(57)【要約】【課題】第１の電源と電圧が異なる第２の電源とを備えるＳＲモータの駆動回路においてスイッチの動作のみで第１の電源が第２の電源へ電力供給をできるようにする。【解決手段】コイルＬ１は、ＳＲモータのステータ突極に巻回された複数相のコイルのうちの１相のコイルである。ロータが停止している状態では、スイッチＳ２をオフにスイッチＳ１、スイッチＳ３をオンして、コイルＬ１にエネルギーを蓄える。このとき、コイルＬ１上の電圧降下で、第２の電源Ｅ２の入力電圧が第１の電源Ｅ１の電圧より低い。そして、一定時間スイッチＳ１をオフする。このときのコイルＬ１の誘起電圧と、第１の電源Ｅ１の電圧の極性が逆のため、第２の電源Ｅ２の入力電圧が、第１の電源Ｅ１の電圧よりも低い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源と、
ＳＲモータのステータ突極に巻回された１相当たり１つまたは複数個のコイルに対応するコイル駆動部と、
前記第１の電源とは出力電圧値が異なる第２の電源とを備える回路構成であって、
前記コイル駆動部は、前記第１の電源の電力を前記コイルに供給できるとともに、前記コイルに蓄えられたエネルギーを前記第１の電源に回生するか、あるいは前記第２の電源の入力に供給するかを選択可能とし、
前記第２の電源の入力電圧を所定電圧に維持するように前記コイル駆動部を制御する制御部を設けたことを特徴とするＳＲモータの駆動回路。
【請求項２】
ＳＲモータのステータ突極に巻回された複数相のコイルのそれぞれのインダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を設け、
前記ＳＲモータのロータが固定されている状態では、前記制御部が、もっともインダクタンスの大きい相のコイルを通じて、前記第１の電源から前記第２の電源の入力に電力供給するように、前記コイル駆動部を制御することを特徴とする請求項１記載のＳＲモータの駆動回路。
【請求項３】
前記ＳＲモータのロータが回転している状態では、前記制御部が、任意の１相のコイルが励磁終了後に、当該コイルに蓄えられたエネルギーを前記第２の電源の入力に供給し、前記第２の電源の入力電圧が所定電圧を超えたときには前記第１の電源に回生するように前記コイル駆動部を制御することを特徴とする請求項１または２記載のＳＲモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＲモータの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の電気自動車に用いられたＳＲモータの駆動回路を示す図である。
ここでは、第１の電源Ｅ１と電圧の異なる第２の電源Ｅ２が備えられ、第１の電源Ｅ１は、スイッチＳ１、スイッチＳ２、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を介してコイルＬ１と接続されている。コイルＬ１は、ＳＲモータのステータ突極に巻回された１相分の巻線であり、モータ駆動時にスイッチＳ１、スイッチＳ２が閉じ、第１の電源Ｅ１の電力がコイルＬ１に供給される。回生時には、コイルＬ１に蓄積したエネルギーが、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を経由して第１の電源Ｅ１に回生される。
【０００３】
第２の電源Ｅ２は、補機などの駆動に用いられ、第１の電源Ｅ１よりも電圧が低く設定され、スイッチＳ３、ダイオードＤ３、コイルＬ２で構成されたチョッパ回路などのコンバータを介して第１の電源Ｅ１の両端に接続される。第２の電源Ｅ２の電圧は第１の電源Ｅ１の電圧より低いから、コイルＬ１から第１の電源Ｅ１に回生する回生電力を直接に第２の電源Ｅ２に供給することはできない。このため、上記従来の駆動回路では、コイルＬ１内のエネルギーを電力として第１の電源Ｅ１に供給するときに、コイルＬ１とコイルＬ２での分圧で、電圧を降圧した電力で第２の電源Ｅ２に供給するようになっている。入力コンデンサＣ１、Ｃ２は、第１の電源Ｅ１、第２の電源Ｅ２のそれぞれの電圧の安定化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記の回路構成にとっては、コイルＬ２が不可欠なものであり、設置するスペースが必要となるなど回路規模が大きいという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電圧変換用のコイルを必要とせず、ＳＲモータから駆動用の第１の電源Ｅ１と異なる電圧で、他の電源に電力供給ができるＳＲモータの駆動回路を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、第１の電源と、ＳＲモータのステータ突極に巻回された１相当たり１つまたは複数個のコイルに対応するコイル駆動部と、第１の電源とは出力電圧値が異なる第２の電源とを備えた回路構成に制御部を設け、コイル駆動部は制御部の制御で、コイルに蓄えられたエネルギーを第１の電源に回生するか、あるいは第２の電源の入力に供給するかを選択して電力供給を行うから、入力電圧を調整して第２の電源に電力供給を行うことが可能になる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、コイル駆動部の動作で、コイルに蓄えられたエネルギーを第１の電源に回生するか、あるいは第２の電源の入力に供給するかを選択できるから、コイル駆動部を制御するのみで、第２の電源に異なる電圧の電力を供給することができる。電圧変換用コイルを設けたり、あるいは発電機を複数用意して電圧を選択して出力するより、回路構成が簡単で回路規模を小さくさせることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、実施例を示す回路図である。
第１の電源Ｅ１と第２の電源Ｅ２が備えられ、第１の電源Ｅ１は、スイッチＳ１、スイッチＳ２、整流ダイオードＤ１、整流ダイオードＤ２を介してコイルＬ１に接続される。第２の電源Ｅ２とコイルＬ１の間には整流ダイオードＤ３、スイッチＳ３が接続される。
第１の電源Ｅ１と、第２の電源Ｅ２の両端には、それぞれ電圧を安定化するための入力コンデンサＣ１、Ｃ２が接続される。
【０００８】
すなわち、第１の直流電源Ｅ１のプラス端を、入力コンデンサＣ１の一端とスイッチＳ１の一端と、整流ダイオードＤ２のカソード端と接続する。スイッチＳ１の他端は整流ダイオードＤ１のカソード端と、コイルＬ１の一端に接続する。コイルＬ１の他端はスイッチＳ２の一端と整流ダイオードＤ２のアノード端とスイッチＳ３の一端と接続する。
【０００９】
スイッチＳ３の他端は整流ダイオードＤ３のアノード端に接続する。整流ダイオードＤ３のカソード端は入力コンデンサＣ２の一端と第２の電源Ｅ２のプラス端に接続する。第１の直流電源Ｅ１のマイナス端は入力コンデンサＣ１の他端と整流ダイオードＤ１のアノード端とスイッチＳ２の他端とコンデンサＣ２の他端と電源Ｅ２のマイナス端に接続する。
【００１０】
スイッチＳ１、スイッチＳ２およびスイッチＳ３、整流ダイオードＤ１、整流ダイオードＤ２、整流ダイオードＤ３は、コイルＬ１のコイル駆動部を構成し、コイルＬ１に蓄えられているエネルギーを第１の電源Ｅ１に回生するか、あるいは第２の電源Ｅ２に出力するかを選択することができる。スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３の動作は、コントロールユニット１０により制御される。
【００１１】
コイルＬ１は図２に示すように、ＳＲモータのステータ２０の突極に巻回された複数相の巻線のうちの１相であり、そのほかの相についても、そのコイルと第１の電源Ｅ１および第２の電源Ｅ２の間には、同じ駆動回路が設けられている。第２の電源Ｅ２の両端に、入力電圧を検出する電圧測定器１３が設けられ、その測定値が車両側のパーキングブレーキ信号およびＳＲモータのロータ角信号とともにコントロールユニット１０に入力される。
【００１２】
次に、第２の電源の入力電圧の調整方法について説明する。
まず、ＳＲモータのロータが固定されている状態で、第２の電源の定格電圧が第１の電源より低い場合を説明する。この場合は、コイルＬ１から電力を出力するときに第２の電源Ｅ２の入力電圧を第１の電源Ｅ１の入力電圧よりも低くする必要がある。
図３は、各スイッチの動作と第２の電源に流れる電流を示す図である。
コントロールユニット１０で、インダクタンス演算部１１は、ロータの回転角によって各相のコイルのそれぞれのインダクタンスを演算し、制御部１２は、インダクタンスのもっとも大きいコイスＬ１を選択して制御を行う。
【００１３】
制御部１２はまず、スイッチＳ２をオフ（Ｌｏ）し、スイッチＳ３をオン（Ｈｉ）するとともに時刻ｔ１でスイッチＳ１をオン（Ｈｉ）する。これによって、第１の電源Ｅ１の電圧をＶＥ１とし、第２の電源Ｅ２の電圧をＶＥ２とすると、コイルＬ１には（ＶＥ１−ＶＥ２）の電圧が印加される。コイルＬ１には（ＶＥ１−ＶＥ２）の電圧の時間積分に比例した電流が流れ、コイルＬ１にエネルギーを蓄えながら第２の電源Ｅ２に電流が供給される。このとき、コイルＬ１の誘起電圧で、第２の電源Ｅ２の入力電圧が降圧される。
このとき、制御部１２は、第２の電源Ｅ２の入力電圧を監視し、一定の時間Ｔｏｎが経過した後の時刻ｔ２で、スイッチＳ１をオフする。オフ時間Ｔｏｆｆを過ぎた後の時刻ｔ３で、再びスイッチＳ１をオンする。
【００１４】
スイッチＳ１をオフすることによって、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーが電流として放出され、第２の電源Ｅ２に供給される。このとき、コイルＬ１の両端においてａ端にプラス、ｂ端にマイナスの誘起電圧が生じる。
したがって、第２の電源Ｅ２の入力には第１の電源Ｅ１の電圧ＶＥ１をコイルＬ１によって分圧した電圧値が印加されるので、第１の電源Ｅ１の電圧ＶＥ１より小さい電圧が第２の電源Ｅ２の入力電圧となる。
【００１５】
オン時間Ｔｏｎと、オフ時間Ｔｏｆｆの長さは、コイルＬ１の誘起電圧の大きさを決定するから、それらを調整することで、第２の電源Ｅ２の入力電圧を調整することができる。すなわち、第２の電源Ｅ２の入力電圧ＶＥ２が所定の電圧以下ならば、スイッチＳ１のオン時間Ｔｏｎを長くし、オフ時間Ｔｏｆｆを短くする。また第２の電源の電圧値ＶＥ２が所定の電圧以上ならば、オン時間Ｔｏｎを短くし、オフ時間Ｔｏｆｆを長くして調整すればよい。
【００１６】
次に、第２の電源の定格電圧が第１の電源より高い場合を説明する。この場合は、第２の電源の入力電圧を第１の電源の電圧よりも高くする必要がある。
図４は、各スイッチの動作と第２の電源に流れる電流を示す図である。
制御部１２は、スイッチＳ１をオンし、スイッチＳ３をオンするとともに、時刻ｔ１でスイッチＳ２をオンする。これによって、コイルＬ１に第１の電源Ｅ１の電圧ＶＥ１が印加され、コイルＬ１には電圧ＶＥ１の時間積分に比例した電流が流れ、コイルＬ１にエネルギーが蓄えられる。
【００１７】
このとき、第２の電源Ｅ２に電流が流れない。一定の時間Ｔｏｎを経過した後の時刻ｔ２で、スイッチＳ２をオフする。一定のオフ期間Ｔｏｆｆを過ぎた後の時刻ｔ３でスイッチＳ２をオンする。スイッチＳ２がオフしている間に、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーが電流として放出され、第２の電源Ｅ２の入力に供給される。
【００１８】
このとき、第２の電源Ｅ２の入力には第１の電源電圧とコイルＬ１の電圧が加算された電圧が印加されるので、第２の電源の入力電圧が第１の電源の電圧ＶＥ１より高くなる。第２の電源の電圧値ＶＥ２が所定の電圧以下ならば、オン時間Ｔｏｎを長くし、オフ時間Ｔｏｆｆを短くすることによって調整する。また第２の電源の電圧値ＶＥ２が所定の電圧以上ならば、オン時間Ｔｏｎを短くし、オフ時間Ｔｏｆｆを長くすることによって調整する。以上のように、スイッチＳ２のオンオフを繰り返すことによって、第２の電源Ｅ２に第１の電源Ｅ１の電圧より高い電圧の電力で供給できるようになる。
【００１９】
以上説明したように本実施例によると、スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３の動作を制御することによって、第２の電源Ｅ２の入力電圧に応じて、コイルＬ１に蓄えられたエネルギーを第１の電源Ｅ１に回生するか、あるいは第２の電源Ｅ２の入力に供給するかを選択可能なため、従来のような分圧用のコイルがなくても、電圧を変換して第２の電源Ｅ２に供給できる。分圧用のコイルを必要とする従来より回路規模が小さくなる。
【００２０】
さらに、ロータが固定されている状態で、第２の電源Ｅ２の入力電圧を第１の電源Ｅ１に対して降圧あるいは昇圧する場合のコイルＬ１は、ステータ突極に巻回された複数相のコイルの中でもっともインダクタンスが大きい相のコイルを使うことによって、もっとも効率よく電力供給が可能となる。
【００２１】
次に、ＳＲモータのロータが回転している状態で、第２の電源の定格電圧が第１の電源より低い場合を説明する。この場合、第２の電源Ｅ２の入力電圧を第１の電源Ｅ１の電圧よりも低くする必要がある。
力行する場合は、制御部１２は、ＳＲモータに対する運転要求にしたがって、各相のコイルを通電してモータ駆動を行う。この場合、全ての相のコイルについて、蓄えられたエネルギーを第１の電源に回生するか、あるいは第２の電源の入力に供給するかを選択可能である。
【００２２】
図５は、ＳＲモータが力行状態にある場合の各スイッチの動作と第２の電源の入力電流を示す図である。
力行する場合は、制御部１２は、所望の駆動力を発生するようにスイッチＳ１およびスイッチＳ２を制御して、コイルＬ１に電力供給を行う。このとき、図２に示すようにロータ３０の回転によってコイルＬ１のインダクタンスが時間に対して変化する。任意のコイルに対してインダクタンスＬが変化している時に、制御部１２は、図５に示すように回転角に応じて正トルクを生じるように（ｄＬ／ｄｔ≧０）の期間内の時刻ｔ１と時刻ｔ２の間でコイルＬ１を励磁する。期間ｔｎは、ロータの回転角が正トルクを発生する位置にある期間である。
スイッチＳ３は、コイルＬ１の励磁が終了した時の時刻ｔ２とｔ３の間に一定時間、オンしてコイルＬ１に蓄えられているエネルギーを第２の電源Ｅ２に供給する。
【００２３】
スイッチＳ３のオン時間は、第２の電源Ｅ２の入力電圧を決定するから、第２の電源Ｅ２の入力電圧が所定値を超えた時にはスイッチＳ３をオフすることによって、第２の電源Ｅ２の入力電圧を所定値に維持することができる。このとき、コイルに蓄えられて第２の電源Ｅ２に供給されなかった分のエネルギーは第１の電源に回生される。以上の過程をコイルが励磁されるたびに繰り返し行う。
【００２４】
図６は、ＳＲモータが回生状態にある場合のスイッチの動作を示す。
制御部２は、所望の制動力を発生するように、スイッチＳ１およびスイッチＳ２を制御する。例えば図６に示すようにロータ３０の回転によって任意のコイルのインダクタンスＬが時間に対して変化している時にｄＬ／ｄｔが正の時刻ｔ１にコイルＬ１の励磁を開始して、ｄＬ／ｄｔが負である時刻ｔ２に励磁を停止するように制御する。なおこの励磁の期間は、コイルＬ１に所望の電流を得るように演算により決定される。
【００２５】
コイルＬ１に蓄えられているエネルギーを第２の電源Ｅ２に供給するためにコイルＬ１の励磁が終了した時に、スイッチＳ３を一定期間オンする。すなわち、時刻ｔ２でスイッチＳ３をオンし、次に第２の電源Ｅ２の入力電圧が所定値を超えた時にはスイッチＳ３をオフする。
スイッチＳ３がオフになると、コイルＬ１に蓄えられて第２の電源Ｅ２に供給されなかった分のエネルギーは第１の電源Ｅ１に回生される。以上の過程をコイルが励磁されるたびに繰り返し行う。
【００２６】
以上のように、ロータが回転している状態では、任意の１相のコイル励磁終了後にコイルＬ１に蓄えられたエネルギーを第２の電源Ｅ２の入力に供給し、第２の電源の入力電圧が所定電圧を超えたときにはコイルＬ１に蓄えられたエネルギーを第１の電源Ｅ１に回生するようにスイッチＳ３を制御するので、力行および回生動作時にも電圧を降下して、第２の電源Ｅ２に電力供給が可能となる。
【００２７】
以上、実施例を通して本発明を電気自動車に応用した場合を説明した。補機に電力を供給するための第２の電源Ｅ２に対して降圧あるいは昇圧する場合に、運転者がパーキングブレーキを作動させたことをきっかけとして、ステータ突極に巻回されたｎ相のコイルの中でもっともインダクタンスが大きい相のコイルを通じて、ＳＲモータ駆動用の第１の電源Ｅ１から第２の電源Ｅ２の入力に対して電力供給を行うことが可能である。
【００２８】
各相のインダクタンスはロータの回転角度とステータの幾何学的な位置関係により正確に求めることができる。したがって、運転者がパーキングブレーキを作動させたことをきっかけとして補機の充電のために第２の電源の入力に対して電力供給を行う際、ロータの回転角度によってステータ突極に巻回されたｎ相のコイルの中でもっともインダクタンスが大きい相を高い精度で検出することが可能である。
【００２９】
また運転者がパーキングブレーキを解除して車体を移動させたことをきっかけとして、任意の１相のコイル励磁終了後にコイルに蓄えられたエネルギーを第２の電源の入力に供給し、第２の電源の入力電圧が所定電圧を超えたときにはコイルに蓄えられたエネルギーを第１の電源Ｅ１に回生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を示す回路図である。
【図２】ＳＲモータのコイルの構造を示す図である
【図３】各スイッチの動作と第２の電源に流れる電流を示す図である。
【図４】各スイッチの動作と第２の直流電源に流れる電流を示す図である。
【図５】ＳＲモータが力行状態にある場合の各スイッチの動作と第２の電源の入力電流を示す図である。
【図６】ＳＲモータが回生状態にある場合のスイッチの動作を示す。
【図７】従来の電気自動車に用いられたＳＲモータの駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
１０      コントロールユニット
１１      インダクタンス演算部
１２      制御部
１３      電圧測定器
Ｃ１、Ｃ２      入力コンデンサ
Ｅ１      第１の電源
Ｅ２      第２の電源
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４      整流ダイオード
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３      スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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