JP2016049010A - 永久磁石型モータ、位置推定装置及びモータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面磁石型モータにおいて、突極比を向上させることができる。【解決手段】複数相の電機子巻線を備える固定子と、回転軸と、周方向に複数の磁極をもつよう着磁された永久磁石と、を有する回転子と、を備え、前記永久磁石の各磁極の外周面において、磁極の中心を跨ぎ、且つ前記周方向における１磁極分の幅よりも短い幅の非磁性導体部材が、前記回転軸に沿う方向に延在する。【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石型モータ、位置推定装置及びモータ駆動制御装置に関する。

従来から、界磁に電力を消費しない永久磁石型モータが高効率モータとして広く利用されている（特許文献１、２）。永久磁石型モータにおいて、特に永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ埋込磁石型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータは、コイルインダクタンスが回転子角度に応じて変化する、突極性と呼ばれる特性を有する。このため、ＩＰＭモータは、永久磁石の磁束によるマグネットトルクだけでなく、突極性によるリラクタンストルクも利用でき、高効率かつ広い使用速度域をもつため、近年、利用範囲を拡大している。

さらに、ＩＰＭモータは、突極性を利用してセンサを用いずに回転子角度を推定するセンサレス位置推定やセンサレス駆動にも利用されている。

しかしながら、ＩＰＭモータは、回転子内での磁束漏れが大きい、表面磁束密度分布が歪むなどの問題があり、高トルクかつ低振動・低騒音を求められるような製品には不向きである。

これに対し、永久磁石が回転子表面に配置された表面磁石型(ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ)モータでは、回転子内の磁束漏れが小さいため、上述の問題を解決できる。しかしながら、ＳＰＭモータは、コイルインダクタンスの変化幅を示す突極比が小さいため、センサを用いずに回転子の角度を推定することが困難である。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、表面磁石型モータにおいて、突極比を向上させることを目的としている。

開示の技術は、複数相の電機子巻線を備える固定子と、回転軸と、周方向に複数の磁極をもつよう着磁された永久磁石と、を有する回転子と、を備え、前記永久磁石の各磁極の外周面において、磁極の中心を跨ぎ、且つ前記周方向における１磁極分の幅よりも短い幅の非磁性導体部材が、前記回転軸に沿う方向に延在する永久磁石型モータである。

表面磁石型モータにおいて、突極比を向上させることができる。

第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する第一の図である。 第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する第二の図である。 第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する第三の図である。 ＩＰＭモータの回転子の断面の一例を示す図である。 ＩＰＭモータ及びＳＰＭモータのＵ−Ｖ相間のインダクタンス変化を示す図である。 ＩＰＭモータの回転子の角度によるインダクタンスの変化について説明する図である。 ＳＰＭモータの回転子の角度によるインダクタンスの変化について説明する図である。 第一の実施形態の永久磁石型モータにおける突極比について説明する図である。 第一の実施形態の永久磁石型モータと、従来のＳＰＭモータのＵ−Ｖ相間のインダクタンス変化を示す図である。 導電部材の幅と突極比との関係を説明する図である。 第三の実施形態の永久磁石型モータの回転子を示す図である。 第一の実施形態及び第三の実施形態の永久磁石型モータの突極比の比較を示す図である。 第四の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。 第四の実施形態の永久磁石型モータにおける突極比について説明する図である。 第五の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。 導電部材の厚さと、インダクタンスの平均値の減少幅の関係を示す図である。 第六の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。 導電部材の幅と、インダクタンスの平均値の減少幅の関係を示す図である。 第七の実施形態の導電部材を説明する第一の図である。 第七の実施形態の導電部材を説明する第二の図である。 第八の実施形態の導電部材を説明する図である。 第九の実施形態の永久磁石型モータを説明する図である。 第十の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。 座標系の定義を示す図である。 位置推定部を説明する図である。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１ないし図３を参照して、第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する。図１は、第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する第一の図であり、永久磁石型モータの回転軸に垂直な面の断面図を示している。図２は、第二の実施形態の永久磁石型モータを説明する第二の図であり、回転子の備える永久磁石を示している。図３は、第一の実施形態の永久磁石型モータを説明する第三の図であり、回転子の備える導電部材を示している。図３において、図３（Ａ）に示す永久磁石型モータ１０を上方から見た場合の一部の拡大図を図３（Ｂ）として示す。

本実施形態の永久磁石型モータ１０は、永久磁石が回転子表面に配置された表面磁石型(ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ)モータである。本実施形態の永久磁石型モータ１０は、回転子２０、回転軸２１、ステータ３０を有する。

本実施形態の回転子２０は、回転軸２１、ヨーク２２、永久磁石２３、導電部材２４を備え、回転軸２１について回転自在に設けられている。

回転軸２１は、回転子２０の回転中心となる軸であり、ベアリングなどの軸受け（図示せず）に、回転自在の状態で固定される。

ヨーク２２は、回転軸２１に固定され、回転軸２１に垂直な面を底面とする円筒形状であり、回転軸２１とともに回転する。

永久磁石２３は、図２に示すように、リング状に一体形成されたボンド磁石であり、ヨーク２２の外周に固定され、周方向に複数の磁極をもつよう着磁されている。ボンド磁石は、プレス成型や射出成型により安価に製造できる。また、本実施形態のボンド磁石は、リング状に一体形成された形状であり、組み付け工数が少なく、さらに遠心力による飛散の可能性が少ないという利点がある。

本実施形態の導電部材２４は、永久磁石２３の外周表面に固定された非磁性の導電体であり、図３に示すように、永久磁石２３の外周面において、各磁極の磁極中心Ｏをまたぐように周方向に一磁極分の幅Ｗ１以下の幅Ｗ２を持ち、軸方向に延在する。

本実施形態では、導電部材２４に非磁性の導電体を用いるため、導電部材２４を付加しても、永久磁石型モータ１０の磁気回路に大きな影響を与えることはない。また、後述するように、導電部材２４を付加することにより、永久磁石型モータ１０は、突極性を示し、突極比を向上させることができる。本実施形態の導電部材２４は、特許請求の範囲の記載の導電層に相当する。

本実施形態のステータ３０（固定子）は、回転子２０の外周を囲むように配置され、ステータコア３１、固定子コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗを備える。以下の説明では、固定子コイル３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗのそれぞれを区別しない場合には、単に固定子コイル３２と呼ぶ。

ステータコア３１は、薄い電磁鋼鈑を、回転軸２１の長さ方向に積層して形成されている。ステータコア３１は、回転子２０の外周を環状に囲み、その内周には、周方向に沿って、ティースと呼ばれるＴ字状の形状を複数備える。本実施形態におけるティースは９個とする。

固定子コイル３２（電機子巻線）は、ティースの周囲に巻かれたコイルである。本実施形態の固定子コイル３２は、電気的に互いに１２０度の位相差をもつ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相であり、１つのティースに１相の固定子コイル３２が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、・・・と順番に巻かれている。本実施形態においては、１周で各相に３つの固定子コイル３２があり、相ごとに直列接続されている。

以下に、本実施形態の永久磁石型モータ１０に導電部材２４を設けたことによる突極比の向上に関する説明に先立ち、一般的にＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータにおける突極性について説明する。

一般的なＳＰＭモータの突極比は、ＩＰＭモータの突極比と比較すると、著しく小さい。その要因について、図４乃至図７を参照して以下に説明する。

図４は、ＩＰＭモータの回転子の断面の一例を示す図である。図４に示すように、ＩＰＭモータでは、回転子４の内部に永久磁石２３Ａが埋め込まれている。

図５は、ＩＰＭモータ及びＳＰＭモータのＵ−Ｖ相間のインダクタンス変化を示す図である。図５において、ＩＰＭモータ及びＳＰＭモータは、１２極（磁極数１２）、９スロット(ティース数９)のものとした。図５では、インダクタンスの変化は、磁極周期となるため、３０度までの変化を示している。また図５では、インダクタンスの変化が見やすいように、平均値で正規化している。図５において、ＳＰＭモータのインダクタンスの変化は、ＩＰＭモータのインダクタンスの変化よりも小さい。

図６は、ＩＰＭモータの回転子の角度によるインダクタンスの変化について説明する図である。図６の（Ａ）は、ＩＰＭモータの回転子角度と、Ｕ−Ｖ相間のインダクタンスの変化との関係を示す図である。図６（Ｂ）は、左に示す図が回転子角度０度、右に示す図が回転子角度１５度のそれぞれにおける比透磁率のコンター図である。

本実施形態において、コンター図（等値腺図）とは、一定値ごとに等値線を描いた図面である。等値線とは、図面上で、ある量の値が同じであるような点を結んだ線であり、図６におけるある量の値とは、比透磁率の値である。また、本実施形態の比透磁率は、磁界の強さＨと磁束密度Ｂとの間の関係をＢ＝μＨで表したときの比例定数μで示される透磁率と、真空の透磁率との比である。

図６（Ｂ）に示すように、Ｕ−Ｖ相間の固定子コイルに手前方向に電流が流れる場合、反時計回りに磁束が流れる。流れる磁束の量は、図中の環状矢印Ｙ１を通る部材の比透磁率によって決まる。

回転子の角度が０度の場合においてＩＰＭモータの回転子４内は、比透磁率が高いため、より多く磁束が流れ、インダクタンスは大きくなる。回転子の角度が１５度の場合においてＩＰＭモータの回転子４内は、比透磁率が低い箇所があり、磁束の量が少ないため、インダクタンスは小さくなる。

このように、ＩＰＭモータでは、回転子４の角度に応じてＵ−Ｖ相間のインダクタンスが変化することがわかる。

図７は、ＳＰＭモータの回転子の角度によるインダクタンスの変化について説明する図である。図７（Ａ）は、ＳＰＭモータの回転子角度と、Ｕ−Ｖ相間のインダクタンスの変化との関係を示す図である。図７（Ｂ）は、左に示す図が回転子角度０度、右に示す図が回転子角度１５度のそれぞれにおける比透磁率のコンター図である。

図７に示すＳＰＭモータの場合、回転子６０の角度が０度の場合において回転子６０内は、比透磁率が低いため、磁束の量が少なく、インダクタンスは小さくなる。回転子６０の角度が１５度の場合において回転子６０内は、比透磁率が高いため、より多く磁束が流れ、インダクタンスは大きくなる。

しかしながら、ＳＰＭモータの場合には、図６に示すＩＰＭモータと比較して、回転子６０の表面が比透磁率の低い永久磁石で覆われているため、回転子６０の角度の変化による比透磁率の差が出にくく、インダクタンスの突極比は小さくなる。

ここで、本実施形態における突極比について説明する。本実施形態における突極比とは、ｄｑ軸座標系におけるｑ軸のインダクタンスとｄ軸のインダクタンスの比である。

ｄｑ軸座標系は、永久磁石２３のＮ極の向きをｄ軸として、回転子２０の回転子位置（電気角）θｅだけ回転した、直交２軸回転座標系である。

次に、図８を参照し、本実施形態の永久磁石型モータ１０に導電部材２４を設けたことによる突極比の向上について説明する。

図８は、第一の実施形態の永久磁石型モータにおける突極比について説明する図である。図８（Ａ）は、回転子２０の角度が０度の場合を示しており、図８（Ｂ）は、回転子２０の角度が１５度の場合を示している。尚、ＳＰＭモータである永久磁石型モータ１０は、図５に示すように、回転子２０の角度が０度のときインダクタンスは最小値となり、回転子２０の角度が１５度のときインダクタンスは最大値となる。

図８（Ａ）、（Ｂ）では、永久磁石型モータ１０の一部を拡大した図である（Ａ）−１、（Ｂ）−１と、永久磁石型モータ１０を矢印Ｙ３方向から見た回転子２０の一部の図である（Ａ）−２、（Ｂ−２）とを並べて示している。

図８（Ａ）、（Ｂ）において、φ１は、固定子コイル３２に流れるコイル電流Ｉａにより発生する磁束の流れを示している。また、図８（Ａ）、（Ｂ）において、φ２は、導電部材２４により形成される電気的な閉回路における誘導電流により発生する磁束の流れを示している。

回転子２０の角度が０度の場合、図８（Ａ）−２に示すように、コイル電流により磁束が発生する領域と、導電部材２４に生じる誘導電流により磁束が発生する領域とが重なる。このため、コイル電流により生じる磁束がより多く打ち消され、固定子コイル３２の鎖交磁束の減少幅が大きい。したがって、インダクタンスの減少幅も大きくなる。

回転子２０の角度が１５度の場合、図８（Ｂ）−２に示すように、コイル電流により磁束が発生する領域と、導電部材２４に生じる誘導電流により磁束が発生する領域とが重ならない。このため、コイル電流により生じる磁束は、回転子２０の角度が０度の場合と比べてあまり打ち消されず、固定子コイル３２の鎖交磁束の減少幅は小さい。したがって、インダクタンスの減少幅も小さくなる。

以上のことから、本実施形態では、インダクタンスが最小値となる回転子２０の角度が０度の場合にインダクタンスの減少幅が大きく、インダクタンスが最大値となる回転子２０の角度が１５度の場合にインダクタンス減少幅が小さくなる。

したがって、本実施形態の永久磁石型モータ１０では、導電部材２４を有していない一般のＳＰＭモータと比較し、回転子２０の角度の変化に応じたインダクタンスの変動幅が大きくなり、突極比が大きくなる。したがって、本実施形態では、突極比を向上させることができる。

尚、導電部材を、永久磁石の磁極間を跨ぐように配置した場合、回転子２０の角度が０度の場合にインダクタンスの減少幅が小さくなり、回転子２０の角度が１５度の場合にインダクタンスの減少幅が大きくなる。したがって、この場合には、導電部材を有していない一般のＳＰＭモータと比較し、回転子の角度の変化に応じたインダクタンスの変動幅が小さくなり、突極比が小さくなる。

図９は、第一の実施形態の永久磁石型モータと、従来のＳＰＭモータのＵ−Ｖ相間のインダクタンス変化を示す図である。尚、図９では、参考例として、永久磁石の磁極間を跨ぐように導電部材を配置した永久磁石型モータのＵ−Ｖ相間のインダクタンスの変化も示している。

図９に示すように、本実施形態の永久磁石型モータ１０は、従来のＳＰＭモータと比較して、インダクタンスの変動が大きいことがわかる。したがって、本実施形態の永久磁石型モータ１０は、突極性を向上させることができることがわかる。

（第二の実施形態）
以下に、図面を参照して第二の実施形態について説明する。以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１０は、導電部材の幅と突極比との関係を説明する図である。図１０（Ａ）は、第二の実施形態の永久磁石型モータにおける回転子を示しており、図１０（Ｂ）は、回転子の角度（電気角）と突極比との関係を示している。

本実施形態では、導電部材２４を配置する際に、導電部材２４の幅Ｗ２が、永久磁石２３の磁極の中心を基準として、電気角±３０〜±６０度の範囲内に収まるように、導電部材２４を設けた。

本実施形態では、電気角が±４５度の場合に、突極比が最大となることがわかる（図１０（Ｂ）参照）。そこで、本実施形態では、部品等の公差を考慮して、導電部材２４の幅Ｗ２を電気±３０〜±６０度の範囲に収まる幅とした。

本実施形態では、以上のように導電部材２４を配置することで、突極比を向上させることができる。

（第三の実施形態）
以下に、図面を参照して第三の実施形態について説明する。以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１１は、第三の実施形態の永久磁石型モータの回転子を示す図である。

本実施形態の永久磁石型モータでは、回転子２０Ａの永久磁石２３Ａに、導電部材２４を埋め込む溝２３Ｂを形成し、溝２３Ｂに導電部材２４を埋め込む配置とした。

本実施形態において、溝２３Ｂは、深さを導電部材２４の厚さＴＨに相当する深さとし、幅を導電部材２４の幅Ｗ２に相当する幅とした。したがって、本実施形態では、導電部材２４を溝２３Ｂ内に配置した際に、導電部材２４において溝２３Ｂと接する面に対向する面と、永久磁石２３の外周面とが、略同一平面となる。

本実施形態では、回転子２０Ａにおいて以上のように導電部材２４を配置することで、第一の実施形態と比較して、導電部材２４が配置されていない箇所における永久磁石２３の外周面が、導電部材２４の厚さ分だけステータ３０に近づく。このため、本実施形態の永久磁石型モータでは、ステータ３０により磁束が流れ、ステータ３０の比透磁率が向上し、より導電部材２４の誘導電流が発生しやすくなる。

したがって、本実施形態では、第一の実施形態と比べて、さらに突極比を向上させることができる。

図１２は、第一の実施形態及び第三の実施形態の永久磁石型モータの突極比の比較を示す図である。

本実施形態では、導電部材２４を配置する溝２３Ｂを有していない第一の実施形態と比較し、突極比が大きくなり、突極比が向上していることがわかる。

（第四の実施形態）
以下に、図面を参照して第四の実施形態について説明する。以下の第四の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１３は、第四の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。本実施形態の永久磁石型モータ１０では、回転子２０Ｂにおいて、導電部材２４同士を電気的に接続する非磁性体導電部材２５を設けた。本実施形態の非磁性体導電部材２５は、例えば非磁性金属を含む導電性の液体、ペーストまたはインクにより形成される。

図１４は、第四の実施形態の永久磁石型モータにおける突極比について説明する図である。図１４（Ａ）は、回転子２０Ｂの角度が０度の場合を示しており、図１４（Ｂ）は、回転子２０Ｂの角度が１５度の場合を示している。尚、ＳＰＭモータである永久磁石型モータ１０は回転子２０Ｂの角度が０度のときインダクタンスは最小値となり、回転子２０Ｂの角度が１５度のときインダクタンスは最大値となる。

図１４（Ａ）、（Ｂ）では、永久磁石型モータ１０の一部を拡大した図である（Ａ）−１、（Ｂ）−１と、永久磁石型モータ１０を矢印Ｙ３方向から見た回転子２０Ｂの一部の図である（Ａ）−２、（Ｂ−２）とを並べて示している。

本実施形態では、導電部材２４同士を非磁性体導電部材２５で電気的に接続することで、回転子２０Ｂの角度が０度の場合に、導電部材２４と非磁性体導電部材２５により形成される閉回路において生じる誘導電流が、第一の実施形態と比較して大きくなる。したがって、本実施形態では、固定子コイル３２の鎖交磁束の減少幅と、インダクタンスの減少幅は、第一の実施形態よりも大きくなる。よって本実施形態では、第一の実施形態と比較して、さらに突極比を大きくすることができ、突極比を向上させることができる。

（第五の実施形態）
以下に、図面を参照して第五の実施形態について説明する。以下の第五の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１５は、第五の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。図１５（Ａ）は、回転子２０Ｃを示す図であり、図１５（Ｂ）は、回転子２０Ｃの一部を拡大した図である。本実施形態の永久磁石型モータ１０の有する回転子２０Ｃは、導電部材２４Ａを有する。本実施形態の導電部材２４Ａは、永久磁石２３の磁極中心Ｏにおける厚さをＴＨ１とし、導電部材２４の磁極の境界に向かう両端部の厚さをＴＨ２とした場合、厚さＴＨ１の値が最も大きく、厚さＴＨ２の値が最も小さくなるように形成した。

図１６は、導電部材の厚さと、インダクタンスの平均値の減少幅の関係を示す図である。尚、図１６に示す関係は、例えば予め行われた実験等の値から得られるものである。

図１６では、導電部材の厚さとインダクタンスの平均値の減少幅が比例関係にあることがわかる。これは、導電部材が厚くなるほど誘導電流が流れやすくなり、固定子コイルの鎖交磁束の減少幅が大きくなるためである。

ところで、回転子２０Ｃの位置を突極比から推定する位置推定では、突極比が大きいことと、固定子コイル３２のインダクタンスが回転子の角度について正弦波形で変化することが重要である。

本実施形態では、図１６に示す関係に基づき、導電部材２４Ａの厚さに分布を持たせ、インダクタンスの変動を正弦波に近づけることで、回転子２０Ｃの位置の推定の精度向上に貢献できる。

（第六の実施形態）
以下に、図面を参照して第六の実施形態について説明する。以下の第六の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１７は、第六の実施形態の永久磁石型モータの回転子を説明する図である。図１７（Ａ）は、回転子２０Ｄを示す図であり、図１７（Ｂ）は、回転子２０Ｄを矢印Ｙ４から見た図である。

本実施形態の導電部材２４Ｂは、導電部材２４Ｂを回転子２０Ｄの軸方向に二等分する位置Ｐにおける導電部材２４Ｂの幅をＷ１１とし、回転子２０Ｄの軸方向の上端及び下端部の導電部材２４Ｂの幅をＷ１２としたとき、Ｗ１１＞Ｗ１２となるように形成した。

図１８は、導電部材の幅と、インダクタンスの平均値の減少幅の関係を示す図である。尚、導電部材２４Ｂの幅は、電気角によって示される。また、図１８に示す関係は、例えば予め行われた実験等の値から得られるものである。

本実施形態では、図１８に示すように、導電部材の幅とインダクタンスの平均値の減少幅は比例関係にあることがわかる。これは、導電部材の幅が広くなるほど誘導電流が流れやすくなり、固定子コイルの鎖交磁束の減少幅が大きくなるためである。

よって、本実施形態では、図１８に示す関係に基づき、導電部材２４Ｂの幅に分布を持たせることで、インダクタンス変化をより正弦波に近づけ、回転子２０Ｄの位置の推定の精度向上に貢献できる。

（第七の実施形態）
以下に、図面を参照して第七の実施形態について説明する。以下の第七の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１９は、第七の実施形態の導電部材を説明する第一の図である。図２０は、第七の実施形態の導電部材を説明する第二の図である。

本実施形態の導電部材２４Ｃは、図１９に示すように、１枚の金属箔シート２６に、永久磁石２３の磁極ピッチに合わせた開口部２７が設けられている。本実施形態の導電部材２４Ｃは、図２０に示すように、永久磁石２３の外周に巻きつけられ、接着もしくは粘着性の部材を用いて固定される。導電部材２４Ｃが、磁極毎に閉回路を分割する形状の場合は、貼り付け後に金属箔シート２６を切断する。

本実施形態では、導電部材２４Ｃを、あらかじめ開口部２７を設けた１枚の金属箔シート２６を、回転子２０の永久磁石２３に巻きつけることにより作るため、安価に突極性を示す永久磁石型モータを作ることができる。

（第八の実施形態）
以下に、図面を参照して第八の実施形態について説明する。以下の第八の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図２１は、第八の実施形態の導電部材を説明する図である。

本実施形態の導電部材２４Ｄは、開口部とする部分にマスキング２９を設けた永久磁石２３に、導電性塗料２８を塗装して、塗装後にマスキング２９を除去することで作成される。

本実施形態では、導電部材２４Ｄを導電性塗料と塗装工程により作成するため、安価に突極性を示す永久磁石型モータを作ることができる。

尚、導電部材２４Ｄ、第七の実施形態の導電部材２４Ｃと同様の形状のものとしたが、これに限定されない。本実施形態は、例えば第一の実施形態の導電部材２４を導電性塗料と塗装工程により作成しても良いし、その他の実施形態の導電部材を導電性塗料と塗装工程により作成しても良い。

（第九の実施形態）
以下に、図面を参照して第九の実施形態について説明する。第九の実施形態は、永久磁石型モータを２相永久磁石型ステッピングモータとした。以下の第九の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図２２は、第九の実施形態の永久磁石型モータを説明する図である。本実施形態の永久磁石型モータ１０Ａは、２相永久磁石型ステッピングモータである。

回転子２０は、第一の実施形態と同様の構成であるが、磁極配置のピッチ角度は、後述するクローポール３５と同じとする。クローポール３５は、一定ピッチの爪形状の誘導子である。

本実施形態のステータ３０Ａは、Ａ相、Ｂ相の２相が上下にスタックされた（積み重ねられた）構造となっている。図１３において、ステータ３０Ａの上側のＡ相は、図面上の手前半分をカットして図示されており、下側のＢ相は手前１／３をカットして図示されている。ただし、Ｂ相は、後述するＢ相ヨーク３４Ｂの下面及び回転子を対向する内面は残して図示している。

以下に、本実施形態のステータ３０Ａの構造について説明する。

Ａ相コイル３２Ａは、Ａ相のコイルであり、それぞれ回転子２０の外周に円周方向にリング状に巻かれ、コイル端子３３Ａより、巻線の端部が外部へ引き出されている。尚、巻線の巻き方には、コイルを流れる電流の向きにより、ユニファイラ巻、バイファイラ巻が存在するが、本実施形態では、どちらかに限定するものではない。

Ｂ相コイル３２ＢもＡ相と同様であり、Ａ相コイル３２ＡとＢ相コイル３２Ｂとは互いに独立である。

Ａ相ヨーク３４Ａは、Ａ相コイル３２Ａの周囲を囲む中空のパイプ形状であり、Ａ相コイル３２Ａのケースの役割をする。また、Ａ相ヨーク３４Ａには、回転子２０と対向する面に空隙３６と、一定ピッチで上下でかみ合うような爪形状のクローポール３５とが設けられている。

Ｂ相ヨーク３４ＢはＡ相と同様であるが、クローポール３５が、Ａ相のクローポール３５と円周方向に１／４ピッチずれるように配置される。

以上のように、本実施形態では、クローポール構造のステータを用いることにより、電磁鋼鈑を積層したステータコアが不要となり、コイルも２つでよいことから、さらに安価に突極性を示す永久磁石型モータを作ることができる。

（第十の実施形態）
以下に、図面を参照して第十の実施形態について説明する。第十の実施形態は、第一の実施形態に記載した永久磁石型モータを有するモータ駆動制御装置である。以下の第十の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図２３は、第十の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。本実施形態のモータ駆動制御装置１００は、速度制御部６１と、電流制御部６２と、位置推定装置４０と、を有する。

本実施形態の位置推定装置４０は、永久磁石型モータ１０、座標変換部４１、座標逆変換部４２、転流駆動部４５、電流検出部４６、位置推定部５０、高調波重畳部５５を有する。

本実施形態の転流駆動部４５は、後述する相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの値に基づいて、パルス幅変調された電圧をコイル端子３３へ印加して、固定子コイル３２へ電流を供給する。

本実施形態の電流検出部４６は、３相の固定子コイル３２に流れるコイル電流のうち、Ｕ相及びＶ相のコイル電流を検出してＡＤ変換し、検出電流データｄ＿Ｉｕ、ｄ＿Ｉｖとして出力する。

本実施形態の座標変換部４１は、検出したＵＶＷ相の検出電流データｄ＿Ｉｕ、ｄ＿Ｉｖを、図２４に示す互いに１２０度の位相差をもつＵＶＷ軸座標系から、推定位置ｔｈｅで回転した回転直交座標系であるｄｑ軸推定座標系へ座標変換し、ｄｑ軸検出電流データｄ＿Ｉｄ、ｄ＿Ｉｑとして出力する。図２４は、座標系の定義を示す図である。

本実施形態の座標逆変換部４２は、後述する高調波が重畳されたｄ軸の出力指令値Ｖｍｄ及びｑ軸の出力指令値Ｖｍｑを、図２４に示すｄｑ軸推定座標系からＵＶＷ軸座標系へ座標逆変換する。そして座標逆変換部４２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイル端子３３に印加すべき電圧である、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。

本実施形態の位置推定部５０は、後述する高調波指令値Ｖｄ、Ｖｑ、ｄｑ軸検出電流データｄ＿Ｉｄ、ｄ＿Ｉｑ及びトルク指令値Ｔｅから回転子２０の推定位置ｔｈｅ（電気角相当）および推定速度ｗｍ（機械角相当）を出力する。位置推定部５０の詳細は後述する。

本実施形態の高調波重畳部５５は、高調波生成部５６及び加算部５７を備え、高調波信号を生成し、後述する制御出力値Ｖｄ、Ｖｑに高調波信号を重畳して、出力指令値Ｖｍｄ、Ｖｍｑとして出力する。

高調波生成部５６は、ｄ軸及びｑ軸それぞれに提供される高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑを生成する。加算部５７は、高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑをそれぞれ制御出力値Ｖｄ、Ｖｑに加算して、出力指令値Ｖｍｄ、Ｖｍｑとして出力する。尚、本実施形態おける高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑは、高調波信号に相当する。

本実施形態の速度制御部６１は、外部から入力される、または予め設定された速度目標値ｗｔｇｔと、推定速度（機械角相当）ｗｍに基づいて、発生すべきトルクの目標であるトルク目標値Ｔｅを出力する。

本実施形態の電流制御部６２は、トルク目標値Ｔｅにもとづいて、ｄ軸及びｑ軸にそれぞれ流すべき電流目標値を生成する電流目標生成部と、ｄ軸及びｑ軸それぞれに比例積分制御器を備える。本実施形態の比例積分制御器は、ｄ軸及びｑ軸の電流目標値と検出電流データｄ＿Ｉｕ、ｄ＿Ｉｖから、ｄ軸及びｑ軸それぞれへ印加すべき電圧の指令値である、制御出力値Ｖｄ、Ｖｑを生成する。

以下に、図２５を参照して位置推定部５０について説明する。図２５は、位置推定部を説明する図である。

本実施形態の位置推定部５０は、復調部５１と、オブザーバ５２と、を有する。

本実施形態の復調部５１は、高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑとｄｑ軸検出電流データｄ＿Ｉｄ、ｄ＿Ｉｑの乗算及びフィルタにより、ｄｑ軸検出電流データｄ＿Ｉｄ、ｄ＿Ｉｑに含まれる高調波の応答である、高調波電流成分を抽出する。そして、復調部５１は、回転子２０の位置（電気角）θｅと推定位置（電気角相当）ｔｈｅの誤差である推定誤差Ｄｉｆを抽出する。尚、推定誤差Ｄｉｆを検出するためには、突極性を示す永久磁石型モータ１０でなくてはならない。

オブザーバ５２は、推定誤差Ｄｉｆにもとづいて、回転子２０の推定位置（電気角相当）ｔｈｅおよび推定速度（機械角相当）ｗｍを出力する。尚、本実施形態における高調波電流成分は、応答信号に相当する。

以上のように、本実施形態のモータ駆動制御装置１００及び位置推定装置４０では、第一の実施形態の永久磁石型モータ１０を用いるため、エンコーダ等のセンサを使用せずに、永久磁石型モータの回転子の位置を推定することができる。さらに、本実施形態では、位置推定装置４０を含むモータ駆動制御装置１００を安価に構成することができる。

尚、本実施形態のモータ駆動制御装置１００と位置推定装置４０では、第二乃至第九の実施形態の永久磁石型モータを用いても、同様の効果を得ることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０ 永久磁石型モータ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 回転子
２１ 回転軸
２２ ヨーク
２３ 永久磁石
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 導電部材
３０ ステータ
３１ ステータコア
３２ 固定子コイル
４０ 位置推定装置
１００ モータ駆動制御装置

特開平９−２９４３９１号公報 特許第５２４７４１１号公報

Claims (14)

1. 複数相の電機子巻線を備える固定子と、
   回転軸と、周方向に複数の磁極をもつよう着磁された永久磁石と、を有する回転子と、を備え、
   前記永久磁石の各磁極の外周面において、磁極の中心を跨ぎ、且つ前記周方向における１磁極分の幅よりも短い幅の非磁性導体部材が、前記回転軸に沿う方向に延在する永久磁石型モータ。
2. 前記非磁性導体部材の前記幅は、前記磁極の中心を基準として、前記回転子の角度が±３０〜±６０度の範囲内となる幅である請求項１記載の永久磁石型モータ。
3. 前記永久磁石の外周面に、前記非磁性導体部材が配置される溝部が形成された請求項１又は２記載の永久磁石型モータ。
4. 各磁極に設けられた前記非磁性導体部材同士を接続する他の非磁性導体を有する請求項１ないし３の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
5. 前記非磁性導体部材の厚さは、前記磁極の中心が最も厚く、前記磁極の境界に向かって薄くなるように形成された請求項１ないし４の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
6. 前記非磁性導体部材の厚さは、前記回転軸に沿う方向において前記非磁性導体部材を二等分する位置が最も厚く、前記回転軸に沿う方向における前記非磁性導体部材の上端部及び下端部に向かって薄くなるように形成された請求項１ないし４の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
7. 前記永久磁石は、環状の一体形状である請求項１ないし３の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
8. 前記非磁性導体部材は、金属箔シートであり、前記永久磁石へ貼り付けることにより配置される請求項１ないし７の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
9. 前記非磁性導体部材は、非磁性金属を含む導電性の液体、ペーストまたはインクにより形成される請求項１ないし７の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
10. 前記永久磁石はボンド磁石である請求項１ないし９の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
11. 前記電機子巻線は、３相巻線であり、前記永久磁石の磁極数は３ｎ(ｎは自然数)である請求項１ないし１０の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
12. 当該永久磁石型モータは、永久磁石型ステッピングモータである請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の永久磁石型モータと、
    前記永久磁石型モータの前記電機子巻線へ供給される高調波信号を生成する高調波生成部と、
    前記高調波信号の応答である高調波電流成分を検出する電流検出部と、
    前記高調波信号及び前記高調波電流成分に基づき、前記永久磁石型モータの有する前記回転子の位置を推定する位置推定部と、を有する位置推定装置。
14. 請求項１３に記載の位置推定装置を有するモータ駆動制御装置。