(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線（２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ）を有するスイッチトリラクタンスモータを制御する制御装置（３０）であって、
前記複数の巻線は、それぞれ、互いに鎖交し、且つ、周方向に隣接する一対の巻線の通電方向が互いに逆方向であり、
通電順序が前後に連続する２つの巻線の通電期間を互いに一部を重複させて設定する期間設定手段と、
前記２つの巻線の通電期間が重複する期間において、一方の巻線の印加電圧を他方の巻線への印加電圧よりも大きくすることで、巻線間の相互磁束干渉により前記他方の巻線の電流を増加させる通電制御手段と、を備え、
前記２つの巻線は、自相の巻線と自相の１つ前の通電相である前相の巻線との組み合わせと、及び自相の巻線と自相の１つ後の通電相である次相の巻線との組み合わせと、を含み、
前記２つの巻線の通電期間が重複する期間は、前記自相の巻線と前記前相の巻線との通電期間が重複する第１期間と、前記自相の巻線と前記次相の巻線との通電期間が重複する第２期間と、を含み、
前記通電制御手段は、前記第１期間において、前記自相の巻線の電流を当該自相の巻線への電圧印加により増加させるとともに、前記第２期間において、前記自相の巻線の電流を前記次相の巻線への電圧印加により増加させることを特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記通電制御手段は、前記第１期間において、前記自相の巻線の電流を所定値とすべく、前記電圧印加を行うことを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記通電制御手段は、前記第１期間において、前記自相の巻線の電流が所定値に達するまで、前記電圧印加を継続することを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記通電制御手段は、前記第２期間において、所定条件の成立時に前記電圧印加の際の電圧とは極性が逆の電圧を印加し、前記自相の巻線の電流を減少させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
【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各巻線に印加する電圧を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチトリラクタンスモータの制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、ヒステリシスコンパレータを用いて、単節集中巻スイッチトリラクタンスモータ（以下、「単節巻ＳＲモータ」という。）の備える巻線に流れる電流を指令電流に制御するものが知られている。この制御装置では、単節巻ＳＲモータの巻線の印加電圧として、正の直流電圧「ＶＤＣ」、ゼロ電圧、及び、負の直流電圧「−ＶＤＣ」を用いている。これにより、スイッチング回数及び巻線に流れる電流のリプルを低減させ、電力変換装置のスイッチングに伴い生じる単節巻ＳＲモータの高調波鉄損及び騒音の低減を図っている。
【０００３】
一方、従来、全節集中巻スイッチトリラクタンスモータ（以下、「全節巻ＳＲモータ」という。）が知られている。全節巻ＳＲモータでは、複数の巻線のそれぞれは、固定子の突極間に設けられた、回転方向に機械角で１８０°対向する一対のスロットに集中巻される。一方のスロットと他方のスロットでは、巻線は逆方向に巻かれている。そして、複数の巻線のうちの隣接する２つの巻線に通電して、回転子を回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２５５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された制御装置では、巻線に流れる電流を電流指令値に制御すべく、巻線の印加電圧がゼロ電圧から正の直流電圧に切り替えたり、ゼロ電圧から負の直流電圧に切り替えたりしている。このため、スイッチング回数が増加し、それに伴う損失も増加する。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、スイッチングに伴う損失を低減可能なＳＲモータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の巻線を有するスイッチトリラクタンスモータを制御する制御装置であって、複数の巻線は、それぞれ、互いに鎖交し、且つ、周方向に隣接する一対の巻線の通電方向が互いに逆方向であり、一対の巻線の通電期間の一部が重複し、且つ、重複する期間において、一方の巻線へ印加する電圧が他方の巻線へ印加する電圧よりも大きくなる期間を有するように、通電期間を設定し、一方の巻線へ印加した電圧により生ずる磁束の変化により、他方の巻線に誘導起電力を発生させることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、互いに鎖交し、且つ周方向に隣接する一対の巻線において、一方の巻線に電圧を印加することにより他方の巻線に誘導起電力を発生させることができ、この誘導起電力により、他方の巻線に流れる電流を増加させることができる。そのため、通電期間が重複する期間では、他方の巻線において電流を増加させるためのスイッチング制御を行う必要がなく、スイッチング制御を行うことによる損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態全体の構成図である。
【図２】第１実施形態においてスイッチング制御と電気経路との関係を示す図である。
【図３】全節集中巻ＳＲモータの概略構成を示す図である。
【図４】全節集中巻ＳＲモータの回転子の位置と電気角との関係を示す図である。
【図５】第１実施形態において操作信号生成部が実行する処理を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係る処理を実行した場合の、各相の電流及び電圧と、電気角とを示すタイムチャートである。
【図７】第２実施形態において操作信号生成部が実行する処理を示すフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートにおける、制御Ａのサブルーチンである。
【図９】制御Ａのサブルーチンを実行した際の電流及び電圧の変化を示している。
【図１０】図７のフローチャートにおける、制御Ｂのサブルーチンである。
【図１１】第２実施形態に係る処理を実行した場合の、各相の電流及び電圧と、電気角とを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としての全節巻ＳＲモータに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に示すように、直流電源としてのバッテリ１０は、端子電圧が例えば数百Ｖとなる２次電池である。なお、バッテリ１０としては、例えば、リチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池を用いることができる。
【００１２】
バッテリ１０には、平滑コンデンサ１２を介して電力変換回路２０が接続されている。電力変換回路２０には、車載主機としてのモータジェネレータが接続されている。モータジェネレータとしては、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ及びＷ相巻線２２ｗを備える３相の全節巻ＳＲモータを用いている。
【００１３】
電力変換回路２０は、Ｕ相を構成する、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームダイオードＤｕ２の直列接続体、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の直列接続体と、Ｖ相を構成する、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖ１及びＶ相下アームダイオードＤｖ２の直列接続体、Ｖ相上アームダイオードＤｖ１及びＶ相下アームスイッチング素子Ｓｖ２の直列接続体と、Ｗ相を構成する、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗ１及びＷ相下アームダイオードＤｗ２の直列接続体、Ｗ相上アームダイオードＤｗ１及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗ２の直列接続体とを備えている。本実施形態では、Ｕ〜Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１，Ｓｖ１，Ｓｗ１及びＵ〜Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２，Ｓｖ２，Ｓｗ２として、ＩＧＢＴを用いている。
【００１４】
ここで、Ｕ相の接続態様について詳述する。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームダイオードＤｕ２の接続点と、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の接続点とは、Ｕ相巻線２２ｕを介して接続されている。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１のエミッタ及びＵ相下アームダイオードＤｕ２のカソード同士は接続され、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１のコレクタは、バッテリ１０の正極端子に接続されている。また、Ｕ相下アームダイオードＤｕ２のアノードは、バッテリ１０の負極端子に接続されている。一方、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１のアノード及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２のコレクタ同士は接続され、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１のカソードは、バッテリ１０の正極端子に接続されている。また、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２のエミッタは、バッテリ１０の負極端子に接続されている。
【００１５】
なお、Ｖ相及びＷ相の接続態様は、Ｕ相と同様である。このため、本実施形態では、Ｖ相及びＷ相についての接続態様の詳細な説明を省略する。
【００１６】
制御装置３０は、図示しない中央演算装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、メモリに記憶された各種プログラムを中央演算装置によって実行することで、全節巻ＳＲモータの駆動状態を示す制御量である出力トルクを、その指令値（駆動要求）であるトルク指令値Ｔ＊に制御する。制御装置３０には、全節巻ＳＲモータの回転子２６の電気角θを検出する回転角センサ３６の検出値が入力される。電気角θは、０°以上３６０°未満の範囲で変化する値である。
【００１７】
制御装置３０は、これら各種センサの検出値に基づき、全節巻ＳＲモータの出力トルクをトルク指令値Ｔ＊に制御すべく、電力変換回路２０を構成する各スイッチング素子Ｓｕ１、Ｓｕ２、Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｗ１、Ｓｗ２に対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えを指示する操作信号ｇｕ１，ｇｕ２、ｇｖ１、ｇｖ２、ｇｗ１、ｇｗ２を出力することで、各スイッチング素子Ｓｕ１、Ｓｕ２、Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｗ１、Ｓｗ２を操作する。
【００１８】
詳しくは、制御装置３０は、回転数算出部３０ａ及び操作信号生成部３０ｂを備えている。回転数算出部３０ａは、回転角センサ３６によって検出された電気角θの時間微分値を用いて回転数Ｎ（ｒ／ｍｉｎ）を算出する。操作信号生成部３０ｂは、トルク指令値Ｔ＊、電気角θ、及び、回転数Ｎに基づき、各スイッチング素子Ｓｕ１、Ｓｕ２、Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｗ１、Ｓｗ２を操作するための操作信号ｇｕ１，ｇｕ２、ｇｖ１、ｇｖ２、ｇｗ１、ｇｗ２を生成する。
【００１９】
なお、トルク指令値Ｔ＊は、例えば、制御装置３０よりも上位の制御装置（例えば、車両の走行制御を統括する制御装置）から制御装置３０に入力される。また、ＳＲモータの各相は独立しており、さらに、制御装置３０における各相に関する処理のそれぞれは、基本的には同一の処理となる。
【００２０】
続いて、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２のＯＮ／ＯＦＦ制御による、Ｕ相巻線２２ｕに印加される電圧について、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。なお、Ｖ相巻線２２ｖ及びＷ相巻線２２ｗに印加される電圧についても同様であるため、その説明を省略する。
【００２１】
図２（ａ）は、Ｕ相巻線２２ｕにＶｄｃの電圧を印加する場合の電気経路を示している。この場合には、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２が共にオン操作される。そのため、電気経路は、バッテリ１０の正極、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２、バッテリ１０の負極の順に電気的に接続される閉回路となり、Ｕ相巻線２２ｕには、Ｖｄｃの電圧が印加される。
【００２２】
図２（ｂ）は、Ｕ相巻線２２ｕに印加する電圧をゼロとする場合の電気経路を示している。この場合には、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１がオフ操作され、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２がオン操作される。そのため、電気経路は、Ｕ相下アームダイオードＤｕ２、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の順に接続される閉回路となり、Ｕ相巻線２２ｕに印加される電圧はゼロとなる。
【００２３】
図２（ｃ）は、Ｕ相巻線２２ｕに印加する電圧をゼロとする場合の電気経路の、別の例を示している。この場合には、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１がオン操作され、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２がオフ操作される。そのため、電気経路は、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１、Ｕ相巻線２２ｕの順に接続される閉回路となり、Ｕ相巻線２２ｕに印加される電圧はゼロとなる。
【００２４】
図２（ｄ）は、Ｕ相巻線２２ｕに−Ｖｄｃの電圧を印加する場合の電気経路を示している。この場合には、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２が共にオフ操作される。そのため、電気経路は、バッテリ１０の負極、Ｕ相下アームダイオードＤｕ２、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｕ相上アームダイオードＤｕ１、バッテリ１０の正極の順に電気的に接続される閉回路となり、Ｕ相巻線２２ｕには、−Ｖｄｃの電圧が印加される。
【００２５】
図３に全節巻ＳＲモータの概略を示す。全節巻ＳＲモータは、円筒形状の固定子２４と、円柱形状の回転子２６とを備えている。固定子２４の内面には、６つの突極２５、すなわち、相数の２倍の突極２５が、周方向に等間隔に設けられている。一方、回転子２６の外側には、４つの突極２７が、周方向に等間隔に設けられている。Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗのそれぞれは、固定子２４の突極２５間に設けられた、回転方向に機械角で１８０°対向する一対のスロットに集中巻される。巻線は、一方のスロットと他方のスロットでは、通電方向が逆方向となるように巻かれている。加えて、周方向に隣接するスロットでは、通電方向が逆方向となるように巻かれている。
【００２６】
全節巻ＳＲモータでは、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗのそれぞれに、互いに位相が１２０°ずれ、且つ、少なくとも２つの巻線の通電期間が重複するように、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗの順に電圧を印加する。このとき、一方の巻線への通電に伴い生じる磁束は、他方の巻線にも鎖交する。例えば、図３で示すように、Ｖ相巻線２２ｖに正の電圧を印加することにより通電すれば、その通電により生じる磁束であるＶ相磁束φｖは、通電順序が前後するＵ相巻線２２ｕ及びＷ相巻線２２ｗにも鎖交する。このとき、Ｕ相巻線２２ｕに印加される電圧がＶ相巻線２２ｖに印加される電圧よりも小さければ、Ｕ相巻線２２ｕには、Ｖ相に印加された電圧によるＶ相磁束φｖの変化を打ち消すべく、誘導起電力が発生する。この現象を相互磁束干渉という。そして、巻線間の相互磁束干渉により、Ｕ相電流Ｉｕを増加させることができる。
【００２７】
すなわち、２つの巻線のうち、一方の巻線に印加する電圧と、他方の巻線に印加する電圧との間に差が生じていれば、高い電圧が印加された巻線により生ずる磁束の変化を打ち消すべく、低い電圧が印加された巻線には、誘導起電力が生ずる。そして、この誘導起電力を利用して、低い電圧が印加されている巻線に流れる電流を増加させることができる。
【００２８】
また、いずれかの巻線を自相とし、自相の１つ前の通電相を前相とし、自相の１つ後の通電相を次相として定義すれば、Ｕ相巻線２２ｕが自相であるとき、Ｗ相巻線２２ｗが前相であり、Ｖ相巻線２２ｖが次相である。また、Ｖ相巻線２２ｖが自相であれば、Ｕ相巻線２２ｕが前相であり、Ｗ相巻線２２ｗが次相である。同様に、Ｗ相巻線２２ｗが自相であれば、Ｖ相巻線２２ｖが前相であり、Ｕ相巻線２２ｕが次相である。
【００２９】
続いて、図４により、回転角センサ３６により検出された固定子２４の位置と電気角θと関係について説明する。図４（ａ）に示すように、固定子２４の突極２５ａと、回転子２６の突極２７ａとが完全対向する電気角θが０°と定義する。図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）は、それぞれ、電気角θが９０°、１８０°、２７０°の場合の固定子２４と回転子２６との位置関係を示して固定子２４の突極２５ａと、回転子２６の突極２７ａと周方向に隣接する突極２７ｂとが完全対向する電気角θが、３６０°（＝０°）である。
【００３０】
次に、操作信号生成部３０ｂが実行する処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００３１】
まず、上述したように、上位の制御装置から入力されるトルク指令値Ｔ＊、回転角センサ３６が検出した電気角θ、回転数算出部３０ａが算出した回転数Ｎを取得する（Ｓ１０１）。続いて、取得したトルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎに基づき、Ｕ相巻線２２ｕへの通電開始を指示する通電開始角θｏｎ、Ｕ相巻線２２ｕへの通電終了を指示する通電終了角θｏｆｆ、及び、正の定電圧を印加する期間を指示する電圧印加幅Δθを設定する（Ｓ１０２）。通電開始角θｏｎ、通電終了角θｏｆｆ、及び、電圧印加幅Δθは、トルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎに応じて定まる値であり、トルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎと関係付けられたマップや数式を用いて設定される。なお、マップや数式は、制御装置３０が備えるメモリに記憶されている。このとき、操作信号生成部３０ｂは、期間設定手段として機能する。
【００３２】
次に、操作信号生成部３０ｂが通電制御手段として機能し、電気角θが、通電開始角θｏｎと通電終了角θｏｆｆとの間であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。すなわち、電気角θが通電期間内であるか否かを判定する。電気角θが、通電開始角θｏｎと通電終了角θｏｆｆとの間であれば（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、続いて、電気角θが電圧印加幅Δθ内であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。電気角θが電圧印加幅Δθ内であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＮとすることにより、Ｕ相電圧ＶｕとしてＶｄｃを印加し（Ｓ１０５）、Ｕ相電流Ｉｕを増加させる。
【００３３】
一方、電気角θが電圧印加幅Δθ内でなければ（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１とＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとすることにより、Ｕ相電圧Ｖｕを０Ｖとする（Ｓ１０６）。また、電気角θが、通電開始角θｏｎと通電終了角θｏｆｆとの間でなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとし、Ｕ相電圧Ｖｕとして−Ｖｄｃを印加し（Ｓ１０７）、Ｕ相電流Ｉｕを減少させる。
【００３４】
なお、図５のフローチャートでは、Ｕ相についての通電制御を示しているが、Ｖ相及びＷ相についても同様に行われる。すなわち、Ｖ相における通電開始角θｏｎ及び通電終了角θｏｆｆを、Ｕ相に対して電気角θで１２０°ずらしたものとすればよく、Ｗ相における通電開始角θｏｎ及び通電終了角θｏｆｆを、Ｕ相に対して電気角θで２４０°ずらしたものとすればよい。
【００３５】
図５のフローチャートで示した処理を実行した際の、各相電流及び各相電圧と、対応する電気角θとを、図６のタイムチャートで示す。
【００３６】
まず、通電開始角θｏｎに対応する時刻ｔ０において、Ｕ相電圧Ｖｕとして正の定電圧であるＶｄｃの印加が開始され、その電圧の印加はｔ１まで継続される。このとき、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間が、電圧印加幅Δθに相当する。時刻ｔ１では、電圧の印加が停止されるため、Ｕ相電流Ｉｕは、時刻ｔ２まで単調減少する。
【００３７】
続いて、時刻ｔ２において、Ｖ相電圧Ｖｖとして、正の電圧であるＶｄｃの印加が開始される。このとき、Ｖ相電圧Ｖｖの印加に伴って、磁束の変化が起きる。上述したように、Ｕ相巻線２２ｕとＶ相巻線２２ｖとは、互いに磁束が鎖交するように設けられているため、Ｖ相巻線２２ｖへの通電により発生した磁束を打ち消すべく、Ｕ相巻線２２ｕには誘導起電力が発生し、Ｕ相電流Ｉｕが増加する。このＵ相電流Ｉｕの増加は、Ｖ相巻線２２ｖへのＶｄｃの印加が終了する時刻ｔ３まで継続される。なお、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、電圧印加幅Δθに相当する。
【００３８】
時刻ｔ３では、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が停止されるため、時刻ｔ３以降はＵ相電流Ｉｕが単調減少する。そして、通電終了角θｏｆｆに対応する時刻ｔ４において、Ｕ相電流Ｉｕを強制的にゼロとすべくＵ相電圧Ｖｕとして負の定電圧である−Ｖｄｃが印加され、時刻ｔ５においてＵ相電流Ｉｕはゼロとなり電気１周期におけるＵ相巻線２２ｕについての通電制御が終了する。
【００３９】
なお、Ｖ相巻線２２ｖ及びＷ相巻線２２ｗへの通電制御についても同様に行われるため、その説明を省略する。
【００４０】
上記構成により、本実施形態に係るモータ制御装置は、以下の効果を奏する。
【００４１】
・各相の電気１周期におけるスイッチング素子の駆動制御を、正の定電圧の印加を開始する時刻ｔ０と、正の定電圧の印加を終了する時刻ｔ１と、負の定電圧の印加を開始する時刻ｔ４の３回のみとすることができる。そのため、スイッチング素子の駆動に伴う損失を低下させることができ、それにより、ＳＲモータの駆動時の電気効率を上昇させることができる。
【００４２】
・トルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎにより、通電開始角θｏｎ、通電終了角θｏｆｆ及び電圧印加幅Δθを得れば、誘導起電力による増加と、印加される電圧がゼロであることによる減少とにより、通電期間における電流の増減を制御することができる。そのため、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを検出してフィードバック制御を行う必要がなく、回路構成及び制御を簡略化することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態と同様に全節巻ＳＲモータの制御を行うものであり、制御が一部異なっている。制御装置３０は、第１実施形態に準ずる構成であって、且つ、図示しない電流センサを備えており、電流センサは、Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗのそれぞれに流れる電流を、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗとして検出する。電流センサが検出したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗは、操作信号生成部３０ｂに入力される。
【００４４】
本実施形態における操作信号生成部３０ｂが実行する処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。この処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００４５】
まず、上位の制御装置から入力されるトルク指令値Ｔ＊、回転角センサ３６が検出した電気角θ、回転数算出部３０ａが算出した回転数Ｎ、電流センサが検出したＵ相電流Ｉｕを取得する（Ｓ２０１）。続いて、取得したトルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎに基づき、Ｕ相巻線２２ｕへの通電開始を指示する通電開始角θｏｎ、Ｕ相巻線２２ｕへの通電終了を指示する通電終了角θｏｆｆ、及び、電流指令値Ｉｒｅｆを設定する（Ｓ２０２）。通電開始角θｏｎ、通電終了角θｏｆｆ、及び、電流指令値Ｉｒｅｆは、トルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎに応じて定まる値であり、トルク指令値Ｔ＊及び回転数Ｎと関係付けられたマップや数式を用いて設定される。なお、マップや数式は、制御装置３０が備えるメモリに記憶されている。
【００４６】
次に、電気角θが、通電区間内であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。電気角θが通電区間内であれば（Ｓ２０３）、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が開始されている電気角θであるか否かを判定するために、電気角θが、通電開始角θｏｎに３６０°を相数Ｘで除算した値（１２０°）を加えた値以下であるかを判定する（Ｓ２０４）。すなわち、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が開始されていれば、Ｖ相電圧Ｖｖにより発生するＶ相磁束φｖがＵ相巻線２２ｕに対しても鎖交する。そのため、Ｕ相巻線２２ｕでは、その磁束を打ち消すために誘導起電力が発生し、Ｕ相電流Ｉｕが増加する。一方、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が開始されていない状態で、Ｕ相巻線２２ｕへの電圧の印加を行わなければ、Ｕ相電流Ｉｕは単調減少し、所望のトルク等を得られない可能性がある。そのため、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が開始されるまでの期間である第１期間では（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｕ相電流Ｉｕを電流指令値Ｉｒｅｆとする制御である制御Ａを実行する（Ｓ２０５）。
【００４７】
一方、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加が開始された後である第２期間では（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｖ相電圧ＶｖによりＵ相巻線２２ｕに発生する誘導起電力を利用してＵ相電流Ｉｕを増加させる、制御Ｂを実行する（Ｓ２０６）。また、電気角θが通電区間内でなければ（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとして、Ｕ相電圧Ｖｕとして負の定電圧である−Ｖｄｃを印加する。
【００４８】
図８は、図７で示したフローチャートの制御Ａ（Ｓ２０５）のサブルーチンである。本サブルーチンを実行する上で、第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１及び第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を使用する。第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１及び第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２はいずれも正の値であり、第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２は第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１よりも大きい値である。なお、第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１及び第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２は、いずれも、制御装置３０が備えるメモリに記憶されている。
【００４９】
制御Ａのサブルーチンが開始されると、まず、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆから第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を減算した値以下となったか否かを判定する（Ｓ３０１）。Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆから第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を減算した値以下であれば（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＮとし（Ｓ３０２）、Ｕ相電流Ｉｕを増加させる。
【００５０】
一方、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆから第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を減算した値以下でなければ（Ｓ３０１：ＮＯ）、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値以上であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。すなわち、制御Ａのサブルーチンは、所定の制御周期で実行されるものであるため、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値を超えた場合においても、ただちにＵ相電流Ｉｕを減少させる制御が行われない場合が生じ得る。このとき、電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値を超える可能性がある。この場合では、Ｕ相電流Ｉｕが過剰に大きくなり、Ｕ相電流Ｉｕを急速に減少させる必要が生ずるため、Ｓ３０３の処理を行う。肯定的な判定がなされれば（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとし（Ｓ３０４）、Ｕ相電圧Ｖｕとして負の定電圧を印加してＵ相電流Ｉｕを急速に減少させる。
【００５１】
Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値以上でなければ（Ｓ３０３：ＮＯ）、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値以上であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値以上であれば（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、Ｕ相電流Ｉｕを減少させるべく、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１とＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとして（Ｓ３０６）、Ｕ相電圧Ｖｕをゼロとする。一方、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値以上でなければ（Ｓ３０５：）、制御Ａのサブルーチンを実行する前の、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の制御状態を維持し、一連の処理を終了する。
【００５２】
制御Ａの処理を実行した場合のＵ相電流Ｉｕ及びＵ相電圧Ｖｕを、図９を用いて説明する。
【００５３】
まず、通電開始角θｏｎに対応する時刻ｔ０において、通電が開始される。このとき、Ｕ相電流Ｉｕは電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値よりも小さいため、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２が共にＯＮとされ、Ｕ相電圧Ｖｕは、正の定電圧であるＶｄｃとなる。この制御により、Ｕ相電流Ｉｕは増加する。続いて、時刻ｔ１において、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値よりも大きくなれば、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとすることにより、Ｕ相電圧Ｖｕがゼロとなる。これにより、Ｕ相電流Ｉｕは減少に転ずる。時刻ｔ２において、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆから第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を減算した値よりも小さくなれば、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＮとし、Ｕ相電流Ｉｕを増加させる。
【００５４】
時刻ｔ３では、Ｕ相電流Ｉｕが電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値よりも大きく、Ｕ相電流Ｉｕを急速に減少させる必要があるため、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとし、負の定電圧である−Ｖｄｃを印加する。また、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとする制御を継続すれば、Ｕ相電流Ｉｕが過剰に減少する。そのため、時刻ｔ４において、Ｕ相電流Ｉｕが、電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値よりも小さく、且つ、電流指令値Ｉｒｅｆに第１ヒステリシス値Ｈｙｓ１を加算した値よりも大きい値をとれば、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１とＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２との一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとすることで、Ｕ相電流Ｉｕの時間当たりの減少量を低下させる。なお、続く時刻ｔ５〜ｔ７においても同様に、Ｕ相電流Ｉｕの値を電流指令値Ｉｒｅｆの近傍の値とすべく、制御が行われる。
【００５５】
続いて、図１０を用いて、図７で示したフローチャートの制御Ｂ（Ｓ２０６）のサブルーチンについて説明する。
【００５６】
本サブルーチンでは、Ｕ相電流Ｉｕが、電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値よりも大きいか否かの判定を行う（Ｓ４０１）。すなわち、Ｕ相電流Ｉｕが過剰な値となったか否かを判定する。Ｕ相電流Ｉｕが、電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値以上であれば（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、Ｕ相電流Ｉｕを急速に減少させるべく、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２をＯＦＦとし（Ｓ４０２）、Ｕ相電圧Ｖｕとして負の定電圧を印加する。
【００５７】
一方、電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値よりも小さければ（Ｓ４０１：ＮＯ）、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２の一方をＯＮとし、他方をＯＦＦとする（Ｓ４０３）。このとき、Ｕ相電圧Ｖｕは０であるため、Ｕ相巻線２２ｕについての制御のみが行われるならば、Ｕ相電流Ｉｕは単調減少する。しかしながら、本実施形態では、第１実施形態と同様に、Ｕ相巻線２２ｕは、Ｖ相巻線２２ｖと鎖交するように巻かれている。そして、Ｖ相巻線２２ｖへの印加が開始される電気角θにおいて、制御Ｂへと移行する。そのため、制御Ｂでは、Ｖ相巻線２２ｖへ通電に伴い、Ｕ相電流Ｉｕを増加させることができる。
【００５８】
なお、図７、図８及び図１０のフローチャートでは、Ｕ相についての通電制御を示しているが、Ｖ相及びＷ相についても同様に行われる。すなわち、Ｖ相における通電開始角θｏｎ及び通電終了角θｏｆｆを、Ｕ相に対して電気角θで１２０°ずらしたものとすればよく、Ｗ相における通電開始角θｏｎ及び通電終了角θｏｆｆを、Ｕ相に対して電気角θで２４０°ずらしたものとすればよい。
【００５９】
続いて、図７のフローチャートで示した処理を実行した際の、各相電流及び各相電圧と、対応する電気角θとを、図１１のタイムチャートで示す。
【００６０】
通電開始角θｏｎではＵ相電流Ｉｕは０Ａであるため、正の電圧であるＶｄｃの印加が開始される。その後、Ｕ相巻線２２ｕに対する制御Ａのスイッチング制御は、Ｖ相巻線２２ｖへの通電が開始されるまで、すなわち、電気角θが通電開始角θｏｎに１２０°を加算した値となるまで行われる。電気角θが通電開始角θｏｎに１２０°を加算した値となり、Ｖ相巻線２２ｖに電圧の印加が開始されれば、制御Ｂが行われる。すなわち、Ｖ相巻線２２ｖへの電圧の印加に伴い生ずる磁束の変化を打ち消すように、Ｕ相巻線２２ｕには誘導起電力が発生し、Ｕ相電流Ｉｕが増加する。そして、通電終了角θｏｆｆとなれば、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕ１及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕ２を共にＯＦＦとし、Ｕ相電流Ｉｕをゼロまで減少させる。
【００６１】
上記構成により、本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０が奏する効果に準ずる効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６２】
・第１実施形態では、Ｕ相巻線２２ｕにおいて、時刻ｔ１で正の定電圧の印加を終了すれば、Ｖ相巻線２２ｖへの通電が開始される時刻ｔ２までは、Ｕ相電流Ｉｕは単調減少する。これは、Ｖ相巻線２２ｖ及びＷ相巻線２２ｗにおいても同様である。そのため、例えば、回転数Ｎが少ない場合等、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間隔が長い場合には巻線電流の減少が大きくなり、トルクが低下する可能性がある。この点、本実施形態では、次相への通電の開始までは、自相において電流値が所定範囲に入るように制御を行っているため、電流値の低下に伴うトルクの減少を抑制することができる。加えて、次相への電圧の印加が開始されれば、正の定電圧を印加するためのスイッチング制御を行わないため、スイッチング制御を行う回数を減少させることができ、それにより、スイッチング制御に伴う損失を減少させることができる。
【００６３】
・制御Ｂを行う第２期間において、自相の電流の増加は、次相への電圧の印加期間に依存するものとなり、自相への電圧の印加期間によっては、自相の電流の増加が過剰なものとなることがある。この点、本実施形態では、第２期間において、自相の電流値が電流指令値Ｉｒｅｆに第２ヒステリシス値Ｈｙｓ２を加算した値よりも大きい場合には、負の定電圧である−Ｖｄｃを印加することにより、電流値を減少させている。これにより、第２期間における電流の過剰な増加を抑制することができる。
【００６４】
＜変形例＞
・上記第１実施形態では、スイッチングによる損失を抑制できるものの、電流が単調減少するため、その際の電流の減少量によっては十分なトルクが得られない可能性がある。一方、上記第２実施形態では、第２巻線への通電を開始するまでは、スイッチング制御により電流を電流指令値近傍に維持することができるものの、スイッチングによる損失は増加する。そのため、回転数Ｎや、トルク指令値Ｔ＊等に応じて、第１実施形態に係る制御と第２実施形態に係る制御とを切り替えて実行するものとしてもよい。
【００６５】
・上記第１実施形態では、負の定電圧の印加を、通電終了角θｏｆｆ以降としているが、通電期間において、電流が所定の閾値を超えた場合に負の定電圧を印加するものとしてもよい。すなわち、通電終了角θｏｆｆまでは、次相への電圧の印加による相互磁束干渉を利用して電流を増加させているため、この電圧の印加時間によっては、自相の電流が過剰に大きくなる場合が生ずる。そのため、電流が所定の閾値を超えた場合に負の定電圧を印加することにより、電流の過剰な増加を抑制することができる。
【００６６】
・上記実施形態では、全節巻ＳＲモータを制御するものとした、全節巻ＳＲモータ以外のＳＲモータに対しても、同様に適用可能である。すなわち、巻線同士が鎖交するように巻かれ、且つ、通電区間が互いに重複するように制御が行われるＳＲモータであれば、同様に適用することができる。
【００６７】
・上記実施形態では、正の定電圧と、０電圧と、負の定電圧とを印加するものとしたが、変圧制御を行い、複数段階の正の電圧、及び、複数段階の負の電圧を、印加するものとしてもよい。
【００６８】
・上記各実施形態において、各スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いるものとしているが、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタであってもよい。
【００６９】
・直流電源はバッテリに限らない。例えば、交流電源と、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流回路とで直流電源を構成してもよい。
【００７０】
・各実施形態において、制御装置３０が３相の全節巻ＳＲモータの制御を行うものとしたが、３相以外の全節巻ＳＲモータの制御を行うものとすることもできる。その場合には、全節巻ＳＲモータがＸ相であれば、各相の指令電圧を３６０°／Ｘずれたものとすればよい。
【００７１】
・本発明の適用対象としては、車載主機としてのモータに限らず、例えば車載補機としてのモータであってもよい。また、本発明の適用対象としては、車載モータに限らない。
【符号の説明】
【００７２】
２２ｕ…Ｕ相巻線、２２ｖ…Ｖ相巻線、２２ｗ…Ｗ相巻線、３０…制御装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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