川島・大峠：スイッチトリラクタンスモータの駆動制御技術開発

資
資

料
料

スイッチトリラクタンスモータの駆動制御技術開発

スイッチトリラクタンスモータの駆動制御技術開発
川島
川島

1．目

1. 目

崇宏*・大峠崇宏＊・大峠

忍*

忍＊

的

的

電流上限値

スイッチトリラクタンスモータ（以下 SRM と略す）はスイッチトリラクタンスモータ（以下SRM と略す）は永久磁石を使用しないため，安価，高温での減磁がない，

ヒステリシス幅永久磁石を使用しないため，安価，高温での減磁がない，希土類資源の供給量や価格変動による影響を受けないと希土類資源の供給量や価格変動による影響を受けないといった長所を持つ．また，回転子に巻線がないことから，いった長所を持つ．また，回転子に巻線がないことから，
同じく永久磁石を使用しないモータで産業用を中心に広同じく永久磁石を使用しないモータで産業用を中心に広く用いられている誘導電動機に比較して高効率，始動時

巻線電流

電流下限値
時間

巻線電圧

く用いられている誘導電動機に比較して高効率，
始動時にに突入電流が生じない，始動トルクが大きいなどのメリッ突入電流が生じない，
始動トルクが大きいなどのメリット
トがある．構造が簡単で製造コストが低く，堅牢であり，

時間(a) 電流ヒステリシス制御（a）電流ヒステリシス制御がある．構造が簡単で製造コストが低く，堅牢であり，高高速回転に適することから，幅広い分野への適用が期待さ
速回転に適することから，幅広い分野への適用が期待されれるモータである．ただし問題点として，巻線インダクタ
るモータである．
ただし問題点として，巻線インダクタン
ンスが回転子位置や鉄心の磁化特性に依存することから，

電流指令値
巻線電流

スが回転子位置や鉄心の磁化特性に依存することから，
電
電流やトルクの特性の非線形性が強く，トルク脈動，振流やトルクの特性の非線形性が強く，トルク脈動，振動・動・騒音が大きいといったことが挙げられている 1）．これ
1) ．これらの騒音が大きいといったことが挙げられているらの問題を電流波形成形制御によって解決する方法が提時間問題を電流波形成形制御によって解決する方法が提案さ案されている 2），3）．
巻線電圧3) ． の駆動に必要な巻線電流制御の方法には，電この2),SRM
れている

時間

流ヒステリシス制御を用いるものとパルス幅変調制御を
この
SRM の駆動に必要な巻線電流制御の方法には，電用いるものがある．図 1 にそれぞれの制御方法の模式図を流ヒステリシス制御を用いるものとパルス幅変調制御を

スイッチング周期（一定）示す．
用いるものがある．図1 にそれぞれの制御方法の模式図（b）パルス幅変調制御
図 1 SRM 駆動方法模式図(b) パルス幅変調制御

電流ヒステリシス制御は，電流の上限値と下限値を設定
を示す．

図1

し，電流増加中に上限に達したら電流を減少させ，電流減
電流ヒステリシス制御は，電流の上限値と下限値を設定
少中に下限に達したら増加に切り替えることで，ある一定
し，電流増加中に上限に達したら電流を減少させ，電流減器の安定化設計が必要であることや，常に可聴域上限以上
器の安定化設計が必要であることや，
常に可聴域上限以上の周波数でスイッチングを行うことが一般的であるための周波数でスイッチングを行うことが一般的であるための幅（ヒステリシス幅と呼称される）の間で電流の増減を少中に下限に達したら増加に切り替えることで，ある一定の幅繰り返させる制御法である．この制御は制御器の設計が容（ヒステリシス幅と呼称される）の間で電流の増減を易で応答が速いという長所があるが，SRMの巻線インダ
繰り返させる制御法である．
この制御は制御器の設計が容クタンスの非線形性によって電流波形の傾きが変わると易で応答が速いという長所があるが，SRM の巻線インダ
スイッチング周波数が変化するため，モータの固有振動数
クタンスの非線形性によって電流波形の傾きが変わるととスイッチング周波数が一致した際に振動や騒音が大きスイッチング周波数が変化するため，モータの固有振動数のスイッチングの中での ON 期間と OFF 期間の比率を変
パルス幅変調制御はスイッチング周期を固定し，一周期えることで電流を増減させる制御法である．この制御でのスイッチングの中での ON 期間と OFF 期間の比率を変＊

次世代パワーエレクトロニクス技術開発プロジェクトチーム

でき，振動・騒音の増大を防止できる．欠点として，制御＊

次世代パワーエレクトロニクス技術開発プロジェクトチーム

駆動回路のスイッチング損失が大きくなるといったこと
駆動回路のスイッチング損失が大きくなるといったことが挙げられる．
が挙げられる．
また，SRMを駆動するためにはロータ位置を把握してを駆動するためにはロータ位置を把握してまた，SRM
適切な巻線に電流を流す必要がある．ロータ位置の検出に適切な巻線に電流を流す必要がある．
ロータ位置の検出には位置センサを用いる方法と，電流波形などその他の情報
は位置センサを用いる方法と，電流波形などその他の情報から推定する方法がある．位置センサを使用する場合はそから推定する方法がある．
位置センサを使用する場合はそくなるという問題が発生することがある．
とスイッチング周波数が一致した際に振動や騒音が大き
パルス幅変調制御はスイッチング周期を固定し，一周期
くなるという問題が発生することがある．

は，一定のスイッチング周波数で制御を行うため，スイッ
えることで電流を増減させる制御法である．この制御でチング周波数とモータの固有振動数の一致を防ぐことがは，一定のスイッチング周波数で制御を行うため，スイッ
でき，振動・騒音の増大を防止できる．欠点として，制御
チング周波数とモータの固有振動数の一致を防ぐことがSRM 駆動方法模式図の分のコストアップが問題となり，ロータ位置を推定するの分のコストアップが問題となり，ロータ位置を推定する
場合は制御器のコストアップと開発期間の長期化が問題場合は制御器のコストアップと開発期間の長期化が問題
となる．
となる．
本報では，低コストかつ短期開発が可能な SRM 駆動制
本報では，低コストかつ短期開発が可能な SRM 駆動制
御システムの開発を目的として，安価なホールセンサ式
御システムの開発を目的として，安価なホールセンサ式ロ
ロータ位置検出を用いた電流ヒステリシス制御による駆ータ位置検出を用いた電流ヒステリシス制御による駆動
動方法について検討した結果を報告する．
方法について検討した結果を報告する．

─7─

2. 方

法

島根県産業技術センター研究報告第53号 （2017）（a）a1 → a2 通電時(a)(a)a1→a2
a1→a2通電時
通電時

図3（b）c1 → c2 通電時(b)(b)c1→c2
c1→c2通電時
通電時

SRM の回転

図図3 3 SRM
SRMの回転の回転
図2

6/4 構造 SRM 断面図

図図2 2 6/4
6/4構造
構造SRM
SRM断面図
断面図

2．方

法

2.1
2.1
SRM
の構造と回転方法の構造と回転方法
2.1SRMSRMの構造と回転方法

SRM
SRMの構造の一例として三相機に使われるステータの構造の一例として三相機に使われるステータ
SRMの構造の一例として三相機に使われるステータ6 66
極，ロータ
極，ロータ
4 4極（以下
6/4
6/4
構造と略す）のものの断面図を構造と略す）のものの断面図を
極，ロータ
4極（以下
極（以下
6/4
構造と略す）のものの断面図
図図22に示す．SRMに示す．SRM
はステータとロータの両方に突極構造
はステータとロータの両方に突極構造を図 2 に示す．SRM はステータとロータの両方に突極構を持ち，巻線はステータの各突極に集中巻で巻かれる．
を持ち，巻線はステータの各突極に集中巻で巻かれる．
造を持ち，巻線はステータの各突極に集中巻で巻かれる．
SRM
SRM
は電流の流れたステータ突極と，その近くにあるは電流の流れたステータ突極と，その近くにある
SRM
は電流の流れたステータ突極と，その近くにある
ロータ突極が磁化されて引き合うことでトルクが発生し，ロータ突極が磁化されて引き合うことでトルクが発生し，ロータ突極が磁化されて引き合うことでトルクが発生し，
回転する．
回転する．
図図3 3に巻線に電流を流した際の
SRM
SRM
の回転の
回転する．図3に巻線に電流を流した際のに巻線に電流を流した際のSRMの回転のの回転のSRM-LL10T-6 の構造とホールセンサ配置
図図4図4 4SRM-LL10T-6
SRM-LL10T-6の構造とホールセンサ配置の構造とホールセンサ配置

様子を示す．
様子を示す．
ロータ位置が図
ロータ位置が図3(a)の状態の3(a)の状態の
SRM
SRM
に反時計
に反時計
様子を示す．ロータ位置が図3（a）の状態のSRMに反時方向に回転するトルクを発生させるには方向に回転するトルクを発生させるには
a1a1a1端子から端子から計方向に回転するトルクを発生させるには端子からa2a2a2

検出用磁石は，検出用磁石は，
S S極がロータ突極の位置に対応するように極がロータ突極の位置に対応するように
タ位置検出用磁石は，S極がロータ突極の位置に対応する設置されている．これにより，ホールセンサが設置されている．これにより，ホールセンサがS S極を検極を検ように設置されている．これにより，ホールセンサがS

突極が磁化され，突極が磁化され，そこに生じた磁束によってそれぞれの最そこに生じた磁束によってそれぞれの最突極が磁化され，そこに生じた磁束によってそれぞれの最出している時には，出している時には，
ホールセンサに対応する相のステータ
ホールセンサに対応する相のステータ極を検出している時には，ホールセンサに対応する相のス
突極にロータ突極が接近していることを検出することが突極にロータ突極が接近していることを検出することがテータ突極にロータ突極が接近していることを検出する

端子へ向けて電流を流す．するとステータの端子へ向けて電流を流す．するとステータの
A突極と
突極とA’
A’
端子へ向けて電流を流す．するとステータのAA
突極とA’
も近くにあるロータ突極，Xも近くにあるロータ突極，X
突極とX’
X’突極が磁化されてX’突極が磁化されても近くにあるロータ突極，X 突極と突極と突極が磁化されてス
ステータ突極へ引き寄せられることで，ステータ突極へ引き寄せられることで，ロータには反時計
ロータには反時計
テータ突極へ引き寄せられることで，ロータには反時計方方向へのトルク
方向へのトルク
TTが生じる．ロータ位置が図が生じる．ロータ位置が図が生じる．ロータ位置が図3(a)の位置3(a)の位置
向へのトルク T
3（a）の位置できる．
できる．
このロータ位置情報を基に，このロータ位置情報を基に，所望の回転方向のト
所望の回転方向のトことができる．このロータ位置情報を基に，所望の回転方
ルクを発生させるために磁化が必要なステータ突極の相ルクを発生させるために磁化が必要なステータ突極の相向のトルクを発生させるために磁化が必要なステータ突から反時計方向に回転して図から反時計方向に回転して図3(b)の位置へ変わった場合から反時計方向に回転して図3(b)の位置へ変わった場合
3（b）の位置へ変わった場

を判別し，
を判別し，
その相の巻線に電流を流すように制御することその相の巻線に電流を流すように制御すること極の相を判別し，その相の巻線に電流を流すように制御す
でモータを回転させる．
でモータを回転させる．
ることでモータを回転させる．

合には，電流を流す巻線を
a1
端子→端子から
a2
端子から
c1
端子
には，電流を流す巻線をには，電流を流す巻線を
a1a1端子→a2
端子→a2
端子から
c1c1端子→
端子→2.22.2電流制御方法
電流制御方法2.2
電流制御方法

→c2 端子へ切り替える．c1端子から
c2 端子へ電流を流す
c2c2
端子へ切り替える．
端子へ切り替える．
c1c1
端子から
端子から
c2c2
端子へ電流を流すと，端子へ電流を流すと，磁化されるステータ突極に巻かれている巻線の励磁は，磁化されるステータ突極に巻かれている巻線の励磁は，磁化されるステータ突極に巻かれている巻線の励磁は，と，ステータのC 突極とC’突極が磁化され，ロータの
Y
ステータの
ステータの
CC突極と
突極と
C’突極が磁化され，ロータのC’突極が磁化され，ロータのYY突極突極駆動回路により電圧を加えることによって行う．
駆動回路により電圧を加えることによって行う．
以下，
以下，
励励
駆動回路により電圧を加えることによって行う．以下，励突極とY’突極がステータ突極へ引き寄せられてロータにととY’突極がステータ突極へ引き寄せられてロータに反時
Y’突極がステータ突極へ引き寄せられてロータに反時磁される巻線の相を励磁相と称する．
磁される巻線の相を励磁相と称する．
磁される巻線の相を励磁相と称する．
図
ににSRM
SRM
SRM
駆動回路の構成を示す．
駆動回路の構成を示す．
SRM
SRM
駆動回路は，
駆動回路は，
図図55 5に駆動回路の構成を示す．SRM
駆動回路は，

反時計方向へのトルクを生じさせることができる．
計方向へのトルクを生じさせることができる．
計方向へのトルクを生じさせることができる．
SRMの回転を持続させるためには，ロータ位置に応じSRM
SRMの回転を持続させるためには，ロータ位置に応じの回転を持続させるためには，ロータ位置に応じて所望の回転方向へのトルクを発生させるのに適切なスて所望の回転方向へのトルクを発生させるのに適切なスて所望の回転方向へのトルクを発生させるのに適切なス

一般的なモータ駆動に用いられる汎用三相インバータと一般的なモータ駆動に用いられる汎用三相インバータと一般的なモータ駆動に用いられる汎用三相インバータとテータ突極を磁化する必要がある．そのためにはロータのテータ突極を磁化する必要がある．
テータ突極を磁化する必要がある．
そのためにはロータのそのためにはロータの現在位置を検出することが必要となる．
現在位置を検出することが必要となる．
現在位置を検出することが必要となる．

分を常時オフの状態にして，2分を常時オフの状態にして，分を常時オフの状態にして，2 2台を並列に接続することで台を並列に接続することで台を並列に接続することでロータ位置の検出を安価に実現する方法としてホール
ロータ位置の検出を安価に実現する方法としてホール
ロータ位置の検出を安価に実現する方法としてホールセンサを用いる方法がある．ホールセンサは磁場を検出す
センサを用いる方法がある．
センサを用いる方法がある．
ホールセンサは磁場を検出す
ホールセンサは磁場を検出するセンサで，ロータ軸上に取り付けられた位置検出用磁石るセンサで，
るセンサで，
ロータ軸上に取り付けられた位置検出用磁石
ロータ軸上に取り付けられた位置検出用磁石の磁極を検出することでロータの位置を把握することがの磁極を検出することでロータの位置を把握することがの磁極を検出することでロータの位置を把握することが
できる．
できる．
できる．
図
4に実証に用いた市販に 実 証 に 用 い たSRM
市
販
SRM（ 明 和SRM-LL10T
製
作 所 SRM図図
44に実証に用いた市販
SRM（明和製作所（明和製作所
SRM-LL10T
LL10T-6）の構造とロータ位置検出用ホールセンサの配置-6）-6）の構造とロータ位置検出用ホールセンサの配置仕様をの構造とロータ位置検出用ホールセンサの配置仕様を仕様を示す．ホールセンサは
U，V，W各相の巻線の巻か示す．ホールセンサは示す．ホールセンサはU，V，W
U，V，W
各相の巻線の巻かれたス
各相の巻線の巻かれたス

れたステータ突極の位置に対応して配置されている．ロー
テータ突極の位置に対応して配置されている．
テータ突極の位置に対応して配置されている．
ロータ位置
ロータ位置

は構成が異なるため，は構成が異なるため，
汎用三相インバータのスイッチの半汎用三相インバータのスイッチの半は構成が異なるため，汎用三相インバータのスイッチの半実現している．
実現している．
実現している．
巻線電流の制御はヒステリシス制御をベースにして行
巻線電流の制御はヒステリシス制御をベースにして行
巻線電流の制御はヒステリシス制御をベースにして行う．一般にはヒステリシス幅を固定とする方法がとられう．
う．
一般にはヒステリシス幅を固定とする方法がとられる
一般にはヒステリシス幅を固定とする方法がとられる
るが，その場合はロータ回転に伴う巻線インダクタンス
が，が，その場合はロータ回転に伴う巻線インダクタンス変化
その場合はロータ回転に伴う巻線インダクタンス変化
変化によってスイッチング周波数が大きく変化することによってスイッチング周波数が大きく変化することが考によってスイッチング周波数が大きく変化することが考が考えられる．そのため，本報で報告する制御方法では，えられる．そのため，本報で報告する制御方法では，スイえられる．そのため，本報で報告する制御方法では，スイスイッチング周波数の大幅な変化を緩和する措置を導入
ッチング周波数の大幅な変化を緩和する措置を導入する．
ッチング周波数の大幅な変化を緩和する措置を導入する．
する．
図図6 6
ににUU相のみ抜粋した駆動回路の動作モードを示す．
相のみ抜粋した駆動回路の動作モードを示す．
図 6 に U 相のみ抜粋した駆動回路の動作モードを示す．
動作モードには正電圧モード，
動作モードには正電圧モード，
ゼロ電圧モード，
ゼロ電圧モード，
負電圧モ
負電圧モ
動作モードには正電圧モード，ゼロ電圧モード，負電圧ードのードの3 3つがある．正電圧モードでは励磁相のスイッチつがある．正電圧モードでは励磁相のスイッチ─8─

川島・大峠：スイッチトリラクタンスモータの駆動制御技術開発

U1 U1 U2 U2
U1U2
Su_hSu_hLu Lu
Vdc Vdc Su_h L
Vdc uVdc
Vdc
SVu_ldcSu_l

U1 U1 U2 U2U1Du_hDU2
u_h
Su_hSu_hLu Lu
Du_h
Vdc Vdc S
Lu
u_h
Vdc

Su_l

（a）正電圧モード(a) 正電圧モード(a) 正電圧モード（b）ゼロ電圧モード(b) ゼロ電圧モード(b) ゼロ電圧モード(a) 正電圧モード(b) ゼロ電圧モード

U1 U1 U2 U2

図 5図55 駆動回路構成
図駆動回路構成
駆動回路構成図5

駆動回路構成励磁相切り替え
励磁相切り替えモード分岐判別
モード分岐判別
負電圧モードへ
負電圧モードへ
負トルク発生時
負トルク発生時
励磁相切り替えモード分岐判別
指令値
指令値
負電圧モードへ
正トルク発生時
正トルク発生時
負トルク発生時
正電圧モードへ
正電圧モードへ
指令値
正トルク発生時
正電圧モードへ

負電圧
負電圧
正電圧
正電圧
ゼロ電圧
ゼロ電圧
モード
モード
モード
モード
モード
モード
負電圧
正電圧
（期間固定）（期間固定）
ゼロ電圧
モード
モード モード（期間固定）
電流制御時の巻線電流波形の挙動
図 7図図
電流制御時の巻線電流波形の挙動
7 7 電流制御時の巻線電流波形の挙動

図 7 電流制御時の巻線電流波形の挙動
モードの 3 つがある．正電圧モードでは励磁相のスイッチを両方ともオンにする．
を両方ともオンにする．
そのとき巻線には電流が増加する
そのとき巻線には電流が増加する

Vdc Vdc
Vdc

U1
U2
Du_hDu_h
LDu Luu_hL
VdcuVdc

Du_lDu_l V
Du_l

dc

（c）負電圧モード(c)
負電圧モード(c) 負電圧モード

図 6図
図6駆動回路の動作モード
6 駆動回路の動作モード
駆動回路の動作モード(c) 負電圧モード
図 6 駆動回路の動作モード
対して正方向にトルクを発生させている場合は，対して正方向にトルクを発生させている場合は，
ロータが
ロータが
圧モードへ切り替える．このモードのときに回転方向に対励磁相の突極に近づいているため透磁率が上がり，励磁相の突極に近づいているため透磁率が上がり，
巻線イ
巻線イ
して正方向にトルクを発生させている場合は，ロータが励
対して正方向にトルクを発生させている場合は，
ロータがンダクタンス
ンダクタンス
L が増加する．(1)式に示すファラデーの法
L が増加する．(1)式に示すファラデーの法
磁相の突極に近づいているため透磁率が上がり，巻線イン
励磁相の突極に近づいているため透磁率が上がり，
巻線イ
則より，巻線にほとんど電圧則より，巻線にほとんど電圧
V が加わっていないときのV が加わっていないときのL が増加する．
ダクタンス（1）式に示すファラデーの法
ンダクタンス L が増加する．(1)式に示すファラデーの法
V が加わっていないときの巻線内の磁束巻線内の磁束はほぼ一定である．ここではほぼ一定である．ここでN は巻線巻数，
N は巻線巻数，
則より，巻線にほとんど電圧則より，巻線にほとんど電圧 V が加わっていないときのN は巻線巻数，
巻線内の磁束Φ はほぼ一定である．ここで
t は時間である．磁束t は時間である．磁束 と巻線電流 と巻線電流
I の間には(2)式の関係
I の間には(2)式の関係
巻線内の磁束  はほぼ一定である．ここで N は巻線巻数，t があることから，と巻線電流 I の間には（2）式のは時間である．磁束があることから，
L が増加すると巻線電流は減少する．
LΦ
が増加すると巻線電流は減少する．
t は時間である．磁束  と巻線電流 I の間には(2)式の関係
L が増加すると巻線電流は減少する．
関係があることから，dΦ dΦL が増加すると巻線電流は減少する．
..............................................................
があることから，V V N  N  ..............................................................
(1) (1)

を両方ともオンにする．そのとき巻線には電流が増加す向きに電圧が加わる．ゼロ電圧モードではスイッチ
向きに電圧が加わる．ゼロ電圧モードではスイッチ
Su_hSu_h
dt dt
を両方ともオンにする．そのとき巻線には電流が増加する
dΦ ..............................................................



V
N
（1）
(1)
る向きに電圧が加わる．ゼロ電圧モードではスイッチ
Sをオン，スイッチ
をオン，スイッチ
Su_l Sをオフにする．その際は巻線にほ
u_l をオフにする．その際は巻線にほ
1 1 ..................................................................
向きに電圧が加わる．ゼロ電圧モードではスイッチ
Su_hu_hΦ Φ  L  I dt
L  I ..................................................................
(2) (2)をオン，スイッチ S電流がスイッチとダイオードを通をオフにする．その際は巻線にほと
とんど電圧は加わらず，
とんど電圧は加わらず，電流がスイッチとダイオードを通N Nをオン，スイッチ Su_lu_lをオフにする．その際は巻線にほ
1Φ L  I ..................................................................
（2）(2)
んど電圧は加わらず，電流がスイッチとダイオードを通っって還流している状態となる．
って還流している状態となる．
このときの巻線電流の増減
このときの巻線電流の増減
逆に回転方向に対して負方向のトルクを発生させてい逆に回転方向に対して負方向のトルクを発生させてい
とんど電圧は加わらず，電流がスイッチとダイオードを通Nて還流している状態となる．このときの巻線電流の増減ははロータの挙動によって異なる．
はロータの挙動によって異なる．
負電圧モードではスイッ
負電圧モードではスイッ る場合は，る場合は，ロータが励磁相の突極から遠ざかるため巻線イ
ロータが励磁相の突極から遠ざかるため巻線イって還流している状態となる．このときの巻線電流の増減
逆に回転方向に対して負方向のトルクを発生させてい逆に回転方向に対して負方向のトルクを発生させていロータの挙動によって異なる．負電圧モードではスイッチ
チを両方ともオフにする．
チを両方ともオフにする．
巻線に電流が流れていた場合は巻線に電流が流れていた場合は ンダクタンス
ンダクタンスLは減少し，巻線電流は増加する．
L は減少し，巻線電流は増加する．
はロータの挙動によって異なる．負電圧モードではスイッ
る場合は，ロータが励磁相の突極から遠ざかるため巻線イる場合は，ロータが励磁相の突極から遠ざかるため巻線イ
22 つのダイオードを通って電源へ逆流する．
2を両方ともオフにする．巻線に電流が流れていた場合はつのダイオードを通って電源へ逆流する．
そのとき巻線
そのとき巻線
ゼロ電圧モードの期間は固定とした．
ゼロ電圧モードの期間は固定とした．
これにより，
これにより，
スイスイ
チを両方ともオフにする．巻線に電流が流れていた場合はンダクタンス L は減少し，巻線電流は増加する．
L
ンダクタンスは減少し，巻線電流は増加する．
つのダイオードを通って電源へ逆流する．そのとき巻線にには電流が減少する向きに電圧が加わる．
には電流が減少する向きに電圧が加わる．
巻線電流がゼロ巻線電流がゼロ ッチング周波数の変化をある程度緩和できる．
ッチング周波数の変化をある程度緩和できる．
2 つのダイオードを通って電源へ逆流する．そのとき巻線ゼロ電圧モードの期間は固定とした．これにより，スイゼロ電圧モードの期間は固定とした．これにより，スは電流が減少する向きに電圧が加わる．巻線電流がゼロに
になると，
になると，
それ以降はダイオードでせき止められて電流は
それ以降はダイオードでせき止められて電流はゼロ電圧モードの期間が終了した後は，ゼロ電圧モードの期間が終了した後は，現在の電流値と現在の電流値とには電流が減少する向きに電圧が加わる．巻線電流がゼロ
ッチング周波数の変化をある程度緩和できる．
イッチング周波数の変化をある程度緩和できる．
なると，それ以降はダイオードでせき止められて電流は流流れない．巻線電流の制御は，この流れない．巻線電流の制御は，この3 つのモードを切り
3 つのモードを切り 指令値を比較し，指令値を比較し，電流値が指令値よりも小さければ正電圧
電流値が指令値よりも小さければ正電圧になると，それ以降はダイオードでせき止められて電流はゼロ電圧モードの期間が終了した後は，現在の電流値とゼロ電圧モードの期間が終了した後は，現在の電流値とれない．巻線電流の制御は，この3 つのモードを切り替え
替えて電流を増減させ，替えて電流を増減させ，電流を指令値に近づけることで行
電流を指令値に近づけることで行
モードへ切り替えて電流を増加，モードへ切り替えて電流を増加，
指令値より大きければ負
指令値より大きければ負流れない．巻線電流の制御は，この 3 つのモードを切り
指令値を比較し，電流値が指令値よりも小さければ正電圧
指令値を比較し，電流値が指令値よりも小さければ正電圧て電流を増減させ，電流を指令値に近づけることで行う．
う．う．
電圧モードへ切り替えて電流を減少させる．
電圧モードへ切り替えて電流を減少させる．
替えて電流を増減させ，電流を指令値に近づけることで行
モードへ切り替えて電流を増加，指令値より大きければ負モードへ切り替えて電流を増加，指令値より大きければ負励磁相がU相の場合について，電流制御時の巻線電流
励磁相が
励磁相が
U 相の場合について，電流制御時の巻線電流
U 相の場合について，電流制御時の巻線電流
その後は，
その後は，
電流値が指令値と一致したら一定期間ゼロ電
電流値が指令値と一致したら一定期間ゼロ電
う．
電圧モードへ切り替えて電流を減少させる．
電圧モードへ切り替えて電流を減少させる．
の挙動は以下のとおりである．その他の相が励磁相であっの挙動は以下のとおりである．
の挙動は以下のとおりである．
その他の相が励磁相であっその他の相が励磁相であっ 圧モードへ切り替えて，圧モードへ切り替えて，同様の処理を励磁相が切り替わる
同様の処理を励磁相が切り替わる
励磁相が U 相の場合について，電流制御時の巻線電流
その後は，電流値が指令値と一致したら一定期間ゼロ電
その後は，電流値が指令値と一致したら一定期間ゼロ電ても動作は同様である．図
7に
にSRM
SRM
駆動制御時の励磁相ても動作は同様である．
ても動作は同様である．
図 7図
に7SRM
駆動制御時の励磁相駆動制御時の励磁相まで繰り返す．
まで繰り返す．
励磁相が他の相へ切り替わったら負電圧モ
励磁相が他の相へ切り替わったら負電圧モの挙動は以下のとおりである．その他の相が励磁相であっ圧モードへ切り替えて，同様の処理を励磁相が切り替わる
圧モードへ切り替えて，同様の処理を励磁相が切り替わるの電流の挙動を示す．励磁相がU 相に切り替わると，まの電流の挙動を示す．励磁相がの電流の挙動を示す．励磁相がU 相に切り替わると，まU
相に切り替わると，ま ードへ切り替えて巻線電流をゼロまで減少させる．
ードへ切り替えて巻線電流をゼロまで減少させる．
ても動作は同様である．図 7 に SRM 駆動制御時の励磁相まで繰り返す．励磁相が他の相へ切り替わったら負電圧モまで繰り返す．励磁相が他の相へ切り替わったら負電圧ず駆動回路を正電圧モードにして巻線電流を増加させる．
ず駆動回路を正電圧モードにして巻線電流を増加させる．
ず駆動回路を正電圧モードにして巻線電流を増加させる． 2.3 2.3駆動試験システム
駆動試験システムの電流の挙動を示す．励磁相が U 相に切り替わると，まードへ切り替えて巻線電流をゼロまで減少させる．
モードへ切り替えて巻線電流をゼロまで減少させる．
電流が指令値に達するとスイッチ Su_l をオフにしてゼロ電電流が指令値に達するとスイッチ
電流が指令値に達するとスイッチ
Su_l Sをオフにしてゼロ
SRMSRM
駆動制御システムを実装し，動作確認を行った．
駆動制御システムを実装し，動作確認を行った．
u_l をオフにしてゼロず駆動回路を正電圧モードにして巻線電流を増加させる．
2.3 駆動試験システム
電圧モードへ切り替える．
電圧モードへ切り替える．
このモードのときに回転方向に
このモードのときに回転方向に 図 8図に動作試験に用いた
8に動作試験に用いた
SRMSRM
駆動試験システムの構成
駆動試験システムの構成
電流が指令値に達するとスイッチ Su_l をオフにしてゼロ ─ 9 ─ SRM 駆動制御システムを実装し，動作確認を行った．
電圧モードへ切り替える．このモードのときに回転方向に

図 8 に動作試験に用いた SRM 駆動試験システムの構成島根県産業技術センター研究報告

ＳＲＭ
ＳＲＭ

トルク
トルク
検出器
検出器

第53号 （2017）

誘導電動機
誘導電動機
インターフェース
インターフェース

制御器
制御器

三相インバータ×２
三相インバータ×２

双方向
双方向
直流電源
直流電源

定盤
定盤

パソコン
パソコン

図9

SRM 駆動試験システム構成
駆動試験システム構成
図図8 8 SRM
図 8 SRM 駆動試験システム構成

表 22 回転速度指令最大時の速度測定結果
回転速度指令最大時の速度測定結果
表表
2 回転速度指令最大時の速度測定結果
正転
逆転
正転
逆転
指令値
指令値
3063.75rpm 指令値
3071.25rpm
指令値3063.75rpm
3071.25rpm
測定値
測定値
2865rpm 測定値
3067.5rpm
測定値
2865rpm
3067.5rpm

表 11 試験条件
表
試験条件
表 1 試験条件

電源電圧
電源電圧
回転速度指令範囲
回転速度指令範囲
回転方向
回転方向
電流指令リミット値
電流指令リミット値
負荷条件
負荷条件

200V
200V
0～3000rpm
0～3000rpm
正転・逆転両方
正転・逆転両方
5A
5A
無負荷
無負荷

を，表 1 に試験条件を示す．試験システムでは，SRM とを，表に試験条件を示す．試験システムでは，SRM と2.3 1駆動試験システム
同軸上にモータに負荷をかけるための誘導電動機（富士電
同軸上にモータに負荷をかけるための誘導電動機（富士電
SRM 駆動制御システムを実装し，動作確認を行った．
機 MVK-8107A）を接続しているが，今回の動作試験では
機図
MVK-8107A）を接続しているが，今回の動作試験では
8 に動作試験に用いた SRM 駆動試験システムの構成を，
能動的な負荷はかけないものとし，慣性と軸受の機械的抵
表 1 に試験条件を示す．試験システムでは，SRMと同軸能動的な負荷はかけないものとし，慣性と軸受の機械的抵抗だけが駆動に影響する形としている．また，SRMと負上にモータに負荷をかけるための誘導電動機（富士電機
抗だけが駆動に影響する形としている．また，SRMと負荷発生用誘導機の間に，トルク検出と回転速度検出のため
MVK-8107A）を接続しているが，今回の動作試験では能荷発生用誘導機の間に，トルク検出と回転速度検出のため
に
ロ
ー
タ
リ
エ
ン
コ
ー
ダ
付きトルクセンサ（ユニパルス
動的な負荷はかけないものとし，慣性と軸受の機械的抵にロータリエンコーダ付きトルクセンサ（ユニパルス
UTMⅡ-10Nm(R)）を設置している．それぞれのモータは抗だけが駆動に影響する形としている．また，SRM と負UTMⅡ-10Nm(R)）を設置している．それぞれのモータは
簡易光学実験台（駿河精機
J15-1206T）上にボルトで固荷発生用誘導機の間に，トルク検出と回転速度検出のた
簡易光学実験台（駿河精機
J15-1206T）上にボルトで固定されている．
制御器にはデジタル制御システム（Myway
めにロータリエンコーダ付きトルクセンサ（ユニパルス
定されている．
制御器にはデジタル制御システム（Mywayプラス
PE-Expert3），三相インバータはインバータユニ
UTMⅡ-10Nm（R））
を
設 置 し て い る． そ れ ぞ れ の モ ープラス
PE-Expert3），三相インバータはインバータユニット（Mywayプラス
MWINV-5R022），双方向直流電源
タは簡易光学実験台（駿河精機
J15-1206T）上にボルトット（Myway
プラス MWINV-5R022），双方向直流電源装
置 は 大 容 量 電 源 ・ 電 子 負 荷 装 置 （ Myway プ ラ ス
で固定されている．制御器にはデジタル制御システム装置
は 大 容 量 電 源 ・ 電 子 負 荷 装 置 （ Myway プ ラ ス
MWBFP2-1040）を用いている．
（Mywayプラス PE-Expert3），三相インバータはインバー
MWBFP2-1040）を用いている．
0～3000rpm
タ 制御は速度制御で行い，ユ ニ ッ ト（Myway プ 速度指令の範囲は
ラ速度指令の範囲は
ス MWINV-5R022），
双方向直制御は速度制御で行い，0～3000rpmとし，外部からアナログ信号で与える．回転方向は正転・流電源装置は大容量電源・電子負荷装置（Myway プラスとし，外部からアナログ信号で与える．回転方向は正転・逆転両方とする．電流指令のリミット値は実証に用いた
MWBFP2-1040）を用いている．
逆転両方とする．電流指令のリミット値は実証に用いたSRMの仕様から 5A に設定した．
0 ～ 3000rpm
SRM制御は速度制御で行い，速度指令の範囲はの仕様から 5A に設定した．

図 9 に定盤上に設置されている SRM と負荷発生用誘導とし，外部からアナログ信号で与える．回転方向は正転・
図
9 に定盤上に設置されている SRM と負荷発生用誘導機の写真を示す．右側がSRM，左側が負荷発生用誘導機
逆転両方とする．電流指令のリミット値は実証に用いた機の写真を示す．右側が SRM，左側が負荷発生用誘導機
である．
SRM
の仕様から
5A
に設定した．
である．
図 9 に定盤上に設置されている SRM と負荷発生用誘導

3. 結SRM と負荷発生用誘導機写真

図9
SRM と負荷発生用誘導機写真
図9
SRM と負荷発生用誘導機写真果

3. 結 SRM，左側が負荷発生用誘導機
果機の写真を示す．右側がである．
表 2 に，回転速度指令を最大値（3000rpm としている
表 2 に，回転速度指令を最大値（3000rpm としているが，アナログ信号のため誤差を含む）としたときの定常時
が，アナログ信号のため誤差を含む）としたときの定常時
3. 結果
回転速度の測定結果を示す．正転では，回転速度指令が回転速度の測定結果を示す．正転では，回転速度指令が表 2 に，回転速度指令を最大値（3000rpmとしている
3063.75rpm
であるのに対して，実際の回転速度の測定値
3063.75rpm であるのに対して，実際の回転速度の測定値
が，アナログ信号のため誤差を含む）としたときの定常は 2865rpm までしか上昇していない．これは流した電流は 2865rpm までしか上昇していない．これは流した電流に対して生じるトルクが小さく，トルク不足となっているに対して生じるトルクが小さく，トルク不足となっている
時回転速度の測定結果を示す．正転では，回転速度指令ためであると考えられる．逆転では，3071.25rpm の指令ためであると考えられる．逆転では，3071.25rpmの指令が 3063.75rpm であるのに対して，実際の回転速度の測定に対して，実際の回転速度はほぼ同じ値の 3067.5rpm まに対して，実際の回転速度はほぼ同じ値の3067.5rpm ま
値は 2865rpm までしか上昇していない．これは流した電で上昇しており，トルク不足は生じていない．
で上昇しており，トルク不足は生じていない．
流に対して生じるトルクが小さく，トルク不足となって図 10 に駆動試験時の U 相の電流 iu とスイッチ Su_l，
図 10 に駆動試験時の U 相の電流 iu とスイッチ
Su_lの，いるためであると考えられる．逆転では，3071.25rpm
Su_h の状態（High のときオン，Low のときオフ）の時間
S指令に対して，実際の回転速度はほぼ同じ値のの状態（Highのときオン，Lowのときオフ）の時間
3067.5rpm
u_h
波形を示す．図 10(a)と図 10(b)は回転速度指令値が大幅波形を示す．図10(a)と図 10(b)は回転速度指令値が大幅まで上昇しており，トルク不足は生じていない．
に増やされて，電流指令がリミット値に達してフル加速し
図 10 に駆動試験時のU 相の電流 iu とスイッチ Su_l，Su_hに増やされて，
電流指令がリミット値に達してフル加速している際の波形，図10(c)と図10(d)は回転速度指令値がの状態（High のときオン，Lowのときオフ）の時間波形ている際の波形，図10(c)と図 10(d)は回転速度指令値が大幅に下げられる，もしくは反転させられた際に急減速しを示す．図 10（a）と図10（b）は回転速度指令値が大幅大幅に下げられる，もしくは反転させられた際に急減速している際の波形，図10(e)と図10(f)は回転速度指令値がに増やされて，電流指令がリミット値に達してフル加速している際の波形，図10(e)と図 10(f)は回転速度指令値が3000rpm の際の定常状態の動作波形を正転・逆転それぞている際の波形，図10（c）と図 10（d）は回転速度指令
3000rpmの際の定常状態の動作波形を正転・逆転それぞれについて示している．
値が大幅に下げられる，もしくは反転させられた際に急減れについて示している．
加速時（図 10(a)，(b)）の動作波形については，正転・速している際の波形，図10（e）と図 10（f）は回転速度
加速時（図 10(a)，(b)）の動作波形については，正転・逆転どちらとも電流iがリミット値のまで上昇し，そu
指令値が 3000rpm の際の定常状態の動作波形を正転・逆逆転どちらとも電流
iu がリミット値の 5A5A
まで上昇し，その後ほぼ一定に制御されている．
転それぞれについて示している．
の後ほぼ一定に制御されている．
また，iu が10（a）まで上昇した後ほぼ一定になっている期
加速時（図，（b））の動作波形については，正また，iu が 5A5A
まで上昇した後ほぼ一定になっている期
間①，②の波形の挙動を見ると，スイッチ
Su_l はその間
iu がリミット値の 5ASまで上昇し，転・逆転どちらとも電流
間①，②の波形の挙動を見ると，スイッチ
u_l はその間
小刻みにオンとオフを繰り返していることがわかる．一
その後ほぼ一定に制御されている．
小刻みにオンとオフを繰り返していることがわかる．一方，スイッチSu_h は期間①ではほとんどオンとなっていまで上昇した後ほぼ一定になっている期
また，iu が 5A
方，スイッチSu_hは期間①ではほとんどオンとなっているが，期間②では②’の部分でオンとオフを繰り返してお間①，②の波形の挙動を見ると，スイッチ
Su_l はその間小るが，期間②では②’の部分でオンとオフを繰り返しており，②’を除いた期間でオンとなっている．
刻みにオンとオフを繰り返していることがわかる．一方，り，②’を除いた期間でオンとなっている．
このことから，期間①，②においては，②’の部分を除スイッチ
Su_h は期間①ではほとんどオンとなっているが，このことから，期間①，②においては，②’の部分を除いて，駆動回路を正電圧モードとゼロ電圧モードに小刻み
期間②では②’の部分でオンとオフを繰り返しており，②’いて，駆動回路を正電圧モードとゼロ電圧モードに小刻みに切り替えて電流制御が行われていることがわかる．これを除いた期間でオンとなっている．
に切り替えて電流制御が行われていることがわかる．
これは，図7 に示した電流制御時の電流波形の挙動におけるこのことから，期間①，②においては，②’の部分を除
は，図 7 に示した電流制御時の電流波形の挙動におけるいて，駆動回路を正電圧モードとゼロ電圧モードに小刻み
正トルク発生時の挙動と一致している．逆転時に②’の部
正トルク発生時の挙動と一致している．逆転時に②’の部に切り替えて電流制御が行われていることがわかる．これ分で挙動が異なっていた原因としては，ロータ位置検出の分で挙動が異なっていた原因としては，ロータ位置検出のは，図7 に示した電流制御時の電流波形の挙動における正ずれ等のため，ロータの挙動が想定しているものと異なっ
ずれ等のため，ロータの挙動が想定しているものと異なっトルク発生時の挙動と一致している．逆転時に②’の部分ていたことが考えられる．このことについてはさらに検証ていたことが考えられる．このことについてはさらに検証
で挙動が異なっていた原因としては，ロータ位置検出のが必要である．
が必要である．

─ 10 ─

川島・大峠：スイッチトリラクタンスモータの駆動制御技術開発(a)(a)（a）正転加速時
正転加速時
正転加速時

（b）逆転加速時(b)(b) 逆転加速時
逆転加速時

(c)
(c)（c）正転減速時
正転減速時
正転減速時

（d）逆転減速時(d)(d) 逆転減速時
逆転減速時

（e）正転
3000rpm
指令時
(e)
(e)
正転
正転3000rpm
3000rpm
指令時
指令時

（f）逆転
3000rpm
指令時(f)(f) 逆転逆転
3000rpm3000rpm
指令時
指令時

図
図図
10
1010 駆動時の駆動時の相の巻線電流波形とスイッチ
SS，S
，S
，S
の状態
u_l
u_l
u_h
u_hの状態
駆動時のUU
U相の巻線電流波形とスイッチ相の巻線電流波形とスイッチ
Su_l
u_h の状態

ずれ等のため，ロータの挙動が想定しているものと異なっ減速時（図減速時（図10(c)，(d)）の動作波形についても，正転・10(c)，(d)）の動作波形についても，正転・このことから，期間③，④においては，③’の部分を除に切り替えて電流制御が行われていることが分かる．
に切り替えて電流制御が行われていることが分かる．
これ
これていたことが考えられる．このことについてはさらに検証
逆転どちらとも
逆転どちらとも
iuiuがリミット値のがリミット値の5A
5Aまで上昇した後ほぼまで上昇した後ほぼいて，駆動回路を負電圧モードとゼロ電圧モードに小刻みは，図は，図 77 に示した負トルク発生時の挙動と一致する．正
に示した負トルク発生時の挙動と一致する．正一定に保たれていることが確認できる．
一定に保たれていることが確認できる．
が必要である．

転時に③’の部分で挙動が異なっていた原因についても，
転時に③’の部分で挙動が異なっていた原因についても，に切り替えて電流制御が行われていることが分かる．これ

また，
また，
期間③，
期間③，
④の
④のS
S（d）
，
，
S
Su_l
各スイッチの挙動は，
SSu_h
減速時（図
10（c）
，
）の動作波形についても，正u_hu_hu_l各スイッチの挙動は，
u_h

ロータ位置検出のずれであることが想定されるが，ロータ位置検出のずれであることが想定されるが，
さらに
さらに
は，図
7 に示した負トルク発生時の挙動と一致する．正は小刻みにオンとオフを繰り返しているのに対して，S
は小刻みにオンとオフを繰り返しているのに対して，S
転・逆転どちらとも iu がリミット値の 5A まで上昇した後
u_l
u_l

検証が必要である．
検証が必要である．
転時に③’の部分で挙動が異なっていた原因についても，は期間③の③’の部分を除いてほとんどの期間オフしていは期間③の③’の部分を除いてほとんどの期間オフしていほぼ一定に保たれていることが確認できる．

3000rpm3000rpm の回転速度が指令され，定常状態になっていの回転速度が指令され，定常状態になっていロータ位置検出のずれであることが想定されるが，さらにる．③’の部分では
る．③’の部分では
SSu_l
また，期間③，④のSが小刻みにオンとオフを繰り返し
u_lが小刻みにオンとオフを繰り返し
u_h，Su_l 各スイッチの挙動は，Su_h

る際の電流波形（図る際の電流波形（図10(e)，(f)）は，正転と逆転ではかな
10(e)，(f)）は，正転と逆転ではかな
検証が必要である．

ている．
ている．
は小刻みにオンとオフを繰り返しているのに対して，Su_l

り異なったものとなっている．
り異なったものとなっている．
3000rpm の回転速度が指令され，定常状態になっていこのことから，期間③，④においては，③’の部分を除
このことから，期間③，④においては，③’の部分を除
は期間③の③’の部分を除いてほとんどの期間オフしてい正転時は電流の最大値がリミット値の正転時は電流の最大値がリミット値の5A
5A となっていとなっている際の電流波形（図10（e），（f））は，正転と逆転ではかいて，いて，駆動回路を負電圧モードとゼロ電圧モードに小刻み駆動回路を負電圧モードとゼロ電圧モードに小刻みる．③’の部分では Su_l が小刻みにオンとオフを繰り返しるのに対して，逆転時はるのに対して，逆転時は3.3A
3.3Aとなっている．正転時は電となっている．正転時は電なり異なったものとなっている．

ている．

正転時は電流の最大値がリミット値の 5A となっている
─ 11 ─

島根県産業技術センター研究報告第53号 （2017）のに対して，逆転時は 3.3A となっている．正転時は電流以上の結果から，ホールセンサ信号を用いたヒステリに対して生じるトルクが小さいため，トルクを出すために

シス制御ベースの電流制御による SRM の駆動を確認した．

リミット値まで電流が流れている．一方，逆転時は電流が今回の検証で判明した問題点として，正転時にトルク不足

小さくても 3000rpm で回転するのに十分なトルクが得らによって回転速度が上昇しなくなるということが挙げられているため，電流の最大値はリミット値より小さくなっれる．この原因としては，ホールセンサの位置検出のずれている．

が考えられる．今後はこのずれについて検証し，励磁相のまた，正転時は電流波形の立上りと立下りが遅く，曲線切り替えタイミングの補正を検討する必要がある．

状になっている．逆転時は電流波形の立上り，立下りが速文

く，波形が台形に近くなっている．このような電流波形の違いは，巻線のインダクタンスの違いによって生じる．巻線のインダクタンスは，巻かれているステータ突極とロー
タ突極の距離によって大きく変化する．そのため，正転時

1 ）内藤治夫 . スイッチトリラクタンスモータの課題と対策 . 電気学会誌 . 2008, vol.128, no.4, p.227-230.
2 ）石川裕記 , 鎌田義信 , 内藤治夫 . スイッチトリラクタンスモー
タの瞬時トルクを一定にする電流波形とその波形成形制御と逆転時では，巻線が励磁されているときのステータ突極とロータ突極の距離が異なっているものと考えられる．
励磁相の切り替えは，ロータ位置検出情報を基に行ってい献法 . 電気学会論文誌 D. 2005, vol.125, no.12, p.1113-1121.
3 ）パウデルリサブ , 石川裕記 , 内藤治夫 . 瞬時電流フィードバッ

るので，ロータ位置検出にずれがあり，正転時と逆転時で励磁相が切り替わった際のステータ突極とロータ突極の距離が異なっていることが考えられる．

─ 12 ─

ク補償によるスイッチトリラクタンスモータのトルク脈動抑制法 . 電気学会論文誌 D. 2012, vol.132, no.5, p.534-540.