JPH07274570A - スイッチドレラクタンスモ−タの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳＲモ−タの駆動時に共振によって騒音レベ
ルのピ−ク値が増大するのを抑制する。 【構成】 駆動効率が最大になる励磁切換位置と、実際
に励磁を切換える位置との間に故意に偏差を設ける。こ
の偏差ｓ１，ｓ２，ｓ３・・・を、乱数によって生成
し、発生する振動の周波数を変動させる。周波数の変動
によって共振が防止される。駆動効率が低下するのを避
けるために偏差の大きさは、許容シフト角度以内にす
る。この許容シフト角度は、マップを参照してその時の
トルクと回転数により決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチドレラクタン
スモ−タの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチドレラクタンスモ−タ（以下、
ＳＲモ−タと言う）は、一般に極部が外側に突出する形
で構成された回転子と、極部が内側に突出する形で構成
された固定子とを備えており、回転子は単に鉄板を積層
して構成した鉄心であり、固定子は極毎に集中巻された
コイルを備えている。このＳＲモ−タは、固定子の各極
が電磁石として動作し、回転子の各極部を固定子の磁力
で吸引することによって回転子が回転する。従って、回
転子の各極の回転位置に応じて、固定子の各極に巻回さ
れたコイルの通電状態を順次に切換えることによって、
回転子を希望する方向に回転させることができる。

【０００３】この種のＳＲモ−タに関する従来技術は、
例えば、特開平１−２９８９４０号公報に開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＳＲモ−タは、構造が
簡単で、機械的に頑丈であり、高温下での動作も可能で
ある等々の長所を有しているが、ほとんど実用的に利用
されていないのが実情である。その原因の１つは、回転
時に発生する騒音が大きいことである。

【０００５】ＳＲモ−タにおいては、回転子の各極が特
定の回転位置にある時に、固定子各極に対する通電のオ
ン／オフを切換えるので、その切換時に、回転子に加わ
る磁気吸引力の大きさが急激に変化する。そのため、回
転子及び固定子には、比較的大きな機械振動が発生す
る。この振動によって騒音が生じる。

【０００６】このような騒音を実用レベルまで低減する
ためには、ＳＲモ−タを構成する固定子，回転子，軸受
部などの剛性を、通常の電気モ−タに比べてはるかに高
くしなければならず、ＳＲモ−タ自体のコストの増大は
避けられない。

【０００７】従って本発明は、大幅なコストの増大を伴
うことなく、ＳＲモ−タの回転時に生じる騒音を抑制す
ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、回転子（Ｒ）の回転位置を検出する手
段（１ｄ）を含み、回転子の各極部が特定の回転位置に
ある時に回転子駆動用電気コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）
の通電のオン／オフを切換える、スイッチドレラクタン
スモ−タの制御装置において：回転子駆動用電気コイル
の通電のオン／オフを切換える位置と前記特定の回転位
置との間に偏差をもたせるとともに、該偏差の大きさを
周期的に変更する、位置変更手段（１１，６Ｂ）；を設
ける。

【０００９】また、請求項２の発明では、前記位置変更
手段は、前記特定の回転位置と、回転子駆動用電気コイ
ルの通電のオン／オフを切換える位置との偏差を、予め
定めた偏差限界値の範囲内で決定する乱数発生手段（６
９，６Ａ）；を含む。

【００１０】また、請求項３の発明では、前記回転子の
回転速度を検出する速度検出手段（１ｅ）を含み、前記
位置変更手段は、前記偏差限界値を速度検出手段が検出
した回転子の回転速度に基づいて決定する手段（１３
ｂ，６９）を含む。

【００１１】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１２】

【作用】例えば、図３に示すように、回転子（Ｒ）が４
つの極Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを有し、固定子（Ｓ）が
６つの極Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆを有する
ＳＲモ−タの場合には、回転子の位置が３０度回転する
毎に、回転子駆動用電気コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）の
通電のオン／オフを切換えることにより、最も効果良く
それを駆動することができる。例えば、図３の最上部に
示す状態からその中央部に示す状態に移行するまでの間
は第１相のコイル（Ｓａ，Ｓｄに巻いたコイル）のみを
励磁し、図３の中央部に示す状態からその最下部に示す
状態に移行するまでの間は第２相のコイル（Ｓｂ，Ｓｅ
に巻いたコイル）のみを励磁し、図３の最下部に示す状
態からその最上部に示す状態に移行するまでの間は第３
相のコイル（Ｓｃ，Ｓｆに巻いたコイル）のみを励磁
し、更にこのような励磁の切換えを繰り返すことによっ
て、時計回り方向の駆動力を発生することができる。

【００１３】ところが、上記のように予め定めた特定の
位置でコイルの励磁の切換えを実施すると、励磁の切換
えに同期して、周期が一定の連続的な機械振動が、回転
子及び固定子の各部に生じる。この振動は周期が一定で
あるため、ＳＲモ−タを構成する回転子等の各部材の固
有振動周波数と、励磁切換により生じる機械振動の周波
数とが一致すると、共振が生じ、非常に大きな騒音が発
生する。

【００１４】ＳＲモ−タの回転数（ｒｐｍ）と騒音レベ
ルとの関係を実測した結果を図１１に示すが、これを参
照すると、２１００，２６００，３３００［ｒｐｍ］の
各回転数の近傍で非常に大きな騒音が生じていることが
分かる。騒音のピ−クが現われる回転数をω［ｒｐｍ］
とすると、図３のＳＲモ−タの場合、３０度毎の励磁切
換えによって生じる機械振動の周波数ｆは、次式で表わ
される。

【００１５】

【数１】（ω／６０）×（３６０／３０）＝ｆ この式から求められる周波数ｆは、ＳＲモ−タの実際の
固有振動周波数（共振周波数）ｆｃと一致することが確
認されている。

【００１６】従って、電気コイルの励磁切換えによって
生じる機械振動の周波数ｆを、ＳＲモ−タの固有振動周
波数ｆｃからずらすようにすれば、騒音レベルを抑える
ことが可能である。しかしながら、例えば電気自動車の
駆動源としてＳＲモ−タを用いる場合には、周波数ｆｃ
の振動が発生する回転数［ｒｐｍ］も使用せざるを得な
い。

【００１７】そこで本発明では、電気コイルの通電のオ
ン／オフを切換える位置と前記特定の回転位置との間に
偏差をもたせるとともに、該偏差の大きさを周期的に変
更するように制御する。このようにすれば、一定の回転
数でＳＲモ−タを駆動する場合であっても、コイルの励
磁切換えのタイミングが前記偏差によって周期的に変動
するので、ＳＲモ−タに生じる機械振動の周波数も常に
変動する。従って、一時的には周波数ｆｃと一致する機
械振動成分が発生することもあるが、その振動成分は継
続しない。これによって、共振が生じなくなるので、騒
音のピ−クレベルが抑制される。

【００１８】請求項２の発明では、前記特定の回転位置
と、回転子駆動用電気コイルの通電のオン／オフを切換
える位置との偏差を、乱数発生手段（６９，６Ａ）が、
予め定めた偏差限界値の範囲内で決定する。乱数で偏差
を決定することにより、偏差の大きさを確実に変動させ
ることができる。また、前記偏差がある程度が大きくな
ると、効率が低下するため駆動トルクが小さくなるが、
予め定めた偏差限界値の範囲内で偏差を決定することに
より、効率の低下を抑制しうる。

【００１９】請求項３の発明では、前記偏差限界値が、
速度検出手段の検出した回転子の回転速度に基づいて決
定される。前記偏差の大きさに対する駆動効率の低下率
やその許容量は、モ−タの回転速度や目標駆動トルクに
応じて変化するので、回転速度及び目標駆動トルクに応
じて偏差限界値を変更することにより、駆動トルクの低
下を許容値以内に抑え、同時に騒音レベルを充分に下げ
ることが可能になる。

【００２０】

【実施例】実施例の装置の構成を図１に示す。図１に示
す装置は、電気自動車の駆動ユニットの主要部分を構成
している。この例では、駆動源として１個のＳＲモ−タ
１が備わっおり、このＳＲモ−タ１はコントロ−ラＥＣ
Ｕによって制御される。コントロ−ラＥＣＵは、シフト
レバ−，ブレ−キスイッチ，アクセルスイッチ，及びア
クセル開度センサから入力される情報に基づいて、ＳＲ
モ−タ１の駆動を制御する。電源はバッテリ−から供給
される。

【００２１】ＳＲモ−タ１の基本的な構成とその駆動原
理を図３に示す。図３に示すＳＲモ−タ１は、固定子Ｓ
とその内空間に回動自在に支持された回転子Ｒとで構成
されている。回転子Ｒは、多数枚の薄い鉄板を積層して
構成してあり、外周の互いに９０度ずつずれた位置に、
外側に向かって突出した４つの極部Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ及
びＲｄが形成されている。固定子Ｓも多数枚の薄い鉄板
を積層して構成してあり、内周の互いに６０度ずつずれ
た位置に、内側に向かって突出した６つの極部Ｓａ，Ｓ
ｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ及びＳｆが形成されている。図３
では一部分だけが示されているが、固定子Ｓの極部Ｓ
ａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ及びＳｆには、電気コイル
ＣＬがそれぞれ巻回されている。

【００２２】ここで、固定子Ｓの極部Ｓａ，Ｓｄに巻回
したコイルＣＬを第１相、固定子Ｓの極部Ｓｂ，Ｓｅに
巻回したコイルＣＬを第２相、固定子Ｓの極部Ｓｃ，Ｓ
ｆに巻回したコイルを第３相と定義すると、回転子Ｒの
極の位置に応じて、図３に示すように、第１相−第２相
−第３相のコイルＣＬに順次に通電することにより、時
計回りに連続的に回転子Ｒを回転駆動することができ
る。即ち、固定子Ｓの通電した極部が電磁石を構成する
ので、その電磁石に近い位置にある回転子Ｒの極部が電
磁石に吸引されて回転移動する。回転を継続するために
は、回転子Ｒの回転移動に伴なってコイルの通電を切換
える必要がある。実際には、このＳＲモ−タ１の場合、
回転子Ｒが３０度回転する毎に、通電するコイルを第１
相−第２相−第３相と切換えればよい。

【００２３】再び図１を参照して説明を続ける。ＳＲモ
−タ１には、それを駆動するための３相のコイル１ａ，
１ｂ，１ｃ，回転子Ｒの回転位置（角度）を検出する角
度センサ１ｄ，及び回転速度を検出する速度センサ１ｅ
が備わっている。３相のコイル１ａ，１ｂ及び１ｃは、
それぞれ、コントロ−ラＥＣＵ内部のドライバ１８，１
９及び１Ａと接続されており、コイル１ａとドライバ１
８とを接続する信号線，コイル１ｂとドライバ１９とを
接続する信号線，及びコイル１ｃとドライバ１Ａとを接
続する信号線には、それぞれ、電流センサ２，３及び４
が設置されている。これらの電流センサ２，３及び４
は、それぞれ、コイル１ａ，１ｂ及び１ｃに実際に流れ
る電流に比例する電圧を電流信号Ｓ６として出力する。

【００２４】コントロ−ラＥＣＵの内部には、ＣＰＵ
（マイクロコンピュ−タ）１１，入力インタ−フェ−ス
１２，電流マップメモリ１３ａ，シフトマップメモリ１
３ｂ，電源回路１４，電流波形生成回路１５，比較回路
１６，出力判定回路１７，ドライバ１８，１９及び１Ａ
が備わっている。このコントロ−ラＥＣＵは、シフトレ
バ−，ブレ−キスイッチ，アクセルスイッチ，及びアク
セル開度センサから入力される情報に基づいて、ＳＲモ
−タ１の駆動速度及び駆動トルクを逐次計算し、その計
算の結果に基づいて、ＳＲモ−タ１のコイル１ａ，１ｂ
及び１ｃの各々に流す電流を制御する。

【００２５】図１の回路の主要部分の具体的な構成を図
２に示す。図２は、ＳＲモ−タ１のコイル１ａの通電を
制御する回路のみを示しており、実際には他のコイル１
ｂ及び１ｃの通電を制御する同様の回路がそれぞれ含ま
れている。

【００２６】図２を参照すると、コイル１ａの一端は、
スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１８ａを介して
電源の高電位ライン１８ｅと接続され、コイル１ａの他
端は、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴ）１８ｂを
介して電源の低電位ライン１８ｆと接続されている。ま
た、トランジスタ１８ａのエミッタと低電位ライン１８
ｆとの間にはダイオ−ド１８ｃが接続され、トランジス
タ１８ｄのエミッタと高電位ライン１８ｅとの間にはダ
イオ−ド１８ｄが接続されている。従って、トランジス
タ１８ａ及び１８ｂの両方をオン（導通状態）にすれ
ば、電源ライン１８ｅ，１８ｆとコイル１ａとの間に電
流が流れ、いずれか一方、又は両方をオフ（非導通状
態）にすれば、コイル１ａの通電を停止することができ
る。

【００２７】出力判定回路１７には、２つのアンドゲ−
ト１７ａ，１７ｂが備わっている。アンドゲ−ト１７ａ
の出力端子はトランジスタ１８ｂのゲ−ト端子と接続さ
れており、アンドゲ−ト１７ｂの出力端子はトランジス
タ１８ａのゲ−ト端子と接続されている。アンドゲ−ト
１７ａの入力端子には信号Ｓ７２とＳ５が入力され、ア
ンドゲ−ト１７ｂの入力端子には、信号Ｓ７１，Ｓ７２
及びＳ５が入力される。信号Ｓ７１及びＳ７２は、それ
ぞれ、比較回路１６のアナログ比較器１６ａ及び１６ｂ
が出力する２値信号である。また信号Ｓ５は、電流波形
生成回路１５が出力する２値信号である。

【００２８】比較回路１６は２つのアナログ比較器１６
ａ及び１６ｂを備えている。アナログ比較器１６ａは、
電流波形生成回路１５が出力する第１の基準電圧Ｖｒ１
と電流センサ２が検出した電流に対応する信号Ｓ６の電
圧とを比較した結果を２値信号Ｓ７１として出力し、ア
ナログ比較器１６ｂは、電流波形生成回路１５が出力す
る第２の基準電圧Ｖｒ２と電流センサ２が検出した電流
に対応する信号Ｓ６の電圧とを比較した結果を２値信号
Ｓ７２として出力する。この実施例では、常にＶｒ１＜
Ｖｒ２の関係が成立する。

【００２９】信号Ｓ５が高レベルＨであると、信号Ｓ６
の電圧Ｖｓ６と基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２の大小関係に
応じて、次に示すように、ドライバ１８のトランジスタ
１８ａ，１８ｂの状態が３種類のいずれかに設定され
る。即ち、Ｖｓ６＜Ｖｒ１の時には信号Ｓ７１，Ｓ７２
が共に高レベルＨになるので、アンドゲ−ト１７ａ及び
１７ｂの出力が高レベルＨになり、トランジスタ１８
ａ，１８ｂは共にオンになる。Ｖｒ２＜Ｖｓ６の時には
信号Ｓ７１，Ｓ７２が共に低レベルＬになるので、アン
ドゲ−ト１７ａ及び１７ｂの出力が低レベルＬになり、
トランジスタ１８ａ，１８ｂは共にオフになる。Ｖｒ１
＜Ｖｓ６＜Ｖｒ２の時には、信号Ｓ７１が低レベルＬに
なり、信号Ｓ７２が高レベルＨになるので、アンドゲ−
ト１７ａの出力が高レベルＨになり、アンドゲ−ト１７
ｂの出力が低レベルＬになり、トランジスタ１８ａがオ
フし、トランジスタ１８ｂはオンする。

【００３０】つまり、トランジスタ１８ａ，１８ｂが共
にオンする状態と、共にオフする状態と、一方がオンし
て他方がオフする状態とが存在し、いずれの状態になる
かは、Ｖｓ６のレベルが、Ｖｒ１より小，Ｖｒ１とＶｒ
２との間，Ｖｒ２より大の３種類の領域のいずれである
かによって定まる。

【００３１】信号Ｓ５が低レベルＬである時には、比較
回路１６が出力する信号Ｓ７１，Ｓ７２の状態とは無関
係に、常にアンドゲ−ト１７ａ，１７ｂの出力が共に低
レベルＬになり、トランジスタ１８ａ，１８ｂは共にオ
フになる。

【００３２】トランジスタ１８ａ，１８ｂを共にオンし
た時にコイル１ａに流れる電流の立上り特性（上昇の速
さ）は、回路の時定数によって定まり、制御により変え
ることはできない。しかし、電流を遮断する時には、ト
ランジスタ１８ａ，１８ｂを共にオフする場合と、トラ
ンジスタ１８ａをオフに切換えてトランジスタ１８ｂは
オンのままとする場合とで、電流の立下り特性（下降の
速さ）が変わるので、それを切換えて電流の立下りの速
さを調整することができる。即ち、トランジスタ１８
ａ，１８ｂを共にオフする場合には電流の変化が速く、
トランジスタ１８ａをオフに切換えてトランジスタ１８
ｂはオンのままとする場合には電流の変化は遅い。

【００３３】電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ２）にほとん
ど変化がない時には、電流の立下り速度が遅い場合で
も、基準のレベル（Ｖｒ１）と実際に流れる電流のレベ
ル（Ｖｓ６）との偏差が増大することはないので、常に
Ｖｓ６＜Ｖｒ２の状態が維持される。従ってこの時に
は、電流の変動幅が小さい。また、通電するコイルの相
を切換える時のように、電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ
２）が変更される時には、電流の立下り速度が遅いと、
Ｖｓ６＞Ｖｒ２になる。この場合、２つのトランジスタ
１８ａ，１８ｂが共にオフするので、電流の立下り速度
が上がり、電流は目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ２）に追従して
すばやく変化する。目標値の変化がなくなれば、基準電
圧Ｖｒ１と電流レベルＶｓ６との偏差が小さくなるの
で、再び電流の立下り速度が遅くなる。

【００３４】これによって、目標値の変化に対する電流
の追従遅れが防止できるだけでなく、目標値の変化が小
さい時には、電流の変化速度が遅いため、振動及び騒音
の発生が抑制される。

【００３５】ところで、図２に示す比較回路１６が出力
する信号Ｓ７１，Ｓ７２によって電流の立下り速度を切
換える場合には、それを切換えるタイミングとして最適
な時点よりも実際の切換えが多少遅れる傾向がある。即
ち、目標値が急激に低下する時点で、電流の立下りを速
くするのが理想的であるが、実際に電流の偏差が大きく
ならないと信号Ｓ７２がＬにならないので、時間的に遅
れが生じる。このため、目標値が非常に速く変化する場
合、信号Ｓ７１，Ｓ７２による変化速度の自動切換だけ
では、目標値に対する電流の追従性が不足する可能性が
ある。

【００３６】そこでこの実施例では、信号Ｓ５を制御す
ることにより、電流（Ｖｓ６）の大きさとは無関係に、
電流の立下り速度を速くすることができる。即ち、信号
Ｓ５を低レベルＬにすると、信号Ｓ７１，Ｓ７２とは無
関係に、トランジスタ１８ａ，１８ｂが同時にオフする
ので、電流の立下り速度が速くなる。

【００３７】図２を参照すると、電流波形生成回路１５
は、２種類の基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２と２値信号Ｓ５を
出力する。基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２及び２値信号Ｓ５
は、それぞれ、メモリ（ＲＡＭ）１５ｂ，１５ａ及び１
５ｃに記憶された情報に基づいて生成される。メモリ１
５ｂ，１５ａ及び１５ｃは、各々のアドレスにそれぞれ
８ビット，８ビット及び１ビットのデ−タを保持してい
る。メモリ１５ａから読み出される８ビットデ−タは、
Ｄ／Ａ変換器１５ｅでアナログ電圧に変換され、増幅器
１５ｇを通って基準電圧Ｖｒ２になる。同様に、メモリ
１５ｂから読み出される８ビットデ−タは、Ｄ／Ａ変換
器１５ｆでアナログ電圧に変換され、増幅器１５ｈを通
って基準電圧Ｖｒ１になる。また、増幅器１５ｇ，１５
ｈの入力には、ＣＰＵ１１が出力するアナログ信号Ｓ１
のレベルが加算される。信号Ｓ１のレベルを調整するこ
とにより、基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２を微調整することが
できる。また、メモリ１５ｃが出力する１ビットデ−タ
は、アンドゲ−ト１５ｉを通って信号Ｓ５になる。アン
ドゲ−ト１５ｉの一方の入力端子には、ＣＰＵ１１が出
力する２値信号（スタ−ト／ストップ信号）Ｓ３が印加
される。ＳＲモ−タ１を駆動している時には、常時信号
Ｓ３が高レベルＨになるので、メモリ１５ｃの出力信号
がそのまま２値信号Ｓ５になる。

【００３８】メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、それ
ぞれ多数のアドレスを有しており、各々のアドレスは、
回転子Ｒの回転位置（角度）の各々（１度単位）に対応
付けられている。アドレスデコ−ダ１５ｄは、角度セン
サ１ｄによって検出された回転子の回転位置の信号Ｓ９
から、アドレス情報を生成する。このアドレス情報が、
３組のメモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃのアドレス入力
端子に同時に入力される。従って、ＳＲモ−タ１が回転
する時には、メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、各々
回転子の回転位置に応じたアドレスに保持されたデ−タ
を順次に出力する。従って、基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２及
び２値信号Ｓ５の状態は、回転位置毎に変化しうる。

【００３９】実際には、図４に示すような波形の電流を
３相のコイルに流すために、メモリ１５ａ及び１５ｂに
は、それぞれ図８に示すような通電マップの情報が保持
される。即ち、回転位置（この例では０．５度毎）の各
々に対応付けたアドレスに、その位置で設定すべき電流
の目標値が保持される。メモリ１５ａ及び１５ｂの情報
は、それぞれ基準電圧Ｖｒ２及びＶｒ１に対応している
ので、Ｖｒ２＞Ｖｒ１の関係を満たすのように、メモリ
１５ａの内容とメモリ１５ｂの内容とは少し異なってい
る。前述のように、コイル１ａに流れる電流のレベル
は、基準電圧Ｖｒ１に追従するように変化するので、コ
イル１ａに流したい電流の波形を基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ
２としてメモリ１５ｂ及び１５ａに登録しておくことに
より、図４に示すように電流を流すことができる。

【００４０】この実施例では、３相のコイル１ａ，１ｂ
及び１ｃに対する通電／非通電を、図４に示すように回
転子が３０度回転する毎に切換える必要があるが、図４
に示すような波形をメモリ１５ｂ及び１５ａに登録して
おくことにより、３０度毎の通電／非通電の切換えも信
号Ｓ７１，Ｓ７２によって自動的に実施される。即ち、
各コイルの通電／非通電の切換えをＣＰＵ１１が実施す
る必要はない。

【００４１】また、メモリ１５ｃについては、大部分の
アドレスに信号Ｓ５の高レベルＨに対応する「１」の情
報が保持されているが、電流の目標値（Ｖｒ１，Ｖｒ
２）が急激に低下する角度に対応するアドレスには、信
号Ｓ５の低レベルＬに対応する「０」の情報（強制遮断
情報）が保持されている。即ち、電流の目標値（Ｖｒ
１，Ｖｒ２）の波形の立下り開始時点のように、その下
降の傾きが急俊であり、電流の変化速度を速くした方が
良いことが予め予想される回転位置では、信号Ｓ７２に
よる自動切換えを待つことなく、メモリ１５ｃに記憶し
た情報によって信号Ｓ５を低レベルＬに切換え、強制的
に電流変化速度を速くする。これにより、電流変化速度
の切換えに時間遅れが生じるのを避けることができ、目
標値に対する電流の追従性が更に改善される。

【００４２】メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、書き
込みと読み出しが可能であり、書き込みと読み出しを同
時に実施しうる。メモリ１５ａ，１５ｂ及び１５ｃは、
信号線Ｓ２を介してＣＰＵ１１と接続されており、ＣＰ
Ｕ１１は、必要に応じてメモリ１５ａ，１５ｂ及び１５
ｃの内容を更新する。

【００４３】ＣＰＵ１１の動作の概略を図６に示す。図
６を参照してＣＰＵ１１の動作を説明する。電源がオン
すると、ステップ６１で初期化を実行する。即ち、ＣＰ
Ｕ１１の内部メモリの初期化および内部タイマ，割込等
のモ−ドセットを実施した後、システムの診断を実施
し、異常がなければ次の処理に進む。

【００４４】ステップ６２では、入力インタ−フェ−ス
１２を介して、シフトレバ−，ブレ−キスイッチ，アク
セルスイッチ，アクセル開度センサのそれぞれが出力す
る信号の状態を読取り、その状態のデ−タを内部メモリ
に保存する。ステップ６２で検出した状態に何らかの変
化があった場合には、ステップ６３からステップ６４に
進む。変化がない時には、ステップ６３からステップ６
５に進む。

【００４５】ステップ６４では、ステップ６２で検出し
た各種状態に基づいて、ＳＲモ−タ１の駆動トルクの目
標値を決定する。例えば、アクセル開度センサによって
検出されたアクセル開度が増大した時には、駆動トルク
の目標値も増大する。また、ここで目標トルクの変化を
示すトルク変更フラグをセットする。

【００４６】ステップ６５では、ＳＲモ−タ１の回転速
度を検出する。この実施例では、ＳＲモ−タ１の駆動軸
に連結された速度センサ１ｅが、駆動軸の回転速度に応
じて周期が変化するパルス信号を出力する。ＣＰＵ１１
は、速度センサ１ｅが出力する信号のパルス周期を測定
し、この周期に基づいてＳＲモ−タ１の回転速度を検出
する。検出した回転速度のデ−タは内部メモリに保存す
る。

【００４７】ＳＲモ−タ１の回転速度に変化がある時に
は、ステップ６６からステップ６８に進み、回転速度に
変化がなければステップ６７に進む。ステップ６７で
は、トルク変更フラグの状態を調べ、フラグがセットさ
れている時、即ち目標トルクの変化がある時には、ステ
ップ６８に進み、トルクに変化がない時にはステップ６
２に戻る。

【００４８】ステップ６８では、電流マップメモリ１３
ａからデ−タを入力し、次のステップ６９では、シフト
マップメモリ１３ｂからデ−タを入力する。この実施例
では、電流マップメモリ１３ａ及びシフトマップメモリ
１３ｂは、予め様々なデ−タを登録した読み出し専用メ
モリ（ＲＯＭ）で構成してあり、電流マップメモリ１３
ａ及びシフトマップメモリ１３ｂには、図７に示すよう
なデ−タが保持されている。

【００４９】即ち、電流マップメモリ１３ａには、様々
な目標トルクと様々な回転数（モ−タの回転速度）のそ
れぞれに対応付けられた多数のデ−タＣｎｍ（ｎ：トル
クに対応する列の数値，ｍ：回転数に対応する行の数
値）が保持されており、デ−タＣｎｍの１組には、通電
オン角度，通電オフ角度，及び電流目標値が含まれてい
る。例えば、トルクが２０［Ｎ・ｍ］で回転数が５００
［ｒｐｍ］の時のデ−タＣ３４の内容は、５２．５度，
８２．５度及び２００［Ａ］である。即ち、０〜９０度
の回転位置の範囲内において、特定のコイルに５２．５
〜８２．５度の範囲で２００Ａの電流を流し、０〜５
２．５度の範囲及び８２．５〜９０度の範囲では電流を
遮断することを意味する。ステップ６８では、その時の
トルクと回転数に応じて選択した、Ｃｍｎの１組のデ−
タを入力する。

【００５０】シフトマップメモリ１３ｂには、様々な目
標トルクと様々な回転数（モ−タの回転速度）のそれぞ
れに対応付けられた多数のデ−タＤｎｍ（ｎ：トルクに
対応する列の数値，ｍ：回転数に対応する行の数値）が
保持されており、デ−タＤｎｍの１つには、許容シフト
角度のデ−タが保持されている。例えば、トルクが２０
［Ｎ・ｍ］で回転数が５００［ｒｐｍ］の時のデ−タＤ
３４の許容シフト角度は５度である。このＤｎｍの１つ
のデ−タがステップ６９でシフトマップメモリ１３ｂか
らＣＰＵ１１に入力される。

【００５１】次のステップ６Ａでは、公知の乱数発生ア
ルゴリズムに基づいて乱数を発生し、角度シフト量を決
定する。但し、乱数の値は、前のステップ６９でシフト
マップメモリ１３ｂから入力した許容シフト角度以内に
制限する。この角度シフト量は、各コイルの通電開始角
度及び通電終了角度の基準値に対する実際の通電開始角
度及び通電終了角度の偏差を意味する。

【００５２】ＳＲモ−タを駆動する場合、通常、その時
の動作条件において最も効率良く回転子が回転するよう
に、特定の回転位置で電気コイルの励磁を切り換える。
例えば、図３において、最上部に示す状態を０度、中央
に示す状態を３０度、最下部に示す状態を６０度とすれ
ば、図４に示すように、０度，３０度，６０度，９０
度，・・・の特定の回転位置で各コイルに対する通電の
オン／オフを切換えることによって、回転子を連続的に
回転させることができる。この実施例においては、この
特定の回転位置に対応する情報が、電流マップメモリ１
３ａに保持されており、ステップ６８で入力される。

【００５３】例えば、駆動トルクが２０［Ｎ・ｍ］で回
転数［ｒｐｍ］が５００の時のデ−タＣ３４において
は、特定の回転位置を示す通電オン角度が５２．５度、
通電オフ角度が８２．５度に定めてあるので、第１相の
コイルに対しては５２．５〜８２．５度の範囲を通電オ
ン状態、０〜５２．５度及び８２．５〜９０度の範囲を
通電オフ状態にし、第２相及び第３相のコイルに対して
は、第１相に対してそれぞれ通電範囲を３０度及び６０
度ずらして励磁を切換えれば、最も高い効率でモ−タを
駆動することができる。

【００５４】しかし、上記のように一定の角度（この例
では３０度）毎に規則的に励磁を切換えると、その励磁
の切換えによって、切換え周期に対応する機械振動がＳ
Ｒモ−タ１の各部に生じ、回転数が一定である場合には
振動の周波数が一定になるので、振動の周波数がＳＲモ
−タの固有振動周波数（共振周波数）と一致する場合
に、共振が生じ非常に大きな騒音が生じる。

【００５５】そこでこの実施例においては、図９に示す
ように、電流マップメモリ１３ａから入力したデ−タに
よって定まる波形（上側）に対して、励磁切換え位置を
故意にずらしたデ−タを保持する通電マップ（下側の波
形に対応）を作成し、この通電マップに基づいて、各電
気コイルの励磁を切換えるように制御している。この通
電マップは、図２に示す電流波形生成回路のメモリ１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ上に作成される。

【００５６】電流マップメモリ１３ａのデ−タの励磁切
換え位置（特定の回転位置）に対する通電マップの励磁
切換え位置の偏差量ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，・・・
（３６０度分）が、図６のステップ６Ａで決定される。
これらの偏差量ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，・・・、即ち
角度シフト量は、乱数発生アルゴリズムによって生成さ
れるため、互いに異なるランダムな値である。従って、
通電マップに基づいて各電気コイルの励磁を切換えるこ
とによって、ＳＲモ−タ１を一定の回転数（回転速度）
で駆動する場合であっても、モ−タ各部に生じる機械振
動の周期には確実にばらつき（変動）が生じる。即ち、
機械振動の周波数が、ＳＲモ−タの固有振動周波数（共
振周波数）と一致する状態が発生したとしても、それは
一時的であるため、共振が生じることはなく、従って騒
音レベルのピ−ク値を下げることができる。

【００５７】また、ステップ６Ａで生成する角度シフト
量は、ステップ６９で入力した許容シフト角度の範囲内
に制限されているため、通電マップの波形と電流マップ
の波形との励磁切換え位置が相対的に大きくずれること
はない。通電マップの波形と電流マップの波形との励磁
切換え位置が相対的に大きくずれると、回転子の目標駆
動方向に対する回転力に対して大きな制動力が加わるた
め、駆動効率が著しく低下し、付勢エネルギ−量に比べ
て駆動トルクが低下したり、電流の立ち上がり量が低下
して、駆動トルクが低下する。しかしこの実施例では、
角度シフト量を許容シフト角度の範囲内に制限している
ため、駆動効率の低下を最小限に抑えることができる。

【００５８】また、角度シフト量が小さすぎると、発生
する機械振動の変動幅が小さくなるため、共振を防止す
る効果が小さくなるが、この実施例では、シフトマップ
メモリのデ−タ（図７参照）に基づいて、その時のトル
クと回転数から最適な許容シフト量を決定するので、駆
動効率が大幅に低下しない範囲内で、角度シフト量を充
分に大きくすることができる。これにより、機械振動の
変動幅が大きくなり、効果的に共振を防止しうる。

【００５９】図６のステップ６Ｂでは、ステップ６８で
入力したデ−タ及びステップ６Ａで生成した角度シフト
量に基づいて、図８及び図９に示すような通電マップの
デ−タを生成し、この最新の通電マップによって、図２
に示す電流波形生成回路のメモリ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃのデ−タを更新（書き替え）する。勿論、図２に示す
１相分のメモリ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに通電マップを
書込むだけでなく、３相全てのメモリについて、それぞ
れ通電マップを作成し、そのデ−タを各々のメモリに書
き込む。この実施例では、図８に示すように、通電マッ
プにロ−タ角度の０．５度毎に各相の電流値が登録され
ている。前述のように、メモリ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
のデ−タに基づいて電気コイル１ａに流れる電流が制御
されるので、ＣＰＵ１１がメモリ（３相分の１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ）に通電マップを書き込むだけで、それに
従うように、各コイルの励磁切り換えが、ハ−ドウェア
回路により自動的に実施される。

【００６０】ＣＰＵ１１は、上述のステップ６２〜６Ｂ
の処理を繰り返し実行する。そして、検出したＳＲモ−
タの回転速度及びトルクが一定の場合には、ステップ６
６−６７−６２を通るが、回転速度が変化した場合、又
はトルクが変化した場合には、ステップ６８−６９−６
Ａ−６Ｂを実行するので、メモリ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ上の通電マップが更新される。

【００６１】なお、図９に示す例では、作成する通電マ
ップにおいて、角度シフト量ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，
・・・を３相の全てに共通とし、オン／オフの切換り位
置が相間で互いに同期するように制御しているが、例え
ば図１０に示すように、相毎に独立した角度シフト量を
定めてもよい。

【００６２】また、上記実施例においては、電流波形生
成回路のメモリ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに、１回転分
（３６０度）の通電マップを保持するように構成した
が、複数回転分の通電マップを作成し、各々の回転サイ
クルで角度シフト量が互いに異なるように通電マップを
作成してもよい。その場合には、アドレスデコ−ダ１５
ｄに回転数を計数するカウンタを設け、１５ｄが生成す
るアドレスの値を、カウンタの計数値に応じて切換える
ように構成を変更する必要がある。

【００６３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、一定の
回転数でＳ／Ｒモ−タを駆動する場合であっても、コイ
ルの励磁切換えのタイミングが故意に生成した偏差（角
度シフト量）によって周期的に変動するので、Ｓ／Ｒモ
−タに生じる機械振動の周波数も常に変動する。従っ
て、機械振動の周波数がＳ／Ｒモ−タの固有振動周波数
と一致する状態が一時的にしか生じないので、共振の発
生が防止され、騒音レベルのピ−ク値が下がる。

【００６４】請求項２の発明では、特定の回転位置と、
回転子駆動用電気コイルの通電のオン／オフを切換える
位置との偏差を、乱数発生手段（６９，６Ａ）が、予め
定めた偏差限界値の範囲内で決定する。乱数で偏差を決
定することにより、偏差の大きさを確実に変動させるこ
とができる。また、前記偏差がある程度が大きくなる
と、効率が低下するため駆動トルクが小さくなるが、予
め定めた偏差限界値の範囲内で偏差を決定することによ
り、効率の低下を抑制しうる。

【００６５】請求項３の発明では、前記偏差限界値が、
速度検出手段の検出した回転子の回転速度に基づいて決
定される。前記偏差の大きさに対する駆動効率の低下率
やその許容量は、モ−タの回転速度や目標駆動トルクに
応じて変化するので、回転速度に応じて偏差限界値を変
更することにより、駆動トルクの低下を許容値以内に抑
え、同時に騒音レベルを充分に下げることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例の装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 図１の主要部分の具体的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】 実施例で用いたＳＲモ−タの基本的な内部構
造と動作を示す正面図である。

【図４】 実施例のＳＲモ−タを駆動する場合の励磁電
流指示の波形例を示すタイムチャ−トである。

【図５】 ＳＲモ−タに流す励磁電流波形の駆動条件に
応じた変化を示すタイムチャ−トである。

【図６】 ＣＰＵ１１の動作を示すフロ−チャ−トであ
る。

【図７】 電流マップメモリ及びシフトマップメモリの
内容を示すマップである。

【図８】 通電マップメモリの内容を示すマップであ
る。

【図９】 実施例の電流マップと通電マップの波形を示
すタイムチャ−トである。

【図１０】 変形例の電流マップと通電マップの波形を
示すタイムチャ−トである。

【図１１】 従来の制御で駆動した時のＳＲモ−タの騒
音レベルを示すグラフである。

【符号の説明】

１：ＳＲモ−タ １ａ，１ｂ，１ｃ，
ＣＬ：コイル １ｄ：角度センサ １ｅ：速度センサ ２，３，４：電流センサ １１：ＣＰＵ １２：入力インタ−
フェ−ス １３ａ：電流マップメモリ １３ｂ：シフトマッ
プメモリ １４：電源回路 １５：電流波形生成
回路 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ：メモリ １５ｄ：アドレスデ
コ−ダ １５ｅ，１５ｆ：Ｄ／Ａ変換器 １５ｇ，１５ｈ：増
幅器 １６：比較回路 １６ａ，１６ｂ：ア
ナログ比較器 １７：出力判定回路 １８，１９，１Ａ １８ａ，１８ｂ：トランジスタ（ＩＧＢＴ） １８ｃ，１８ｄ：ダイオ−ド １８ｅ，１８ｆ：電
源ライン Ｖｒ１，Ｖｒ２：基準電圧 Ｒ：回転子 Ｓ：固定子 Ｒａ〜Ｒｄ，Ｓａ〜
Ｓｆ：極部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 橋 尚 良 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 大 川 明 美 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子の回転位置を検出する手段を含
   み、回転子の各極部が特定の回転位置にある時に回転子
   駆動用電気コイルの通電のオン／オフを切換える、スイ
   ッチドレラクタンスモ−タの制御装置において：回転子
   駆動用電気コイルの通電のオン／オフを切換える位置と
   前記特定の回転位置との間に偏差をもたせるとともに、
   該偏差の大きさを周期的に変更する、位置変更手段；を
   設けたことを特徴とする、スイッチドレラクタンスモ−
   タの制御装置。
2. 【請求項２】 前記位置変更手段は、前記特定の回転位
   置と、回転子駆動用電気コイルの通電のオン／オフを切
   換える位置との偏差を、予め定めた偏差限界値の範囲内
   で決定する乱数発生手段；を含む、前記請求項１記載の
   スイッチドレラクタンスモ−タの制御装置。
3. 【請求項３】 前記回転子の回転速度を検出する速度検
   出手段を含み、前記位置変更手段は、前記偏差限界値を
   速度検出手段が検出した回転子の回転速度に基づいて決
   定する手段を含む、前記請求項２記載のスイッチドレラ
   クタンスモ−タの制御装置。