JP2021129437A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの高電圧化やモータの大型化を回避できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】ロータ３３の磁石３５とギャップを隔てて対向する複数のコイル３６が設置されているステータ３４を有するモータ３と、駆動電流制御部２１ａおよび磁化電流制御部２１ｂを有する制御装置２１とを備える。磁極３５ａとコイル３６とが対向して軸線Ｊｐと軸線Ｊｃとが近接するように位置を合わせる位置合わせ制御を実行し、磁極３５ａとコイル３６とが位置合わせされた状態で、磁石３５の磁力を変更する磁力変更制御を実行する。【選択図】図６

Description

開示する技術は、モータ制御装置に関する。

近年、モータは、電気自動車やハイブリッド車などへの利用も増えつつある。例えば、特許文献１には、そのような駆動モータ（発電機としても利用）とエンジンとを搭載したハイブリッド車が開示されている。そのハイブリッド車には、駆動モータの電源として、充電スタンドや家庭用電源に接続して充電できる、定格電圧が数百Ｖの強電バッテリが備えられている。

開示する技術に関し、洗濯機用であるが、マグネットの磁力を増磁および減磁できるモータが、特許文献２に開示されている。

洗濯機では、洗いや濯ぎの工程で、高トルク低回転のモータ出力が要求され、脱水工程で、低トルク高回転のモータ出力が要求される。そのため、洗濯機には、変速機が備えられていて、その変速機で、これら両工程に合わせてモータの出力が２段階に切り替えられる。特許文献２の洗濯機では更に、変速機で切り替えられた各モータ出力を、マグネットの磁力を通常の磁力から、増磁または減磁させることにより、モータの出力特性を変化させ、負荷に応じて最適化できるようにしている。

特開２０１４−２３１２９０号公報 特開２０１１−２００５４５号公報

上述したように、洗濯機では、モータに要求される高頻度な出力は、２つの出力範囲に限られている。そのため、変速機でいずれか一方に切り替えるとともに、各出力範囲で通常の磁力を基準に、負荷の大小に応じてマグネットを増磁または減磁するだけで、モータ出力の最適化を図ることができる。

ところが、自動車などに搭載される駆動モータでは、負荷方向および回転方向の双方において、非常に広い範囲で駆動できる、極めて高度な出力が要求される。しかも、それ自体が移動するため、その電源には、バッテリを使用するしかない。

そのような制約下で、高出力な駆動モータを実現するには、特許文献１のハイブリッド車のように高電圧のバッテリを搭載することや、大型のモータを搭載することが考えられる。しかし、いずれの場合も、装備が大型化、高重量化する。

そこで開示する技術の主たる目的は、バッテリの高電圧化やモータの大型化を回避できるモータ制御装置を提供することにある。

開示する技術は、モータ制御装置に関する。

前記モータ制御装置は、複数の磁極が周方向に並ぶように磁石が設置されていて、回転動力を出力するロータ、および、前記磁石とギャップを隔てて対向する複数のコイルが周方向に並ぶように設置されているステータを有するモータと、前記コイルに流れる駆動電流を制御して、前記ロータに発生するトルクを変更する駆動電流制御部、および、前記コイルに流れる磁化電流を制御して、当該コイルに発生する磁力を変更する磁化電流制御部を有する制御装置と、を備える。

前記制御装置は、少なくとも１つの前記磁極と少なくとも１つの前記コイルとが対向し、かつ、当該磁極の軸線と当該コイルの軸線とが近接するように、前記駆動電流制御部が、前記ロータを回転させる位置合わせ制御を実行し、前記位置合わせ制御がなされた状態で、前記磁化電流制御部が、前記磁化電流を制御することによって前記磁石の磁力を変更する磁力変更制御を実行するように構成されている。

すなわち、このモータ制御装置によれば、制御装置は、コイルに流れる磁化電流を制御して、そのコイルに発生する磁力を変更する磁化電流制御部を有している。そして、その磁化電流制御部が、その磁化電流を制御することによって磁石の磁力を変更する。すなわち、ロータの磁石の磁力は、大小に変化させることができる。

それにより、モータの負荷に合わせて、磁極の磁力を変更できるので、モータの力率を高めることができる。モータの力率が高まれば、少ない電力で高い出力が得られるので、モータを軽量かつコンパクトにできるし、広い範囲で適切な出力を発揮できるようになる。従って、バッテリの高電圧化やモータの大型化を回避できる。

ところが、磁石の磁力を変更するためには、磁力を変更する磁極と所定のコイルとを対向させ、そのコイルで強い磁界を発生させる必要がある。その際、磁極に印加される磁界に偏りが生じると、磁極の磁化分布が不均一になるおそれがある。

すなわち、磁極とコイルとの位置関係は、ロータの回転に伴い刻々と変化するため、コイルに強い磁界を発生させた時に形成される磁界分布も刻々と変化する。そのため、コイルに強い磁界を発生させる着磁のタイミングが、磁極の軸線とコイルの軸線とが近接して磁界の偏りが小さくなるタイミングからずれて、磁極の磁気分布が不均一になり易い。その結果、モータは、回転動力を適切に出力できなくなって、モータ出力が低下する。

そこで、このモータ制御装置では、磁力変更する磁極と、その磁極に強い磁力を印加するコイルとが対向して、その磁極の軸線とそのコイルの軸線とが近接するように、これら磁極およびコイルの双方の位置を合わせる位置合わせ制御が実行される。そして、磁極とコイルとが位置合わせされた状態で、磁力を変更する磁力変更制御が実行される。

そうすることにより、制御対象の磁極とコイルとが最適な位置に保持されるので、着磁のタイミングのずれが抑制され、制御対象のコイルに磁化電流が流れることによって形成される磁界は、制御対象の磁極に対してバランスよく印加される。従って、制御対象の磁極を略均一に磁化できる。その結果、モータは、適切な回転動力を安定して出力できるようになるので、モータ出力を十分に高出力化できる。

前記モータ制御装置はまた、自動車に搭載されており、前記自動車が停止しているときに、前記位置合わせ制御および前記磁力変更制御が実行される、としてもよい。

自動車が移動していると、モータは、常に大きく揺れ動くし、その姿勢も常に変化する。従って、その状態で磁力の変更を行うと、磁界が大きく乱れて、磁極の磁化分布がよりいっそう不均一になり易い。一方、自動車が停止しているときであれば、モータの揺れや姿勢は比較的安定しているので、磁極とコイルとの位置合わせの精度が向上する。従って、磁極の磁化分布の均一性が高まるので、モータ出力をより安定して高出力化できる。

しかも、上述したように、磁石の磁力を変更するためには、コイルで強い磁界を発生させる必要があり、そのためには、コイルに大きな磁化電流を流す必要がある。従って、磁力変更制御は、電力の消耗が激しいという問題がある。

そして、自動車が停止しているときには、発電したり外部電源を用いたりしなければ、電源を充電できない。それに対し、このモータ制御装置では、位置合わせにより、最適な状態で磁力の変更が行えるので、必要かつ最小限の大きさの磁化電流により、１回の磁力変更制御で、磁力の変更を適切に行える。従って、電力の消費量を最小限にできる。

前記モータ制御装置はまた、前記複数のコイルは、流れる電流の位相が異なる複数のコイル群で構成されていて、前記制御装置が、前記位置合わせ制御の開始時に、前記複数の磁極のうち、前記磁力変更制御の対象とされる制御対象磁極に最も近接して位置している前記コイル群に対して前記位置合わせ制御を実行し、その後、当該コイル群に流れる前記磁化電流を制御することによって前記制御対象磁極に対して前記磁力変更制御を実行する、としてもよい。

すなわち、このモータ制御装置によれば、複数のコイルは、流れる電流の位相が異なる複数のコイル群で構成されているので、いずれかのコイル群のコイルに磁化電流を流すことで、同時に複数のコイルで磁力の変更が行える。従って、磁力変更制御の実行回数を少なくできる。

更に、磁力の変更が開始される時点では、磁力変更制御の対象とされる磁極（制御対象磁極）の位置は、様々であり一定していない。それに対し、このモータ制御装置では、位置合わせ制御の開始時に、複数の磁極のうち、制御対象磁極に最も近接して位置しているコイル群に対して位置合わせ制御が実行される。従って、最短の時間で位置合わせ制御が行えるので、磁力の変更を短時間で行える。

前記モータ制御装置はまた、前記制御装置が、前記位置合わせ制御の実行前に、前記自動車の車輪と前記モータとの間に介在しているクラッチを切り離す、としてもよい。

すなわち、モータは、クラッチを介して車輪に連結されている。クラッチを連結したり切り離したりすることにより、車輪に対するモータの回転動力の出力が調整される。そして、このモータ制御装置では、位置合わせ制御の実行前に、そのクラッチが切り離される。そうすることにより、位置合わせ制御および磁力変更制御の実行時には、モータが独立した状態、つまりロータがフリーで回転する状態になる。その結果、位置合わせ制御および磁力変更制御の精度が向上するので、モータ出力を十分に高出力化できる。

前記モータ制御装置はまた、いずれかの前記磁極に対して前記磁力変更制御の実行が開始された場合に、全ての前記磁極に対して前記磁力変更制御の実行が終了するまで、前記クラッチの連結を禁止する、としてもよい。

磁力変更制御を開始した後に、全ての磁極に対して磁力変更制御の実行が終了する前に、クラッチを連結すると、ロータに外力が作用するので、位置合わせ制御が不安定になり、高精度な磁力変更制御が行えない。また、磁力変更制御を中断し、その状態でモータを駆動すると、磁力の異なる磁極が混在することになるので、モータは適切に機能しない。

それに対し、このモータ制御装置によれば、全ての磁極に対して磁力変更制御の実行が終了するまではクラッチを連結しないので、全ての磁極に対して、安定した磁力の変更が行える。そして、クラッチが連結可能なったときには、全ての磁極の磁力が適切に変更されているので、モータは適切に機能する。

前記モータ制御装置はまた、前記モータの電源を構成し、前記コイルに前記駆動電流および前記磁化電流を通電させるバッテリを更に備え、前記バッテリの電圧が所定の下限値未満の場合には、前記磁力変更制御の実行を制限する、としてもよい。

すなわち、このモータ制御装置では、モータの電源にバッテリが用いられていて、磁力の変更に用いられる磁化電流も、そのバッテリから通電されるようになっている。上述したように、磁石の磁力を変更するためには、コイルに大きな磁化電流を流す必要がある。従って、磁力変更制御を行うと、バッテリの急激な消耗を招き、電圧異常が発生するおそれがある。

それに対し、このモータ制御装置によれば、バッテリの電圧が所定の下限値未満の場合には、磁力変更制御の実行が制限されるので、電圧異常の発生を抑制することができる。

前記モータ制御装置はまた、前記自動車がエンジンを備え、アクセルの操作に基づいて、前記モータおよび前記エンジンが協働して前記自動車を駆動するように構成されていて、前記バッテリの定格電圧が５０Ｖ以下である、としてもよい。

すなわち、このモータ制御装置は、エンジンとモータで駆動する自動車に搭載されている。そして、バッテリには、いわゆる低電圧バッテリが用いられているので、バッテリの高電圧化を回避できる。更に、上述したように、モータ出力を十分に高出力化できるモータ制御装置が搭載されていて、これらが効果的に組み合わされているので、モータを含めた装備の大型化、高重量化を回避できる。

開示する技術によれば、バッテリの高電圧化やモータの大型化を回避できるモータ制御装置を実現できる。

開示する技術を適用した自動車の主な構成を示す概略図である。 モータの構成を示す概略断面図である。 ＭＣＵおよびこれに関連する主な入出力装置を示すブロック図である。 モータ制御装置の構成を簡略化して示す図である。 ＭＣＵが行うモータの制御の一例を示すフローチャートである。 静的な磁力変更制御を説明するための図である。 動的な磁力変更制御を説明するための図である。 動的な磁力変更制御を説明するための図である。 磁力変更制御の主な処理の一例を示すフローチャートである。 位置合わせ制御の一例を示すフローチャートである。 静的な磁力変更制御の一例を示すフローチャートである。 動的な磁力変更制御の一例を示すフローチャートである。 磁化実行制限制御の一例を示すフローチャートである。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜自動車＞
図１に、開示する技術を適用した４輪の自動車１を示す。この自動車１は、ハイブリッド車である。自動車１の駆動源に、エンジン２およびモータ３が搭載されている。これらが協働して、４つの車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒのうち、左右対称状に位置する２輪（駆動輪４Ｒ）を回転駆動する。それにより、自動車１は移動（走行）する。

この自動車１の場合、エンジン２は車体の前側に配置されており、駆動輪４Ｒは車体の後側に配置されている。すなわち、この自動車１は、いわゆるＦＲ車である。更にこの自動車１の場合、駆動源としては、モータ３よりもエンジン２が主体となっており、モータ３は、エンジン２の駆動をアシストする形で利用される（いわゆるマイルドハイブリット）。モータ３はまた、駆動源としてだけでなく、回生時には発電機としても利用される。

自動車１には、エンジン２、モータ３の他、駆動系の装置として、第１クラッチ５、インバータ６、第２クラッチ７、変速機８、デファレンシャルギア９、バッテリ１０などが備えられている。これら装置の複合体（駆動システム）の作用により、自動車１は走行する。

自動車１にはまた、制御系の装置として、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）２１、変速機コントロールユニット（ＴＣＵ）２２、ブレーキコントロールユニット（ＢＣＵ）２３、総合コントロールユニット（ＧＣＵ）２４などが備えられている。

エンジン回転センサ５０、モータ回転センサ５１、電流センサ５２、磁力センサ５３、アクセルセンサ５４なども、制御系の装置に付随して自動車１に設置されている。

［駆動系の装置］
エンジン２は、例えばガソリンを燃料にして燃焼を行う内燃機関である。エンジン２はまた、吸気、圧縮、膨張、排気の各サイクルを繰り返すことで回転動力を発生させる、いわゆる４サイクルエンジンである。エンジン２には、ディーゼルエンジン等、様々な種類や形態があるが、開示する技術では、特にエンジンの種類や形態は限定しない。

この自動車１では、エンジン２は、回転動力を出力する出力軸を、車体の前後方向に向けた状態で、車幅方向の略中央部に配置されている。自動車１には、吸気システム、排気システム、燃量供給システムなど、エンジン２に付随した様々な装置や機構が設置されているが、これらの図示および説明は省略する。

（モータ）
モータ３は、第１クラッチ５を介してエンジン２の後方に直列に配置されている。モータ３は、三相の交流によって駆動する永久磁石型の同期モータである。図２に示すように、モータ３は、大略、モータケース３１、シャフト３２、ロータ３３、ステータ３４などで構成されている。

モータケース３１は、その内部に、前端面および後端面が封止された円筒状のスペースを有する容器からなり、自動車１の車体に固定されている。ロータ３３およびステータ３４は、モータケース３１に収容されている。シャフト３２は、その前端部および後端部の各々をモータケース３１から突出させた状態で、モータケース３１に回転自在に軸支されている。

シャフト３２の前端部と、エンジン２の出力軸との間に介在するように、第１クラッチ５が設置されている。第１クラッチ５は、出力軸とシャフト３２とが連結された状態（第１クラッチ５が連結された状態、連結状態）と、出力軸とシャフト３２とが分離した状態（第１クラッチ５が切り離された状態、解放状態）との間で切り替え可能に構成されている。

シャフト３２の後端部と、変速機８の入力軸との間に介在するように、第２クラッチ７が設置されている。第２クラッチ７は、シャフト３２と変速機８の入力軸とが連結された状態（第２クラッチ７が連結された状態、連結状態）と、シャフト３２と変速機８の入力軸とが分離した状態（第２クラッチ７が切り離された状態、解放状態）とに切り替え可能に構成されている。なお、これら第１クラッチ５および第２クラッチ７の各々では、連結状態と解放状態との間の状態（部分連結状態）において、伝達される動力の大きさの調整が可能に構成されている。

（ロータ）
ロータ３３は、中心に軸孔を有する複数の金属板を積層して構成された円柱状の部材からなる。ロータ３３の軸孔にシャフト３２の中間部分を固定することで、ロータ３３はシャフト３２と一体化されている。

ロータ３３の外周部分には、全周にわたってマグネット（磁石）３５が設置されている。マグネット３５は、Ｓ極とＮ極とからなる複数（この図例では８個）の磁極３５ａが周方向に等間隔で交互に並ぶように構成されている。マグネット３５は、複数の磁極３５ａを有する１つの円筒状の磁石で構成してもよいし、各磁極３５ａを構成する複数の弧状の磁石で構成してもよい（図例では、複数の弧状の磁石で構成されている）。

このモータ３では、更に、マグネット３５が、磁力の大きさを大小に可変できるように構成されている（磁力可変マグネット）。通常、この種のモータ３には、保磁力（抗磁力）が大きく、磁力が長期にわたって保持できる磁石（永久磁石）が使用される。このモータ３では、磁力を比較的容易に変更できるように、保持力の小さい永久磁石がマグネット３５として使用される。

永久磁石には、例えば、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石など様々な種類があり、保持力も様々である。マグネット３５の種類や素材は、仕様に応じて選択可能であり、特に限定されない。

この自動車１では、このマグネット３５を利用して、モータ３を軽量かつコンパクトにできるように、モータ制御装置が構成されている。モータ制御装置の詳細については後述する。

（ステータ）
ロータ３３の周囲には、僅かな隙間（ギャップ）を隔てて円筒状のステータ３４が設置されている（インナーロータ型）。ステータ３４は、複数の金属板を積層して構成されたステータコア３４ａと、そのステータコア３４ａに電線を巻回して構成された複数のコイル３６とを有している。

ステータコア３４ａには、内側に放射状に張り出す複数のティース３４ｂが設けられていて、これらティース３４ｂの間に形成されている空間（スロット）に電線を所定の順序で巻き掛けることで複数（この図例では１２個）のコイル３６が形成されている（いわゆる集中巻き）。これらコイル３６は、流れる電流の位相が異なるＵ相、Ｖ相、およびＷ相からなる三相のコイル群を構成している。各相のコイルは、周方向に順番に配置されている。

なお、本実施形態では、８極１２スロットのモータ３を例示したが、モータ３の構成は、これに限るものでない。モータ３は、より多くの極数およびスロット数で構成してもよい。例えば、２のＮ倍の磁極３５ａと、３のＮ倍のスロット（Ｎは整数）とで、モータ３を構成することができる。

コイル３６に通電するため、モータケース３１の外側に、これらコイル３６から３本の接続ケーブル３６ａ，３６ａ，３６ａが導出されている。これら接続ケーブル３６ａ，３６ａ，３６ａは、インバータ６を介して、車載されているバッテリ１０と接続されている。この自動車１の場合、バッテリ１０は、定格電圧が５０Ｖ以下、具体的には４８Ｖの直流バッテリ（低電圧バッテリ）１０が用いられている。

そのため、上述した特許文献１のハイブリッド車のように、高電圧ではないので、バッテリ１０自体を軽量かつコンパクトにできる。しかも、高度な感電対策が不要なため、絶縁部材等も簡素化でき、よりいっそう軽量かつコンパクトに構成できる。従って、自動車１の車両重量を抑制できるので、燃費や電力消費を抑制できる。

バッテリ１０は、インバータ６に直流電力を供給する。インバータ６は、その直流電力を３相の交流に変換してモータ３に通電する。それにより、各コイル３６に電磁力が発生する。その電磁力と、マグネット３５の磁力との間に作用する吸引力と反発力により、ロータ３３が回転駆動され、シャフト３２および第２クラッチ７を通じて変速機８にその回転動力が出力される。

この自動車１の場合、変速機８は、多段式自動変速機（いわゆるＡＴ）である。変速機８は、一方の端部に入力軸を有し、他方の端部に出力軸を有している。これら入力軸と出力軸との間に、複数の遊星歯車機構、クラッチ、ブレーキなどの変速機構が組み込まれている。

これら変速機構を切り替えることにより、前進または後進の切り替えや、変速機８の入力と出力との間で、異なる回転数に変更できるように構成されている。変速機８の出力軸は、車体の前後方向に延びて出力軸と同軸に配置されているプロペラシャフト１１を介してデファレンシャルギア９に連結されている。

デファレンシャルギア９には、車幅方向に延びて、左右の駆動輪４Ｒ，４Ｒに連結された一対の駆動シャフト１３，１３が連結されている。プロペラシャフト１１を通じて出力される回転動力は、デファレンシャルギア９で振り分けられた後、これら一対の駆動シャフト１３，１３を通じて各駆動輪４Ｒに伝達される。各車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒには、その回転を制動するために、ブレーキ１４が取り付けられている。

［制御系の装置］
自動車１には、運転者の操作に応じて、その走行をコントロールするために、上述した、ＥＣＵ２０、ＭＣＵ２１、ＴＣＵ２２、ＢＣＵ２３、およびＧＣＵ２４の各ユニットが設置されている。これらユニットの各々は、ＣＰＵやメモリ、インターフェースなどのハードウエアと、データベースや制御プログラムなどのソフトウエアとで構成されている。

ＥＣＵ２０は、エンジン２の作動を主に制御するユニットである。ＭＣＵ２１は、モータ３の作動を主に制御するユニットである。ＴＣＵ２２は、第１クラッチ５、第２クラッチ７、および変速機８の作動を主に制御するユニットである。ＢＣＵ２３、ブレーキ１４の作動を主に制御するユニットである。ＧＣＵ２４は、これらＥＣＵ２０、ＭＣＵ２１、ＴＣＵ２２、ＢＣＵ２３と電気的に接続されていて、これらを総合的に制御する上位ユニットである。ＭＣＵ２１は、「制御装置」の主体を構成している。ＧＣＵ２４等のユニットは、ＭＣＵ２１と協働することによって「制御装置」を構成している。

エンジン回転センサ５０は、エンジン２に取り付けられており、エンジン２の回転数を検出してＥＣＵ２０に出力する。モータ回転センサ５１は、モータ３に取り付けられており、ロータ３３の回転数や回転位置を検出してＭＣＵ２１に出力する。電流センサ５２は接続ケーブル３６ａに取り付けられており、各コイル３６に通電される電流値を検出してＭＣＵ２１に出力する。

磁力センサ５３は、モータ３に取り付けられており、マグネット３５の磁力を検出してＭＣＵ２１に出力する。アクセルセンサ５４は、運転者が自動車１を駆動する時に踏み込むアクセルのペダル（アクセルペダル１５）に取り付けられており、自動車１の駆動に要求される出力に相当するアクセル開度を検出してＥＣＵ２０に出力する。

これらセンサから入力される検出値の信号に基づいて、各ユニットが協働して駆動システムを制御することで、自動車１が走行する。例えば、自動車１がエンジン２の駆動力で走行する時には、アクセルセンサ５４およびエンジン回転センサ５０の検出値に基づいて、ＥＣＵ２０がエンジン２の運転を制御する。

そして、ＴＣＵ２２は、第１クラッチ５および第２クラッチ７が連結状態になるように制御する。自動車１の制動時には、ＢＣＵ２３が各ブレーキ１４を制御する。回生による制動時には、ＴＣＵ２２は、第１クラッチ５は解放状態ないし部分連結状態となるように制御し、第２クラッチ７は連結状態となるように制御する。そうして、ＭＣＵ２１は、モータ３で発電し、その電力がバッテリ１０に回収されるように制御する。

＜モータ制御装置＞
ＭＣＵ２１は、モータ３が単独で出力する状態で、あるいは、必要に応じてエンジン２の出力をアシストする状態で、モータ３の回転動力によって自動車１が走行するように制御する。

具体的には、アクセルセンサ５４、エンジン回転センサ５０等の検出値に基づいて、ＥＣＵ２０が、エンジン２の回転動力を設定する。それに伴って、予め設定されたエンジン２とモータ３との間での出力の分配比率に従って、ＧＣＵ２４が、所定の出力範囲でモータ３の回転動力の要求量を設定する。ＭＣＵ２１は、その要求量が出力されるようにモータ３を制御する。

図３に、ＭＣＵ２１およびこれに関連する主な入出力装置を示す。ＭＣＵ２１には、駆動電流制御部２１ａおよび磁化電流制御部２１ｂが設けられている。駆動電流制御部２１ａは、モータ３の駆動を制御する機能を有し、コイル３６に流れる駆動電流を制御することにより、ロータ３３に発生するトルクを変更する。それによって、モータ３に、回転動力の要求量を出力させる。

一方、磁化電流制御部２１ｂは、モータ３の力率を高める機能を有し、コイル３６に流れる磁化電流を制御することにより、コイル３６に発生する磁力を変更する。そうすることにより、マグネット３５の磁力を変更する。具体的には、マグネット３５の磁力が、駆動電流によってコイル３６に発生する電磁力と略一致するように、マグネット３５の磁力を変更する。

力率とは、皮相電力（モータ３に供給される電力）に対する有効電力（実際に消費される電力）の割合である。力率が低いと、同じ出力を得るのに大きな電流を通電する必要があるため、それだけモータが大型化する。従って、モータ３の力率を高めることで、モータ３を軽量かつコンパクトにできる。また、力率が高まれば、回生時の発電力も高めることができる。

モータ３の力率を上限まで高めるためには、コイル３６で発生する電磁力と、永久磁石の磁力とを略一致させる必要がある（電磁力と磁力とが略一致すれば、力率は略１となる）。それに対し、通常の永久磁石型モータの場合、永久磁石の磁力が不変であるため、そのモータが出力する最も使用頻度の高い領域で、力率が略１となる磁力の永久磁石が用いられている。

すなわち、永久磁石の種類や素材、構造などが、仕様に合わせて設計されていて、製造工場から出荷される初期状態では、その磁力に着磁された状態になっている。

家電などの用途では、モータの出力が要求される範囲は比較的限られているので、このようなモータ特性であっても、それほど大きな問題にはならない。ところが、自動車１を駆動する場合には、非常に広い範囲で高頻度な出力が要求される。そのため、このようなモータ特性では、バッテリの高電圧化やモータの大型化が必要になるなどの不具合がある。

それに対し、このモータ制御装置では、磁力の変更が可能なマグネット３５が用いられ、ＭＣＵ２１に磁化電流制御部２１ｂが設けられているので、力率の向上が図れ、そのような不具合が解消できるようになっている。

すなわち、モータ３に対する負荷が変化した場合に、マグネット３５の磁力がその負荷に合わせて変更される。例えば、中負荷では、力率が略１となるように、低負荷での磁力に対して、マグネット３５の磁力が増大される（増磁）。低負荷では、力率が略１となるように、中負荷での磁力に対して、マグネット３５の磁力が減少される（減磁）。

具体的には、ＭＣＵ２１には、モータ３の負荷および回転数に基づいて、モータ３の回転動力の出力範囲を画定したマップやテーブルなどのデータが予め設定されている。その出力範囲が、複数の領域に区画されている。そして、これら領域の各々では、その領域に適した力率となるように、磁化電流制御部２１ｂがマグネット３５の磁力を変更する。すなわち、モータ３の回転動力の出力範囲は、マグネット３５の磁力が異なる複数の領域（磁化領域）に区画されている。

なお、マグネット３５の磁力は、その初期状態において、モータ３の出力範囲の負荷上限領域で発生する電磁力と略一致する磁力（負荷上限磁力）に設定するのが好ましい。そうすれば、高負荷でも、力率を略１にして高めることができる。従って、この場合、高負荷でもモータ３を効率よく駆動させることができるので、軽量かつコンパクトなモータ３であっても出力不足が抑制でき、安定した走行を実現できる。

そして、中負荷や低負荷では、その負荷に応じて電磁力は小さくなるが、マグネット３５であれば、その電磁力に合わせて減磁することで力率を略１にできる。従って、この場合、モータの出力範囲の略全域で、力率を高めることができ、モータ３を効率よく駆動させることができる。

このように、このモータ制御装置では、マグネット３５の磁力を変更することにより、モータ３の力率が高まるように構成されているので、バッテリの高電圧化やモータの大型化を回避できる。

本実施形態のモータ制御装置では、このマグネット３５の磁力を変更する制御（磁力変更制御）が、自動車１が停止している状態、自動車１が走行している状態のいずれの状態においても、精度高く実行できるように工夫されている。これらの詳細については後述する。

＜モータ制御装置によるモータの制御＞
図４に、簡略化したモータ制御装置のシステム図を示す。図５に、ＭＣＵ２１が行うモータ３の制御の一例を示す。これらを参照しながら、モータ３の具体的な制御の流れについて説明する。なお、モータ３は、駆動電流に対応したトルク電流指令Ｉｑ^＊と、磁化電流に対応した励磁電流指令Ｉｄ^＊と、を用いたベクトル制御によって制御されている。

ＭＣＵ２１は、自動車１が走行可能な状態になると、電流センサ５２、モータ回転センサ５１、磁力センサ５３から、常時、検出値が入力されるようになる（ステップＳ１）。また、ＥＣＵ２０でも同様に、アクセルセンサ５４やエンジン回転センサ５０から、常時、検出値が入力されるようになる。

ＧＣＵ２４は、ＥＣＵ２０からアクセルセンサ５４の検出値を取得し、予め設定されているエンジン２とモータ３との間での出力の分配比率に従って、モータ３の回転動力の要求量を設定する。ＧＣＵ２４は、ＭＣＵ２１に、その要求量に相当するトルクを出力するコマンド（トルク指令値Ｔ^＊）を出力する。

ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）は、トルク指令値Ｔ^＊が入力されると（ステップＳ２でＹｅｓ）、そのトルクを発生させる駆動電流（トルク電流成分）の変化量を出力するコマンド（駆動電流指令値Ｉｄｑ^＊）の演算処理を実行する（ステップＳ３）。また、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、トルク指令値Ｔ^＊およびモータ３の回転数に基づいて、その磁化領域に対応した磁力最適値を出力するコマンド（磁化状態指令値Φ^＊）の演算処理を実行する（ステップＳ４）。そして、磁化電流制御部２１ｂは、マグネット３５の磁力および磁化状態指令値Φ^＊に基づいて、マグネット３５の磁力の変化量に相当するトルク電流成分を出力するコマンド（磁力電流指令値Ｉｄｑ^＊）の演算処理を実行する（ステップＳ５）。

ＭＣＵ２１は、演算した駆動電流指令値Ｉｄｑ^＊と磁力電流指令値Ｉｄｑ^＊とに基づいて、マグネット３５の磁力の変更が必要か否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、要求されたトルクを出力すると、異なる磁化領域に移行する場合には、マグネット３５の磁力の変更が必要と判定する。要求されたトルクを出力しても、同じ磁化領域に位置する場合には、マグネット３５の磁力の変更は不要と判定する。

そして、ＭＣＵ２１は、マグネット３５の磁力の変更は不要と判定した場合、出力するトルクが、モータ３が空運転するトルクＴ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。そして、ＭＣＵ２１は、出力するトルクがトルクＴ１より大きい場合には、通常のベクトル制御によってモータ３を制御する。

すなわち、駆動電流制御部２１ａが、電流制御により、電流センサ５２およびモータ回転センサ５１の検出値に基づいて、ＰＷＭ制御を行うために出力するコマンド（電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊）の演算処理を実行する（ステップＳ８）。そして、ＰＷＭ制御により、スイッチング指令値が演算される（ステップＳ９）。

そのスイッチング指令値が、ドライバ回路を通じてインバータ６に出力されることにより、インバータ６の内部で、複数のスイッチング素子がオンオフ制御される。それにより、所定の３相の交流（駆動電流）が各コイル群に通電されて、モータ３が回転し、要求されたトルクを出力する（ステップＳ１０）。

一方、ＭＣＵ２１が、マグネット３５の磁力の変更が必要と判定した場合には（ステップＳ６でＮｏ）、磁化電流制御部２１ｂによって磁力変更制御が実行される（ステップＳ１１）。

また、ＭＣＵ２１が、マグネット３５の磁力の変更は不要と判定した場合でも、出力するトルクが、モータ３が空運転するトルクＴ１以下と判定した場合には（ステップＳ７でＮｏ）、磁化電流制御部２１ｂによって磁力変更制御が実行される（ステップＳ１１）。

モータ３が空運転、すなわち、モータ３の回転動力の要求量が、ほとんど０（ゼロ）となった場合には、マグネット３５は、その磁力がリセットされて、初期状態の磁力（負荷上限磁力）に変更される。自動車１の場合、例えば、アイドリング状態や停止状態から、一気にアクセルペダル１５が踏み込まれて急加速するような場合がある。空運転時に負荷上限磁力に変更すれば、そのような急加速が行われた場合でも、モータ３を適切に駆動することができる。

＜磁力変更制御＞
上述したように、このモータ３には、磁力を変更できるマグネット３５が用いられている。そして、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）が、マグネット３５の磁力を変更する制御（磁力変更制御）を実行する。マグネット３５の磁力を変更するためには、短時間ではあるが、マグネット３５の各磁極３５ａとコイル３６との間に、通常の駆動時よりも大きな磁界が形成されるように、強い磁力（磁化磁力）を印加する必要がある。

磁化磁力は、マグネット３５の性能によって異なるが、例えば、マグネット３５が保持している磁力の数倍から数十倍の磁力が用いられる。そして、一度、そのような強い磁力でマグネット３５の磁力が変更されると、多少強い磁力がマグネット３５に作用しても、その影響はほとんど受けない。従って、モータ３が普通に駆動している程度では、変更後の磁極３５ａの磁力は保持される。

磁力変更制御では、磁力変更制御の対象とされる磁極３５ａ（制御対象磁極）と、磁力変更制御の対象とされるコイル３６（制御対象コイル）とが、互いに対向するように配置される。そうして、制御対象コイルに流れる電流のうち、径方向に向かう磁力を制御対象コイルに発生させる電流成分（磁化電流）の調整が行われる。

例えば、増磁する場合には、制御対象磁極の磁束と同じ方向に強力な磁束が発生するように、制御対象コイルに大きなパルス状の磁化電流が流される。減磁する場合には、制御対象磁極の磁束とは逆の方向に強力な磁束が発生するように、制御対象コイルに大きなパルス状の磁化電流が流される。

その際、制御対象磁極に印加される磁界に偏りが生じると、磁極３５ａの各部位の磁化にばらつきが発生し、磁極３５ａの磁化分布が不均一になるおそれがある。

すなわち、制御対象磁極と制御対象コイルとの位置関係は、ロータ３３が回転していると、その回転に伴って刻々と変化する。従って、その場合、制御対象コイルに強い磁界を発生させた時に形成される磁界分布も刻々と変化する。そのため、制御対象コイルに強い磁界を発生させる着磁のタイミングがずれて、磁極の磁気分布が不均一になり易い。その結果、モータ３は、回転動力を適切に出力できなくなって、モータ出力が低下する。

自動車１の場合、移動しない家電製品とは異なり、常にモータが安定した状態で磁力変更制御が行えるとは限らない。走行中であればモータは揺れ動くし、停止中であってもエンジンが作動していたり乗員が動いたりすればモータは揺れ動く。また、モータの姿勢も一定ではない。モータが揺れ動いた状態や姿勢が不安定な状態で磁力変更制御を実行すると、制御対象磁極に印加される磁界が乱れ易くなるので、磁力変更の精度が低下する。従って、自動車１に搭載されているモータ３の場合、磁極３５ａの磁力を均一に変更するのは難しい。

それに対し、このモータ制御装置では、磁力変更制御が、自動車１が停止している状態、自動車１が走行している状態のいずれの状態においても、精度高く実行できるように工夫されている。

具体的には、ＭＣＵ２１は、モータ３を駆動システムから分離した状態で行うのに適した磁力変更制御（静的な磁力変更制御）と、モータ３を駆動システムから分離していない状態で行うのに適した磁力変更制御（動的な磁力変更制御）とが実行可能に構成されている。そして、ＭＣＵ２１は、これら制御のいずれか１つを選択して実行する。

静的な磁力変更制御は、主に自動車１が停止している状態で実行される。その状態は、エンジン２が作動していない状態だけでなく、アイドリング状態など、エンジン２が作動している状態であってもよい。また、自動車１が惰性で走行している場合などでは、自動車１が停止していない状態でも実行可能である。

動的な磁力変更制御は、主に自動車１が走行している状態で実行される。自動車１が停止している状態でも、動的な磁力変更制御は実行できる。ただし、後述するように、磁力変更の精度やバッテリ１０の電力消費などの点から、自動車１が停止している状態では、静的な磁力変更制御を実行する方が好ましい。

［静的な磁力変更制御］
静的な磁力変更制御では、磁極３５ａとコイル３６とを位置合わせし、ロータ３３の回転を実質的に停止させた状態で磁力変更制御が実行される。具体的には、ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）が、制御対象磁極および制御対象コイルの双方の位置を合わせる制御（位置合わせ制御）を実行し、制御対象磁極と制御対象コイルとが位置合わせされた状態で、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）が磁力変更制御を実行する。

位置合わせ制御を実行する前に、モータ３は、駆動システムから分離するのが好ましい。すなわち、ＴＣＵ２２によって第１クラッチ５および第２クラッチ７を切り離す。そうすることにより、モータ３を、エンジン２および変速機８の双方から独立した状態にする。それにより、ロータ３３およびシャフト３２はフリーな状態、つまり回転自在な状態となる。その結果、制御対象磁極と制御対象コイルとの位置合わせが容易になり、位置合わせ制御の精度を向上できる。

位置合わせ制御では、制御対象磁極と制御対象コイルとが対向して、制御対象磁極の軸線と制御対象コイルの軸線とが近接するように、ロータ３３を回転させる。なお、同時に位置合わせ制御される制御対象磁極および制御対象コイルの数は、モータ３の構成によって異なる場合がある。

図６を参照して、静的な磁力変更制御について説明する。説明の便宜上、構成を簡略化した４極６スロットのモータを示す。符号Ｊｐは、磁極３５ａの軸線を示しており、符号Ｊｃは、コイル３６の軸線を示している。磁極３５ａの軸線Ｊｐは、シャフト３２が延びる方向（回転軸方向）から見た時に、回転中心を通って磁極３５ａを二等分する線である。コイルの軸線Ｊｃは、回転軸方向から見て、回転中心を通ってコイル３６を二等分する線である。

例えば、静的な磁力変更制御を開始する時に、図６の上図に示す位置に、ロータ３３があった場合を想定する。ロータ３３は停止していても回転していてもよい。そして、Ｕ相のコイル群のコイル３６を制御対象コイルとし、Ｎ極の磁極３５ａを制御対象磁極とした場合、ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）は、モータ回転センサ５１から入力される信号（ロータ３３の回転位置情報）に基づいて、所定角度分だけロータ３３を回転させる。そうすることにより、ＭＣＵ２１は、図６の中図に示すように、制御対象コイルの軸線Ｊｃと、制御対象磁極の軸線Ｊｐとが近接するように、制御対象磁極および制御対象コイルの双方の位置を合わせる。

好ましくは、両軸線Ｊｃ，Ｊｐが略一致するように位置を合わせる。それにより、制御対象磁極と制御対象コイルとの位置関係のずれが防止でき、制御対象磁極に印加される磁界の偏りを小さくできる、最適な着磁のタイミングを確保できる。このとき、モータ３が駆動システムから分離していれば、安定して位置合わせができるし、振動などの外因の影響を抑制できる。従って、位置合わせ制御の精度が向上する。

またこのとき、位置合わせ制御の開始時において、複数の磁極３５ａのうち、制御対象磁極の軸線Ｊｐに、軸線Ｊｃが最も近接して位置している位相のコイル３６に対して位置合わせ制御を実行するのが好ましい。ロータ３３が回転している場合には、その回転方向において、制御対象磁極の軸線Ｊｐに、最も軸線Ｊｃが近接して位置している位相のコイル３６に対して位置合わせ制御を実行するのがより好ましい。そうすれば、ロータ３３の回転を最小限にできる。従って、位置合わせ制御に要する時間を短縮できるし、位置合わせ制御に要する電力も低減できる。

例えば、位置合わせ制御の開始時において、回転していないロータ３３が、図６の上図に示す位置にあったとする。その場合に、Ｎ極の磁極３５ａが制御対象磁極とされると、Ｕ相のコイル群のコイル３６の軸線Ｊｃが最も制御対象磁極の軸線Ｊｐに近接して位置している。従って、この場合は、図例のように、ロータ３３を回転して位置合わせ制御を実行するのが好ましい。

また、それと同じ場合に、Ｓ極の磁極３５ａが制御対象磁極とされると、Ｖ相のコイル群のコイル３６の軸線Ｊｃが最も制御対象磁極の軸線Ｊｐに近接して位置している。従って、この場合は、時計回りに、ロータ３３を回転して位置合わせ制御を実行するのが好ましい。

そして、このように制御対象磁極と制御対象コイルとが位置合わせされた状態で、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）が、制御対象コイルであるＵ相のコイル群に、所定の強度でパルス状の磁化電流が流れるように制御する。制御対象磁極の軸線Ｊｐと制御対象コイルの軸線Ｊｃとが近接（略一致）しているので、制御対象コイルに磁化電流が流れることによって形成される磁界は、図６の中図に破線で模式的に示すように、制御対象磁極に対してバランスよく印加される。従って、制御対象磁極を略均一に磁化できる。

図例のモータの場合、２つの磁極（Ｎ極）３５ａ，３５ａが、同時に、Ｕ相のコイル群と位置合わされて磁力変更制御が実行される。そして、図例のモータの場合、残り２つの磁極（Ｓ極）３５ａ，３５ａについて磁力の変更が必要である。従って、これら２つの磁極３５ａ，３５ａが新たな制御対象磁極となる。

ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）は、モータ回転センサ５１から入力される信号に基づいて、所定角度、更にロータ３３を回転させる。そうすることにより、ＭＣＵ２１は、図６の下図に示すように、新たな制御対象磁極の軸線Ｊｐと、制御対象コイル（新たな制御対象磁極に最も近接して位置している位相のコイル３６、図例ではＷ相またはＶ相のコイル３６）の軸線Ｊｃとが近接（略一致）するように、制御対象磁極および制御対象コイルの双方の位置を合わせる。

そうして、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、先と同様に、図例ではＷ相のコイル３６を用いて磁力変更制御を実行し、これら新たな制御対象磁極の磁力についても変更する。磁極数が更に多い場合には、全ての磁極３５ａに対して位置合わせ制御および磁力変更制御を実行し、全ての磁極３５ａの磁力が変更されるまで、ＭＣＵ２１は、このような一連の処理を繰り返し実行する。

このような一連の処理は、いずれかの磁極３５ａに対して磁力変更制御の実行が開始された場合、全ての磁極３５ａに対して磁力変更制御の実行が終了するまで、クラッチの連結を禁止するのが好ましい。

すなわち、ＭＣＵ２１は、ＧＣＵ２４が、第１クラッチ５および／または第２クラッチ７を連結する指示を出力しても、磁極３５ａの磁力の変更を開始した後は、全ての磁極３５ａの磁力の変更が終了するまでは、その処理を優先して実行する。

全ての磁極３５ａに対して磁力変更制御の実行が終了する前に、第１クラッチ５および／または第２クラッチ７を連結すると、ロータ３３に外力が作用するので、位置合わせ制御が不安定になり、高精度な磁力変更制御が行えない。また、磁力変更制御を中断し、その状態でモータ３を駆動すると、磁力の異なる磁極３５ａが混在することになるので、モータ３は適切に機能しない。従って、ＭＣＵ２１が求める回転動力をモータ３が出力できないおそれがある。

それに対し、全ての磁極３５ａの磁力の変更が終了すれば、モータ３は、適切に機能する。従って、モータ３は、ＭＣＵ２１が求める回転動力を安定して出力できるようになる。

このような静的な磁力変更制御は、自動車１が停止しているときに有効ある。自動車１の場合、商用電源から常に一定電力の供給を受けられる家電製品とは異なり、その電源はバッテリ１０に限られる。しかも、この自動車１のバッテリ１０は、低電圧バッテリである。磁力変更制御では大電流が求められるので、自動車１の場合、バッテリ１０の急激な消耗を招くという問題がある。

自動車１が停止しているときには、走行を利用した回生ができないので、エンジン２を用いて発電したり外部電源を用いたりしなければ、バッテリ１０を充電できない。その点、静的な磁力変更制御では、各磁極３５ａに対して、最適な状態で磁力の変更が行えるので、必要かつ最小限の大きさの磁化電流により、１回の磁力変更制御で、磁力の変更を適切に行える。従って、電力の消費量を最小限にできるので、バッテリ１０の急激な消耗を抑制できる。

［動的な磁力変更制御］
動的な磁力変更制御では、ロータ３３の回転中に所定のコイル３６が磁極３５ａを通過する過程で磁力変更制御が実行される。具体的には、ロータ３３が回転していて、制御対象コイルが制御対象磁極の周方向における一端から他端まで通過する時に、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）が磁力変更制御を実行する。

動的な磁力変更制御は、ロータ３３が回転している状態で行われるので、自動車１が走行している状態でも実行できる。従って、静的な磁力変更制御に比べて、実行するのに制約が少ない利点がある。例えば、エンジン２のみの駆動で自動車１が走行している場合、エンジン２の駆動をモータ３がアシストした状態で自動車１が走行している場合、モータ３のみの駆動で自動車１が走行している場合、のいずれの場合でも、動的な磁力変更制御は実行できる。また、自動車１が停止している状態でも、ロータ３３を回転させれば実行できる。

特に、動的な磁力変更制御の場合、モータ３で車輪に回転動力を出力しながら、マグネット３５の磁力の変更ができるので、モータ３を駆動システムから分離するなど、モータ３の通常の制御を大きく制限しないでよい利点がある。従って、制御の複雑化を回避できる。

図７を参照して、動的な磁力変更制御について説明する。例えば、動的な磁力変更制御を開始する時に、図７の上図に示すように、ロータ３３が、反時計回りに回転している場合を想定する。そして、Ｕ相のコイル群のコイル３６を制御対象コイルとし、磁極３５ａ（Ｎ極）を制御対象磁極とすると、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、モータ回転センサ５１から入力される信号（ロータ３３の回転位置情報および回転数）に基づいて、制御対象磁極が、制御対象コイル１つ分を通過するのに要する時間（磁化時間）を演算する。

そして、図７の中図に示すように、ロータ３３が回転して、制御対象磁極の周方向における一方の端部（回転方向の進行側に位置する端部、進角側端部Ｅｐｆ）が、制御対象コイル（実質的にはティース３４ｂの突端）の周方向における一方の端部（回転方向の反進行側に位置する端部、遅角側端部Ｅｃｒ）と、径方向に一致する位置に達すると、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、制御対象コイルであるＵ相のコイル群に、所定の強度で磁化電流が流れ始めるように制御し、時間計測を開始する。

そうして、磁化時間が経過すると、図７の下図に示すように、ロータ３３が更に回転して、制御対象磁極の周方向における他方の端部（遅角側端部Ｅｐｒ）が、制御対象コイルの周方向における他方の端部（進角側端部Ｅｃｆ）と、径方向に一致する位置に達する。つまり、制御対象磁極が、制御対象コイルを通過する。

その間、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、所定の強度の磁化電流が継続して制御対象コイルに流れるように制御し、制御対象磁極が、制御対象コイルを通過した時点でその制御を終了する。

制御対象磁極が、制御対象コイルを通過している間は、制御対象コイルから一定の磁化磁力が、制御対象磁極に印加される。従って、ロータ３３の回転によって磁界が変化しても、制御対象磁極の磁化分布の不均一化を抑制することができる。

なお、制御対象コイルに磁化電流を印加している間も、ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）は、各コイル群に所定の駆動電流が流れるように制御できる。従って、動的な磁力変更制御の実行中でも、モータ３から回転動力を出力できる。ただし、その間は、制御対象磁極の磁力の変化に伴って、モータ３から出力される回転動力も変化する。

動的な磁力変更制御を実行する時には、ロータ３３の回転数は一定になるように制御するのが好ましい。例えば、ＭＣＵ２１（駆動電流制御部２１ａ）が、一定期間、所定の回転数でロータ３３が回転するように制御する（一定回転制御）。そして、ロータ３３が一定の回転数で回転している間に、動的な磁力変更制御を実行する。ロータ３３の回転数が一定であれば、磁化時間の演算が簡略になる。制御対象磁極に印加される磁界の乱れもよりいっそう抑制できる。従って、磁力変更制御の精度が更に向上する。

また、動的な磁力変更制御は、極力、ロータ３３の回転数が低い時に実行するのが好ましい。すなわち、動的な磁力変更制御は、ロータ３３の回転が、所定の回転数未満の時に実行し、所定の回転数以上の時に実行しないのが好ましい。ロータ３３の回転数が高くなるほど、磁化時間が短くなるので、一回の磁化では、要求された磁力まで変更できないおそれがある。また、磁極３５ａの磁化分布も不均一になり易い。対して、ロータ３３の回転数が低くなるほど、磁化時間が長くなるので、一回の磁力変更制御で変更できる磁力量が増加するし、磁極３５ａの磁化分布も均一になり易い。従って、磁力変更制御の精度が向上する。

判断基準となる所定の回転数は、モータ３の仕様等に応じて適宜設定すればよい。例えば、モータ３の出力可能な回転数の領域を低中高に三等分し、その中領域における任意の回転数を所定の回転数としてもよい。また、その低領域における任意の回転数を所定の回転数としてもよい。

図例のモータ３の場合、２つの磁極（Ｎ極）３５ａ，３５ａが、同時に、Ｕ相のコイル群と位置合わされて磁力変更制御が実行される。そして、図例のモータ３の場合、残り２つの磁極（Ｓ極）３５ａ，３５ａについて磁力の変更が必要である。従って、これら２つの磁極３５ａが新たな制御対象磁極となる。

Ｕ相のコイル群のコイル３６を制御対象コイルとして、新たな制御対象磁極についても、同様の処理によって磁力変更制御を行うことができる。すなわち、Ｓ極の磁極３５ａが、Ｕ相のコイル群のコイル３６を通過する過程で、Ｕ相のコイル群に磁化電流を通電する。しかし、動的な磁力変更制御の場合、別のコイル群を利用して、全ての磁極３５ａの磁力を一括して変更するのが好ましい。

図８の上図に、磁極３５ａ（Ｎ極）に対して磁力変更制御を実行している途中の状態を示す。制御対象コイル（Ｕ相）が制御対象磁極を通過している時に、Ｓ極の磁極３５ａは、Ｗ相のコイル群のコイル３６を通過し始める。すなわち、Ｗ相のコイル群のコイル３６を制御対象コイルとし、磁極３５ａ（Ｓ極）を制御対象磁極とすることができる。

従って、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、その制御対象磁極（Ｓ極）の進角側端部Ｅｐｆが、制御対象コイル（Ｗ相のコイル３６）の遅角側端部Ｅｃｒと、径方向に一致する位置に達すると、Ｕ相のコイル群と同様に、Ｗ相のコイル群にも、所定の強度で磁化電流が流れ始めるように制御し、時間計測を開始する。

そうして、磁化時間が経過し、図８の下図に示すように、制御対象磁極（Ｓ極）の遅角側端部Ｅｐｒが、制御対象コイル（Ｗ相のコイル３６）の進角側端部Ｅｃｆと、径方向に一致する位置に達するまで、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、所定の強度の磁化電流が継続して制御対象コイル（Ｗ相のコイル３６）に流れるように制御する。

このように、２つの異なるコイル群を用いて磁力変更制御を実行することで、全ての磁極３５ａの磁力を一括して変更できる。短時間で全ての磁極３５ａの磁力を変更できるので、時間的に有利である。磁化時間も共用できるので、演算処理も簡略化できる。

動的な磁力変更制御の場合、制御対象磁極に磁化磁力を印加する磁化時間は、ロータ３３の回転数によって変化する。そして、上述したように、回転数が高いと、一回の磁化では、要求された磁力まで変更できないおそれがある。従って、そのような場合、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、同じ制御対象磁極に対して、複数回、動的な磁力変更制御を実行するのが好ましい。

すなわち、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、磁力センサ５３から入力される信号に基づいて、マグネット３５が要求される磁力（磁力最適値）になったか否かを判定する。そうして、マグネット３５が要求される磁力になるまで、ＭＣＵ２１（磁化電流制御部２１ｂ）は、同じ制御対象磁極に対して、複数回、動的な磁力変更制御を実行する。

そうすることにより、ロータ３３の回転数のばらつきにより、磁化される磁極３５ａの磁力がばらついても、要求される磁力に変更できる。特に、動的な磁力変更制御の場合、静的な磁力変更制御と異なり、高調波の影響を受けるため、磁化分布が不均一になり易い。それに対し、複数回、磁化すれば、高調波の影響を低減できるので、磁極３５ａの磁化分布の均一性も向上できる。

Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のコイル群を用いて動的な磁力変更制御を連続的に実行し、全ての磁極３５ａの磁力を一括して変更すれば、複数回であっても、短時間で行える。

動的な磁力変更制御は、静的な磁力変更制御よりも磁化効率が低下するので、電力消費は、静的な磁力変更制御よりも大きくなる。そのため、バッテリ１０は、急激に限界以下まで電力が低下し、電力トラブルを生じるおそれがある。従って、自動車１が停止している時は、静的な磁力変更制御を実行するのが好ましい。

それに対し、動的な磁力変更制御の場合は、自動車１の走行中やエンジン２の駆動中に実行できるので、エンジン２の動力や制動時の回生によってバッテリ１０を充電できる。従って、電力消費が大きくても、充電によってバッテリ１０の電力を補充できるので、バッテリ１０の電力低下を防止できる。

［磁力変更制御の具体例］
図９に、磁力変更制御の主な処理を例示する。ＭＣＵ２１は、ＧＣＵ２４を介して、自動車１が停止しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。この例の場合、ＭＣＵ２１は、自動車１が停止している時には、静的な磁力変更制御を実行し、自動車１が走行している時には、動的な磁力変更制御を実行する。

自動車１が停止していると判定された場合、ＭＣＵ２１は、制御対象磁極を決定する（ステップＳ２１）。そして、制御対象磁極が決定すると、ＭＣＵ２１は、位置合わせ制御を実行する（ステップＳ２２）。

図１０に示すように、ＭＣＵ２１が位置合わせ制御を開始すると、ＧＣＵ２４は、ＴＣＵ２２を通じて、クラッチを切り離す制御を実行する（ステップＳ３１）。具体的には、第１クラッチ５および第２クラッチ７を解放状態に切り換える。それにより、モータ３は、駆動システムから分離され、独立した状態になる。

ＭＣＵ２１は、続いて、制御対象コイルの判定を行う（ステップＳ３２）。具体的には、位置合わせ制御の開始時に、制御対象磁極の軸線Ｊｐに、軸線Ｊｃが最も近接しているコイル３６を制御対象コイルに選択する。そして、制御対象コイルが選択されると、ＭＣＵ２１は、モータ回転センサ５１から入力される信号に基づいて、位置合わせに必要となる角度分だけロータ３３を回転させる電流の指令値（位置合わせ電流指令Ｉｕｖｗ^＊）の演算を行う（ステップＳ３３）。

ＭＣＵ２１は、位置合わせ電流指令Ｉｕｖｗ^＊に基づいてインバータ６を制御し、モータ３に位置合わせ電流Ｉｕｖｗを出力して、所定の角度分だけロータ３３を回転させる（ステップＳ３４）。そうして、ＭＣＵ２１は、モータ回転センサ５１から入力される信号に基づいて、ロータ３３の位置は適正であるか否か、つまり制御対象磁極の軸線Ｊｐと制御対象コイルの軸線Ｊｃとが略一致した状態（位置合わせされた状態）になっているか否かを判定する（ステップＳ３５）。ロータ３３の位置が適正と判定されるまで、ＭＣＵ２１は、モータ３に位置合わせ電流Ｉｕｖｗを出力する（ステップＳ３５でＮｏ）。

ロータ３３の位置が適正と判定されると、ＭＣＵ２１は、静的な磁力変更制御の実行が可能になる。その後、ＭＣＵ２１は、静的な磁力変更制御が終了したか否かを判定し（ステップＳ３６）、静的な磁力変更制御が終了するまで、位置合わせされた状態が保持されるように制御する（ステップＳ３６でＮｏ）。

そして、静的な磁力変更制御が終了すれば、ＧＣＵ２４は、ＴＣＵ２２を通じて、クラッチを連結する制御を実行する（ステップＳ３７）。具体的には、全ての磁極３５ａに対して静的な磁力変更制御の実行が終了すれば、第１クラッチ５および第２クラッチ７を連結状態に切り換える。それにより、モータ３は、駆動システムに連結される。

図９に示すように、位置合わせ制御が実行されて、制御対象磁極と制御対象コイルとが位置合わせされた状態になると、ＭＣＵ２１は、静的な磁力変更制御を実行する（ステップＳ２３）。

図１１に示すように、静的な磁力変更制御が開始されると、ＭＣＵ２１は、磁化電流制御を実行する（ステップＳ４０）。具体的には、ＭＣＵ２１は、制御対象磁極に求められる増磁量または減磁量のいずれかに応じて、インバータ６を通じて制御対象コイルに所定のパルス状の磁化電流を印加する。その結果、制御対象磁極の磁力が、求められた値（磁力最適値）になれば、静的な磁力変更制御は終了となる。なお、制御対象磁極の磁力が求められた値になったか否かは、磁力センサ５３から入力される信号に基づいて判定できる。

図９に示すように、全ての磁極３５ａの磁力の変更が完了するまで、このような静的な磁力変更制御が繰り返し実行される（ステップＳ２４）。

一方、図９において、自動車１が停止していない、つまり自動車１が走行していると判定された場合、ＭＣＵ２１は、動的な磁力変更制御を実行する。例えば、モータ３が駆動システムに連結された状態で回転しており、エンジン２をアシストしながら、あるいは単独で、モータ３が回転動力を出力しているような状況が想定される。

図１２に、動的な磁力変更制御の一例を示す。ＭＣＵ２１は、モータ回転センサ５１から入力される信号に基づいて、ロータ３３の回転数を特定し、磁化時間を指示する指令値を演算する（ステップＳ５０）。ＭＣＵ２１はまた、モータ回転センサ５１から入力される信号に基づいて、ロータ３３の回転位置を特定し、制御対象磁極の進角側端部Ｅｐｆが、制御対象コイルの遅角側端部Ｅｃｒと径方向に一致する位置に達するまで待機する制御（待機制御）を実行する（ステップＳ５１）。なお、制御対象磁極および制御対象コイルは、動的な磁力変更制御が開始された時に、回転方向において最も近接して位置している磁極３５ａおよびコイルを選択するのが好ましい。

そして、制御対象磁極の進角側端部Ｅｐｆが、制御対象コイルの遅角側端部Ｅｃｒと径方向に一致する位置に達すると、ＭＣＵ２１は、制御対象コイルを構成しているコイル群に、所定の強度で磁化電流が流れ始めるように制御し、時間計測を開始する（ステップＳ５２）。そうして、磁化時間が経過するまで、磁化電流の印加を継続する。

このとき、ＭＣＵ２１は、複数の異なるコイル群を用いて、このような動的な磁力変更制御を連続的に実行する。そうすることで、ＭＣＵ２１は全ての磁極３５ａの磁力を一括して変更する。

磁化電流の印加により、制御対象磁極の磁力は変化する。それに伴って、ロータ３３に発生するトルクも変化する。その結果、モータ３から出力される回転動力も変化するので、自動車１の走行が乱れるおそれがある。

それに対し、この自動車１の場合、そのようなトルク変化の影響を抑制できるように、エンジン２、ブレーキ１４、および／または、クラッチ５，７を利用して、トルクを調整する制御（トルク調整制御）を実行する（ステップＳ５３）。例えば、磁極３５ａを減磁する時には、ロータ３３のトルクが小さく変化するので、それに応じた回転動力をエンジン２で出力する制御を実行する。磁極３５ａを増磁する時には、ロータ３３のトルクが大きく変化するので、それに応じた回転動力をブレーキ１４で制動する制御を実行する。そして、これら制御と共に、または、これら制御とは別に、第１クラッチ５および第２クラッチ７の各々を部分連結状態にして、伝達される動力の大きさを調整することで、トルク変化の影響を抑制できる。

そうして、磁化時間が経過し、制御対象磁極が、制御対象コイルを通過すると、磁化電流の印加および待機制御を終了する（ステップＳ５４）。ＭＣＵ２１は、磁力センサ５３から入力される信号に基づいて、マグネット３５が、要求される磁力（磁力最適値）になったか否かを判定する（ステップＳ５５）。そうして、マグネット３５の磁力が磁力最適値になるまで、ＭＣＵ２１は、動的な磁力変更制御を繰り返し実行する（ステップＳ５５でＮｏ）。

このような磁力変更制御の実行には、大電流が求められる。そのため、自動車１の場合、バッテリ１０の急激な消耗を招くという問題がある。特に、低電圧バッテリの場合、満充電の状態でも電圧が低いので、電圧異常を頻発するおそれがある。

そこで、この自動車１では、バッテリ１０の電圧値に基づいて、静的な磁力変更制御および動的な磁力変更制御の各々の実行が制限されるように構成されている（磁化実行制限制御）。具体的には、ＭＣＵ２１に、予め、動的な磁力変更制御に対応した第１下限値Ｖ１と、静的な磁力変更制御に対応した第２下限値Ｖ２とが設定されている。

静的な磁力変更制御は、動的な磁力変更制御よりも、マグネット３５を効率的に磁化できるので、電力の消費量を少なくできる。従って、第１下限値Ｖ１は、第２下限値Ｖ２よりも高い値となっている（Ｖ１＞Ｖ２）。なお、第１下限値Ｖ１および第２下限値Ｖ２の値は、モータ３の仕様や制限の内容に応じて適宜選択できる。

図１３に、その磁化実行制限制御の一例を示す。自動車１の運転中、ＭＣＵ２１は、常時、バッテリ１０の電圧が第１下限値Ｖ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。そして、バッテリ１０が満充電状態であるなど、バッテリ１０の電圧が第１下限値Ｖ１以上である場合には、電力消費が大きい動的な磁力変更制御でも、支障無く実行できるので、磁化実行制限制御は行われない。

一方、バッテリ１０の電圧が第１下限値Ｖ１未満である場合には、動的な磁力変更制御の実行を制限する（ステップＳ６１）。例えば、動的な磁力変更制御の実行禁止や、その実行回数の制限などが行われる。ただし、静的な磁力変更制御は、電力消費が少ないので、その実行は制限しない。

更にバッテリ１０の電圧が低下すると、静的な磁力変更制御でも電圧異常が頻発するおそれがある。従って、ＭＣＵ２１は、バッテリ１０の電圧が第２下限値Ｖ２以上であるか否かについても判定する（ステップＳ６２）。そして、バッテリ１０の電圧が第２下限値Ｖ２未満である場合には、静的な磁力変更制御についても、その実行を制限する（ステップＳ６３）。例えば、静的な磁力変更制御の実行禁止や、その実行回数の制限などが行われる。

バッテリ１０が充電されることによって、その電圧が高まれば、その程度に応じて、各磁力変更制御の制限は、解除される。従って、このモータ制御装置によれば、電圧異常の発生を抑制できるので、自動車１を安定して走行できる。

なお、開示する技術にかかるモータ制御装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上述した実施形態では、ハイブリッド車への適用を例に説明したが、モータのみで走行する電気自動車であってもよいし、バイクや電動自転車等の２輪車であってもよい。なお、開示する技術は、このような移動するものだけでなく、移動しないものにも適用可能である。

制御装置の構成は仕様に応じて変更できる。例えば、１つのユニットだけで制御装置を構成してもよいし、実施形態のように複数のユニットを組み合わせて制御装置を構成してもよい。モータの構成も同様である。

１ 自動車
２ エンジン
３ モータ
４ 車輪
４Ｒ 駆動輪
５ 第１クラッチ
６ インバータ
７ 第２クラッチ
８ 変速機
１０ バッテリ
２０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２１ モータコントロールユニット（ＭＣＵ）
２１ａ 駆動電流制御部
２１ｂ 磁化電流制御部
２２ 変速機コントロールユニット（ＴＣＵ）
２３ ブレーキコントロールユニット（ＢＣＵ）
２４ 総合コントロールユニット（ＧＣＵ）
３３ ロータ
３４ ステータ
３５ マグネット（磁力可変マグネット）
３５ａ 磁極
３６ コイル

Claims (7)

1. 複数の磁極が周方向に並ぶように磁石が設置されていて、回転動力を出力するロータ、および、前記磁石とギャップを隔てて対向する複数のコイルが周方向に並ぶように設置されているステータを有するモータと、
   前記コイルに流れる駆動電流を制御して、前記ロータに発生するトルクを変更する駆動電流制御部、および、前記コイルに流れる磁化電流を制御して、当該コイルに発生する磁力を変更する磁化電流制御部を有する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   少なくとも１つの前記磁極と少なくとも１つの前記コイルとが対向し、かつ、当該磁極の軸線と当該コイルの軸線とが近接するように、前記駆動電流制御部が、前記ロータを回転させる位置合わせ制御を実行し、前記位置合わせ制御がなされた状態で、前記磁化電流制御部が、前記磁化電流を制御することによって前記磁石の磁力を変更する磁力変更制御を実行するモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御装置は自動車に搭載されており、
   前記自動車が停止しているときに、前記位置合わせ制御および前記磁力変更制御が実行されるモータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
   前記複数のコイルは、流れる電流の位相が異なる複数のコイル群で構成されていて、
   前記制御装置が、前記位置合わせ制御の開始時に、前記複数の磁極のうち、前記磁力変更制御の対象とされる制御対象磁極に最も近接して位置している前記コイル群に対して前記位置合わせ制御を実行し、その後、当該コイル群に流れる前記磁化電流を制御することによって前記制御対象磁極に対して前記磁力変更制御を実行するモータ制御装置。
4. 請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記制御装置が、前記位置合わせ制御の実行前に、前記自動車の車輪と前記モータとの間に介在しているクラッチを切り離すモータ制御装置。
5. 請求項４に記載のモータ制御装置において、
   いずれかの前記磁極に対して前記磁力変更制御の実行が開始された場合に、全ての前記磁極に対して前記磁力変更制御の実行が終了するまで、前記クラッチの連結を禁止するモータ制御装置。
6. 請求項４または５に記載のモータ制御装置において、
   前記モータの電源を構成し、前記コイルに前記駆動電流および前記磁化電流を通電させるバッテリを更に備え、
   前記バッテリの電圧が所定の下限値未満の場合には、前記磁力変更制御の実行を制限するモータ制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ制御装置において、
   前記自動車がエンジンを備え、
   アクセルの操作に基づいて、前記モータおよび前記エンジンが協働して前記自動車を駆動するように構成されていて、
   前記バッテリの定格電圧が５０Ｖ以下であるモータ制御装置。

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