(57)【要約】【課題】相数に拘わらず一つの電流検出装置のみで電流制御が可能であり、電流検出装置に係るコストを低減することができるスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるＳＲＭのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するＳＲＭの制御装置において、回転子の固定子に対する相対角度位置を検知する回転子角度センサ１９の検出値と、直流電源１５とインバータ１４の間の接続線を流れる電流を検出する直流電流センサ１８の検出値に基づいて、巻線電流を制御する。【選択図】図１
2007236169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置において、
前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流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】
前記電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、前記回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度とに基づいて、巻線電流を算出す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】
前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、
一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態とを備えるハードチョッピング運転において、状態が一方から他方へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出することを特徴とする請求項１または２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４】
前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、
一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子のいずれか一方がオンで、他方がオフである状態とを備えるソフトチョッピング運転において、いずれかの状態から他の状態へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出することを特徴とする請求項１または２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５】
巻線電流の算出方法を、状態の切り替えが複数の相で同時に発生した場合のみ、前記電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、前記回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度とに基づいて算出する方法に変更することを特徴とする請求項３または４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６】
算出する巻線電流は、前記電流検出装置の検出値と、電圧印加開始角度と、直流電圧値と、電圧印加終了角度と、電圧印加開始タイミングからの経過時間と、電圧印加終了タイミングからの経過時間と、回転子速度と、巻線抵抗と、巻線インダクタンスとのいずれか一つ以上に対応させたマップとして記憶されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項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７】
所定の時刻における、算出する巻線電流と前記電流検出装置の検出値の差が、所定の範囲を超えた場合以降は、複数の相が通電する状態が生じないように、電圧印加開始角度と電圧印加終了角度を制限し、且つ、前記インバータのスイッチング素子はハードチョッピング運転のみに制限することを特徴とする請求項６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８】
複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法において、
前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態とを備えるハードチョッピング運転時、状態が一方から他方へ切り替わる直前の、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出し、
前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴とするスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法。
【請求項９】
複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法において、
前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子のいずれか一方がオンで、他方がオフである状態とを備えるソフトチョッピング運転時、いずれかの状態から他の状態へ切り替わる直前の、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出し、
前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴とするスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチト・リラクタンス・モータの制御装置及びその制御方法に関し、特に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線が独立してインバータに接続されているスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチト・リラクタンス・モータの制御方法については、“Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  Ｍｏｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”（非特許文献１参照）のｐ５３−７０に記載されたものが知られている。
このスイッチト・リラクタンス・モータの電流制御方法では、回転子角度に対して通電開始角度及び通電終了角度を１相毎に定め、また、巻線電流の電流上限指令値及び電流下限指令値を定めている。
回転子が通電開始角度に到達すると巻線へ正電圧を印加し、巻線電流測定値が電流上限指令値以上になった時点で電圧の印加を停止若しくは負電圧を印加する。続いて、巻線電流測定値が電流下限指令値以下となった時点で、再び巻線へ正電圧を印加する。
【０００３】
このようにして、巻線電流をヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）に収めるように制御する。
【特許文献１】特開平９−３２２５８１号公報
【非特許文献１】“Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  Ｍｏｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”（Ｔ．Ｊ．Ｅ．ＭＩＬＬＥＲ；ＭＡＧＮＡ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ  ＯＸＦＯＲＤ  ＳＣＩＥＮＣＥ ＰＵＢＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）
【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、このような巻線の電流制御に必要な電流センサの数は、一般的な三相永久磁石同期電動機のように巻線がＹ結線若しくはΔ結線されている場合、一つの相に流れた電流が他相を通過するため、相数より１つ少ない数の電流センサがあれば全ての相の電流を検知することが可能だが、スイッチト・リラクタンス・モータは各相の巻線が独立してインバータに接続されているため、従来の制御装置では、全ての相の電流を検知するために相数と同数の電流センサを設置していた。従って、電流センサにかかるコストが永久磁石型同期電動機より高くなってしまうことが避けられなかった。
【０００５】
また、スイッチト・リラクタンス・モータの全ての相の巻線電流を１つの電流センサで検知する構成を有する、例えば、「スイッチド・リラクタンス型モータの電流検出方法」（特許文献１参照）も提案されているが、２つ以上の相に同時に通電している場合はその合計値のみが検知されるため、各相に流れている電流を分離して検知することができず、電流制御ができなかった。
この発明の目的は、相数に拘わらず一つの電流検出装置のみで電流制御が可能であり、電流検出装置に係るコストを低減することができるスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この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、複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置において、前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置は、巻線電流を、回転子の固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、直流電源とインバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値に基づいて制御している。
【０００８】
このため、相数に拘わらず一つの電流検出装置のみで電流制御が可能であり、電流検出装置に係るコストを低減することができる。
また、上記スイッチト・リラクタンス・モータの制御装置により、この発明に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置の回路ブロック図である。図１に示すように、スイッチト・リラクタンス・モータ（ＳＲＭ）を制御するＳＲＭ制御装置１０は、インバータ駆動信号生成部１１と電流指令値生成部１２を有しており、ＳＲＭ１３の各相の巻線電流をヒステリシス幅（電流上限指令値−電流下限指令値）に収めるように制御している。ここでは、一相ずつ通電する場合について説明する。
【００１０】
ＳＲＭ１３は、Ｕ相巻線１３ａ、Ｖ相巻線１３ｂ、Ｗ相巻線１３ｃの三相巻線が巻回された固定子、及び固定子と相対回転させられる回転子を備えており、各相巻線には、ＳＲＭ駆動用インバータ１４が接続されている。
ＳＲＭ駆動用インバータ１４は、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｖ相上段スイッチング素子１４ｂ、Ｗ相上段スイッチング素子１４ｃ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄ、Ｖ相下段スイッチング素子１４ｅ、Ｗ相下段スイッチング素子１４ｆ、Ｕ相上段ダイオード１４ｇ、Ｖ相上段ダイオード１４ｈ、Ｗ相上段ダイオード１４ｉ、Ｕ相下段ダイオード１４ｊ、Ｖ相下段ダイオード１４ｋ、Ｗ相下段ダイオード１４ｌを備えている。即ち、ＳＲＭ駆動用インバータ１４は、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し、ＳＲＭ１３の各相巻線に矩形波電圧を印加する。
【００１１】
このＳＲＭ駆動用インバータ１４には、ＳＲＭ駆動用インバータ１４に直流電圧を印加する直流電源１５、及び平滑コンデンサ１６が接続されており、更に、直流電源１５の電圧を検知し、直流電圧検出値Ｖｄｃを出力する直流電圧センサ１７、及び平滑コンデンサ１６とインバータ１４の接続線に流れる電流を検知し、直流電流検出値Ｉｄｃを出力する直流電流センサ１８が接続されている。この直流電流センサ１８は、１個のみ図示しているが、故障時の予備用として重複して（例えば、２個）設けても良い
また、ＳＲＭ１３には、ＳＲＭ１３の回転子角度、即ち、回転子の固定子に対する相対角度位置を検出し、角度検出値θを出力する回転子角度センサ１９が接続されている。
【００１２】
インバータ駆動信号生成部１１は、回転子角度θ、通電開始角度指令値θｏｎ＊、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊、電流ピーク指令値ｉｐ＊、電流ヒステリシス幅指令値ｉｈｙｓ＊がそれぞれ入力し、インバータ駆動信号を出力する。出力されたインバータ駆動信号は、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｖ相上段スイッチング素子１４ｂ、Ｗ相上段スイッチング素子１４ｃ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄ、Ｖ相下段スイッチング素子１４ｅ、及びＷ相下段スイッチング素子１４ｆの各ベースに、それぞれ入力する。
電流指令値生成部１２は、直流電圧検出値Ｖｄｃ、直流電流検出値Ｉｄ、回転子角度θ、トルク指令値Ｔ＊がそれぞれ入力し、通電開始角度指令値θｏｎ＊、通電終了角度指令値θｏｆｆ＊、電流ピーク指令値ｉｐ＊、及び電流ヒステリシス幅指令値ｉｈｙｓ＊を出力する。
【００１３】
次に、上記構成を有するＳＲＭ制御装置１０の動作について説明する。
ＳＲＭ制御装置１０は、図示しない外部のシステムから出力されたトルク指令値Ｔ＊が入力し、ＳＲＭ１３が出力するトルクがトルク指令値Ｔ＊と一致するように、ＳＲＭ１３の巻線に通電する電流波形を制御する。
図２は、図１のＳＲＭ制御装置の動作時における電流波形をグラフで示す説明図である。図２に示すのは、電流制御中のＵ相巻線電流波形ａ及び直流電流検出値（Ｉｄｃ）波形ｂの一例である。
【００１４】
図２に示すように、回転子角度θが通電開始角度指令値θｏｎ＊に達すると、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄを同時にオンし、Ｕ相巻線電流が増加する。Ｕ相巻線電流が電流ピーク指令値ｉｐ＊に到達すると、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄを同時にオフし、Ｕ相巻線電流が減少する。
その後、Ｕ相巻線電流が電流ピーク指令値ｉｐ＊から電流ヒステリシス幅指令値ｉｈｙｓ＊分だけ減少すると、再び、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄを同時にオンし、Ｕ相巻線電流が増加する。これを、回転子角度θが通電終了角度指令値θｏｆｆ＊に到達するまで繰り返し、以降は、Ｕ相上段スイッチング素子１４ａ、Ｕ相下段スイッチング素子１４ｄをオフする。これにより、電流が０まで減少する。
【００１５】
Ｖ相、Ｗ相についても同様の動作となるが、通電開始角度指令値θｏｎ＊及び通電終了角度指令値θｏｆｆ＊が、Ｕ相に対してそれぞれ電気角で１２０°，２４０°遅れている。
このように、上下段のスイッチング素子を同時にオン／オフし、巻線電流をヒステリシス幅ｉｈｙｓ＊以内の一定値に制御する方式を、ハードチョップ型のヒステリシス電流制御と呼ぶ。
【００１６】
即ち、直流電源１５の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、直流電源１５の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、１つの相の上段スイッチング素子、下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子、下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態とを備えるハードチョッピング運転を行う。
このときの直流電流検出値Ｉｄｃは、図２に示すように、上下段のスイッチング素子がオンの場合はＵ相巻線電流と同じ値、上下段のスイッチング素子がオフの場合はＵ相巻線電流の符号を反転させた値となる。
【００１７】
つまり、上下段のスイッチング素子がオンの場合は直流電流検出値Ｉｄｃの値をそのまま用い、上下段のスイッチング素子がオフの場合は−Ｉｄｃを用いることで、Ｕ相巻線電流を制御することが可能となる。Ｖ相巻線電流、Ｗ相巻線電流も同様の方法で制御可能である。複数の相に通電している期間が無い場合には、本実施の形態のように直流電流検出値の大きさがそのまま各相の巻線電流値となる。
【００１８】
このように、上記各構成要素を備えたＳＲＭの制御装置１０は、モータトルク指令値Ｔ＊に基づいてインバータ１４の駆動信号を生成し、各相巻線に矩形波電圧を印加することにより電流を流す相を切り替えて、ＳＲＭ１３を運転している。そして、運転に際し、角度検出装置である回転子角度センサ１９の検出値と、電流検出装置である直流電流センサ１８により、直流電源１５とインバータ１４の間の接続線から検出した電流検出値に基づいて、巻線電流を制御している。
【００１９】
（第２実施の形態）
第１実施の形態では、複数の相に通電している期間が無い場合について説明したが、第２実施の形態では、複数相に同時通電する場合、例えば、２つの相に通電している期間が存在する場合の電流制御方法について説明する。
第２実施の形態で用いるＳＲＭ制御装置は、第１実施の形態のＳＲＭ制御装置１０と同様であり、説明を省略する。
【００２０】
図３は、２つの相に通電している期間が存在する場合のＵ相電流、Ｖ相電流、直流電流センサ検出値をグラフで示す説明図である。図３に示すように、期間ＡではＵ相のみが通電しており、期間ＣではＶ相のみが通電している。この期間Ａ，Ｃにおける電流制御方法は第１実施の形態に示した通りである。期間ＢではＵ相とＶ相に通電しており、各相の巻線電流の値と直流電流センサ検出値は一致していない。
この期間Ｂにおける各相の巻線電流値の算出方法について次に説明する。
【００２１】
先ず、期間Ｂを、パターン１からパターン４の４通りに分類する。各パターンに切り替わる条件は以下の通りである。なお、以下の説明では、上下段のスイッチング素子がオンになっている状態を「オン状態」、オフになっている状態を「オフ状態」、オフからオンに切り替わる動作を「ターンオン」、オンからオフに切り替わる動作を「ターンオフ」と呼ぶ。
【００２２】
（パターン１に切り替わる条件）一方の相がオン状態の時に他方の相がターンオンした時。（パターン２に切り替わる条件）一方の相がオン状態の時に他方の相がターンオフした時。（パターン３に切り替わる条件）一方の相がオフ状態の時に他方の相がターンオンした時。（パターン４に切り替わる条件）一方の相がオフ状態のときに他方の相がターンオフした時。
次に、各パターンにおける各相の巻線電流値の算出方法について説明する。
【００２３】
（パターン１）
オン状態の相をＸ相、ターンオンする相をＹ相とすると、ターンオン後の直流電流検出値Ｉｄｃは、Ｘ相電流ｉｘとＹ相電流ｉｙの和（ｉｘ＋ｉｙ）となる。また、ターンオン前の直流電流検出値は（ｉｘ−ｉｙ）であるため、ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差をとると、２ｉｙとなる。
【００２４】
また、ＳＲＭの巻線電流ｉは一般的に式（１）で表される。
【数１】
2007236169.tif 000003
（ｖ：直流電圧、Ｒ：巻線抵抗、ω：回転子角速度、Ｉ０：ｔ＝０における巻線電流、Ｌ：巻線インダクタンス、θ：回転子角度、ｔ：時間）
【００２５】
直流電圧ｖは電源電圧Ｖｄｃである。ωは回転子角度θを時間微分して算出する。巻線インダクタンスＬは回転子角度や巻線電流に応じて変化するため、回転子角度及び巻線電流をパラメータとしたマップとして定義しておく、若しくは回転子角度及び巻線電流を変数とした近似式を定義しておく等の方法で決定する。巻線抵抗Ｒは、実際は巻線温度によって変化するので熱電対等で測定した巻線温度に対応させて値を変化させる、若しくは運転温度範囲が狭い場合は一定値とみなす等の方法で決定する。
ここで、Ｙ相がターンオンした時刻をｔ＝０とし、（ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差）÷２をＩ０とすると、パターン１におけるＹ相巻線電流値を算出することができる。Ｘ相巻線電流値ｉｘは、Ｉｄｃ−ｉｙで算出する。
【００２６】
（パターン２）
オン状態の相をＸ相、ターンオフする相をＹ相とすると、ターンオフ後の直流電流検出値Ｉｄｃは、Ｘ相電流ｉｘとＹ相電流ｉｙの差（ｉｘ−ｉｙ）となる。また、ターンオフ前の直流電流検出値は（ｉｘ＋ｉｙ）であるため、ターンオフ直後と直前の直流電流検出値の差をとると、−２ｉｙとなる。
ここで、式（１）を用いてＹ相巻線電流を算出する。直流電圧ｖは−Ｖｄｃである。ω，Ｌ，Ｒはパターン１と同様の方法で決定する。Ｙ相がターンオフした時刻をｔ＝０とし、（ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差）÷（−２）をＩ０とすると、パターン２におけるＹ相巻線電流値を算出することができる。Ｘ相巻線電流値は、Ｉｄｃ＋ｉｙで算出する。
【００２７】
（パターン３）
オフ状態の相をＸ相、ターンオンする相をＹ相とすると、ターンオン後の直流電流検出値Ｉｄｃは、ｙ相電流ｉｙとＸ相電流ｉｘの差（−ｉｘ＋ｉｙ）となる。また、ターンオン前の直流電流検出値は（−ｉｘ−ｉｙ）であるため、ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差をとると、２ｉｙとなる。
ここで、式（１）を用いてＹ相巻線電流を算出する。直流電圧ｖはＶｄｃである。ω，Ｌ，Ｒはパターン１と同様の方法で決定する。Ｙ相がターンオンした時刻をｔ＝０とし、（ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差）÷２をＩ０とすると、パターン３におけるＹ相巻線電流値を算出することができる。Ｘ相巻線電流値は、ｉｙ−Ｉｄｃで算出する。
【００２８】
（パターン４）
オフ状態の相をＸ相、ターンオフする相をＹ相とすると、ターンオフ後の直流電流検出値Ｉｄｃは、（Ｘ相電流ｉｘとＹ相電流ｉｙの差）×（−１）、つまり（−ｉｘ−ｉｙ）となる。また、ターンオフ前の直流電流検出値は（−ｉｘ＋ｉｙ）であるため、ターンオフ直後と直前の直流電流検出値の差をとると、−２ｉｙとなる。
ここで、式（１）を用いてＹ相巻線電流を算出する。直流電圧ｖは−Ｖｄｃである。ω，Ｌ，Ｒはパターン１と同様の方法で決定する。Ｙ相がターンオフした時刻をｔ＝０とし、（ターンオン直後と直前の直流電流検出値の差）÷（−２）をＩ０とすると、パターン２におけるＹ相巻線電流値を算出することができる。Ｘ相巻線電流値は、−ｉｙ−Ｉｄｃで算出する。
【００２９】
図４は、ハードチョップ型の期間Ｂのパターン分類を表にして示した説明図である。
このように、式（１）を用いることで、期間Ｂにおける各相の任意の時刻の瞬時巻線電流を算出することができる。また、ターンオン・ターンオフする度に、電流方程式を用いずに直流電流検出値からＹ相の電流値が直接計算できるので、精度の高い電流値分離が可能となる。
また、式（１）を予め計算しておき、巻線電流を、直流電流検出値と、直流電圧値と、ターンオン角度と、ターンオフ角度と、ターンオンからの経過時間と、ターンオフからの経過時間と、回転子速度と、巻線抵抗と、巻線インダクタンスのいずれか１つ以上に対応させたマップとして記憶させることも可能である。マップ化することで、指数関数の演算が困難な安価な演算装置でも電流値算出が可能となる。
【００３０】
また、第１実施の形態、第２実施の形態共にハードチョップ型のヒステリシス電流制御を例に説明したが、上下段スイッチング素子の内の一方をオン状態に保ち、他方をターンオン／ターンオフすることで電流制御を行う、ソフトチョップ型のヒステリシス電流制御にも適用可能である。
このソフトチョップ型のハードチョップ型との違いは、上下段スイッチング素子の内の一方がオン状態で、他方がオフ状態のパターンが存在することである。このパターンでは、巻線電流はダイオードを通って還流し直流電源へは流れないため、直流電流検出値は０となる。従って、パターン分類はハードチョップ型の４種類に、１２通りが加わり計１６通りとなるが、本実施の形態で示した方法と同様の方法で電流値算出が可能である。
【００３１】
図５は、ソフトチョップ型において加わる期間Ｂのパターン分類を表にして示した説明図である。
また、本実施の形態ではパターンの切り替えは１相ずつであったが、２相が同時にパターン切り替えを行っても電流値の分離は可能である。その場合は、パターン切り替えの前後の電流値の差を取っても電流値が分離しないので、式（１）の電流方程式を継続して演算することで電流値を相毎に分離して推定する。
【００３２】
また、第１実施の形態、第２実施の形態共に、直流電流センサ１８は平滑コンデンサ１６とインバータ１４の間に設置したが、設置箇所はこの限りではない。例えば、直流電源１５の正側と、平滑コンデンサ１６の正極側を包括するように１つの電流センサを配置することで、第１実施の形態、第２実施の形態と同様の電流波形を観測することが可能となる。これは、配線の寄生インダクタンスを低減するために平滑コンデンサ１６とインバータ１４を接近させて配置し、直流電流センサ１８を設置するスペースが十分に確保できないような場合に、有効な設置方法である。
【００３３】
（第３実施の形態）
第３実施の形態は、電流方程式から求めたＵ相巻線電流の推定値と、直流電流検出値を比較し、Ｕ相巻線の異常を検知することを特徴とする。
図６は、Ｕ相巻線の異常を検知する処理の流れを示すフローチャートである。
Ｕ相巻線の異常検知処理は、Ｕ相スイッチング素子がターンオン若しくはターンオフした直後に、開始される。なお、Ｕ相スイッチング素子がターンオン若しくはターンオフした時刻を０とする。
【００３４】
図６に示すように、先ず、異常検知処理が開始されると、第１実施の形態や第２実施の形態で説明したように、電流方程式（１）を用いて、時刻０（ｔ＝０）でのＵ相巻線電流推定値ｉｕｅｓｔを算出する（ステップＳ１０１）。
次に、時刻０前後の直流電流検出値の差から、Ｕ相巻線電流ｉｕを検出する（ステップＳ１０２）。
次に、｜Ｕ相巻線電流ｉｕ−Ｕ相巻線電流推定値ｉｕｅｓｔ｜を計算し、その値が巻線電流異常閾値Ｉｅｒｒより小さくないか（｜ｉｕ−ｉｕｅｓｔ｜≧Ｉｅｒｒ）を判断する（ステップＳ１０３）。判断の結果、巻線電流異常閾値Ｉｅｒｒより小さくない（ｙｅｓ）場合、異常検知フラグをオンにし（ステップＳ１０４）、巻線電流異常閾値Ｉｅｒｒより小さい（ｎｏ）場合、異常検知フラグをオンにせず処理を終了する。
【００３５】
ここまでは、Ｕ相のみの異常検知処理について説明したが、同様の処理を全ての相に対して実施する。
また、異常検知フラグがオンになったら、それ以降の運転では、２つ以上の相に同時に通電することのないよう、通電開始角度指令値θｏｎ＊と通電終了角度指令値θｏｆｆ＊を制限し、また、スイッチング方法をハードチョップ型に制限する。このような制限を設けることで、電流方程式を用いず、直流電流検出値から直接、各相巻線電流が検知可能となる。従って、巻線短絡等の故障によりモータ定数が設計値に対し極端に変化してしまっている場合においても、正確に巻線電流を把握することができ、確実な異常検知処理が可能となる。
【００３６】
また、異常検知処理の開始タイミングは、Ｕ相スイッチング素子がターンオン若しくはターンオフした直後だけに限らず、例えば、一定時間毎に実施してもよい。また、パターン１，２，３，４，５，７，９，１１，１３，１５は、パターン開始直前まで電流方程式を用いて電流推定を行っているため、これらのパターン開始直後にのみ異常検知処理を実施すれば、電流方程式（１）を用いた時刻０（ｔ＝０）でのＵ相巻線電流推定値ｉｕｅｓｔの算出（ステップＳ１０１）を省略することができ、演算負荷を軽減することができる。
【００３７】
上述したように、この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、複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置において、前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴とする。
【００３８】
これにより、相数に関わらず１つの電流検出装置のみで電流制御が可能となるので、電流検出装置にかかるコストを低減することができる。特に、直流電源と前記インバータの接続線の電流を検出しているので、２つ以上の相に通電している場合でも、各相に流れている電流を分離して検知し易く、高回転時にも電流制御が可能である。
また、この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、前記電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、前記回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度とに基づいて、巻線電流を算出することを特徴とする。
【００３９】
これにより、複数の巻線に同時に通電する運転状態において、電流検出装置の検出値と、回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度に基づいて、巻線電流を算出するので、複数の相に同時に通電している運転状態においても、全ての相の電流を制御することが可能となる。また、いわゆるソフトチョッピングによって電流制御を行っている場合は、上下段スイッチング素子の一方をオフして、巻線電流をダイオードを通して還流させる状態があり、この場合は電流検出装置に巻線電流が検知されなくなるが、還流時の巻線電流も算出することが可能となる。
【００４０】
また、この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、前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態とを備えるハードチョッピング運転において、状態が一方から他方へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出することを特徴とする。
【００４１】
これにより、一つの相の上段スイッチング素子、下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態１と、上段スイッチング素子、下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態２を備える運転状態において、状態が一方から他方へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出するので、いわゆるハードチョッピングによって電流制御を行っている場合に複数の相に同時に通電していても、各相の電流を分離して検知することができる。
【００４２】
また、この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、前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子のいずれか一方がオンで、他方がオフである状態とを備えるソフトチョッピング運転において、いずれかの状態から他の状態へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出することを特徴とする。
【００４３】
これにより、前記状態１と、前記状態２と、上段スイッチング素子と下段スイッチング素子のいずれか一方がオンで、他方がオフである状態３を備える運転状態において、いずれかの状態から他の状態へ切り替わる直前の前記電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出するので、いわゆるソフトチョッピングによって電流制御を行っている場合に複数の相に同時に通電していても、各相の電流を分離して検知することができる。
【００４４】
また、この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、巻線電流の算出方法を、状態の切り替えが複数の相で同時に発生した場合のみ、前記電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、前記回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度とに基づいて算出する方法に変更することを特徴とする。
これにより、複数の相の状態が同時に切り替わると、状態切り替えの直前と直後の電流検出値の差を算出しても各相の電流を分離して検知することはできないが、巻線電流の算出方法を、状態の切り替えが複数の相で同時に発生した場合のみ、電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、回転子の回転速度と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度に基づいて算出する方法に変更することで各相の電流を分離することが可能となる。
【００４５】
また、この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、算出する巻線電流は、前記電流検出装置の検出値と、電圧印加開始角度と、直流電圧値と、電圧印加終了角度と、電圧印加開始タイミングからの経過時間と、電圧印加終了タイミングからの経過時間と、回転子速度と、巻線抵抗と、巻線インダクタンスとのいずれか一つ以上に対応させたマップとして記憶されていることを特徴とする。
これにより、前記算出する巻線電流は、前記電流検出装置の検出値と、直流電圧値と、電圧印加開始角度と、電圧印加終了角度と、電圧印加開始タイミングからの経過時間と、電圧印加終了タイミングからの経過時間と、回転子速度と、巻線抵抗と、巻線インダクタンスのいずれか１つ以上に対応させたマップとして記憶されているので、電流の算出に要する演算量を低減することができる。
【００４６】
また、この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、所定の時刻における、算出する巻線電流と前記電流検出装置の検出値の差が、所定の範囲を超えた場合以降は、複数の相が通電する状態が生じないように、電圧印加開始角度と電圧印加終了角度を制限し、且つ、前記インバータのスイッチング素子はハードチョッピング運転のみに制限することを特徴とする。
【００４７】
これにより、所定の時刻における、算出する巻線電流と電流検出装置の検出値の差が、所定の範囲を超えた場合にシステムの異常が発生したと判断するので、巻線の短絡等の異常を速やかに検知できる。システムの異常が発生したと判断した以降は、複数の相が通電する状態が生じないように電圧印加開始角度と電圧印加終了角度を制限し、且つ、インバータのスイッチング素子の駆動方法はハードチョッピングのみに制限するので、電流方程式を用いることなく、直流電流検出装置の値から直接各相の巻線電流値を検知できるので、巻線に短絡等の異常が発生し、モータ定数が設定値と大きく異なる状況においても電流制御が可能となる。
【００４８】
また、この発明に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法は、複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法において、前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態とを備えるハードチョッピング運転時、状態が一方から他方へ切り替わる直前の、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出し、前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴とする。
【００４９】
また、この発明に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法は、上記スイッチト・リラクタンス・モータの制御方法において、前記スイッチング素子は、前記直流電源の正側端子に接続された上段スイッチング素子と、前記直流電源の負側端子に接続された下段スイッチンク素子とを各相に備え、一つの相の上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオンにし巻線に正の電圧を印加している状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を共にオフにし巻線に負の電圧を印加する状態と、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子のいずれか一方がオンで、他方がオフである状態とを備えるソフトチョッピング運転時、いずれかの状態から他の状態へ切り替わる直前の、前記直流電源と前記インバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値と、切り替わった直後の前記電流検出装置の検出値の差に基づいて、状態が切り替わった時点での巻線電流を算出し、前記回転子の前記固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、前記電流検出装置の検出値に基づいて、巻線電流を制御することを特徴とする。
【００５０】
これにより、相数に拘わらず一つの電流検出装置のみで電流制御が可能であり、電流検出装置に係るコストを低減することができるスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法を提供することができる。
【００５１】
このように、この発明によれば、複数相からなる巻線が施された固定子及び固定子と相対回転させられる回転子を備えるスイッチト・リラクタンス・モータのモータトルク指令値に基づいて、スイッチング素子とダイオードからハーフブリッジ回路を構成し巻線に矩形波電圧を印加するインバータの駆動信号を生成し、前記インバータに直流電圧を印加する直流電源により巻線に矩形波電圧を印加し、電流を流す相を切り替えて運転するスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置は、巻線電流を、回転子の固定子に対する相対角度位置を検知する角度検出装置の検出値と、直流電源とインバータの間の接続線を流れる電流を検出する電流検出装置の検出値に基づいて制御しているので、相数に拘わらず一つの電流検出装置のみで電流制御が可能であり、電流検出装置に係るコストを低減することができる。
また、上記スイッチト・リラクタンス・モータの制御装置により、この発明に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１実施の形態に係るスイッチト・リラクタンス・モータの制御装置の回路ブロック図である。
【図２】図１のＳＲＭ制御装置の動作時における電流波形をグラフで示す説明図である。
【図３】２つの相に通電している期間が存在する場合のＵ相電流、Ｖ相電流、直流電流センサ検出値をグラフで示す説明図である。
【図４】ハードチョップ型の期間Ｂのパターン分類を表にして示した説明図である。
【図５】ソフトチョップ型において加わる期間Ｂのパターン分類を表にして示した説明図である。
【図６】Ｕ相巻線の異常を検知する処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ＳＲＭ制御装置
１１  インバータ駆動信号生成部
１２  電流指令値生成部
１３  ＳＲＭ
１３ａ  Ｕ相巻線
１３ｂ  Ｖ相巻線
１３ｃ  Ｗ相巻線
１４  ＳＲＭ駆動用インバータ
１４ａ  Ｕ相上段スイッチング素子
１４ｂ  Ｖ相上段スイッチング素子
１４ｃ  Ｗ相上段スイッチング素子
１４ｄ  Ｕ相下段スイッチング素子
１４ｅ  Ｖ相下段スイッチング素子
１４ｆ  Ｗ相下段スイッチング素子
１４ｇ  Ｕ相上段ダイオード
１４ｈ  Ｖ相上段ダイオード
１４ｉ  Ｗ相上段ダイオード
１４ｊ  Ｕ相下段ダイオード
１４ｋ  Ｖ相下段ダイオード
１４ｌ  Ｗ相下段ダイオード
１５  直流電源
１６  平滑コンデンサ
１７  直流電圧センサ
１８  直流電流センサ
１９  回転子角度センサ
ａ  Ｕ相巻線電流波形
ｂ  直流電流検出値波形
【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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