(57)【要約】【課題】変換装置で回転位置信号の処理遅れが発生しても、回転位相信号を遅れなく出力することである。【解決手段】永久磁石付き界磁巻線型モータは、エンドブラケット１１，１２に対して回転自在に支持されたシャフト１５と、シャフト１５に取り付けられたポールコア１９及び界磁コイル２３とを有する回転子２５と、エンドブラケット１１，１２に固定され、回転子２５に対向する固定子１８と、を備え、ポールコア１９は、界磁コイル２３の外周側で回転子２５の回転方向に配列され、かつ回転子２５の回転方向で交互に異なる極性を有する複数の爪状磁極部２０ａ，２１ａを備え、隣接する２つの爪状磁極部２０ａ，２１ａの間に永久磁石３１を配置し、永久磁石３１の中心位置が、該隣接する２つの爪状磁極部２０ａ，２１ａの中心位置を結んだ線の中間位置よりも回転子２５が正転する回転方向側にある。【選択図】図６
2010130823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に対して回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられた鉄心及び界磁巻線とを有する回転子と、
前記筐体に固定され、前記回転子に対向する固定子と、を備え、
前記鉄心は、前記界磁巻線の外周側で前記回転子の回転方向に配列され、かつ前記回転子の回転方向で交互に異なる極性を有する複数の磁極部を備え、
前記磁極部の磁束を補うための永久磁石を備えるととともに、前記磁極部が発生する磁束と前記永久磁石が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該磁極部が発生する磁束の位置よりも前記回転子が正転する回転方向側になるように該永久磁石を配置することを特徴とする永久磁石付き界磁巻線型モータ。
【請求項２】
隣接する２つの前記磁極部の間に前記永久磁石を配置し、前記永久磁石の中心位置が、該隣接する２つの磁極部の中心位置を結んだ線の中間位置よりも前記回転子が正転する回転方向側にあることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石付き界磁巻線型モータ。
【請求項３】
前記磁極部における前記回転子の径方向の側面に永久磁石を配置し、前記永久磁石の中心位置が、該永久磁石を設けた磁極部の中心位置よりも前記回転軸が正転する回転方向側にあることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石付き界磁巻線型モータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の永久磁石付き界磁巻線型モータを駆動制御するモータ駆動制御装置において、
前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記回転位置検出手段が検出した回転位置を回転位相信号に変換する位相信号変換手段と、
前記位相信号変換手段が変換して得た回転位相信号を基に素子をスイッチング制御し、前記固定子に電機子電流を流すインバータと、
前記界磁巻線に界磁電流を流す界磁電流制御手段と、を備え、
前記界磁電流制御手段は、前記回転子の回転数が高くなるほど前記界磁巻線への界磁電流を小さくする弱め界磁制御をすること
を特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記回転子の回転数に応じて前記界磁電流を１次線形で変化させることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石付き界磁巻線型モータ、及び永久磁石付き界磁巻線型モータを駆動制御するモータ駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているモータは、界磁コイル（界磁電流）による磁束を永久磁石で増加させる永久磁石付き界磁巻線型モータ（ルンデル型モータ）である。
特許文献１では、磁極位置を検出するために、回転体の一部に磁気部材（被検出体）を設けて、さらに磁気部材に対向する部位に該磁気部材の磁気を検出する磁気検出手段を設けている。例えば、磁気検出手段として、ホール素子やホールＩＣを用いている。このように磁極位置検出手段を構成することで、モータ大型化やレゾルバ及びエンコーダ、或いはモータ自体のコストを抑えている。
【特許文献１】特開２００５−１９２３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、永久磁石付き界磁巻線型モータでは、永久磁石により増加された界磁コイルによる磁束の位置（位相）は、モータ回転数にかかわらず一定である。その一方で、永久磁石付き界磁巻線型モータを駆動するモータ駆動制御装置では、磁極位置検出手段の出力である回転位置信号を回転位相信号に変換する変換装置（電子部品により構成）が必要になる。しかし、モータが高回転となり検出手段の出力（回転位置信号）が高周波になると、出力周期が短くなる。その結果、変換装置で回転位置信号の処理が遅れ、界磁コイルによる磁束の位置に対して回転位相信号の出力が遅れてしまう。すなわち、界磁コイルによる磁束の位置に対して回転位相信号の出力位相遅れが発生してしまう。このような場合には、モータの出力トルク低下や振動音の悪化等、モータ性能が悪化する恐れがある。
本発明の課題は、変換装置で回転位置信号の処理遅れが発生しても、界磁コイルによる磁束の位置に対する回転位相信号の出力位相遅れを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明は、磁極部の磁束を補うための永久磁石を備えるととともに、前記磁極部が発生する磁束と前記永久磁石が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該磁極部が発生する磁束の位置よりも前記回転子が正転する回転方向側になるように該永久磁石を配置する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、モータ回転数が高くなるほど界磁巻線への界磁電流を小さくする弱め界磁制御をすると、モータ回転数が高いときには、界磁巻線による磁束が減少する。そのため、界磁巻線による磁束との比較で永久磁石の磁束が相対的に大きくなる。これにより、総磁束では、永久磁石の磁束が主となり、総磁束の位置（位相）が界磁巻線による磁束の位置（位相）に対して回転子が正転する回転方向側に進む。この結果、位相信号変換手段で回転位置信号を回転位相信号に変換する処理に遅れがあっても、総磁束の位置の進みとその処理遅れとの相殺で、総磁束の位置、すなわち磁極に位置に対して回転位相信号の出力が遅れてしまうのを防止できる。
【０００６】
また、弱め界磁制御をすると、モータ回転数が低いときには、界磁電流が大きいことで、総磁束では界磁巻線による磁束が主となる。これにより、総磁束への永久磁石の磁束の影響が小さくなり、界磁巻線による磁束の位置に対する総磁束の位置の進みは小さくなる。一方、モータ回転数が低いために、回転位置信号を回転位相信号に変換する処理の遅れもほとんど発生しない。この結果、モータ回転数が低いときにも、総磁束の位置に対して回転位相信号の出力が遅れてしまうのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
（構成）
本実施形態は、モータ駆動制御装置である。
図１及び図２は、モータ駆動制御装置を示す。図１及び図２に示すように、モータ駆動制御装置は、モータ１０と、モータ１０を駆動する駆動制御部５０とを備える。駆動制御部５０は、モータコントローラ６０及びインバータ７０を備える。図２は、図１に示すモータ駆動制御装置の具体例となる。
【０００８】
図３は、モータ１０の詳細な構成を示す。モータ１０は、永久磁石付き界磁巻線型モータ（ルンデル型モータ）である。図３において、１１，１２は、モータ１０のハウジングを構成する一対のエンドブラケットである。図３において左側のエンドブラケット（以下、第１エンドブラケットという。）１１は、有底の浅い椀形状をなしている。また、図３において右側のエンドブラケット（以下、第２エンドブラケットという。）１２は、有底の深い椀形状をなしている。エンドブラケット１１，１２は例えばアルミニウム製である。
【０００９】
エンドブラケット１１，１２の側面の中央（椀状部材の最底部に相当する部分）には、円筒状のベアリング箱１１ａ，１２ａを形成している。ベアリング箱１１ａ，１２ａ内にはベアリング１３，１４を固定している。ベアリング１３，１４は、エンドブラケット１１，１２の対向方向に延びるシャフト１５を回転自在に支承する。
エンドブラケット１１，１２の内側面には固定子１８を備える。固定子１８は、ステータコア１６及びステータコイル１７を備える。ステータコア１６は、円環状の磁性部材が複数積層されて形成された略円筒状の鉄心である。ステータコイル１７は、ステータコア１６の内周部に形成された複数のスロットに挿入され、３相スター結線で構成されるものである。
【００１０】
シャフト１５には、ポールコア１９を固定している。ステータコア１６の内周側と対向するシャフト１５の部分に、ポールコア１９を取り付けている。このとき、ステータコア１６に対して隙間を設けて対向するようにポールコア１９を取り付けている。ポールコア１９は、一対のコア２０，２１からなる構成である。シャフト１５の軸方向で対向して一対のコア２０，２１を配置している。各コア２０，２１はそれぞれ、外周でその周方向（シャフト１５の周方向）に複数の爪形状の磁極部（以下、爪状磁極部という。）２０ａ，２１ａを有する。
【００１１】
図４は、ポールコア１９とシャフト１５とからなる構成を示す正面図である。図５は、ポールコア１９の側面図である。図４及び図５に示すように、爪状磁極部２０ａ，２１ａは、一方のコア２０（又は２１）の外周部から対向する他方のコア２１（又は２０）に向かって伸びる（軸方向に伸びる）。そして、爪状磁極部２０ａ，２１ａは、一方のコア２０の爪状磁極部２０ａと他方のコア２１の爪状磁極部２１ａとが周方向で交互に噛み合うような配置をなしている。すなわち、それぞれの爪状磁極部２０ａ，２１ａが噛み合うように一対のコア２０，２１が相対する。後述の界磁コイル２３に界磁電流を流すことで、ポールコア１９が電磁石となり、爪状磁極部２０ａ，２１ａがその周方向で交互にＮ極、Ｓ極の磁極を構成する。
また、爪状磁極部２０ａ，２１ａには、永久磁石（極間磁石）を取り付けている。爪状磁極部２０ａ，２１ａに永久磁石を取り付けることで、界磁コイル２３による爪状磁極部２０ａ，２１ａの磁束（界磁磁束）を補い、磁束を増加させている。
【００１２】
図６〜図８は、永久磁石３１の取付構造を示す。図６は正面図である。図７は斜視図である。図８は組み立て斜視図である。図６〜図８に示すように、爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の周方向における両側端に永久磁石３１をそれぞれに取り付けている。或いは、隣り合う爪状磁極部２０ａと爪状磁極部２１ａとの間に永久磁石３１を取り付けている。具体的には、爪状磁極部２０ａ，２１ａの位置（図６のＡの位置又は位相）に対してポールコア１９（回転子２５）の回転方向の進角側（回転方向側、進み側）に永久磁石３１をずらして配置している。すなわち、２つの永久磁石３１それぞれの重心ＢＯ（回転方向では図６のＢの位置又は位相）を結んだ線の中間位置Ｏが、それら永久磁石３１が両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（回転方向と垂直な線（図６のＡの位置又は位相））に対して回転方向側にずれている（オフセットされている）。
【００１３】
ここで、界磁コイル２３に界磁電流を流すことで、爪状磁極部２０ａ，２１ａが発生する磁束の位置（位相）は、爪状磁極部２０ａ，２１ａの形状にあわせて発生する。そのため、爪状磁極部２０ａ，２１ａが発生する磁束の位置は、爪状磁極部２０ａ，２１ａの形状の中心（重心）と一致する。一方、永久磁石３１が発生する磁束の位置（位相）も、その永久磁石３１の形状にあわせて発生する。その永久磁石３１が発生する磁束の位置は、永久磁石３１の形状の中心（重心）と一致する。よって、永久磁石３１をその両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線に対して回転方向側にずらして配置しているため、総磁束は、爪状磁極部２０ａ，２１ａの位置に対してポールコア１９の回転方向の進角側にずれて発生する。総磁束とは、爪状磁極部２０ａ，２１ａが発生する磁束に永久磁石３１が発生する磁束を加えた磁束である。
【００１４】
図９は、図６〜図８の本実施形態のポールコア１９の構造を説明するための対比の構造（対比構造）を示す。
図９のポールコア１９の構造では、２つの永久磁石３１それぞれの重心ＣＯ（回転方向では図９のＣの位置）を結んだ線の中間位置Ｏが、それら永久磁石３１が両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（図９のＡの位置又は位相）と一致する。すなわち、爪状磁極部２０ａ，２１ａの中心線に対して対称となる位置に２つの永久磁石３１を配置している。この場合、永久磁石３１の磁束の位置は、ポールコア１９の回転方向で爪状磁極部２０ａ，２１ａの位置と一致する。
【００１５】
図８に示すように、ポールコア１９をなす２つのコア２０，２１で挟み込むようにしつつ、シャフト１５にボビン２８を固定している。このボビン２８に界磁コイル２３を巻回している。このとき、界磁コイル２３はシャフト１５と同心円をなす。これにより、図３に示すように、ポールコア１９の爪状磁極部２０ａ，２１ａの内周面との対向位置に界磁コイル２３が配置される状態となる。また、ボビン２８には絶縁処理を施している。
【００１６】
図３に示すように、シャフト１５は、その両端がエンドブラケット１１，１２の外側面から外方に突出している。そして、図４にも示すように、シャフト１５において第２エンドブラケット１２から突出した部分は、縮径形状になっている。
シャフト１５の一端にはスリップリング２４を固定している。リード線を介して界磁コイル２３と電気的にスリップリング２４を接続している。スリップリング２４は、シャフト１５に沿うことで第２エンドブラケット１２の外側面の外方まで延びている。樹脂モールドによってスリップリング２４をシャフト１５上に固定している。また、シャフト１５の他端には例えばプーリーを固定している。ここで、シャフト１５、ポールコア１９、界磁コイル２３（ボビン２８）及びスリップリング２４は回転子２５を構成している。
【００１７】
第２エンドブラケット１２の外側面に対向する位置にブラシ２６を配置している。ブラシ２６は、スリップリング２４と摺動接触してスリップリング２４に電力を供給する。モータコントローラ６０は、界磁コイル２３に流れる界磁電流を制御する。このとき、界磁コイル２３を励磁する界磁電流をブラシ２６からスリップリング２４に供給し、そこからリード線を介して界磁コイル２３に供給する。これにより、モータコントローラ６０は、モータ１０を回転制御する。
【００１８】
また、図２に示すように、モータコントローラ６０は、界磁コイル２３への通電部分の電流値及び電圧値を測定する。電流値測定は、界磁電流を制御するためのものである。また、電圧値測定は、異常（短絡、過電圧等）を検出するためのものである。
また、図２及び図３に示すように、シャフト１５の端部には、筐体をなすエンドブラケット１１，１２外に配置されるように回転センサ２７を取り付けている。同期モータでは、電機子（ステータコイル１７）に通電するタイミングを回転子２５の位置に合わせなければならない。そのため、回転子２５の回転位置（回転角度）を検出するものとして回転センサ２７を備える。回転センサ２７は、レゾルバやエンコーダである。図２に示すように、回転センサ２７は、検出した信号（回転位置信号、レゾルバ信号）をモータコントローラ６０に出力する。
モータコントローラ６０は、回転センサ２７からの検出信号（回転位置信号、レゾルバ信号）を基に、インバータの駆動信号（インバータ制御信号）を生成する。このとき、モータコントローラ６０は、回転センサ２７からの検出信号を回転位相信号に変換している。
【００１９】
図１０は、モータコントローラ６０において回転センサ２７からの回転位置信号（検出信号、レゾルバ信号）を回転位相信号に変換する構成を示す。図１０に示すように、モータコントローラ６０は、Ｉ／Ｆ回路となる入力ゲインフィルタ６１及び変換ＩＣ（Ｒ／Ｄ  ＩＣ）６２を有する。これにより、モータコントローラ６０は、入力ゲインフィルタ６１及び変換ＩＣ（Ｒ／Ｄ  ＩＣ）６２を介して回転センサ２７からの回転位置信号を変換して、回転位相信号（レゾルバ出力）として出力している。例えば、モータコントローラ６０は、ＥＣＵ（ElectronicControl Unit）である。
モータコントローラ６０は、その変換して得た回転位相信号からインバータ７０の駆動信号（インバータ制御信号）を生成する。
【００２０】
図２に示すように、インバータ７０は、６個のスイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ）７１を備える。具体的には、モータ１０のステータコイル１７の三相に対応して３組の上下アームのスイッチング素子７１に分かれている。インバータ７０は、回転位相信号から得た駆動信号（インバータ制御信号）を基に、その３組の各スイッチング素子７１をそれぞれスイッチング制御して３相交流をステータコイル１７に供給する。このとき、駆動信号（インバータ制御信号）により回転子２５の回転に同期して３組の各スイッチング素子７１を所定のタイミングでスイッチング制御して、３相交流をステータコイル１７に供給する。これにより、ステータコイル１７に電機子電流が流れる。
【００２１】
また、インバータ７０には、インバータの制御用に電流センサ７２及び電圧センサ７３を備える。電流センサ７２及び電圧センサ７３は、検出信号をモータコントローラ６０に出力する。モータコントローラ６０は、電流センサ７２からの電流検出信号を基に、電流フィードバックしてモータトルクや回転数を制御するベクトル制御を行う。また、モータコントローラ６０は、電圧センサ７３からの電圧検出信号を基に、発電機８１からの電圧を監視する。これにより、モータコントローラ６０は、モータ駆動に制限を加える等する。
なお、補助バッテリ８２の電力を、モータ１０の界磁コイル２３に通電することもできる。また、インバータ７０で変換された電力を、モータ１０の界磁コイル２３に通電することもできる。また、サーミスタ８３により、モータ１０（例えば固定子１８）の温度を監視することもできる。
【００２２】
（動作及び作用）
界磁コイル２３に界磁電流を流すことで、ポールコア１９が電磁石として機能し、爪状磁極部２０ａ，２１ａが磁界を発生させる。これにより、爪状磁極部２０ａ，２１ａが発生する磁界とステータコイル１７が発生する磁界との相互作用により、モータ１０（回転子２５）は回転運動する。
このとき、モータコントローラ６０は、モータ低回転時には、そのモータ制御として、界磁コイル２３に最大量の界磁電流を流す。このとき、界磁コイル２３による磁束が主磁束となり、永久磁石３１の磁束（磁石磁束）が補助的な磁束となる。ここで、界磁コイル２３による磁束とは、界磁コイル２３に界磁電流を流すことで発生する磁束、又は爪状磁極部２０ａ，２１ａで発生する磁束である。また、界磁コイル２３による磁束は、界磁電流の大きさに応じて変化する。このような低回転時のモータ制御により、界磁コイル２３による磁束（界磁磁束）が大きくなり、モータ１０は大きなトルクを発生する。
【００２３】
さらに、モータコントローラ６０は、モータ回転数が上昇すると、そのモータ制御として、弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御とは、モータ駆動時にモータが発生する誘起電圧を減少させることによって作動範囲を広げる制御のことである。弱め界磁制御は、モータ制御で多用される界磁制御である。弱め界磁制御として、モータ回転数が上昇するに従い界磁コイル２３への界磁電流の通電量を減少させる。
【００２４】
図１１は、弱め界磁制御時のモータ回転数と界磁電流との関係を示す。図１１に示すように、モータ回転数が上昇すると、そのモータ回転数の上昇と線形関係をもたせて界磁電流を減少させる。
この弱め界磁制御により、モータ回転数が低いとき、界磁コイル２３に流す界磁電流を大きくする。これにより、永久磁石３１の磁束が一定であるため、界磁コイル２３による磁束（界磁磁束）が支配的となる。このとき、総磁束の位置（位相）は、界磁コイル２３による磁束の位置（位相）又は爪状磁極部２０ａ，２１ａの位置（位相）に近くなる。すなわち、前述のように、永久磁石３１をその両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線に対して回転方向側にずらして配置することで、総磁束の位置を界磁コイル２３による磁束の位置に対してポールコア１９の回転方向の進角側にずらしている。これに対して、界磁コイル２３による磁束が支配的になる結果、総磁束の位置は、界磁コイル２３による磁束の位置に近くなる。
【００２５】
そして、この弱め界磁制御では、モータ回転数を上昇させるとき、界磁コイル２３に流す界磁電流を小さくする（最小にする）。これにより、界磁コイル２３による磁束は小さくなる。その結果、永久磁石３１の磁束は一定であるものの、界磁コイル２３による磁束との比較では、永久磁石３１の磁束は相対的に大きくなる。これにより、永久磁石３１の磁束が主になる、或いは支配的になる。この結果、総磁束の位置は、進角側で永久磁石３１の磁束の位置（位相）に近くなる。
【００２６】
以上のように、モータ回転数に応じて界磁電流の大きさを変化させて、総磁束の位置を変化させている。このとき、モータ回転数に対して界磁電流を１次線形で変化させることで、モータ回転数に応じて進角度が１次線形で変化する。ここでいう進角度とは、前記進角側への角度である。
図１２は、界磁電流（モータ回転数）の変化に対する界磁コイル２３による磁束（界磁磁束）の大きさの変化を視覚的に示す。図１２（Ａ）から図１２（Ｂ）への変化として示すように、界磁電流が大きくなると（モータ回転数が低くなると）、界磁コイル２３による磁束（界磁磁束）が大きくなる。また、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、界磁電流（モータ回転数）にかかわらず永久磁石３１の磁束（磁石磁束）は一定である。このようなことから、界磁電流が大きくなると、総磁束は大きくなる。
【００２７】
ところで、前述のように、モータコントローラ６０で回転位置信号（レゾルバ信号）を回転位相信号（レゾルバ出力）に変換している。
ここで、モータコントローラ６０（変換ＩＣ６２等）に入力される位置信号（レゾルバ信号）は、モータ回転数が低いと周波数が低くなるために１周期の時間が長くなる。ここでいう１周期とは、電気角（回転電気角度）を表している。電気角は、ロータ１回転を機械角３６０度とすると、ロータ内の磁極の極数で決まる。例えば６極対（Ｎ極，Ｓ極が６対）の場合、機械角が６０度で、電気角が３６０度となる。１周期は、この電気角３６０度を表し、モータ回転数が高くなるほど、時間（周期）が短くなる。よって、モータ回転数が低い場合、モータコントローラ６０に入力される回転位置信号の１周期の時間が長くなり、モータ回転数が高い場合、モータコントローラ６０に入力される回転位置信号の１周期の時間が短くなる。
【００２８】
一方、モータコントローラ６０（変換ＩＣ６２等）は、一定の処理時間により処理を行っている（処理時間が決まっている）。例えば、モータコントローラ６０を構成する入力ゲインフィルタ６１はフィルタ定数のため、変換ＩＣ６２は変換処理時間（Ｒ／Ｄ処理時間）のため、ゲインフィルタ６１及び変換ＩＣ６２はそれぞれ一定の処理時間で処理を行っている。そして、このようなモータコントローラ６０の処理時間は、モータ回転数によらず一定である。よって、モータ回転数が低い場合には、回転位置信号（回転センサ２７の検出信号）の１周期の時間が長くなるため（周波数が低くなるため）、モータコントローラ６０がその回転位置信号に対して処理に割く時間（処理時間の相対的な割合）は短くなる。この場合、モータコントローラ６０の処理の遅れ時間は、無視できるレベルになる。しかし、モータ回転数が高い場合には、回転位置信号の１周期の時間が短くなるため（周波数が高くなるため）、モータコントローラ６０がその回転位置信号に対して処理に割く時間（処理時間との相対的な割合）は長くなる。この結果、モータ回転数が低い場合と比較して、モータコントローラ６０の処理の遅れ時間は長くなる。
【００２９】
以上から、モータコントローラ６０の処理時間が一定であることで、モータ回転数が高くなるほど、回転位置信号に対する処理遅れ時間が長くなる。具体的には、モータ回転数に応じて回転位置信号の処理遅れ（変換処理等の処理遅れ）が１次線形で変化する。このような回転位置信号の処理遅れが発生すると、回転位置信号から得る回転位相信号の出力遅れが発生することになる。
以上のように、モータ回転数に応じて１次線形で界磁電流の大きさを変化させることで、モータ回転数に応じて１次線形で総磁束の位置を進角側で変化させている。その一方で、モータ回転数に応じて回転位置信号の処理遅れが１次線形で変化する。
【００３０】
図１３は、モータ回転数に応じた回転位置信号の処理遅れ（回転位相信号の処理遅れとも言える）（図１３（Ａ））、磁束進角（総磁束の位相の進角）（図１３（Ｂ））及び回転位相信号の出力位相遅れ（図１３（Ｃ））との関係を示す。図１３（Ａ）に示すように、モータ回転数が高くなると１次線形で回転位置信号の処理遅れが長くなる。一方、図１３（Ｂ）に示すように、モータ回転数が高くなると１次線形で磁束進角が大きくなる。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、回転位置信号の処理遅れと磁束進角とが相殺されて、その磁束（総磁束）の位相、すなわち磁極に対する回転位相信号の出力位相遅れは零になる。
【００３１】
図１４では、誘起電圧でみた場合の制御遅れ等との関係を示す。図１４に示すように、モータ回転数が高くなると、制御遅れ（回転位置信号の処理遅れ）が長くなる。また、弱め界磁制御により、モータ回転数が高くなるほど、界磁電流を小さくしている。そのために、界磁コイル２３による誘起電圧（又は界磁磁束）が小さくなる。その一方で、永久磁石３１による誘起電圧（又は磁石磁束）が（相対的に）大きくなる。この結果、モータ回転数が高くなるほど、界磁コイル２３による誘起電圧と永久磁石３１による誘起電圧とを加算した総誘起電圧（又は総磁束）の値は減少するものの、総誘起電圧の位相は、永久磁石３１による誘起電圧の位相側に進むようになる（永久磁石３１による誘起電圧の位相に近づく）。
このように、モータ回転数が高くなると、制御遅れが大きくなる。一方で、モータ回転数が高くなると、総誘起電圧の位相が永久磁石３１による誘起電圧の位相側に進む。これにより、制御遅れと誘起電圧の位相の進みとが相殺されて、誘起電圧変化に対する遅れを零として回転位相信号を出力できる。
【００３２】
図１５は、誘起電圧と回転位相信号（レゾルバ出力）との関係を示す。図１５（Ａ）に示すように、モータ回転数が高く界磁電流が小さいと（前記図１２（Ａ）と同一条件）、界磁コイル２３による誘起電圧が小さくなるため、総誘起電圧（又は総磁束）は小さくなる。一方、図１５（Ｂ）に示すように、モータ回転数が低く界磁電流が大きいと（図１２（Ｂ）と同一条件）、界磁コイル２３による誘起電圧（又は界磁磁束）が大きくなるので、総誘起電圧は大きくなる。このように、界磁電流に応じて総誘起電圧は変化するものの、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、界磁電流にかかわらず、すなわちモータ回転数にかかわらず、回転位相信号（レゾルバ出力）の位相変化と総誘起電圧の位相変化とが一致（同期）されたものとなる。
【００３３】
ここで、モータ１０が逆回転する場合を考える。前述のように、回転方向（一方方向、正転方向）に対して進角側となるように永久磁石３１を配置している。そのため、モータ１０が逆回転すると、永久磁石３１が回転方向に対して遅角側（進角側とは反対側）に位置されることになる。しかし、モータ１０が車両駆動用であれば、モータ１０の逆回転は車両後退方向となる。そして、通常は、その後退方向では、モータ回転数を大きく上昇させない制御となる。よって、弱め界磁制御を行うようなシーンにはならないため、界磁電流を流さなくなる（界磁電流を小さくする）ようなことはない。このように界磁電流が小さくならないことで、永久磁石３１の磁束が支配的になることはない。この結果、モータ１０の逆回転時に永久磁石３１の位置が遅角側になっても、その影響はモータの性能にほとんど現れない。また、弱め界磁制御を行わないようなモータ低回転時については、界磁電流が大きく界磁コイル２３の磁束が支配的となるため、同様に、永久磁石３１が遅角側配置となる影響はほとんど発生しない。
【００３４】
（実施形態の変形例）
（１）本実施形態では、弱め界磁制御として、界磁コイル２３に流す界磁電流を制御している。これに対して、弱め界磁制御として、電機子電流（３相のステータコイル１７への電流）を制御することも加えて実施することもできる。この場合、電機子電流の電流位相を磁極部の磁束を打ち消す方向に流し、その電流量を可変制御する。
（２）２つの永久磁石３１それぞれの重心ＢＯ（回転方向では図６のＢの位置）を結んだ線の中間位置Ｏが、それら永久磁石３１が両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（図６のＡの位置）に対して回転方向側にずれていれば、永久磁石３１の形状や配置を他のものにすることもできる。
【００３５】
（３）図１６は、永久磁石３１の他の形状を示す。図１６に示すように、爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）において回転方向側に取り付けてある永久磁石３１を、該爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の基部側に延びる形状にする。また、爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）において回転方向側とは反対側（逆転方向側）に取り付けてある永久磁石３１を、該爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の端部側に延びる形状にする。例えば、前記図９のように、２つの永久磁石３１それぞれの重心ＣＯを結んだ線の中間位置が、爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（図１６のＡの位置）と一致する該永久磁石３１について、前述のように基部側又は先端側を長くする。これにより、２つの永久磁石３１それぞれの重心ＤＯ（回転方向では図１６のＤの位置）を結んだ線の中間位置Ｏが、それら永久磁石３１が両側に位置される爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（図１３のＡの位置）に対して回転方向側にずれることになる。
【００３６】
（４）図１７及び図１８は、永久磁石３１のさらに他の形状を示す。図１７及び図１８に示すように、永久磁石３１を爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の表面に配置する。ここでいう爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の表面は、爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）における回転子２５の径方向の側面となる。そして、その永久磁石３１を、その中心位置Ｅ（回転方向における中心位置）が爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の中心線（図１７のＡの位置）に対して回転方向側にずれるように配置する。この場合、隣接する爪状磁極部２０ａ，２１ａの間（磁極間）に永久磁石３１を配置したままとすることもできる（前記図６、図１６参照）。また、隣接する爪状磁極部２０ａ，２１ａの間（磁極間）の永久磁石３１に代えて、図１７及び図１８に示すように、永久磁石３１を爪状磁極部２０ａ（又は２１ａ）の表面に配置する。
【００３７】
（５）モータ１０が有する複数の永久磁石３１のうち少なくとも１つの永久磁石３１を、総磁束の位相が進角側となるように配置することができる。
なお、本実施形態では、シャフト１５は、筐体に対して回転自在に支持された回転軸を実現している。また、回転子２５は、前記回転軸に取り付けらた鉄心（ポールコア１９）及び界磁巻線（界磁コイル２３）とを有する回転子を実現している。また、固定子１８は、前記筐体に固定され、前記回転子に対向する固定子を実現している。また、爪状磁極部２０ａ，２１ａは、前記界磁巻線の外周側で前記回転子の回転方向に配列され、かつ前記回転子の回転方向で交互に異なる極性を有する複数の磁極部を実現している。
【００３８】
そして、本実施形態では、前記磁極部の磁束を補うための永久磁石を備えるととともに、前記磁極部が発生する磁束と前記永久磁石が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該磁極部が発生する磁束の位置よりも前記回転子が正転する回転方向側になるように該永久磁石を配置することを実現している。
具体的には、隣接する２つの磁極部の間に前記永久磁石を配置し、前記永久磁石の中心位置が、該隣接する２つの磁極部の中心位置を結んだ線の中間位置よりも前記回転子が正転する回転方向側にあることを実現している（前記図６、図１６参照）。
【００３９】
また、前記磁極部における前記回転子の径方向の側面に前記永久磁石を配置し、前記永久磁石の中心位置が、該永久磁石を設けた磁極部の中心位置よりも前記回転軸が正転する回転方向側にあることを実現している（前記図１７、図１８参照）。
また、本実施形態では、回転センサ２７は、前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段を実現している。また、モータコントローラ６０（特に入力ゲインフィルタ６１及び変換ＩＣ（Ｒ／Ｄ  ＩＣ）６２）は、前記回転位置検出手段が検出した回転位置を回転位相信号に変換する位相信号変換手段を実現している。また、インバータ７０は、前記位相信号変換手段が変換して得た回転位相信号を基に素子をスイッチング制御し、前記固定子に電機子電流を流すインバータを実現している。また、モータコントローラ６０は、及び前記界磁巻線に界磁電流を流す界磁電流制御手段を実現しており、前記回転子の回転数が高くなるほど前記界磁巻線への界磁電流を小さくする弱め界磁制御をすることを実現している。
【００４０】
（効果）
本実施形態における効果は次のようになる。
（１）永久磁石付き界磁巻線型モータにおいて、爪状磁極部２０ａ，２１ａ（界磁コイル２３）の磁束を補うための永久磁石を備えるととともに、界磁コイル２３による磁束と永久磁石３１が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該界磁コイル２３による磁束の位置よりも回転子２５が正転する回転方向側になるように該永久磁石３１を配置する。
【００４１】
これにより、モータ回転数が高くなるほど界磁コイル２３への界磁電流を小さくする弱め界磁制御をすると、モータ回転数が高いときには、界磁コイル２３による磁束が減少する。そのため、界磁コイル２３による磁束との比較で永久磁石３１の磁束が相対的に大きくなる。これにより、総磁束では、永久磁石３１の磁束が主となり、総磁束の位置（位相）が界磁コイル２３による磁束の位置（位相）に対して回転子２３が正転する回転方向側に進む。この結果、モータコントローラ６０（位相信号変換手段）で回転位置信号を回転位相信号に変換する処理に遅れがあっても、総磁束の位置の進みとその処理遅れとの相殺で、総磁束の位置、すなわち爪状磁極部２０ａ，２１ａに位置に対して回転位相信号の出力が遅れてしまうのを防止できる。
【００４２】
また、弱め界磁制御をすると、モータ回転数が低いときには、界磁電流が大きいことで、総磁束では界磁コイル２３による磁束が主となる。これにより、総磁束への永久磁石３１の磁束の影響が小さくなり、界磁コイル２３による磁束の位置に対する総磁束の位置の進みは小さくなる。一方、モータ回転数が低いために、回転位置信号を回転位相信号に変換する処理の遅れもほとんど発生しない。この結果、モータ回転数が低いときにも、総磁束の位置に対して回転位相信号の出力が遅れてしまうのを防止できる。
これにより、モータの出力トルク低下や振動音の悪化等、性能が悪化するのを防止できる。
【００４３】
（２）隣接する２つの爪状磁極部２０ａ，２１ａの間に永久磁石３１を配置する。このとき、永久磁石３１の中心位置が、該隣接する２つの爪状磁極部２０ａ，２１ａの中心位置を結んだ線の中間位置よりも回転子２５が正転する回転方向側にある。
これにより、界磁コイル２３による磁束と永久磁石３１が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該界磁コイル２３による磁束の位置よりも回転子２５が正転する回転方向側になるように該永久磁石３１を配置する構成を簡単に実現できる。
【００４４】
（３）爪状磁極部２０ａ，２１ａにおける回転子２５の径方向の側面に永久磁石３１を配置する。このとき、永久磁石３１の中心位置が、該永久磁石３１を設けた爪状磁極部２０ａ，２１ａの中心位置よりも回転軸が正転する回転方向側にある。
これにより、界磁コイル２３による磁束と永久磁石３１が発生する磁束とを加算した総磁束の位置が、該界磁コイル２３による磁束の位置よりも回転子２５が正転する回転方向側になるように該永久磁石３１を配置する構成を簡単に実現できる。
【００４５】
（４）弱め界磁制御では、モータ回転数に応じて界磁電流を１次線形で変化させる。
モータが低回転から高回転まで増加するときに、総磁束の位相の進みが連続的に大きくなる。これに対して、モータ回転数が高くなるほど界磁電流を小さくすることができ、回転位置信号を回転位相信号に変換する処理遅れと、総磁束の位相の進みとを適切に相殺できる。これにより、モータの使用回転数全域にて、回転位相信号の出力が遅れてしまうのを防止できる等の効果がある。
【００４６】
（５）特許文献１のように、ホール素子やホールＩＣ等といった磁気検出手段を設けることもないので、磁極位置検出精度の低下に起因する問題も発生しない。例えば、磁気検出精度、すなわち磁極位置検出精度が低いと、車両駆動用モータで良く採用されるベクトル制御のような高級なモータ駆動制御ができないため、トルク低下や振動騒音が悪化してしまう。しかし、本実施形態では、そのような磁気検出手段を有する構造でないため、そのような問題も発生しない。
また、特許文献１では、磁極位置検出手段として被検出体及び磁気検出手段をモータ内部に配置しているため、組み付け時の磁極位置調整機能を構造上持っていない、又は組み付け時の磁極位置調整が困難である。磁極位置調整が正確でないと、位置精度が悪くなることで、トルク低下や振動騒音が悪化してしまう。しかし、本実施形態では、そのような磁極検出手段等を有する構造でないため、そのような問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態のモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】モータ駆動制御装置の具体例を示す図である。
【図３】モータの構成を示す図である。
【図４】モータにおけるポールコアとシャフトとからなる構成を示す正面図である。
【図５】モータにおけるポールコアの側面図である。
【図６】永久磁石の取付構造を示す正面図である。
【図７】永久磁石の取付構造を示す斜視図である。
【図８】ポールコア、ボビン及び永久磁石等で示す組み立て斜視図である。
【図９】永久磁石の取付構造の対比例を示す正面図である。
【図１０】モータコントローラにおいて回転センサからの検出信号（レゾルバ信号）を回転位相信号に変換する構成を示すブロック図である。
【図１１】弱め界磁制御におけるモータ回転数と界磁電流との関係を示す特性図である。
【図１２】界磁電流（モータ回転数）の変化に対する界磁コイルによる磁束（界磁磁束）の大きさの変化を視覚的に示す図である。
【図１３】モータ回転数に対する回転位置信号（又は回転位相信号）の処理遅れ（（Ａ））、磁束進角（（Ｂ））及び回転位相信号の出力位相遅れ（（Ｃ））との関係を示す図である。
【図１４】誘起電圧でみた場合の制御遅れ等との関係を示す図である。
【図１５】誘起電圧と回転位相信号（レゾルバ出力）との関係を示す特性図である。
【図１６】永久磁石の他の取付構造を示す正面図である。
【図１７】永久磁石のさらに他の取付構造を示す正面図である。
【図１８】永久磁石のさらに他の取付構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  モータ、１５  シャフト、１６  ステータコア、１７  ステータコイル、１８  固定子、１９  ポールコア、２０ａ，２１ａ  爪状磁極部、２３  界磁コイル、２５  回転子、３１  永久磁石  ６０  モータコントローラ、７０  インバータ
【図１】
2010130823.tif 000003
【図２】
2010130823.tif 000004
【図３】
2010130823.tif 000005
【図４】
2010130823.tif 000006
【図５】
2010130823.tif 000007
【図６】
2010130823.tif 000008
【図７】
2010130823.tif 000009
【図８】
2010130823.tif 000010
【図９】
2010130823.tif 000011
【図１０】
2010130823.tif 000012
【図１１】
2010130823.tif 000013
【図１２】
2010130823.tif 000014
【図１３】
2010130823.tif 000015
【図１４】
2010130823.tif 000016
【図１５】
2010130823.tif 000017
【図１６】
2010130823.tif 000018
【図１７】
2010130823.tif 000019
【図１８】
2010130823.tif 000020