(57)【要約】  可変界磁型モータの制御装置において、目標駆動電流に対して現在駆動電流が少なく、デューティ比が１００％に達していた場合にはアクチュエータ１１により、ステータ６およびロータ４の重ね合わせ量を減少させるなどして、界磁要素からアーマチュアに供給される磁界を通常値から減少させる制御を行い、現在駆動電流を増大させることができる。逆に、ステータおよびロータの重ね合わせ量を減少させた状態で、目標駆動電流に対して現在駆動電流が大きい場合には、ステータおよびロータの重ね合わせ量を通常の状態に戻し、磁界を通常値に戻す。これにより、デューティ比１００％で回転数が頭打ちになることがなく、デューティ比１００％までの領域で最適であるように設計したモータであっても、より高速型とすることができ、モータの好適運転範囲が広がる。【選択図】図２
2008072372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変界磁モータシステムであって、
アーマチュア、 前記アーマチュアに巻回されたアーマチュアコイル、界磁要素及び、前記界磁要素から前記アーマチュアに供給される磁界を通常値から減少させるための界磁コントローラを有するモータと、
前記コイルに電流を供給する電流供給回路と、
前記コイルに供給された電流を検出するための電流センサと、
目標電流を入力するための入力装置と、
前記コイルに供給される電流をパルス幅変調し、パルス幅変調された電流のパルス幅を最小値と最大値との間で変化させることにより、前記コイルに供給される電流を、前記目標電流に基づいてフィードバック制御するための制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記パルス幅が前記最大値に到達したときに、前記磁界を減少させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送り、前記磁界が減少したレベルにある間は、前記パルス幅が前記最大値に維持することを特徴とする可変界磁モータシステム。
【請求項２】
前記検出電流が、前記目標電流を超えたときには、前記制御装置は、前記磁界を増大させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送ることを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項３】
前記磁界が前記通常のレベルに復帰する程度に前記目標電流が減少したときに、前記制御装置は、前記コイルに供給される電流の前記フィードバック制御を再開することを特徴とする請求項２に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項４】
前記モータのための位相進角コントローラを更に有し、前記制御装置は、前記パルス幅が前記最大値に到達したときに、前記モータの位相角を通常値から進角し、前記検出電流が、前記目標電流を超えたときには、前記モータの位相角を遅角することを特徴とする請求項３に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項５】
前記検出電流が前記目標電流を超え、かつ前記モータの位相角が前記通常値に達したときには、前記コイルに供給される電流の前記フィードバック制御を再開することを特徴とする請求項４に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項６】
前記検出電流が、前記目標電流を超え、かつ前記パルス幅が、前記最大値よりも小さい或る限度値を下回ったときに、前記制御装置は、前記磁界を増大させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送ることを特徴とする請求項５に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項７】
前記パルス幅が、前記最大値に達し、かつ前記モータの位相角が第１の進角値に達したとき、前記制御装置は、前記磁界を減少させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送ることを特徴とする請求項４に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項８】
前記モータの位相角が、前記第１の進角値よりも小さい第２の進角値を下回ったとき、前記制御装置は、前記磁界を増大させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送ることを特徴とする請求項７に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項９】
前記界磁コントローラが、前記界磁要素を前記アーマチュアに対して、前記アーマチュアに供給される磁界を減少させる向きに相対変位させるためのアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータシステム。
【請求項１０】
前記界磁要素が、前記モータのロータの一部をなす永久磁石を含み、前記アーマチュア及び前記アーマチュアコイルが、前記モータのステータの一部をなすことを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及びステータ間に通る磁束を増減可能な可変界磁モータシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータとステータとの一方にコイル巻線を設け、他方に永久磁石を設けたモータに対して、ステータに対するロータの回転角度を検出し、回転角度検出信号に同期した位相であってパルス幅変調された制御信号によりデューティ比制御するようにしたブラシレスモータの制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３４９７８号公報
【０００３】
上記したようなブラシレスモータの制御装置にあっては、デューティ比を増減させるＰＷＭ制御が用いられているが、デューティ比を１００％にした場合、それ以上電流を流すことができないという問題があった。【０００４】
また、上記したようなモータ制御装置にあっては、モータの回転数を所定の回転数まで上げるためにデューティ比を上げていくが、デューティ比が所定の設定値（第１の値）として例えば最大値となる１００％になっても所望の電流が流れていない場合がある。そのような場合にはモータの電流角を進角させてより多くの電流を流すことができるようにし、それによりモータ出力を増大することが可能となる。しかしながら、過度の進角はモータ効率を低下させることになるという問題があった。【０００５】
そこで、デューティ制御と進角制御とを上記したように行うと共に、さらに可変界磁構造にして進角制御と併せて可変界磁も行うようにして、より広範な電流制御を行うことができるようにすることが考えられる。可変界磁構造としては、例えばコア（ステータ）をロータの軸線方向に変位可能に設けると共にそのステータを電動アクチュエータにより移動させるようにして、コアをロータに対して出し入れすることで可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来技術の問題点及び発明者の知見に鑑み、本発明の主な目的は、デューティ比制御されるモータに於いて、モータに供給される電流のデューティ比がデューティ限度値に達しても、目標電流値が検出電流値よりも尚大きいと判定され、より多くの電流を流すことが望まれる場合に、電流供給量を更に増加し得るような可変界磁モータシステムを提供することにある。【０００７】
本発明の第２の目的は、低速域から高速域に渡って高い効率でモータを運転することができる可変界磁モータシステムを提供することにある。【０００８】
本発明の第３の目的は、応答性の良好な可変界磁モータシステムを提供することにある。【０００９】
本発明の第４の目的は、制御構造が単純な可変界磁モータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的は、可変界磁モータシステムであって、アーマチュア、 前記アーマチュアに巻回されたアーマチュアコイル、界磁要素及び、前記界磁要素から前記アーマチュアに供給される磁界を通常値から減少させるための界磁コントローラを有するモータと、前記コイルに電流を供給する電流供給回路と、前記コイルに供給された電流を検出するための電流センサと、目標電流を入力するための入力装置と、前記コイルに供給される電流をパルス幅変調し、パルス幅変調された電流のパルス幅を最小値と最大値との間で変化させることにより、前記コイルに供給される電流を、前記目標電流に基づいてフィードバック制御するための制御装置とを有し、前記制御装置は、前記パルス幅が前記最大値に到達したときに、前記磁界を減少させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送り、前記磁界が減少したレベルにある間は、前記パルス幅が前記最大値に維持することを特徴とする可変界磁モータシステムを提供することにより少なくとも部分的に達成される。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、デューティ比がデューティ限度値に達しても、目標電流値が検出電流値よりも尚大きいと判定され、より多くの電流を流すことが望まれる場合に、例えばデューティ限度値がデューティ比１００％に設定されていたらそれ以上のデューティ制御による電流増大制御ができないことから、ステータおよびロータの重ね合わせ量を減少させるなどして、界磁要素からアーマチュアに供給される磁界を通常値から減少させる制御を行うことによりアーマチュアコイルに誘起される逆起電力が低減するため、更に供給電流を増大させることが可能となる。また、磁界を通常値から減少させている間はデューティ制御を禁止することにより、デューティ限度値に達するまではデューティ制御を行い、デューティ比がデューティ限度値に達した状態ではステータおよびロータ間の移動制御を行うことができ、デューティ制御と界磁制御とを区別した確実なモータ駆動制御を行うことができる。これにより、デューティ限度値で回転数が頭打ちになることがなく、低速回転での効率を重視して設計したモータであっても、より高速型とすることができ、モータの駆動制御範囲が広がる。【００１２】
この場合、前記検出電流が、前記目標電流を超えたときには、前記制御装置は、前記磁界を増大させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送り、前記磁界が前記通常のレベルに復帰する程度に前記目標電流が減少したときには、前記制御装置は、前記コイルに供給される電流の前記フィードバック制御を再開すると良い。【００１３】
本発明のある実施例に於いては、可変界磁モータシステムが、前記モータのための位相進角コントローラを更に有し、前記制御装置は、前記パルス幅が前記最大値に到達したときに、前記モータの位相角を通常値から進角し、前記検出電流が、前記目標電流を超えたときには、前記モータの位相角を遅角するようにしている。【００１４】
界磁制御は、通常機械的に行われ、多少の応答時間遅れを伴わざるを得ないが、進角制御は電気的に行われ、比較的応答時間遅れを伴わない。従って、この場合、検出電流がデューティ限度値に達したときには、直ちに進角制御が開始し、応答良く供給電流を増大させることができる。特に、進角制御が開始した後、界磁制御が進行するに伴い、進角制御を減少、例えば漸減させるように、界磁制御が進角制御に優先して実行されるようにすれば、効率の低い進角制御が過渡的な状態に於いてのみ行われ、効率の高い界磁制御が定常的に行われることとなり、高い応答性と高い効率とを両立させることができる。【００１５】
この場合、前記検出電流が前記目標電流を超え、かつ前記モータの位相角が前記通常値に達したときには、前記コイルに供給される電流の前記フィードバック制御を再開すること良い。また、モータの位相角が通常値に戻された後も、検出電流が、目標電流を超えているような場合には、通常、モータを応答良く減速することが望まれる。そこで、比較的応答時間遅れを伴う界磁制御に依存して減速すると応答性が損なわれる惧れがあることに鑑み、前記磁界を増大させるような界磁制御による減速は、前記パルス幅が、前記最大値よりも小さい或る限度値を下回ったときに開始すると良い。【００１６】
本発明の別の実施例に於いては、前記パルス幅が、前記最大値に達し、かつ前記モータの位相角が第１の進角値に達したとき、前記制御装置は、前記磁界を減少させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送るようにしている。これによっても、加速時に於ける高い応答性と高い効率とを両立させることができる。前記モータの位相角が、前記第１の進角値よりも小さい第２の進角値を下回ったとき、前記制御装置は、前記磁界を増大させるように、前記界磁コントローラに対して制御信号を送るようにすれば、減速時に於いても高い応答性と高い効率とを両立させることができる。【００１７】
また、前記界磁コントローラが、前記界磁要素を前記アーマチュアに対して、前記アーマチュアに供給される磁界を減少させる向きに相対変位させるためのアクチュエータを含むものであって良く、前記界磁要素が、前記モータのロータの一部をなす永久磁石を含み、前記アーマチュア及び前記アーマチュアコイルが、前記モータのステータの一部をなすものであって良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は電動自動車の駆動輪Ｗに適用された例を示す模式的断面図である。図において、車体１に固定支持軸２が側方に突出するように固定されており、その固定支持軸２には一対の軸受３ａ・３ｂを介してモータのアウタロータとなるロータ４が回転自在に支持されている。ロータ４の外周部には駆動輪Ｗが取り付けられている。【００１９】
ロータ４は、有底円筒形状をなしかつその中心部に中空のボス部を有する形状であり、ボス部を形成する小径周壁部４ａと、その小径周壁部を同軸に外囲する大径周壁部４ｂとを有する。図に示されるように、ロータ４の両周壁部４ａ・４ｂ間の空間が車体１側に開放されている。大径周壁部４ｂの内周面には、界磁要素をなすように周方向にＮ・Ｓ極を並べた複数のマグネット５が配設され、大径周壁部４ｂはヨークとしても機能するものであって良い。また、両周壁部４ａ・４ｂによる空間に受容されるようにステータ６が設けられている。【００２０】
固定支持軸２の車体１に固設された部分には外向フランジが形成されており、その外向フランジには小径周壁部４ａを同軸的に外囲するガイド部材７が固設されている。ガイド部材７には例えばセレーションにより固定支持軸２の軸線方向に移動自在にされたスライド部材８が支持されている。スライド部材８の外周面には半径方向外向きの鍔８ａが突設されており、その鍔に例えばビス止めされたブラケットを介してステータ６が支持されている。【００２１】
ステータ６は、積層鋼板により形成された環状部分及びその環状部分から半径方向外向きに突出する複数のティースからなるアーマチュアをなすコア６ａと、それらティースに巻回されたアーマチュアコイルとしてのコイル９とを有し、上記したようにスライド部材８と一体のブラケットにコア６ａの環状部分が適所でねじ止めされている。このようにして構成されたステータ６と上記ロータ４とにより本発明が適用されるモータＭとなる部分が構成されている。なお、図示例ではステータ６にコア（アーマチュア）６ａ及びコイル６を設け、ロータ４にマグネット（界磁要素）５を設けたが、これに限られるものではなく、ステータ６にマグネットを設け、ロータ４にコイル６を設ける構造であっても良い。【００２２】
スライド部材８は、回転モータ型の電動アクチュエータ１１により上記固定支持軸２の軸線方向に往復駆動されるようになっており、一体のステータ６も同様に往復移動する。図示例では、固定支持軸２の外向フランジにブラケットを介してアクチュエータ１１が固定されていると共に、アクチュエータ１１の回転軸に設けられた大ギアと噛み合う小ギアを同軸に有する駆動軸１２が、スライド部材８の移動方向に延在するように固定支持軸２の外向フランジ及び上記ブラケットにより軸支されている。その駆動軸１２のスライド部材８側には例えば台形ねじ部１２ａが設けられており、その台形ねじ部１２ａに螺合するナット部材１３がスライド部材８の鍔８ａに固着されている。このようにして移動手段が構成されている。【００２３】
この移動手段によりモータＭの有効磁束を調整することができる。すなわち、アクチュエータ１１を回転駆動することにより駆動軸１２が回転し、そのねじ部１２ａに螺合しているナット部材１３が駆動軸１２の軸線方向に移動するため、スライド部材８と一体のコア６ａが駆動軸１２と平行になる固定支持軸２の軸線方向に移動し得る。これにより、コア６ａのティース突出端面がマグネット５の磁極面と重なる量が変化し、マグネット５とコア６ａとの間の磁束が増減するため、可変界磁型のブラシレスモータが構成される。【００２４】
次に、本発明に基づく制御構造について、図２のブロック回路図を参照して説明する。なお、図示例のモータＭの基本形にあっては３相のブラシレスモータと同様のものであって良い。【００２５】
図示例では、電源としての車載バッテリＢＴに、ＦＥＴを用いたブリッジ回路が構成された駆動電流供給回路としてのインバータ２１を介してモータＭの各相コイル９が接続されている。なお、バッテリＢＴとインバータ２１とを接続する電源線には電流検出センサ２２が設けられており、それにより検出された電流検出信号が、制御手段を構成する制御回路ＥＣＵの電流検出回路２５に入力するようになっている。モータＭにはステータ６に対するロータ４の回転角度を検出する回転角度センサ２４が設けられており、その回転角度信号が回転角度検出回路２７に入力し、回転角度検出回路２７ではロータ４の回転位置及び回転数（回転速度）を算出する。このようにして回転角度検出手段が構成されている。【００２６】
また、制御回路ＥＣＵ内には、外部の例えばアクセル開度センサ（図示せず）からの信号であって良い運転操作信号が入力する運転操作入力回路（入力装置）２８と、運転操作入力回路２８からの出力信号が入力する出力電流指令回路２９と、出力電流指令回路２９および電流検出回路２５からの各出力信号が入力する電流比較回路３１と、電流比較回路３１からの出力信号が入力するデューティ決定手段としての出力Ｄｕｔｙ決定回路３３と、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号が入力するデューティ判定手段としてのＤｕｔｙ限度値判定回路３６と、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号に基づいてパルス幅変調されかつデューティ比に応じた制御信号としてのＰＷＭ信号をインバータ２１に出力するパルス幅変調信号発生手段としてのＰＷＭ信号生成回路３８と、運転操作入力回路２８または電流比較回路３１またはＤｕｔｙ限度値判定回路３６または外部からのステータ位置操作手段（図示せず）からの各出力信号に基づいてステータ６の位置を決めるステータ位置制御回路３９と、ステータ位置制御回路３９からのステータ位置信号に基づいてアクチュエータ１１に駆動信号を出力する移動制御手段としての位置駆動回路４０と、ステータ位置制御回路３９からのステータ位置信号に基づいて出力デューティ決定回路３３によるデューティ比を変更する出力を禁止する禁止手段としての禁止回路４２が設けられている。【００２７】
なお、上記Ｄｕｔｙ限度値判定回路３６にあっては、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号によるデューティ比がデューティ限度値（最大値）、例えば１００％に達したと判定したらその結果をステータ位置制御回路３９に出力する。また、ステータ位置制御回路３９では、各入力信号の優先順位または組み合わせを設定して、それに応じてステータ位置信号を出力するようにして良い。また、各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。【００２８】
上記ステータ位置制御回路３９にてステータ６（コア６ａ）の設定位置（目標位置）を算出し、それに応じた位置制御信号が位置駆動回路４０からアクチュエータ１１に出力され、アクチュエータ１１によりステータ６（コア６ａ）を駆動しかつ上記目標位置で停止状態にする。これにより、上記したようにマグネット５の磁極面とコア６ａのティース突出端面との重なり量（互いに対向する部分の面積；以下、対向面積と称する）が増減し、対向面積を通ることになる有効磁束が増減するため、モータＭの特性を、対向面積を大きくした場合には低回転・高トルク型とし、対向面積を小さくした場合には高回転・低トルク型とすることができる。ここで言う対向面積とは、磁気的な意味であって、ロータとステータとの間の磁気的結合量の尺度を表す量であれば良く、例えば前記重なり量に代えて或いはそれに加えて、ロータとステータとの間の距離をも含むものであってよい。【００２９】
次に、本発明に基づく駆動制御要領を図３を参照して以下に説明する。なお、自動車におけるアクセル踏み込み量に相当する操作量に応じて運転操作入力回路２８から操作信号を出力電流指令回路２９に出力し、その操作信号に応じてデューティ比による加減速制御を行う点については、公知のＰＷＭ制御と同様であって良く、その詳しい説明を省略する。【００３０】
上記運転操作入力回路２８において駆動（加速）制御を行うとした場合には、図３のステップＳＴ１で電流検出センサ２２による電流値の読み込みを行い、次のステップＳＴ２では電流比較回路３１により目標駆動電流（出力電流指令回路２９の出力値）と現在駆動電流（電流検出回路２５の出力値）との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３ではＤｕｔｙ判定回路３６によりデューティ比（以後ＤＵＴＹと記す）がデューティ限度値としての値ＭＡＸに達したか否かを判別する。図示例では第１の値ＭＡＸを１００％とするが、モータの特性や使用環境に応じて必ずしも１００％である必要はない。また、ＤＵＴＹは、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３で決定された値であるが、図２のブロック図に示されるように、操作量に基づいて設定された出力電流指令値と電流検出値との比較（例えば差分）に応じて決定される。【００３１】
上記ステップＳＴ３でＤＵＴＹがデューティ限度値ＭＡＸに達したと判定された場合にはステップＳＴ４に進む。このステップＳＴ７に進んできた場合には、デューティ比が最大（１００％）でありかつ駆動電流を増やしたい場合である。デューティ比の増加による電流を増やす制御が頭打ちになった場合には有効磁束を減少させることにより電流を増大することができる。デューティ比が最大になっている場合には高速回転している場合があり、そのような高速回転では逆起電力の増大により、電流をより多く流すことができなくなる。しかしながら、図示例のようにステータ６とロータ４との間の対向面積を変えて有効磁束を可変にする構造にあっては、ステータ６とロータ４との間の対向面積を減少させる、すなわち有効磁束を減らすことにより逆起電力が減少して、電流をより多く流すことができるようになる。なお、電流の増減制御に対しては進角を変える進角制御でも可能であるが、コア６ａの挿抜による方が、効率が良い。【００３２】
そのため、ステップＳＴ４ではコアを抜く制御を行うが、コア移動制御中は、例えばコア移動制御中の信号を用いて禁止回路４２により出力Ｄｕｔｙ決定回路３３に対してデューティ制御を禁止し、ステップＳＴ１に戻る。このように、コア６ａの移動制御を行う場合にはデューティ制御を確実に禁止することにより、制御対象が明確になり、制御プログラムを簡略化することができ、上記したような効果的な駆動制御を低コストで提供し得る。また、デューティ限度値ＭＡＸが１００％である場合、スイッチング損失の少ない１００％デューティの動作領域が広がり、高効率な駆動が可能となる。【００３３】
なお、コア６ａが図１の実線で示されるように位置する方向にコア６ａが入ると表現し、二点鎖線で示されるように位置する方向に対してはコア６ａを抜くと表現するものとする。また、目標位置とは、ステータ位置制御回路３９により設定したコア６ａの位置である。界磁弱め制御を行わない場合には最大に入れておくものとする（図１の実線）。【００３４】
また、ステップＳＴ３でデューティ比がデューティ限度値ＭＡＸに達していないと判定された場合にはステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、電流比較回路３１の比較結果に基づいて出力Ｄｕｔｙ決定回路３３により決定されたデューティ比になるように、ＰＷＭ信号生成回路３８による駆動ＤＵＴＹを増やす制御を行って、ステップＳＴ１に戻る。その増加されたＤＵＴＹでインバータ２１が制御され、モータＭの駆動力が増加する。【００３５】
上記ステップＳＴ２で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６ではコア６ａが最も入った位置（有効磁束が最大となる位置）であるか否かを判別し、最も入った位置ではない（少しでも抜けた位置にある）と判定された場合にはステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、この場合には現在の駆動電流が目標値に対して多過ぎることになるため、電流を減らすべくコア６ａを入れる制御を行う。このステップＳＴ７に進んだ場合とは、コア６ａが抜けている状態であり、それは上記ステップＳＴ３・４を経てコア６ａが抜かれた場合に相当し、デューティ比がデューティ限度値ＭＡＸに達している場合である。その状態で目標電流を下げる制御を行うというのは、デューティ制御が禁止された状態であることから、高回転側から低回転側に回転速度を落とす制御として、上記ステップＳＴ４とは逆にコア６ａを入れてステップＳＴ１に戻る。【００３６】
ステップＳＴ６でコア６ａが最も入った位置にあると判定された場合にはステップＳＴ８に進む。この場合にはコア６ａを抜いた制御を行っていない場合デューティ制御の禁止を解除してデューティ制御を行っている状態とし、デューティ制御における電流減少制御としてデューティ比を減らす制御を行い、ステップＳＴ１に戻る。【００３７】
このようにして、駆動制御を行うことにより、最大有効磁束におけるデューティ制御と、デューティ比がデューティ限度値に達した状態での界磁可変制御とを使い分けてモータを駆動制御することができるため、広範囲な駆動制御を実現し得る。特別に高速回転まで運転可能な特性となるモータを用いた場合には低速回転での運転に対して効率良く運転していることにはならないが、図示された実施例によれば、そのような低速回転での運転で効率の良い特性となるモータを用い、さらに特別な場面となる高速回転での運転にも対応可能となるというという大きな効果を奏し得る。【００３８】
図示された実施例にかかるモータ駆動装置は、駆動制御においてより高速回転が可能な効果を有し、可変界磁型のブラシレスモータ装置などとして有用である。【００３９】
次に本発明の第２実施例を、図４から６について説明する。この実施例に於いても、図１に示されたモータを用いて構成することができ、更に図２のブロック図に示された構成と部分的に共通な構成が用いられることから、第２実施例に対応する部分には同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する【００４０】
図４に示されるように、本実施例では、運転操作入力回路２８、電流比較回路３１及びＤｕｔｙ（第１）限度値判定回路３６の出力は、ステータ位置制御回路３９に直接伝送されずに、進角制御回路３７に伝送される。進角制御回路３７からの出力信号は、ステータ位置制御回路３９及び出力Ｄｕｔｙ決定回路３３に送られる。更に、禁止回路４２が用いられず、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号が入力するＤｕｔｙ第２限度値判定回路４１が用いられ、その出力信号は、ステータ位置制御回路３９に送られる。【００４１】
なお、上記Ｄｕｔｙ第１限度値判定回路３６にあっては、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号によるデューティ比が第１限度値（最大値）としての１００％に達したと判定したらその結果を進角制御回路３７に出力するものであり、Ｄｕｔｙ第２限度値判定回路４１にあっては、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号によるデューティ比が第２限度値としての例えば９０％を下回ったと判定したらその結果をステータ位置制御回路３９に出力するものである。図示例では両判定回路３６・４１によりデューティ判定手段が構成されている。また、ステータ位置制御回路３９では、各入力信号の優先順位または組み合わせを設定して、それに応じてステータ位置信号を出力するようにして良い。本実施例では、デューティ比が第１限度値に達したことには、進角制御が早く応答するが、界磁制御が優先して行われるようにする。また、各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。【００４２】
次に、第２実施例の駆動制御要領を図５を参照して以下に示す。上記運転操作入力回路２８において駆動（加速）制御を行うとした場合には、図５のステップＳＴ１１で電流検出センサ２２による電流値の読み込みを行い、次のステップＳＴ１２ではＤｕｔｙ第１限度値判定回路３６によりデューティ比（以後ＤＵＴＹと記す）が第１限度値ＭＡＸに達したか否かを判別する。図示例では第１限度値ＭＡＸを１００％とするが、モータの特性や使用環境に応じて必ずしも１００％である必要はない。また、ＤＵＴＹは、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３で決定された値であるが、図４のブロック図に示されるように、操作量に基づいて設定された出力電流指令値と電流検出値との比較（例えば差分）に応じて決定される。【００４３】
ステップＳＴ１２でＤＵＴＹが第１限度値ＭＡＸに達していないと判定された場合にはステップＳＴ１３に進む。ステップＳＴ１３では、電流比較回路３１により目標駆動電流（出力電流指令回路２９の出力値）と現在駆動電流（電流検出回路２５の出力値）との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップＳＴ１４に進む。ステップＳＴ１４では、ＰＷＭ信号生成回路３８による駆動ＤＵＴＹを増やす制御を行う。その増加されたＤＵＴＹでインバータ２１が制御され、モータＭの駆動力が増加する。それに対して、ステップＳＴ１３で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップＳＴ１５に進み、そこでは駆動ＤＵＴＹを減らす制御を行う。これにより現在の駆動電流を目標駆動電流に向けて下げることができる。【００４４】
上記ステップＳＴ１２でＤＵＴＹが第１限度値ＭＡＸに達したと判定された場合にはステップＳＴ１６に進む。そのステップＳＴ１６では、上記ステップＳＴ１３と同様に目標駆動電流と現在駆動電流との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップＳＴ１７に進む。ステップＳＴ１７では、進角制御回路３７により進角量を増やす制御を行う。なお、進角量の増減にあっては、公知のブラシレスモータにおける進角制御と同様に各相（Ｕ・Ｖ・Ｗ相）の電流波形の立ち上がりを電気角において進角させ、それに応じてＰＷＭ信号生成回路３８によりインバータ２１を制御する等であって良く、その詳細な説明は省略する（進角制御にあっては以後同様とする）。【００４５】
このステップＳＴ１７に進んできた場合には、デューティ比が最大（１００％）でありかつ駆動電流を増やしたい場合である。デューティ比の増加による電流を増やす制御が頭打ちになった場合には、進角させたり、有効磁束を減少させたりすることにより電流を増大することができる。しかしながら、図示例のようにステータ６とロータ４との間の重なりを変えて有効磁束を可変にする構造にあっては、その制御を機械的に行うことになる。そのような機械的な制御速度に対して、進角制御回路３７による制御にあっては電気的に行うことができるため、進角量を増やす制御を行う方が応答遅れのない素早い制御となる。そのため、ステップＳＴ１７では進角量を増やす制御を行う。【００４６】
ステップＳＴ１６で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップＳＴ１８に進み、この場合には現在の駆動電流が多過ぎることになるため、電流を減らすべく進角制御回路３７により進角量を減らす制御を行う。この場合も、上記と同様の理由により電気的処理による素早い応答性を実現し得る。【００４７】
なお、上記各ステップＳＴ１４・５およびＳＴ１７・８における増減量にあっては、比較結果における差分量に応じた大きさに対応するものとすることにより、目標値と現在値とが近い値である場合には増減量は微小となり、特に一致した場合の処理を別途設ける必要はない。【００４８】
上記ステップＳＴ１４・５およびＳＴ１７・８のいずれかを経た後にはステップＳＴ１９に進む。ステップＳＴ１９では、進角制御回路３７により進角制御（進角通電）中であるか否かを判別する。進角制御中であると判定された場合にはステップＳＴ２０に進む。この場合は上記ステップＳＴ１７またはＳＴ１８を経た場合であり、進角量を増やし過ぎてモータ効率が悪化してしまうことを防止するために、ステップＳＴ２０では、ステータ位置制御回路３９によりコア６ａを抜く（ステータ６をロータ４に対して重なり量が減少する方に移動させる）制御を行い、ステップＳＴ１１に戻る。【００４９】
なお、コア６ａが図１の実線で示されるように位置する方向にコア６ａが入ると表現し、二点鎖線で示されるように位置する方向に対してはコア６ａを抜くと表現するものとする。また、目標位置とは、ステータ位置制御回路３９により設定したコア６ａの位置である。界磁弱め制御を行わない場合には最大に入れておくものとする（図１の実線）。【００５０】
上記ステップＳＴ１８で進角量を減らす制御を行った場合もステップＳＴ２０でコア６ａを抜くことになるが、上記したように進角制御を行うのは素早い応答性のためであり、電流の増減制御に対してはコア６ａの挿抜による方の効率が良いため、進角量の増減にかかわらず進角制御中であればコア６ａを抜くようにしている。【００５１】
ステップＳＴ１９で進角制御中ではないと判定された場合にはステップＳＴ２１に進み、そこでＤＵＴＹが第２限度値としての９０％を下回っているか否かを判別する。ＤＵＴＹが９０％以上であると判定された場合にはステップＳＴ１１に戻る。ステップＳＴ２１でＤＵＴＹが９０％を下回ったと判定された場合にはステップＳＴ２２に進む。ステップＳＴ２２では、ステータ位置制御回路３９によりコア６ａを入れる（ステータ６のロータ４に対する位置を一致させる方に移動させる）制御を行い、ステップＳＴ１１に戻る。【００５２】
進角制御中ではなく、ＤＵＴＹが第２限度値（９０％）を下回った場合とは、進角量が０であってデューティ比が減ったことになり、ＤＵＴＹの増減で通常の駆動制御を行う状態に戻った場合とすることができる。したがって、コア６ａの位置を有効磁束が最大となる位置に戻し、通常のモータにおけるデューティ制御を行うようにする。【００５３】
このようにして、モータ特性を最大限に生かした制御を行うことができる。磁束の可変制御ができないモータに対して、より高速型とすることができ、かつＤＵＴＹが最大値を越えた場合の応答性も良いものとなる。図示された実施例にかかるモータ駆動装置は、より多くの電流を流すことができると共に高効率な駆動制御を行うブラシレスモータ装置等として有用である。【００５４】
図６は、この制御の作用をダイヤグラムにより示している。制御パラメータとしてデューティ比と進角とを用い、図に示されるように、デューティ比が０〜１００％の制御にあってはデューティ比の増減に応じて電流を増減させるデューティ領域とし、デューティ比の限度値として１００％を設定した場合には、デューティ比が１００％に達したら進角の増減に応じて電流を増減させる進角領域として制御することができる。そして、可変界磁制御としては、界磁量を減らす場合にはデューティ比が１００％に達しかつ電流を増大させる場合には進角させると共にステータを抜き、界磁量を増やす場合には進角が０°になりさらにデューティ比が１００％以下で例えば９０％を下回ったらステータを入れる。これにより、電流を増大させる場合には、進角だけの場合に対して、界磁量を減らすことで電流の増大量を大きくすることができ、しかも加速及び減速の何れの場合も高い応答性を確保することができる。【００５５】
次に本発明の第３実施例を図７から９について説明する。この実施例に於いても、図１に示されたモータを用いて構成することができ、更に図３に示された第２実施例のブロック図に示された構成と部分的に共通な構成が用いられることから、第２実施例に対応する部分には同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する。この実施例でも、電流を増大させる場合には、進角だけの場合に対して、界磁量を減らすことで電流の増大量を大きくすることができ、しかも加速及び減速の何れの場合も高い応答性を確保することができ、しかも制御構造を、一層単純化することができる。【００５６】
図７に示されるように、本実施例では、進角制御回路３７からの出力信号は、ステータ位置制御回路３９に直接伝送されずに、それぞれ互いに並列に配置された進角６°判定回路４３および進角４°判定回路４４を介して、ステータ位置制御回路３９に伝送される。また、Ｄｕｔｙ第２限度値判定回路４１が用いられずに、ステータ位置制御回路３９は、進角６°判定回路４３または進角４°判定回路４４或いは外部からのステータ位置操作手段（図示せず）からの各出力信号に基づいてステータ６の位置を決定する。【００５７】
なお、進角６°判定回路４３にあっては、進角制御回路３７からの出力信号による進角が第１の値としての６°以上になったらその結果をステータ位置制御回路３９に出力し、進角４°判定回路４４にあっては、進角制御回路３７からの出力信号による進角が第２の値としての４°以下になったらその結果をステータ位置制御回路３９に出力する。図示例では両判定回路４３・４４により進角判定手段が構成されている。【００５８】
次に、本発明に基づく駆動制御要領を図８を参照して以下に説明する。なお、自動車におけるアクセル踏み込み量に相当する操作量に応じて運転操作入力回路２８から操作信号を出力電流指令回路２９と進角制御回路３７とに出力し、その操作信号に応じてデューティ比による加減速制御を行う点については、公知のＰＷＭ制御と同じであって良く、その詳しい説明を省略する。【００５９】
上記運転操作入力回路２８において駆動（加速）制御を行うとした場合には、図８のステップＳＴ３１で電流検出センサ２２による電流値の読み込みを行い、次のステップＳＴ３２ではＤｕｔｙ限度値判定回路３６によりデューティ比（以後ＤＵＴＹと記す）が限度値に達したか否かを判別する。図示例では図９に併せて示されるように限度値を１００％とするが、モータの特性や使用環境に応じて必ずしも１００％である必要はない。図９に示されるように、ＤＵＴＹがその限度値（１００％）に至るまではデューティ制御を行うデューティ領域であり、ＤＵＴＹが限度値に達し、さらに電流を流す場合には進角制御を行う進角領域である。また、ＤＵＴＹは、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３で決定された値であるが、図６のブロック図に示されるように、操作量に基づいて設定された出力電流指令値と電流検出値との比較（例えば差分）に応じて決定される。【００６０】
ステップＳＴ３２でＤＵＴＹが限度値に達していないと判定された場合にはステップＳＴ３３に進む。ステップＳＴ３３では、電流比較回路３１により目標駆動電流（出力電流指令回路２９の出力値）と現在駆動電流（電流検出回路２５の出力値）との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップＳＴ３４に進む。ステップＳＴ３４では、ＰＷＭ信号生成回路３８による駆動ＤＵＴＹを増やす制御を行う。その増加されたＤＵＴＹでインバータ２１が制御され、モータＭの駆動電流が増加する。それに対して、ステップＳＴ３３で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップＳＴ３５に進み、そこでは駆動ＤＵＴＹを減らす制御を行う。これにより現在の駆動電流を目標駆動電流に向けて下げることができる。これらステップＳＴ３４・ＳＴ３４５での制御は図９のデューティ領域となる。【００６１】
上記ステップＳＴ３２でＤＵＴＹが限度値に達したと判定された場合にはステップＳＴ３６に進む。この場合には図９に示される進角領域となる。そのステップＳＴ３６では、上記ステップＳＴ３３と同様に目標駆動電流と現在駆動電流との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップＳＴ３７に進む。ステップＳＴ３７では、進角制御回路３７により進角量を増やす制御を行う。なお、進角量の増減にあっては、公知のブラシレスモータにおける進角制御と同様に各相（Ｕ・Ｖ・Ｗ相）の電流波形の立ち上がりを電気角において進角させ、それに応じてＰＷＭ信号生成回路３８によりインバータ２１を制御する等であって良く、その詳細な説明は省略する（進角制御にあっては以後同様とする）。【００６２】
このステップＳＴ３７に進んできた場合には、デューティ比が最大（１００％）でありかつ駆動電流を増やしたい場合である。デューティ比の増加による電流を増やす制御が頭打ちになった場合には、進角させたり、有効磁束を減少させたりすることにより電流を増大することができる。しかしながら、図示例のようにステータ６とロータ４との間の重なりを変えて有効磁束を可変にする構造にあっては、その制御を機械的に行うことになる。そのような機械的な制御速度に対して、進角制御回路３７による制御にあっては電気的に行うことができるため、進角量を増やす制御を行う方が応答遅れのない素早い制御となる。そのため、ステップＳＴ３７では進角量を増やす制御を行う。【００６３】
また、ステップＳＴ３６で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップＳＴ３８に進み、この場合には現在の駆動電流が多過ぎることになるため、電流を減らすべく進角制御回路３７により進角量を減らす制御を行う。この場合も、上記と同様の理由により電気的処理による素早い応答性を実現し得る。【００６４】
なお、上記各ステップＳＴ３４・ＳＴ３４５およびＳＴ３７・ＳＴ３８における増減量にあっては、比較結果における差分量に応じた大きさに対応するものとすることにより、目標値と現在値とが近い値である場合には増減量は微小となり、特に一致した場合の処理を別途設ける必要はない。【００６５】
上記ステップＳＴ３４・ＳＴ３５およびＳＴ３７・ＳＴ３８のいずれかを経た後にはステップＳＴ３９に進む。ステップＳＴ３９では、進角制御回路３７により進角制御（進角通電）中であるか否かを判別する。進角制御中であると判定された場合にはステップＳＴ４０に進み、進角が第１の値としての６°以上であるか否かを判別する。進角が６°以上の場合にはステップＳＴ４１に進み、進角が６°未満の場合にはステップＳＴ４２に進む。【００６６】
ステップＳＴ４１では、進角量を増やし過ぎてモータ効率が悪化してしまうことを防止すると共に電流の増減制御に対しては界磁の増減による方の効率が良いため、ステータ位置制御回路３９によりコア６ａを抜く（ステータ６をロータ４に対して、両者間の重なりを減少させる方に移動させる）制御を行い（図８参照）、ステップＳＴ３１に戻る。【００６７】
上記ステップＳＴ４０で、進角が６°未満であると判定されて進むステップＳＴ４２では進角が第２の値としての４°以下になったか否かを判別する。進角が４°以下であると判定された場合にはステップＳＴ４３に進み、進角が４°を下回っていない場合にはステップＳＴ３１に戻る。【００６８】
ステップＳＴ４３では、進角量が減ってきたことから電流を大きく減らし過ぎてしまうことを防止するために、ステータ位置制御回路３９によりコア６ａを入れる（ステータ６をロータ４に対して距離が減少する方に移動させる）制御を行い（図９参照）、ステップＳＴ３１に戻る。【００６９】
なお、進角領域での制御においてコア６ａの挿抜により進角も変化するため、それにより進角が０°に戻ったらステップＳＴ３９からステップＳＴ３１に戻る。そして、ステップＳＴ３２でＤＵＴＹの限度値との比較を行い、その結果に応じてデューティ制御または進角制御を行う。【００７０】
このように制御することにより、図９に示されるように、コア６ａの挿抜を行う場合を進角領域としており、具体的には進角６°以上でコア６ａを抜き、進角４°以下でコアを入れるようにしていることから、コア６ａ（ステータ６）を入れたり抜いたりして可変界磁制御を行う基準が進角だけとなり、極めてシンプルな制御を行うことができる。【００７１】
本実施例にかかるモータ駆動装置は、より多くの電流を流すことができると共に高効率な駆動制御を行うブラシレスモータ装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】電動自動車の駆動輪Ｗに適用された実施例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の制御構造を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例の制御要領を示すフロー図である。
【図４】本発明の第２実施例の制御構造を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明の第２実施例の制御要領を示すフロー図である。
【図６】本発明の第２実施例の可変界磁制御要領を示すダイヤグラム図である。
【図７】本発明の第３実施例の制御構造を示す回路ブロック図である。
【図８】本発明の第３実施例の制御要領を示すフロー図である。
【図９】本発明の第３実施例の可変界磁制御要領を示すダイヤグラム図である。
【符号の説明】
【００７３】
４  ロータ
５  マグネット
６  ステータ
７  ガイド部材
８  スライド部材
１１  アクチュエータ
２１  インバータ
２４  回転センサ
３６  ＤＵＴＹ（第１）限度値判定回路
３７  進角制御回路
３９  ステータ位置制御回路
４０  位置駆動回路
４１  ＤＵＴＹ第２限度値判定回路
４２  禁止回路
４３  進角６°判定回路
４４  進角４°判定回路
ＢＴ  バッテリ
ＥＣＵ  制御回路
Ｍ  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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