JP6991079B2

JP6991079B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP6991079B2
Application number: JP2018029086A
Authority: JP
Inventors: 知明仁田原; 宏昭岡田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: JP2019146382A

Description

本発明は、四相のスイッチトリラクタンスモータのモータ制御装置に関する。

フリクションレスという特徴を持つスイッチトリラクタンスモータ（以下、「ＳＲモータ」という。）が多相である場合では、そのＳＲモータの駆動回路は一般的には相独立の駆動となるため、駆動回路の部品コストが高くなる。そのため、四相のＳＲモータの場合には、三相ブラシレスモータ用駆動などの汎用性がある三相インバータを一対で用いる構成が考案されている（特許文献１参照）。

特開２００２－３６９５８０号公報

ところで、四相のＳＲモータの場合には、基本通電角を９０度通電として、各回転数やトルクに応じて適切な通電角を設定することで特性向上が行われている。そのため、二相通電が行われることにより、通電相における一方の相の磁束の影響を受け、他方の相の相電流が不安定になり、制御性が悪化する場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、四相のＳＲモータの制御性を向上させることができるモータ制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、四相のＳＲモータの各相に対応する巻線への通電を切り替えることにより、前記ＳＲモータを回転駆動するモータ制御装置であって、Ａ相及びＢ相の二相の巻線と、Ｃ相及びＤ相の二相の巻線とのそれぞれに接続された一対の三相インバータと、前記各三相インバータにおける複数のスイッチング素子をオン状態又はオフ状態に制御することで前記巻線に流れる電流を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に制御し、前記Ａ相の巻線又は前記Ｂ相の巻線の一端側から他端側への負方向に電流を流す第１の制御と、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し上アームスイッチング素子をオン状態に制御し、前記Ａ相の巻線又は前記Ｂ相の巻線の他端側から一端側への正方向に電流を流す第２の制御と、のいずれかを選択的に実行することを特徴とするモータ制御装置である。

本発明の一態様は、上述のモータ制御装置であって、前記制御部は、少なくとも前記二相のうち一方の通電相を一方の相から他方の相に切り替えるにあたり、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なる場合には、前記通電相に対応するスイッチング素子に対する制御を、前記第１の制御から前記第２の制御、又は前記第２の制御から前記第１の制御に切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。

本発明の一態様は、上述のモータ制御装置であって、前記第１の制御においてオン状態に制御する下アームスイッチング素子と前記第２の制御においてオン状態に制御する上アームスイッチング素子とは、前記二相の巻線の接続点に接続されている下アームスイッチング素子と上アームスイッチング素子である。

以上説明したように、本発明によれば、四相のＳＲモータの制御性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２を備えたモータシステム１の概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２の制御対象であるＳＲモータＭの概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る三相インバータ４－１のスイッチング素子に対する通電パターンについて説明する図である。本発明の一実施形態に係る通電パターン＃１について説明する図である。本発明の一実施形態に係る通電パターン＃２について説明する図である。本発明の一実施形態に係る通電パターン＃３について説明する図である。本発明の一実施形態に係る通電パターン＃４について説明する図である。本発明の一実施形態に係る三相インバータ４－１，４－２のスイッチング素子に対する通電パターンについて説明する図である。従来の一の三相インバータにおけるスイッチング素子の通電パターンを示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２を備えたモータシステム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、モータシステム１は、モータ制御装置２、ＳＲモータＭ、及び回転角センサＫを備える。このモータ制御装置２は、四相のスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）Ｍを回転駆動する。このＳＲモータＭは、例えば、車両の車輪を駆動するモータに用いられる。

図２は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置２の制御対象であるＳＲモータＭの概略構成の一例を示す図である。
図２に示すように、ＳＲモータＭは、ロータＲ及びステータＳを備える。

ロータＲは、円周上に等間隔に配置された６つの突極部ＲＰ１～ＲＰ６を備える。
ステータＳは、ロータＲを外囲するように設けられている。また、ステータＳは、内側のロータＲに向かって８つの突極部ＳＰ１～ＳＰ８を有する。

８つの突極部ＳＰ１～ＳＰ８には、それぞれ巻線が巻回されている。具体的には、突極部ＳＰ１及び突極部ＳＰ５には、Ａ相の巻線（以下、「Ａ相巻線」という。）Ｌａが巻回されている。突極部ＳＰ３及び突極部ＳＰ７には、Ｂ相の巻線（以下、「Ｂ相巻線」という。）Ｌｂが巻回されている。突極部ＳＰ２及び突極部ＳＰ６には、Ｃ相の巻線（以下、「Ｃ相巻線」という。）Ｌｃが巻回されている。突極部ＳＰ４及び突極部ＳＰ８には、Ｄ相の巻線（以下、「Ｄ相巻線」という。）Ｌｄが巻回されている。

回転角センサＫは、ＳＲモータＭに設けられている。回転角センサＫは、ＳＲモータＭのロータＲの回転角度を検出する検出装置であり、例えばレゾルバである。回転角センサＫは、検出した回転角度に応じた出力信号をモータ制御装置２に出力する。

モータ制御装置２は、Ａ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、及びＤ相巻線Ｌｄに対して選択的に通電することにより、ステータＳの突極部ＳＰ１～ＳＰ８がロータＲの突極部ＲＰ１～ＲＰ６を磁気吸引して、ロータＲに駆動トルク及び制動トルクを発生させる。これにより、ＳＲモータＭは回転駆動する。
図１に戻り、以下に、モータ制御装置２の具体的な構成について説明する。

モータ制御装置２は、電源部３、一対の三相インバータ４－１，４－２、電流センサ５及び制御部６を備える。

電源部３は、例えば、車両に搭載されるバッテリである。電源部３が、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

この一対の三相インバータ４－１，４－２は、Ａ相巻線Ｌａ及びＢ相巻線Ｌｂと、Ｃ相巻線Ｌｃ及びＤ相巻線Ｌｄとのそれぞれに接続されている。

三相インバータ４－１は、３相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子ＡＨ，ＡＬ，Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬ，ＢＨ，ＢＬを備えている。本実施形態では、スイッチング素子ＡＨ，ＡＬ，Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬ，ＢＨ，ＢＬがｎ型チャネルのＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）、及びＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。

スイッチング素子ＡＨ，ＡＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＡＨは、上アームのスイッチング素子（以下、「上アームスイッチング素子」という。）である。一方、スイッチング素子ＡＬは、下アームのスイッチング素子（以下、「下アームスイッチング素子」という。）である。

スイッチング素子ＡＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子ＡＬのドレインに接続される。スイッチング素子ＡＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子ＡＨ，ＡＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子ＡＨのソースとスイッチング素子ＡＬのドレインとの接続点である中性点はＡ相巻線Ｌａの一端に接続されている。

スイッチング素子ＢＨ，ＢＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＢＨは、上アームスイッチング素子である。一方、スイッチング素子ＢＬは、下アームスイッチング素子である。

スイッチング素子ＢＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子ＢＬのドレインに接続される。スイッチング素子ＢＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子ＢＨ，ＢＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子ＢＨのソースとスイッチング素子ＢＬのドレインとの接続点である中性点はＢ相巻線Ｌｂの一端に接続されている。

スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨは、上アームスイッチング素子である。一方、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬは、下アームスイッチング素子である。

スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬのドレインに接続される。スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨのソースとスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬのドレインとの接続点である中性点は、Ａ相巻線Ｌａの他端とＢ相巻線Ｌｂの他端との接続点に接続されている。

三相インバータ４－２は、３相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子ＣＨ，ＣＬ，Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬ，ＤＨ，ＤＬを備えている。本実施形態では、スイッチング素子ＣＨ，ＣＬ，Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬ，ＤＨ，ＤＬがｎ型チャネルのＦＥＴである場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ、及びＢＪＴであってもよい。

スイッチング素子ＣＨ，ＣＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＣＨは、上アームスイッチング素子である。一方、スイッチング素子ＣＬは、下アームスイッチング素子である。

スイッチング素子ＣＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子ＣＬのドレインに接続される。スイッチング素子ＣＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子ＣＨ，ＣＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子ＣＨのソースとスイッチング素子ＣＬのドレインとの接続点である中性点はＣ相巻線Ｌｃの一端に接続されている。

スイッチング素子ＤＨ，ＤＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＤＨは、上アームスイッチング素子である。一方、スイッチング素子ＤＬは、下アームスイッチング素子である。

スイッチング素子ＤＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子ＤＬのドレインに接続される。スイッチング素子ＤＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子ＤＨ，ＤＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子ＤＨのソースとスイッチング素子ＤＬのドレインとの接続点である中性点はＤ相巻線Ｌｄの一端に接続されている。

スイッチング素子Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬは、互いに直列接続されており、一のスイッチングレグを構成している。スイッチング素子Ｎ_ＣＤＨは、上アームスイッチング素子である。一方、スイッチング素子Ｎ_ＣＤＬは、下アームスイッチング素子である。

スイッチング素子Ｎ_ＣＤＨは、ドレインが電源部３の正極に接続され、ソースがスイッチング素子Ｎ_ＣＤＬのドレインに接続される。スイッチング素子Ｎ_ＣＤＬのソースは、電源部３の負極に接続される。スイッチング素子Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬの各ゲートは、制御部６に接続されている。また、スイッチング素子Ｎ_ＣＤＨのソースとスイッチング素子Ｎ_ＣＤＬのドレインとの接続点である中性点は、Ｃ相巻線Ｌｃの他端とＤ相巻線Ｌｄの他端との接続点に接続されている。

電流センサ５は、ＳＲモータＭが有するＡ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、及びＤ相巻線Ｌｄのそれぞれに流れる電流（以下、「相電流」という。）を検出して制御部６に出力する。

制御部６は、三相インバータ４－１のスイッチング素子ＡＨ，ＡＬ，Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬ，ＢＨ，ＢＬと、三相インバータ４－２のスイッチング素子ＣＨ，ＣＬ，Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬ，ＤＨ，ＤＬとのそれぞれのスイッチング素子のゲートに制御信号を送信する。これにより、三相インバータ４－１，４－２の各スイッチング素子は、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。これにより、電源部３からの電流が、Ａ相巻線Ｌａ及びＢ相巻線Ｌｂと、Ｃ相巻線Ｌｃ及びＤ相巻線Ｌｄとのそれぞれの巻線に通電される。すなわち、制御部６は、ＳＲモータＭの各相に対応する巻線の通電を切り替えることにより、ＳＲモータＭを回転駆動する。
以下に、制御部６の構成について、説明する。

制御部６は、電流指令値生成部７、電流検出部８、位置検出部９、回転速度検出部１０、進角・通電角設定部１１、通電タイミング出力部１２、電流制御部１３、及び駆動制御部１４を備える。

電流指令値生成部７は、例えば、車両のアクセルペダルの操作量（踏力量）を示すアクセル信号に応じて、ＳＲモータＭのＡ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、Ｄ相巻線Ｌｄのそれぞれに流す電流の目標値（以下、「電流指令値」という。）を取得する。そして、電流指令値生成部７は、取得した電流指令値を進角・通電角設定部１１及び電流制御部１３に出力する。例えば、電流指令値生成部７は、アクセルペダルの操作量と、電流指令値とが関連付けられたテーブルを備え、アクセル信号が示すアクセルペダルの操作量に対応する電流指令値をそのテーブルから取得することで、電流指令値を算出する。また、電流指令値生成部７は、アクセル信号が示すアクセルペダルの操作量から、実験的に電流指令値を決定してもよい。

電流検出部８は、電流センサ５より出力されるＳＲモータＭのＡ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、及びＤ相巻線Ｌｄのそれぞれに流れる相電流値を検出する。そして、電流検出部８は、検出した各相の相電流値を電流制御部１３に出力する。例えば、電流検出部８は、各電流センサ５から出力される各相電流の検出信号に基づき、ＳＲモータＭに通電されている相電流を検出し、この相電流値を電流制御部１３に出力する。

位置検出部９は、回転角センサＫが出力する信号に基づいて、ロータＲの回転角（ロータＲの回転位置）を検出して、その検出結果を回転速度検出部１０及び通電タイミング出力部１２に出力する。

回転速度検出部１０は、位置検出部９が出力するロータＲの回転角を示す信号の単位時間あたりの変化量を検出し、検出した変化量からロータＲの回転速度（回転数）を算出する。そして、回転速度検出部１０は、算出した回転速度を進角・通電角設定部１１に出力する。

進角・通電角設定部１１は、電流指令値生成部７から出力された電流指令値と、回転速度検出部１０から出力された回転速度とに応じた進角及び通電角を、通電タイミング出力部１２に出力する。例えば、進角・通電角設定部１１は、進角マップ部１１ａ及び通電角マップ部１１ｂを含み構成される。

進角マップ部１１ａは、電流指令値生成部７が出力する電流指令値と、回転速度検出部１０が出力する回転速度とに基づいて進角を決定する。そして、進角マップ部１１ａは、その決定した進角を通電タイミング出力部１２に出力する。例えば、進角マップ部１１ａは、電流指令値とロータＲの回転速度との組み合わせごとに進角の値を対応付けたマップである。ここで、進角は、ＳＲモータＭの各相の巻線それぞれに対する通電開始位相及び通電終了位相を各相のインダクタンス変化に応じた所定位置（例えば、インダクタンスの増大開始位相及び減少開始位相等）から通電角を進角側に変化させる角度を表す。なお、進角は、電流指令値と回転数の増加に対して増加傾向にある。なお、例えば、進角マップ部１１ａは、シミュレーションや、実機による測定結果などから設定される。

通電角マップ部１１ｂは、電流指令値生成部７が出力する電流指令値と、回転速度検出部１０が出力する回転速度とに基づいて通電角を決定する。そして、通電角マップ部１１ｂは、決定した通電角を通電タイミング出力部１２に出力する。例えば、通電角マップ部１１ｂは、電流指令値とロータＲの回転速度との組み合わせごとに通電角の値を対応付けたマップである。ここで、通電角は、ＳＲモータＭのＡ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、及びＤ相巻線Ｌｄのそれぞれに対して対応付けられる。なお、通電角マップ部１１ｂは、シミュレーションや、実機による測定結果などから設定される。

通電タイミング出力部１２は、位置検出部９から出力されるロータＲの回転位置と、進角・通電角設定部１１から出力される進角及び通電角とを取得する。そして、通電タイミング出力部１２は、取得したロータＲの回転位置と、進角及び通電角とに基づいて、Ａ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、Ｄ相巻線Ｌｄに通電する通電タイミングを決定する。そして、通電タイミング出力部１２は、決定した各相の巻線への通電タイミングを示すタイミング信号をＰＷＭ出力部に出力する。

電流制御部１３は、電流指令値生成部７から供給される電流指令値と電流検出部８から供給される相電流値との偏差（以下、「電流差分値」という。）を算出する。電流制御部１３は、算出した電流差分値を駆動制御部１４に出力する。

駆動制御部１４は、電流値の差に基づいて、一般的に公知のＰＩ（Proportional Integral）制御、又は、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を用いてデューティ比を算出する。
そして、駆動制御部１４は、算出したデューティ比と、通電タイミング出力部１２から出力されたタイミング信号とに基づいて、制御信号を生成する。そして、駆動制御部１４は、生成した制御信号を、予め設定されている複数の通電パターンに従って三相インバータ４－１，三相インバータ４－２の各スイッチング素子のゲートに送信する。

通電パターンとは、三相インバータ４－１，４－２におけるスイッチング素子をオン状態又はオフ状態にするスイッチングパターンであって、継続的にオンされた状態（「ＯＮ」）もしくは継続的にオフ「ＯＦＦ」された状態（「ＯＮ」または「ＰＷＭ（Pulse Width Modulation)」以外の期間）または一定の周期でオンまたはオフに制御された状態（ＰＷＭ制御された状態）（「ＰＷＭ」）のいずれかの組み合わせである。

したがって、換言すれば、駆動制御部１４は、三相インバータ４－１，４－２におけるスイッチング素子のオン状態とオフ状態とを制御することで、Ａ相巻線Ｌａ及びＢ相巻線Ｌｂと、Ｃ相巻線Ｌｃ及びＤ相巻線Ｌｄに通電する通電パターンを切り替える。

これにより、駆動制御部１４は、各三相インバータ４－１，４－２における複数のスイッチング素子のそれぞれを複数の通電パターンでオン状態又はオフ状態に制御することで各相の巻線（Ａ相巻線Ｌａ、Ｂ相巻線Ｌｂ、Ｃ相巻線Ｌｃ、Ｄ相巻線Ｌｄ）に流れる相電流を制御する。

以下に、三相インバータ４－１のスイッチング素子に対する通電パターンについて図３～図７を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る三相インバータ４－１のスイッチング素子に対する通電パターンについて説明する図である。図４は、本実施形態に係る通電パターン＃１について説明する図である。図５は、本実施形態に係る通電パターン＃２について説明する図である。図６は、本実施形態に係る通電パターン＃３について説明する図である。図７は、本実施形態に係る通電パターン＃４について説明する図である。

図３に示すように、本実施形態に係る駆動制御部１４は、三相インバータ４－１において、Ａ相巻線Ｌａ及びＢ相巻線Ｌｂとを交互に励磁させる４つの通電パターン（通電パターン＃１～＃４）を備える、そして、駆動制御部１４は、三相インバータ４－１において、通電パターン＃１，＃２，＃３，＃４の順に通電パターンを切り替えることを繰り返す。

（通電パターン＃１）
まず、駆動制御部１４は、通電パターン＃１において、スイッチング素子ＢＨ（上アームスイッチング素子）をＰＷＭ制御し、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬ（下アームスイッチング素子）をオン状態に制御する（第１の制御）。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂに対して負方向に相電流が流れる。なお、負方向とは、Ａ相巻線Ｌａ又はＢ相巻線Ｌｂの一端側から他端側（中性点側）へ相電流が流れる方向である。一方、正方向とは、Ａ相巻線Ｌａ又はＢ相巻線Ｌｂの他端側（中性点側）から一端側へ相電流が流れる方向である。

したがって、図４に示すように、スイッチング素子ＢＨ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬが共にオン状態である場合には、スイッチング素子ＢＨ、Ｂ相巻線Ｌｂ、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬの順に電源部３からの電流が流れ、Ｂ相巻線Ｌｂが励磁される（図４（ａ）：供給モード）。

また、ＰＷＭ制御中にスイッチング素子ＢＨがオフ状態であり、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬがオン状態である場合には、Ｂ相巻線Ｌｂを流れる電流は、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬ、スイッチング素子ＢＬの還流ダイオードを通り、Ｂ相巻線Ｌｂに対して負方向に還流する。すなわち、Ｂ相巻線Ｌｂ、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬ及びスイッチング素子ＢＬの還流ダイオードで閉ループが形成される（図４（ｂ）：還流モード）。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂの励磁は継続する。

駆動制御部１４は、通電パターン＃１から通電パターン＃２に切り替える場合には、スイッチング素子ＢＨ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬが共にオフ状態する。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂの逆起電力により発生する電流がスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨの還流ダイオードを通り電源部３に回生される（図４（ｃ）：回生モード）。

（通電パターン＃２）
駆動制御部１４は、通電パターン＃２において、スイッチング素子ＡＬ（下アームスイッチング素子）をＰＷＭ制御し、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ（上アームスイッチング素子）をオン状態に制御する（第２の制御）。これにより、Ａ相巻線Ｌａに対して正方向に相電流が流れる。

したがって、図５に示すように、スイッチング素子ＡＬ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨが共にオン状態である場合には、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ、Ａ相巻線Ｌａ、スイッチング素子ＡＬの順に電源部３からの電流が流れ、Ａ相巻線Ｌａが励磁される（図５（ａ）：供給モード）。

また、スイッチング素子ＡＬがＰＷＭ制御している際、スイッチング素子ＡＬがオフ状態であり、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨがオン状態である場合には、Ａ相巻線Ｌａを流れる電流は、スイッチング素子ＡＨの還流ダイオード、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨを通り、Ａ相巻線Ｌａに対して正方向に還流する。すなわち、Ａ相巻線Ｌａ、スイッチング素子ＡＨの還流ダイオード、及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨで閉ループが形成される（図５（ｂ）：還流モード）。これにより、Ａ相巻線Ｌａの励磁は継続する。

駆動制御部１４は、通電パターン＃２から通電パターン＃３に切り替える場合には、スイッチング素子ＡＬ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨを共にオフ状態する。これにより、Ａ相巻線Ｌａの逆起電力により発生する電流が、スイッチング素子ＡＨの還流ダイオードを通り電源部３に回生される（図５（ｃ）：回生モード）。

（通電パターン＃３）
駆動制御部１４は、通電パターン＃３において、スイッチング素子ＢＬ（下アームスイッチング素子）をＰＷＭ制御し、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ（上アームスイッチング素子）をオン状態に制御する（第２の制御）。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂに対して正方向に相電流が流れる。

したがって、図６に示すように、スイッチング素子ＢＬ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨが共にオン状態である場合には、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ、Ｂ相巻線Ｌｂ、スイッチング素子ＢＬの順に電源部３からの電流が流れ、Ｂ相巻線Ｌｂが励磁される（図６（ａ）：供給モード）。

また、スイッチング素子ＢＬがＰＷＭ制御している際、スイッチング素子ＢＬがオフ状態であり、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨがオン状態である場合には、Ｂ相巻線Ｌｂに流れる電流は、スイッチング素子ＢＨの還流ダイオード、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨを通り、Ｂ相巻線Ｌｂに対して正方向に還流する。すなわち、Ｂ相巻線Ｌｂ、スイッチング素子ＢＨの還流ダイオード、及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨで閉ループが形成される（図６（ｂ）：還流モード）。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂの励磁は継続する。

駆動制御部１４は、通電パターン＃３から通電パターン＃４に切り替える場合には、スイッチング素子ＢＬ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨを共にオフ状態する。これにより、Ｂ相巻線Ｌｂの逆起電力により発生する電流が、スイッチング素子ＢＨの還流ダイオードを通り電源部３に回生される（回生モード）。

（通電パターン＃４）
駆動制御部１４は、通電パターン＃４において、スイッチング素子ＡＨ（上アームスイッチング素子）をＰＷＭ制御し、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬ（下アームスイッチング素子）をオン状態に制御する（第１の制御）。これにより、Ａ相巻線Ｌａに対して負方向に相電流が流れる。

したがって、図７に示すように、スイッチング素子ＡＨ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬが共にオン状態である場合には、スイッチング素子ＡＨ、Ａ相巻線Ｌａ、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬの順に電源部３からの電流が流れ、Ａ相巻線Ｌａが励磁される（図７（ａ）：供給モード）。

また、スイッチング素子ＡＨがＰＷＭ制御している際、スイッチング素子ＡＨがオフ状態であり、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬがオン状態である場合には、Ａ相巻線Ｌａを流れる電流は、スイッチング素子ＡＬの還流ダイオード、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＬを通り、Ａ相巻線Ｌａに対して負方向に還流する。すなわち、Ａ相巻線Ｌａ、スイッチング素子ＡＬの還流ダイオード及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬで閉ループが形成される（図７（ｂ）：還流モード）。これにより、Ａ相巻線Ｌａの励磁は継続する。

駆動制御部１４は、通電パターン＃４から通電パターン＃１に切り替える場合には、スイッチング素子ＡＨ及びスイッチング素子Ｎ_ＡＢＬが共にオフ状態する。これにより、Ａ相巻線Ｌａの逆起電力により発生する電流がスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨの還流ダイオードを通り電源部３に回生される（図７（ｃ）：回生モード）。

以上のように、駆動制御部１４は、三相インバータ４－１において、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に制御する第１の制御と、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し上アームスイッチング素子をオン状態に制御する第２の制御と、のいずれかを選択的に実行する。

より具体的には、駆動制御部１４は、二相（Ａ相及びＢ相）のうち通電相を一方の相から他方の相に切り替えるにあたり、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なる場合には、通電相に対応するスイッチング素子に対する制御を、第１の制御から第２の制御、又は第２の制御から第１の制御に切り替える。

本実施形態では、駆動制御部１４は、通電パターン＃１（通電相がＢ相）から通電パターン＃２（通電相がＡ相）に切り替えるにあたり、Ｂ相の相電流が負であるのに対してＡ相の相電流が正になるため相電流の向きが異なる。したがって、駆動制御部１４は、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御からオン状態に維持する制御に変更し、下アームスイッチング素子をオン状態に維持する制御からＰＷＭ制御に変更する。

また、駆動制御部１４は、通電パターン＃３（通電相がＢ相）から通電パターン＃４（通電相がＡ相））に切り替えるにあたり、Ｂ相の相電流が正であるのに対してＡ相の相電流が負になるため相電流の向きが異なる。したがって、駆動制御部１４は、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をオン状態に維持する制御からＰＷＭ制御に変更し、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御からオン状態に維持する制御に変更する。

一方、駆動制御部１４は、通電パターン＃２（通電相がＡ相）から通電パターン＃３（通電相がＢ相））に切り替えるにあたり、Ａ相及びＢ相の相電流の向きが共に正であり相電流の向きが同一となる。したがって、駆動制御部１４は、通電相に対応するスイッチング素子に対する制御の変更を行わず、上アームスイッチング素子をオン状態に維持する制御とし、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御とする。

なお、通電相を切り替える場合において、相電流の向きが異なる場合に上アームスイッチング素子に対する制御と下アームスイッチング素子に対する制御を入れ替えることは、スイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬに対してＰＷＭ制御を行わず、オン状態又はオフ状態に維持する制御を行うことである。すなわち、駆動制御部１４は、Ａ相巻線Ｌａの他端とＢ相巻線Ｌｂの他端との接続点に接続されているスイッチングレグと、Ｃ相巻線Ｌｃの他端とＤ相巻線Ｌｄの他端との接続点に接続されているスイッチングレグとに対してＰＷＭ制御を行わず、オン状態又はオフ状態に維持する制御を行う。

なお、三相インバータ４－１のスイッチング素子に対して図３～図７に示す通電パターン＃１～４を実行する場合について説明したが、三相インバータ４－２のスイッチング素子に対しても同様の制御を行う。すなわち、図８に示すように、駆動制御部１４は、三相インバータ４－２においても、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に制御する第１の制御と、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し上アームスイッチング素子をオン状態に制御する第２の制御と、のいずれかを選択的に実行する。

より具体的には、駆動制御部１４は、二相（Ｃ相及びＤ相）のうち通電相を一方の相から他方の相に切り替えるにあたり、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なる場合には、通電相に対応するスイッチング素子に対する制御を、第１の制御から第２の制御、又は第２の制御から第１の制御に切り替える。

したがって、図８に示すように、例えば、電気角０°～３０°（機械角０°～５°）、電気角９０°～１２０°（機械角１５°～２０°）、電気角１８０°～２１０°（機械角３０°～３５°）、電気角２７０°～３００°（機械角４５°～５０°）、電気角３６０°～３９０°（機械角６０°～６５°）、電気角４５０°～４８０°（機械角７５°～８０°）、電気角５４０°～５７０°（機械角９０°～９５°）、電気角６３０°～６６０°（機械角１０５°～１１０°）において、二相通電が行われた場合に、駆動制御部１４は、通電相における一方の相の磁束の影響を抑制することができる。したがって、常に上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に維持する制御を行う従来の方法（図９）に比べ、本実施形態に係るモータ制御装置２は、他方の相の相電流を安定化させ、制御性の悪化を抑制できる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

上記実施形態では、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なることが予め設定されている（通電パターン＃１から通電パターン＃２、及び通電パターン＃３から通電パターン＃４）場合について説明したが、これに限定されない。例えば、モータ制御装置２は、電流センサ５からの相電流値に基づいて一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なるが否を判定してもよい。

上述したように、本実施形態に係るモータ制御装置２は、四相のＳＲモータＭの各相に対応する巻線への通電を切り替えることにより、ＳＲモータＭを回転駆動する。このモータ制御装置２は、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に制御する第１の制御と、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し上アームスイッチング素子をオン状態に制御する第２の制御と、のいずれかを選択的に実行する。これにより、本実施形態に係るモータ制御装置２は、通電相における一方の相の磁束の影響を抑制することができる。そのため、本実施形態に係るモータ制御装置２は、他方の相の相電流を安定させ、四相のＳＲモータＭの制御性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るモータ制御装置２は、二相（Ａ相及びＢ相並びにＣ相及びＤ相）のうち通電相を一方の相から他方の相に切り替えるにあたり、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なる場合には、通電相に対応するスイッチング素子に対する制御を、第１の制御から第２の制御、又は第２の制御から前記第１の制御に切り替える。これにより、従来において上アーム側でスイッチング素子Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＣＤＨでそれぞれ２回ＰＷＭ制御する必要があったが、本実施形態では、２回以上ＰＷＭ制御するスイッチング素子がない。このように、本実施形態では、ＰＷＭ制御するスイッチング素子の使用率を分散させることで、三相インバータ４の温度上昇を低減することができる。

なお、本実施形態に係る駆動制御部１４が備える各部は、一対の三相インバータ４－１，４－２におけるスイッチング素子のスイッチング制御に関する各種処理を行うプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータに一対の三相インバータ４－１，４－２におけるスイッチング素子のスイッチングを制御するための各種処理を行うプログラムを実行させることにより、駆動制御部１４が備える各部としてコンピュータを機能させることで、駆動制御部１４を構成してもよい。
コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、駆動制御部１４として機能する。

１モータシステム
２モータ制御装置
４三相インバータ
６制御部
１４駆動制御部
ＭＳＲモータ
ＬａＡ相巻線
ＬｂＢ相巻線
ＬｃＣ相巻線
ＬｄＤ相巻線
ＡＨ，ＡＬ，Ｎ_ＡＢＨ，Ｎ_ＡＢＬ，ＢＨ，ＢＬスイッチング素子
ＣＨ，ＣＬ，Ｎ_ＣＤＨ，Ｎ_ＣＤＬ，ＤＨ，ＤＬスイッチング素子

Claims

四相のＳＲモータの各相に対応する巻線への通電を切り替えることにより、前記ＳＲモータを回転駆動するモータ制御装置であって、
Ａ相及びＢ相の二相の巻線と、Ｃ相及びＤ相の二相の巻線とのそれぞれに接続された一対の三相インバータと、
前記各三相インバータにおける複数のスイッチング素子をオン状態又はオフ状態に制御することで前記巻線に流れる電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、通電相に対応するスイッチング素子に対して、上アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し下アームスイッチング素子をオン状態に制御し、前記Ａ相の巻線又は前記Ｂ相の巻線の一端側から他端側への負方向に電流を流す第１の制御と、下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御し上アームスイッチング素子をオン状態に制御し、前記Ａ相の巻線又は前記Ｂ相の巻線の他端側から一端側への正方向に電流を流す第２の制御と、のいずれかを選択的に実行することを特徴とするモータ制御装置。
前記制御部は、少なくとも前記二相のうち一方の通電相を一方の相から他方の相に切り替えるにあたり、一方の相の相電流と他方の相の相電流との向きが異なる場合には、前記通電相に対応するスイッチング素子に対する制御を、前記第１の制御から前記第２の制御、又は前記第２の制御から前記第１の制御に切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記第１の制御においてオン状態に制御する下アームスイッチング素子と前記第２の制御においてオン状態に制御する上アームスイッチング素子とは、前記二相の巻線の接続点に接続されている下アームスイッチング素子と上アームスイッチング素子であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。