(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの各相の巻線に交流電流を供給して集中巻同期モータを駆動するモータ駆動方法において、
前記ステータのティースから生ずる磁界の一部により、ロータの極に対して前記ロータの回転方向に逆らう向きの磁界を生じする場合、
前記極が前記ステータに設けられた第１のティースと向かい合い前記第１のティースに隣り合う第２のティースとは向かい合わない位置から、前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置に移行する第１の期間、前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をし、
前記極が前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置から、前記第２のティースと向かい合い前記第１のティースとは向かい合わない位置に移行する第２の期間、前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をすることを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動方法において、
前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第１のティースの巻線に対する基準電流波形に乗算することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータ駆動方法において、
前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第２のティースの巻線に対する基準電流波形に乗算することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項４】
ステータの各相の巻線に交流電流を供給して集中巻同期モータを駆動するモータ駆動装置において、
前記ステータのティースから生ずる磁界の一部により、ロータの極に対して前記ロータの回転方向に逆らう向きの磁界を生じする場合、
前記極が前記ステータに設けられた第１のティースと向かい合い前記第１のティースに隣り合う第２のティースとは向かい合わない位置から、前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置に移行する第１の期間、前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をし、
前記極が前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置から、前記第２のティースと向かい合い前記第１のティースとは向かい合わない位置に移行する第２の期間、前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をすることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモータ駆動装置において、
前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第１のティースの巻線に対する基準電流波形に掛けて行うことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のモータ駆動装置において、
前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第２のティースの巻線に対する基準電流波形に掛けて行うことを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ駆動方法及び装置に関し、特に、集中巻同期モータの駆動方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（ａ）〜（ｃ）は、集中巻同期モータの一部断面図である。同図において、（ｂ）は（ａ）の状態を基準としてロータ３２が反時計周りに７．５°回った状態を示し、（ｃ）は（ａ）の状態を基準としてロータ３２が反時計周りに１５°回った状態を示している。
【０００３】
同図に示す集中巻同期モータでは、円筒状のケース３０の内部に複数のティース３４ａ〜３４ｆを備えるステータ３５が挿嵌されている。ここで、同図に示すモータにおいてはステータ３５の巻線が集中巻きにされており、各ティース３４には図示しないＵ，Ｖ，Ｗいずれかの相の巻線が施されている。
【０００４】
また、そのステータ３５の内部にはロータ３２が回転可能に軸支されており、このロータ３２の外側面には径方向に帯磁した永久磁石が軸方向に延設されている。そして、この永久磁石がロータ３２の磁極３６ａ〜３６ｄとして機能する。こうして、この種のモータでは、ティース３４に施された巻線に３相交流電流が供給されてステータ３５に回転磁界が形成され、磁極３６がティース３４との間で吸引及び反発を繰り返すことにより、ロータ３２が所定トルクにて回転駆動される。
【０００５】
こうした集中巻を採用すれば、１以上のティース３４を包摂するようにしてティース３４に巻線を施す分布巻（ラップ巻）を採用する場合に比して巻線の取り付けが容易であるため、同期モータの製造工程を簡略化することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、巻線をティース３４に集中巻きしたのでは、効率よくトルクが得られないという問題が生じる。
【０００７】
図６はかかる問題を説明する図である。同図（ａ）の上側には、図５（ａ）における磁極３６ｂ，３６ｃとティース３４ｂ〜３４ｅとの対向部位が回転方向に展開して示されており、下側にはそのロータ３２の位置にてステータ３５により形成される磁界が模式的に示されている。同図（ｂ）（ｃ）についても同様に、図５（ｂ）（ｃ）の磁極３６ｂ，３６ｃとティース３４ｂ〜３４ｅとの対向部位、及びそのロータ３２の位置でのステータ３５により形成される磁界が示されている。
【０００８】
まず同図（ａ）から分かるように、磁極３６ｂの対面には、ティース３４ｂにより形成されるＳ極磁界（内向きの磁界）と、ティース３４ｃにより形成されるＮ極磁界（外向き磁界）と、が左右に分かれて存在している。また、磁極３６ｃの対面についても、ティース３４ｃにより形成されるＮ極磁界と、ティース３４ｅにより形成されるＳ極磁界とが左右に分かれて存在している。このため、ロータ３２が同図（ａ）又は図５（ａ）に示す位置にある場合には、磁極３６ｂ，３６ｃが夫々の回転先にあるティース３４ｃ，３４ｅから吸引を受けるとともに背後にあるティース３４ｂ，３４ｃから夫々反発を受けるため、ロータ３２は効率よくトルクを発生することができる。
【０００９】
同様に、同図（ｃ）に示す状態においても、ロータ３２の各磁極３６ｂ，３６ｃは回転先にあるティース３４ｄ，３４ｅから夫々吸引を受けるとともに背後にあるティース３４ｂ，３４ｄから夫々反発をうけ、効率的にトルクを発生することができる。
【００１０】
しかしながら、同図（ａ）と同図（ｃ）との間には同図（ｂ）の状態が介在する。この状態では、磁極３６ｂ，３６ｃの対面に形成される磁界のうち一部が、トルクの発生に寄与しないばかりか、逆にトルクを減少させるように働く。これは、磁極３６ｂについては、同図（ｂ）の矢印Ａに示すようにティース３４ｃから生じるＮ極磁界のうち一部が磁極３６ｂの中心線に対する背後、すなわち回転方向の逆側に存在するため、その磁界部分により磁極３６ｂが回転方向とは逆向きに引き戻されようとするためである。磁極３６ｃについても同様に、同図（ｂ）の矢印Ｂに示すようにティース３４ｄから生じるＮ極磁界のうち一部が磁極３６ｃの中心線に対して回転方向側に存在し、その磁界部分により磁極３６ｃが回転方向とは逆向きに押し戻される。
【００１１】
このように、同期モータの巻線を集中巻にすれば、ロータ３２の回転位置により、該同期モータのステータ３５の巻線に供給した各相電流のうち一部がトルク発生を妨げるよう使われてしまい、効率よく回転トルクが得られないという問題が生じる。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、集中巻同期モータのステータ巻線に同一の電力を供給しても、より大きなトルクを発生させることのできるモータ駆動方法及び装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、ステータの各相の巻線に交流電流を供給して集中巻同期モータを駆動するモータ駆動方法において、前記ステータのティースから生じる磁界の一部により、ロータの極に対して該ロータの回転方向に逆らう向きの磁力を生じる場合、前記極が前記ステータに設けられた第１のティースと向かい合い前記第１のティースに隣り合う第２のティースとは向かい合わない位置から、前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置に移行する第１の期間、前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をし、前記極が前記第１のティース及び前記第２のティースの両方と向かい合う位置から、前記第２のティースと向かい合い前記第１のティースとは向かい合わない位置に移行する第２の期間、前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正をする。こうすれば、トルクの発生を妨げるよう巻線を流れる電流が用いられる場合には、その電流量を制限してトルクの発生効率を向上させることができる。
【００１４】
ここで、前記第１のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第１のティースの巻線に対する基準電流波形に乗算することが好適である。
【００１５】
ここで、前記第２のティースの巻線に供給する前記交流電流を減少させる補正は、トルクリップルを所定値以下とするように補正係数を前記第２のティースの巻線に対する基準電流波形に乗算することが好適である。
【００１６】
こうすれば、これら第１及び第２の期間は前記第１のティースの巻線を流れる電流がトルク発生を妨げる方向で用いられるため、これを制限することによりトルクの発生効率を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成図である。同図に示すモータ駆動装置１４は電気自動車に搭載されるものであり、集中巻同期モータ２０には電流供給部１８から本発明による波形補正の施された３相交流電流が供給される。この集中巻同期モータ２０は８個の極及び１２個のティースを有しており、図５及び図６に示したモータと同一である。このため、以下の説明でも図５及び図６で用いた符号を用いる。なお、電流供給部１８は、図示しない直流電源、インバータ、及びＰＷＭ制御回路を含んで構成される。
【００１９】
モータ駆動装置１４はさらに主制御部１６を含んでいる。この主制御部１６はＣＰＵ及びメモリを含んで構成されており、車両ＥＣＵ（電子制御装置）からモータ２０の回転数、車両重量、アクセル開度等の操作情報が入力され、またモータ２０に取り付けられたロータ位置検出器２２からロータ３２の回転位置が入力される。主制御部１６では、これらの入力情報に基づいてモータ２０に供給すべき電流波形を決定する。なお、電流供給部１８から出力される各相電流値を主制御部１６にフィードバックさせ、モータ制御の安定を図ってもよい。
【００２０】
図２は、電流供給部１８からモータ２０の各相ステータ３５の巻線に供給される電流波形の一例を示す図である。同図（ａ）はＷ相の電流波形を示し、（ｂ）はＵ相の電流波形を示し、（ｃ）はＶ相の電流波形を示している。
【００２１】
同図（ａ）〜（ｃ）では、横軸が電流位相を表し、縦軸がモータ２０のステータ３５に発生する磁界を表す。同図では、縦軸が正の領域でＮ極磁界（ロータ３２の方向の磁界）が発生し、負の領域でＳ極磁界が発生することが表される。
【００２２】
そして、同図（ａ）〜（ｃ）において、比較的太い線１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは基準電流波形を表している。一方、比較的細い線１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは補正済み電流波形ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを表しており、次式で表される。
【００２３】
【数１】
ＩＵ＝Ｉ×α×βＵ×ｓｉｎ（θ）
ＩＶ＝Ｉ×α×βＶ×ｓｉｎ（θ＋π／３）
ＩＷ＝Ｉ×α×βＷ×ｓｉｎ（θ＋２π／３）
ここで、補正済み電流波形ＩＵ，ＩＶ，ＩＷは各瞬時値を足しあわせると０になるように定められている。また、Ｉは基準電流波形の振幅、βＵ，βＶ，βＷは各相の補正係数、αは補正係数βＵ，βＶ，βＷの振幅、すなわち補正振幅である。補正係数βＵ，βＶ，βＷは同図に示されるように基準電流波形の６倍の周期を有するものであり、主制御部１６の図示しないメモリにテーブルが格納される。
【００２４】
同図に示す補正済み電流波形ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを用いれば、モータ２０のトルク発生効率を向上させることができる。たとえば、モータ２０のロータ３２が図５（ｂ）及び図６（ｂ）の位置にくるタイミングは、図２の矢印４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗに示すタイミングに対応するが、この場合、特に矢印４０Ｖに示すように、ティース３４ｃ（Ｖ相）に施された巻線には基準電流よりも少ない電流が補正済み電流として流される。これにより、ティース３４ｃから発せれられる磁界がトルク発生を妨げる向きに働く度合いを下げることができ、結果として、トルク発生効率を向上させることができる。また、このタイミングでは同様に、矢印４０Ｗに示すＷ相の電流値が減少補正されており、ティース３４ｄによるトルク発生を妨げる作用が弱められるようになっている。一方、矢印４０Ｕに示すＵ相の電流値については増加補正されており、これにより各相電流の瞬時値の総和が０となるようにされている。
【００２５】
図３は、本実施の形態に係るモータ駆動装置１４の動作を説明するフロー図である。同図に示すように、このモータ駆動装置１４では、まず主制御部１６が車両ＥＣＵから、モータ２０の回転数、車両速度、車両重量、アクセル開度等の操作情報を取得する（Ｓ１０１）。そして、これらの入力情報に基づき、主制御部１６が要求トルク、許容トルクリップルを算出し（Ｓ１０２）、その要求トルク及び許容トルクリップルに応じた補正振幅αを決定する（Ｓ１０３）。
【００２６】
すなわち、図２に示す波形の電流をモータ２０に供給した場合トルクリップルが増大してしまうが、トルクリップルの増大を放置したのでは電気自動車のドライブフィーリングを悪化させてしまう。図４は、補正振幅αの値とトルクリップル及びトルク増加量との関係を表す図である。同図に示すように、補正係数αを増加させると同一入力に対してトルクを増加させることができるが、一方、トルクリップルは増加してしまう。このため本モータ駆動装置１４では、車両重量及び車両速度に基づいてドライブフィーリングの悪化がどの程度許容されるかを判断し、その許容値に応じた補正係数αを算出している。
【００２７】
次に、モータ駆動装置１４では主制御部１６が図２に示す各相の電流波形ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを算出し、電流指令値マップを生成する（Ｓ１０４）。さらに、主制御部１４ではモータ２０に取り付けられたロータ位置検出器２２からの出力に基づいてモータ２０に供給すべき電流位相を決定し（Ｓ１０５）、以上の処理結果に基づき、電流供給部１８に制御信号を送出してモータ２０に電流を供給する（Ｓ１０６）。
【００２８】
以上説明したモータ駆動装置１４によれば、ステータ３５のある相の巻線のトルクへの寄与の度合いに着目し、ロータ３２とステータ３５とがトルク発生に不利な位置関係にある場合には、その相の電流量を制限し、一方、トルク発生に有利な位置関係にある場合には、その相の電流量を増加させている。こうすることで、モータ１２に供給する平均電流を維持することにより電流供給部１６に含まれるインバータの発熱量が増えることを防止しつつ、トルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置において集中巻同期モータに供給される各相電流波形を表す図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の動作を説明するフロー図である。
【図４】  電流波形への補正の程度とトルクリップル及びトルク増加量との関係を示す図である。
【図５】  集中巻同期モータを示す断面図である。
【図６】  図５の集中巻同期モータのステータに発生する磁界の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０  基準電流波形、１２  補正済み電流波形、１４  モータ駆動装置、１６主制御装置、１８  電流供給部、２０  （集中巻同期）モータ、２２  ロータ位置検出器、３０  ケース、３２  ロータ、３４  ティース、３５  ステータ、３６  磁極、３８  中心線。
【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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