(57)【要約】【課題】回転電機を含む装置全体の大型化、高コスト化を伴わない、簡単な構成により、電動機のトルクを精度よく推定する。【解決手段】ステータとロータとを有する電動機のトルクを推定するトルク推定装置であって、ステータとロータとの間の空隙に配置した、ロータの半径方向および周方向の磁束密度を計測する磁束密度センサ３からの磁束密度計測値に基づいて、電動機のトルクを推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを有する電動機のトルクを推定するトルク推定装置であって、
前記固定子と前記回転子との空隙に配置され、前記回転子の半径方向および周方向の磁束密度を計測する磁束密度計測手段と、
前記磁束密度計測手段の計測値に基づいて前記電動機のトルクを推定するトルク推定手段と、
を備えることを特徴とするトルク推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク推定装置において、
前記トルク推定手段は、前記磁束密度計測手段の計測値と、さらに真空透磁率および電動機の寸法緒元に基づいて電動機のトルクを推定する、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、前記回転子の周方向に隣接するように、前記回転子の一電気角分にわたって複数配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、前記回転子の周方向に、一定の空隙を有して複数配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のトルク推定装置において、
前記固定子は、内周側に均等な間隔を有して形成された複数のスロットを有し、
前記磁束密度計測手段は、前記回転子の周方向に、前記固定子の少なくとも１スロット間にわたって複数配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、前記回転子の半径方向の磁束密度を計測する半径方向磁束密度計測手段と、前記回転子の周方向の磁束密度を計測する周方向磁束密度計測手段と、を備え、
前記半径方向磁束密度計測手段と前記周方向磁束密度計測手段とは、前記固定子の周方向の位置は同一で、軸方向の位置が一定の距離をもってずらして配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、前記回転子の半径方向の磁束密度を計測する半径方向磁束密度計測手段と、前記回転子の周方向の磁束密度を計測する周方向磁束密度計測手段と、を備え、
前記半径方向磁束密度計測手段は、前記周方向磁束密度計測手段と、周方向に電気角の整数倍離れた位置に配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、磁束密度を検出するセンサ部と、前記センサ部を載置する基板部とを有し、回転子の周方向における前記センサ部の位置が磁気的に隣接するように、軸方向の位置をずらしながら複数の磁束密度検出手段が配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記磁束密度計測手段は、磁束密度を検出するセンサ部と、前記センサ部を載置する基板部とを有し、周方向に電気角の整数倍離れた位置を基準として、回転子の周方向における前記センサ部の位置が磁気的に隣接するように、複数の磁束密度計測手段が配置される、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記トルク推定手段は、電動機のトルクと前記磁束密度計測手段の計測値との関係を求めたテーブルを備え、前記磁束密度計測手段の計測値と、前記テーブルに基づいて前記電動機のトルクを推定する、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記トルク推定手段は、前記磁束密度計測手段が、前記回転子の回転に応じて、少なくとも１電気角周期分サンプリングした計測値に基づいて、前記電動機のトルクを推定する、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のトルク推定装置において、
前記トルク推定手段は、軸方向に少なくとも２箇所以上について計測した前記磁束密度計測手段の計測値に基づいて前記電動機のトルクを推定する、
ことを特徴とするトルク推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のトルク推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機に流れる電流に基づいて、回転電機のトルクを推定する技術が知られている（特許文献１参照）。また、回転軸上に配置した磁歪素子の信号を、固定子側に配置した励磁検出コイルで検出することにより、回転電機のトルクを検出する方法も知られている（特許文献２参照）。特許文献２に記載のトルク検出方法は、特許文献１に記載のトルク推定方法に比べて、トルクを求める精度が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６１１８２号公報
【特許文献２】特開平１０−２８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転軸上に磁歪素子を配置するとともに、固定子側に励磁検出コイルを配置する特許文献２に記載の方法では、回転電機を含む装置全体が大型化し、高コスト化につながる。
【０００５】
本発明は、回転電機を含む装置全体の大型化、高コスト化につながらない、簡単な構成により、電動機のトルクを精度よく推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるトルク推定装置は、固定子（ステータ）と、回転子（ロータ）とを有する電動機（モータ）のトルクを推定するトルク推定装置であって、ステータとロータとの間の空隙に配置した、ロータの半径方向および周方向の磁束密度を計測する磁束密度計測手段の磁束密度計測値に基づいて、電動機のトルクを推定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ステータとロータとの間の空隙に配置した磁束密度計測手段の磁束密度計測値に基づいて、電動機のトルクを推定するので、回転電機を含む装置全体の大型化、高コスト化につながることなく、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図２】図２は、１電気角周期分の半径方向磁束密度Ｂｒの分布図である。
【図３】図３は、１電気角周期分の周方向磁束密度Ｂθの分布図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の電動機のトルクの算出方法を表す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態において推定したトルク推定値と、ＦＥＭトルク解析値とを比較した図である。
【図６】図６は、第２の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図７】図７は、第３の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図８】図８は、第３の実施形態において推定したトルク推定値と、実トルク値とを比較した図である。
【図９】図９（ａ）は、第４の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のロータが、１電気角周期分回転した後の状態を表す図である。
【図１０】図１０は、第５の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図１１】図１１は、第６の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図１２】図１２は、磁束密度センサの構造を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第７の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図１４】図１４は、第７の実施形態の磁束密度センサの配置を説明するための  図である。
【図１５】図１５は、第８の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。
【図１６】図１６は、第９の実施形態における電動機のトルクの算出方法を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《第１の実施形態》
図１は、第1の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図であって、電動機の回転軸方向における端面を表している。この電動機（モータ）は、円環形のステータ１と、このステータ１と同軸的に配置された円柱形のロータ２とを備え、ステータ１とロータ２との間の空隙（エアギャップ）に、後述する磁束密度センサ３が複数個取り付けられている。
【００１０】
ステータ１は、ステータコア１１と、図示しない複数のコイルとを備える。コイルは、ステータコア１１に、回転中心から同距離円周上に等角度間隔で形成されるスロット１２に収設される。
【００１１】
ロータ２には、回転中心から同距離円周上に等角度間隔で複数の永久磁石２２が埋め込まれている。
【００１２】
磁束密度センサ３は、例えばホール素子等で構成され、半径方向および周方向の磁束密度を計測することができる。磁束密度センサ３は、図１の右側の拡大図に示すように、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに、ステータ１の内周（ロータ２の外周）に沿って複数配置されている。
【００１３】
電動機が駆動すると、すなわちロータ２が回転すると、ステータ１とロータ２との間の磁束密度センサ３の検出範囲における磁束密度が変化する。磁束密度センサ３は、それぞれの検出範囲における磁束密度を計測し、計測した磁束密度情報を、図示しないモータコントローラへと送信する。例えば、あるタイミングにおいて、ステータ１の内周に配置された複数の磁束密度センサ３のうち、ロータ２の1電気角周期分にわたって配置された磁束密度センサ３が計測した磁束密度情報に基づく半径方向磁束密度Ｂｒおよび周方向磁束密度Ｂθの磁束密度の分布は、図２、図３のようになる。
【００１４】
次に、電動機のトルクの算出方法を説明する。図示しないモータコントローラでは、上述した半径方向磁束密度Ｂｒおよび周方向磁束密度Ｂθと、真空透磁率μ０と、電動機および磁束密度センサ３の寸法緒元とに基づいて、電動機のトルクの推定値を算出する。具体的には、図４に示すように、マクスウェル応力の式に基づいて、ステータ１の内周に配置された複数の磁束密度センサ３のうちの一つより受信した半径方向磁束密度Ｂｒと周方向磁束密度Ｂθとの積に、磁束密度センサ３のセンサ有効面積Ｓを乗じ、得た値を真空透磁率μ０で除することで、センサ1個分が検出した周方向の電磁力を算出する。そして、磁束密度センサ１個分の電磁力算出値に、回転中心から磁束密度センサ３の取り付け位置までの半径距離ｒを乗じた値を、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置された磁束密度センサ３の全周の個数分加算する。最後に、加算して得た値を軸長換算することで電動機のトルクが算出できる。なお、ここでの軸長換算は、電磁力算出値に半径距離ｒを乗じた値を磁束密度センサ３の全周の個数分加算して得た値と、モータ軸長との積を、センサ軸長で除することをいう。
【００１５】
図５は、電気角毎のトルク値を表したトルク波形図であって、電気角３０°分のトルク波形を表している。一点鎖線で表すＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）により解析したトルク（ＦＥＭトルク）に対して、実線で表す磁束密度センサ３の計測情報に基づく推定トルクはほぼ一致しており、本実施形態におけるトルク算出方法によって、電動機のトルクを精度よく推定できていることが分かる。
【００１６】
以上、第１の実施形態によれば、ステータ１とロータ２とを有する電動機のトルクを推定するトルク推定装置であって、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置されたロータ２の半径方向および周方向の磁束密度を計測する磁束密度センサ３が計測した磁束密度計測値に基づいて、電動機のトルクを推定する。これにより、ロータ１側に磁歪素子等で構成されたセンサ等を配置することなく、ステータ側のみに設置した磁束密度センサ３からの磁束密度情報に基づいて電動機のトルクを推定することが可能となるため、電動機の大型化、高コスト化につながることなく、簡単な構成で、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００１７】
特に、第１の実施形態によれば、磁束密度センサからの磁束密度情報と、真空透磁率μ０、および電動機の寸法緒元に基づいて、電動機のトルクを推定する。これにより、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００１８】
《第２の実施形態》
図６は、第２の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図であって、電動機の回転軸方向における端面を表している。第１の実施形態では、磁束密度センサ３の配置が、ステータ１とロータ２との間のエアギャップ全周にわたっていたのに対して、本実施形態においては、磁束密度センサ３の配置が、ステータ１とロータ２との間のエアギャップ１電気角周期分にわたることを特徴とする。
【００１９】
１電気角ごとに回転対称構造であるモータにおいては、１電気角周期分にわたって配置された磁束密度センサ３からの磁束密度計測値に基づいて、第１の実施形態において述べた電動機のトルクの算出方法と同様に演算することで、サンプリングごとに、１電気角周期分のトルク波形（図５参照）を検出することが出来る。また、図６で示すとおり、３回回転対称構造であるモータの場合は、得られた１電気角周期分のトルク推定値を３倍することで、電動機のトルクを推定することができる。なお、ロータ２の回転に伴い、１電気角周期ごとに３回サンプリングすることで、全周分の磁束密度を計測し、電動機のトルクを推定することも可能である。
【００２０】
以上、第２の実施形態によれば、磁束密度センサ３は、ロータ２の周方向に隣接するように、ロータの２の１電気角周期分にわたって複数配置される。これにより、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置する磁束密度センサの個数を、第１の実施形態と比べて減らすことができる。
【００２１】
《第３の実施形態》
図７は、第３の実施形態における磁束密度センサ３の配列の態様を説明する図であって、電動機の回転軸方向における端面の一部を表している。図７（ａ）が、第１の実施形態における磁束密度センサ３の配列を示しているのに対して、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、本実施形態における配列の態様を示している。図７（ｂ）はステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置する磁束密度センサ３の個数を、第１の実施形態に比べて１／２に減らした場合、図７（ｃ）は、磁束密度センサ３の個数を、第１の実施形態に比べて１／３に減らした場合の配列を表している。本実施形態では、磁束密度センサ３が、周方向に一定の空隙を有して配置されていることが分かる。
【００２２】
図８は、図７（ａ）〜（ｃ）で表した配列態様において計測した磁束密度情報に基づいて算出したトルク推定値と、実トルク値とを比較した図である。配置する磁束密度センサ３の個数を少なくするほど精度は低下するものの、実トルク値に類似したトルク推定値を検出できていることが分かる。これにより、第１の実施形態と同様に、サンプリングごとの電動機のトルク瞬時値、およびトルク波形を検出することができる。
【００２３】
以上、第３の実施形態によれば、磁束密度センサ３は、ロータ２の周方向に、一定の空隙を有して複数配置される。これにより、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置する磁束密度センサ３の個数を減らすことができる。
【００２４】
《第４の実施形態》
図９は、第４の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図であって、電動機の回転軸方向における端面を表している。図９（ａ）、（ｂ）における、黒太線９０は、本実施形態における磁束密度センサ３の配置幅を表しており、磁束密度センサ３の配置が１スロット間角度にわたることを示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態からロータ２が１電気角周期分回転した状態である。
【００２５】
本実施形態における配列態様では、サンプリングごとの電動機のトルク瞬時値は取得できないものの、ロータ２の回転に応じてサンプリングを重ねることで、所望の周長における磁束密度計測値を得ることができる。例えば、ロータ２が電気角１周期分回転する間に複数回（本実施形態においては例えば１２回）サンプリングして得た磁束密度情報は、図２、図３と同等となり、これに基づいて、電気角１周期分のトルク波形（図５参照）を検出することができる。また、ロータ２の回転に応じて、１スロット間毎に全周分サンプリングすることで、全周分の磁束密度を計測し、電動機のトルクを推定することも可能である。なお、磁束密度センサ３は、少なくとも一つ以上配置されていればよく、配置幅に応じてサンプリング回数を調整することで、所望の周長における磁束密度計測値を得ることができる。
【００２６】
以上、第４の実施形態によれば、磁束密度センサ３は、ロータ２の周方向に、ステータ２の少なくとも１スロット間にわたって複数配置される。これにより、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置する磁束密度センサ３の個数を、第１の実施形態と比べて大幅に減らすことができる。
【００２７】
また、第４の実施形態によれば、磁束密度センサ３が、ロータ２の回転に応じて、少なくとも１電気角周期分サンプリングした計測値に基づいて、電動機のトルクを推定する。これにより、ステータ１とロータ２との間のエアギャップに配置する磁束密度センサを大幅に減らすことが出来るとともに、ロータ２外周の所望の周長における磁束密度を計測し、トルク波形を検出することができる。
【００２８】
《第５の実施形態》
図１０は、第５の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。図１０（ａ）は、電動機の回転軸方向と平行な平面による断面略図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図であって、この軸方向位置におけるスタータ１とロータ２との間のエアギャップに、半径方向の磁束密度を検出する半径方向磁束密度センサ４が配置されていることを示している。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面図であって、この軸方向位置におけるスタータ１とロータ２との間のエアギャップに、周方向の磁束密度を検出する周方向磁束密度センサ５が配置されていることを示している。すなわち、本実施形態では、第１から第４の実施形態とは異なり、一方向のみの磁束密度を検出可能な一軸の磁束密度センサを用いる。
【００２９】
一軸の磁束密度センサを二つ用いる場合、同一の位置に重ねて配置することはできないため、異なる位置に配置する必要がある。本実施形態では、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、一軸の磁束密度センサである半径方向磁束密度センサ４と、同じく一軸の磁束密度センサである周方向磁束密度センサ５を、モータの軸方向における中心付近であって、回転軸方向における位置は異なるが、周方向における位置が同じとなるように配置する。
一般的に、モータの軸方向中心付近では、周方向の位置が同じであれば、回転軸方向における位置が異なっていても、磁束密度分布は同等である。従って、半径方向磁束密度センサ４と周方向磁束密度センサ５の配置を、モータの軸方向中心付近において、周方向位置は同じであるが、軸方向に異なる位置に配置しても、周方向および軸方向の位置が同じ位置に配置した場合と同等の磁束密度を検出することができる。これにより、一軸の磁束密度センサを二つ用いて異なる位置に配置する場合でも、二軸（半径方向および周方向）の磁束密度センサによって検出される磁束密度と同等な計測値を得ることができる。
【００３０】
以上、第５の実施形態によれば、半径方向磁束密度センサ４と周方向磁束密度センサ５とを備え、半径方向磁束密度センサ４は、周方向磁束密度センサ５とは、ロータ２の周方向の位置は同一で、回転軸方向の位置が一定の距離をもってずらして配置される。これにより、一軸の磁束密度センサの組み合わせによっても、同一周方向位置に配置した２軸の磁束密度センサから得られる計測値と、等価的に同等な計測値が測定可能となり、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００３１】
《第６の実施形態》
図１１は、第６の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。図１１（ａ）は、電動機の回転軸方向と平行な平面による断面略図（右側の図）と、そのＡ−Ａ断面図（左側の図）である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図中の、点線四角枠の拡大図であり、図１１（ａ）の太点線１１０で示す、ロータ２の１電気角分にわたるステータ１とロータ２との間のエアギャップに、半径方向の磁束密度を検出する半径方向磁束密度センサ４が配置されていることを示している。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ断面図中の、実線四角枠の拡大図であり、図１１（ａ）の太実線１１１で示す、ロータ２の１電気角分にわたるステータ１とロータ２との間のエアギャップに、周方向の磁束密度を検出する周方向磁束密度センサ５が配置されていることを示している。すなわち、本実施形態における磁束密度センサの配置は、半径方向磁束密度を検出する磁束密度センサと、周方向磁束密度を検出する磁束密度センサとが、軸方向位置は同一で、周方向位置を１電気角単位でずらして、別個に配置されていることを特徴とする。
【００３２】
１電気角ごとに回転対称構造であるモータにおいては、回転対称に位置するセンサは、基点となるセンサから離れた電気角分オフセットすることで、等価的に同一位置での磁束密度の測定が可能となる。したがって、一軸の磁束密度センサを用いる場合であっても、半径方向磁束密度センサ４と周方向磁束密度センサ５とを、一方のセンサを基点とし、他方のセンサを、基点から周方向に少なくとも１電気角分ずらして配置することで、２軸の磁束密度センサを上記基点に配置した場合に得られる磁束密度の計測値と同等な計測値を得ることができる。
また、本実施形態における半径方向磁束密度センサ４と、周方向磁束密度センサ５の軸方向位置は同一であるため、第４の実施形態と比べて、軸方向ずれに起因する磁束変化の影響は小さい。したがって、本実施形態にかかるセンサ配置は、軸方向位置のずれによる磁束の変化が大きいモータ（例えば扁平モータ）に適用する際は特に有効である。
【００３３】
以上、第６の実施形態によれば、半径方向磁束密度センサ４と、周方向磁束密度センサ５とを備え、半径方向磁束密度センサ４は、周方向磁束密度センサ５と、周方向にロータ２の電気角の整数倍離れた位置に配置される。これにより、一軸の磁束密度センサの組み合わせによっても、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００３４】
《第７の実施形態》
図１２（ａ）は、磁束密度センサ３の構造の一例を表した略図である。本実施形態における磁束密度センサ３は、例えばプリント基板等の基板部７上に、磁束を検出する、例えばホール素子等の検出部６を載置して構成される。上側の図は磁束密度センサ３の側面を表し、下側の図は平面を表している。図から分かるように、磁束密度センサ３は、構造上、基板部７の幅＞検出部６の幅となる。したがって、磁束密度センサ３を隙間なく配列しても、検出部６の間隙８（図１２（ｂ）参照）が生じるため、磁束密度センサの検出部６を、隙間なく隣接させるのは困難である。本実施形態では、磁束密度センサ３を後述する配列の態様とすることで、検出部６を周方向に隙間なく敷き詰めた時と、等価的に同等の計測値を得ることが可能となる。以下、その例を説明する。
【００３５】
図１３は、第７の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図である。図１３（ａ）は、電動機の回転軸方向と平行な平面による断面略図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ部分断面図であって、特に、磁束密度センサ３を配置した際における磁束密度センサの検出部６の位置を示している。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ部分断面図であって、特に、磁束密度センサ３を配置した際における磁束密度センサの検出部６の位置を示している。図１３（ｂ）と図１３（ｃ）とを比較すると、Ａ−Ａ部分断面図における磁束密度センサの検出部６は、Ｂ−Ｂ部分断面図における間隙８に相当する位置に配置され、Ｂ−Ｂ部分断面図における磁束密度センサの検出部６は、Ａ−Ａ部分断面図における間隙８に相当する位置に配置されているのが分かる。
【００３６】
すなわち、第７の実施形態における磁束密度センサ３は、軸方向位置をずらして配列し、かつ、異なる軸方向位置に配列した磁束密度センサ３の検出部６の相対的な周方向位置が磁気的に隣接するように配置することで（例えば図１４のように配置）、検出部６を周方向に間隙なく敷き詰めた場合と、等価的に同等の計測値を得ることができる。なお、磁気的に隣接するとは、検出部６が磁束を有効に検出することができる範囲が隣接しているという意味であり、検出部６の物理的な構造幅が隣接している状態に限られない。
【００３７】
以上、第７の実施形態によれば、磁束密度センサ３は、磁束密度を検出する検出部６と、検出部６を載置する基板部７とを有し、ロータ２の周方向における検出部６の位置が磁気的に隣接するように、回転軸方向の位置をずらしながら複数配置される。これにより、磁束密度センサ３の検出部６を周方向に間隙なく敷き詰めた場合と、等価的に同等の計測値を得ることができ、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００３８】
《第８の実施形態》  
第８の実施形態では、第７の実施形態とは別の構成により、検出部６を周方向に隙間なく敷き詰めた時と、等価的に同等の計測値を得ることができる例を説明する。
【００３９】
図１５は、第８の実施形態のトルク推定装置の構成を説明するための図であって、電動機の回転軸方向における端面を表している。図１５において、点線１５１〜１５３と、ステータ１とロータ２との間のエアギャップとが交差する箇所は、電気角単位で３回回転対称構造であるロータ２の回転対称の位置であって、それぞれ周方向に電気角の整数倍離れた位置を表している。本実施形態では、複数の磁束密度センサ３の検出部１４１、１４２、１４３が、図で分かるように厳密に同一な回転対称位置ではなく、それぞれ周方向に電気角の整数倍離れた位置を基準として、周方向に磁気的に隣接するように配置する。
【００４０】
なお、本実施形態における磁束密度センサ３は、周方向に少なくとも１倍以上の電気角オフセットを有し、１もしくは２以上の組であって、トルク推定に必要な個数分配置すればよい。
【００４１】
また、本実施形態における磁束密度センサ３は、同軸上に配置されているので、軸方向ずれによる磁束変化の影響は、第７の実施形態と比べて小さい。したがって、軸方向位置のずれによる磁束の変化が大きいモータ（例えば扁平モータ）に適用する際は特に有効である。
【００４２】
以上、第８の実施形態によれば、磁束密度センサ３は、磁束密度を検出する検出部６と、検出部６を載置する基板部７とを有し、周方向にロータ２の電気角の整数倍離れた位置を基準として、ロータ２の周方向における検出部６の位置が磁気的に隣接するように、複数配置される。これにより、磁束密度センサ３の検出部６を周方向に間隙なく敷き詰めた場合と、等価的に同等の計測値を得ることができ、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００４３】
《第９の実施形態》
図１６は、第９の実施形態における電動機のトルクの算出方法を示している。第９の実施形態におけるトルク推定装置は、予め取得した、電動機のトルクと磁束密度センサ３から得た磁束密度計測値との関係を記憶したテーブル１６０を格納しており、磁束密度センサ３から得た半径方向磁束密度Ｂｒおよび周方向磁束密度Ｂθとに基づいて、当該テーブル１６０を参照することにより電動機のトルクを推定することを特徴とする。
【００４４】
テーブル１６０は、図１６に示すように、磁束密度センサ３からの半径方向磁束密度Ｂｒと周方向磁束密度Ｂθとを乗じた値（磁束密度積）を、配置した磁束密度センサの個数分加算して得た値と、その値に応じた、予め取得した電動機のトルクの実測値の平均値Ｔｒ_ａｖｇとの関係を定めたものである。図で示す通り、モータコントローラ内において、磁束密度センサ３が計測して得た半径方向磁束密度Ｂｒと周方向磁束密度Ｂθとの積値を、配置した磁束密度センサ３の全個数分加算した値を算出し、テーブル１６０を参照することによりトルクの推定値を得ることができる。
【００４５】
また、テーブル１６０を作成する為のデータ収集の際に、配置する磁束密度センサ３の個数を必要最小限に止めることで、実際のトルク推定装置においても、データ収集の際に配列した磁束密度センサ３の配置に相当する、必要最小限の配置でトルクの推定値を得ることができる。
【００４６】
以上、第９の実施形態によれば、電動機のトルクと磁束密度センサ３から得た計測値との関係を求めたテーブル１６０を備え、磁束密度センサ３からの磁束密度情報と、テーブル１６０とに基づいて、電動機のトルクを推定する。これにより、電動機の大型化、高コスト化につながることなく、簡単な構成で、電動機のトルクを精度よく推定することができる。
【００４７】
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、第１の実施形態から第９の実施形態において述べた上記トルク検出を、軸方向に少なくとも２か所以上について実施してもよい。これにより、電動機の軸端部における漏れ磁束の影響等も加味した、より正確なトルク検出値を得ることができる。また、各実施形態は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…ステータ（固定子）
２…ロータ（回転子）
３…磁束密度センサ（磁束密度計測手段）
４…半径方向磁束密度センサ（半径方向磁束密度計測手段）
５…周方向磁束密度センサ（周方向磁束密度計測手段）
６…検出部（センサ部）
７…基板部
１２…スロット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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