(57)【要約】【課題】従来技術では、スイッチ数が増え回路が複雑化するため、システムの小型化が困難になり、ＳＲモータを低回転数で高トルクで駆動する時にモータのコアが磁気飽和してモータコイルに流れる電流の時間変化率ｄI／ｄｔが大きくなり、電流制御がしにくくなる。【解決手段】SRモータのモータコイル(ML1-ML3)に直列接続されている可変コイル(SL1-3)であって、前記可変コイルに流れる電流が大きくなると、インダクタンスを大きくする可変コイルを含むSRモータの駆動装置を提供する。可変コイルを巻き回したコア(CA)と永久磁石(Mg)ととを接触させることによって、可変コイルに流れる電流が作る磁界の逆方向に磁気バイアスされる。本構成によれば、電流の時間変化率は低下するので、モータの電流リップルを低減する事ができ、結果としてトルクリップルの抑制や音振の低減、ノイズの抑制ができるという効果が得られる【選択図】図５
2007166692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
SRモータの駆動装置であって、
前記SRモータのモータコイルに直列接続されている可変インダクタであって、前記可変インダクタに流れる電流が大きくなると、インダクタンスを大きくする可変インダクタを含む、
SRモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のSRモータの駆動装置において、
前記可変インダクタが可変コイルであり、
前記可変コイルを巻き回したコアが、
永久磁石と前記コアとを接触させることによって、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界の逆方向に磁気バイアスされている、
ことを特徴とするSRモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のSRモータの駆動装置において、
前記コアのうち前記可変コイルが巻き回されている部分の磁化方向の断面積よりも、前記コアの一端と前記永久磁石の一方の極とが接する部分の接触面積の方が大きい、
ことを特徴とするSRモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載のSRモータの駆動装置において、
前記可変コイルを巻き回したコアが、
磁気バイアス用コイルを前記コアに巻き回すことによって、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界の逆方向に磁気バイアスされている、
ことを特徴とするSRモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のSRモータの駆動装置において、
前記可変コイルを巻き回したコアが、絶縁体を含む軟磁性材料で作られている、
ことを特徴とするSRモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のSRモータの駆動装置において、
前記可変コイルを前記SRモータとは別体とする、
ことを特徴とする請求項１から請求項５に記載のSRモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はSRモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術におけるＳＲ（スイッチト・リラクタンス）モータの駆動では、ステータの突極とロータと突極が対向し始めるロータ角度でモータのコイルへの通電を開始し、完全に両突極が対向する前に通電を停止する。低回転数では、コイルに通電したときの電流の時間変化率に対し、両突極が対向し始めて完全に対向するまでの時間が長いため、１回の励磁期間にスイッチ素子のオン・オフを繰り返して、所望のトルクが得られる電流値を維持するスイッチング制御を行っている。
【０００３】
このとき所望のトルクが小さい場合は、流す電流は小さく、ステータやロータのコアは磁気飽和しない。従って、ステータの突極に巻回するコイルのインダクタンスは大きく、電流の時間変化率は比較的小さい。ところが、所望のトルクが大きい場合は、流す電流が大きく、ステータやロータのコアが磁気飽和するようになる。従ってコイルのインダクタンスは極端に低くなり、電流の時間変化率が大きくなる。この結果、１回の励磁期間に行うスイッチング回数が増える。さらに、スイッチング素子のオン・オフスピードには限界があるため、オン・オフの時間はこの限界を超えて短くすることが出来ない。従ってオン期間・オフ期間に電流が大きく増減することとなる。
【０００４】
このようなに大きなリップルを含む電流は、トルクリップルや音振、ノイズの発生原因となり、たとえば電気自動車などへ実装する際大きな問題となる。この問題に対し、従来例（特許文献１を参照されたい。）のようにモータのコイルと直列に設けたスイッチによりインダクタンスを変更する回路構成も考えられる。
【特許文献１】実公平４−５３１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上の挙げた従来例では、スイッチ数が増え回路が複雑化するため、システムの小型化が困難になるという問題がある。また、ＳＲモータを低回転数で高トルクで駆動する時にモータのコアが磁気飽和してモータコイルに流れる電流の時間変化率ｄI／ｄｔが大きくなり、電流制御がしにくくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明によるSRモータの駆動装置（例えば駆動回路）は、
前記SRモータのモータコイルに直列接続されている可変インダクタ（例えば可変コイル）であって、前記可変インダクタに流れる電流が大きくなると、インダクタンスを大きくする可変インダクタを含む、
ことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明によるSRモータの駆動装置は、
前記可変インダクタが可変コイルであり、
前記可変コイルを巻き回したコアが、
永久磁石と前記コアとを接触させることによって、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界の逆方向に磁気バイアスされている、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明によるSRモータの駆動装置は、
前記コアのうち前記可変コイルが巻き回されている部分の磁化方向の断面積よりも、前記コアの一端と前記永久磁石の一方の極とが接する部分の接触面積（即ち、前記永久磁石の磁化方向の断面積に相当する）の方が大きい、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明によるSRモータの駆動装置は、
前記可変コイルを巻き回したコアが、
磁気バイアス用コイルを前記コアに巻き回すことによって、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界の逆方向に磁気バイアスされている、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明によるSRモータの駆動装置は、
前記可変コイルを巻き回したコアが、絶縁体を含む軟磁性材料で作られている、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明によるSRモータの駆動装置は、
前記可変コイルを前記SRモータとは別体とする（即ち、SRモータ筐体の外部に設けられる）、ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、SRモータと接続する前記SRモータを駆動するためのSRモータ駆動回路において、前記SRモータのコイルは、電流が大きくなるとインダクタンスを大きくする可変インダクタと直列接続するので、大電流でSRモータのコアが飽和してもそれを補うように可変インダクタのインダクタンスが大きくなる。従って、両者の合計のインダクタンスは、磁気飽和したモータコイルのインダクタンスより大きくなる。このモータコイルと可変インダクタとの組に流れる電流の時間変化率は低下するので、モータの電流リップルを低減する事ができる。結果として、トルクリップルの抑制や音振の低減、ノイズの抑制ができるという効果が得られる。さらに電流ピーク値を変えずに電流の変化幅のみ小さくできれば、電流実効値が上がるのでトルク向上の効果も得られる。
【００１３】
また、第２の発明によれば、可変コイルのコアは、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界と逆方向に永久磁石により磁気バイアスするので、大きな電流が流れるほどコアの内部の磁束が相殺される。一般に磁性体に巻回したコイルのインダクタンスは磁性体内部の磁束が０である時に大きいので、大きな電流でインダクタンスが大きくなる可変コイルが得られ、第１の発明に対する効果が実現できる。さらに、永久磁石により磁気バイアスされるので、従来の回路構成に新たにスイッチ素子などを付加することなく容易に上記の効果が得られる。即ち、本構成では、可変コイルが電流値に応じて自律的にインダクタンス成分を変化させる自律型可変コイルを形成させるため、この可変コイルに対してスイッチング制御などをする必要が全くない。
【００１４】
また、第３の発明によれば、前記可変コイルのコアにおいて、可変コイルを巻回する部分における磁化方向の断面積よりも、永久磁石と前記コアが接する部分の面積、即ち磁石の磁化方向の断面積を大きくするので、可変コイルによる磁界で永久磁石が減磁しにくくなる。従って、減磁により第１および第２の発明による効果を損なう恐れがない。
【００１５】
また、第４の発明によれば、前記可変コイルのコアは、前記可変コイルに流れる電流が作る磁界と逆方向にコアに巻回される別のコイルにより磁気バイアスするので、磁気バイアス量を自由に選択する事が可能となる。また、永久磁石を使わないため減磁の恐れがないということから、コアの設計上の制約が少なくなり設計自由度が向上するという効果が得られる。
【００１６】
また、第５の発明によれば、前記可変コイルのコアは、絶縁体を含む軟磁性材料で作られるので、鉄損が低く抑えられることのみならず、絶縁材料が混入される分飽和磁束密度が低い。ところで、モータのコアが磁気飽和しないような比較的低電流の時には、可変コイルを飽和させインダクタンスを積極的に下げた方が望ましいが、上記のように低い飽和磁束密度ならば容易に飽和させてインダクタンスを下げることが可能であり、この点でも効果がある。
【００１７】
また、第６の発明によれば、前記可変コイルを前記SRモータとは別体とする、即ち、SRモータ筐体の外部に設けることによって、可変コイルがモータコイルの磁気の影響を全く受けないようになり、可変コイルに設計どおりの電流値対インダクタンス値の変化特性を発揮させることができる。また、可変コイルの分だけモータ筐体を小型化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。はじめに、本発明の構成・効果を際立たせるために、本発明の構成・原理の説明に先立って、従来技術によるSRモータ駆動回路の構成および動作について説明する。
従来技術によるSRモータの駆動回路
図１は、従来技術による３相のSRモータ駆動回路である。モータコイルML1、ML2、ML3は、電源Vdcからの電流で各モータコイルを励磁するようSW1〜SW6のスイッチ素子と接続する。また、消磁の際にこれらのスイッチ素子がオフすると、電源の負極側から正極側へ向かってモータコイル電流が流れるようにダイオードD１〜D6を接続する。また、各モータコイルとは並列にコンデンサC1が設けられている。
【００１９】
次に、この従来回路の動作について説明する。図２（ａ）に示したようなＳＲモータにおいて、図２（ｂ）のようにステータとロータの突極同士が対向しはじめるロータ角度を励磁開始角度θONとする、また図２（ｃ）のようにステータとロータの突極同士が完全に対向した角度を励磁停止角度θOFFとする。
【００２０】
次に、各スイッチ素子の制御について説明する。図３には低回転数で低トルクの場合の電流制御例を示した。図３ではθONからθOFFにかけてモータコイルML1に電流が流れるようSW1およびSW2を制御している。ところで、モータのトルクはモータコイルのインダクタンスのロータ角度に対する変化率に比例し、また電流の２乗にも比例する。ステータとロータの突極が非対向位置から対向位置に向かう間、モータコイルのインダクタンスはロータ角度に対してほぼ直線的に比例するので、電流を一定に制御すれば一定のトルクを出すことができる。そこで、図３のように必要トルクを出せる電流値Ipを設定し、モータコイルML1に流れる電流がほぼIpになるように、ヒステリシスコンパレータ制御やPWM制御によってスイッチ素子をオン・オフして電流制御を行う。すなわち電流値がIpになるとSW2をオフしてモータコイルML1の電流を還流し、電流値がIp−ΔＩにまで下がるとSW2を再びオンしてモータコイルML1を励磁する。ここでのリップル幅は、ΔIとなる。
【００２１】
一方、図４には低回転数で高トルクの場合の電流制御例を示した。高トルクであるので図３の例よりもIpを大きくとっている。ところで、先に述べたように大電流をモータコイルに通電すると、ステータやロータのコアが磁気飽和する。これによりモータコイルのインダクタンスが低減するため、電流の時間変化ｄI／ｄｔが大きくなる。従って、電流を一定値に制御するには、早い周期でスイッチ素子をオン・オフしなければならない。一方、スイッチ素子のスイッチングスピードには限界があり、その限界スピード以上でオン・オフを繰り返す事は出来ない。結果として、図４のように周波数が高くリップル幅（ΔI）の大きな電流波形となる。このようにリップルの大きい電流はトルクリップルを引き起こすこととなる。さらには、トルクリップルのみならず、モータの音振やノイズ発生の原因となり大きな問題となっていた。これは、特に電動車両などの車載モータの場合には乗員の快適性などに悪影響を与ええることとなる。
【００２２】
第１の実施例
次に、本発明によるSRモータ駆動装置を駆動回路として実現した場合の構成および動作について説明する。図５の回路は３相のSRモータ駆動回路であり、各モータコイルML1、ML2、ML3と可変コイルSL1、SL2、SL3がそれぞれ直列に接続してある。また、従来構成と同様に、電源Vdc、スイッチ素子SW1〜SW6、ダイオードD１〜D6、およびコンデンサC1が設けられている。
【００２３】
図６は、本発明に用いる可変コイルの磁気バイアスの仕方の説明図であり、磁束Ｂと磁場Ｈとの関係を示す磁化曲線である。図６（ａ）は、磁気バイアスをかけていない状態の磁化曲線であり、図６（ｂ）は、磁気バイアスをかけた状態の磁化曲線である。即ち、可変コイルSL1、SL2、SL3は、図６（ｂ）に示すように、コイルに通電した時に発生する磁束とは逆方向に磁気バイアスがかけられている。この磁気バイアスは、可変コイル（可変インダクタ）SL1、SL2、SL3への通電が０である時に、既に可変コイルのコアが磁気飽和した状態にしておき、コイルに通電してその電流値が第１のしきい値になるまでは可変コイルのコアの磁気飽和状態が継続するよう、深くバイアスする。このような磁気バイアスにより、可変コイルの電流が第１のしきい値以下では、図６（ｂ）に示すように可変コイルのインダクタンスは低い状態のままで、可変コイルの電流が第１のしきい値以上では、可変コイルのインダクタンスを高い状態にする。従って、モータコイルと可変コイルの合計のインダクタンスはモータのコアが磁気飽和しても、低くならず、電流の時間変化率ｄI／ｄｔが増大せずに小さくしたままに保持することができる。
【００２４】
図７は、本発明のＳＲモータ駆動回路により低回転数、高トルク駆動をした時のモータコイル電流波形を示す図である。この図に示すように、電流値が第１のしきい値以上になると可変コイルのインダクタンスが大きくなり、電流の変化が緩やか、即ち、電流の時間変化率ｄI／ｄｔが緩やかになり、リプル電流幅ΔＩを低減することができる。
【００２５】
以上、本発明によれば、大電流でSRモータのコアが飽和してもそれを補うように可変コイルのインダクタンス成分が大きくなる。従って、両者の合計のインダクタンスは、磁気飽和したモータコイルのインダクタンスより大きくなる。このコイル組に流れる電流の時間変化率は低下するので、モータの電流リップルを低減する事ができる。結果として、トルクリップルの抑制や音振の低減、ノイズの抑制ができるという効果が得られる。さらに電流ピーク値を変えずに電流の変化幅のみ小さくできれば、電流実効値が上がるのでトルク向上の効果も得られる。
【００２６】
なお、可変コイルは図８に示したように、永久磁石Mgが作る磁束Bbと可変コイルが作る磁束Bａが逆になるように設定する。さらに巻回する部分の断面積よりも、永久磁石Mgと前記コアCAとが接する部分の面積、即ち、磁石の磁化方向の断面積を大きくする。これにより、可変コイルによる磁界で永久磁石が減磁しにくくなる。また、図９のように示したように、外部回路によって、磁気バイアス用コイルBCを磁化バイアス用コアBCAに巻き回すことによって磁気的にバイアスする場合も外部回路による磁束Bbと可変コイルが作る磁束Bａが逆になるように設定する。なお、磁化バイアス用コアBCAとコアCAとは１つの部材であってもよい。
【００２７】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段などを１つに組み合わせたり或いは分割したりすることが可能である。例えば、実施例で挙げた回路図は３相モータ用のものであるが、本発明はその他の相のモータにも適用することができる。また、このような実施例の回路図では、ダイオードやスイッチを具体的な回路構成で説明してあるが、これらは単なる例示に過ぎず他の回路構成であっても本発明は適用することできる。
さらに、実施例では可変インダクタ（可変コイル）の構成として永久磁石を使って磁気バイアスをかけたコアを用いて自律的にインダクタンスを変える可変コイルを挙げてあるが、本発明は他の従来の可変インダクタを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のＳＲモータ駆動回路である。
【図２】励磁開始角度θONと励磁停止角度θOFFの説明図である。
【図３】従来のＳＲモータ駆動回路により低回転数、低トルク駆動をした時のモータコイル電流波形を示す図である。
【図４】従来のＳＲモータ駆動回路により低回転数、高トルク駆動をした時のモータコイル電流波形を示す図である。
【図５】本発明によるＳＲモータ駆動回路を示す図である。
【図６】本発明に用いる可変コイルの磁気バイアスの仕方を示す図である。
【図７】本発明のＳＲモータ駆動回路により低回転数、高トルク駆動をした時のモータコイル電流波形を示す図である。
【図８】本発明に用いる可変コイルの永久磁石を用いた形状例を示す図である。
【図９】本発明に用いる可変コイルの外部回路を用いた形状例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
Bａ  磁束
Bb  磁束
BC  磁気バイアス用コイル
BCA  磁化バイアス用コア
C1  コンデンサ
CA  コア
D１〜D6  ダイオード
Mg  永久磁石
ML1〜ML3  モータコイル
SL1〜SL3  可変コイル
SW1〜SW6  スイッチ素子
Vdc  電源
ΔＩ  リプル電流幅
θOFF  励磁停止角度
θON  励磁開始角度
【図１】
2007166692.tif 000003
【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】
2007166692.tif 000009
【図８】
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【図９】
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