JP2021058029A - モータ制御装置、モータの制御方法、モータ制御システム、モータシステムおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑える。【解決手段】 モータ制御装置は、モータに含まれるコイルを含む回路に対して、コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、係る回路を実質的に共振させる周波数で、モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を、コイルに供給する指令を出力するよう指令出力部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、モータを制御するモータ制御装置等に関する。

モータおよびこれを制御するモータ制御装置に関する技術として、モータの磁石を減磁または着磁する技術が提案されている（特許文献１等参照）。例えば、特許文献１には、モータの磁石を減磁または着磁することにより、モータの速度トルク特性を変更することが記載されている。

しかしながら、モータの磁石を減磁または着磁するためには、少なくとも一時的に磁石の周りに強い磁力を発生させることになる。このため、例えば、モータを回転駆動させる際よりも大きな電流が、磁石を減磁または着磁する磁界を発生するコイルに流される。

国際公開第２００５−０１３１６７号公報

本開示に係る技術は、上記事情を鑑みて開発された技術であり、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができるモータ制御装置等を提供することを目的の一つとする。

上記目的を達成するために、本開示の一実施態様に係るモータ制御装置は、
モータに含まれるコイルを含む回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を、上記コイルに供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を備える。

また、本開示に係る技術の更に他の実施態様に係るモータの制御方法は、モータに含まれるコイルを含む回路に対して、上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力する。

また、本開示に係る技術の更に他の実施態様に係るモータ制御システムは、モータに含まれるコイルを含む回路と、
上記回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を備える。

また、本開示に係る技術の更に他の実施態様であるモータシステムは、コイルと磁石とを有するモータと、
上記コイルを含む回路と、
上記回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を有する。

本開示に係る技術の更に他の実施態様であるモータは、
コイルと磁石とを有するモータであって、
上記コイルと、上記コイルに電気的に接続されたキャパシタとを含む回路に対して、上記モータに対して供給される電流を制御可能なモータ制御装置からの指令に応じて、上記回路を実質的に共振させる周波数の電流である第１の電流が上記コイルに供給されることにより、上記磁石が着磁または減磁される。

図１Ａは、本開示の第１実施形態に係るモータ制御装置を含むモータシステムの概念図である。 図１Ｂは、本開示の第２実施形態に係るモータシステムの概念図である。 図１Ｃは、本開示の第３実施形態に係るモータシステムの概念図である。 図１Ｄは、本開示の第４実施形態に係るモータシステムの概念図である。 図２Ａは、回路に生成される第２の電流の一例を示す概念図である。 図２Ｂは、回路に生成される第１の電流の一例を示す概念図である。 図２Ｃは、回路に生成される第１の電流と第２の電流とを比較した概念図である。 図３は、モータシステムに含まれるモータの一例を模式的に示す断面図である。 図４Ａは、図３に示すモータの部分拡大図である。 図４Ｂは、第１変形例に係るモータを示す部分拡大図である。 図４Ｃは、第２変形例に係るモータを示す部分拡大図である。 図５は、図１Ｄなどに示す運転制御部で行われる処理の一例を示す概念図である。 図６は、図５に示す運転制御部の処理が、モータの回転数に与える影響をシミュレーションした結果を表すグラフである。 図７は、図１Ａに示す運転制御部で行われる処理の他の一例を示す概念図である。

以下、本開示に係る技術を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
なお、本開示に係る技術に関連して、下記のような技術的な背景がある。
例えば、特許文献1に記載されているような構成を採用したモータシステムの場合、モータの磁石を減磁または着磁する際、着磁又は減磁に用いられる磁界を発生するコイルに、モータを回転駆動させる際よりも大きな電流が流されることがある。このため、係る構成のモータシステムは、例えば、減磁または着磁を行わないモータシステムに比べて、より高い電圧を生じさせる（昇圧比が高い）昇圧コンバータなどを必要とすることがある。また、係る構成のモータシステムにおいては、減磁または着磁に用いる回路に含まれる素子についても、減磁または着磁を行わない場合に比べて、高いレベルの耐電圧特性が要求されることがある。
これに対して、以下に例示する各実施形態を用いて説明する本開示に係る技術を採用することで、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。以下、各実施形態について詳細に説明する。

第１実施形態
図１Ａは、本開示に係る技術の一実施形態に係るモータ制御装置１０を有するモータシステム７０を表す概念図である。なお、図１Ａは、モータ制御装置１０の機能的な構成を示す図面であり、図１Ａに示される各構成要素は、ある特定の機能を実現する機能ブロックを表す。これらの構成要素を実現する方法は特に限定されない。例えば、これらの構成要素は、個別のデバイス、あるいは、演算装置により実行されるソフトウェア・プログラム等により実現されてもよく、２以上の構成要素が統合されてもよく、１つの構成要素が更に分割されてもよい。
モータシステム７０は、モータ制御装置１０と、モータ制御装置１０による制御の対象となるモータ３０と、モータ３０に電流を供給する回路４０と、電圧源４８などを有する。

本実施形態では、モータ制御装置１０が制御するモータ３０として、埋込磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ：interior permanent magnet synchronous motor）（図３参照）を例に挙げて説明を行うが、モータ制御装置１０が制御するモータ３０としては、これのみには限定されない。モータ制御装置１０は、たとえば、埋込磁石型同期モータ（ＩＰＭＳＭ）以外の他のＰＭ（permanent magnet）モータを制御するものであってもよい。

図１Ａに示すように、モータ制御装置１０は、インバータ４６及び切り替え部４４に対して、モータ３０を制御するための指令を出力する。一例として、モータ制御装置１０は、インバータ４６及び切り替え部４４に対する制御信号を出力してもよく、モータ３０の制御に用いられるデータを含む指令データを出力してもよい。
また、モータ制御装置１０は、モータ３０の回転数などの情報を取得する。一例として、モータ制御装置１０は、レゾルバ又はコンバータ等を介して、モータ３０の回転数などを情報を取得してもよい。なお、モータの回転数や、ロータの位置などを取得する方法は特に限定されず、モータの形式、制御方法等に応じて適切な方法が選択されてよい。

図１Ａに示すように、モータ制御装置１０は、制御部２０、指令出力部２２、入力部２６等を有する。なお、図１Ａにおいてモータ制御装置１０に含まれる各部分は、モータ３０を制御する機能を表すブロックである。係る各部分を実現する構成は特に限定されない。係る各部分は、例えば、独立したデバイスあるいは処理単位として実現されていてもよく、２以上の部分が統合されてもよく、１つの部分が更に分割されてもよい。モータ制御装置１０は、たとえばマイクロプロセッサやメモリ等を用いて構成されてもよく、この場合、適切なソフトウェア・プログラムが実行されることにより、モータ制御装置１０の機能が実現されてもよい。上記に限定されず、モータ制御装置１０は、例えば、１以上の専用のハードウェア装置（集積回路等）を用いて構成されてもよい。

図１Ａに示す指令出力部２２は、モータ３０に含まれるコイル３２を含む回路４０に対して、コイル３２に供給される電流の出力を指令する。たとえば、指令出力部２２は、インバータ４６や切り替え部４４を制御して電流の出力を調整することにより、モータ３０の回転子３３（図３参照）の回転を制御したり、モータ３０が有する磁石３４（図３参照）の着磁、磁石３４の減磁を制御することができる。

指令出力部２２は、運転制御部２４、電流・速度調整部２５および記憶部２７を含む制御部２０によって制御される。なお、図１Ａにおいては、指令出力部２２は、電流の出力を指令する制御部２０とは別の部分として示されているが、指令出力部２２は、制御部２０の一部であってもよい。指令出力部２２による電流の出力の指令については、後程詳述する。

制御部２０は、回路４０の電流値に関する情報、モータ３０の回転数の情報、入力部２６を介して入力される外部入力情報などに基づき、指令出力部２２を制御する。制御部２０によって制御された指令出力部２２は、インバータ４６や切り替え部４４に対して、モータ３０に供給する電流に関する指令を出力する。たとえば、制御部２０は、指令出力部２２が、後述する第１の電流５２ａや第２の電流５２ｂ（図２Ａ、図２Ｂ参照）をモータ３０のコイル３２に供給する指令を出力するように、指令出力部２２を制御することができる。

制御部２０は、例えば、運転制御部２４と、電流・速度調整部２５と、記憶部２７とを有する。電流・速度調整部２５は、回路４０の電流値に関する情報、モータ３０の速度（回転数）の情報、入力部２６を介して入力される外部入力情報などに基づき、回路４０へ供給する電流の出力の調整値を算出する。電流・速度調整部２５は、たとえば、回路４０からのＵＶＷ三相交流信号と、モータ３０の回転数の情報と、外部入力情報とに基づいて、交流信号のｄｑ変換を行ってもよく、ｄ軸およびｑ軸電流のゲインを算出してもよい。

運転制御部２４は、非干渉制御などのモータ３０の運転制御を行う。運転制御部２４は、たとえば、図５における（ｃ）および（ｄ）に示されるように、ｄ軸電圧に対するｑ軸電流の影響と、ｑ軸電圧に対するｄ軸電流および磁束の影響をキャンセルして各軸の電圧が算出されるように、信号処理を行う。このような運転制御部２４の非干渉制御により、ｄ軸とｑ軸の干渉を低減若しくは解消し、モータ制御装置１０は、ｄ軸とｑ軸とを独立に制御することが可能となる。

図１Ａに示す記憶部２７は、運転制御部２４が演算に使用する情報を記憶している。運転制御部２４は、必要に応じて記憶部２７から情報を読み出し、モータ３０の制御に関する演算に用いることができる。

図１Ａに示すモータ制御装置１０の入力部２６には、モータ３０に関する速度（回転数）指令や、電流指令のような外部入力情報が入力される。入力部２６に入力された外部入力情報は、制御部２０に伝えられ、モータ３０の制御に用いられる。

図３は、図１Ａに示すモータ３０の内部構造を模式的に示す断面図である。モータ３０は、複数の磁石３４を有する回転子３３（ロータ）と、複数のコイル３２を有する固定子３１（ステータ）とを有する。図３に例示する具体例においては、モータ３０には、１２個のコイル３２が含まれ、１２個のコイル３２が、円周方向に沿って略等間隔で配置されている。回転子３３には、４つの磁石３４が円周方向に略等間隔で配置されており、回転子３３の略中心位置を回転中心として回転可能である。

図３に示すように、コイル３２は、磁石３４を有する回転子３３を取り囲むように配置されている。図４Ａは、図３の部分拡大図である。永久磁石である磁石３４は、回転子３３に埋め込まれている。磁石３４の両端にはフラックスバリアが設けられていてもよい。回転子３３に埋め込まれている磁石３４は、対向するコイル３２によって形成される磁場による作用を受ける。

磁石３４は、コイル３２によって形成された磁場によって、モータ３０の回転子３３が回転する。また、コイル３２によって、磁石３４の周辺に比較的強い磁場が形成されると、磁石３４は、形成された磁場によって着磁または減磁される。図１Ａ、図３および図４Ａに示すモータ３０は、モータ３０を回転させるコイル３２と、磁石３４を着磁または減磁するコイル３２とが共通であるが、図１Ａに示すモータ制御装置１０が制御するモータとしてはこれに限定されない。たとえば、図１Ｃに示すように、モータ制御装置１０が制御するモータは、モータ１３０を回転させるコイル３２とは別のコイル３２を用いて磁石３４を着磁または減磁するよう構成されてもよく、モータ３０を回転させるコイル３２の一部を用いて磁石３４を着磁または減磁するよう構成されてもよい。

図１Ａに示すように、モータシステム７０は、モータ３０のコイル３２を含む回路４０を有しており、モータ３０のコイル３２には、回路４０を介して電力が供給される。回路４０は、モータ３０のコイル３２、キャパシタ４２、切り替え部４４、インバータ４６などを有する。

インバータ４６は、指令出力部２２からの指令に基づき、電圧源４８からの直流電圧を用いて、回路４０に所定の電流および電圧を発生させる。図１Ａに示すモータシステム７０では、電圧源４８としてバッテリによる直流電圧を用いているが、モータ３０を駆動するための電圧源４８としてはこれに限定されず、電圧源は交流電圧であってもよい。

図１Ａに示す切り替え部４４は、指令出力部２２からの指令に基づき、コイル３２に電気的に接続する回路４０の接続を、第１回路４０ａと、第２回路４０ｂとの間で切り替える。第１回路４０ａにはキャパシタ４２が配置されており、第１回路４０ａにおいては、コイル３２にキャパシタ４２を介して第１の電流５２ａ（図２Ｂ参照）が供給される。これに対して、第２回路４０ｂにおいては、コイル３２に、キャパシタ４２を介さずにモータ３０の回転を制御する第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）が供給される。

図１Ａに示すモータシステム７０において、コイル３２を含む回路４０は、モータ３０に含まれる磁石の着磁や減磁を行う場合を除いて、第２回路４０ｂを形成するように接続状態が構成される。

たとえば、モータ３０を通常運転する場合、モータ制御装置１０の制御部２０は、モータ３０の回転を制御する第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）を回路４０に発生させる運転指令ｄ２を生成し、指令出力部２２を制御する。制御部２０から運転指令ｄ２を受けた指令出力部２２は、切り替え部４４を制御し、回路４０の接続を第２回路４０ｂに切り替える。これにより、コイル３２を含む回路４０は、インバータ４６がキャパシタ４２を介さずにコイル３２に接続する第２回路４０ｂを形成する。

また、指令出力部２２が運転指令ｄ２により制御されると、指令出力部２２からの指令を受けたインバータ４６は、第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）を第２回路４０ｂに発生させる。図２Ａは、第２の電流５２ｂと、第２の電流５２ｂを形成する相電圧を表す概念図である。図２Ａに示すように、第２の電流５２ｂの電流周波数ｆｃ２は、インバータスイッチタイミング周波数である電圧周波数ｆｓに対して十分に小さい。第２の電流５２ｂの電流周波数ｆｃ２は、特に限定されないが、たとえば電圧周波数ｆｓの１／１００〜１／１０００程度とすることができる。

これに対して、図１Ａに示すモータシステム７０においては、モータ３０における磁石３４の着磁や減磁を行う際、コイル３２を含む回路４０は、第１回路４０ａを形成するように接続状態が構成される。

たとえば、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁する際、モータ制御装置１０の制御部２０は、第１の電流５２ａ（図２Ｂ参照）を回路４０に発生させる磁化制御指令ｄ１を生成し、指令出力部２２を制御する。制御部２０から磁化制御指令ｄ１を受けた指令出力部２２は、切り替え部４４を制御し、回路４０の接続を第１回路４０ａに切り替える。すなわち、指令出力部２２は、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁する際、第２回路４０ｂと第１回路４０ａとの切り替えを指令する指令信号ｄ０を、切り替え部４４に出力し、回路４０の接続を切り替える。これにより、コイル３２を含む回路４０は、モータ３０のコイル３２に対応するインダクタと、モータ３０外に配置されコイル３２に直列接続されるキャパシタ４２とを含む第１回路４０ａを形成する。

また、指令出力部２２が磁化制御指令ｄ１によって制御されると、インバータ４６は、第１の電流５２ａ（図２Ｂ参照）を第１回路４０ａに発生させる。図２Ｂは、第１の電流５２ａと、第１の電流５２ａを形成する相電圧を表す概念図である。図２Ｂに示すように、第１の電流５２ａの電流周波数ｆｃ１は、インバータスイッチタイミング周波数である電圧周波数ｆｓと同じになっており、第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）の電流周波数ｆｃ２より十分に大きい。ただし、第１の電流５２ａの電流周波数ｆｃ１はこれに限定されず、たとえば電圧周波数ｆｓの−５パーセントから、＋５パーセント程度の範囲の周波数としてもよい。

また、指令出力部２２が磁化制御指令ｄ１によって制御されると、インバータ４６は、第１回路４０ａを形成する回路４０を実質的に共振させる周波数で、第１の電流５２ａをコイル３２に供給する。図２Ｃは、図２Ａに示す第２の電流５２ｂと、図２Ｂに示す第１の電流５２ａとを、縦軸（電流値）と横軸（時間）とを揃えて比較したグラフである。図２Ｃに示すように、第１の電流５２ａの電流周波数ｆｃ１は、モータ３０のコイル３２に対応するインダクタと、モータ３０外に配置されコイル３２に電気的に接続されるキャパシタ４２とを含む第２回路４０ｂの共振周波数と実質的に等しく、第２の電流５２ｂの電流周波数ｆｃ２より十分に大きい。

また、図２Ｃから理解できるように、第１の電流５２ａの電流値は、第２の電流５２ｂの電流値より大きいため、第１の電流５２ａをコイル３２に供給することにより、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁することができる。図１Ａに示す制御部２０は、磁化制御指令ｄ１として、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁するタイミングから所定時間の間、回路４０を実質的に共振させる周波数の第１の電流５２ａを発生させるデータを含む指令を生成する。モータ３０の磁石３４を減磁または着磁する際、第１回路４０ａに第１の電流５２ａを発生する時間は特に限定されないが、たとえば、１［ｍｓｅｃ］〜１０００［ｍｓｅｃ］程度としてもよい。

図１Ａに示す制御部２０は、モータ３０の磁石３４が減磁または着磁された後、モータ３０の回転を制御する第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）を回路４０に発生させる運転指令ｄ２を再度生成し、指令出力部２２を制御する。この際、制御部２０から運転指令ｄ２を受けた指令出力部２２は、切り替え部４４を制御し、回路４０の接続を、第１回路４０ａから第２回路４０ｂに切り替える。

図２Ａと図２Ｂの比較から理解できるように、制御部２０は、運転指令ｄ２として、回路４０を実質的に共振させる周波数とは異なる周波数ｆｃ２の第２の電流５２ｂを発生させるデータを含む指令を生成する。なお、モータ３０の回転を制御する第２の電流５２ｂは、モータ３０の回転数の領域に応じて変化させることができる。例えば、モータ３０に含まれる磁石３４が着磁または減磁されることにより、モータ３０が効率的に回転可能な領域が広がった場合、モータ３０の回転を制御する第２の電流５２ｂの周波数ｆｃ２も、モータ３０の回転数の領域に応じて変化する。一例として、モータ３０に含まれる磁石３４が減磁されることにより、モータ３０が高回転領域で効率的に回転可能となった場合を想定する。この場合、例えば、第２の電流５２ｂの周波数ｆｃ２を、モータ３０を高回転領域で回転させる周波数に変化させてもよい。

たとえば、制御部２０は、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁するタイミングよりも所定時間後の時点において、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁するタイミングよりも前の時点で生成した運転指令ｄ２により発生された第２の電流５２ｂの周波数ｆｃ２とは異なる周波数の電流を発生させるデータを含む運転指令ｄ２を生成することができる。
一例として、制御部２０は、モータ３０の磁石３４を減磁したタイミングよりも所定時間後の時点において、モータ３０の磁石３４を減磁したタイミングよりも前の時点で生成した運転指令ｄ２よりも高い回転数でモータ３０を回転可能な周波数の電流を発生させるデータを含む運転指令ｄ２を生成してもよい。
他の一例として、制御部２０は、モータ３０の磁石３４を着磁したタイミングよりも所定時間後の時点において、モータ３０の磁石３４を着磁したタイミングよりも前の時点で生成した運転指令ｄ２によりも低い回転数でモータ３０を回転可能な周波数の電流を発生させるデータを含む運転指令ｄ２を生成してもよい。

図１Ａに示すモータ制御装置１０は、コイル３２に対応するインダクタと、コイル３２に接続されるキャパシタを含む共振回路である第１回路４０ａを実質的に共振させる周波数を有する第１の電流５２ａを生成し、磁石３４を減磁または着磁する。このようなモータ制御装置１０は、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。その理由の少なくとも１つは、以下のようなものであると考えられる。

すなわち、モータ３０を制御する際の電圧は、以下の電圧方程式であらわされる。

数式１において、Ｖｄ、Ｖｑは電圧、ｉｄ、ｉｑは電流、Ｒは抵抗、Ｌｄ、Ｌｑはインダクタンス、ωは角速度、Ψは鎖交磁束である。ここで、第１回路４０ａを実質的に共振させた場合、電圧方程式の右辺の第２項および第３項であるインダクタンス項が無視できる。したがって、第１回路４０ａを実質的に共振させることにより、より低い電圧でコイル３２に大きな電流を流すことが可能となり、磁石３４を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

なお、回路４０に含まれるキャパシタ４２の容量は、モータ３０のコイル３２に対応するインダクタと共振する容量であれば特に限定されないが、コイル３２のインダクタンスが１０〜１００ｍＨ程度である場合、１０〜１００ｎＦとすることができる。回路４０に用いるキャパシタ４２として、低用量のものを用いることにより、回路４０の小型化に資する。また、図１Ａに示す例では、キャパシタ４２はモータ３０の外に配置されているが、これとは異なり、モータ内に配置されるキャパシタとコイル３２とを共振させ、共振回路を形成してもよい。

以上のように、第１実施形態に係るモータ制御装置１０およびモータシステム７０を用いて本開示に係る技術を説明してきたが、本開示に係る技術は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態および変形例を含むことは言うまでもない。

第２実施形態
図１Ｂは、本開示に係る技術の第２実施形態に係るモータシステム１７０を示す概念図である。第２実施形態に係るモータシステム１７０は、モータ１３０およびモータ１３０のコイル３２、１３２に電流を供給する回路１４０が異なるが、その他の部分は図１Ａに示すモータシステム７０と同様である。第２実施形態に係るモータシステム１７０については、第１実施形態に係るモータシステム７０との相違点のみ説明し、共通点については説明を省略する。

図１Ｂに示すモータ１３０は、モータ１３０の磁石を減磁したり着磁したりするコイル１３２を、モータ１３０を回転させるコイル３２とは別に有している。モータ１３０に電力を供給する回路１４０は、切り替え部４４により、第１の電流５２ａ（図２Ｂ参照）をコイル１３２に供給する第１回路１４０ａと、第２の電流５２ｂ（図２Ａ参照）をコイル３２に供給する第２回路１４０ｂとに、接続を切り替えることができる。第１回路１４０ａにはキャパシタ１４２が配置されており、モータ１３０のコイル１３２とキャパシタ１４２とを接続する第１回路１４０ａを実質的に共振させる周波数で、モータ１３０の磁石を減磁または着磁する。

図１Ｂに示すモータシステム１７０のように、モータ１３０の磁石を着減磁するコイル１３２は、モータ１３０を回転させるコイル３２とは異なるものであってもよい。図１Ｂに示すモータシステム１７０は、第１実施形態に係るモータシステム７０と同様の効果を奏する。

第３実施形態
図１Ｃは、開示に係る技術の第３実施形態に係るモータシステム２７０を示す概念図である。第２実施形態に係るモータシステム２７０は、モータ３０のコイル３２に電流を供給する回路２４０が昇圧コンバータ２４９を含み、図１Ａに示す切り替え部４４を含まない点で異なるが、その他の部分は図１Ａに示すモータシステム７０と同様としてよい。第３実施形態に係るモータシステム２７０については、第１実施形態に係るモータシステム７０との相違点のみ説明し、共通点については説明を省略する。

図１Ｃに示す昇圧コンバータ２４９は、モータ３０に供給される電流の電圧を昇圧する。すなわち、昇圧コンバータ２４９は、電圧源４８の電圧を昇圧し、インバータ４６に供給する。回路２４０では、モータの磁石を減磁または着磁する際においてモータ３０のコイル３２とともに共振回路に含まれるキャパシタとして、昇圧コンバータのキャパシタが用いられる。すなわち、図１Ｃに示すモータシステム２７０においては、モータ３０のコイル３２と、昇圧コンバータのキャパシタとを接続する回路を実質的に共振させる周波数で、モータ３０の磁石を減磁または着磁する第１の電流が、コイル３２に供給される。

図１Ｃに示すモータシステム２７０では、図１Ａに示すような切り替え部４４を有していなくても、コイル３２に供給する電流の周波数を変化させることにより、モータ３０の回転制御と、モータ３０の磁石を減磁または着磁する制御とを、切り替えることができる。そのほか、図１Ｃに示すモータシステム２７０は、第１実施形態に係るモータシステム７０と同様の効果を奏する。

なお、磁石を着磁または減磁する際には、例えば、昇圧コンバータ２４９の出力電圧を制御することにより、回路２４０に供給する電流を制御してもよい。
なお、上記説明したように、本実施形態におけるモータシステム２７０は、磁石を着磁または減磁する際に要する電圧を低減可能である。これにより、本開示に係る技術を採用しないモータシステムにおける昇圧コンバータに比して、本実施形態における昇圧コンバータ２４９の昇圧比が低減されえる。例えば、本実施形態における昇圧コンバータ２４９は、本開示に係る技術を採用しないモータシステムにおける昇圧コンバータよりも、小型（あるいは小容量の）昇圧コンバータであってもよい。

第４実施形態
図１Ｄは、本開示に係る技術の第４実施形態に係るモータシステム５７０を示す概念図である。第４実施形態に係るモータシステム５７０は、制御部５２０における運転制御部５２４などが、非干渉制御のようなモータ３０の制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正する補正手段として機能する点で図１Ａに示す運転制御部２４とは異なるが、その他の部分は図１Ａに示すモータシステム７０と同様である。第４実施形態に係るモータシステム５７０については、第１実施形態に係るモータシステム７０との相違点のみ説明し、共通点については説明を省略する。

図１Ｄに示す運転制御部５２４は、非干渉制御のようなモータ３０の制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正する補正手段として機能する。たとえば、運転制御部５２４は、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流５２ａ（図２Ｂ）を回路４０に発生させる際、記憶部５２７に記憶された情報を読み出し、非干渉制御の干渉項におけるインダクタンスのパラメータを補正することができる。

記憶部５２７は、モータ３０のコイル３２に供給される電流値と、コイル３２のインダクタンスとの関係を示すモデルに関する情報を記憶する。記憶部５２７が記憶するモデルに関する情報は、図５（ａ）に示されるような、モータ３０のコイル３２に供給される電流値ｉｄと、コイル３２のインダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係を表すテーブルであってもよい。また、記憶部５２７が記憶するモデルに関する情報は、図５（ｂ）に示されるような、モータ３０のコイル３２に供給される電流値Ｉｄと、コイル３２のインダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係を表す関数であってもよい。

図１Ｄに示す制御部５２０における運転制御部５２４は、図１Ａに示す運転制御部２４と同様に、モータ３０の磁石３４を減磁または着磁することができる。

また、運転制御部５２４は、指令出力部２２に対して磁化生成指令を生成する際に、モータ３０の非干渉制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正することができる。たとえば、運転制御部５２４は、図５における（ｃ）および（ｄ）に示されるような非干渉制御を行う場合において、磁石の着磁または減磁を行う際などを除き、モータ３０の非干渉制御に用いるインダクタンスのパラメータを一定とすることができる。

数式２は、数式１に示す電圧方程式を、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑについて解いたものである。

ここで、数式２から、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに含まれる干渉項は、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの影響を受けることが理解できる。上述したように、運転制御部５２４による非干渉制御においては、インダクタンスのパラメータを一定と考えてよい場合が多いが、磁化生成指令を生成して磁石３４の着磁や減磁を行う場合は、磁気飽和が生じることなどに起因して、インダクタンスが電流値に応じて変化し得る。

実際の回路４０におけるインダクタンスが変化すると、インダクタンスのパラメータを一定と想定している典型的な非干渉制御の場合、制御が乱れることで瞬時大トルク（いわゆるトルクショック）が発生するおそれがある。

数式３は、ＰＭモータのトルクＴｅを表す式である。

そこで、図１Ｄに示す運転制御部５２４は、磁石３４の減磁または着磁を行う際、図５（ａ）または図５（ｂ）に示されるように、モータ３０のコイル３２に供給される電流値と、コイル３２のインダクタンスとの関係を示すモデルに基づき、モータ３０の制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正することができる。パラメータの補正に用いるモデルとしては、モータ３０のコイル３２に供給される電流値ｉｄと、コイル３２のインダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係を表すテーブル（図５（ａ））が用いられてもよい。また、係るモデルとしては、モータ３０のコイル３２に供給される電流値Ｉｄと、コイル３２のインダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係を表す関数（図５（ｂ））が用いられてもよい。上記に限定されず、係るモデルは、例えば、予め収集された実験データ等を用いて学習された、適切な機械学習のモデルが採用されてもよい。

このように、図１Ｄに示すモータ制御装置５１０は、モータ３０の非干渉制御に用いるインダクタンスのパラメータを、電流値に応じて補正することにより、モータ３０の駆動中に磁石３４の着減磁を行う場合に発生するおそれのあるトルクショックを、効果的に低減あるいは防止できる。

図６は、図１Ｄに示すモータ制御装置５１０において、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータ補正を行うことによる効果を検証したシミュレーション結果を表すものである。図６（ａ）は、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータ補正を行った場合におけるモータ３０の速度の時間変化を表しており、図６（ｂ）は、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータを一定とした場合におけるモータ３０の速度の時間変化を表している。

図６（ｂ）から理解できるように、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータを一定とした場合、制御部５２０が磁化生成指令を生成して磁石３４の着減磁を行ったタイミングで、回転が一時停止するほどの大きな速度の落ち込みが生じており（２３ｓｅｃ付近）、大きなトルクショックが生じたことが理解できる。これに対して、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータ補正を行った図６（ａ）では、磁石３４の着減磁を行ったタイミングで若干回転数が低下しているものの（１３ｓｅｃ付近）、その落ち込みは図６（ｂ）に比べて大幅に小さい。図６（ａ）と図６（ｂ）の比較から、モータ３０の非干渉制御に用いるインダクタンスのパラメータを、電流値に応じて補正することにより、磁石３４の着減磁の際のトルクショックを防止できることが理解される。

なお、モータ制御装置５１０の制御部５２０は、磁石３４の着減磁の際のトルクショックを防止するために、図７に示すような外乱オブザーバーを用いてもよい。外乱オブザーバを用いて、予測されるトルクショックを打ち消すことにより、図６（ｂ）に示すような微小なトルクショックについても、低減することが可能である。そのほか、図１Ｄに示すモータシステム５７０は、第１実施形態に係るモータシステム７０と同様の効果を奏する。
第１変形例
図４Ｂは、本開示に係る技術の第１変形例に係るモータ３３０の磁石３３４を示す拡大断面図である。モータ３３０は、磁石３３４が互いに保磁力の異なる第１磁石３３４ａと第２磁石３３４ｂを有している点を除き、図４Ａに示すモータ３０と同様である。第１変形例に係るモータ３３０については、図４Ａに示すモータ３０との相違点のみ説明し、モータ３０との共通点については説明を省略する。

磁石３３４は、２つの第２磁石３３４ｂと、２つの第２磁石３３４ｂの間に挟まれる１つの第１磁石３３４ａを有しており、第１磁石３３４ａの保磁力が、第２磁石３３４ｂより弱い。第１磁石３３４ａと第２磁石３３４ｂとは、回転子３３３の半径方向に沿って配列されている。

磁石３３４は、図１Ａに示すモータ制御装置１０および回路４０を用いた着減磁において、第１磁石３３４ａのみが着減磁され、第２磁石３３４ｂの磁力は変化しない。モータ３３０のように、一部の磁石である第１磁石３３４ａのみを着磁または減磁可能なものについても、図４Ａに示すモータ３０と同様に、モータ制御装置１０によって制御することができる。また、モータ３０の代わりに、モータ３３０を用いたモータシステムも、図１Ａに示すモータシステム７０と同様の効果を奏する。

第２変形例
図４Ｃは、本開示に係る技術の第２変形例に係るモータ４３０の磁石４３４を示す拡大断面図である。モータ４３０は、磁石４３４が互いに保磁力の異なる第１磁石４３４ａと第２磁石４３４ｂを有している点を除き、図４Ａに示すモータ３０と同様である。第２変形例に係るモータ４３０については、図４Ａに示すモータ３０との相違点のみ説明し、モータ３０との共通点については説明を省略する。

磁石４３４は、２つの第２磁石４３４ｂと、２つの第２磁石４３４ｂの間に挟まれる１つの第１磁石４３４ａを有しており、第１磁石４３４ａの保磁力が、第２磁石４３４ｂより弱い。第１磁石４３４ａと第２磁石４３４ｂとは、回転子４３３の周方向または磁石４３４の両端のフラッスクバリアを接続する方向に沿って配列されている。

磁石４３４は、図１Ａに示すモータ制御装置１０および回路４０を用いた着減磁において、第１磁石４３４ａのみが着減磁され、第２磁石４３４ｂの磁力は変化しない。モータ４３０のように、一部の磁石である第１磁石４３４ａのみ着磁または減磁可能なものについても、図４Ａに示すモータ３０と同様に、モータ制御装置１０によって制御することができる。また、モータ３０の代わりに、モータ４３０を用いたモータシステムも、図１Ａに示すモータシステム７０と同様の効果を奏する。

なお、他の変形例として、図１Ｃに示すモータシステム２７０の回路２４０では、モータ３０の磁石を減磁または着磁する際においてモータ３０のコイル３２とともに共振回路に含まれるキャパシタとして、コイル３２の寄生容量を用いることも考えられる。すなわち、図１Ｃに示すモータシステム２７０では、モータ３０のコイル３２とコイル３２の寄生容量を含む回路を実質的に共振させる周波数で、モータ３０の磁石を減磁または着磁可能な磁界を発生させる第１の電流を、コイル３２に供給することも考えられる。

また、他の変形例として、図１Ａに示す運転制御部２４は、非干渉制御におけるインダクタンスのパラメータの補正を、電流値の変化に代えて、または電流値の変化に加えて、モータ３０の温度に応じて行ってもよい。
以上、本開示に係る技術について、上記例示した実施形態及び変形例を用いて説明した。本開示に係る技術は上述した実施形態及び変形例に限定されず、その技術思想の範囲における他の改良技術、バリエーションも含まれる。本開示に係る技術には、例えば、各実施形態の及び変形例の組み合わせが含まれてよい。
本開示に係る技術には、以下の実施態様の構成が含まれるが、これに限定されるものではない。

本開示の一実施態様に係るモータ制御装置は、
モータに含まれるコイルを含む回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を、上記コイルに供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を備える。

係るモータ制御装置においては、指令出力部が、回路を実質的に共振させる周波数で、モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する第１の電流を、コイルを含む回路に出力する。モータに含まれるコイルを含む回路を共振させることにより、電圧が低くてもコイルに大電流を流すことが可能であるため、このようなモータ制御装置は、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

また、たとえば、上記回路は、少なくとも上記モータの上記コイルに対応するインダクタと、上記モータ内に含まれるキャパシタとを含んでもよい。

モータのコイルに対応するインダクタとモータ内に含まれるキャパシタとを含む回路を共振させることにより、コイルに大電流を流すことが可能であり、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。また、モータ内のキャパシタを用いることにより、回路を小型化することができる。

また、たとえば、上記回路は、少なくとも上記モータの上記コイルに対応するインダクタと、上記モータ外に配置され、上記コイルに電気的に接続されるキャパシタとを有していてもよい。

モータのコイルに対応するインダクタとモータ外に含まれるキャパシタとを含む回路を共振させることにより、コイルに大電流を流すことが可能であり、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。また、モータ外のキャパシタを用いることは、モータ自体の小型化にとって有利である。

また、たとえば、上記キャパシタが、上記モータに供給される電流の電圧を昇圧する昇圧コンバータのキャパシタであってもよい。

昇圧コンバータのキャパシタを、共振回路のキャパシタとして用いることにより、このようなモータ制御装置は、モータの磁石を減磁または着磁するためのキャパシタを別途備える必要がない。

また、たとえば、上記回路は、上記コイルに上記キャパシタを介して上記第１の電流を供給する第１回路と、上記コイルに上記キャパシタを介さずに上記モータの回転を制御する第２の電流を供給する第２回路とに、接続を切り替える切り替え部を含んでもよく、
上記指令出力部は、少なくとも上記モータの上記磁石を減磁または着磁する際、上記第２回路と、上記第１回路との切り替えを指令する指令信号を、上記切り替え部に出力してもよい。

磁石を着磁または減磁をするときにはキャパシタを介する第１回路を用い、磁石を着磁または減磁をしないときにはキャパシタを介しない第２回路を用いることにより、磁石を着磁または減磁のために最適化したキャパシタを採用できる。

また、たとえば、上記制御部は、上記第１の電流を上記回路に発生させる指令である磁化制御指令と、上記モータの回転を制御する上記第２の電流を上記回路に発生させる指令である運転指令と、を少なくとも生成し、上記指令出力部を制御してもよい。

このような制御部は、磁化制御指令と運転指令とを生成することにより、任意のタイミングで回路に流す電流を切り替えることができる。

また、たとえば、上記制御部は、
上記磁化制御指令として、上記モータの磁石を減磁または着磁するタイミングから所定時間の間、上記回路を実質的に共振させる周波数の上記第１の電流を発生させるデータを含む指令を生成してもよく、
上記運転指令として、上記回路を実質的に共振させる周波数とは異なる周波数の電流を発生させるデータを含む指令を生成してもよい。

このような制御部は、運転指令における周波数を、磁化制御指令における周波数と異ならせることにより、共振しない周波数でモータを駆動することができる。

また、たとえば、上記制御部は、
上記モータの磁石を減磁または着磁するタイミングよりも所定時間後の時点において、上記モータの磁石を減磁または着磁するタイミングよりも前の時点で生成した上記運転指令により発生された電流の周波数とは異なる周波数の電流を発生させるデータを含む上記運転指令を生成してもよい。

このような制御部は、減磁または着磁により変化した磁石の磁力を用いて、広い範囲の回転数において、効率良くモータを駆動できる。

また、上記制御部は、上記磁化制御指令を生成する際に、上記モータの制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正する補正手段を有してもよい。

このような制御部は、モータの回転中に磁化制御指令を生成して回路に第１の電流を発生させる場合に生じるおそれのあるトルクショックを防止できる。

また、たとえば、上記補正手段は、上記モータのコイルに供給される電流値と、上記コイルのインダクタンスとの関係を示すモデルに基づき、上記モータの制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正してもよい。

このような補正手段は、電流値の変化に伴うインダクタンスの変化を適切に補正して、トルクショックを防止することが可能である。

また、たとえば、上記モデルは、上記モータの上記コイルに供給される電流値と、上記コイルのインダクタンスとの関係を表すテーブルと、上記モータの上記コイルに供給される電流値と、上記コイルのインダクタンスとの関係を表す関数と、の少なくとも一方を含んでいてもよい。

補正手段による補正の方法は特に限定されないが、たとえば、電流値とインダクタンスとの関係を表すテーブルや関数を含むモデルを用いることにより、補正手段は、電流値の変化に伴うインダクタンスの変化を適切に補正できる。

本開示に係るモータの制御方法は、モータに含まれるコイルを含む回路に対して、上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な電流である第１の電流を供給する指令を出力する。

このようなモータの制御方法によれば、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

本開示に係るモータ制御システムは、モータに含まれるコイルを含む回路と、
上記回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を備える。

このようなモータ制御システムによれば、モータの磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

本開示に係るモータシステムは、コイルと磁石とを有するモータと、
上記コイルを含む回路と、
上記回路に対して、上記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
上記回路を実質的に共振させる周波数で、上記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう上記指令出力部を制御する制御部と、を有する。

このようなモータシステムは、磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

本開示に係るモータは、
コイルと磁石とを有するモータであって、
上記コイルと、上記コイルに電気的に接続されたキャパシタとを含む回路に対して、上記モータに対して供給される電流を制御可能なモータ制御装置からの指令に応じて、上記回路を実質的に共振させる周波数の電流である第１の電流が上記コイルに供給されることにより、上記磁石が着磁または減磁される。

このようなモータは、磁石を減磁または着磁する際の電圧を抑えることができる。

１０、５１０…モータ制御装置
２０、５２０…制御部
２２…指令出力部
ｄ０…指令信号
ｄ１…磁化制御指令
ｄ２…運転指令
２４、５２４…運転制御部
２５…電流・速度調整部
２６…入力部
２７、５２７…記憶部
３０、１３０、３３０、４３０…モータ
３１…固定子（ステータ）
３２、１３２…コイル
３３、３３３、４３３…回転子（ロータ）
３４、３３４、４３４…磁石
３３４ａ、４３４ａ…第１磁石
３３４ｂ、４３４ｂ…第２磁石
４０、１４０、２４０…回路
４０ａ、１４０ａ…第１回路
４０ｂ、１４０ｂ…第２回路
４２、１４２…キャパシタ
４４…切り替え部
４６…インバータ
４８…電圧源
５２ａ…第１の電流
５２ｂ…第２の電流
７０、１７０、２７０、５７０…モータシステム
２４９…昇圧コンバータ

Claims (15)

1. モータに含まれるコイルを含む回路に対して、前記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
   前記回路を実質的に共振させる周波数で、前記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を、前記コイルに供給する指令を出力するよう前記指令出力部を制御する制御部と、を備えるモータ制御装置。
2. 前記回路は、少なくとも前記モータの前記コイルに対応するインダクタと、前記モータ内に含まれるキャパシタとを含む請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記回路は、少なくとも前記モータの前記コイルに対応するインダクタと、前記モータ外に配置され、前記コイルに電気的に接続されるキャパシタとを含む請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記キャパシタが、前記モータに供給される電流の電圧を昇圧する昇圧コンバータのキャパシタである請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記回路は、前記コイルに前記キャパシタを介して前記第１の電流を供給する第１回路と、前記コイルに前記キャパシタを介さずに前記モータの回転を制御する第２の電流を供給する第２回路とに、接続を切り替える切り替え部を含み、
   前記指令出力部は、少なくとも前記モータの前記磁石を減磁または着磁する際、前記第２回路と、前記第１回路との切り替えを指令する指令信号を、前記切り替え部に出力する請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置。
6. 前記制御部は、前記第１の電流を前記回路に発生させる指令である磁化制御指令と、前記モータの回転を制御する前記第２の電流を前記回路に発生させる指令である運転指令と、を少なくとも生成し、前記指令出力部を制御する請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記制御部は、
   前記磁化制御指令として、前記モータの磁石を減磁または着磁する際、所定時間の間、前記回路を実質的に共振させる周波数の前記第１の電流を発生させるデータを含む指令を生成し、
   前記運転指令として、前記回路を実質的に共振させる周波数とは異なる周波数の電流を発生させるデータを含む指令を生成する、請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 前記制御部は、
   前記モータの磁石を減磁または着磁するタイミングよりも所定時間後の時点において、前記モータの磁石を減磁または着磁するタイミングよりも前の時点で生成した前記運転指令により発生された電流の周波数とは異なる周波数の電流を発生させるデータを含む前記運転指令を生成する、請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記制御部は、前記磁化制御指令を生成する際に、前記モータの制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正する補正手段を有する請求項６〜８のいずれかに記載のモータ制御装置。
10. 前記補正手段は、前記モータのコイルに供給される電流値と、前記コイルのインダクタンスとの関係を示すモデルに基づき、前記モータの制御に用いるインダクタンスのパラメータを補正する請求項９に記載のモータ制御装置。
11. 前記モデルは、前記モータの前記コイルに供給される電流値と、前記コイルのインダクタンスとの関係を表すテーブルと、前記モータの前記コイルに供給される電流値と、前記コイルのインダクタンスとの関係を表す関数と、の少なくとも一方を含む、請求項１０に記載のモータ制御装置。
12. モータに含まれるコイルを含む回路に対して、前記回路を実質的に共振させる周波数で、前記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するモータの制御方法。
13. モータに含まれるコイルを含む回路と、
    前記回路に対して、前記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
    前記回路を実質的に共振させる周波数で、前記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう前記指令出力部を制御する制御部と、を備えるモータ制御システム。
14. コイルと磁石とを有するモータと、
    前記コイルを含む回路と、
    前記回路に対して、前記コイルに供給される電流の出力を指令する指令出力部と、
    前記回路を実質的に共振させる周波数で、前記モータの磁石を減磁または着磁可能な磁界を生成する電流である第１の電流を供給する指令を出力するよう前記指令出力部を制御する制御部と、を備えるモータシステム。
15. コイルと磁石とを有するモータであって、
    前記コイルと、前記コイルに電気的に接続されたキャパシタとを含む回路に対して、前記モータに対して供給される電流を制御可能なモータ制御装置からの指令に応じて、前記回路を実質的に共振させる周波数の電流である第１の電流が前記コイルに供給されることにより、前記磁石が着磁または減磁される、モータ。

Images