(57)【要約】【課題】低回転速度域から高回転速度域に至る全回転速度域で高いモータ出力特性を実現する。【解決手段】スイッチトリラクタンスモータ２をＰＷＭ制御するための制御ユニット１において、アクセル操作量と回転速度とに応じてＰＷＭ制御のデューティ・通電角・通電角の進角を求めるための各マップ１１・１２・１３を設け、入力されるアクセル操作量と検出された回転速度とに応じてＣＰＵ３により各値を設定し、それらの設定値に基づいてモータ２を駆動制御する。回転速度だけで制御することがないため、例えば電動カートに適用した場合に目標出力をアクセルペダルの踏み込み量（操作量）に対応させることにより、アクセル踏み込み量に応じてモータ出力を変化させることができるなど、内燃機関搭載カートと同様の感覚でアクセル操作することができる。【選択図】図１
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【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の目標出力を設定する目標出力設定手段と、前記スイッチトリラクタンスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記スイッチトリラクタンスモータをＰＷＭ制御する駆動制御手段と、前記目標出力と前記回転速度とに対応して前記スイッチトリラクタンスモータの通電形態を設定する通電形態設定手段とを有し、
前記駆動制御手段が、前記設定された目標出力と前記検出された回転速度に応じて前記通電形態設定手段にて設定された前記通電形態に基づいて前記スイッチトリラクタンスモータの駆動を制御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。
【請求項２】
前記通電形態が、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記ＰＷＭ制御のデューティと、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記スイッチトリラクタンスモータの通電角と、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記通電角の進角とにより設定され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制御装置。
【請求項３】
前記デューティと前記通電角と前記進角とが、前記目標出力と前記回転速度とに対応して作成された各マップにより設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータに複数の磁性体からなる突極部を設け、ロータを外囲するように同軸的に配設されたステータに複数の内向突極部を設け、各内向突極部にそれぞれ巻線して励磁コイルを形成し、各励磁コイルに選択的に通電することにより、ステータの内向突極部にロータの突極部を磁気吸引してロータに回転トルクを発生させるようにしたスイッチトリラクタンスモータが知られている。このＳＲモータにあっては、マグネットを必要としないため構造が簡単であることから、悪環境に対処し易くかつ安価に小型高出力化が可能であるなどの利点があり、種々のモータ装置への適用が考えられ、例えば電動カートなどの電動車両としての駆動モータに利用することも考えられている。
【０００３】
上記スイッチトリラクタンスモータの制御として高回転速度時の対策が考えられており、例えば回転子（ロータ）の実際の回転速度及び設定された目標回転速度の少なくとも一方に基づき回転子の回転状態を判断してその判断結果に応じて回転子の低回転速度領域ではＰＷＭ制御し、高回転速度領域では進み角制御するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−１４３２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、低回転速度領域では進み角制御をしていないくても巻線電流を十分に流すことができるが、上記特許文献の制御にあっては、使用するパワー素子の容量の制限から電流フィードバック制御行っている。そのため電流検出器を設けていることから、部品点数の増大及びそれに伴って装置が高騰化するという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献のものにあっては、インダクタンスの変化について減少期間と増加期間とが続けて記載されていることから、インダクタンスの増減が連続的に変化するものであり、その場合には進角制御により回生制動によるブレーキ発生要因となってしまうという問題がある。
【０００６】
一般に高回転速度側では進み角制御を行うことで効率およびモータ出力を改善することができる。しかし、高回転速度になるに従い、転流の間隔が短くなり各相の通電時間が減少し、巻線電流の立ち上り時間の影響が相対的に大きくなって、十分な巻線電流が確保できなくなる。そのため、高回転速度側でモータ出力が落ち込み、電動カートなどでは最高速度が抑えられてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決して、低回転速度領域から高回転速度領域に至る全回転速度領域で高いモータ特性を実現するために本発明に於いては、スイッチトリラクタンスモータの目標出力を設定する目標出力設定手段と、前記スイッチトリラクタンスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記スイッチトリラクタンスモータをＰＷＭ制御する駆動制御手段と、前記目標出力と前記回転速度とに対応して前記スイッチトリラクタンスモータの通電形態を設定する通電形態設定手段とを有し、前記駆動制御手段が、前記設定された目標出力と前記検出された回転速度に応じて前記通電形態設定手段にて設定された前記通電形態に基づいて前記スイッチトリラクタンスモータの駆動を制御するものとした。
【０００８】
特に、前記通電形態が、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記ＰＷＭ制御のデューティと、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記スイッチトリラクタンスモータの通電角と、前記目標出力と前記回転速度とに対応して設定される前記通電角の進角とにより設定されると良い。また、前記デューティと前記通電角と前記進角とが、前記目標出力と前記回転速度とに対応して作成された各マップにより設定されると良い。
【発明の効果】
【０００９】
このように本発明によれば、スイッチリラクタンスモータをＰＷＭ制御すると共に、その通電形態をスイッチトリラクタンスモータの目標出力と回転速度とに対応して設定した通電形態設定手段を用い、目標出力と回転速度とに応じて通電形態を設定することから、回転速度だけで制御することがないため、例えば電動カートに適用した場合に目標出力をアクセルペダルの踏み込み量（操作量）に対応づけることにより、アクセル踏み込み量に応じてデューティを変化させることができるなど、内燃機関搭載カートと同様の感覚でアクセル操作することができる。
【００１０】
特に、通電形態がＰＷＭ制御のデューティと通電角とその進角とを対象とし、それらを回転速度及び目標出力に応じて設定することにより、低回転速度側ではデューティ１００％以下でのＰＷＭ制御と進角とによる効率的な制御を行い、高回転速度側ではデューティ１００％でさらに通電角を増大しかつ進角させることによりダイナミックレンジの大きな制御を簡単に行うことができる。また、それらの設定を目標出力と回転速度に対応して求めるマップを用いることにより、簡単に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された電動カートに搭載される駆動モータ制御装置の概略ブロック図である。目標設定値として図示されないアクセルペダルの踏み込み量であって良いアクセル操作信号が駆動制御手段としての制御ユニット１に入力し、それに応じて制御ユニット１から出力される駆動制御信号に応じて本発明の対象となるスイッチトリラクタンスモータ（以下、「ＳＲモータ」とする）２が駆動制御される。
【００１２】
制御ユニット１には、目標出力としてのアクセル操作信号が入力され、それに応じて目標出力を設定する目標出力設定手段としてのＣＰＵ３と、ＳＲモータ２に通電するためのドライバ回路４とが設けられている。また、ＳＲモータ２にはそのロータの回転速度を検出する回転速度検出手段としての回転センサ６が設けられ、回転センサ６により検出された回転検出信号がＣＰＵ３に入力するようになっている。なお、回転センサ６にあっては、ロータ位置または回転角度を検出するもの（角度センサ）であって良く、その場合にはＣＰＵ３で回転速度に換算する。
【００１３】
本発明に基づくＳＲモータ２にあっては、図２で示される３相構造のものであって良い。例えば、ロータ７には４つの半径方向外向き突極部が設けられ、ロータ７を同軸に外囲する円環状のステータ８には６つの半径方向内向き突極部が設けられていると共に、ステータ８の各突極部にはＵ相・Ｖ相・Ｗ相の各励磁コイルＬｕ・Ｌｖ・Ｌｗが巻回されかつ対向位置同士で連結されている。この図示例のものにあっては、ステータ８の各対向する一対の突極部の一方がＮ極となって、他方がＳ極となるように上記巻線が行われている。
【００１４】
図２に、上記ドライバ回路４の一例を示す。図２にあっては、電源としての図示されないバッテリからの電源ライン（電圧Ｖｂ）に並列接続された各トランジスタＱ１・Ｑ２・Ｑ３を介して各相の一方の励磁コイルＬｕ・Ｌｖ・Ｌｗが接続され、各相の他方の励磁コイルＬｕ・Ｌｖ・Ｌｗが各トランジスタＱ４・Ｑ５・Ｑ６を介して接地されている。なお、各ダイオードＤ１・Ｄ２・Ｄ３・Ｄ４・Ｄ５・Ｄ６は還流用である。
【００１５】
各トランジスタＱ１〜Ｑ６は、例えばＵ相励磁コイルＬｕ・Ｖ相励磁コイルＬｖ・Ｗ相励磁コイルＬｗの順にロータ７の回転に合わせてまき巻線電流を流すコイルを切り換えるように、ＣＰＵ３からの制御信号に応じてオン・オフする。その通電制御にあってはＰＷＭ制御を行うものであり、ＣＰＵ３から各トランジスタＱ１〜Ｑ６にはＰＷＭ制御信号を含む駆動制御信号が出力され、ＳＲモータ２をデューティ制御することができるようになっている。
【００１６】
図３に、低回転速度側と高回転速度側とにおける通電制御について、Ｕ相励磁コイルＬｕを代表として示す。図の最上段にインダクタンスの変化を示し、それに対応する各トランジスタＱ１・Ｑ４のオン・オフ要領について上段側に低回転速度の場合を示し、下段側に高回転速度の場合を示す。なお、インダクタンスの変化については、実線で示されるＵ相励磁コイルＬｕの他に、参考として、Ｖ相励磁コイルＬｖを破線で示し、Ｗ相励磁コイルＬｗを一点鎖線で示している。
【００１７】
本図示例のＳＲモータ２にあっては、図４に示されるように、ロータ７の突極部７ａの回転方向幅θprと、ステータ８の内向突極部８ａの回転方向幅θpsと、隣り合う内向突極部８ａ間の回転方向幅θｓとが互いに同一幅（角度）であり、図３に示されるようにインダクタンスの変化に最低値が所定区間連続する区間Ｊminが生じる。回転により突極部７ａ及び内向突極部８ａ同士の重なり合い部分が増大することによりインダクタンスが増大し（図３の区間Ｊinc）、重なり合い部分が減少することによりインダクタンスが減少する。尚、図示例では上記したようにθpr＝θps＝θｔとした場合であり、その場合にはθpr＝θps＝θｔ＝３０度（機械角）になるが、上記各幅を同一幅に限るものではない。θpr＝θpsの関係を保持しつつそれらの値を大きく（θｔを減少）しても良く、その場合にはインダクタンスが図３の二点鎖線で示されるように変化し、インダクタンスの増大する区画Ｊincをより大きくすることができ、通電角を増加することで高出力化し得る。
【００１８】
低回転速度側では、３相駆動の場合の所謂１２０度（電気角）通電方式で通電制御を行う。その１２０度の通電角は図のＡＬで示される範囲となる。図に示されるように通電角ＡＬでの通電制御はＰＷＭ制御により行うものであり、その場合には接地側トランジスタＱ４を通電角ＡＬの間オン状態とし、電源側トランジスタＱ１をデューティに応じてオン・オフさせる。
【００１９】
さらに、インダクタンスの上昇区間Ｊincの開始から通電するのではなく、上記最低値が連続する区間Ｊminにある内から通電開始する。その通電開始点に対する区間Ｊincの開始より区間Ｊmin側への進み角をＯＮ進角ＢＬとする。また、通電角ＡＬの終点に対する区間Ｊincの終点より前となる進み角をＯＦＦ進角ＣＬとする。なお、区間Ｊminの開始から通電区間ＡＬの開始までをＯＮ遅角ＤＬ、区間Ｊincの開始から通電区間ＡＬの終点までをＯＦＦ遅角ＥＬとし、進角を遅角に換算して制御しても良い。
【００２０】
高回転速度側で高出力時には、図３の下段側に示されるように、デューティ１００％とし、かつ通電角ＡＨを１２０度よりも増大させると共に、その終わり位置を進角させるべくＯＦＦ進角ＥＨを進ませている。結果として、図に示されるように他のＯＮ進角ＢＨ・ＯＮ遅角ＤＨ・ＯＦＦ進角ＣＨがそれぞれ変化する。
【００２１】
上記制御に用いる各設定値としてのＰＷＭデューティ・通電角・ＯＦＦ進角を求めるための通電形態設定手段としてマップ化した例をそれぞれ図５・図６・図７に示す。各マップとも、アクセル操作量及び回転速度に応じて各設定値を求める。それらデューティ用マップ１１と通電角用マップ１２とＯＦＦ進角用マップ１３とにあっては図１に示されるようにＣＰＵ３と接続されていて良い。尚、通電形態設定手段としては、マップ化したものに限られるものではなく、例えば基準となるいくつかの点での各設定値を設定して、それらの間を補間計算で求めるようにしても良い。その補間計算による場合を図５で例示すると、図に示されるように各基準となる点Ｐ０〜Ｐ５を設定し、各点を直線または曲線となる式で補間する。
【００２２】
次に各マップについて示す。図５のマップでは、低回転速度側から所定の回転速度Ｎｄまではアクセル操作量に比例してデューティも増大し、アクセル操作量が最大（１００％）では所定の回転速度Ｎｄ以上の高回転速度側でデューティが１００％になるようにされている。そのデューティ１００％に達する点は、図に示されるように回転速度の上昇に伴ってアクセル操作量の最小側に連続的に移るようにされている。
【００２３】
図６のマップでは、低回転速度側から所定の回転速度Ｎｄまではアクセル操作量の大小にかかわらず通電角ＡＬを一定（１２０度）に設定し、所定の回転速度Ｎｄ以上では回転速度が増大するにつれてより小さなアクセル操作量から通電角ＡＨを１２０度以上に増大させるようになっている。なお、最高回転速度かつ最大アクセル操作量で所定の最大通電角Ａmaxになるように増大する。図６の例ではその増大方法を比例的（線形）にし、２つの平面で構成されたマップとなっているが、より滑らかな制御とするために非線形化し、曲面で構成されたマップとしても良い。
【００２４】
図７のマップでは、低回転速度側ではアクセル操作量にかかわらず回転速度の増大に応じてＯＦＦ進角が増大する（進む）ようになっている。なお、このマップでは上記各マップにおける所定の回転速度Ｎｄより高い回転速度Ｎｄ２以上でかつアクセル操作量が大きい場合にＯＦＦ進角が回転速度の増大につれて減少するようになっている。その減少は、回転速度が高くなるにつれてアクセル操作量の小さい側から始まる。これは、通電角およびＯＦＦ進角が大きくなるとＯＮ進角が大きくなり、それがインダクタンスの減少部分に及ぶと制動トルクが発生するので、それを防ぐためにＯＦＦ進角を制限した例である。尚、ＯＦＦ進角が小さくなり、駆動ＯＦＦ後の巻線電流の低下途中でインダクタンスの減少部分に入るとやはり制動状態となるので、所望の出力や効率が得られるように適切なＯＮ進角、ＯＦＦ進角および通電角とするのが望ましい。
【００２５】
これら各マップからアクセル操作量及び回転速度に応じてＰＷＭデューティ・通電角・ＯＦＦ進角を求め、その設定値に基づいて図３に示されるように通電制御を行う。低回転速度での１２０度通電角一定の場合には、ＯＦＦ進角ＣＬを図７のマップにより変えた場合にはその進角分と同一の進角にてＯＮ進角ＢＬとなり、巻線電流をデューティで制御することになる。
【００２６】
尚、図示例の各マップは一例であり、使用環境に応じてそれぞれのマップ形状を適宜変えて用いることができる。例えば図示例で線形に変化する部分を曲線で変化するマップ形状としても良い。マップ形状を自由に設計変更することができ、それによりＳＲモータ２を用いた装置の使用条件に合わせた適切な制御を容易に行うことができる。
【００２７】
本発明によれば図８（ａ）に示されるようなモータ出力特性を得ることができる。従来の１２０度通電方式の場合には図８（ｂ）に示されるようになる。それは、高回転速度側では進み角制御を行うことで効率及びモータ出力が向上するが、１相当たりの駆動する時間は高回転速度になるにしたがって減少することから、巻線電流の立ち上がり時間が影響して十分な巻線電流が確保できなくなるためであり、図８（ｂ）に示されるように高回転速度側でモータ出力が落ち込むようになる。
【００２８】
それに対して本制御装置にあっては、低回転速度側（図示例では回転速度Ｎｄ以下）では１２０度通電角ＡＬでＰＷＭデューティの高い通電を行うと巻線電流が大きくなり過ぎるため、使用するパワー素子にて許容される電流値内で必要な電流を確保できる最大のＰＷＭのデューティを回転速度に対応させて設定することにより、電流検出手段を用いずに巻線電流を抑制することができる。さらに、図示例のように、最大デューティとアクセル操作量の最大値とを対応させることで、電流フィードバック制御と同じ出力制御となる同等のダイナミックレンジを確保することができ、従来の電流フィードバック制御と同様の感覚となる制御を行うことができる。
【００２９】
高回転速度側（図示例では回転速度Ｎｄ以上）では通電角ＡＨを１２０度より増大させることも行う。そして、最大通電角Ａmaxと最大アクセル操作量（１００％）とを対応させており、それにより高回転速度側での出力（アクセル）制御のダイナミックレンジを１２０度通電角制御よりも大きくすることができる。ＯＦＦ進角については、効率と出力との関係を考慮して適切な進角量を設定すると良い。図示例では図７のマップに示されるように回転速度とアクセル操作量との最大値近傍に至るまでＯＦＦ進角を増大させ、最大進角となってからは回転速度とアクセル操作量との最大値に至るまで減少させている。これは、ＯＮ進角が大きくなり通電角の開始が制動トルクの発生する領域に入り込まないように、そして所望の出力を得るために通電角を優先させた場合で、電動カートなどの電動車両の運転条件やＳＲモータ２の特性などに応じて任意に設定するものであって良い。これにより、図８（ａ）に示すように、高回転速度側でのモータ出力の落ち込みを防止することができ、最高速度をより一層高めることができる。
【００３０】
本発明によれば回転速度とアクセル操作量とをパラメータとして通電制御に用いる設定値（図示例ではデューティ・通電角・ＯＦＦ進角）をマップから求めるようにしており、これにより簡単に必要な制御値を設定することができると共に、アクセル操作量から積極的に出力制御を行うことができる。これにより、電動カートなどの電動車両に適用した場合に、内燃機関搭載車両と同様の運転感覚となり、乗り換えても違和感を生じることがない。
【００３１】
また、通電角ＡＬ・ＡＨを進角させて通電開始した場合に、インダクタンスの増大・減少または増大・減少・保持が繰り返されるＳＲモータにあっては進角が大きいとその通電部分がインダクタンスの減少部分にかかり制動になってしまうが、上記したようにインダクタンスの最低値となる区間Ｊmin内にＯＮ進角を留めることから制動となることがなく、高回転速度側での進角増大において効率低下となることがなく、効果が大となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用された電動カートに搭載される駆動モータ制御装置の概略ブロック図である。
【図２】ドライバ回路を示す回路図である。
【図３】インダクタンスの変化と通電要領を示す図である。
【図４】スイッチトリラクタンスモータの要部拡大説明図である。
【図５】デューティ用のマップを示す図である。
【図６】通電角用のマップを示す図である。
【図７】ＯＦＦ進角用のマップを示す図である。
【図８】（ａ）は本発明によるモータ出力特性を示す図であり、（ｂ）は１２０度通電方式の場合のモータ出力特性を示す（ａ）に対応する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  制御ユニット
２  スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
３  ＣＰＵ
４  ドライバ回路
６  回転センサ
１１  デューティ用マップ
１２  通電角用マップ
１３  ＯＦＦ進角用マップ
【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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