特許 6994968 ＳＲモータ制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-16

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】ＳＲモータ制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/092 20160101AFI20220106BHJP

【ＦＩ】

H02P25/092

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018017734

(22)【出願日】2018-02-03

(65)【公開番号】P2019134654

(43)【公開日】2019-08-08

【審査請求日】2020-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000144027

【氏名又は名称】株式会社ミツバ

(74)【代理人】

【識別番号】100102853

【弁理士】

【氏名又は名称】鷹野 寧

(72)【発明者】

【氏名】小林 幸次郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 宏昭

【審査官】大島 等志

(56)【参考文献】

【文献】特許第３１７０８３８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００７－９９０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－８４７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－３３２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／０９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、
各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、
前記制御装置は、
前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、
前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、
前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、
前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、
前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も小さいものをＶmin、最も大きいものをＶmaxとし、前記電源の電圧をＶdcとしたとき、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を、
Ｖｎ＝Ｖdc／２－（Ｖmin＋Ｖmax）／２
に設定することを特徴とするＳＲモータ制御システム。

【請求項2】

Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、
各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、
前記制御装置は、
前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、
前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、
前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、
前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、
前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も小さいものをＶminとしたとき、Ｖmin＜０の場合は、Ｖminを構成する前記巻線の相をグランド電圧（０Ｖ）とすることを特徴とするＳＲモータ制御システム。

【請求項3】

Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、
各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、
前記制御装置は、
前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、
前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、
前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、
前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、
前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も大きいものをＶmaxとしたとき、Ｖmax≧０の場合は、Ｖmaxを構成する前記巻線の相を前記電源の電圧とすることを特徴とするＳＲモータ制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳＲモータ（Switched reluctance motor：スイッチトリラクタンスモータ）の駆動制御技術に関し、特に、少ないスイッチング素子にてＳＲモータを効率良く制御可能な制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＳＲモータをベクトル制御駆動する場合、例えば三相のＳＲモータでは、従来より図１４のような独立した三相のインバータ回路が用いられている。図１４の回路では、各相（Ｕ,Ｖ,Ｗ相）ごとに、４個の制御素子５１ａ,５１ｂが使用されたインバータ回路が配され、各相に対する通電を適宜切り替えることにより、ＳＲモータを回転駆動させる。また、近年では、ＳＲモータにおいても、ＤＣブラシレスモータのように、各相にオフセットされた正弦波状の電流を供給してベクトル制御を行う制御方式も用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２８８６６号公報

【文献】特許３１７０８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、各相独立回路を用いた駆動方式では、例えば三相では、図１４のように４素子×三相＝１２素子が必要となり、回路の設置面積が大きくなり、コストも高くなるという問題があった。また、図１４のような三相独立回路の場合、回生電流が各回路上を流れるため、駆動回路内における電流リップルが大きくなるという問題もあった。

【0005】

一方、正弦波状電流によってＳＲモータを駆動する場合、ＤＣブラシレスモータにて用いられるスター結線（Ｙ字結線）回路を使用できれば簡便である。しかしながら、ＤＣブラシレスモータでは中性点の各相電流の和は０であるのに対し、ＳＲモータのベクトル制御では、中性点のオフセット電流が０にならない。このため、単純なスター結線回路ではオフセットされた正弦波状の電流を流せず、ＳＲモータをうまく駆動させることができないという問題があった。

【0006】

本発明の目的は、少ないスイッチング素子にてＳＲモータを効率良く駆動制御可能なＳＲモータ制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のＳＲモータ制御システムは、Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、前記制御装置は、前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も小さいものをＶmin、最も大きいものをＶmaxとし、前記電源の電圧をＶdcとしたとき、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を、Ｖｎ＝Ｖdc／２－（Ｖmin＋Ｖmax）／２に設定することを特徴とする。

【0008】

本発明の他のＳＲモータ制御システムは、Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、前記制御装置は、前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も小さいものをＶminとしたとき、Ｖmin＜０の場合は、Ｖminを構成する前記巻線の相をグランド電圧（０Ｖ）とすることを特徴とする。

【0009】

本発明の他のＳＲモータ制御システムは、Ｙ結線された複数相の巻線を有するＳＲモータと、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加することにより、前記ＳＲモータを回転駆動させる制御装置と、を備えるＳＲモータ制御システムであって、前記制御装置は、前記巻線に対し電圧を印加するための電源と、該電源に接続された複数のスイッチング素子とを備え、該スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、各相の前記巻線に対し選択的に電圧を印加するモータ駆動部と、前記巻線の各相電流に基づいて、各相の前記巻線に供給する電圧を算出する電圧指令算出部と、前記電圧指令算出部の算出結果に基づき、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに関する制御指令を形成し、前記モータ駆動部に対し出力する駆動指令信号算出部と、前記巻線のＹ結線交点と接続され、該交点に対し電圧を印加する中性点電圧制御部と、を有し、前記中性点電圧制御部は、前記Ｙ結線交点に印加する電圧を制御しつつ、各相の前記巻線に印加する電圧を選択的に切り替え、前記電圧指令算出部にて算出された各相の前記巻線に供給する電圧の中で最も大きいものをＶmaxとしたとき、Ｖmax≧０の場合は、Ｖmaxを構成する前記巻線の相を前記電源の電圧とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明のＳＲモータ制御システムによれば、Ｙ結線交点に電圧を印加することにより、ＳＲモータの各相巻線に三相のオフセット電流を流すことができ、６素子のＹ字結線回路にてＳＲモータを駆動することが可能となる。このため、ＤＣブラシレスモータのベクトル制御と同様に、ＳＲモータにおいても、応答性や制御効率に優れ、低振動（低騒音）でトルク変動に応じたきめ細かい制御を実施することが可能となる。また、従来のＳＲモータ駆動回路に比して、スイッチング素子を半減させることができるため、回路の設置面積やコストを削減でき、少ないスイッチング素子にてＳＲモータを効率良く駆動制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１であるＳＲモータ制御システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図１のシステムにおけるＳＲモータ駆動回路の構成を示す説明図である。

【図3】本発明の実施の形態２であるＳＲモータ制御システムの構成を示すブロック図である。

【図4】図３のシステムにおけるＳＲモータ駆動回路の構成を示す説明図である。

【図5】本発明の実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおけるモータ駆動回路の構成を示す説明図である。

【図6】図２の駆動回路を用いてＳＲモータを回転駆動させた場合における各種電圧波形を示す説明図である。

【図7】ＳＲモータ駆動回路における各種電圧の説明図である。

【図8】実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおいて制御方式Ａを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図である。

【図9】実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおいて制御方式Ｂを採用した場合の中性点電圧Ｖｎの設定を示す説明図である。

【図10】実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおいて制御方式Ｂを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図である。

【図11】実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおいて制御方式Ｃを採用した場合の中性点電圧Ｖｎの設定を示す説明図である。

【図12】実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおいて制御方式Ｃを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図である。

【図13】実施形態３のＳＲモータ制御システムに適用されるモータ駆動回路の変形例を示す説明図である。

【図14】三相ＳＲモータ用の従来の駆動回路の構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、実施の形態１であるＳＲモータ制御システムの構成を示すブロック図、図２は、図１のシステムにおけるＳＲモータ駆動回路の構成を示す説明図である。図１のＳＲモータ制御システムは、三相のＳＲモータ１（以下、モータ１と略記する）に対してベクトル制御を行い、電気角で１２０°位相がずれた正弦波状の波形の三相電流を供給し、モータ１を回転駆動させる。当該システムでは、レゾルバ（ロータ位置検出手段）２によって検出されたロータ回転位置情報と、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに対する供給電流値とに基づいて、制御装置１０によりモータ１をベクトル制御する。

【0014】

制御装置１０は、各相電流(Ｕ,Ｖ,Ｗ）をｄｑ０電流に変換する座標変換部１１と、電流指令信号（ｄ,ｑ,０）とｄｑ０電流の差から三相（ｄ,ｑ,０）の電圧指令値を算出する電圧指令生成部１２を有する。また、電圧指令生成部１２の後段には、ｄ,ｑ,０の電圧指令値をＵ,Ｖ,Ｗの電圧信号（制御電圧）に変換する電圧指令算出部１３が設けられている。さらに、電圧指令算出部１３の後段には、各相の制御電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗから、各相のＰＷＭduty値を算出し制御指令として出力するＰＷＭ信号算出部（駆動指令信号算出部）１４が設けられている。ＰＷＭ信号算出部１４の後段には、インバータ回路を備え、各相のＰＷＭduty値に応じて各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに適宜電力を供給するモータ駆動部１５が設けられている。

【0015】

前述のように、モータ１には角度センサとしてレゾルバ２が配されており、レゾルバ２からの信号は座標変換部１１に入力される。座標変換部１１には、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗの電流値（Ｕ相電流値Ｉｕ,Ｖ相電流値Ｉｖ,Ｗ相電流値Ｉｗ）も入力される。座標変換部１１は、各相の電流値Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗを回転座標に座標変換し（ｕｖｗ→ｄｑ０）、ｄ軸電流Ｉｄ,ｑ軸電流Ｉｑ,０軸電流Ｉ_０を出力する。回転座標系に変換された電流Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ_０は、電流指令信号（目標電流値）Ｉｄref,Ｉｑref,Ｉ_０refとの差が算出され、電圧指令生成部１２に入力される。電圧指令生成部１２では、Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ_０とＩｄref,Ｉｑref,Ｉ_０refの偏差に基づき比例・積分演算（ＰＩ演算）が実施され、三相（ｄ,ｑ,０）の電圧指令値（ｄ軸電圧Ｖｄ,ｑ軸電圧Ｖｑ,０軸電圧Ｖ_０）が出力される。

【0016】

電圧指令生成部１２から出力されたｄ軸電圧Ｖｄ,ｑ軸電圧Ｖｑ,０軸電圧Ｖ_０は、電圧指令算出部１３に入力され、三相(Ｕ,Ｖ,Ｗ）の電圧信号（Ｕ相制御電圧Ｖｕ,Ｖ相制御電圧Ｖｖ,Ｗ相制御電圧Ｖｗ）に変換され、ＰＷＭ信号算出部１４に入力される。ＰＷＭ信号算出部１４は、各相の制御電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗから、各相のＰＷＭduty値を算出し、ＰＷＭ指令信号としてモータ駆動部１５に出力する。モータ駆動部１５は、各相のＰＷＭduty値に従い、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに対し、適宜電力を供給する。これにより、モータ１は、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗの電流値をフィードバックしつつ、制御装置１０によってベクトル制御される。

【0017】

実施の形態１のシステムでは、モータ駆動部１５に、図２のような駆動回路２１が設けられている。駆動回路２１は、Ｙ結線された各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに対し、Ｙ結線の交点である中性点Ｎを、バッテリ２２ａ（Ｖdc１）とバッテリ２２ｂ（Ｖdc２）の間に接続した６素子Ｙ＋１結線構造となっている。バッテリ２２ａ,２２ｂと各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗとの間には、ＦＥＴ２３を６個（２３ＵＨ,２３ＵＬ,２３ＶＨ,２３ＶＬ,２３ＷＨ,２３ＷＬ）備えたインバータ回路が設けられている。各ＦＥＴ２３は、ＰＷＭ信号算出部１４からの指令に基づいてＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）され、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗには、各相端に正弦波状の電流が流れるように計算された指令電圧が印加される。

【0018】

駆動回路２１では、中性点Ｎと電源側とを接続する接続線２４が設けられている。中性点Ｎには、接続線２４を介して、バッテリ２２（２２ａ,２２ｂ）の電圧に応じて定電圧（中性点電圧Ｖｎ）が印加される。すなわち、実施の形態１のシステムでは、接続線２４とバッテリ２２ａ,２２ｂにより、中性点Ｎの電圧を調整する中性点電圧制御部２５が形成されている。例えば、両バッテリ２２ａ,２２ｂの電圧が等しい場合（Ｖdc１＝Ｖdc２）は、中性点Ｎの電圧はバッテリ電源電圧Ｖdc（Ｖdc１＋Ｖdc２）の半分（Ｖdc/２）となる。電圧指令算出部１３は、中性点電圧Ｖｎに基づいて各相電圧を算出し、電源電圧制限（０～Ｖdc）の下、各相の制御電圧としてＰＷＭ信号算出部１４に出力される。なお、バッテリ２２ａ,２２ｂの電圧が異なる場合には、中性点電圧Ｖｎは各バッテリ２２ａ,２２ｂの電圧値を比例配分した値となる。

【0019】

このように、中性点Ｎの電圧を一定化すると、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに三相のオフセット電流を流すことが可能となり、６素子のＹ字結線回路にてＳＲモータを駆動できる。このため、ＤＣブラシレスモータのベクトル制御と同様に、ＳＲモータにおいても、応答性や制御効率に優れ、低振動（低騒音）でトルク変動に応じたきめ細かい制御を実施することが可能となる。また、従来の駆動回路に比して、スイッチング素子を半減させることができるため、回路の設置面積やコストを削減でき、少ないスイッチング素子にてＳＲモータを効率良く駆動制御することが可能となる。

【0020】

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、中性点Ｎを外部の充電用バッテリ２６に接続したものについて説明する。図３は、実施の形態２であるＳＲモータ制御システムの構成を示すブロック図、図４は、図３のシステムにおけるＳＲモータ駆動回路の構成を示す説明図である。なお、以下の実施の形態では、実施の形態１と同様のものについては同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0021】

図３に示すように、実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステム（図１）に、鉛蓄電池の充電用バッテリ２６を付加した構成となっている。それ以外の構成は図１のシステムと同様であり、当該システムもまた、モータ１は、制御装置１０によってベクトル制御される。制御装置１０のモータ駆動部１５には、図４の駆動回路２７が設けられている。図４に示すように、駆動回路２７では、中性点Ｎは接続線２８を介して外部の充電用バッテリ２６に接続されている。すなわち、実施の形態２のシステムでは、接続線２８と充電用バッテリ２６により、中性点Ｎの電圧を調整する中性点電圧制御部２５が形成されている。充電用バッテリ２６の電圧（＝中性点電圧）Ｖｎは電圧測定部２９にて検出されている。電圧測定部２９の検出値はＰＷＭ信号算出部１４に入力され、各相のＰＷＭduty値を算出する際に参照される。なお、充電用バッテリ２６としては、鉛蓄電池以外にも、電気二重層コンデンサ等も使用できる。

【0022】

当該システムでは、充電用バッテリ２６の電圧Ｖｎは、主電源バッテリ３０の電圧Ｖdcにおける低電圧側から高電圧側の範囲内（例えば、Ｖdcの半分程度の値：Ｖdc／２）となっており、中性点Ｎを定電圧Ｖｎにて充電する。この場合も、各ＦＥＴ２３は、ＰＷＭ信号算出部１４からの指令に基づいてＰＷＭ制御され、前述のように、その際、中性点電圧Ｖｎが参照される。そして、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗには、各相端に正弦波状の電流が流れるように計算された指令電圧が印加される。なお、中性点電圧Ｖｎをモータ駆動状態に応じてＶdc／２からずらして制御することも可能である。例えば、モータ力行時は、各相にかかる電圧が低電圧側に偏るため、中性点電圧を通常よりも高くしたり（Ｖｎ＞Ｖdc／２）、回生・発電時には、各相にかかる電圧が高電圧側に偏るため、中性点電圧を通常よりも低くしたり（Ｖｎ＜Ｖdc／２）したりしても良い。

【0023】

このように、実施の形態２の制御システムにおいても、中性点電圧制御部により中性点Ｎが定電圧化されるため、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに三相のオフセット電流を流すことが可能となる。その結果、６素子のＹ字結線回路にてＳＲモータを駆動でき、前述同様、応答性や制御効率の向上などが図られる。また、回生電流を外部の充電用バッテリ２６に充電できるため、主電源バッテリ３０側への回生電流を低減でき、回生電流による駆動回路２７内の電流リップルを抑えることが可能となる。なお、ベクトル制御により、電流が常にプラスとなるユニポーラ駆動条件を設定することもでき、これにより、主電源バッテリ３０への回生電流をなくすことも可能である。

【0024】

なお、充電用バッテリ２６と主電源バッテリ３０を接続するとともに、両バッテリの電圧をモニタし、モータ停止時（ロータ回転停止時）に、主電源電圧と中性点電圧をコントロールしつつ、充電用バッテリ２６から主電源バッテリ３０側に電気的エネルギーを移送しても良い。また、中性点Ｎに接続するバッテリを複数個設け、それらをスイッチによって適宜切り替え、中性点電圧を複数設定できるようにしても良い。例えば、前述のモータ力行時と回生・発電時の中性点電圧の切り替えをそこで行っても良い。

【0025】

（実施の形態３）
さらに、本発明の実施の形態３として、中性点電圧を駆動回路内から供給する形態の制御システムについて説明する。図５は、実施の形態３であるＳＲモータ制御システムにおける駆動回路３１の構成を示す説明図である。図５の駆動回路３１は、図１と同様の構成からなるＳＲモータ制御システムにて使用される。駆動回路３１は、図２,３と同様の三相電流供給用の６素子に中性点電圧用の２素子を加えた８素子構成となっている。つまり、駆動回路３１には、前述同様の６個のＦＥＴ２３（２３ＵＨ,２３ＵＬ,２３ＶＨ,２３ＶＬ,２３ＷＨ,２３ＷＬ）に加えて、中性点電圧制御部２５として、２個のＦＥＴ２３ＮＨ,２３ＮＬと接続線３２が設けられており、当該システムは、８素子による矩形波電圧バイポーラ通電にてＳＲモータを駆動するインバータシステムとなっている。

【0026】

ここで、実施の形態１の駆動回路２１では、中性点電圧を一定化することにより、６素子のＹ字結線回路によるＳＲモータの駆動を実現している。ところが、図２の回路では、低速回転域では特に支障はないが、中性点電圧が固定されているため、各相電圧が飽和してしまう場合があった。図６は、図２の駆動回路２１を用いてＳＲモータを回転駆動（ここでは５００ｒｐｍ）させた場合における各種電圧波形を示す説明図である。図６において、（ａ）は計算された各相電圧（中性点から見た電圧：Ｖan,Ｖbn,Ｖcn、図７参照）、（ｂ）は中性点電圧（ここでは、３６Ｖ＝Ｖdc／２：Ｖdc＝７２Ｖ）、（ｃ）はグランドから各相端点ａ,ｂ,ｃへの電圧（Ｖa0,Ｖb0,Ｖc0：同上）、（ｄ）は実際に各相にかかる電圧（Ｖa0－Ｖｎ,Ｖb0－Ｖｎ,Ｖc0－Ｖｎ）をそれぞれ示している。なお、（ｄ）の値は、中性点からの電圧となるため、（ｃ）から（ｂ）を引いた値となる。

【0027】

この場合、各相にかかる電圧（ｄ）は、計算された各相電圧（ａ）から、中性点電圧分の－Ｖdc／２から＋Ｖdc／２までを取り出した形となる。このため、図６（ｄ）に示すように、各相にかかる実際の電圧は、低電圧側が切り取られ飽和した状態となり、電流波形が正弦波から崩れてしまう。その結果、電源電圧の利用効率が低下し、電流の応答性も低下し、希望の特性が得られず制御性が悪くなるという課題があった。この課題は、特に高速回転時に顕著に現れる。そこで、中性点電圧をモータ駆動状態に応じてコントロールできるようにし、高回転駆動時における飽和状態を回避して制御性の向上を図ったのが図５の駆動回路３１である。

【0028】

本実施の形態においても、制御装置１０によるベクトル制御が行われ、各相巻線３Ｕ,３Ｖ,３Ｗに対し、電気角で１２０°位相がずれた正弦波状波形の三相電流が供給される。そして、駆動回路３１では、電圧指令算出部１３での演算結果に基づき、電源電圧制限の下、ＰＷＭ信号算出部１４からの指令により、中性点電圧制御部であるＦＥＴ２３ＮＨ,２３ＮＬが適宜ＯＮ／ＯＦＦされ中性点Ｎの電圧Ｖｎが制御される。その際、中性点電圧Ｖｎの制御形態として、ここでは、３通りの方式を説明する。

【0029】

《制御方式Ａ》
第１の制御方式Ａでは、モータ駆動状態に基づいて計算された各相電圧Ｖan,Ｖbn,Ｖcnの中で最も小さいものをＶmin、最も大きいものをＶmaxとし、その中央値（（Ｖmin＋Ｖmax）／２）から中性点電圧Ｖｎを設定する。
駆動回路３１では、電圧指令算出部１３にて指令電圧Ｖan,Ｖbn,Ｖcnが算出され、それに基づいてＶmin,Ｖmaxが求められる。そして、次式により中性点電圧Ｖｎが算出される。
Ｖｎ＝Ｖdc／２－（Ｖmin＋Ｖmax）／２
このようにして中性点電圧Ｖｎを設定し、グランドから各相端点ａ,ｂ,ｃへの電圧Ｖa0,Ｖb0,Ｖc0を算出する。
Ｖa0 ＝ Ｖan ＋ Ｖｎ，Ｖb0 ＝ Ｖbn ＋ Ｖｎ，Ｖc0 ＝ Ｖcn ＋ Ｖｎ
その上で、これに電源電圧制限を考慮して、各相端点に実際に印加する電圧が算出される。

【0030】

そして、ＰＷＭ信号算出部１４は、電圧指令算出部１３からの指令に基づいて、ＦＥＴ２３ＮＨ,２３ＮＬを制御して中性点電圧Ｖｎを設定しつつ、他のＦＥＴ２３（２３ＵＨ,２３ＵＬ,２３ＶＨ,２３ＶＬ,２３ＷＨ,２３ＷＬ）を制御し、各相端点ａ,ｂ,ｃに適宜電圧を印加する。図８は、制御方式Ａを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図であり、（ａ）～（ｄ）は、図６と同様である。図８に示すように、ここでは、中性電圧Ｖｎ（ｂ）が変化し、それに対応して（ｃ）,（ｄ）のグラフが上方に引き上げられる形となる。このため、図６（ｃ）,（ｄ）の場合と異なり、低電圧側が切り取られることなく現れ、高回転駆動時における飽和状態が解消される。したがって、電圧飽和に伴う正弦波状電流波形の崩れを防止でき、電源電圧の利用効率や電流応答性が改善され、制御性の向上を図ることが可能となる。

【0031】

《制御方式Ｂ》
第２の制御方式Ｂでは、Ｖmin＜０（Ｖan,Ｖbn,Ｖcnの中で最も小さいものが負）の場合は、その相をグランド電圧に張り付かせる。一方、Ｖmin≧０（Ｖan,Ｖbn,Ｖcnの中で最も小さいものが０以上、すなわち、Ｖan,Ｖbn,Ｖcnが全て０以上）の場合は、Ｖｎをグランド電圧に張り付かせる。また、Ｖmin＜－Ｖdcの場合はＶｎ＝Ｖdcとする。したがって、Ｖｎは、図９に示すように、Ｖmin≧０では０，－Ｖdc≦Ｖmin＜０では｜Ｖmin｜、Ｖmin＜－ＶdcではＶdcとなる。

【0032】

図１０は、制御方式Ｂを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図であり、（ａ）～（ｄ）は、図６と同様である。図１０に示すように、例えば、図１０（ａ）Ｐ１部では、Ｖ相電圧Ｖbnが最も小さく負となっている。すなわち、Ｐ１部ではＶmin＜０となり、このとき、Ｖb0を、同図（ｃ）Ｐ２部に示すようにグランド（０Ｖ）とする。すると、中性点から見た点ｂ（Ｖ相）の電圧は、Ｖb0－Ｖbn＝－Ｖbnとなり、同図（ｄ）Ｐ３部のように、飽和のない状態となる。これにより、前述同様、高回転駆動時における飽和状態が解消され、制御性の向上を図ることが可能となる。また、制御方式Ｂの場合、Ｖmin＜０のとき、当該相におけるスイッチング動作を停止できるため、スイッチング損失を低減させることも可能となる。なお、例えば、図１０（ａ）Ｑ１部ではＶmin≧０となるため、Ｖｎを、同図（ｂ）Ｑ２部に示すようにグランド（０Ｖ）とする（Ｖbn＝Ｖb0）。

【0033】

《制御方式Ｃ》
第３の制御方式Ｃでは、ＶmaxとＶdcを比較する。図１１は、制御方式Ｃを採用した場合の中性点電圧Ｖｎの設定を示す説明図、図１２は、制御方式Ｃを採用した場合の各種電圧波形を示す説明図であり、（ａ）～（ｄ）は、図６と同様である。ここでは、図１１に示すように、Ｖmaxが０Ｖ以上でＶdc以下の場合（０≦Ｖmax≦Ｖdc）は、Ｖmaxの相をＶdcに張り付かせると共に、Ｖｎ＝Ｖdc－Ｖmaxとする。そして、０≦Ｖmax≦Ｖdcでは、前述のＶｎを用いて、Ｖa0＝Ｖan＋Ｖｎ，Ｖb0＝Ｖbn＋Ｖｎ，Ｖc0＝Ｖcn＋Ｖｎとする。また、Ｖdc＜Ｖmaxの場合はＶｎ＝０、Ｖmax＜０の場合はＶｎ＝Ｖdcとする。

【0034】

このような制御形態では、例えば、図１２（ａ）Ｐ４部では、Ｗ相電圧Ｖcnが最も大きく正であり、かつ、Ｖdc（７２Ｖ）よりも小さくなっている。すなわち、Ｐ４部では０≦Ｖmax≦Ｖdcとなり、Ｖmaxの相であるＶc0は、同図（ｃ）Ｐ５部に示すようにＶdcとなる。また、このとき、Ｖｎは前述のようにＶdc－Ｖmaxであり、さらに、Ｖb0＝Ｖbn＋Ｖｎであることから、中性点から見た点ｂ（Ｖ相）の電圧は、Ｖb0－Ｖｎ＝Ｖb0－(Ｖdc－Ｖmax)＝Ｖb0－Ｖdc＋Ｖmaxとなり、同図（ｄ）Ｐ６部のように、飽和のない状態となる。これにより、前述同様、高回転駆動時における飽和状態が解消され、制御性の向上を図ることが可能となる。また、制御方式Ｃの場合も、Ｖmaxの相をＶdcに張り付かせる際やＶdc＜Ｖmaxのとき、当該相におけるスイッチング動作を停止できるため、スイッチング損失を低減させることが可能となる。なお、Ｖdc＜ＶmaxやＶmax＜０となる場合は、制御方式Ｃの図１２には現れていない。

【0035】

このように、実施の形態３のシステムでは、８素子を用いたインバータ制御手法により、高回転駆動時に電圧が飽和状態となるのを防止でき、電圧利用率が高く制御性の高いＳＲモータの駆動制御が可能となる。また、制御方式Ｂ,Ｃでは、スイッチング動作を停止できる相を設けることができるため、スイッチング損失の低減を図ることが可能となる。

【0036】

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態３では、８素子を同一回路内に配した構成を示したが、中性点電圧Ｖｎを供給・制御するＦＥＴ２３ＮＨ,２３ＮＬを別回路としても良く、図１３のように、外部のスイッチング回路３３を介して別のバッテリ３４と中性点Ｎを接続し、これらによって中性点電圧Ｖｎを供給・制御しても良い。また、本発明の適用対象は三相駆動のＳＲモータには限定されず、４相以上にて駆動されるＳＲモータにも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0037】

１ ＳＲモータ
２ レゾルバ
３Ｕ,３Ｖ,３Ｗ 巻線
１０ 制御装置
１１ 座標変換部
１２ 電圧指令生成部
１３ 電圧指令算出部
１４ ＰＷＭ信号算出部（駆動指令信号算出部）
１５ モータ駆動部
２１ 駆動回路
２２ バッテリ
２２ａ,２２ｂ バッテリ
２３ ＦＥＴ
２４ 接続線
２５ 中性点電圧制御部
２６ 充電用バッテリ
２７ 駆動回路
２８ 接続線
２９ 電圧測定部
３０ 主電源バッテリ
３１ 駆動回路
３２ 接続線
３３ スイッチング回路
３４ バッテリ
５１ａ,５１ｂ 制御素子
Ｎ 中性点
Ｖdc バッテリ電源電圧
Ｖｎ 中性点電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】