は、エンジン２０１と、車輪２０２と、変速機（Ｔ／Ｍ）２０３と、デファレンシャルギヤ２０４と、駆動軸２０５と、走行用動力源としてのＳＲモータ１と、を備えている。車両２００は、四輪駆動車であり、エンジン２０１が左右の前輪２０２ＦＬ，２０２ＦＲを駆動し、リヤモータであるＳＲモータ１が左右の後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲを駆動する。
【００３５】
ＳＲモータ１は、いわゆるインホイールモータであり、左右の後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲにそれぞれ一つずつ設けられている。車両２００のリヤ側駆動装置では、左後輪２０２ＲＬには左後ＳＲモータ１ＲＬが接続され、かつ右後輪２０２ＲＲには右後ＳＲモータ１ＲＲが接続されている。後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲは、互いに独立して回転可能である。
【００３６】
左後輪２０２ＲＬは、左後ＳＲモータ１ＲＬの出力トルク（モータトルク）によって駆動される。また、右後輪２０２ＲＲは、右後ＳＲモータ１ＲＲの出力トルク（モータトルク）によって駆動される。
【００３７】
左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲは、インバータ２を介してバッテリ（Ｂ）３に接続されている。また、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲは、バッテリ３から供給される電力によって電動機として機能するとともに、後輪２０２ＲＬ，２０２ＲＲから伝達されるトルク（外力）を電力に変換する発電機として機能する。なお、インバータ２には、左後ＳＲモータ１ＲＬ用の電気回路と、右後ＳＲモータ１ＲＲ用の電気回路と、が含まれる。
【００３８】
制御装置１００は、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲと、エンジン２０１と、を制御する。例えば、制御装置１００には、ＳＲモータ用制御部（ＳＲモータ用ＥＣＵ）と、エンジン用制御部（エンジンＥＣＵ）と、が含まれる。この場合、エンジンＥＣＵは、吸気制御、燃料噴射制御、点火制御等によって、エンジン２０１の出力トルクを目標とするトルク値に調節するエンジントルク制御を実行する。また、ＳＲモータ用ＥＣＵは、回転数センサ５１から入力される信号に基づいて、左後ＳＲモータ１ＲＬおよび右後ＳＲモータ１ＲＲについてのモータ制御を実行する。回転数センサ５１には、左後ＳＲモータ１ＲＬの回転数を検出する左後回転数センサ５１ＲＬと、右後ＳＲモータ１ＲＲの回転数を検出する右後回転数センサ５１ＲＲと、が含まれる。
【００３９】
以上、本発明に係るスイッチトリラクタンスモータの制御装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【００４０】
例えば、前記したＳＲモータ１の駆動制御では、図３に示したマップを用いてステップＳ４（図２参照）の判定処理を行うことにより、ヒステリシス幅低減制御と通常制御とを切り替えていたが、同じＳＲモータ１であっても、電圧が異なる場合は異なるマップを用いる。例えば、図３に示したマップが、高電圧（例えば６００Ｖ）のＳＲモータ１の駆動制御時に用いられるものであるとした場合、それよりも低電圧（例えば３００Ｖ）のＳＲモータ１の駆動制御を行う際には、図７に示すようなマップを用いてステップＳ４（図２参照）の判定処理を行う。
【００４１】
図７に示したマップは、図３のマップと比較して、切替線Ｌがより低トルク・低回転数側に寄っており、通常制御の領域が増加している。これは、低電圧ほど電流の勾配がなだらかになるため、ヒステリシス領域（図４参照）においても電流の変化が緩やかになり、ヒステリシス幅がトルクリプルに与える影響が相対的に小さくなるためである。
【００４２】
また、ＳＲモータ１の駆動制御では、例えば図８に示すように、低負荷領域と高負荷領域との間に不感帯を設けたマップを用いることにより、駆動制御がハンチングしたり、ビジーシフトしたりすることを防止してもよい。この場合、同図に示すように、低負荷領域側に第１切替線Ｌ１を設けるとともに、高負荷領域側に第２切替線Ｌ２を設け、第１切替線Ｌ１および第２切替線Ｌ２の間に不感帯を設ける。
【００４３】
また、前記したＳＲモータ１の駆動制御では、ＳＲモータ１の動作点が、低トルクまたは低回転の領域内である場合にヒステリシス幅低減制御を行ったが、例えばＳＲモータ１の動作点が、ラジアル力変化の小さい領域内である場合にヒステリシス幅低減制御を行っても構わない。
【００４４】
また、実施形態に係るＳＲモータ１の制御装置１００の適用例は、図８に示したもの（以下、「適用例１」という）に限定されない。例えば、ＳＲモータ１の制御装置１００の適用例は、適用例１とは異なり、全ての車輪２０２にＳＲモータ１が設けられた構成であってもよい（適用例２）。また、適用例１とは異なり、フロント側駆動装置が設けられていない後輪駆動車であってもよい（適用例３）。
【００４５】
ＳＲモータ１の制御装置１００の適用例は、適用例１〜３とは異なり、車両２００の走行用動力源がインホイールモータとしてのＳＲモータ１のみである構成であってもよい（適用例４）。また、適用例４とは異なり、ＳＲモータ１がインホイールモータではない構成であってもよい（適用例５）。
【００４６】
ＳＲモータ１の制御装置１００の適用例は、適用例５とは異なり、フロント側駆動装置として適用例１の構成が搭載されていてもよい（適用例６）。また、適用例３とは異なりリヤ側駆動装置が設けられていない、あるいは適用例４とは異なり駆動装置の配置が前後で逆である構成であってもよい（適用例７）。
【符号の説明】
【００４７】
１  スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
２  インバータ
３  バッテリ
１０  ステータ
１１  ステータ歯
１２  コイル
２０  ロータ
２１  ロータ歯
５１  回転数センサ
１００  制御装置
【図１】
2018019528.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018019528.tif 000005
【図４】
2018019528.tif 000006
【図５】
2018019528.tif 000007
【図６】
2018019528.tif 000008
【図７】
2018019528.tif 000009
【図８】
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