开关磁阻电机的控制装置的制作方法

本发明涉及搭载于车辆的开关磁阻电机的控制装置。

背景技术：

已知有如下的开关磁阻电机，其具备各自具备互相相对的多个突极的定子及转子、和卷绕于定子的突极的三相的线圈，利用在定子和转子的各突极间产生的磁吸引力来使转子旋转。

关于这样的开关磁阻电机，例如在专利文献1中公开了一种具备开关磁阻电机作为行驶用的驱动源且进行该开关磁阻电机的再生控制的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-237372号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1所公开的技术中，在soc(stateofcharge：电池的充电状态值)为预定值以上(例如电池被满充电)的情况下，若进行再生控制而进行充电，则电池的寿命可能会下降。

本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种能够抑制再生控制时的电池的寿命下降的开关磁阻电机的控制装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题而达成目的，本发明的开关磁阻电机的控制装置，是具有转子、定子及卷绕于所述定子的线圈且作为行驶用的驱动源而搭载于车辆的开关磁阻电机的控制装置，其特征在于，具备在预定的再生区域中进行向所述线圈施加正电压及负电压以使所述线圈的电流值成为第一目标电流值的再生控制的控制部，所述控制部在电池的充电状态值为预定值以上的情况下，使向所述线圈施加负电压的区间比电池的充电状态值低于预定值的情况窄。

由此，开关磁阻电机的控制装置在电池的充电状态值为预定值以上而难以进行电力回收的情况下，通过使再生控制时的负电压的施加区间比通常窄，能够减少再生能量，减少电力回收量。

另外，在开关磁阻电机的控制装置中，所述控制部可以在电池的充电状态值为预定值以上的情况下，使励磁开始角和励磁结束角中的至少一方比电池的充电状态值低于预定值的情况延迟，所述励磁开始角是在所述预定的再生区域中开始向所述线圈施加正电压的相位，所述励磁结束角是在所述预定的再生区域中开始向所述线圈施加负电压的相位。

由此，开关磁阻电机的控制装置通过使再生控制时的励磁开始角及励磁结束角中的至少一方延迟，能够使负电压的施加区间比通常窄。

另外，在开关磁阻电机的控制装置中，所述控制部可以在电池的充电状态值为预定值以上的情况下，向所述线圈施加正电压及负电压以使所述线圈的电流值成为比所述第一目标电流值大的第二目标电流值。

由此，开关磁阻电机的控制装置通过使再生控制时的目标电流值比通常大，能够在抑制由缩窄负电压的施加区间引起的制动力的减少的同时，减少再生能量。

另外，在开关磁阻电机的控制装置中，所述再生控制可以具有为了提高所述线圈的电流值而向所述线圈施加正电压的正电压模式、向所述线圈交替地施加负电压和零电压的回流模式、及为了降低所述线圈的电流值而向所述线圈施加负电压的负电压模式，在所述电池的充电状态值为预定值以上的情况下，使在所述回流模式下施加零电压的区间比电池的充电状态值低于预定值的情况宽。

由此，开关磁阻电机的控制装置在再生控制时，通过使回流模式下的零电压的施加区间比通常宽，能够减少负电压施加及零电压施加的开关次数，能够减少开关损失。

另外，在开关磁阻电机的控制装置中，所述控制部可以在电池的充电状态值为预定值以上且所述线圈的温度为预定值以下的情况下，使向所述线圈施加负电压的区间比电池的充电状态值低于预定值的情况窄。

由此，开关磁阻电机的控制装置通过仅在线圈的温度为预定值以下的情况下使再生控制时的负电压的施加区间比通常窄，能够抑制线圈的热负荷的增加。

另外，在开关磁阻电机的控制装置中，所述开关磁阻电机可以搭载于所述车辆的后侧。

由此，通过在与车辆的前侧相比得到的再生能量少的车辆的后侧搭载开关磁阻电机，开关磁阻电机的控制装置能够例如使电力回收量容易地成为零或零附近。

发明效果

根据本发明的开关磁阻电机的控制装置，在难以进行电力回收的情况下，能够减少再生能量，能够使电力回收量例如减少至零或零附近，因此能够抑制电池的寿命下降，提高电池的耐久性。

附图说明

图1是示意性地示出包括本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置的系统结构的图。

图2是示意性地示出本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中的开关磁阻电机的结构的图。

图3是示意性地示出本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中的变换器的结构的图。

图4是示出在本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中进行再生控制的再生区域(负的转矩产生区域)和进行动力运行控制的动力运行区域(正的转矩产生区域)的图表。

图5是示出在本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中进行了通常的再生控制(第一再生控制)时的施加电压及电流波形的图。

图6是示出在本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中进行了电池的充电状态值为预定值以上的情况下的再生控制(第二再生控制)时的施加电压及电流波形的一例的图。

图7是示出在本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置中进行了电池的充电状态值为预定值以上的情况下的再生控制(第二再生控制)时的施加电压及电流波形的另一例的图。

图8是示出本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置的驱动控制方法的流程图。

图9是示出应用了本发明的实施方式的开关磁阻电机的控制装置的车辆的骨架图。

具体实施方式

参照附图对本发明的开关磁阻电机的控制装置的实施方式进行说明。此外，本发明不限定于以下的实施方式。另外，下述实施方式中的构成要素包括本领域技术人员能够置换且显而易见的要素或实质上相同的要素。

[系统结构]

如图1所示，本实施方式的系统结构包括开关磁阻电机(以下，称作“sr电机”)1、变换器2、升压部3、电池4及控制部100。本实施方式的sr电机1的控制装置构成为至少包括变换器2及控制部100。

sr电机1作为行驶用的驱动源而搭载于车辆。如图1所示，sr电机1经由变换器2及升压部3而与电池4电连接。另外，sr电机1与变换器2经由线圈12(参照图2)而电连接。此外，如后所述，sr电机1在进行了动力运行控制时作为电动机发挥功能，在进行了再生控制时作为发电机发挥功能。

sr电机1是转子不使用永磁体的电动机，通过在卷绕于定子10的三相的线圈12中流动励磁电流(以下，称作“电流”)而驱动。如图2所示，sr电机1具备突极构造的定子10和突极构造的转子20。此外，在该图中，作为sr电机1，示出了具备十八极的定子10和十二极的转子20的结构作为一例。

sr电机1包括由一对定子齿11及线圈12a构成的u相、由一对定子齿11及线圈12b构成的v相、由一对定子齿11及线圈12c构成的w相。

如图2所示，定子10在环状构造的内周部具备多个作为突极的定子齿11。在各定子齿11卷绕有连接于变换器2的线圈12。

转子20配置于定子10的径向内侧，在环状构造的外周部具备多个作为突极的转子齿21。此外，转子20构成为与未图示的转子轴一体旋转。

如图3所示，变换器2以能够将三相交流通入线圈12的方式由具备多个开关元件的电路(变换器电路)构成。在变换器2中，如该图所示，非对称的半桥电路并联连接有三个。并且，在变换器2中，构成为能够将各半桥电路所包含的各相的线圈12a、12b、12c分别独立地励磁，能够分别独立地控制在各相的线圈12a、12b、12c中流动的电流。即，sr电机1能够实现单相的驱动，具有即使例如以高转矩持续输出也不容易发热这一特征。

此外，作为搭载于车辆的电机，除了sr电机1之外也已知有永磁体界磁式同步电机(以下，称作“pm电机”)，该pm电机的变换器由全桥电路构成。并且，在pm电机的变换器中，无法将各相的线圈分别独立地励磁，无法分别独立地控制在各相的线圈中流动的电流。即，pm电机不能实现单相的驱动，若例如以高转矩持续输出，则容易发热。

构成变换器2的变换器电路具备针对各相设置的多个晶体管及多个二极管、和一个电容器co。并且，变换器2通过在各相中将多个晶体管同时接通或断开来变更在线圈12中流动的电流值。

变换器2在u相的线圈12a的周边具备晶体管tra1、tra2和二极管da1、da2、da3、da4。另外，变换器2在v相的线圈12b的周边具备晶体管trb1、trb2和二极管db1、db2、db3、db4。另外，变换器2在w相的线圈12c的周边具备晶体管trc1、trc2和二极管dc1、dc2、dc3、dc4。

此外，变换器2与一般的pm电机的变换器不同，在各相各追加了2个二极管(二极管da3、da4、db3、db4、dc3、dc4)，因此能够使电流以直流的方式流动。而且，由于在变换器2中不存在一般的pm电机的变换器那样的中性点，所以能够以独立的励磁条件控制各相。

升压部3设置于变换器2与电池4之间，将向sr电机1施加的电压升压。升压部3例如由升压转换器构成，由控制部100控制。

控制部100是对sr电机1进行驱动控制的电子控制装置(ecu)。控制部100具备cpu、存储各种程序等数据的存储部及进行用于对sr电机1进行驱动控制的各种运算的运算部。并且，运算部中的运算的结果是，用于控制变换器2的指令信号从控制部100向变换器2输出。这样，控制部100通过控制变换器2来控制向sr电机1施加的电压及电流。

控制部100与转速传感器51、加速器开度传感器52、车速传感器53及温度传感器54连接。转速传感器51具体由旋转变压器构成，检测sr电机1的转子20的转速，将其检测信号(旋转变压器信号)对控制部100输出。另外，加速器开度传感器52检测驾驶员对加速器踏板的踩踏量，将其检测信号对控制部100输出。另外，车速传感器53检测车辆的行驶速度，将其检测信号对控制部100输出。另外，温度传感器54检测线圈12的温度，将其检测信号对控制部100输出。此外，控制部100构成为能够经由变换器2取得电池4的充电状态值(以下，称作“soc”)。

控制部100根据从所述转速传感器51输入的检测信号来确定旋转方向上的定子齿11与转子齿21的相对的位置关系，基于该位置关系而执行针对各相反复切换成为通电对象的线圈12的控制。并且，控制部100在该控制中向某相的线圈12通入电流而使定子齿11励磁，通过在定子齿11与该定子齿11附近的转子齿21之间产生磁吸引力来使转子20旋转。

如图4所示，控制部100在电感成为负斜率的负的转矩产生区域(以下，称作“再生区域”)中进行sr电机1的再生控制，在电感成为正斜率的正的转矩产生区域(以下，称作“动力运行区域”)中进行sr电机1的动力运行控制。此外，该图的例子中，转子齿21的旋转角度：0°～15°的范围是再生区域，转子齿21的旋转角度：15°～30°的范围是动力运行区域。

如图5所示，控制部100在某转子齿21的旋转角度进入到励磁区间的情况即成为了on角(励磁开始角)的情况下，开始向成为励磁对象的线圈12通入电流。另外，控制部100在转子齿21的旋转角度脱离了励磁区间的情况即成为了off角(励磁结束角)的情况下，使通向成为励磁对象的线圈12的电流成为零。

此外，如该图所示，“励磁区间”不是表示在线圈12中流动着电流的区间(a1+a2+a3)，而是表示从on角到off角的转子20的旋转角度范围，即某线圈12的励磁的开始到结束的区间(a1+a2)。另外，“on角”具体表示在再生区域中开始向线圈12施加正电压的相位即励磁开始角。另外，“off角”表示在再生区域中开始向线圈12施加负电压的相位即励磁结束角。

控制部100在转子齿21的旋转角度处于区间a1内的情况下，执行为了提高线圈12的电流值而向该线圈12施加正电压的正电压模式。在正电压模式下，通过对成为励磁对象的定子齿11的线圈12施加正电压而以使线圈12的电流值上升至目标电流值的方式进行控制。

另外，控制部100在转子齿21的旋转角度处于区间a2内的情况下，执行对成为励磁对象的定子齿11的线圈12交替地施加负电压和零电压的回流模式，以使线圈12的电流值成为目标电流值附近的大小的方式进行控制。在该回流模式下，通过向线圈12施加零电压(即不施加电压)来经由线圈12而在变换器2内使电流回流。在执行回流模式的区间a2中，如图5所示，在以目标电流值为上限值的预定电流幅度的范围内使线圈12的电流值推移。

另外，控制部100在转子齿21的旋转角度处于区间a3内的情况下，执行为了降低线圈12的电流值而向该线圈12施加负电压的负电压模式。在负电压模式下，通过对成为励磁对象的定子齿11的线圈12施加负电压而以使线圈12的电流值成为零的方式进行控制。此外，图5示出了在再生区域中进行的再生控制时的施加电压及电流波形的一例，该图的横轴(转子20的旋转角度)与图4的横轴(转子20的旋转角度)对应。

在此，作为sr电机1的再生控制，控制部100进行第一再生控制和第二再生控制。第一再生控制是在通常时进行的再生控制，具体而言在soc低于预定值(例如电池4未被满充电的情况)的情况下进行。在第一再生控制中，如图4及图5所示，控制部100在再生区域中向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为目标电流值(第一目标电流值)。此外，在图5中，通过再生而最终得到的“实际再生能量”相当于从在负电压的施加时得到的“再生能量”减去在正电压的施加时消耗的“能量消耗”而得到的值(实际再生能量＝再生能量-能量消耗)。

第二再生控制在soc为预定值以上的情况(例如电池4被满充电的情况)下进行。在第二再生控制中，如图6所示，控制部100使向线圈12施加负电压的区间比第一再生控制的情况(参照图5)窄。即，在第二再生控制中，通过与第一再生控制相比减小负电压的施加区间来使再生能量减少。此外，图6的横轴(转子20的旋转角度)与图4的横轴(转子20的旋转角度)对应。

在此，在第二再生控制中，如图6所示，控制部100优选使on角及off角中的至少一方比第一再生控制的情况(参照图5)延迟。这样，通过使再生控制时的on角及off角即励磁开始角及励磁结束角中的至少一方延迟，能够在第二再生控制中使负电压的施加区间比通常窄。此外，在该图中，使on角及off角双方延迟，但使on角及off角中的至少一方延迟即可。

另外，在第二再生控制中，如图6所示，控制部100优选向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为比第一再生控制中的第一目标电流值(参照图5)大的第二目标电流值。这样，通过使第二再生控制时的目标电流值(第二目标电流值)比通常(第一目标电流值)大，能够在抑制由缩窄负电压的施加区间引起的制动力的减少的同时，使再生能量减少。

此外，第一再生控制中的第一目标电流值及第二再生控制中的第二目标电流值与所述励磁区间中的on角及off角等一起被记述于未图示的励磁条件映射。控制部100在后述的sr电机1的驱动控制时，基于由加速器开度传感器52检测到的加速器开度等来导出要求驱动力，通过读入与该要求驱动力相应的励磁条件映射来决定第一再生控制及第二再生控制中的各目标电流值。

另外，在第二再生控制中，如图7所示，控制部100优选使在回流模式下施加零电压的区间比第一再生控制的情况(参照图5)宽。这样，通过在第二再生控制时使回流模式下的零电压的施加区间比通常宽，能够减少负电压施加及零电压施加的开关次数，因此能够减少变换器2的开关损失。另外，通过使回流模式下的零电压的施加区间比通常宽，电流波形被整流而滞后减少，因此能够减少nv(noise、vibration)。此外，图7的横轴(转子20的旋转角度)与图4的横轴(转子20的旋转角度)对应。

另外，控制部100也可以除了soc为预定值以上之外还将线圈12的温度为预定值以下作为条件来进行第二再生控制。这样，通过仅在线圈12的温度为预定值以下的情况下进行使再生控制时的负电压的施加区间比通常窄的第二再生控制，能够抑制线圈12的热负荷的增加。

此外，在即使进行第二再生控制也不担心线圈12的热负荷的增加的情况下，也可以不将“线圈12的温度为预定值以下”加入第二再生控制的条件中。例如，在第二再生控制时，与第一再生控制(参照图5)同样地向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为第一目标电流值的情况下，可预想线圈12的热负荷不怎么增加。在该情况下，也可以不将“线圈12的温度为预定值以下”加入第二再生控制的条件中。

[驱动控制方法]

以下，参照图5～图8对本实施方式的sr电机1的控制装置的驱动控制方法的实施方式进行说明。

首先，如图8所示，控制部100读入在sr电机1的驱动控制中使用的各种信息(步骤s1)。此外，“各种信息”具体而言表示基于转速传感器51的检测信号的转子20的转速及旋转角度(相位)。此外，虽然在该图中省略了图示，但控制部100在本步骤中进行基于由加速器开度传感器52检测到的加速器开度等的要求驱动力的导出、励磁条件映射的读入。

接着，控制部100经由变换器2读入soc(步骤s2)。接着，控制部100基于温度传感器54的检测信号而读入线圈12的温度(步骤s3)。

接着，控制部100判定再生指令的有无(步骤s4)。在此，控制部100在例如通过由加速器开度传感器52检测出加速器off或者由未图示的制动器传感器检测出制动器on而要求驱动力成为了负的值的情况下，判定为存在再生指令。

在步骤s4中判定为存在再生指令的情况下(在步骤s4中为是)，控制部100判定soc是否为预定值以上(例如电池4是否为满充电的状态)(步骤s5)。

在步骤s5中判定为soc为预定值以上的情况下(在步骤s5中为是)，控制部100判定线圈12的温度是否为预定值以下(步骤s6)。

在步骤s6中判定为线圈12的温度为预定值以下的情况下(在步骤s6中为是)，控制部100执行与通常的再生控制(第一再生控制)相比缩窄负电压的施加区间的第二再生控制(步骤s7)，结束处理。

在步骤s7中，控制部100具体如图6所示，在再生区域中向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为目标电流值。另外，此时，通过使向线圈12施加负电压的区间比第一再生控制的情况(参照图5)窄来与第一再生控制相比减少再生能量。

此外，在步骤s7中，优选如图6所示使on角及off角比第一再生控制的情况(参照图5)延迟。另外，在本步骤中，优选如该图所示向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为比第一目标电流值(参照图5)大的第二目标电流值。另外，在本步骤中，优选如图7所示使在回流模式下施加零电压的区间比第一再生控制的情况(参照图5)宽。

在此，在步骤s4～s6中作出了否定判定的情况下，控制部100执行通常的再生控制(第一再生控制)(步骤s8)，结束处理。在步骤s8中，控制部100具体如图5所示，在再生区域中向线圈12施加正电压及负电压以使线圈12的电流值成为第一目标电流值。

如以上这样，本实施方式的sr电机1的控制装置在soc为预定值以上而难以进行电力回收的情况下，通过进行使再生控制时的负电压的施加区间比通常的第一再生控制窄的第二再生控制，能够减少再生能量，使电力回收量减少至例如零或零附近。因此，根据本实施方式的sr电机1的控制装置，能够抑制电池4的寿命下降，提高电池4的耐久性。

另外，在以往的sr电机的控制装置中，例如在电池成为了满充电(soc成为了预定值以上)的情况下，为了配合电力收支而使发动机驱动来减少电力回收量。因而，在电池的满充电时产生发动机的喷发而nv恶化，给驾驶员带来了违和感。另一方面，在本实施方式的sr电机1的控制装置中，在电池4成为了满充电的情况下，不使发动机驱动，进行使负电压的施加区间比通常的第一再生控制窄的第二再生控制来减少电力回收量。因此，不会产生以往那样的发动机的喷发，因此能够减少nv而缓和驾驶员的违和感。

另外，在以往的sr电机的控制装置中，如图4及图5所示，通过在再生区域中的大范围内进行线圈12的励磁，高效率地进行了电力回收。另一方面，在本实施方式的sr电机1的控制装置中，例如通过使on角及off角延迟而在比以往窄的范围内故意以低效率进行电力回收，来避免电池4的满充电。此外，这样的控制是能够独立地控制在各相的线圈12中流动的电流的sr电机1特有的控制，是例如在无法独立地控制在各相的线圈12中流动的电流的pm电机等中无法实现的控制。

[应用例]

以下，参照图9对应用了本实施方式的sr电机1的控制装置的车辆进行说明。该图所示的车辆200具备作为前侧驱动装置的发动机201、车轮202、变速器(t/m)203、差动齿轮204、驱动轴205及作为行驶用动力源的sr电机(srm)1。车辆200是四轮驱动车，发动机201驱动左右的前轮202fl、202fr，作为后电机的sr电机1驱动左右的后轮202rl、202rr。

sr电机1是所谓的轮毂电机，在左右的后轮202rl、202rr分别各设置有一个。在车辆200的后侧驱动装置中，左后轮202rl连接有左后sr电机1rl，且右后轮202rr连接有右后sr电机1rr。左右的后轮202rl、202rr能够互相独立地旋转。

左后轮202rl由左后sr电机1rl的输出转矩(电机转矩)驱动。另外，右后轮202rr由右后sr电机1rr的输出转矩(电机转矩)驱动。

左后sr电机1rl及右后sr电机1rr经由变换器2连接于电池(b)4。另外，左后sr电机1rl及右后sr电机1rr通过从电池4供给的电力而作为电动机发挥功能，并且作为将从后轮202rl、202rr传递的转矩(外力)变换为电力的发电机发挥功能。此外，在变换器2中包括左后sr电机1rl用的电路和右后sr电机1rr用的电路。

控制部100控制左后sr电机1rl及右后sr电机1rr、和发动机201。例如，控制部100包括sr电机用控制部(sr电机用ecu)和发动机用控制部(发动机ecu)。在该情况下，发动机ecu通过进气控制、燃料喷射控制、点火控制等来执行将发动机201的输出转矩调节为目标的转矩值的发动机转矩控制。另外，sr电机用ecu基于从转速传感器51输入的旋转变压器信号来执行关于左后sr电机1rl及右后sr电机1rr的电机控制。转速传感器51包括检测左后sr电机1rl的转速的左后转速传感器51rl和检测右后sr电机1rr的转速的右后转速传感器51rr。

以上，针对本发明的开关磁阻电机的控制装置，通过用于实施发明的方式而进行了具体说明，但本发明的主旨不限定于这些记载，必须基于权利要求书的记载而广泛地解释。另外，基于这些记载进行各种变更、改变等而得到的方案当然也包含于本发明的主旨。

例如，在本实施方式的sr电机1的控制装置中，也可以取代升压部3(参照图1)而设置将向sr电机1施加的电压降压的降压部(降压转换器)。

另外，实施方式的sr电机1的控制装置的应用例不限定于图9所示的应用例(以下，称作“应用例1”)。例如，sr电机1的控制装置的应用例也可以与应用例1不同，是未设置前侧驱动装置(发动机201等)且在全部车轮202设置有sr电机1的结构(应用例2)。另外，也可以与应用例1不同，是在左右的前轮202fl、202fr设置有sr电机1且取代前侧驱动装置而设置有后侧驱动装置(发动机201等)的后轮驱动车(应用例3)。

sr电机1的控制装置的应用例也可以与应用例1～3不同，是车辆200的行驶用动力源仅是作为轮毂电机的sr电机1的结构(应用例4)。另外，也可以与应用例4不同，是sr电机1不是轮毂电机的结构(应用例5)。

sr电机1的控制装置的应用例也可以与应用例5不同，还搭载有应用例1的前侧驱动装置(发动机201等)(应用例6)。另外，也可以是与应用例3不同而未设置后侧驱动装置(发动机201等)或者与应用例4不同而驱动装置的配置前后相反的结构(应用例7)。

在此，本实施方式的sr电机1优选搭载于车辆的后侧，例如所述应用例1～7中的应用例1、2、4～6的结构是优选的。一般，车辆的后侧与车辆的前侧相比，得到的再生能量少。因而，通过在车辆的后侧搭载sr电机1并在难以进行电力回收的情况下执行第二再生控制，例如能够使电力回收量容易地成为零或零附近。

标号说明

1开关磁阻电机(sr电机)

2变换器

3升压部

4电池

10定子

11定子齿

12线圈

20转子

21转子齿

51转速传感器

52加速器开度传感器

53车速传感器

54温度传感器

100控制部