第 2 章 全節巻 SRM の駆動原理と発生トルク
2.4 全節巻 SRM の制御
第2章第1節で述べた全節巻SRMの駆動原理に基づいた制御手法について説明する．
全節巻SRM の連続トルクを発生させるため，図 2-4に示すような電流が必要となる．
この電流を図2-2の駆動回路により生成するため，SRMの駆動法として一般的なヒス テリシス制御法により全節巻SRMの駆動を行う．図2-7にヒステリシス制御法の概念 図を示す．ヒステリシス制御法は，電流指令値の上下に電流制御に用いるための一定の 幅を設定する．これをヒステリシス幅とする．SRM は，指令電流波形を維持するため にヒステリシス幅により駆動回路のスイッチ素子のON,OFFを制御する．全節巻SRM は，図2-4に示すような矩形波状の波形を電流指令値として図2-2に示す駆動回路によ り電流を供給する．ここで，A相の巻線への電流の供給に着目する．矩形波状の電流指 令値に対して，図2-2の駆動回路において巻線の両端のスイッチ素子Sw1,Sw2を同時 にONする．これにより，A相巻線には正の電圧が印加されるため，巻線に電流が供給 される．これにより電流が増加する．次に電流値がヒステリシス幅の上限値に到達する と，駆動回路の上段スイッチ素子Sw1をOFFする．この動作により巻線への印加電圧 はゼロとなる．この時，巻線電流は下段スイッチ素子Sw2 とダイオードを通じて巻線 内を還流しながら自然減少する．次にヒステリシス幅の下限値に到達すると駆動回路の 上段スイッチ素子Sw1をONする．これにより再び巻線の両端に正の電圧が印加され ることにより電流は増加する．この動作を繰り返すことにより矩形波状の指令電流に応 じたSRMへの電流を生成する．また，電流指令がゼロとなると，駆動回路の上下段の スイッチ素子Sw1,Sw2 の両方をOFFする．この時，A相巻線に接続されたダイオー ドを介して電流が流れる．この時，巻線両端には電流供給時と逆極性の電圧が印加され る．これにより巻線電流が減少し，やがて巻線電流がゼロに到達する．
図2-8に最大トルク207 Nm，回転速度1000 rpmの時の駆動電流波形のシミュレー ション結果を示す．電流制御振幅の指令値は179.6 Aに設定している．ヒステリシス幅 は，電流制御指令値に対して上下それぞれ10 %とした．ヒステリシス幅の上限電流値
は197.6 Aである．ヒステリシス幅の下限値は161.6 Aである．ここで，全節巻SRM
における印加電圧に対する電流波形は電圧方程式(2-1)により決まる．全節巻SRMの各相 巻線における電圧方程式は式(2-3)から式(2-5)で表される．
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aa a a ab b ac c a a b ab c ac
a
i M i M
i L dt M di dt M di dt L di i R
V
(2-3)
bb b b ba a bc c b b a ba c bc
b
i M i M
i L dt M di dt M di dt L di i R
V
(2-4)
c c c c cb b ca a c c b cb a ca
c
i M i M
i L dt M di dt M di dt L di i R
V
(2-5)
ここで，Vは巻線へ印加される電圧，Rは巻線の抵抗値，i は巻線の電流値，Lは巻 線の自己インダクタンス，Mは巻線の相互インダクタンス， は全節巻SRMの回転子 位置，はモータの回転速度をそれぞれ示す．全節巻SRMにおける巻線への印加電圧 に対する電流の応答は，巻線のインダクタンス L により一定の変化量を持つ．したが って，全節巻SRMの電流指令値に対して実際に供給される電流は，一定の時定数を持 つ電流の変化を有する．これに対応するため，巻線への通電開始タイミングは発生トル クに対して必要電流が最小となるように電流位相を調整した．ここでは，電流位相は図 2-4の駆動電流理想値に対して，電気角で 45 deg.早めている．これにより，図2-4に 示す理想電流波形に対して，A相電流に着目すると電気角240 deg.で電流指令値に到達 し，電気角480 deg.において電流をゼロに低減することができる．以上のように，全節 巻SRMは，駆動電流についてヒステリシス制御により駆動する．
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Fig.2-7 Schematic diagram of hysteresis control for SRM
Fig.2-8 Current waveform (@207 Nm, 1000 rpm)
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参考文献
2-1：F.Hensley, A.Wah Wong, W.Chung Yu, J.Ye. Comparative Analysis of Conventional Switched Reluctance Machines and Mutually Coupled Switched Reluctance Machines. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC) pp.180-185, 2017
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