回転力発生装置

【課題】相巻線における巻線の接続状態を切り替えても、トルク波形の変動が生じない回転力発生装置を提供する。
【解決手段】トルクＴと回転数Ｎを用いて相巻線の「直列接続→並列接続」または「並列接続→直列接続」の切替えを実施する際に、相巻線の通電状態が非通電のタイミングで切替えを実施するとともに、相巻線の電流波形を制御して切替え直前と直後のトルク波形を略同一波形に揃える。これにより、ＳＲモータ１は、広い運転領域において高出力を得ることができるとともに、相巻線の通電中に巻線組の切替えが実施されることで生じるトルク変動を回避でき、さらに、巻線組の切替えが行われて巻線組のインダクタンスが変化することによるトルク波形の変動も回避することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、「巻線の接続状態の切替えが可能な巻線組」よりなる「相巻線」を搭載する電動モータを用いた回転力発生装置に関し、特に巻線組の切替え技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータ（ＳＲモータ等）の出力は、一般に「相巻線の巻数（コイルの巻回数）」に依存する。
具体的に、電動モータの出力は、「相巻線の巻数」が多い場合に、低回転域で大きな出力を発生するが、高回転域では出力が低下する。逆に、「相巻線の巻数」が少ない場合には、高回転域で大きな出力を発生するが、低回転域では出力が低下する。
【０００３】
そこで、回転数に応じて「相巻線の巻数」を切り替えることで、低回転域と高回転域のそれぞれで大きな出力を得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１は、「巻線の接続状態の切替えが可能な巻線組」によって「相巻線」を設け、（ｉ）低回転域の時に「巻数が多くなるように巻線組」を切替え、（ｉｉ）高回転域の時に「巻数が少なくなるように巻線組」を切替える技術である。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術は、巻線組の切替えの実施タイミングで巻線組のインダクタンスが急変するため、切替えの実施タイミングでトルク波形が急変する不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７０２７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、巻線組の切替えを行っても、電動モータのトルク波形に変動が生じない回転力発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１の回転力発生装置は、制御回路に設けた通電制御指令部によって相巻線の電流波形を制御することによって、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形を同一波形（出力の増減やスイッチのデューティ比の増減に伴う僅かな波形の増減を含む）に揃える。
これにより、巻線組の切替えが行われて巻線組のインダクタンスが変化しても、電動モータのトルク波形の変動を防ぐことができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の通電制御指令部は、巻線組の切替え直前と直後の巻線印加電圧平均値を、切替え直前と直後の巻数比に制御する。
これにより、巻線組の切替えによってインダクタンスが変化しても、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形を略同一波形に揃えることができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３の制御回路は、第１切替指令部、第２切替指令部、切替実行回路によって、相巻線の通電状態が非通電のタイミングで巻線組の切替えを実施する。
これにより、相巻線の通電中に巻線組の切替えが実施されることで生じるトルク変動を回避することができる。
【００１０】
〔請求項４の手段〕
請求項４の第１切替指令部は、「電動モータのトルク」と「電動モータの回転数」を用いて巻線組の切替状態を決定する。
これにより、低回転域から高回転域の広い運転領域において電動モータから高出力を得ることができる。
【００１１】
〔請求項５の手段〕
請求項５の第２切替指令部は、「第１切替指令部の決定状態」と「現在の巻線組の切替状態」と「相巻線の電流値」の３条件を用いて切替実行回路に切替指令を与える。
これにより、相巻線の通電中に巻線組の切替えが実施されることで生じるトルク変動を回避することができる。
【００１２】
〔請求項６の手段〕
請求項６の通電制御指令部は、巻線組の切替えに応じて制御パラメータの切替えを行う。
これにより、巻線組の切替えによってインダクタンスが変化しても、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形を略同一に揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）ＳＲモータの概略図、（ｂ）各相巻線の駆動回路図である（実施例１）。
【図２】制御回路の概略ブロック図である（実施例１）。
【図３】（ａ）第１切替指令部の作動説明に用いる回転数に対する出力トルクを示すグラフ、（ｂ）第１切替指令部の作動説明に用いる３条件と切替指令の有無の関係を示す図表である（実施例１）。
【図４】巻線組の切替制御の一例を示すフローチャートである（実施例１）。
【図５】作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。
【図６】制御回路の概略ブロック図である（実施例２）。
【図７】（ａ）ＳＲモータの概略図、（ｂ）各相巻線の駆動回路図である（実施例３）。
【図８】（ａ）ＳＲモータの概略図、（ｂ）各相巻線の駆動回路図である（実施例４）。
【図９】（ａ）ステッピングモータの概略図、（ｂ）相巻線の駆動回路図である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
回転力発生装置は、「巻線の接続状態の切替えが可能な巻線組」よりなる「相巻線」を搭載するＳＲモータ１（電動モータの一例）と、このＳＲモータ１の運転状態に応じて巻線組の切替えを行う制御回路２とを具備する。
【００１５】
制御回路２は、
（ａ）ＳＲモータ１の運転状態（回転数ＮやトルクＴ等）に基づいて巻線組の接続状態（切替状態）を決定する第１切替指令部３と、
（ｂ）この第１切替指令部３が巻線組の切替えを決定した場合、相巻線の通電状態が非通電のタイミングで巻線組の切替指示を発生する第２切替指令部４と、
（ｃ）この第２切替指令部４の切替指令に基づいて巻線組の切替えを実行する切替実行回路５と、
（ｄ）相巻線の電流波形を制御する通電制御指令部６と、
（ｅ）この通電制御指令部６の指示に基づいて相巻線の通電制御を実行する通電制御実行回路７と、
を具備する。
【００１６】
そして、通電制御指令部６は、巻線組の切替えが実行される際、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形が同一波形（出力の増減やスイッチのデューティ比の増減に伴う僅かな波形の増減を含む）となるように、相巻線の電流波形を制御する。
これにより、ＳＲモータ１の作動中に、巻線組の切替えが実行されても、ＳＲモータ１のトルク波形の変動を防ぐことができる。
【実施例】
【００１７】
以下において本発明の具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。
【００１８】
［実施例１］
図１〜図５を参照して実施例１を説明する。
この実施例は、電動モータの一例としてＳＲモータ１（スイッチド・リラクタンス・モータ）を用い、このＳＲモータ１を制御回路２により通電制御するものである。なお、ＳＲモータ１の用途は限定されるものではないが、具体的な一例としてこの実施例では、電気自動車やハイブリッド車両など、車両走行用（車両駆動用）として車両に搭載されるものである。
【００１９】
（ＳＲモータ１の説明）
ＳＲモータ１は、複数の相巻線を有するステータコア１１と、このステータコア１１に対して回転自在に支持されたロータコア１２とを備える。
相巻線の相数は限定されるものではないが、この実施例では具体的な一例として、Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線の３相を用いる例を示す。
【００２０】
図１（ａ）に基づいてＳＲモータ１の具体例を説明する。
この実施例のステータコア１１は、機械角３６０度の間に等間隔で配置された１２個のステータティース（ステータ突極）１３の他に、各ステータティース１３を磁気的に結合するバックヨーク１４を備える。
【００２１】
具体的に、この実施例１のＳＲモータ１は、ステータコア１１の内側にロータコア１２が配置されるインナーロータタイプである。
このため、実施例１のステータコア１１は、モータハウジング内（具体的には筒状を呈するヨーク内）に固定配置される円環状のバックヨーク１４と、このバックヨーク１４から内径方向に突出する１２個のステータティース１３とを備える。
さらに具体的に説明すると、ステータコア１１は、表面に絶縁膜が形成された電磁鋼板（軟鉄板、珪素鋼板、アモルファス金属板等）を多数積層したものである。
【００２２】
この実施例のロータコア１２は、機械角３６０度の間に等間隔で配置された８個のロータティース（ロータ突極）１５と、ロータ軸（出力軸）に結合するリングコア１６とを備える。
具体的に、この実施例１のＳＲモータ１は、上述したようにインナーロータタイプである。このため、実施例１のロータコア１２は、モータハウジングに対して軸受を介して回転自在に支持されたロータ軸の周囲に固定されるリングコア１６と、このリングコア１６から外径方向に突出する８個のロータティース１５とを備える。
さらに具体的に説明すると、ロータコア１２は、上述したステータコア１１と同様、表面に絶縁膜が形成された電磁鋼板（軟鉄板、珪素鋼板、アモルファス金属板等）を多数積層したものである。
【００２３】
ここで、ステータコア１１の軸芯とロータコア１２の軸芯は同軸に配置されるものであり、ロータコア１２が回転する際に、ステータティース１３とロータティース１５は非接触で、且つステータティース１３とロータティース１５が対向する状態においてステータティース１３とロータティース１５の間にクリアランスが形成されるものである。
【００２４】
（ＳＲモータ１における相巻線の説明）
この実施例のＳＲモータ１は、各ステータティース１３を切替えて励磁する手段として、上述したように、Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線を搭載する。
Ａ相巻線は、独立した第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａよりなる。この第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａは接続状態の切替えが可能なＡ巻線組を構成する。
Ｂ相巻線は、独立した第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂよりなる。この第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂは接続状態の切替えが可能なＢ巻線組を構成する。
Ｃ相巻線は、独立した第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃよりなる。この第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃは接続状態の切替えが可能なＣ巻線組を構成する。
【００２５】
なお、図１（ａ）では、理解補助のために、Ａ相巻線（第１Ａ巻線１Ａ、第２Ａ巻線２Ａ）のみを図示し、Ｂ相巻線（第１Ｂ巻線１Ｂ、第２Ｂ巻線２Ｂ）およびＣ相巻線（第１Ｃ巻線１Ｃ、第２Ｃ巻線２Ｃ）を省略している。
また、以下では、相巻線の制御の説明において、Ａ相巻線の制御例を説明し、Ｂ相巻線およびＣ相巻線の制御例の説明を省略する箇所も存在するが、Ｂ相巻線およびＣ相巻線もＡ相巻線と同様に制御されるものである。
【００２６】
第１Ａ巻線１Ａは、１８０度対向する２つのステータティース１３に巻回されるものであり、第１Ａ巻線１Ａが通電された際に、第１Ａ巻線１Ａが巻回された２つのステータティース１３を異なる磁極に励磁する。
第２Ａ巻線２Ａは、第１Ａ巻線１Ａが励磁するステータティース１３に対して回転方向に９０度異なる位置において１８０度対向する２つのステータティース１３に巻回されるものであり、第２Ａ巻線２Ａが通電された際に、第２Ａ巻線２Ａが巻回された２つのステータティース１３を異なる磁極に励磁する。
【００２７】
ここで、図１（ａ）における第１Ａ巻線１Ａおよび第２Ａ巻線２Ａと、図１（ｂ）における第１Ａ巻線１Ａおよび第２Ａ巻線２Ａとの関連性を明確にするために、第１Ａ巻線１Ａのコイル端を符合Ａ１、Ａ１’で示し、第２Ａ巻線２Ａのコイル端を符合Ａ２、Ａ２’で示す。
【００２８】
なお、図１（ａ）では図示しないが、Ｂ相巻線を成す「第１、第２Ｂ巻線１Ｂ、２Ｂ」とＣ相巻線を成す「第１、第２Ｃ巻線１Ｃ、２Ｃ」も、上述したＡ相巻線を成す「第１、第２Ａ巻線１Ａ、２Ａ」と同様の構成を採用するものであり、
・Ｂ相巻線を成す「第１、第２Ｂ巻線１Ｂ、２Ｂ」が、Ａ相巻線を成す「第１、第２Ａ巻線１Ａ、２Ａ」が巻回されたステータティース１３に対して、図１（ａ）においてそれぞれ反時計回りに６０度回転した位置のステータティース１３に設けられ、
・Ｃ相巻線を成す「第１、第２Ｃ巻線１Ｃ、２Ｃ」が、Ｂ相巻線を成す「第１、第２Ｂ巻線１Ｂ、２Ｂ」が巻回されたステータティース１３に対して、図１（ａ）においてそれぞれ反時計回りに６０度回転した位置のステータティース１３に設けられる。
【００２９】
（制御回路２の説明）
次に、上述したＳＲモータ１の通電制御を行う制御回路２を説明する。
制御回路２は、図２に示すように、
（ａ）ＳＲモータ１の運転状態に基づいて接続状態（直列接続または並列接続）の決定を行う第１切替指令部３と、
（ｂ）この第１切替指令部３が巻線組の切替えを決定した場合、Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線が非通電のタイミングで切替指示（直列→並列の切替え指示、または並列→直列の切替え指示）を発生する第２切替指令部４と、
（ｃ）この第２切替指令部４の切替指令に基づいてＡ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線の切替え（直列→並列の切替え、または並列→直列の切替え）を実行する切替実行回路５と、
（ｄ）各相巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）の電流波形を制御する通電制御指令部６と、
（ｅ）この通電制御指令部６が出力する制御信号（デューティ比信号α）に基づいて各相巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）に駆動電力Ｖを付与する通電制御実行回路７と、を具備する。
【００３０】
（第１切替指令部３の説明）
第１切替指令部３は、
・ＳＲモータ１の「トルクＴ」と、
・ＳＲモータ１の「回転数Ｎ」と、
の２条件を用いて各巻線組（Ａ巻線組、Ｂ巻線組、Ｃ巻線組）の切替状態を、「直列接続または並列接続」の一方に決定するものである。
なお、第１切替指令部３は、「トルクＴ」を用いずに、ＳＲモータ１の「回転数Ｎ」に基づいて各巻線組（Ａ巻線組、Ｂ巻線組、Ｃ巻線組）の切替状態を、「直列接続または並列接続」の一方に決定しても良い。
【００３１】
具体的に、この実施例１の第１切替指令部３は、制御回路２に搭載される制御プログラムである。
制御回路２の制御プログラムは、ＳＲモータ１の制御ルーチンに侵入すると（図４のスタート参照）、
・ＥＣＵがＳＲモータ１に求める「要求トルクＴ」と、
・回転センサ（ＳＲモータ１の回転数Ｎを検出するセンサ）によって検出されるＳＲモータ１の「回転数Ｎ」と、
を読み込む（図４のステップＳ１参照）。
【００３２】
次に、第１切替指令部３は、図３（ａ）に示す関係性（直列接続における「トルクＴ」と「回転数Ｎ」の関係性、並列接続における「トルクＴ」と「回転数Ｎ」の関係性）に基づき、「要求トルクＴ］と「回転数Ｎ」から接続状態（直列接続または並列接続の一方）を決定する（図４のステップＳ２参照）。
この決定は、制御回路２のメモリに搭載したマップ、あるいは計算式等を用いるものである。
【００３３】
（ｉ）第１切替指令部３が接続状態を「直列接続から並列接続」に切り替える決定をした場合の具体例を図５のタイミングＴ１に示し、
（ｉｉ）逆に、第１切替指令部３が接続状態を「並列接続から直列接続」に切り替える決定をした場合の具体例を図５のタイミングＴ２に示す。
【００３４】
（第２切替指令部４の説明）
第２切替指令部４は、制御回路２に搭載される制御プログラムであり、
図３（ｂ）に示すように、
（α）第１切替指令部３の決定状態（直列接続または並列接続）と、
（β）現在の巻線組の切替状態（直列接続または並列接続）と、
（γ）相巻線の電流値Ｉと、
の３条件に基づいて切替実行回路５に切替指示を与えるものである。
【００３５】
上記（α）を説明する。
第２切替指令部４の制御プログラムは、上述した第１切替指令部３（図４のステップＳ２参照）が決定した接続状態が「直列接続」であるか「並列接続」であるかの判定を行う（図４のステップＳ３参照）。
【００３６】
上記（β）を説明する。
第２切替指令部４の制御プログラムは、第１切替指令部３が決定した接続状態が「直列接続」であると判定した場合（図４のステップＳ３の判定結果がＹＥＳの場合）、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した接続状態（即ち、直列接続）であるか否かの判定を行う（図４のステップＳ４参照）。
そして、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した接続状態（即ち、直列接続）の場合は、切替実行回路５に切替指示を与えず、現在の接続状態（即ち、直列接続）を維持する（図４のステップＳ５参照）。
【００３７】
上記とは逆に、第１切替指令部３が決定した接続状態が「並列接続」であると判定した場合（図４のステップＳ３の判定結果がＮＯの場合）、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した接続状態（即ち、並列接続）であるか否かの判定を行う（図４のステップＳ６参照）。
そして、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した接続状態（即ち、並列接続）の場合は、切替実行回路５に切替指示を与えず、現在の接続状態（即ち、並列接続）を維持する（図４のステップＳ７参照）。
【００３８】
上記（γ）を説明する。
第２切替指令部４の制御プログラムは、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した直列接続とは異なる場合（図４のステップＳ４の判定結果がＮＯの場合）、電流センサ（各相巻線毎の電流値Ｉを検出するセンサ）によって検出される切替対象の相巻線の電流値Ｉが０（ゼロ）であるか否かの判断を行う（図４のステップＳ８参照）。
切替対象の相巻線に電流が流れている場合は、切替実行回路５に切替指示を与えず、現在の接続状態（即ち、直列接続）を維持する（図４のステップＳ５参照）。
そして、切替対象の相巻線が非通電になると（図５のタイミングＴ３参照）、切替実行回路５に「並列接続→直列接続」に切り替える切替指示を与える（図４のステップＳ９参照）。
【００３９】
上記とは逆に、現在の接続状態が、第１切替指令部３が決定した並列接続とは異なる場合（図４のステップＳ６の判定結果がＮＯの場合）、電流センサによって検出される切替対象の相巻線の電流値Ｉが０（ゼロ）であるか否かの判断を行う（図４のステップＳ１０参照）。
切替対象の相巻線に電流が流れている場合は、切替実行回路５に切替指示を与えず、現在の接続状態（即ち、並列接続）を維持する（図４のステップＳ７参照）。
そして、切替対象の相巻線が非通電になると（図５のタイミングＴ４参照）、切替実行回路５に「直列接続→並列接続」に切り替える切替指示を与える（図４のステップＳ１１参照）。
【００４０】
（切替実行回路５の説明）
切替実行回路５は、複数のスイッチを用いて「第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａ」、「第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂ」、「第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃ」のそれぞれを、直列接続または並列接続の一方に切り替える切替回路である。
【００４１】
この切替実行回路５の具体例を、図１（ｂ）を参照して説明する。
Ａ相巻線（第１Ａ巻線１Ａ、第２Ａ巻線２Ａ）の通電回路には、
・第１Ａ巻線１Ａをバイパスして電気を流す第１Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ１が設けられ、
・第２Ａ巻線２Ａをバイパスして電気を流す第２Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ２が設けられ、
・第１Ａ巻線１Ａのコイル端Ａ１’と第２Ａ巻線２Ａのコイル端Ａ２の断続を行うＡ切替スイッチＳＷｓａが設けられている。
【００４２】
この３つのスイッチ（第１Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ１、第２Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ２、Ａ切替スイッチＳＷｓａ）は、上述した第２切替指令部４の切替指示により切り替えられるものである。即ち、第２切替指令部４の切替指示によって、「第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａ」を「直列接続または並列接続」の一方に切り替えるものである。
【００４３】
具体的に「直列接続および並列接続」の切替えは、下記の表１に示すように、
（ｉ）Ａ切替スイッチＳＷｓａをＯＮし、第１Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ１と第２Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ２をＯＦＦすることで（図５のタイミングＴ３未満の区間、およびタイミングＴ４以上の区間を参照）、第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａを直列に接続し、
（ｉｉ）Ａ切替スイッチＳＷｓａをＯＦＦし、第１Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ１と第２Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ２をＯＮすることで（図５のタイミングＴ３〜Ｔ４の区間を参照）、第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａを並列に接続するものである。
【００４４】
【表１】

【００４５】
上記と同様に、Ｂ相巻線（第１Ｂ巻線１Ｂ、第２Ｂ巻線２Ｂ）の通電回路には、
・第１Ｂ巻線１Ｂをバイパスして電気を流す第１Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ１が設けられ、
・第２Ｂ巻線２Ｂをバイパスして電気を流す第２Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ２が設けられ、
・第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂの断続を行うＢ切替スイッチＳＷｓｂが設けられている。
【００４６】
そして、この３つのスイッチ（第１Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ１、第２Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ２、Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ）は、上述した第２切替指令部４の切替指示により切り替えられるものである。即ち、第２切替指令部４の切替指示によって、「第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂ」を「直列接続または並列接続」の一方に切り替えるものである。
【００４７】
同様に、Ｃ相巻線（第１Ｃ巻線１Ｃ、第２Ｃ巻線２Ｃ）の通電回路には、
・第１Ｃ巻線１Ｃをバイパスして電気を流す第１Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ１が設けられ、
・第２Ｃ巻線２Ｃをバイパスして電気を流す第２Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ２が設けられ、
・第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃの断続を行うＣ切替スイッチＳＷｓｃが設けられている。
【００４８】
そして、この３つのスイッチ（第１Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ１、第２Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ２、Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ）は、上述した第２切替指令部４の切替指示により切り替えられるものである。即ち、第２切替指令部４の切替指示によって、「第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃ」を「直列接続または並列接続」の一方に切り替えるものである。
【００４９】
（通電制御実行回路７の説明）
通電制御実行回路７は、複数のスイッチと複数のダイオードを用いてＡ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線に電流を流す回路である。
【００５０】
この通電制御実行回路７の具体例を、図１（ｂ）を参照して説明する。
通電制御実行回路７は、
・Ａ相巻線（第１Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ１、第２Ａ巻線短絡スイッチＳＷｐａ２、Ａ切替スイッチＳＷｓａを含む）にバッテリ電圧を印加するＡ相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎと、
・Ｂ相巻線（第１Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ１、第２Ｂ巻線短絡スイッチＳＷｐｂ２、Ｂ切替スイッチＳＷｓｂを含む）にバッテリ電圧を印加するＢ相巻線用スイッチ手段ＳＷｂｐ、ＳＷｂｎと、
・Ｃ相巻線（第１Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ１、第２Ｃ巻線短絡スイッチＳＷｐｃ２、Ｃ切替スイッチＳＷｓｃを含む）にバッテリ電圧を印加するＣ相巻線用スイッチ手段ＳＷｃｐ、ＳＷｃｎと、
・Ａ相巻線に誘導電流を流すダイオードＤａ１、Ｄａ２と、
・Ｂ相巻線に誘導電流を流すダイオードＤｂ１、Ｄｂ２と、
・Ｃ相巻線に誘導電流を流すダイオードＤｃ１、Ｄｃ２と、
を備えて構成される。
【００５１】
そして、各相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎ、ＳＷｂｐ、ＳＷｂｎ、ＳＷｃｐ、ＳＷｃｎは、通電制御指令部６から与えられるデューティ比信号αにより「高速でＯＮ−ＯＦＦ」を繰り返して各相巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）にバッテリＢＡＴから駆動電力Ｖを供給する。
【００５２】
（通電制御指令部６の説明）
通電制御指令部６は、ＥＣＵから与えられる要求トルクＴに基づいて各相巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）の供給電流値（具体的にはデューティ比）を算出し、算出したデューティ比と、回転センサによって検出されるＳＲモータ１の「回転数Ｎ」および「回転角度θ」に基づいて通電制御実行回路７（各相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎ、ＳＷｂｐ、ＳＷｂｎ、ＳＷｃｐ、ＳＷｃｎ）を制御する。
【００５３】
また、通電制御指令部６は、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形が同一波形（出力の増減やスイッチのデューティ比の増減に伴う僅かな波形の増減を含む）となるように、相巻線の電流波形を制御する。
【００５４】
この具体例を図５を参照して説明する。
巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替える際は、切り替える直前のトルク波形を図５の波形Ｘ１とすると、巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替えた直後のトルク波形が「波形Ｘ１と略同じ波形Ｘ１’」となるように、通電制御指令部６が通電制御実行回路７（具体的には、各相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎ、ＳＷｂｐ、ＳＷｂｎ、ＳＷｃｐ、ＳＷｃｎ）をデューティ比で制御するものである。
【００５５】
同様に、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替える際は、切り替える直前のトルク波形を図５の波形Ｘ２とすると、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替えた直後のトルク波形が「波形Ｘ２と略同じ波形Ｘ２’」となるように、通電制御指令部６が通電制御実行回路７（具体的には、各相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎ、ＳＷｂｐ、ＳＷｂｎ、ＳＷｃｐ、ＳＷｃｎ）をデューティ比で制御するものである。
【００５６】
さらに、この通電制御指令部６を具体的に説明する。
この実施例の通電制御指令部６は、巻線組の切替状態（直列接続または並列接続）に応じてデューティ比の制御パラメータの切替えを行って、巻線組の切替え直前と直後の巻線印加電圧平均値を、切替え直前と直後の巻数比に制御することで、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形を略同一波形に揃えるものである。
【００５７】
この具体例を図４、図５を参照して説明する。
通電制御指令部６は、巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替える際、巻線組の制御パラメータを「直列接続→並列接続」に切り替える（図４のステップＳ１３参照）。
この時の具体例は、巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替える直前におけるＡ相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎのデューティ比波形が図５の波形Ｙ１の場合、巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替えた直後のデューティ比波形を図５の波形Ｙ１’に切り替える。
【００５８】
これにより、巻線組を「直列接続→並列接続」に切り替える直前における巻線印加電圧平均値が図５の波形Ｚ１の場合、「直列接続→並列接続」に切り替えた直後の巻線印加電圧平均値を巻数比である１／２倍となる波形Ｚ１’にして、巻線組の「切替え直前のトルク波形Ｘ１」と「切替え直後のトルク波形Ｘ１’」を略同一波形に揃えるものである。
【００５９】
逆に、通電制御指令部６は、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替える際、巻線組の制御パラメータを「並列接続→直列接続」に切り替える（図４のステップＳ１２参照）。
この時の具体例は、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替える直前におけるＡ相巻線用スイッチ手段ＳＷａｐ、ＳＷａｎのデューティ比波形が図５の波形Ｙ２の場合、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替えた直後のデューティ比波形を図５の波形Ｙ２’に切り替える。
【００６０】
これにより、巻線組を「並列接続→直列接続」に切り替える直前における巻線印加電圧平均値が図５の波形Ｚ２の場合、「並列接続→直列接続」に切り替えた直後の巻線印加電圧平均値を巻数比である２倍となる波形Ｚ２’にして、巻線組の「切替え直前のトルク波形Ｘ２」と「切替え直後のトルク波形Ｘ２’」を略同一波形に揃えるものである。
【００６１】
（実施例１の効果）
この実施例の回転力発生装置は、上述したように、
（ｉ）ＳＲモータ１の「トルクＴ」とＳＲモータ１の「回転数Ｎ」を用いて各相巻線における巻線組の切替え（「直列接続→並列接続」、「並列接続→直列接続」）を実施するとともに、
（ｉｉ）相巻線の通電状態が非通電のタイミングで巻線組の切替え（「直列接続→並列接続」、「並列接続→直列接続」）を実施し、
（ｉｉｉ）さらに、相巻線の電流波形を制御することで、巻線組の切替え直前と直後のトルク波形を略同一波形に揃えるものである。
【００６２】
これにより、
（ｉ）低回転域から高回転域の広い運転領域においてＳＲモータ１から高出力を得ることができるとともに、
（ｉｉ）相巻線の通電中に巻線組の切替えが実施されることで生じるトルク変動を回避でき、
（ｉｉｉ）さらに、巻線組の切替えが行われて巻線組のインダクタンスが変化することによるトルク変動を回避することができる。
【００６３】
［実施例２］
図６を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１の第１切替指令部３では、図２に示したように、ＥＣＵがＳＲモータ１に求める「要求トルクＴ」とＳＲモータ１の「回転数Ｎ」を用いてＳＲモータ１の最適な切替状態（直列接続または並列接続）を決定する例を示した。
【００６４】
これに対し、この実施例２の制御回路２は、ＳＲモータ１に供給される「電流値Ｉ」と、ＳＲモータ１の「回転角度θ（または回転数Ｎ）」からＳＲモータ１の「出力トルクＴ」を推定するトルク推定部１７を設けたものであり、第１切替指令部３は、推定された「出力トルクＴ」とＳＲモータ１の「回転数Ｎ」を用いてＳＲモータ１の最適な切替状態（直列接続または並列接続）を決定するものである。
このように設けても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
［実施例３］
図７を参照して実施例３を説明する。
この実施例は、同一の相巻線（例えば、Ａ相巻線）において組を成す巻線（例えば、第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａ）を、同一のステータティース１３に巻回するものである。
【００６６】
具体的に、図７では、Ａ相巻線における第１Ａ巻線１Ａと第２Ａ巻線２Ａを、同一のステータティース１３に設けるものである。なお、図７では図示しないが、Ｂ相巻線における第１Ｂ巻線１Ｂと第２Ｂ巻線２Ｂが同一のステータティース１３に設けられ、Ｃ相巻線における第１Ｃ巻線１Ｃと第２Ｃ巻線２Ｃも同一のステータティース１３に設けられるものである。
このように設けても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
［実施例４］
図８を参照して実施例４を説明する。
上記の各実施例では、巻線組の切替例として、巻線の接続状態を「直列接続または並列接続」の一方に切り替える例を示した。
これに対し、この実施例は、巻線の一部を切り離し可能に設けて、巻線の接続状態を「直列接続または単接続（巻線組の一方の巻線のみを通電する接続状態）」の一方に切替え可能に設けるものである。
【００６８】
具体的に、この実施例の切替実行回路５は、図８（ｂ）に示すように、
（ｉ）Ａ相巻線（第１Ａ巻線１Ａ、第２Ａ巻線２Ａ）の通電回路に、第２Ａ巻線２Ａを切り離す第１Ａ切替スイッチＳＷｓａ１を設けるとともに、第２Ａ巻線２Ａをバイパスして電気を流す第２Ａ切替スイッチＳＷｓａ２を設け、
（ｉｉ）Ｂ相巻線（第１Ｂ巻線１Ｂ、第２Ｂ巻線２Ｂ）の通電回路に、第２Ｂ巻線２Ｂを切り離す第１Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ１を設けるとともに、第２Ｂ巻線２Ｂをバイパスして電気を流す第２Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ２を設け、
（ｉｉｉ）Ｃ相巻線（第１Ｃ巻線１Ｃ、第２Ｃ巻線２Ｃ）の通電回路に、第２Ｃ巻線２Ｃを切り離す第１Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ１を設けるとともに、第２Ｃ巻線２Ｃをバイパスして電気を流す第２Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ２を設けたものである。
【００６９】
そして、第１切替指令部３は、ＳＲモータ１の「トルクＴ」とＳＲモータ１の「回転数Ｎ」に基づいて、各巻線組を「直列接続」または「単接続」の一方に切り替える決定を行う。
【００７０】
また、第２切替指令部４は、
（ｉ）上記実施例１において「並列接続→直列接続」に切り替えるタイミングで、この実施例の切替実行回路５（第１Ａ切替スイッチＳＷｓａ１、第２Ａ切替スイッチＳＷｓａ２、第１Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ１、第２Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ２、第１Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ１、第２Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ２）の切替え制御を行って「単接続→直列接続」を達成させ、
（ｉｉ）上記実施例１において「直列接続→並列接続」に切り替えるタイミングで、この実施例の切替実行回路５（第１Ａ切替スイッチＳＷｓａ１、第２Ａ切替スイッチＳＷｓａ２、第１Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ１、第２Ｂ切替スイッチＳＷｓｂ２、第１Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ１、第２Ｃ切替スイッチＳＷｓｃ２）の切替え制御を行って「直列接続→単接続」を達成させる。
このように設けても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
上記の実施例では、車両駆動用の回転力発生装置に本発明を適用する例を示したが、車両駆動用に限定されるものではなく、電気自動車等に搭載される空調装置の冷媒圧縮機（コンプレッサ）を駆動する回転力発生装置など、車両に搭載されて回転力を発生させる他の回転力発生装置に本発明を適用しても良い。
もちろん、本発明は車両用に限定されるものではなく、産業用機器、家庭用機器などに搭載される種々の回転力発生装置に本発明を適用しても良い。
【００７２】
上記の実施例では、インナーロータタイプの電動モータ（実施例ではＳＲモータ１）に本発明を適用する例を示したが、アウターロータタイプの電動モータや、ステータコア１１の軸方向にロータコア１２が配置されるタイプの電動モータに本発明を適用しても良い。
【００７３】
上記実施例において開示した具体的な数値（相巻線の相数、ステータティース１３の数、ロータティース１５の数等）は、実施例説明のための具体的な一例であって、適宜変更可能なものである。
上記の実施例では、電動モータの一例としてＳＲモータ１に本発明を適用する例を示したが、限定されるものではなく、図９に示すステッピングモータ１’に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１ＳＲモータ（電動モータ）
１’ ステッピングモータ（電動モータ）
２制御回路
３第１切替指令部
４第２切替指令部
５切替実行回路
６通電制御指令部
１Ａ第１Ａ巻線
２Ａ第２Ａ巻線
１Ｂ第１Ｂ巻線
２Ｂ第２Ｂ巻線
１Ｃ第１Ｃ巻線
２Ｃ第２Ｃ巻線

【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線の接続状態の切替えが可能な巻線組よりなる相巻線を搭載する電動モータ（１）と、
運転状態に応じて前記巻線組の切替えを行う制御回路（２）と、
を具備する回転力発生装置において、
前記制御回路（２）は、前記巻線組の切替え直前と直後のトルク波形が略同一波形となるように、前記相巻線の電流波形を制御する通電制御指令部（６）を備えることを特徴とする回転力発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転力発生装置において、
前記通電制御指令部（６）は、前記巻線組の切替え直前と直後の巻線印加電圧平均値を、切替え直前と直後の巻数比に制御することを特徴とする回転力発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転力発生装置において、
前記制御回路（２）は、
（ａ）運転状態に基づいて前記巻線組の切替状態を決定する第１切替指令部（３）と、
（ｂ）この第１切替指令部（３）が前記巻線組の切替えを決定した場合、前記相巻線の通電状態が非通電のタイミングで前記巻線組の切替指示を発生する第２切替指令部（４）と、
（ｃ）この第２切替指令部（４）の切替指令に基づいて前記巻線組の切替えを実行する切替実行回路（５）と、
を備えることを特徴とする回転力発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転力発生装置において、
前記第１切替指令部（３）は、
前記電動モータ（１）のトルク（Ｔ）と、
前記電動モータ（１）の単位時間当たりの回転数（Ｎ）と、
を用いて前記巻線組の切替状態を決定することを特徴とする回転力発生装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の回転力発生装置において、
前記第２切替指令部（４）は、
前記第１切替指令部（３）の決定状態と、
現在の前記巻線組の切替状態と、
前記相巻線の電流値（Ｉ）と、
を用いて切替指示を発生することを特徴とする回転力発生装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の回転力発生装置において、
前記通電制御指令部（６）は、前記巻線組の切替えに応じて制御パラメータの切替えを行うことを特徴とする回転力発生装置。

【図１】