(57)【要約】  複数の永久磁石が周方向に設けられた回転子コアを有する回転子と、複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有する固定子とを備える。回転子は、回転子コアまたは永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向に変化する構成を有し、固定子は、各相毎に第１の固定子コイルと第２の固定子コイルとが、固定子コアに通電切替え自在に巻装された構成を有し、第２の固定子コイルへ通電を切り替えた場合、固定子が内周側に形成する磁場の分布パターンが全周中で唯一性を有する。
2013073264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石が周方向に設けられた回転子コアを有する回転子と、
複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有するとともに、前記回転子と所定のエアギャップを介して対向配置される固定子と、
を備え、
前記回転子は、
前記回転子コアまたは前記永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向に変化する構成を有し、
前記固定子は、
各相毎に第１の固定子コイルと第２の固定子コイルとが、前記固定子コアに通電切替え自在に巻装された構成を有し、前記第２の固定子コイルへ通電を切り替えた場合、前記固定子が内周側に形成する磁場の分布パターンが全周中で唯一性を有する
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記第１の固定子コイルの一部に前記第２の固定子コイルが含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記固定子の構造は、
前記第２の固定子コイルが発生する前記エアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
前記回転子の構造は、
前記エアギャップに面する表面上における磁極の総数が４以上であり、当該回転子が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ。
【請求項５】
前記回転子は、突極性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項６】
前記第２の固定子コイルへ通電を切り替えた場合、
当該第２の固定子コイルを除く他の固定子コイルへの通電が禁止される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項７】
前記回転子コアは、
半径の長さがそれぞれ異なる部位を周方向に沿って形成したことにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項８】
前記回転子コアは、
周方向に沿って埋設された各前記永久磁石の回転子コア周縁からの隔離深さをそれぞれ異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項９】
前記回転子コアは、
前記複数の永久磁石の大きさまたは形状を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項１０】
前記回転子コアは、
前記永久磁石を配設するために形成された磁石配設孔に連なるスリットを有し、各スリットの長さまたは形状を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項１１】
前記複数の永久磁石は、
各永久磁石の磁束密度を異ならせることにより、前記回転子の磁気特性を変化させた
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項１２】
前記回転子は、
前記回転子コアの磁気的中心が回転軸の軸心に対して偏心している、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ。
【請求項１３】
前記第２の固定子コイルへ通電を切り替えた場合、
当該第２の固定子コイルを除く他の固定子コイルへの通電が禁止される
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記磁気的中心の偏心は、前記回転子コアの物理的軸線が前記回転軸からずれることにより生起し、前記回転子コアの外周面と前記固定子コアの内周面との間隔が周方向に変化している
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載のモータ。
【請求項１５】
前記各永久磁石の径方向の長さは、前記回転軸の中心から前記各永久磁石の外周面までの径方向の長さが同一となるように設定される
ことを特徴とする請求項１２，１３または１４に記載のモータ。
【請求項１６】
前記磁気的中心の偏心は、前記回転子コアの透磁率の周方向への変化によって生起する
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載のモータ。
【請求項１７】
前記固定子コアは、内周面が断面略楕円形状である
ことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１つに記載のモータと、
前記モータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転子の回転を制御する回転子制御部と、
前記固定子コイルのインダクタンスを計測するインダクタンス計測部と、
前記回転子の機械角に応じたインダクタンスを示す基準データを前記機械角の情報に関連付けて記憶する記憶部と、
前記インダクタンス計測部によって計測したインダクタンスの値と前記記憶部に記憶した基準データとに基づいて、前記回転子の機械角を推定する機械角推定部と、を備えることを特徴とするモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、モータおよびモータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの回転を制御するために回転子の位置を検出することが行われる。モータの回転子の回転位置を検出するためには、エンコーダなどの位置検出器を用いることが一般的であった。【０００３】
しかし、省配線，省スペース，過酷な環境での信頼性の向上という観点から、エンコーダを用いることなく回転子の位置を検出する技術が模索されてきた。【０００４】
かかる技術の一例として、特許文献１に開示される技術が提案された。これは、回転子の回転位置（機械角の変位による位置）の変化による固定子側のコイル巻線のインダクタンスの変化が、回転軸に取付けられた磁極部の磁気抵抗の変化に対応した値になることを利用したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、あくまでも電気角を介した相対的な機械角しか推定できなかった。すなわち、特許文献１をはじめとする従来の技術では、回転子の絶対位置を示す絶対的な機械角を直接推定することはできなかった。【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子の絶対的な機械角を推定可能なモータおよびモータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係るモータは、複数の永久磁石が周方向に設けられた回転子コアを有する回転子と、複数相の固定子コイルが巻装された固定子コアを有するとともに、前記回転子と所定のエアギャップを介して対向配置される固定子とを備える。前記回転子は、前記回転子コアまたは前記永久磁石の磁気特性の変化パターンが、周方向に変化する構成を有する。一方、前記固定子は、各相毎に第１の固定子コイルと第２の固定子コイルとが、前記固定子コアに通電切替え自在に巻装された構成を有し、前記第２の固定子コイルへ通電を切り替えた場合、前記固定子が内周側に形成する磁場の分布パターンが全周中で唯一性を有する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、エンコーダを用いることなく回転子の回転位置を高精度で推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るモータシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係るモータの回転子および固定子の、回転子中心軸を含む平面での断面図である。
【図３】図３は、比較例に係るモータの回転子および固定子の、回転子中心軸に垂直な平面での断面図である。
【図４】図４は、比較例に係るモータの数式モデルの一例を示す図である。
【図５】図５は、比較例に係るモータの永久磁石の磁極の名称とｄ軸およびｑ軸に対応する位置を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルの名称と配置を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、比較例に係るモータの固定子コイルの結線を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルの巻き方向を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、比較例に係るモータの固定子コイルの結線を巻き方向とともに示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、比較例に係るモータの固定子コイルへの交流電流の通電の方法を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示す通電の方法とした場合に発生する磁束の分布を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、比較例に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、比較例に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１０】図１０は、比較例に係るモータの回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３Ａに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３Ｂに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１３Ｃに示したモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１５】図１５は、実施形態に係るモータの回転子の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、実施形態の変形例を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、実施形態の変形例を示す図である。
【図１８】図１８は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、実施形態に係るモータの回転子のｑ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、実施形態の変形例を示す図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、実施形態の変形例を示す図である。
【図２６】図２６は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２７】図２７は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図２８】図２８は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図２９】図２９は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３０】図３０は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図３１】図３１は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３２】図３２は、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図３３】図３３は、実施形態に係るモータの回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３４Ａ】図３４Ａは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図３４Ｃ】図３４Ｃは、実施形態に係るモータの回転子の例を示す図である。
【図３５Ａ】図３５Ａは、図３４Ａに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは、図３４Ｂに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３５Ｃ】図３５Ｃは、図３４Ｃに示す回転子のｄ軸に生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３６Ａ】図３６Ａは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。
【図３６Ｂ】図３６Ｂは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。
【図３６Ｃ】図３６Ｃは、実施形態に係るモータの固定子の例を示す図である。
【図３７Ａ】図３７Ａは、図３６Ａに示す固定子への通電形態を示す図である。
【図３７Ｂ】図３７Ｂは、図３６Ｂに示す固定子への通電形態を示す図である。
【図３７Ｃ】図３７Ｃは、図３６Ｃに示す固定子への通電形態を示す図である。
【図３８Ａ】図３８Ａは、本発明の実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、本発明の実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３８Ｃ】図３８Ｃは、本発明の実施形態に係るモータにおいて、回転子の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）を置き固定子コイルに交流電流を通電した場合の、固定子コアに生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図３９】図３９は、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せを示す図である。
【図４０Ａ】図４０Ａは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおいて生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図４０Ｂ】図４０Ｂは、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおいて生じる磁束の密度と分布を示す図である。
【図４１】図４１は、実施形態に係るモータの回転子と固定子の組合せにおける回転子の絶対位置と応答電流の振幅の関係を示す図である。
【図４２】図４２は、絶対位置検出を行う場合のシステム状態を示す絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。
【図４３】図４３は、モータ駆動を行う場合のシステム状態を示す絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。
【図４４】図４４は、変形例に係る絶対位置エンコーダレスサーボシステムのブロック図である。
【図４５Ａ】図４５Ａは、通常駆動時の巻線パターンを示す説明図である。
【図４５Ｂ】図４５Ｂは、同巻線パターンにおける巻線と巻線切替えスイッチの結線を示す説明図である。
【図４６Ａ】図４６Ａは、絶対位置検出可能とした第１の巻線パターンを示す説明図である。
【図４６Ｂ】図４６Ｂは、同第１の巻線パターンにおける巻線と巻線切替えスイッチの結線を示す説明図である。
【図４７Ａ】図４７Ａは、絶対位置検出可能とした第２の巻線パターンを示す説明図である。
【図４７Ｂ】図４７Ｂは、同第２の巻線パターンにおける巻線と巻線切替えスイッチの結線を示す説明図である。
【図４８】図４８は、第２の実施形態に係るモータの縦断面視による説明図である。
【図４９】図４９は、第２の実施形態に係るモータの正面視による模式図である。
【図５０】図５０は、第２の実施形態に係るモータの回転子構造を示す説明図である。
【図５１Ａ】図５１Ａは、第２の実施形態に係るモータの固定子を示す模式図である。
【図５１Ｂ】図５１Ｂは、第２の実施形態に係るモータの固定子構造を示す説明図である。
【図５２】図５２は、スイッチを切り替えた場合のモータの正面視による模式図である。
【図５３】図５３は、電気角半周（機械角４５度）で現れるインダクタンス値の極値を示す説明図である。
【図５４】図５４は、第２の実施形態に係るモータの機械角を推定する手順を示す説明図である。
【図５５Ａ】図５５Ａは、第２の実施形態における第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図５５Ｂ】図５５Ｂは、第２の実施形態における第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図５６】図５６は、第２の実施形態の変形例１に係る回転子構造を示す説明図である。
【図５７】図５７は、第２の実施形態の変形例２に係る回転子構造を示す説明図である。
【図５８】図５８は、第２の実施形態の変形例３に係る回転子構造を示す説明図である。
【図５９】図５９は、第２の実施形態の変形例４に係る回転子構造を示す説明図である。
【図６０】図６０は、第３の実施形態に係るモータの縦断面視による説明図である。
【図６１】図６１は、第３の実施形態に係るモータの正面視による模式図である。
【図６２】図６２は、第３の実施形態に係るモータの回転子構造を示す説明図である。
【図６３Ａ】図６３Ａは、第３の実施形態に係るモータの固定子を示す模式図である。
【図６３Ｂ】図６３Ｂは、第３の実施形態に係るモータの固定子構造を示す説明図である。
【図６４】図６４は、第３の実施形態に係るモータの機械角を推定する手順を示す説明図である。
【図６５】図６５は、第３の実施形態に係るモータの機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図である。
【図６６Ａ】図６６Ａは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子を示す模式図である。
【図６６Ｂ】図６６Ｂは、第３の実施形態の変形例１に係る固定子構造を示す説明図である。
【図６７Ａ】図６７Ａは、第３の実施形態の変形例２に係る固定子を示す模式図である。
【図６７Ｂ】図６７Ｂは、第３の実施形態の変形例２に係る固定子構造を示す説明図である。
【図６８Ａ】図６８Ａは、第３の実施形態の第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図６８Ｂ】図６８Ｂは、第３の実施形態の第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図６９Ａ】図６９Ａは、変形例１に係る第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図６９Ｂ】図６９Ｂは、変形例１に係る第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図７０Ａ】図７０Ａは、変形例２に係る第１の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【図７０Ｂ】図７０Ｂは、変形例２に係る第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するモータおよびモータシステムの実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、実施形態に係るモータシステムの概略構成を示すブロック図、図２は、実施形態に係るモータの回転子中心軸を含む平面での断面図である。
【００１３】
図１に示すように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。制御装置２０は、後述する回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２、記憶部２３および機械角推定部２４を備える。なお、図１中、符号Ａｘは回転軸１１の軸心（中心）、すなわちモータ中心軸を示す。
【００１４】
また、モータ１０には、固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）が付設されており、このスイッチＳＷは制御装置２０に電気的に接続している。スイッチＳＷは、制御装置２０からの指令によって切り替えられる。
【００１５】
モータ１０は、ここでは図示を省略した後述の永久磁石１８および回転子コア１７ａを有する回転子１７と、後述する第１の固定子コイル１５１および第２の固定子コイル１５２からなる複数個の固定子コイル１５および固定子コア１６ａを有し、回転子１７とエアギャップを介して対向配置される固定子１６とを備える。回転子１７は、軸受１４Ａ，１４Ｂによりブラケット１３Ａ，１３Ｂに回転可能に保持され、固定子１６はその外周をフレーム１２により保持され、ブラケット１３Ａ，１３Ｂはフレーム１２と締結されている。
【００１６】
回転子１７は、エアギャップに面する表面上における磁極の総数（磁極数）が４以上である。そして、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。つまり、ある一定の大きさの起磁力により回転子１７のｄ軸またはｑ軸に対応する位置に磁束を発生させた場合に、回転子１７の周方向のある機械角１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度が、他の１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度よりも高くなる。しかも、回転子１７の絶対位置の検出処理を実行している間は、複数個の固定子コイル１５のうち一部の固定子コイル（以下、「第２の固定子コイル」と表す場合がある）のみを検出用コイルとして利用する。しかも、検出用コイル（第２の固定子コイル）が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。つまり、回転子１７の代わりに固定子１６と対向するように円筒コア１７０（積層された電磁鋼板から成る）を置き、検出用コイルである第２の固定子コイルに交流電流を通電した場合に、固定子コア１６ａの周方向のある機械角１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度が、他の１８０度の範囲におけるエアギャップ中の磁束密度よりも高くなる。
【００１７】
理解を容易にするために、まず、比較例のモータの回転子１００および固定子２００について、図３を用いて説明する。
【００１８】
図３は、比較例のモータの回転子１００および固定子２００の、回転子中心軸に垂直な平面での断面図である。ここでは、回転子１００の磁極数が６、固定子２００のコイル数が９、コイル形態は集中巻のＳＰＭ（表面磁石）型モータを代表例として示している。
【００１９】
比較例のモータの回転子１００は、積層された電磁鋼板や機械構造用炭素鋼の切削品などから成る回転子コア１１０と、回転子コア１１０のエアギャップに対向する面に装着される永久磁石１２０とから構成されている。永久磁石１２０は、希土類元素を含む焼結材、希土類元素を含む樹脂混合材、フェライト磁石などから成り、着磁された磁化の向きは、回転子１００の略径方向である。
【００２０】
モータの数式モデルの一般的な代表例として、ｄｑ座標系におけるモデルが知られている。ｄｑ座標系モデルは、図４に示すように、三相座標系（Ｕ相軸、Ｖ相軸、Ｗ相軸の３つの座標軸で示される静止した座標系）におけるモータ特性方程式を、ｄｑ座標系（ｄ軸、ｑ軸の２つの座標軸で示される回転子とともに回転する座標系）に変換することにより数学的に導出される。
【００２１】
図５は、実際の回転子１００におけるｄ軸およびｑ軸の位置を示す。本例では、極対数は３（磁極数６の２分の１）であるので、ｄｑ座標系におけるｄ軸およびｑ軸のそれぞれに対して、永久磁石１２０のＮ極の中心を通る３本のｄ軸（以下、実ｄ軸と呼ぶ）と、回転子１００の隣り合う永久磁石１２０の中心を通る３本のｑ軸（以下、実ｑ軸と呼ぶ）が存在する。これら複数個の実ｄ軸と実ｑ軸を区別するために、図５に示すように、時計回りにｄ１軸、ｄ２軸、ｄ３軸、ｑ１軸、ｑ２軸、ｑ３軸と名前を付ける。
【００２２】
一方、比較例のモータの固定子２００は、図３に示すように、周方向に略等間隔で設けられたティース部２１１を備える固定子コア２１０と、ティース部２１１に集中巻方式により巻回される固定子コイル２２０とから構成されている。固定子コア２１０は、積層された電磁鋼板などから成る。全部で９個の固定子コイル２２０は、回転子１００が反時計方向に回転する場合は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように３つの相、すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に割り当てられる。なお、各固定子コイル２２０の巻き方向は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように設定される。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、丸囲み十字の記号は紙面に対して上から下へ向かう向き、丸囲み黒丸の記号は紙面に対して下から上へ向かう向きを示す。各固定子コイル２２０は、図７Ｂに示すように互いに結線され、全体として三相スター結線を構成している。
【００２３】
図８Ａは、比較例に係るモータの固定子コイル２２０への交流電流の通電の方法を示す図であり、図８Ｂは、そのときに発生する磁束の分布を示す図である。さて、図８Ａに示すように、固定子コイル２２０のＶ相端子とＷ相端子を直結し、その直結された端子からＵ相端子へ向かって交流電流を通電すると、図８Ｂに示すように磁束が発生する。図８Ｂは、ある時刻において交流電流により発生する磁束の分布を示しており、電流の変化に応じて交番している磁束のある瞬間における分布を示している。図８Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表している。この固定子２００の状態において、図５に示した回転子１００のｄ１軸が図８Ｂ中のＵ１固定子コイルの中心に一致するように回転子１００を設置すると、回転子１００のｄ軸に対応する位置に磁束を発生させることができる。また、この固定子２００の状態において、図５に示した回転子１００のｑ１軸が、図８Ｂ中のＵ１固定子コイル２２０の中心に一致するように、回転子１００を設置すると、回転子１００のｑ軸に対応する位置に磁束を発生させることができる。
【００２４】
図９Ａおよび図９Ｂは、比較例のモータの回転子１００のｄ軸およびｑ軸の位置に上述の方法により磁束を発生させた場合の磁束の分布を示す。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。比較例のモータの回転子１００は、その電気特性（例えば、永久磁石の導電率）が周方向に一定で均一であるため、起磁力の大きさをある一定の大きさに固定すれば、上述の３個の実ｄ軸のいずれに対しても同じ密度の磁束が発生するので、矢印の線の太さはすべて同じとなっている。つまり、磁束の分布が回転子１００の周方向に回転対称（その周期はこの例では機械角１２０度）であり、ある機械角１８０度の範囲における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなることは無い。すなわち、回転子１００が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有していない。
【００２５】
図１０は、回転子１００の代わりに円筒コア（積層された電磁鋼板から成る）３００を置き、固定子コイル２２０のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布を示す。図１０において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。比較例のモータの固定子２００は、固定子コア２１０の電気的な特性（例えば、導電率）が周方向に均一であり、しかも、固定子コイル２２０の巻数もすべて同じであるため、磁束の分布が固定子２００の周方向に回転対称（その周期はこの例では機械角１２０度）であり、ある機械角１８０度の範囲における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなることは無い。すなわち、固定子２００が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有していない。
【００２６】
比較例のモータは、位置センサを利用して回転子１００の位置および速度を検出しているので、以上説明してきたように、磁束の分布が回転対称であって、回転子１００と固定子２００の両方が機械角３６０度を１周期とするエアギャップ中の磁束密度成分を有していなくても、大きな問題は生じない。
【００２７】
次に、図２および図３に示した本実施形態に係るモータ１０の回転子１７および固定子１６について、図１１Ａ〜図４７Ｂを用いて説明する。ここでは、６極からなる永久磁石１８が周方向に設けられた円柱状の回転子コア１７ａを備える構成としており、回転子１７の磁極数が６、固定子１６のコイル数が９、コイル形態は集中巻のモータを代表例として示している。
【００２８】
本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂに点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１１Ａ，Ｂにおいて、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。なお、図１１Ａはリング状の永久磁石１８にＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３，Ｓ３の６極の磁極を順に形成した回転子１７を示し、図１１Ｂは、それぞれ独立形成されたＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３，Ｓ３の６極の永久磁石１８を回転子コア１７ａ上に設けた回転子１７を示す。
【００２９】
図１１Ａ，Ｂに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図１２Ａ，Ｂに示すようになる。図１２Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１２Ａ，Ｂにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００３０】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１３Ａ〜Ｃに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。
【００３１】
図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃに示すようになる。図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１４Ａ〜Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００３２】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１５に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１５において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。
【００３３】
図１５に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図１６に示すようになる。図１６において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１６においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００３４】
以上に述べた実施形態は、それぞれを単独で適用してもよいし、複数の実施形態を同時に適用してもよい。
【００３５】
図１７Ａ，Ｂは、上述の実施形態の２つを同時に適用した例を示す。すなわち、永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が磁極の範囲ごとに異なっている。この変形例を適用した場合にも回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるのは、上述の論理から明らかである。図１７Ａは、厚さ（径方向の長さ）を１８０度の範囲で漸次変化させたリング型の永久磁石１８を回転子コア１７ａの周りに設けたものを示し、図１７Ｂは、それぞれ厚さ（径方向の長さ）の異なる永久磁石１８を回転子コア１７ａの周りに設けたものを示す。
【００３６】
以上は、回転子１７への永久磁石１８の設置方式が表面磁石型（ＳＰＭ型）である場合の実施形態であるが、同様の考察により、永久磁石１８の設置方式がインセット型や埋め込み磁石型（ＩＰＭ型）の場合の実施形態を容易に発案することができる。以下、その例を挙げる。なお、図１８〜図２７はインセット型を、図２８〜図３５Ｃは埋め込み磁石型を示す。
【００３７】
本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図１８に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図１８において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。
【００３８】
図１８に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図１９に示すようになる。図１９において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図１９においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００３９】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２０Ａ，Ｂに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。図２０Ａは、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が最大のＮ１から最少のＳ２にかけて、Ｓ１およびＳ３、Ｎ２およびＮ３と、漸次段階的に小さくなった回転子１７を示す。一方、図２０Ｂは、厚さ（径方向の長さ）が最大のＮ１から最少のＳ２にかけて、Ｓ１およびＳ３、Ｎ２およびＮ３自体の厚みが漸次滑らかに変化する左右非対称形状の永久磁石１８を用いた回転子１７を示す。
【００４０】
図２０Ａ，Ｂに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２１Ａ，Ｂに示すようになる。図２１Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２１Ａ，Ｂにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００４１】
以上は、回転子１７のｄ軸に対応する位置に発生する磁束に注目して回転子１７が磁気的な異方性を有するようにした実施例であるが、回転子１７のｑ軸に対応する位置に発生する磁束に注目して回転子１７が磁気的な異方性を有するようにした実施形態をも容易に発案することができる。以下、その例を挙げる。
【００４２】
本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さ（径方向の長さ）が、周方向に異なっている。すなわち、図２２Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、６個の突極１７ｂの高さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。
【００４３】
図２２Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２３Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図２３Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２３Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００４４】
また、図２４Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｑ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図２４Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図２４Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが異なるため、３個の実ｑ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２４Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００４５】
以上に述べた実施形態は、それぞれを単独で適用してもよいし、複数の実施形態を同時に適用してもよい。
【００４６】
図２５Ａ，Ｂは、上述の実施形態の２つを同時に適用した例を示す。永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが周方向に異なっている例である。また、永久磁石１８の導電率が磁極の範囲ごとに異なっているとともに、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が磁極の範囲ごとに異なっていて、しかも、回転子コア１７ａの突極１７ｂの高さが周方向に異なっている例である。この変形例を適用した場合にも回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるのは、上述の論理から明らかである。なお、図２５Ｂに示す回転子１７は、図２０Ｂに示した形状の永久磁石１８を用いている。
【００４７】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２６に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図２６において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。
【００４８】
図２６に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図２７に示すようになる。図２７において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２７においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００４９】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図２８に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図２８において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。なお、図２８を含め、図３５Ｃまでに示される回転子１７は、埋め込み磁石型であり、回転子コア１７ａに形成された磁石配設孔である磁石スロット１７ｄに永久磁石１８を配設している。
【００５０】
図２８に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における導電率の差に応じて、図２９に示すようになる。図２９において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して永久磁石１８の内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図２９においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００５１】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３０に示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における永久磁石１８の厚さが、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。図３０に示す回転子１７は、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）を適宜変化させている。
【００５２】
図３０に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、図３１に示すようになる。図３１において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。永久磁石１８の厚さが大きいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、永久磁石１８の厚さが小さいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに永久磁石１８の厚さが異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３１においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００５３】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の内径側に設けられている回転子コア１７ａの導電率が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３２に点の粗密で示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率が、機械角の０度から３６０度の範囲において、勾配を伴って分布している。ここで、図３２において、点の密度が高い領域は導電率が大きい範囲であり、点の密度が低い領域は導電率が小さい範囲である。
【００５４】
図３２に示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの導電率の差に応じて、図３３に示すようになる。図３３において、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。回転子コア１７ａの導電率が大きいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａの導電率が小さいほど、ｄ軸に通電される交流電流に対して回転子コア１７ａの内部に発生する渦電流が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３３においては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００５５】
また、本発明の一つの実施形態における回転子１７は、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子コア１７ａの形状が、磁極の範囲ごとに異なっている。すなわち、図３４Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの形状が、機械角の０度から３６０度の範囲において、１磁極のみ異なっている、あるいは、ある規則的な変化を伴って分布している。図３５Ａは、磁石スロット１７ｄの深さを変えて、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面と永久磁石１８との距離をそれぞれ変えて設置した回転子１７を示し、図３５Ｂは、回転子コア１７ａの外径が漸次変化するように、偏心軸１７１を中心にした周面を有する回転子１７を示し、図３５Ｃは、配置された永久磁石１８と対向する弧面を切削し、切削深さ１７２をそれぞれ変えた回転子１７を示す。
【００５６】
図３４Ａ，Ｂ，Ｃに示す回転子１７のｄ軸に対応する位置に交流電流を通電すると、本実施形態の回転子１７に生じる磁束の密度と分布は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ３までのそれぞれの磁極における回転子コア１７ａの形状の差に応じて、図３５Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。図３５Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。図３５Ａ，Ｂ，Ｃのいずれからも分かるように、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面から永久磁石１８が近く設置されているほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。また、回転子コア１７ａの外径が小さいほど、磁気抵抗が大きいので、磁束の密度が低い。逆に、回転子コア１７ａのエアギャップに面する表面に永久磁石１８が離れて設置されているほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。また、回転子コア１７ａの外径が大きいほど、磁気抵抗が小さいので、磁束の密度が高い。本実施形態の回転子１７においては、上述のように磁極ごとに磁束の密度が異なるため、３個の実ｄ軸に生じる磁束の密度に差が生じる。つまり、磁束の分布が回転子１７の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３５Ａ，Ｂ，Ｃにおいては回転子１７の下側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この回転子１７を後述の固定子１６および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００５７】
本発明の一つの実施形態における固定子１６は、回転子１７の絶対位置検出処理を実行する間のみ、全部で９個の固定子コイル１５のうちの一部に通電する。すなわち、図３６Ａ，Ｂ，Ｃと図３７Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、全部で９個の固定子コイル１５のうちの一部の固定子コイル１５のみを検出用コイル（第２の固定子コイル）として利用する。ここで、図３６において、ハッチングの施された領域が検出用コイルである。
【００５８】
図３６Ａ，Ｂ，Ｃに示す固定子１６に対して、回転子１７の代わりに円筒コア１７０（積層された電磁鋼板から成る）を置き、固定子コイル１５のＵ相端子からＶ相端子とＷ相端子へ向かって交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図３８Ａ，Ｂ，Ｃに示すようになる。この場合の電気回路の構成は図３７Ａ，Ｂ，Ｃに示すとおりである。図３８Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。ティース１６ｂに巻回された固定子コイル１６ａの巻数が多いほど、起磁力が大きいので、磁束の密度が高い。逆に、固定子コイル１６ａの巻数が少ないほど、起磁力が小さいので、磁束の密度が低い。本実施形態の固定子１６においては、上述のように磁束の密度が周方向に勾配をもって分布する。つまり、磁束の分布が固定子１６の周方向に回転対称でなくなり、ある機械角１８０度の範囲（図３８Ａ，Ｂ，Ｃにおいては破線で分けられたうちの片側）における磁束密度が他の機械角１８０度の範囲における磁束密度よりも高くなる。以上のように本発明の一つの実施形態における固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形は機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有することになるので、この固定子１６を上述の回転子１７および制御方法と併用することにより、回転子１７の絶対位置の検出が可能となる。
【００５９】
以上に述べた回転子１７と固定子１６の組合せにより回転子１７の絶対位置を検出できるようになる原理について、以下に述べる。
【００６０】
図３９は、回転子１７と固定子１６の組合せの一例である。図３９において、回転子１７は、インセット型であって、回転子１７が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、永久磁石１８の厚さ（径方向の長さ）が、磁極の範囲ごとに異なっており、固定子１６は、固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するように、回転子１７の絶対位置の検出処理を実行している間は、複数個の固定子コイル１５のうち一部の固定子コイル１５（図３９においてハッチングの施された領域）のみを検出用コイルとして利用する。図３９に示す固定子１６に対して、検出用の固定子コイル１５のみに図３７Ｃに示すように交流電流を通電した場合の磁束の分布は、図４０Ａ，Ｂに示すようになる。図４０Ａ，Ｂにおいて、矢印の矢の向きは磁束の向き（Ｎ極からＳ極へ向かう向き）を表し、矢印の線の太さは磁束の密度が高いほど太く描かれている。図４０Ａは、図２０Ａに示す回転子１７のｄ１軸が、固定子１６のＵ１ティース１６ｂの中心に位置している場合の磁束の分布であり、図４０Ｂは、図２２Ａ，Ｂ、Ｃに示す回転子１７のｄ１軸が、図４０Ａの位置と機械角で１８０度反対の位置にある場合の磁束の分布である。
【００６１】
図４０Ａと図４０Ｂの磁束の分布は、上述の回転子１７の磁気的な異方性と固定子１６の磁気的な異方性の相互の影響により決定されており、回転子１７の絶対位置に応じて異なる分布となる。しかも、上述の回転子１７と固定子１６が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形はいずれも機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有するため、回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化もまた機械角３６０度を１周期とする磁束成分を有することになる。
【００６２】
したがって、回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化を測定することにより、位置センサがなくとも回転子１７の絶対位置を間接的に推定することが可能となる。
【００６３】
回転子１７の絶対位置に対する磁束の分布の変化は、固定子コイル１５にある特定の周波数の電圧を印加したときの応答電流の振幅を測定することにより、間接的に測定することが可能である。つまり、横軸を回転子１７の絶対位置θａｂｓ、縦軸を応答電流の振幅Ｉｍとするグラフを描くと、図４１に示すような関係を示すので、応答電流の振幅Ｉｍから回転子１７の絶対位置θａｂｓを推定することが実質的に可能となる。
【００６４】
応答電流の振幅Ｉｍから回転子１７の絶対位置θａｂｓを推定する手順を以下に述べる。
【００６５】
図４２および図４３は絶対位置エンコーダレスサーボシステム（モータシステム１）のブロック図であり、図４２は絶対位置検出を行う場合のシステム状態、図４３はモータ駆動を行う場合のシステム状態である。
【００６６】
モータシステム１は、重畳電圧指令部２７を備えており、制御装置２０（図１）は、先ず、絶対位置検出時において、重畳電圧指令部２７により、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータ装置２８の目標として与える。しかも、重畳電圧指令部２７は、高周波電圧の重畳方向を電気角において０〜３６０[deg]まで自在に変更することができる。
【００６７】
インバータ装置２８は、重畳電圧指令部２７より得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能な上述してきたモータ１０へ印加する。
【００６８】
モータ１０は、絶対位置検出時と通常駆動時に対応する巻線パターンへ自在に切替えることができるため、絶対位置検出時の巻線パターンは、磁極位置に電圧重畳したときに得られる電流とインダクタンスが回転子角度により異なる。それに対し、通常駆動時に対応する巻線パターンでは、磁極位置に電圧重畳したときに得られる電流とインダクタンスが一定である。
【００６９】
なお、テーブル２３ａはＲＯＭなどの記憶装置で構成された記憶部２３（図１を参照）に格納されており、本モータシステム１の重畳信号におけるロータ角度（回転子１７の角度）に応じた磁極位置電流値の変化が数値データとしてテーブル化されている。
【００７０】
機械角推定部２４においては、テーブル２３ａと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。
【００７１】
しかしながら、例えば、図４１に示す応答電流の振幅Ｉｍと回転子１７の絶対位置θａｂｓとの関係では、テーブル２３ａにおいてはある電流値に該当する機械角度は２箇所あるため、そのいずれであるのかを推定する必要がある。
【００７２】
フィードフォワード位置制御器２５は、Ｖ／Ｆ制御回路や引き込み制御回路などで構成され、モータ１０の回転子１７をある程度正確に回転させることができる。
【００７３】
そこで、以下の（１）〜（３）の手順を繰り返し、機械角度を推定する。すなわち、上述したように、（１）絶対位置検出時において、重畳電圧指令部２７により、あらかじめ定められた周波数と振幅をもつ高周波電圧をインバータ装置２８の目標として与える。（２）インバータ装置２８は、重畳電圧指令部２７より得られた高周波電圧波形をＰＷＭとして絶対位置検出可能なモータ１０へ印加する。（３）モータ１０の巻線パターンを、絶対位置検出時巻線パターンに切替え、機械角推定部２４においては、テーブル２３ａと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。
【００７４】
そして、１回目と２回目で得られた２つの機械角度を用いて、ロータ（回転子１７）の位置を一意に推定することができる。
【００７５】
このとき、さらにロータを回転させ、機械角度を推定することによりロータ（回転子１７）の位置の推定精度を上げることができる。
【００７６】
ところで、ロータ（回転子１７）の絶対位置検出後は、巻線パターンを通常駆動巻線パターンとする。そして、通常駆動巻線パターン時においては、センサレス計測部２９による誘起電圧オブザーバやインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法に制御シーケンスを切替えて制御できる。
【００７７】
なお、図４２および図４３示したモータシステム１では、磁極位置電流値のテーブル２３ａを用いたが、磁極位置インダクタンス、磁極位置と磁気的に直交する軸の電流値、磁極位置と磁気的に直交する軸のインダクタンスを機械角度推定に用いてもよい。なお、ここでは、磁極位置はｄ軸方向を指し、磁極位置と磁気的に直交する軸がｑ軸を指す。
【００７８】
図４４は、変形例に係る絶対位置エンコーダレスサーボシステム（モータシステム１）のブロック図である。さらに、図４５Ａは通常駆動時の巻線パターンを示す説明図であり、図４６Ａ、図４７Ａは、それぞれ絶対値検出可能な巻線パターンを示す説明図である。また、図４５Ｂは、通常駆動時の巻線と巻線切替えスイッチの結線図であり、図４６Ｂ、図４７Ｂは、それぞれ絶対値検出可能な巻線と巻線切替えスイッチの結線図である。ただし、図４５Ａ〜図４７Ｃの各巻線は、巻数、銅線の性質、固定子コア１６ａの形状は均一であるとする。
【００７９】
図４４に示した変形例に係る絶対位置エンコーダレスサーボシステム（モータシステム１）が図４５および図４６と異なるのは、次の２点である。すなわち、スイッチＳＷの切替えにより、絶対位置検出時の巻線パターン信号が、信号２・・・というように複数の信号を選択可能である点。次に、センサレス計測部２９からの電気角度を示す信号が、電流制御部２６の他、位置制御部３０ａと、擬似微分器３１を介して速度制御部３０ｂとに出力される点である。なお、その他の構成は略同じであり、同一符号を付して説明は省略する。
【００８０】
図４４に示すモータシステム１でも、シャント抵抗などにより電流値を推定することが出来る。なお、この場合も、テーブル２３ａはＲＯＭなどの記憶装置で構成された記憶部２３に格納されており、本モータシステム１の重畳信号におけるロータ角度（回転子１７の角度）に応じた磁極位置電流値の変化が数値データとしてテーブル化されている。
【００８１】
そして、機械角推定部２４において、テーブル２３ａと推定された電流値とを比較して現在の機械角度を推定する。
【００８２】
しかしながら、この場合も例えば、図４１に示す応答電流の振幅Ｉｍと回転子１７の絶対位置θａｂｓとの関係では、テーブル２３ａにおいてはある電流値に該当する機械角度は２箇所ある。
【００８３】
そこで、ロータ（回転子１７）をある程度回転させて異なる機械角度で電流を検出し、機械角度を推定する。なお、図４４のシステムにおいても、ロータ（回転子１７）を回転させるために、周知のセンサレス計測部２９によるセンサレス手法、電流制御部２６による電流制御、位置制御部３０ａによる位置制御を用いている。ただし、センサレス制御ではインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法を用いる。
【００８４】
こうして、周知のセンサレス制御により逐次磁極位置が推定できるため、電流制御と位置制御を動作させることが可能である。すなわち、周知のセンサレス制御、電流制御、位置制御により、モータ１０の回転子１７を回転させ、ここでも、上述した（１）〜（３）の手順を繰り返して再度、機械角度を推定する。
【００８５】
そして、１回目と２回目で得られた２つの機械角度を用いて、ロータ（回転子１７）の位置を一意に推定することができる。
【００８６】
このとき、さらにロータを回転させ、機械角度を推定することによりロータ（回転子１７）の位置の推定精度を上げることができる。
【００８７】
なお、図４４に示した例では、回転子１７の角度を回転させ機械角度を精度良く推定する方法を示したが、異なる絶対位置検出巻線パターンにより機械角度を精度良く推定することもできる。
【００８８】
すなわち、図４５Ａ，Ｂに示したモータ１０の駆動時の巻線パターンから、初回、図４６Ａ，Ｂに例示する絶対位置検出巻線パターンにより絶対位置を２通りまで絞り込んだ後、図４７Ａ，Ｂに例示する絶対位置検出巻線パターンとする。
【００８９】
図４７Ａ，Ｂに示した絶対位置検出巻線パターンに対応するテーブル２３ａを用いることにより、回転子１７を動作させることなく絶対位置を精度良く推定する。
【００９０】
絶対位置検出後は、巻線パターンを通常駆動巻線パターン（図４５Ａ，Ｂを参照）とする。かかる通常駆動巻線パターンにおいては、周知の誘起電圧オブザーバやインダクタンス突極性を利用したセンサレス手法に制御シーケンスを切替えて制御できる。
【００９１】
なお、図４４に示したモータシステム１では、図４２および図４３に示したモータシステム１同様に、磁極位置電流値のテーブル２３ａを用いたが、磁極位置インダクタンス、磁極位置と磁気的に直交する軸の電流値、磁極位置と磁気的に直交する軸のインダクタンスを機械角度推定に用いてもよい。
【００９２】
なお、上述してきた実施形態では、回転子１７の磁極数が６、固定子１６のコイル数が９、コイル形態は集中巻のモータを代表例として示した。しかし、他の磁極数（例えば、８、１０、１２、など）、他のコイル数（例えば、６、１２、１５、など）の場合の実施形態は、本明細書の記載内容に基づき、当業者によって容易に導き出すことが可能である。したがって、本明細書に記載の発明は、そのような類似の発明をも当然包括するものと考えられねばならない。
【００９３】
以下、第２の実施形態および第３の実施形態を通して、実施形態に係るモータ１０およびモータシステム１について、さらなる説明を行う。
【００９４】
（第２の実施形態）
図４８は、第２の実施形態に係るモータ１０の縦断面視による説明図、図４９は、同モータ１０の正面視による模式図である。また、図５０はモータ１０の回転子構造を示す説明図、図５１Ａは同モータ１０の固定子１６を示す模式図、図５１Ｂは同固定子構造を示す説明図である。また、図５２は、スイッチＳＷを切り替えた場合のモータ１０の正面視による模式図である。
【００９５】
本実施形態に係るモータ１０は、図４９に示すように、回転子１７に永久磁石１８を具備した同期モータである。かかるモータ１０は、インダクタンスの変化によって発生するリラクタンストルクに加え、永久磁石１８と固定子コイル１５の吸着力および反発力によって発生するマグネットトルクも加わって高出力を得ることが可能である。
【００９６】
なお、永久磁石１８としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石のうちのいずれかを使用してもよい。
【００９７】
また、モータ１０は、必要な回転数に合わせて、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、おおびＷ相巻線に正弦波の電流を、電気角で１２０度ずつの位相差をもって流すことにより回転を持続させている。
【００９８】
本実施形態に係るモータシステム１では、以下に説明するように、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。
【００９９】
すなわち、本実施形態に係るモータ１０の固定子１６は、各相毎に第１の固定子コイル１５１と第２の固定子コイル１５２とが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成となっている。そして、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合に、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。
【０１００】
例えば、複数の永久磁石１８のうちの一つがＶ相巻線に対応した位置に停止している場合などに第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えると、回転子１７の位置を精度よく検出し、Ｖ相巻線に適切に電流を流すことができるようになっている。
【０１０１】
したがって、例えばＵ相巻線に電流を流してしまい、モータの起動に十分なトルクを発生できずに起動できなくなることを防止することができる。しかも、本実施形態にかかるモータシステム１によれば、エンコーダなどのセンサを用いる必要もない。
【０１０２】
以下、実施形態に係るモータシステム１およびモータ１０の具体的な構成について説明する。図１に示すように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。また、モータ１０には、第１の固定子コイル１５１または第２の固定子コイル１５２のいずれかに選択的に切替可能とした固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）が付設されており、このスイッチＳＷは制御装置２０に電気的に接続している。スイッチＳＷは、制御装置２０からの指令によって切り替えられる。
【０１０３】
モータ１０は、図４８に示すように、円筒状のフレーム１２の前後にブラケット１３Ａ，１３Ｂを取付けるとともに、両ブラケット１３Ａ，１３Ｂ間に回転軸１１を軸受１４Ａ，１４Ｂを介して回転自在に取り付けて構成している。図中、符号Ａｘは回転軸１１の軸心（中心）、すなわちモータ中心軸を示す。
【０１０４】
回転軸１１には、図４９に示すように、複数（ここでは８極）の永久磁石１８が周方向に設けられた円柱状の回転子コア１７ａを備えるとともに、突極性を有する回転子１７を取り付けて軸周りに回転可能に構成している。回転子１７は、永久磁石１８が１つの磁極を形成しており、回転子コア１７ａの外面から若干内側に位置するように、回転軸１１の方向を長手方向とする矩形形状の８つの磁石スロット１７ｄが、間隔をおいて回転子コア１７ａの周方向に亘って設けられている。
【０１０５】
そして、この回転子１７と所定のエアギャップ１９を介して対向するように、円筒状のフレーム１２の内側に、固定子１６を取り付けている。なお、回転子コア１７ａおよび固定子コア１６ａは、電磁鋼板の積層コアによって形成しているが、回転子コア１７ａについては鉄などの削り出し部品によって形成することもできる。
【０１０６】
図４９および図５０に示すように、回転子１７は、半径の長さがそれぞれ異なる部位が回転子コア１７ａの周方向に沿って形成されている。すなわち、回転子コア１７ａの周方向に沿って複数（ここでは８つ）の凸部からなる突極１７ｂを形成して半径の長さがそれぞれ異なる部位を形成している。図５０中、符号１７ｃは回転軸挿通孔を示す。
【０１０７】
そして、各突極１７ｂの外方への突出量をそれぞれ異ならせることにより、回転子１７の磁気特性を変化させている。本実施形態では、突出量が最小の突極部１７ｂ１から漸次突出量を増加させて突極部１７ｂ２，１７ｂ３，１７ｂ４を形成し、最大突出量の突極部１７ｂ５からは突極部１７ｂ１に向けて漸次突出量を減少させて突極部１７ｂ６，１７ｂ７，１７ｂ８を形成している。
【０１０８】
つまり、回転子１７は、回転子コア１７ａの磁気特性（突極性、磁気抵抗、パーミアンスなど）の変化パターンが周方向半周において段階的に変化する構造を有することになる。
【０１０９】
なお、本実施形態では、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが周方向半周において段階的に変化する構造としたが、最小突出量の突極部１７ｂ１から漸次突出量を増加させ、突極部１７ｂ８を最大の突出量で形成してもよい。すなわち、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが周方向１周において段階的に変化する構造とするものである。
【０１１０】
一方、図４９および図５１Ａ，図５１Ｂに示すように、固定子１６は、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなる複数相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）の固定子コイル１５が巻装された固定子コア１６ａを備えている。すなわち、３相の固定子コイル１５は、固定子コア１６ａの１２個のスロット部１６ｃの間に形成されたティース１６ｂにそれぞれ巻かれている。なお、図５１Ｂ中、符号１６ｄはヨーク部を示す。
【０１１１】
このように、本実施形態に係る固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装されて、それぞれ異なる相からなるコイル組１５ａが周方向に９０度の間隔で４組形成されている（図５１Ａ，図５１Ｂ）。しかし、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４からなるＵ相巻線１５Ｕと、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４からなるＶ相巻線１５Ｖと、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４からなるＷ相巻線１５Ｗとは、周方向に１２０度の位相がある(図５５を参照)。
【０１１２】
本実施形態に係るモータ１０は、前述したように、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、３相からなる各固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６の全周中において繰り返されることがない点に特徴がある。すなわち、図５２に示すように、それぞれ複数あったＵ相、Ｖ相、およびＷ相が１箇所ずつに纏まった状態となり、固定子１６がその内周側に形成する磁場の分布パターンは全周中で唯一性を有することになる。換言すれば、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されている。
【０１１３】
また、モータ１０にスイッチＳＷを設けた場合の固定子１６について、図５５Ａおよび図５５Ｂを参照して説明する。図５５Ａは、第１の固定子コイルの結線を示す説明図、図５５Ｂは、第２の固定子コイルの結線を示す説明図である。
【０１１４】
図５１Ａ，図５１Ｂを回路的に示した図５５Ａおよび図５５Ｂに示すように、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ａが固定子コア１６ａに巻装されている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｂ、および、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｃについても巻装されている。
【０１１５】
このように、本実施形態に係るモータ１０の固定子１６は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相毎に、通常運転時に用いられる第１の固定子コイル１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃと、機械角検出処理時に用いられる第２の固定子コイル１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成としている。
【０１１６】
そして、コイル組１５ａの１つがＵ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ａであれば、当該第１の固定子コイル１５１ａと、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａとを、スイッチＳＷを介して、切替自在としている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｖ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。また、同様に、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の固定子コイル１５からなる第１の固定子コイル１５１ｃと、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。
【０１１７】
すなわち、本実施形態では、第１の固定子コイル１５１の一部に第２の固定子コイル１５２が含まれた構成としている。
【０１１８】
そして、図５５Ａに示した第１の固定子コイル１５１の作る磁場は、全周中で一様に分布しており、かつ、磁場の分布パターンも一様である。しかし、スイッチＳＷを切り替えて図５５Ｂの状態にすると、第１の固定子コイル１５１ａであれば、複数の固定子コイル１５（例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４）のうち、Ｕ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａにのみ通電される。
【０１１９】
すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、当該第２の固定子コイル１５２を除く他の固定子コイル１５への通電が禁止されるのである。
【０１２０】
第１の固定子コイル１５１ｂおよび第１の固定子コイル１５１ｃも同様であり、スイッチＳＷが切り替えられると、Ｖ＋１とＷ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｖ＋１とＷ＋１の各固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂ，１５２ｃにのみ通電される。このときに作り出される磁場は、固定子コア１６の全周中においては唯一性を有する一回性の分布パターンが生起される。すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、３相（Ｕ＋１，Ｖ＋１，Ｗ＋１）の固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６の全周中において繰り返されることがない。換言すれば、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されている。
【０１２１】
このように、本実施形態によれば、固定子コイル１５を、例えば、通常運転時に選択される第１の固定子コイル１５１からなる状態と、機械角検出処理時に選択される第２の固定子コイル１５２からなる状態というように、２つの状態に切替可能なモータ１０としている。
【０１２２】
しかも、本実施形態のモータ１０並びにモータシステム１であれば、通常駆動時には、固定子コイル１５の巻線状態が、広く一般的に採用されている集中巻線の状態となる。すなわち、電気角１周中に当該第１の固定子コイル１５１で作り出される磁場の分布が機械角１周中に繰り返されることになる。したがって、回転子１７は円滑に回転することが可能となる。
【０１２３】
以上説明してきたように、スイッチＳＷが切替操作されて第２の固定子コイル１５２へ通電されたときには、回転子１７は機械角情報を発信する機能を有し、固定子１６は、回転子１７の機械角情報を観測する機能を有することになる。また、固定子１６から回転子１７の位置に対応するインダクタンスを得ることができ、制御装置２０はそのインダクタンスから回転子１７の機械角を求めることができる。
【０１２４】
回転子１７の絶対的な機械角を推定するために、本実施形態に係るモータシステム１が備える制御装置２０は、図１に示す構成としている。すなわち、回転子１７の回転を制御する回転子制御部２１と、固定子１６に巻装された後述する固定子コイル１５のインダクタンスを計測するインダクタンス計測部２２とを備えている。
【０１２５】
なお、回転子制御部２１は、図４２〜図４４の電流制御部２６に相当する。また、インダクタンス計測部２２については、インバータ装置２８や高周波発生器を備えた重畳電圧指令部２７（図４２を参照）などを用いた周知の計測装置と接続しており、モータ１０に対して高周波電圧を重畳することによりインダクタンスを計測している。
【０１２６】
また、制御装置２０は、回転子の機械角度θｍに応じたインダクタンスを示す基準データを機械角度θｍの情報に関連付けて記憶する記憶部２３を備えている。さらに、制御装置２０は、インダクタンス計測部２２によって計測したインダクタンスの値と記憶部２３にテーブル化して記憶した基準データとに基づいて、回転子１７の初期位置を推定する機械角推定部２４を備えている。
【０１２７】
ところで、制御装置２０は、コンピュータにより構成することができる。そのコンピュータは、図示しないが、記憶部２３についてはＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリにより、回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２および機械角推定部２４はＣＰＵなどにより構成することができる。そして、記憶部２３には、インダクタンスを測定するための演算プログラムや各種制御プログラム、および基準データからなるテーブルなどが格納されており、ＣＰＵはこれらプログラムにしたがって動作して、回転子１７の機械角を検出する手段として機能する。
【０１２８】
本実施形態におけるモータシステム１において、スイッチＳＷを操作して第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、回転子１７の機械角を検出する処理が開始されるが、その際には、計測工程、推定工程が実行される。なお、その前に、予め記憶処理工程がなされていることとする。また、一旦、基準データを記憶部２３に格納すれば、必ずしも毎回、記憶処理工程を行う必要はない。
【０１２９】
記憶処理工程とは、回転子１７の機械角（機械角度θｍと表す場合がある）に応じたインダクタンス値Ｌの極値を示す基準データを予めテーブル化して記憶部２３に格納しておく工程である。基準極値である基準データとしては、たとえば極値のインダクタンス値Ｌと、そのときの機械角度θｍである。なお以下では、インダクタンス値Ｌの極値と機械角度θｍとを関連付けた値をＬｍとして表す。
【０１３０】
計測工程とは、回転子１７を初期位置から所定角度（例えば４５度）回転させ、回転子１７の位置に応じて、固定子１６のインダクタンスを計測する工程である。このとき、インダクタンスの極大値および極小値を計測する。
【０１３１】
なお、回転子１７を初期位置から回転させるときは、少なくとも４５度回転させるとよい。本実施形態において、機械角で初期位置（θｍ0）から４５度回転させると（θｍ0＋π／４）、図５３に示すように、電気角１８０度（半周期）のインダクタンスを計測できるので、極大値と極小値とをそれぞれ１つずつ得ることができる。
【０１３２】
なお、図５３は、電気角半周（機械角４５度）で現れるインダクタンス値の極値を示す説明図である。図５３中、ｌ1extは初期位置（θｍ0）からΔθ1m  extだけ回転させたときの極値を示し、ｌ2extは初期位置（θｍ0）からΔθ2m  extだけ回転させたときの極値を示す。
【０１３３】
推定工程とは、計測したインダクタンスの実測値と、回転子１７の位置に対応する機械角として予めテーブル化された基準データとを比較し、比較結果に基づき、回転子１７の初期位置である絶対位置を推定する工程である。なお、推定する際には、所定の演算式を用いて回転子１７の機械角の変位による位置を演算することができる。
【０１３４】
ここで、回転子１７の機械角の検出手順について、計測工程および推定工程をより具体的にした工程の流れを、図５４を参照して説明する。図５４は、実施形態に係るモータ１０の機械角を推定する手順を示す説明図である。
【０１３５】
計測工程において、制御装置２０の回転子制御部２１（図１を参照）として機能するＣＰＵは、図５４に示すように、先ず、回転子１７を機械角度θｍ0から正方向に回転させる（ステップＳ１）。
【０１３６】
そして、ＣＰＵは、インダクタンス計測部２２に、その位置におけるインダクタンスを計測させる（ステップＳ２）。そして、計測した値が極値であるか否かを判定し（ステップＳ３）、極値であれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、そのときの角度と関連付けて記憶部２３に保存する。すなわち、Ｌｍ  ext、θｍ  extとして保存する（ステップＳ４）。
【０１３７】
一方、計測した値が極値でない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ＣＰＵは、回転子１７の回転位置がθｍ0＋４５度であるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、回転子１７の回転位置がθｍ0＋４５度でない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、ＣＰＵは処理をステップＳ２に移す。すなわち、回転子１７が機械角で４５度回転するまでインダクタンス値の計測を実行し、極値を検出する。
【０１３８】
そして、回転子１７の回転位置がθｍ0＋４５度となると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、回転子１７の回転を停止する（ステップＳ６）。これにて計測工程を終了し、推定工程に移行する。
【０１３９】
推定工程では、ＣＰＵは、記憶部２３に保存されたテーブルの基準データである基準極値を所定の評価関数を用いて評価値に換算する（ステップＳ７）。そして、回転子１７の回転位置がθｍ0＋４５度となるまでの極値から換算した評価値を全て記憶部２３に保存する（ステップＳ８）。
【０１４０】
そして、ＣＰＵは、全評価値の中から、前記所定の評価関数を最小にする最小評価値を算出する（ステップＳ９）。そして、これから、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θｍ0を算出し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【０１４１】
そして、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θｍ0を算出した後は、周知のモータ制御（エンコーダなどを用いることなくモータ制御する、いわゆるエンコーダレス制御）によりモータ１０の駆動を行うことができる。
【０１４２】
このように、本実施形態に係るモータシステム１では、スイッチＳＷを操作して第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、固定子コイル１５に電圧を印加してインダクタンスの変化を検出することによって回転子１７の絶対的な位置を推定するようにしたセンサレス方制御を行っている。そのため、エンコーダなどのセンサなどが不要となり、部品点数の削減やそれに伴うモータ１０の小型化などが実現可能となる。
【０１４３】
ところで、モータ１０におけるスイッチＳＷを備える態様としては、図６８Ａ，Ｂや図７０Ａ，Ｂに示す構成とすることもできる。なお、上述してきた実施形態と同じ構成要素については、図６８Ａ，Ｂ、図７０Ａ，Ｂにおいても同一の符号で表す。
【０１４４】
（固定子の変形例１）
例えば、６極９スロットのモータ１０の場合であれば、図６８Ａおよび図６８Ｂに示すように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とすることができる。この場合、同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。
【０１４５】
そして、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の３つの固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ａと、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｖ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂとを、スイッチＳＷを介して、切替自在としている。また、同様に、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｃと、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。
【０１４６】
この場合も、第１の固定子コイル１５１の一部に第２の固定子コイル１５２が含まれた構成となる。
【０１４７】
そして、図６８Ａに示す固定子コイル１５の作る磁場は全周中で一様に分布しており、磁場の分布パターンも一様である。しかし、３つのコイル組のスイッチＳＷを切り替えて図６８Ｂの状態にすると、第１の固定子コイル１５１ａであれば、複数の固定子コイル１５（例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３）のうち、Ｕ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａにのみ通電される。
【０１４８】
また、同様に、スイッチＳＷを切り替えると、他の第１の固定子コイル１５１ｂではＶ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂに、第１の固定子コイル１５１ｃでは、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃにのみ通電されることになる。すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、当該第２の固定子コイル１５２を除く他の固定子コイル１５への通電が禁止されるのである。
【０１４９】
スイッチＳＷが切り替えられて、３つのコイル組で互いに異なる相の第２の固定子コイル１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより作り出される磁場は、前述してきた実施形態同様、固定子コア１６ａの全周中においては唯一性を有する磁場の分布パターンとなる。すなわち、それぞれ第２の固定子コイル１５２となる３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において繰り返されることがない。
【０１５０】
なお、この例においては、スイッチＳＷが切り替えられた場合、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとして、各コイル組の中から第２の固定子コイル１５２ａ（３相：Ｕ＋１，Ｖ＋１，Ｗ＋１）の組み合わせとした。しかし、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとしては、第２の固定子コイル１５２ｂ（３相：Ｕ＋２，Ｖ＋２，Ｗ＋２）あるいは第２の固定子コイル１５２ｃ（Ｕ＋３，Ｖ＋３，Ｗ＋３）の組み合わせであってもよい。
【０１５１】
（固定子の変形例２）
また、他の変形例として、例えば１０極１２スロットのモータ１０の場合、図７０Ａ，Ｂに示す構成も考えられる。
【０１５２】
すなわち、図示するように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とする。同様に、固定子１６は、Ｖ＋１，Ｖ−１，Ｖ−２，Ｖ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ−１，Ｗ−２，Ｗ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。
【０１５３】
そして、通常は、図７０Ａのように、３つのコイル組に全て通電できるようにスイッチＳＷを介して接続されているが、スイッチＳＷを切り替えると、図７０Ｂのような通電状態に切り替わる。
【０１５４】
すなわち、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の４つの固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組のうち、Ｕ＋１，Ｕ−１の２つの固定子コイル１５にのみ通電され、残りは全てオープンとなる。
【０１５５】
なお、この例では、第２の固定子コイル１５２としては２つの固定子コイル１５（Ｕ相：Ｕ＋１，Ｕ−１）のみから構成されることになり、固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、やはり全周中において唯一性を有することになる。
【０１５６】
なお、第２の固定子コイル１５２としては、この場合でも、２つの固定子コイル１５はＶ相（Ｖ＋１，Ｖ−１）のみから構成することもできるし、Ｗ相（Ｗ＋１，Ｗ−１）のみから構成することもできる。
【０１５７】
ところで、上述してきた例では、回転子コア１７ａの突極１７ｂの外方への突出量をそれぞれ半周において段階的に変化するように異ならせることによって、回転子１７の磁気特性を変化させて自らの機械角情報を発信可能な構成とした。
【０１５８】
しかし、回転子１７の磁気特性を変化させるためには、回転子コア１７ａを、例えば、図５６〜図５９に示すような構成とすることもできる。
【０１５９】
図５６は、変形例１に係る回転子構造を示す説明図、図５７は、変形例２に係る回転子構造を示す説明図、図５８は、変形例３に係る回転子構造を示す説明図、図５９は、変形例４に係る回転子構造を示す説明図である。なお、上述してきた実施形態と同じ構成要素については、図５６〜図５９においても同一の符号で表す。
【０１６０】
(回転子の変形例１)
図５６に示す回転子コア１７ａは、複数の永久磁石１８の隔離量が異なっている。すなわち、固定子コア１７ａの周方向に沿って埋設された各永久磁石１８の回転子コア周縁からの隔離深さｄがそれぞれ異なっている。ここでは、８極の永久磁石１８が中心から４５度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されており、最小の隔離量ｄminの永久磁石１８と対向して最大の隔離量ｄmaxの永久磁石１８が埋設されている。
【０１６１】
(回転子の変形例２)
また、図５７に示す回転子コア１７ａは、永久磁石１８を配設するために形成された磁石配設孔である磁石スロット１７ｄに連なるスリット１７ｅを有し、各スリット１７ｅの長さが異なっている。なお、磁気特性を変化させることができるのであれば、各スリット１７ｅの長さではなく、面積などが変化するようにその形状を異ならせてもよい。
【０１６２】
ここでは、４極の永久磁石１８が中心から９０度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されており、各永久磁石１８の両端側にそれぞれスリット１７ｅが延在している。最短の長さＬminのスリット１７ｅが位置する永久磁石１８と対向して、最長の長さＬmaxのスリット１７ｅが位置する永久磁石１８が埋設されている。
【０１６３】
(回転子の変形例３)
また、図５８に示す回転子コア１７ａは、複数の永久磁石１８の大きさが異なっている。ここでは、８極の永久磁石１８が中心から４５度の間隔をあけて回転子コア１７ａに埋設されているが、最小の永久磁石１８と対向して最大の永久磁石１８が埋設されている。なお、磁気特性を変化させることができるのであれば、永久磁石１８は大きさを異ならせるのではなく、その形状を異ならせてもよい。
【０１６４】
(回転子の変形例４)
図５６〜図５８においては、主に固定子コア１７ａの磁気特性を異ならせるようにした例示であるが、図５９に示すように、永久磁石１８そのものの磁気特性を異ならせることもできる。
【０１６５】
すなわち、図５９に示す回転子１７は、回転子コア１７ａに埋設される永久磁石１８の磁束密度（残留磁束密度）を異ならせている。しかも、ここでは、永久磁石１８の磁気特性の変化パターンが、周方向１周において段階的に変化するようにしている。
【０１６６】
図５９に示した白抜きの矢印は永久磁石１８の磁化を表しており、その長さが残留磁束密度の大きさに対応している。つまり、図５９では、中心から４５度の間隔をあけて最小の残留磁束密度Ｂminのものから最大の残留磁束密度Ｂmaxのものまでの８極の永久磁石１８が、時計回りに段階的に回転子コア１７ａに埋設されていることになる。
【０１６７】
したがって、図５９に示した回転子コア１７ａを備える回転子１７を用いれば、上述してきた実施形態において、山形の分布となるインダクタンスの値は、右肩上がりの分布をとる。すなわち、機械角１周において、インダクタンスの値の分布が山形の場合、仮に基準データと近似した値が２つ表れた場合は、その値の位置における分布曲線の傾きで回転子１７の位置の推定を行うことになるが、右肩上がりの分布であれば一義的に推定可能となる。
【０１６８】
（第３の実施形態）
図６０は、実施形態に係るモータ１０の縦断面視による説明図、図６１は、同モータ１０の正面視による模式図である。また、図６２はモータの回転子構造を示す説明図、図６３Ａは同モータの固定子１６を示す模式図、図６３Ｂは同固定子構造を示す説明図である。
【０１６９】
本実施形態に係るモータ１０は、図６１に示すように、回転子１７の表面に永久磁石１８を取り付けた同期モータである。なお、永久磁石１８としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などの焼結磁石のうちのいずれかを使用することができる。
【０１７０】
また、モータ１０は、必要な回転数に合わせて、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線に正弦波の電流を、電気角で１２０度ずつの位相差をもって流すことにより回転を持続させている。
【０１７１】
本実施形態に係るモータシステム１では、以下に説明するように、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。
【０１７２】
本実施形態に係るモータ１０の固定子１６は、第１の固定子コイル１５１と第２の固定子コイル１５２とが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成となっている。そして、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合に、回転子１７の回転位置を高精度で推定可能な構成としている。
【０１７３】
例えば、複数の永久磁石１８のうちの１つがＶ相巻線に対応した位置に停止している場合などに第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えると、回転子１７の位置を精度よく検出し、モータ起動時にはＶ相巻線に適切に電流を流すことができるようになっている。
【０１７４】
したがって、例えばＵ相巻線に電流を流してしまい、モータ１０の起動に十分なトルクを発生できずに起動できなくなることを防止することができる。しかも、本実施形態にかかるモータシステム１によれば、エンコーダなどのセンサを用いる必要もない。
【０１７５】
以下、実施形態に係るモータシステム１およびモータ１０の具体的な構成について説明する。図１に示すように、モータシステム１は、モータ１０と制御装置２０とを備えている。また、モータ１０には、第１の固定子コイル１５１または第２の固定子コイル１５２のいずれかに選択的に切替可能とした固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）が付設されており、このスイッチＳＷは制御装置２０に電気的に接続している。スイッチＳＷは、制御装置２０からの指令によって切り替えられる。
【０１７６】
モータ１０は、図６０に示すように、円筒状フレーム１２の前後にブラケット１３Ａ，１３Ｂを取付けるとともに、両ブラケット１３Ａ，１３Ｂ間に回転軸１１を軸受１４Ａ，１４Ｂを介して回転自在に取り付けて構成している。図中、符号Ａｘは回転軸１１の軸心（中心）、すなわちモータ中心軸を示す。
【０１７７】
回転軸１１には、図６１に示すように、複数（ここでは６極）の永久磁石１８ａ〜１８ｆが、周方向に一定間隔をあけて周面に配設された円柱状の回転子コア１７ａを備える回転子１７を取り付けて軸周りに回転可能に構成している。
【０１７８】
そして、この回転子１７と所定のエアギャップ１９を介して対向するように、円筒状フレーム１２の内側に、固定子１６を取り付けている。なお、回転子コア１７ａおよび固定子コア１６ａは、電磁鋼板の積層コアによって形成しているが、回転子コア１７ａについては鉄などの削り出し部品によって形成することもできる。
【０１７９】
本実施形態に係るモータ１０の回転子１７は、その構造に特徴がある。図６１および図６２に示すように、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０が回転軸１１の軸心Ａｘからオフセットされている。
【０１８０】
すなわち、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０を回転軸１１からずらすことにより、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させ、回転子コア１７ａの外周面と固定子コア１６ａの内周面１６ｅとの間隔１９ａを周方向に無段階に変化させている。これにより、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンが、その周方向において無段階に変化することになる。図６２中、符号１７ｃは回転軸挿通孔を示す。
【０１８１】
他方、回転子コア１７ａの表面に配設した６個の永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面と固定子コア１６ａの内周面との間隔１９ｂについては一定としている。そのために、各永久磁石１８ａ〜１８ｆの径方向の長さは、回転軸１１の軸心Ａｘから各永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面までの径方向の長さが同一となるように設定される。
【０１８２】
ここで、回転軸１１の軸心Ａｘから永久磁石１８の周方向の中心位置における内周面までの長さをＨとして、第１の永久磁石１８ａにおける長さＨ１と、第２、第３、第４の永久磁石１８ｂ〜１８ｄにおける長さＨ２〜Ｈ４とを比較してみる。なお、長さＨは、永久磁石１８と回転子コア１７ａとの間の接着層などを無視すれば、永久磁石１８が取り付けられた回転子コア１７ａの外周面までの長さと同じである。
【０１８３】
本実施形態に係る回転子１７の回転子コア１７ａでは、長さＨ１が最短であり、その反対側に伸びる長さＨ４が最長である。つまり、長さＨ１から長さＨ２、長さＨ３、長さＨ４と漸次長くなり、長さＨ４から長さＨ５、長さＨ６、長さＨ１と漸次短くなっている。
【０１８４】
そして、前述したように、６個の永久磁石１８ａ〜１８ｆの外周面と固定子コア１６ａの内周面との間隔１９ｂについては一定なので、その分、第１の永久磁石１８ａの径方向の長さ、すなわち磁石厚みｔ1を最大とし、第２、第３、第４の永久磁石１８ｂ，１８ｃ，１８ｄにかけて、その磁石厚みｔ2，t3，ｔ4を漸次薄くしている。
【０１８５】
なお、本実施形態における永久磁石１８の外周面は弧面状に形成されているため、当然ではあるが、１つの永久磁石１８の中でも、その磁石厚みｔは端から端にかけて漸次変化する。
【０１８６】
本実施形態に係るモータ１０の回転子１７を上述した構造として、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させることにより、回転子コア１７ａの磁気特性（突極性、磁気抵抗、パーミアンスなど）の変化パターンが周方向半周において無段階に滑らかに変化する。
【０１８７】
本実施形態に係る回転子１７では、上述した構成としているために、結果的に第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆのサイズが異なっている。しかし、サイズなどは異なっても、反磁界による減磁や高温による減磁を避けるために、第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆの磁気的な動作点はほぼ同じにすることが好ましい。また、材料の密度を変えて、サイズは異なっても、各永久磁石１８の重さを適切に配分することにより、回転子１７の回転バランスを均衡させて、回転子１７が円滑に回転するように構成するとよい。
【０１８８】
また、サイズや重さの異なる第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆでは、回転軸１１の軸心Ａｘから回転子コア１７ａへの取付面となる内周面までの長さＨがそれぞれ異なるために、各第１〜第６の永久磁石１８ａ〜１８ｆに加わる遠心力も異なる。その場合、永久磁石１８が遠心力で飛び出さないように、遠心力の大きさに応じて回転子コア１７ａに対する保持力を適宜変更したりすることもできる。
【０１８９】
ところで、回転子コア１７ａの磁気的中心を回転軸１１の軸心Ａｘに対して偏心させるには、回転子コア１７ａの物理的軸線Ｒ０を回転軸１１の軸心Ａｘからずらすのみならず、回転子コア１７ａの透磁率の周方向への変化によって生起させることもできる。
【０１９０】
回転軸１１の軸心Ａｘが回転子コア１７ａの幾何学的中心であるのに対し、回転子コア１７ａの磁気的中心とは、本実施形態においては、界磁である回転子１７と電気子である固定子１６とが相互作用する際の磁気的な変化の中心を指している。通常、磁気的中心と幾何学的中心とは一致する。ここで、回転子コア１７ａの磁気的中心を偏心させるのは、回転子コア１７ａの磁気特性の変化パターンを、その周方向１周または半周において無段階に変化させるためなので、必ずしも物理的な加工のみによるものではない。例えば、透磁率の異なる材料を周方向に連続して接合して円形の回転子コア１７ａを形成することもできる。
【０１９１】
一方、図６１および図６３Ａ，図６３Ｂに示すように、固定子１６は、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなる複数相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）の固定子コイル１５がスロットに巻装された固定子コア１６ａを備えている。なお、図６３Ｂに示すように、固定子コイル１５はティース１６ｂに集中巻きされている。図６３Ｂ中、符号１６ｃは固定子コア１６ａのスロット部、符号１６ｄはヨーク部を示す。
【０１９２】
図示するように、本実施形態に係る固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装され、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなるコイル組１５ａが周方向に１２０度の間隔で３組形成されている（図６３Ａ）。
【０１９３】
コイル組１５ａの１つは、Ｕ＋１相巻線１５Ｕと、Ｖ＋１相巻線１５Ｖと、Ｗ＋１相巻線１５Ｗとにより構成されている。そして、同様に、Ｕ＋２相巻線１５Ｕと、Ｖ＋２相巻線１５Ｖと、Ｗ＋２相巻線１５Ｗとにより構成されたコイル組１５ａと、Ｕ＋３相巻線１５Ｕと、Ｖ＋３相巻線１５Ｖと、Ｗ＋３相巻線１５Ｗとにより構成されたコイル組１５ａとがある。図６３Ｂにおける各相を示すＵ，Ｖ，Ｗに付した＋１、＋２および＋３はティース１６ｂの順番を示している。
【０１９４】
そして、かかる構成において、後述する第１の固定子コイル１５１ａの一例としては、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の固定子コイル１５の組み合わせ、あるいはＶ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５の組み合わせ、あるいはＷ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５の組み合わせとする。
【０１９５】
本実施形態に係るモータシステム１では、６極９スロットのモータ１０が用いられているが、前述したように、第１の固定子コイル１５１と第２の固定子コイル１５２とが、固定子コア１６ａに通電切替え自在に巻装された構成となっている。第２の固定子コイル１５２に切り替えた場合、３相からなる各固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において繰り返されることがない。すなわち、第２の固定子コイル１５２が発生するエアギャップ中の磁束密度分布波形が、機械角３６０度を１周期とする磁束密度成分を有する。
【０１９６】
つまり、固定子コイル１５が１つの相により、または各相の組み合わせによるコイル組１５ａにより作り出す磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において唯一性を有する。換言すれば、複数の固定子コイル１５が固定子１６の内周側で作り出す磁場の分布パターンは、全周中において唯一性を有することになる。さらに換言すれば、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されている。
【０１９７】
ここで、スイッチＳＷを設けた固定子１６について、図６８Ａおよび図６８Ｂを参照しつつ、さらに説明を加える。図６８Ａは、第１の固定子コイル１５１の結線を示す説明図、図６８Ｂは、第２の固定子コイル１５２の結線を示す説明図である。
【０１９８】
図６８Ａおよび図６８Ｂに示すように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。
【０１９９】
そして、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３の３つの固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ａと、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａとを、固定子コイル切替スイッチＳＷ（以下、単に「スイッチＳＷ」とする）を介して切替自在としている。同様に、Ｖ＋１，Ｖ＋２，Ｖ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｖ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂとを、スイッチＳＷを介して、切替自在としている。また、同様に、Ｗ＋１，Ｗ＋２，Ｗ＋３の固定子コイル１５が全て直列に接続された第１の固定子コイル１５１ｃと、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃとを、スイッチＳＷを介して切替自在としている。
【０２００】
すなわち、本実施形態では、第１の固定子コイル１５１の一部に第２の固定子コイル１５２が含まれた構成としている。
【０２０１】
そして、図６８Ａに示す固定子コイル１５の作る磁場は全周中で一様に分布しており、磁場の分布パターンも一様である。しかし、３つのコイル組のスイッチＳＷを切り替えて図６８Ｂの状態にすると、第１の固定子コイル１５１ａであれば、複数の固定子コイル１５（例えば、Ｕ＋１，Ｕ＋２，Ｕ＋３）のうち、Ｕ＋１の固定子コイル１５を除いて回路が切断され、結果的に、Ｕ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ａにのみ通電される。
【０２０２】
また、同様に、スイッチＳＷを切り替えると、他の第１の固定子コイル１５１ｂではＶ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｂに、第１の固定子コイル１５１ｃでは、Ｗ＋１の固定子コイル１５のみからなる第２の固定子コイル１５２ｃにのみ通電されることになる。すなわち、第２の固定子コイル１５２へ通電を切り替えた場合、当該第２の固定子コイル１５２を除く他の固定子コイル１５への通電が禁止されるのである。
【０２０３】
スイッチＳＷが切り替えられて、３つのコイル組で互いに異なる相の第２の固定子コイル１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃにより作り出される磁場は、前述してきた実施形態同様、固定子コア１６ａの全周中においては唯一性を有する磁場の分布パターンとなる。すなわち、それぞれ第２の固定子コイル１５２となる３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、固定子コア１６ａの全周中において繰り返されることがない。換言すれば、各相の固定子コイル１５または各相からなるコイル組（同相の固定子コイル１５のグループ）が機械的に１２０度の間隔で配置されている。
【０２０４】
なお、この例においては、スイッチＳＷが切り替えられた場合、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとして、各コイル組の中から第２の固定子コイル１５２ａ（３相：Ｕ＋１，Ｖ＋１，Ｗ＋１）の組み合わせとした。しかし、第２の固定子コイル１５２の組み合わせとしては、第２の固定子コイル１５２ｂ（３相：Ｕ＋２，Ｖ＋２，Ｗ＋２）あるいは第２の固定子コイル１５２ｃ（Ｕ＋３，Ｖ＋３，Ｗ＋３）の組み合わせであってもよい。
【０２０５】
このように、本実施形態によれば、固定子コイル１５を、例えば、通常運転時に選択される第１の固定子コイル１５１からなる状態と、機械角検出処理を行う始動時に選択される第２の固定子コイル１５２からなる状態というように、２つの状態に切替可能なモータ１０としている。
【０２０６】
しかも、本実施形態のモータ１０並びにモータシステム１であれば、通常駆動時には、固定子コイル１５の巻線状態が、広く一般的に採用されている集中巻線の状態となる。すなわち、電気角１周中に当該第１の固定子コイル１５１で作り出される磁場の分布が機械角１周中に繰り返される。したがって、インダクタンスの変化も全て一様となり、回転子１７はコギングなどが低減されて円滑に回転することが可能となる。
【０２０７】
以上説明してきたように、スイッチＳＷが切替操作されて第２の固定子コイル１５２へ通電されたときには、回転子１７は機械角情報を発信する機能を有し、固定子１６は、回転子１７の機械角情報を観測する機能を有することになる。また、固定子１６から回転子１７の位置に対応するインダクタンスを得ることができ、制御装置２０はそのインダクタンスから回転子１７の機械角を求めることができる。
【０２０８】
回転子１７の絶対的な機械角を推定するために、本実施形態に係るモータシステム１が備える制御装置２０は、図１に示すように、回転子１７の回転を制御する回転子制御部２１と、固定子１６に巻装された後述する固定子コイル１５のインダクタンスを計測するインダクタンス計測部２２とを備えている。
【０２０９】
なお、インダクタンス計測部２２については、ここでは図示を省略したインバータ装置２８や高周波発生器を備えた重畳電圧指令部２７（図４２を参照）などを用いた周知の計測装置と接続しており、モータ１０に対して高周波を重畳することによりインダクタンスを計測している。
【０２１０】
また、制御装置２０は、回転子１７の機械角（機械角度θｍと表す場合がある）に応じたインダクタンスを示す基準データを機械角度θｍの情報に関連付けて記憶する記憶部２３を備えている。さらに、制御装置２０は、インダクタンス計測部２２によって計測したインダクタンスの値と記憶部２３にテーブル化して記憶した基準データとに基づいて、回転子１７の初期位置を推定する機械角推定部２４を備えている。
【０２１１】
制御装置２０は、コンピュータにより構成することができる。そのコンピュータは、図示しないが、記憶部２３についてはＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリにより、回転子制御部２１、インダクタンス計測部２２および機械角推定部２４はＣＰＵなどにより構成することができる。また、記憶部２３には、インダクタンスを測定するための演算プログラムや各種制御プログラム、および基準データからなるテーブルなどが格納されており、ＣＰＵはこれらプログラムにしたがって動作して、回転子１７の機械角を検出する手段として機能する。
【０２１２】
本実施形態におけるモータシステム１において、回転子１７の機械角を検出するためには、計測処理および推定処理が実行される。なお、その前に、前段工程として予め記憶処理工程が実行されるものとする。また、一旦、基準データを記憶部２３に格納すれば、必ずしも毎回、記憶処理工程を行う必要はない。
【０２１３】
記憶処理工程とは、回転子１７の基準位置に応じた機械角度θｍ毎のインダクタンス値Ｌを示す基準データを、予めテーブル化して記憶部２３に格納しておく工程である。
【０２１４】
計測処理および推定処理は、実際にモータ１０を始動する際に行う処理であり、計測工程では、回転子１７に高周波電圧を印加し、回転子１７の位置に応じた固定子１６のインダクタンスを計測する。
【０２１５】
推定処理では、計測したインダクタンスの実測値と、回転子１７の位置に対応する機械角として予めテーブル化された基準データとを比較し、比較結果に基づき、回転子１７の初期位置である絶対位置を推定する。
【０２１６】
ここで、回転子１７の機械角の推定手順について、図６４および図６５を参照しながら説明する。図６４は、実施形態に係るモータ１０の機械角を推定する手順を示す説明図である。また、図６５は、同モータ１０の機械角に対するインダクタンス分布を示す説明図である。これは、回転子１７の複数の基準位置から機械角度θｍ回転したときに高周波電圧を印加することで流れた電流値から計算したインダクタンス値Ｌを、回転子１７の機械角度２π／９（ｒａｄ）毎にプロットしたものである。なお、インダクタンス値Ｌとしては、各相毎の電気角１周期（２π）における最大値としている。
【０２１７】
図６４に示すように、ＣＰＵは、モータ１０に高周波電圧を印加してインダクタンス計測部２２に、回転子１７が所定の位置にある場合のインダクタンスを計測させる（ステップＳ１）。そして、計測した値を記憶部２３に保存する（ステップＳ２）。これにて計測処理を終了する。
【０２１８】
次に、ＣＰＵは、記憶部２３に記憶した計測値と、予め記憶部２３に保存されたテーブルの基準データとを比較し、計測値であるインダクタンス値Ｌの分布に見合う基準データから、固定子１７の絶対的な位置を示す機械角度θｍ0を推定し（ステップＳ３）、推定処理を終了する。なお、その比較に際しては、データのプロットで形成されるグラフの傾きなども考慮することができる。
【０２１９】
このように、本実施形態に係るモータ１０では、回転子１７の機械的な位置によって、インダクタンス値Ｌの分布波形が異なるために、実際に計測したインダクタンス値Ｌから回転子１７の絶対的な位置を容易に推定することが可能となっている。
【０２２０】
そして、モータ１０の回転子１７の初期位置となる機械角度θｍ0を推定した後は、周知のモータ制御によりモータ１０の駆動を行うことができる。
【０２２１】
このように、本実施形態に係るモータシステム１では、固定子コイル１５に電圧を印加してインダクタンス値Ｌの変化を検出することによって回転子１７の絶対的な位置を推定するようにしたセンサレス方制御を行っている。そのため、エンコーダなどのセンサなどが不要となり、部品点数の削減やそれに伴うモータ１０の小型化などが実現可能となる。
【０２２２】
ところで、モータ１０におけるスイッチＳＷを備える態様としては、図６９Ａ，６９Ｂおよび図７０Ａ，７０Ｂに示す構成とすることもできる。
【０２２３】
（変形例１）
すなわち、例えば８極９スロットのモータ１０の場合とすると、図６９Ａ，６９Ｂに示すように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とする。同様に、固定子１６は、Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。
【０２２４】
そして、通常は、図６９Ａのように、３つのコイル組に全て通電できるようにスイッチＳＷを介して接続されているが、スイッチＳＷを切り替えると、図６９Ｂのような通電状態に切り替わる。
【０２２５】
すなわち、Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２の３つの固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組を除いて、Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２の固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組と、Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組とはオープンになる。
【０２２６】
なお、この例では、第２の固定子コイル１５２としてはＵ相（Ｕ−１，Ｕ＋１，Ｕ−２）のみから構成されることになり、固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、やはり全周中において唯一性を有することになる。
【０２２７】
なお、第２の固定子コイル１５２としては、当然ではあるが、Ｖ相（Ｖ−１，Ｖ＋１，Ｖ−２）のみから構成することもできるし、Ｗ相（Ｗ−１，Ｗ＋１，Ｗ−２）のみから構成することもできる。
【０２２８】
（変形例２）
また、例えば１０極１２スロットのモータ１０の場合、第２の実施形態でも説明したように、図７０Ａ，７０Ｂに示す構成も考えられる。
【０２２９】
すなわち、図示するように、固定子１６は、複数の固定子コイル１５として、例えば、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ａを備えた構成とする。同様に、固定子１６は、Ｖ＋１，Ｖ−１，Ｖ−２，Ｖ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｂと、Ｗ＋１，Ｗ−１，Ｗ−２，Ｗ＋２の固定子コイル１５がそれぞれ直列に接続されたコイル組からなる第１の固定子コイル１５１ｃとを備えている。
【０２３０】
そして、通常は、図７０Ａのように、３つのコイル組に全て通電できるようにスイッチＳＷを介して接続されているが、スイッチＳＷを切り替えると、図７０Ｂのような通電状態に切り替わる。
【０２３１】
すなわち、Ｕ＋１，Ｕ−１，Ｕ−２，Ｕ＋２の４つの固定子コイル１５が全て直列に接続されたコイル組のうち、Ｕ＋１，Ｕ−１の２つの固定子コイル１５にのみ通電され、残りは全てオープンとなる。
【０２３２】
なお、この例では、第２の固定子コイル１５２としては２つの固定子コイル１５（Ｕ相：Ｕ＋１，Ｕ−１）のみから構成されることになり、固定子コイル１５により作り出される磁場の分布パターンは、やはり全周中において唯一性を有することになる。
【０２３３】
なお、第２の固定子コイル１５２としては、この場合でも、２つの固定子コイル１５はＶ相（Ｖ＋１，Ｖ−１）のみから構成することもできるし、Ｗ相（Ｗ＋１，Ｗ−１）のみから構成することもできる。
【０２３４】
なお、上述してきた実施形態における固定子コア１６ａは、その周方向に、固定子コイル１５（Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗ）が、順次巻装されている９スロットのものを用いていた（図６３Ａおよび図６３Ｂを参照）。
【０２３５】
しかし、固定子１６は、図６６Ａ，６６Ｂおよび図６７Ａ，６７Ｂに示すような構成とすることもできる。すなわち、固定子１６は、固定子コイル１５が周方向に順次、相毎に巻装され、それぞれ異なる相の固定子コイル１５により構成されるコイル組１５ａが周方向に複数形成され、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンがそれぞれ異なるようにすることもできる。
【０２３６】
図６６Ａは、変形例１に係る固定子を示す模式図、図６６Ｂは、同固定子構造を示す説明図、図６７Ａは、変形例２に係る固定子を示す模式図、図６７Ｂは、同固定子構造を示す説明図である。
【０２３７】
(固定子の変形例１)
図６６Ａおよび図６６Ｂに示すように、各コイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル巻数を選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性（唯一性）を有するようにしてもよい。なお、図６６Ａにおいては、各固定子コイル１５を円形で示すとともに、円の大きさで巻数の多さを表している。
【０２３８】
すなわち、図示するように、１つのコイル組１５ａにおいては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルの巻数は一様であるが、１つのコイル組１５ａにおいてはＵ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）の巻数を他（Ｖ相：Ｖ＋１、Ｗ相：Ｗ＋１）よりも多くしている。また、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＶ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋２）の巻数を他（Ｗ相：Ｗ＋２、Ｕ相：Ｕ＋２）よりも多くし、さらに、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＷ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋３）の巻数を他（Ｕ相：Ｕ＋３、Ｖ相：Ｖ＋３）よりも多くしている。
【０２３９】
(固定子の変形例２)
図６７Ａおよび図６７Ｂに示した固定子１６についても、それぞれ複数のＵ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５ＶおよびＷ相巻線１５Ｗからなる固定子コイル１５が、複数のティース１６ｂ間にそれぞれ形成されたスロット１６ｃに巻装された固定子コア１６ａを備えている。
【０２４０】
固定子コア１６ａは、その周方向に、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗを１組のコイル組１５ａとして、４組のコイル組１５ａが、周方向に９０度の間隔で順次巻装されている。すなわち、コイル組１５ａの１つは、Ｕ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）と、Ｖ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋１）と、Ｗ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋１）とにより構成されている。
【０２４１】
そして、他のコイル組１５ａは、図示するように、Ｕ＋２，Ｕ＋３，Ｕ＋４の各Ｕ相巻線１５Ｕと、Ｖ＋２，Ｖ＋３，Ｖ＋４の各Ｖ相巻線１５Ｖと、Ｗ＋２，Ｗ＋３，Ｗ＋４の各Ｗ相巻線１５Ｗとにより構成されている。
【０２４２】
かかる各コイル組１５ａ間において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース１６ｂの高さを選択的に異ならせ、各コイル組１５ａにおける磁場の分布パターンをそれぞれ異なるようにして、磁場の分布パターンが全周中において一回性を有するようにしている。
【０２４３】
すなわち、１つのコイル組１５ａにおいては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース１６ｂの高さは一様であるが、１つのコイル組１５ａにおいてはＵ相巻線１５Ｕ（Ｕ＋１）を巻装するティース１６ｂを他（Ｖ相：Ｖ＋１、Ｗ相：Ｗ＋１）よりも低くしている。また、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＶ相巻線１５Ｖ（Ｖ＋２）を巻装するティース１６ｂを他（Ｗ相：Ｗ＋２、Ｕ相：Ｕ＋２）よりも低くし、さらに、他の１つのコイル組１５ａにおいてはＷ相巻線１５Ｗ（Ｗ＋３）を巻装するティース１６ｂを他（Ｕ相：Ｕ＋３、Ｖ相：Ｖ＋３）よりも低くしている。なお、図中、符号１６ｆは、ティース１６ｂが低くなって形成される窪み部分を模式的に示したものである。
【０２４４】
以上、実施形態および変形例を通して本発明を説明してきたが、モータ１０の種類や、モータ１０の極数やスロット数などは適宜設定することができる。
【０２４５】
上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０２４６】
ＳＷ    固定子コイル切替スイッチ
１    モータシステム
１０    モータ
１５    固定子コイル
１５ａ    コイル組
１６    固定子
１６ａ    固定子コア
１７    回転子
１７ａ    回転子コア
１８    永久磁石
２０    制御装置
２１    回転子制御部
２２    インダクタンス計測部
２３    記憶部
２４    機械角推定部
【図１】
2013073264.tif 000003
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2013073264.tif 000012
【図８Ｂ】
2013073264.tif 000013
【図９Ａ】
2013073264.tif 000014
【図９Ｂ】
2013073264.tif 000015
【図１０】
2013073264.tif 000016
【図１１Ａ】
2013073264.tif 000017
【図１１Ｂ】
2013073264.tif 000018
【図１２Ａ】
2013073264.tif 000019
【図１２Ｂ】
2013073264.tif 000020
【図１３Ａ】
2013073264.tif 000021
【図１３Ｂ】
2013073264.tif 000022
【図１３Ｃ】
2013073264.tif 000023
【図１４Ａ】
2013073264.tif 000024
【図１４Ｂ】
2013073264.tif 000025
【図１４Ｃ】
2013073264.tif 000026
【図１５】
2013073264.tif 000027
【図１６】
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【図１７Ａ】
2013073264.tif 000029
【図１７Ｂ】
2013073264.tif 000030
【図１８】
2013073264.tif 000031
【図１９】
2013073264.tif 000032
【図２０Ａ】
2013073264.tif 000033
【図２０Ｂ】
2013073264.tif 000034
【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１Ａ】
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【図５１Ｂ】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５Ａ】
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【図５５Ｂ】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３Ａ】
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【図６３Ｂ】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６Ａ】
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【図６６Ｂ】
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【図６７Ａ】
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【図６７Ｂ】
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【図６８Ａ】
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【図６８Ｂ】
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【図６９Ａ】
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【図６９Ｂ】
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【図７０Ａ】
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【図７０Ｂ】
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【国際調査報告】
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