JP2017189004A - フラックススイッチングモータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量メモリや高性能な演算処理能力を必要とすることなく、フラックススイッチングモータの駆動を高精度に制御することのできる駆動制御装置を提供すること。【解決手段】フラックススイッチングモータのコントローラ３００は、ステータの磁極の電機子巻線１２５と界磁巻線１２６とに、要求トルクＴと、界磁極におけるインダクタンスＬｆ０と、電機子巻線に供給する電機子電流値ｉｄと、界磁巻線に供給する界磁電流値ｉｆと、を用いる関係式「Ｔ＝Ｌｆ０×ｉｄ×ｉｆ」を満たすように、電機子電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、所望のトルクを出力するように巻線界磁型のフラックススイッチングモータの駆動を制御する駆動制御装置に関する。

ロータの表面に永久磁石を設けた表面磁石型の同期モータ（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）が知られている。その永久磁石をステータ側に配置し、鉄心のみのロータにすることにより表面磁石型の同期モータよりも堅牢性を向上させたフラックススイッチングモータが提案されている。

フラックススイッチングモータにおいては、小型化や高速回転化に伴う耐熱性を向上させるために、永久磁石にネオジウム磁石を採用すると、高価になってしまう。このため、その永久磁石を電磁石に置き換えて界磁調整可能にした巻線界磁型のフラックススイッチングモータが特許文献１に開示されている。

巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、直流電流を供給されて磁極を直流励磁させる界磁巻線と、交流電流が供給されて磁極を交流励磁させる電機子巻線と、をステータに配置してそれぞれに電力供給することにより、ロータを回転駆動させるようになっている。

この巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、ロータ側に永久磁石などを設置することなく、鉄心のみから構築することができ、高速回転に対する堅牢性を高くすることができる。

また、この巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、界磁調整できることから、駆動条件に応じた各種マップを準備することにより、高品質な駆動制御を実行して回転駆動の最適化を図ることができる。

米国特許第６８６７５６１号公報

ここで、巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、原理的に、リラクタンストルクの周波数（モータ回転周波数）と、電磁石トルクの周波数（モータ回転周波数の２倍）とで回転周波数が異なる。この巻線界磁型のフラックススイッチングモータは、電機子の励磁周波数が電磁石トルクに同期するようにモータ回転周波数の２倍とされているため、リラクタンストルクと非同期となって無効トルクしか存在しないことになる。

ところで、このような巻線界磁型のフラックススイッチングモータの駆動制御装置にあっては、表面磁石型の同期モータのｄｑ軸モデルをベースとした制御モデルで駆動を制御している。

このため、この駆動制御装置では、ｄｑ軸インダクタンスと界磁電流やｄｑ軸電流とを対応させたマップを作成してメモリ内に格納した上で、駆動制御時に適宜メモリ内からマップを読み出して最適な組み合わせを演算することによって、界磁巻線と電機子巻線とに電力供給してロータを回転駆動させている。

このように、各種条件毎のマップをメモリ内に格納するには、そのマップの準備に多大な手間が掛かる。また、そのマップを格納するには大容量のメモリが必要になる。さらに、そのマップを用いて演算処理するには、その処理負担が大きいことから、処理能力の大きな演算処理部（マイクロコンピュータ）が必要になる。

この結果、巻線界磁型のフラックススイッチングモータの駆動制御装置は、高コストになってしまう、という問題があった。

そこで、本発明は、大容量メモリや高性能な演算処理能力を必要とすることなく、フラックススイッチングモータの駆動を高精度に制御することのできる駆動制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する回転電機の駆動制御装置の発明の一態様は、複数の磁極を有するステータと、前記磁極に向かって対面するように形成されている複数の突極を有するロータと、を備えるフラックススイッチングモータの駆動制御装置であって、前記ステータの前記磁極には、電機子巻線と界磁巻線とが交互に配置され、前記ロータの前記突極は、間に非磁性領域を介在して周方向に配置されており、前記回転軸から出力させる要求トルクＴと、界磁極におけるインダクタンスＬｆ０と、前記電機子巻線に供給する電機子電流値ｉｄと、前記界磁巻線に供給する界磁電流値ｉｆと、を用いる次の関係式「Ｔ＝Ｌｆ０×ｉｄ×ｉｆ」を満たすように、電機子電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを調整する制御部を備えている。

このように本発明の一態様によれば、大容量メモリや高性能な演算処理能力を必要とすることなく、フラックススイッチングモータの駆動を高精度に制御することのできる駆動制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置で駆動させるフラックススイッチングモータの一例を示す図であり、その全体構成を示す回転軸に直交する断面図である。 図２は、フラックススイッチングモータの電機子巻線と界磁巻線に電力供給する電源の回路図である。 図３は、フラックススイッチングモータのロータとステータとの間で形成される磁気回路を示す一部拡大概念モデル図である。 図４は、フラックススイッチングモータのロータとステータとが図３の状態から相対回転したときに形成される磁気回路を示す一部拡大概念モデル図である。 図５は、フラックススイッチングモータのロータとステータとの間で受け渡される磁束により形成される磁束密度分布を示す磁束線図である。 図６は、フラックススイッチングモータの電機子巻線と界磁巻線への電力供給時に発生するトルクを説明するグラフである。 図７は、フラックススイッチングモータの駆動制御を説明する関係ブロック図である。 図８は、図７の駆動制御で利用するマップの一例を示すグラフである。 図９は、フラックススイッチングモータの出力トルクを示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図９は本発明の一実施形態に係る駆動制御装置で駆動させるフラックススイッチングモータの一例を示す図である。

図１において、フラックススイッチングモータ１００は、回転軸１０１を中心にして一体回転する円筒形状のロータ１１０と、このロータ１１０を回転自在に収容する概略円筒形状のステータ１２０と、を備えている。フラックススイッチングモータ１００は、例えば、コストダウンや小型化と共に大出力を要求されるハイブリッド自動車や電気自動車に駆動源として好適に搭載される。

フラックススイッチングモータ１００は、ステータ１２０側に配置する電機子巻線１２５および界磁巻線１２６に電力供給してロータ１１０側を経由する磁気回路を形成することにより電磁石トルクを発生させて回転駆動させるように構築されている。

ここで、フラックススイッチングモータは、モータ駆動用周波数の２倍の周波数で励磁させるため、リラクタンストルク、すなわち、ｄ軸インダクタンスやｑ軸インダクタンスと同期させることができない。このことから、フラックススイッチングモータは、リラクタンストルクで駆動するのではなく、ステータ側から励磁させる直流磁界（静止磁界）を利用した電磁石（マグネット）トルクで駆動する。すなわち、フラックススイッチングモータは、永久磁石モータとして駆動する構造としては、ＳＰＭ（表面磁石型）モータと同等の構造となっている。

ロータ１１０は、回転軸１０１を固定するハブ１１９と、ハブ１１９と一緒の同一部材に形成されて回転軸１０１の軸心から離隔する方向に延伸されている複数の突極１１１と、隣接する突極１１１間に嵌め込まれて保持されている複数のロータコア１１５と、を備えて構築されている。

このロータ１１０は、突極１１１とロータコア１１５が回転軸１０１を中心にするハブ１１９周りの１０箇所に均等配置された１０極の形態で作製されている。このロータ１１０は、その突極１１１とロータコア１１５の外周面側が滑らかに連続する円筒形状に外形を形成されて回転軸１０１と一体回転するようになっている。

ロータコア１１５は、例えば、磁性体の電磁鋼板を回転軸１０１の延長方向に積層して作製されている。突極１１１およびハブ１１９は、例えば、非磁性体のアルミ材料を切削加工または成型加工して、あるいは、アルミ板を回転軸１０１の延長方向に積層して一体形状に作製されている。

ステータ１２０は、ロータ１１０の外周面に向かう突極形状に延伸されており電機子巻線１２５と界磁巻線１２６とが配置された複数の磁極１２１を備えている。このステータ１２０は、例えば、ロータコア１１５と同様に、磁性体の電磁鋼板を回転軸１０１の延長方向に積層して作製されている。

磁極１２１は、円筒形状の外周面側のヨーク１２９と同一部材で形成されている。この磁極１２１は、ロータ１１０の突極１１１やロータコア１１５の外周面１１１ａ、１１５ａに対して内周面側の端面１２１ａが微小のギャップＧを介して対面するように形成されている。この磁極１２１は、ヨーク１２９からロータ１１０の外周面側に向かって延伸されている突極形状に形成されて並列されている。

磁極１２１は、ヨーク１２９の内周面側の２４箇所に均等配置されている。周方向に隣り合う磁極１２１間には、電機子巻線１２５や界磁巻線１２６として機能する巻線コイルを巻き付ける際に利用する２４箇所のスロット１２２が形成されている。なお、ロータコア１１５は回転軸１０１周りの１０極を構成している。周方向とは、回転軸１０１を中心とする円周方向をいう。

電機子巻線１２５と界磁巻線１２６とは、１つ置きの磁極１２１にそれぞれが位置するように、巻線コイルを集中巻きになるように巻き付けて設置されている。電機子巻線１２５と界磁巻線１２６とは、相対回転するロータ１１０のロータコア１１５に対して交互に対面するように構築されている。

電機子巻線１２５は、３相の交流電力が供給されて交流励磁されるようになっている。界磁巻線１２６は、直流電流が供給されて直流励磁されるようになっている。このため、ステータ１２０では、Ｕ相用電機子巻線１２５ｕと、Ｖ相用電機子巻線１２５ｖと、Ｗ相用電機子巻線１２５ｗと、が１つ置きの磁極１２１に順次に配置されて、それぞれの間の磁極１２１に界磁巻線１２６が位置するように配置されている。

これに対して、ロータ１１０は、回転軸１０１と直交する断面形状において、突極１１１の外周面１１１ａ側とハブ１１９側とが同一幅に形成されて、その突極１１１の側面１１１ｂのハブ１１９側に近接する箇所を突出させることにより、ハブ１１９側に近接する側面１１１ｂ間を狭くする突出形状部１１２が側面１１１ｂに形成されている。

そして、ロータコア１１５には、突極１１１間の空間に一致する形状に形成されて、突極１１１の側面１１１ｂの突出形状部１１２を嵌め込み可能な窪み形状の受け形状部１１６が形成されている。

この結果、ロータコア１１５は、外周面１１５ａ側から回転軸１０１に向かって、突極１１１の側面１１１ｂ間の幅が狭くなるのに合わせて、回転方向の厚さが徐々に薄くなる形状に形成されている。そして、ロータコア１１５は、受け形状部１１６の最深部１１６ａを越えた箇所からハブ１１９側に至るまでは反対に徐々に厚くなる形状に形成することによりクサビとして機能するクサビ部１１７が設けられている。

この構造により、ロータ１１０は、ロータコア１１５を回転軸１０１の延長方向の一端側から突極１１１間の空間に差し込んでスライドさせ嵌め込むことにより、外周面１１１ａ、１１５ａが滑らかに連続する円筒形状にすることができる。また、ロータ１１０は、回転時に突極１１１間から離脱させようとする遠心力がロータコア１１５に掛かったとしても、そのロータコア１１５のクサビ部１１７が突極１１１の突出形状部１１２の頂部１１２ａまでの斜面１１２ｂに突き当たって保持されるように形成されている。

また、ロータコア１１５は、ステータ１２０側に開口する突極１１１間の開口幅に一致する外周面１１５ａがステータ１２０の隣接する磁極１２１の２つに同時に対面することができる幅（厚さ）を有するように形成されている。このロータコア１１５は、外周面１１５ａの外側のエッジ間の離隔間隔距離と、その外周面１１５ａに対面する２つの磁極１２１の端面１２１ａの外側のエッジ間の離隔間隔距離とが一致するように、回転軸１０１側よりも外周面１１５ａ側が厚く形成されている。

ここで、例えば、車両に搭載するフラックススイッチングモータ１００の場合には、図２に示すように、車載されている直流バッテリ３０１にインバータ３０２とコンバータ３０３とがそれぞれに電力供給可能に並列接続されて、電機子巻線１２５および界磁巻線１２６に電力供給する電源として機能するようになっている。

具体的には、インバータ３０２には、Ｕ相用電機子巻線１２５ｕと、Ｖ相用電機子巻線１２５ｖと、Ｗ相用電機子巻線１２５ｗとがそれぞれ各相毎に直列接続されている。インバータ３０２は、直流バッテリ３０１に蓄電されている直流電力を、直流（ＤＣ）／交流（ＡＣ）変換した後、交流電力として電機子巻線１２５に供給するようになっている。これにより、電機子巻線１２５ｕ、１２５ｖ、１２５ｗのそれぞれが交流励磁されるようになっている。また、コンバータ３０３には、界磁巻線１２６が直列接続されている。コンバータ３０２は、直流バッテリ３０１の直流電力を、直流（ＤＣ）／直流（ＤＣ）変換して電圧調整をした後に界磁巻線１２６に供給するようになっている。これにより、界磁巻線１２６のそれぞれが直流励磁されるようになっている。

この構造により、フラックススイッチングモータ１００は、ステータ１２０の電機子巻線１２５に交流電力が供給され、界磁巻線１２６に直流電力が供給されることにより、ロータ１１０を回転させることができる。

このとき、図３に示すように、ロータ１１０とステータ１２０との間には、電機子巻線１２５や界磁巻線１２６に発生した磁束（図中には直流励磁により発生させる直流磁束φｄｃを図示）が、１つの磁極１２１からロータコア１１５の外周面１１５ａ側から鎖交した後にその外周面１１５ａから隣接する磁極１２１に鎖交してステータ１２０のヨーク１２９側を通って再度外周面１１５ａに戻る磁気回路が形成される。

このため、フラックススイッチングモータ１００は、図４に示すように、ステータ１２０に対してロータ１１０が相対回転した場合に、隣接する磁極１２１に磁束の通過する磁路を形成して磁気回路を維持することができる。

したがって、フラックススイッチングモータ１００は、図５の磁束線図に示すように、トルク発生面Ｔとして図示する箇所において、ロータコア１１５内で磁束線ＦＬが集中する磁束線密度に差を生じさせて回転力として機能する電磁石トルクを発生させることができる。このため、フラックススイッチングモータ１００は、図６のグラフに示すように、その回転力として機能する電磁石トルクを途切れることなく発生させることができる。なお、図６に示すトルク波形において、電機子巻線１２５や界磁巻線１２６への電力供給のタイミング等が調整されることにより滑らかに連続する高品質な特性になっている。

ここで、フラックススイッチングモータ１００は、図２に示すように、車載されているコントローラ（駆動制御装置）３００が車両側から要求される駆動力である要求トルクを出力させるようにインバータ３０２やコンバータ３０３の駆動を制御することにより電機子巻線１２５や界磁巻線１２６に供給される電力が調整されるようになっている。このフラックススイッチングモータ１００は、電機子巻線１２５に供給する電流調整として、交流モータの駆動制御のベクトル制御が実行される。また、界磁巻線１２６には、直流モータにおける電流調整が実行されて電流が供給される。

図７に示すように、交流モータのベクトル制御系３１０においては、電機子巻線１２５に通電（供給）する電流値ｉｄ、ｉｑを、コントローラ３００から受け取る照合用の電流値Ｉｄ、Ｉｑ（所謂、ｉｄ_ｒｅｆ、ｉｑ_ｒｅｆ）と比較して、差分をできるだけ少なくするように調整する処理が繰り返されるようになっている。すなわち、コントローラ３００は、フラックススイッチングモータ１００が所望の要求トルクを出力するように、後述する制御処理により決定した供給目標の電流値ｉｄ、ｉｑを、照合用の電流値Ｉｄ、Ｉｑとしてベクトル制御系３１０に提供するようになっている。

このベクトル制御系３１０では、まず、第１の座標変換部３１２が電流センサ３１１ｕ、３１１ｖの検出する電機子巻線１２５の検出電流値ｉｕ、ｉｖを受け取って電流値ｉｗを算出する。その上で、第１の座標変換部３１２は、３相の電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから２相の固定座標の電流値ｉα、ｉβに変換（クラーク変換）した後に、さらに回転座標の通電電流値ｉｄ、ｉｑに変換（パーク変換）する。なお、電機子巻線１２５の電流値ｉｗは、通電電流値ｉｕ、ｉｖと１２０度の位相がずれていることから、その２つのセンサ情報から演算して取得することができる。

次いで、ベクトル制御系３１０では、ＰＩ（Proportional Integral）制御部３１３がその通電電流値ｉｄ、ｉｑを受け取って照合電流値Ｉｄ、Ｉｑに一致させるように、所謂、ＰＩ制御を実行して補正用の電圧値Ｖｄ、Ｖｑを第２の座標変換部３１４に出力する。

次いで、ベクトル制御系３１０では、第２の座標変換部３１４がその補正用の電圧値Ｖｄ、Ｖｑを受け取って、回転座標から固定座標に逆座標変換して補正値Ｖα、Ｖβを算出した後に、２相電圧から３相電圧に変換する、所謂、空間ベクトル変換を行って３相の入力信号ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを算出する。この後に、ベクトル制御系３１０では、その入力信号ｖｕ、ｖｖ、ｖｗをインバータ３０２に入力して、直流バッテリ３０１から電機子巻線１２５のそれぞれに駆動電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを印加することによって、調整した電流値ｉｄ、ｉｑの通電処理を実行する。

このように、ベクトル制御系３１０では、照合電流値Ｉｄ、Ｉｑに一致させる方向に調整した駆動電流値ｉｄ、ｉｑを電機子巻線１２５に通電するベクトル制御を繰り返すようになっている。

このとき、ベクトル制御系３１０では、固定座標の電流値ｉα、ｉβを回転座標の通電電流値ｉｄ、ｉｑに変換する際に、ロータ１１０の回転角θｅが必要である。このことから、ベクトル制御系３１０では、回転角算出部３１５がロータ１１０の回転角速度ωｅを回転センサ（例えば、レゾルバ）３１６により検出して、回転角θｅを算出して第１の座標変換部３１２や第２の座標変換部３１４に入力するようになっている。このロータ１１０の回転角θｅは、インバータ３０２にも入力されて電機子巻線１２５への電力供給の制御処理に利用される。また、ロータ１１０の回転角速度ωｅは、ＰＩ制御部３１３に入力されて通電電流値ｉｄ、ｉｑを照合電流値Ｉｄ、Ｉｑに一致させるように補正用電圧値Ｖｄ、Ｖｑを算出するＰＩ制御に利用される。

また、ＰＩ制御部３１３では、入力される２相の通電電流値ｉｄ、ｉｑから２相の補正用電圧値Ｖｄ、Ｖｑを出力する際に、その２相の補正用の電圧値Ｖｄ、Ｖｑを回転座標から固定座標に戻して出力するように逆変換（逆パーク変換）をロータ１１０の回転角θｅを用いて行うようになっている。

ところで、本実施形態のベクトル制御系３１０は、フラックススイッチングモータ１００に設置されている界磁巻線１２６に、直流バッテリ３０１からコンバータ３０３を介して直流（ＤＣ）／直流（ＤＣ）変換して電圧調整をした直流電流値ｉｆを通電して界磁巻線１２６を直流励磁させる機能を備えている。

このことから、ベクトル制御系３１０では、直流バッテリ３０１からコンバータ３０３を介して界磁巻線１２６に通電することにより直流励磁させてロータ１１０の回転制御を実行するのに加えて、界磁巻線１２６への通電により弱め界磁制御も実行するようになっている。

このベクトル制御系３１０における弱め界磁制御は、第１の座標変換部３１２から通電電流値ｉｄ、ｉｑを受け取る電圧推定部３２１によって、電圧に余裕がない基底回転数以上での高速回転時に弱め界磁制御部３２２に指令が送られることで実行されるようになっている。この弱め界磁制御部３２２は、線間電圧を直流バス電圧に抑えるために、コンバータ３０３前段のスイッチ３２３の入切を制御して、銅損が最小になるように、電流位相角を進角させる、すなわち、指令値ｉｑを増やしていく弱め界磁制御を行うようになっている。なお、この弱め界磁制御としては、界磁電流指令値ｉｆを減少させることで界磁調整を行うようにしてもよい。

そして、コントローラ３００のメモリ３００ｍ内には、各種制御プログラムや各種制御マップや各種パラメータなどが予め格納されている。コントローラ３００は、車両の走行時に伴うフラックススイッチングモータ１００への駆動命令に基づいてメモリ３００ｍ内の制御プログラムを実行することによって、ベクトル制御系３１０に照合用の電流値Ｉｄ、Ｉｑと界磁用の電流値ｉｆとを出力して、フラックススイッチングモータ１００から所望の走行トルクを出力させるようになっている。

このとき、コントローラ３００は、電機子巻線１２５や界磁巻線１２６への最適な電力供給を実現する制御プログラムを実行するようになっている。コントローラ３００は、後述するように、メモリ３００ｍ内に予め格納されている必要最低限の制御マップを用いて演算処理を行うことにより、ベクトル制御系３１０において、電機子巻線１２５に駆動電流値ｉｄ、ｉｑを通電させ、また、界磁巻線１２６に界磁電流値ｉｆを通電させる上述の電流調整制御処理を実行させるようになっている。

具体的には、コントローラ３００は、メモリ３００ｍ内に、界磁極におけるインダクタンスＬｆ０を取得するために必要な最低限の図８に示すマップと、後述する演算式と、が予め格納されて、制御部として機能するように構築されている。なお、以下の制御処理では、駆動電流値ｉｑ（参照用電流値Ｉｑ）はゼロとする場合を一例として説明する。本実施形態において、上述した「界磁極」は、ロータ１１０の突極１１１である。

メモリ３００ｍ内の界磁極におけるインダクタンスＬｆ０は、鎖交する交流磁束と直流磁束とによって発生するインダクタンスの直流成分の平均値であり、図８に示すように、電機子巻線１２５に供給する駆動電流値（電機子電流）ｉｄと、界磁巻線１２６に供給する界磁電流値（界磁電流）ｉｆとをパラメータとして相対的に変化するものとしてマップ化されている。このため、インダクタンスＬｆ０は、図８のマップを用いて駆動電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを変化させて決定することができる。なお、図８のマップでは、インダクタンスＬｆ０が界磁電流値ｉｆと反比例する曲線を、駆動電流値ｉｄの幾つかの代表値毎に準備しているが、これに限るものではなく、３次元マップとして準備してもよい。

メモリ３００ｍ内には、フラックススイッチングモータ１００のロータ１１０を回転させて回転軸１０１から出力させる要求トルクＴと、図８のマップから取得する界磁極におけるインダクタンスＬｆ０と、電機子巻線１２５に供給する駆動電流値ｉｄと、界磁巻線１２６に供給する界磁電流値ｉｆと、を用いる次の関係演算式（１）が格納されている。
Ｔ＝Ｌｆ０×ｉｄ×ｉｆ ・・・（１）

このコントローラ３００は、メモリ３００ｍ内の関係演算式（１）と図８のマップとを用いて、エネルギ損失の少ない要求トルクＴとなるように、駆動電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを組み合わせて調整する演算処理を繰り返し行うことにより、最適な駆動電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを取得するようになっている。

これにより、コントローラ３００は、決定した駆動電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとをベクトル制御系３１０に照合用電流値Ｉｄ、Ｉｆとして入力することにより、電機子巻線１２５と界磁巻線１２６とに通電する制御処理を簡易に実行して、回転軸１０１を所望の要求トルクＴで回転させることができる。

このとき、コントローラ３００は、電機子巻線１２５の抵抗値Ｒａと、界磁巻線１２６の抵抗値Ｒｆと、駆動電流値ｉｄあるいは界磁電流値ｉｆの２乗とから、それぞれの界磁銅損や電機子銅損を全ての組み合わせパターンで算出するようになっている。このコントローラ３００は、その組み合わせパターンのうちから、銅損が最小となって効率最大となる駆動電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを決定し、この条件でのインダクタンスＬｆ０で要求トルクＴを出力させる制御処理を実行するようになっている。

ここで、コントローラ３００が制御処理で利用する上記の関係演算式（１）は、図９にＡ（アンペア）・Ｔ（ターン）毎の出力トルク特性を図示するように、電流位相角０ｄｅｇで最大トルクを得ることができ、また、余弦関数を示す波形であることを示していることから妥当であることが分かる。

したがって、コントローラ３００は、簡易かつ負荷の少ない制御処理を実行することにより、エネルギ損失を少なく、フラックススイッチングモータ１００を高精度に駆動制御することができる。

このように、本実施形態のコントローラ３００は、メモリ３００ｍを大容量化する必要なく、また、高性能な処理能力を必要とすることなく、駆動制御に対する応答性を飛躍的に向上させて、フラックススイッチングモータ１００を所望の要求トルクで回転させることができる。

ここで、本実施形態の他の態様としては、巻線コイルを分布巻きするフラックススイッチングモータにも適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。また、三相の交流電流を供給するタイプに限定されることはなく、単相あるいは三相以上のフラックススイッチングモータに適用しても、同様の作用効果を得ることができる。さらに、ステータ側やロータ側の極数が限定されるものではなく、例えば、特許文献１に記載のように、ロータ側において、直径方向に延長されている２つの突極形状を備える構造のフラックススイッチングモータに適用しても、同様の作用効果を得ることができる。直径方向とは、回転軸１０１が延伸する方向と直交する方向をいう。

また、フラックススイッチングモータ１００は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１００ フラックススイッチングモータ
１０１ 回転軸
１１０ ロータ
１１１ 突極
１１２ 突出形状部
１１５ ロータコア
１１６ 受け形状部
１１７ クサビ部
１２０ ステータ
１２１ 磁極
１２５ 電機子巻線
１２６ 界磁巻線
３００ コントローラ
３００ｍ メモリ
３０１ 直流バッテリ
３０２ インバータ
３０３ コンバータ
３１０ ベクトル制御系
Ｇ ギャップ

Claims (2)

1. 複数の磁極を有するステータと、前記磁極に向かって対面するように形成されている複数の突極を有するロータと、を備えるフラックススイッチングモータの駆動制御装置であって、
   前記ステータの前記磁極には、電機子巻線と界磁巻線とが交互に配置され、
   前記ロータの前記突極は、間に非磁性領域を介在して周方向に配置されており、
   前記回転軸から出力させる要求トルクＴと、界磁極におけるインダクタンスＬｆ０と、前記電機子巻線に供給する電機子電流値ｉｄと、前記界磁巻線に供給する界磁電流値ｉｆと、を用いる次の関係式
   Ｔ＝Ｌｆ０×ｉｄ×ｉｆ
   を満たすように、電機子電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを調整する制御部を備える、フラックススイッチングモータの駆動制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記インダクタンスＬｆ０を鎖交する交流磁束と直流磁束とによって発生するインダクタンスの直流成分の平均値としたとき、当該インダクタンスＬｆ０と前記電機子電流値ｉｄと前記界磁電流値ｉｆとが相対的に変化する関係を示すメモリ内のマップを用いてエネルギ損失の少ない条件を導出し、電機子電流値ｉｄと界磁電流値ｉｆとを調整する、請求項１に記載のフラックススイッチングモータの駆動制御装置。
   

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