JP2000116170A - モータのトルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量の小さな同期モータにおいて駆動電圧が
飽和した場合でも更にトルクを出力させ、持てる能力を
最大限に引き出すものである。 【解決手段】 容量の小さな同期モータ10のトルク制御
装置に、トルク電流指令値IQc に基いてステータコイル
19に印加する電圧Vu,Vv,Vwを算出してステータコイル19
に印加する制御回路20と、ステータコイル19に流れる実
トルク電流iu,iv,iwを制御回路20にフィードバックする
フィードバック回路30を設け、制御回路20は印加電圧V
u,Vv,Vwが飽和状態になった時に、トルク電流指令値IQc
と位相の異なる励磁電流IDc を作ってこの印加電圧Vu,
Vv,Vwを変更すると、共に、フィードバックされた実ト
ルク電流Iqがトルク電流指令値IQc に一致するように励
磁電流IDc の値を補正するように動作する。同期モータ
にはクロポールモータを使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータのトルク制御
装置に関し、特に、自動車のオルタネータ等に使用され
るクロポールモータのような容量の小さな同期モータの
トルク制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロータに内蔵されたコイルに通電
してロータを電磁石とし、この電磁石となったロータを
ステータに巻かれたコイルに通電することにより回転さ
せるクロポールモータと称される同期モータがある。こ
のクロポールモータは一般に自動車の充電装置における
発電機として使用されている。

【０００３】図１(a) 〜(c) は自動車のオルタネータと
して使用される従来のクロポールモータ１０の一例の構
造を示すものである。(a) に示すように、クロポールモ
ータ１０のハウジング９の中には、回転するロータ１と
ハウジング９に固定されたステータ２、整流回路を構成
するダイオード５、及び、出力電圧を制御するボルテー
ジ・レギュレータとしてのＩＣレギュレータ６がある。
ロータ１はベアリング３によってハウジング９に回転支
持されており、ロータシャフト１１の一端には図示しな
いエンジンによって回転させられるプーリ４が取り付け
られ、他端にはロータシャフト１１に巻かれたロータコ
イル１２の両端に接続するスリップリング１４がある。
１５はブラシ、１６はブラシ１５をスリップリング１４
に押し付けるスプリングである。

【０００４】(b) に示すように、ロータ１には、ロータ
シャフト１１にロータコイル１２が巻かれており、この
ロータコイル１２の前後のロータシャフト１１にはロー
タコイル１２を囲むように２つのロータコア１３が対向
して取り付けられている。２つのロータコア１３は共に
櫛歯状をしており、それぞれの櫛歯は非接触状態で互い
に噛み合うように配置されている。そして、ロータコイ
ル１２に直流電流を流すと、これらの櫛歯はそれぞれＮ
極とＳ極に帯磁するようになっている。

【０００５】(c) に示すように、ステータ２には薄い円
環状の鉄板を複数枚重ね合わせて構成されるステータコ
ア１７があり、その内側にはいくつものスロット１８が
設けられていて、このスロット１８の中にステータコイ
ル１９が巻かれている。ステータ２には３組の独立した
ステータコイル１９が巻かれており、ロータ１の回転に
伴って３相交流が発生するようになっている。

【０００６】図２(a) は従来のクロポールモータ１０の
電気配線を示す図である。ロータシャフト１１に巻かれ
たロータコイル１２の両端は、ロータシャフト１１に電
気的に絶縁された状態で取り付けられた２個のスリップ
リング１４にそれぞれ接続されている。スリップリング
１４は、ステンレスあるいは銅合金等でできた円筒状の
リングであり、外周部にブラシ１５が接触している。ブ
ラシ１５は自動車に搭載されたバッテリ８の両端に接続
されており、バッテリ８からロータコイル１２に電流を
流してロータ１を電磁石にするようになっている。ステ
ータコア１７はロータコア１３から出た磁束がステータ
コイル１９と有効に交差するように作られた磁束通路で
ある。ステータコア１７には３組の独立したステータコ
イル１９が巻かれており、ロータ１の回転により、電圧
Ｖｕ，Ｖｖ，或いはＶｗの３相交流が発生する。ステー
タコイル１９の接続には図２(b) ，(c) に示すようにＹ
結線とΔ結線があるが、一般的には低速性能に優れてい
るＹ結線の方が採用されている。

【０００７】ところで、以上のように構成されたクロポ
ールモータ１０は、ロータコイル１２に通電を行ってロ
ータ１を電磁石にした状態でステータコイル１９に３相
交流を通電してやれば、モータとして動作する。従っ
て、図１(a) のプーリ４とエンジンのクランクシャフト
のプーリとの間にベルトをかけ渡した状態にすれば、ク
ロポールモータ１０を自動車のスタータモータとしても
使用することができる。この場合、一般にはロータコイ
ル１２への通電量は一定に保持しておき、ステータコイ
ル１９への通電量のみを変更することが行われる。これ
は、ロータコイル１２への通電量をステータコイル１９
への通電量を両方変化させると制御が複雑になるからで
ある。

【０００８】そして、このようなクロポールモータ１０
に、自動車のオルタネータの機能とスタータモータの機
能の両方を持たせて省スペース化、及びコストダウンを
図ることが提案されている。一方、クロポールモータ１
０に電圧を印加して回転トルクを得る場合、これまでは
３相交流電圧を飽和電圧に達しない状態で与えてトルク
を得ていた。従って、通常の電圧で制御できる範囲内で
所定のトルクを発生するモータを得ようとすると、モー
タのサイズが大きくなってしまい、重量やスペースが増
大する問題があった。そこで、モータのサイズを小型に
保ったままで更に大きなトルクを得るために、印加する
３相交流電圧を飽和電圧まで上げることが行われてい
る。更にまた、飽和電圧を印加した時のモータのトルク
よりも更に大きなトルクを得ようとする場合には、モー
タに印加する電流の位相をずらせば良いことが知られて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロポ
ールモータのような同期モータにおいて、飽和電圧を印
加した状態で電流の位相をずらすことによってモータの
発生するトルクを更に増大させようとすると、どの程度
電流位相をずらすかの判断が難しく、状態変化に合わせ
た制御ができないという問題点があった。ずらす電流の
位相をマップで決める方法も考えられるが、温度や個々
の機器の誤差でずらす位相の値は一定とならず、マップ
値で電流の位相を制御しても本当に欲しいトルクを得る
ことは困難であった。

【００１０】これを図３及び図４を用いて説明する。一
般に、同期モータ等のモータは固定された部分と回転す
る部分を持っており、これらを共に固定された直交座標
系あるいは回転する直交座標系に変換した座標系がｄ−
ｑ座標系である。ｑ軸はｄ軸に対してπ／２進んだ位相
にある。同期モータの場合、ｄ軸は界磁の作る磁束の方
向にとるのが一般的であり、ｄ−ｑ座標は回転座標系で
ある。

【００１１】図３(a) に示すように、同期モータが低速
で回転しており、ωφで示されるモータの駆動電圧（逆
起電力）が電圧制限円Ｖmax 内にある場合は、このとき
のトルク電流指令値ＩＱｃに対して、モータのステータ
コイルに流れる実電流Ｉｑはトルク電流指令値ＩＱｃに
ほぼ追従させて制御することができる。この場合、モー
タのインダクタンスＸｑにトルク電流指令値ＩＱｃを掛
けて得られる電圧ベクトル−ＸｑＩＱｃは、モータの駆
動電圧ωφの先端からｑ軸に対して左に折れる。この電
圧ベクトル−ＸｑＩＱｃの先端に０点から伸ばした電圧
ベクトルＶｃが電圧指令値であり、モータを駆動するイ
ンバータのデューティ比に相当するものである。モータ
速度が低速の時は、この電圧ベクトルＶｃも電圧制限円
Ｖmax に入ることがわかる。

【００１２】一方、図３(b) に示すように、同期モータ
が高速で回転しており、ωφで示されるモータの駆動電
圧が電圧制限円Ｖmax を越えた場合は、モータのステー
タコイルに流れる実電流Ｉｑをトルク電流指令値ＩＱｃ
に追従させて制御することができなくなる。この場合、
電圧ベクトル−ＸｑＩＱｃの先端に０点から伸ばした電
圧指令値のベクトルＶｃは電圧制限円Ｖmax の外側に領
域に入り、モータを駆動するインバータのデューティ比
が１００％を越えてしまう。このように、モータ速度が
高速の時は、実電流Ｉｑがトルク電流指令値ＩＱｃに追
従できなくなり、モータのトルクが不足してしまうので
ある。

【００１３】このトルクの不足分を補うために、図３
(b) に示すようにｄ軸方向に励磁電流ＩＤｃを与えるこ
とが行われる。このように励磁電流ＩＤｃを与えると、
電圧指令値のベクトルＶｃに電圧ベクトル−ＸｄＩＤｃ
が作用するので、モータの駆動電圧ωφが小さくなり、
電圧指令値のベクトルＶｃを回転させて得られる電圧ベ
クトルＶｃｃが電圧制限円Ｖmax 内に抑えられることに
なる。即ち、励磁電流ＩＤｃを与えることによって電圧
指令値のベクトルＶｃの位相を回転させて高いトルクが
得られるようになる。

【００１４】一方、図４(a) に示すように、モータの駆
動電圧が電圧制限円Ｖmax を越えた場合に与える励磁電
流ＩＤｃの選び方は何通りも考えられる。ここで、モー
タに与える励磁電流の位相とトルクの関係について見る
と、実トルク電流Ｉｑがトルク指令値ＩＱｃに一致する
点で最大トルクとなり、励磁電流の位相をこれ以上進め
てもトルクは減少することが分かる。

【００１５】従来は、ＩＱｃ＝Ｉｑとなる励磁電流の位
相を最適点としてマップの形で持っていたが、実際に
は、モータや機器のばらつきや、動作中の温度変化から
必ずしもこの最適点で実トルク電流Ｉｑがトルク指令値
ＩＱｃに一致しなくなるという問題点があったのであ
る。そこで、本発明は、クロポールモータのような容量
の小さい同期モータの駆動電圧が飽和電圧になった場合
に、モータや機器のばらつきや、動作中の温度変化があ
った場合でも、必ず同期モータの出力トルクをトルク指
令値通りに制御することができ、容量の小さな同期モー
タの出力トルクを限界いっぱいまで出力させることがで
きるモータのトルク制御装置を提供することを目的とし
ている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の特徴は、以下に第１から第３の発明として示され
る。第１の発明の構成上の特徴は、モータのトルク制御
装置であって、モータのトルクを制御するために与えら
れるトルク電流指令値に基いて同期モータのステータコ
イルに印加する電圧を算出し、これをステータコイルに
印加する制御回路と、ステータコイルに流れる実トルク
電流を制御回路にフィードバックするフィードバック回
路とを備え、制御回路は、印加電圧が飽和状態になった
時に、トルク電流指令値と位相の異なる励磁電流を作っ
てこの印加電圧を変更すると共に、フィードバックされ
た実トルク電流がトルク電流指令値に一致するように励
磁電流の値を補正することにある。

【００１７】第２の発明の構成上の特徴は、第１の発明
において、同期モータを、ロータシャフトに巻かれたロ
ータコイルと、このロータコイルの前後のロータシャフ
トにロータコイルを囲むように対向して取り付けられた
櫛状の２つのロータコア、及び、前記ロータコイルへの
給電用に前記ロータシャフトに取り付けられたスリップ
リングとからなるロータと、このロータの外側に位置
し、３個の独立したステータコイルが巻かれたステータ
コアを備えたステータとから構成されるクロポールモー
タとして構成したことにある。

【００１８】第３の発明の構成上の特徴は、第２の発明
において、ロータコイルに通電する界磁電流値を、ロー
タの回転数に応じて変化させ、ロータの回転が大きくな
った時に界磁電流値が小さくなるようにしたことにあ
る。第１の発明では、トルク指令値による同期モータへ
の印加電圧値が飽和した時に、励磁電流が与えられ、同
期モータの実トルク電流がフィードバックされて実トル
ク電流がトルク指令値になるように励磁電流が変更され
る。この結果、同期モータへの印加電圧値が飽和になっ
た後に、更に大きなトルクを得ることができる。

【００１９】第２の発明では、同期モータを自動車のオ
ルタネータとして使用されているクロポールモータとし
て構成することができる。第３の発明では、クロポール
モータの回転数が高くなった時にロータへの界磁電流値
が抑えられるので、過大な逆起電力の発生が抑えられ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図
５は本発明の第１の実施例のモータのトルク制御装置２
０の構成を示すものである。このモータのトルク制御装
置２０は、同期モータ、例えば、図１，２で説明したク
ロポールモータ１０のトルクを制御するものであり、ト
ルク電流指令値の入力端子２１、２つの加算器２２Ａ，
２２Ｂ、２つの比例、積分制御器（図ではＰＩ制御）２
３Ａ，２３Ｂ、ベクトル演算回路２４、ｄ−ｑ座標／３
相交流コンバータ２５、インバータ２６、速度・位置信
号処理回路２７、及び３相交流／ｄ−ｑ座標コンバータ
２８とから構成されている。

【００２１】トルク電流指令値の入力端子２１に入力さ
れたトルク電流指令値ＩＱｃは２つに分岐され、一方は
直接ベクトル演算回路２４に入力され、他方は加算器２
２Ａにおいて実トルク電流Ｉｑと加算され、ＰＩ制御器
２３ＡでＰＩ制御された後に加算器２２Ｂにおいて実励
磁電流Ｉｄと加算された後に、ＰＩ制御器２３ＢでＰＩ
制御されてから励磁電流指令値ＩＤｃとしてベクトル演
算回路２４に入力される。ベクトル演算回路２４は、入
力されるトルク電流指令値ＩＱｃと励磁電流指令値ＩＤ
ｃとから、モータの回転磁界を作るインバータ２６を制
御する２相のデューティ比Ｖｄｃ，Ｖｑｃをｄ−ｑ座標
系で作ってｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ２５に出力
する。

【００２２】このｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ２５
は、入力された２相のデューティ比Ｖｄｃ，Ｖｑｃを３
相のデューティ比Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃに変換してイ
ンバータ２６に出力する。この変換は座標変換であり、
以下の式で表される。

【００２３】

【数１】 インバータ２６は３相のデューティ比Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，
Ｖｗｃの入力によって各相のオン、オフ時間のパターン
が変わり、図６(a) に示されるように、オン、オフ時間
のパターンに応じた電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（破線）が発
生する。３相のデューティ比Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃが
１００％になると、図６(b) に示されるように、インバ
ータ２６の出力電圧は飽和状態となる。インバータ２６
からの出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、クロポールモータ
１０のステータコイル１９の各相に印加される。また、
クロポールモータ１０のロータコイル１２にもインバー
タ２６から界磁電流Ｉｆが印加される。通常、インバー
タ２６からロータコイル１２に供給される界磁電流Ｉｆ
は、バッテリ８から導かれる一定の電流である。

【００２４】インバータ２６からクロポールモータ１０
に電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加する各ラインはフィード
バック回路３０によって３相交流／ｄ−ｑ座標コンバー
タ２８に接続され、インバータ２６からクロポールモー
タ１０のステータコイル１９の各相に供給される実電流
ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが３相交流／ｄ−ｑ座標コンバータ２
８によって検出される。また、クロポールモータ１０の
ロータの回転速度とロータの位置は、回転センサ７によ
って検出され、速度・位置信号処理回路２７に入力され
ている。そして、インバータ２６からクロポールモータ
１０に供給される実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが３相交流／
ｄ−ｑ座標コンバータ２８に入力された時点のロータの
回転速度ωｒｅが、速度・位置信号処理回路２７から３
相交流／ｄ−ｑ座標コンバータ２８に入力される。速度
・位置信号処理回路２７からのロータの回転速度ωｒｅ
は、ｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ２５にも入力され
ている。

【００２５】ｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ２５は、
入力されたクロポールモータ１０への実電流ｉｕ，ｉ
ｖ，ｉｗの値とロータの回転速度ωｒｅに基づいて、実
トルク電流Ｉｑと実励磁電流Ｉｄを作る。そして、実ト
ルク電流Ｉｑはｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ２５か
ら加算器２２Ａに印加され、実励磁電流Ｉｄはｄ−ｑ座
標／３相交流コンバータ２５から加算器２２Ｂに印加さ
れる。

【００２６】なお、以上説明したモータのトルク制御装
置２０におけるトルク電流指令値ＩＱｃ、実トルク電流
Ｉｑ、及び実励磁電流Ｉｄには物理的な意味はなく、そ
れぞれ、電流値を指示する制御値（或いは指令値）であ
る。即ち、このトルク制御装置２０で指示できる電流の
大きさが０〜１００の段階（分解能）であったとする
と、トルク電流指令値ＩＱｃ、実トルク電流Ｉｑ、及び
実励磁電流Ｉｄはこの段階のどの値を出力させるかを指
示するものである。

【００２７】以上のように構成されたモータのトルク制
御装置２０では、入力端子２１に入力されるトルク電流
指令値ＩＱｃが小さい時は、クロポールモータ１０の回
転速度が低く、十分にトルクを出せる状態であるので、
図３(a) で説明したように、モータ１０のステータコイ
ル１９に流れる実トルク電流Ｉｑはトルク電流指令値Ｉ
Ｑｃにほぼ追従する。その結果、トルク電流指令値ＩＱ
ｃと、フィードバック回路３０から３相交流／ｄ−ｑ座
標コンバータ２８を介して加算器２２Ａにフィードバッ
クされる実トルク電流Ｉｑには差がないため、励磁電流
指令値ＩＤｃは０に制御される。そして、励磁電流指令
値ＩＤｃ＝０がベクトル演算回路２４に入力されている
ので、実励磁電流Ｉｄも０に制御される。

【００２８】この状態からクロポールモータ１０の回転
数が増大してくると、モータ１０が発生する逆起電力が
大きくなるため、図３(b) で説明したように、モータ１
０の駆動電圧が電圧制限円Ｖｍａｘを越え、ステータコ
イル１９に流れる実トルク電流Ｉｑをトルク電流指令値
ＩＱｃに追従させて制御することができなくなる。そう
すると、トルク電流指令値ＩＱｃとフィードバック回路
３０から３相交流／ｄ−ｑ座標コンバータ２８を介して
加算器２２Ａにフィードバックされる実トルク電流Ｉｑ
との間に差が生じる。この差がＰＩ制御回路２３Ａに入
力されて励磁電流制御値ＩＤが作られ、加算器２２Ｂに
おいてこの励磁電流制御値ＩＤに実励磁電流Ｉｄが加算
され、その差に応じた励磁電流指令値ＩＤｃがＰＩ制御
回路２３Ｂで作られてベクトル演算回路２４に入力され
る。

【００２９】すると、ベクトル演算回路２４においてｄ
軸の電圧デューティ比Ｖｄｃが変更され、図３(b) で説
明したベクトル電圧−ＸｄＩｄｃがモータの駆動電圧に
作用し、モータの駆動電圧が小さくなってステータコイ
ル１９に流れる実トルク電流Ｉｑとトルク電流指令値Ｉ
Ｑｃとの差が小さくなる。ベクトル演算回路２４に入力
される励磁電流指令値ＩＤｃの値は、ステータコイル１
９に流れる実トルク電流Ｉｑとトルク電流指令値ＩＱｃ
との差がなくなるまで補正され続ける。そして、ステー
タコイル１９に流れる実トルク電流Ｉｑとトルク電流指
令値ＩＱｃとの差がなくなった時点における励磁電流指
令値ＩＤｃの値が、クロポールモータ１０に最大トルク
を与えるものである。

【００３０】このように、図５に示した本発明のモータ
のトルク制御装置２０では、トルク電流指令値ＩＱｃに
よるクロポールモータ１０の駆動電圧値が飽和した時に
励磁電流指令値ＩＤｃが与えられ、クロポールモータ１
０の実トルク電流Ｉｑがフィードバックされて実トルク
電流Ｉｑがトルク電流指令値ＩＱｃに一致するように励
磁電流指令値ＩＤｃが変更されるので、駆動電圧値が飽
和した時でもクロポールモータ１０から大きなトルクを
得ることができる。

【００３１】従って、本発明のモータのトルク制御装置
２０を自動車のオルタネータを構成するクロポールモー
タ１０に適用した場合には、オルタネータをスタータモ
ータとして使用することができる。この実施例を図７を
用いて説明する。図７は、本発明のモータのトルク制御
装置２０が備えられたクロポールモータ１０を車両のエ
ンジン３１のスタータとオルタネータに兼用して使用し
た構成を示すものである。なお、この実施例におけるエ
ンジン３１は、車両の停止時には燃料消費量を低減する
ために、エンジン３１への燃料の供給を停止し、エンジ
ン３１をモータによってアイドル回転に維持させようと
するエコノミーランニング（以後エコランという）モー
ドを備えるものである。

【００３２】図７において、３１は車両に搭載されたエ
ンジン（図ではＥ／Ｇ）であり、３２はオートマチック
トランスミッション（図ではＡ／Ｔ）である。スタータ
モータ及びオルタネータとして機能するクロポールモー
タ１０は、エンジン３１のクランク軸３９にプーリ３
３、ベルト３４、及びプーリ３５を介して連結されてい
る。プーリ３５とエンジン３１のクランク軸３９との間
には、動力の伝達／非伝達が可能な電磁クラッチ３６が
設けられている。また、クロポールモータ１０はオート
マチックトランスミッション３２用のオイルポンプ３７
と、電磁クラッチ３８を介して連結されている。なお、
３７Ａはオイルポンプ３７のオイル入口配管、３７Ｂは
オイルポンプのオイル出口配管である。

【００３３】４１，４２は補機類であり、例えば、４１
はパワーステアリング用のポンプ（以後パワステポンプ
と略記）、４２はエアコンディショナ用のコンプレッサ
（以後エアコンコンプレッサと略記）である。パワステ
ポンプ４１とエアコンコンプレッサ４２は、エンジン３
１のクランク軸３９及びクロポールモータ１０とはプー
リ４３，４４及びベルト３４によって連結されている。
また、クロポールモータ１０には図５で説明したモータ
のトルク制御装置２０が接続されている。

【００３４】一方、前述のエコランを行うためのエコラ
ンスイッチのオン・オフ信号や、エアコンスイッチのオ
ン・オフ信号は、コントローラ４０に入力される。ま
た、コントローラ４０には、エンジン３１の回転数を検
出する回転数センサ４５からの回転速度信号も入力され
ている。そして、コントローラ４０はこれらの信号から
エンジン３１の運転状況を算出し、モータのトルク制御
装置２０の入力端子２１にトルク電流指令値ＩＱｃを与
え、電磁クラッチ３６，３８に動力の伝達／非伝達を指
令する信号を与える。更に、コントローラ４０は、モー
タのトルク制御装置２０のインバータ２６に制御信号を
出力し、クロポールモータ１０にバッテリ８から電気エ
ネルギを供給してスタータや補機駆動用モータとして機
能させるのか、バッテリ８への電気エネルギの充電を行
うオルタネータとして機能させるのかを切り換える。

【００３５】なお、図示はしないが、補機類としては、
前述のパワステポンプ４１やエアコンコンプレッサ４２
の他に、エンジンオイルポンプ、エンジンウォータポン
プ等も連結されている。以上のようにエンジン３１に唯
一のクロポールモータ１０と本発明のモータのトルク制
御装置２０とが備えられた車両では、エンジン３１の始
動時にはコントローラ４０がクロポールモータ１０をス
タータとして機能させてエンジン３１を始動させる。エ
ンジン３１の始動後はコントローラ４０はクロポールモ
ータ１０をオルタネータとして機能させてバッテリ８に
電気エネルギを蓄える。エンジン３１の始動時にはクロ
ポールモータ１０の回転速度をコントローラ４０は検出
し、エンジン始動時に必要なトルクと回転数がクロポー
ルモータ１０から得られるようにトルク電流指令値ＩＱ
ｃをモータのトルク制御装置２０に出力すると共に、モ
ータのトルク制御装置２０のインバータ２６への制御信
号によりクロポールモータ１０をスタータとして機能さ
せる。

【００３６】このとき、例えば、エンジン始動時にエア
コンスイッチの信号がオンになっていれば、エアコンが
オフの時に比べて大きなトルクがエンジン３１の始動に
必要であるから、コントローラ４０は大きなトルク、所
定回転数でクロポールモータ１０が回転できるようにト
ルク電流指令値ＩＱｃを制御する。トルク電流指令値Ｉ
Ｑｃは、エンジン３１、オートマチックトランスミッシ
ョン３２、車両の各種の状態信号をコントローラ４０が
取り込み、コントローラ４０内のマップメモリに照らし
合わせて決定することもできるし、また、各種の状態信
号からコントローラ４０内の演算装置で演算することに
よって求めることもできる。なお、エンジン始動時には
電磁クラッチ３６，３８は接続状態とされている。

【００３７】次に、車両が停止状態で、エコランモード
信号がオンである時には、コントローラ４０はエンジン
３１への燃料の供給をカットさせる信号（図示せず）を
出力し、エンジン３１を停止させる。エコランモード信
号は、例えば、車内に設けられたスイッチを運転者が押
すことによって発生する。また、エコランモードでのエ
コラン動作の条件としては、車速が０、かつ、シフトレ
バーのレンジがＤまたはＮにあることなどがある。この
エコランモードが設定された状態では、コントローラ４
０は電磁クラッチ３６を非接続状態にする一方、電磁ク
ラッチ３８は接続状態にして、クロポールモータ１０で
オイルポンプ３７が駆動できるようにしておく。これは
エンジン停止時から再始動後に車両が速やかに発信でき
るようにオートマチックトランスミッション３２内の発
進クラッチ（図示せず）を直ちに、係合できる状態にし
ておくためである。

【００３８】一方、エンジン３１の停止中でもエアコン
やパワステアリングは作動させておく必要があるので、
パワステポンプ４１とエアコンコンプレッサ４２は動作
させなければならない。従って、コントローラ４０は、
オイルポンプ３７、パワステポンプ４１、及び、エアコ
ンコンプレッサ４２の負荷に応じた回転数とトルクでク
ロポールモータ１０を回転させる必要があり、この時に
図５で説明した本発明のモータのトルク制御装置２０が
前述の動作を行い、クロポールモータ１０の回転数が増
大しても出力トルクが大きくなるように制御するのであ
る。

【００３９】このように、本発明のモータのトルク制御
装置２０を適用すれば、車両のスタータモータとオルタ
ネータを１個のクロポールモータ１０で済ますことがで
き、省スペース化、省コスト化を図ることができる。な
お、以上説明した実施例では、制御を簡単にするため
に、クロポールモータ１０のロータコイル１２に流す界
磁電流Ｉｆを一定として説明したが、この界磁電流Ｉｆ
はロータの回転速度に応じて変更することもできる。

【００４０】図８はクロポールモータ１０のロータコイ
ル１２に流す界磁電流Ｉｆをロータの回転速度に応じて
変更する例を示すものである。この例では、ロータコイ
ル１２に流す界磁電流Ｉｆを、ロータの回転速度が高く
なるほど小さくなるように制御している。この結果、ク
ロポールモータ１０の回転数が高くなった時にロータ１
への界磁電流値が抑えられるので、過大な逆起電力の発
生が抑えられる。

【００４１】なお、以上の実施例では、同期モータとし
て自動車のオルタネータとして使用されるクロポールモ
ータについて説明したが、本発明のモータのトルク制御
装置は特にクロポールモータに限定されるものではな
く、小型で容量の小さな同期モータ全般について、その
トルクを最大限に引き出すことができるものである。

【００４２】

【発明の効果】本発明のモータのトルク制御装置によれ
ば、以下のような効果がある。第１の発明では、トルク
電流指令値による同期モータへの駆動圧値が飽和した時
に励磁電流指令値が与えられ、同期モータの実トルク電
流がフィードバックされて実トルク電流がトルク電流指
令値に一致するように励磁電流指令値が変更されるの
で、駆動電圧が飽和したモータにおいて更に大きなトル
クを得ることができる。

【００４３】第２の発明では、同期モータを自動車のオ
ルタネータとして使用されているクロポールモータとし
て構成することができ、スタータとオルタネータを１つ
のモータで兼用できる。第３の発明では、クロポールモ
ータの回転数が高くなった時にロータへの界磁電流値が
抑えられるので、過大な逆起電力の発生が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は従来のクロポールモータの構成を示す一
部切欠斜視図、(b) は(a) のロータの構成を示す斜視
図、(c) は(a) のステータの構成を示す斜視図である。

【図２】(a) は図１のクロポールモータの電気的な構成
を示す図、(b) ，(c) はステータコイルの結線方法を示
す回路図である。

【図３】(a) はモータの回転速度が低い時のｄ−ｑ座標
におけるモータの駆動電圧を示す図、(b) はモータの回
転速度が高い時のｄ−ｑ座標におけるモータの駆動電圧
及び励磁電流を示す図である。

【図４】(a) は図３(b) における励磁電流の与え方を説
明する図、(b) は(a) の励磁電流に対応するトルクの変
化を示す図である。

【図５】本発明のモータのトルク制御装置の一実施例の
構成を示すブロック回路図である。

【図６】(a) は図５のインバータが飽和していない時の
出力電圧を示す図、(b) は飽和している時の出力電圧を
示す図である。

【図７】本発明のトルク制御装置により駆動される同期
モータを自動車のオルタネータ兼スタータモータとして
設置した実施例の構成を示す構成図である。

【図８】図５のロータコイルに流す界磁電流をロータの
回転数に応じて変化させる場合の界磁電流とロータ回転
数との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…ロータ ２…ステータ ４…プーリ ８…バッテリ １０…クロポールモータ １２…ロータコイル １３…ロータコア １７…ステータコア １９…ステータコイル ２０…モータのトルク制御装置 ２１…入力端子 ２２Ａ，２２Ｂ…加算器 ２３Ａ，２３Ｂ…ＰＩ制御器 ２４…ベクトル演算回路 ２５…ｄ−ｑ座標／３相交流コンバータ ２６…インバータ ２７…速度・位置信号処理回路 ２８…３相交流／ｄ−ｑ座標コンバータ ３０…フィードバック回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータのトルク制御装置であって、 前記モータのトルクを制御するために与えられるトルク
   電流指令値に基いて前記同期モータのステータコイルに
   印加する電圧を算出し、これを前記ステータコイルに印
   加する制御回路と、 前記ステータコイルに流れる実トルク電流を前記制御回
   路にフィードバックするフィードバック回路とを備え、 前記制御回路は、前記印加電圧が飽和状態になった時
   に、前記トルク電流指令値と位相の異なる励磁電流を作
   ってこの印加電圧を変更すると共に、フィードバックさ
   れた前記実トルク電流が前記トルク電流指令値に一致す
   るように前記励磁電流の値を補正することを特徴とする
   モータのトルク制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモータのトルク制御装
   置であって、前記同期モータが、ロータシャフトに巻か
   れたロータコイルと、このロータコイルの前後のロータ
   シャフトにロータコイルを囲むように対向して取り付け
   られた櫛状の２つのロータコア、及び、前記ロータコイ
   ルへの給電用に前記ロータシャフトに取り付けられたス
   リップリングとからなるロータと、このロータの外側に
   位置し、３個の独立したステータコイルが巻かれたステ
   ータコアを備えたステータと、から構成されるクロポー
   ルモータであることを特徴とするモータのトルク制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のモータのトルク制御装
   置であって、前記ロータコイルに通電する界磁電流値
   を、前記ロータの回転数に応じて変化させ、前記ロータ
   の回転が大きくなった時に界磁電流値が小さくなるよう
   にしたことを特徴とするモータのトルク制御装置。