JP5056605B2

JP5056605B2 - モータおよびモータ制御装置

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Publication number: JP5056605B2
Application number: JP2008154308A
Authority: JP
Inventors: 康晴寺田; 伊藤　　公一; 亨高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: JP2009303368A

Description

本発明は、界磁巻線およびレゾルバを備えるモータ、およびその制御装置に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータ駆動車両には、車両駆動用のモータが備えられる。モータは、回転子の回転角度位置に応じた磁界を界磁巻線から発生し、回転子にトルクを発生させる。回転子の回転角度位置を検出するため、モータにはレゾルバが設けられる。

レゾルバは、磁性体で形成されモータシャフトに取り付けられたレゾルバロータ、レゾルバロータに近接して設けられたレゾルバ巻線、およびレゾルバ巻線を励磁し、レゾルバ巻線に誘導起電力を発生させる励磁巻線を備える。

レゾルバロータは、モータシャフトに取り付けられ、モータシャフトが回転することによりレゾルバ巻線との間の距離が変化するよう形成される。回転子が回転してモータシャフトおよびレゾルバロータが回転することにより、レゾルバ巻線の磁気的状態が変化し、レゾルバ巻線に発生する誘導起電力が変化する。モータ制御装置は、レゾルバ巻線の両端から出力される誘導起電力の変化に基づいて回転子の回転角度位置を検出する。そして、検出した回転角度位置に基づいて界磁巻線の電流を制御し、回転子を回転させる。

２００７−１７０８５７号公報２００６−２２３０１０号公報２００７−１７１０４１号公報２００５−２３７０６８号公報２００１−１０３７１２号公報２００４−１５９４６２号公報

近年、モータ駆動車両では、エンジンコンパートメントを狭くして車室を広くする、より多くの装置をエンジンコンパートメントに搭載する等のため、モータを小型化することが望まれている。モータを小型にすると、界磁巻線とレゾルバとの間の距離が小さくなり、界磁巻線から発せられる磁界がレゾルバまで到達することがある。この場合、レゾルバ巻線からは、界磁巻線から発せられる磁界に基づく誘導起電力がノイズ電圧として出力される。これによって、モータの制御精度が低下するという問題が生ずる。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、界磁巻線およびレゾルバを備えるモータにおいて、界磁巻線から発せられる磁界に基づいてレゾルバから出力されるノイズ電圧を低減することを目的とする。

本発明は、回転中心軸を取り囲むよう配置された複数の界磁巻線スロットに設けられ、３相交流電流を流す界磁巻線と、回転中心軸を取り囲むよう配置された複数のレゾルバ巻線スロットに設けられたレゾルバ巻線と、を備え、前記複数の界磁巻線スロットには、回転中心軸を取り囲む周回方向に向かって２つの界磁巻線スロットごとに、前記３相交流電流のうちの１相の電流を流す巻線が巻き付けられ、前記界磁巻線は、前記３相交流電流のうちの１相の電流に対して組をなす２つの界磁巻線スロットの各巻線区間から互いに逆向きの磁界が発せられるよう、各界磁巻線スロットに巻き付けられ、総てのレゾルバ巻線スロットに対して巻き数が同一とならないよう、前記レゾルバ巻線が前記複数のレゾルバ巻線スロットに巻き付けられたモータにおいて、前記レゾルバ巻線は、前記３相交流電流のうちの１相の電流に対して組をなす２つの界磁巻線スロットからの距離が等しい位置に最も近い位置にあるレゾルバ巻線スロットの巻き数が最も少なくなるよう、前記複数のレゾルバ巻線スロットに巻き付けられること特徴とする。

また、本発明に係るモータにおいては、前記複数のレゾルバ巻線スロットは、最も巻き数が少ないレゾルバ巻線スロットと回転中心軸とを通る平面について対称となるよう配置され、当該平面に対して対称に配置された各対のレゾルバ巻線スロットには、回転中心軸に向かう方向の磁界に対して同一の極性の誘導起電力が前記レゾルバ巻線の両端に発生するよう、前記レゾルバ巻線が巻き付けられることが好適である。

また、本発明は、回転中心軸を取り囲むよう配置され、前記複数のレゾルバ巻き線スロットとは別に設けられた複数の副レゾルバ巻線スロットに設けられ、前記レゾルバ巻線とは別の副レゾルバ巻線を備える請求項１に記載のモータ、を制御するモータ制御装置であって、前記レゾルバ巻線の両端から出力される信号の値を、前記副レゾルバ巻線の両端から出力される信号に基づいて調整するレゾルバ信号調整部と、レゾルバ信号調整部によって値が調整された信号に基づいて、前記界磁巻線に流れる電流を制御する界磁制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、界磁巻線から発せられる磁界に基づいてレゾルバから出力されるノイズ電圧を低減することができる。

図１に本発明の実施形態に係るモータ１０の斜視図を、図２にモータシャフト１２に垂直な面でモータ１０を切断したときの断面図を示す。モータ１０は、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１によって供給される３相交流電力、ならびに、界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２によって供給される３相交流電力によって駆動される。

モータ制御装置は、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に与える３相交流電力と、界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に与える３相交流電力とを制御する。各界磁巻線には、モータ制御装置からモータ１４に与えられた電力に基づく電流が流れる。各界磁巻線に流れる電流はモータ筐体１４内に磁界を発生し、回転子１６にトルクを発生させる。

モータ筐体１４は、内側壁面がほぼ円筒形状に形成された筒形状を有する。モータ筐体１４の内側には等角度間隔で界磁巻線スロットｕ１ｘ、ｕ１、ｖ１、ｖ１ｘ、ｗ２ｘ、ｗ２、ｕ２、ｕ２ｘ、ｖ２ｘ、ｖ２、ｗ１、およびｗ１ｘが設けられる。界磁巻線スロットは、モータ筐体１４の内側壁面からモータシャフト１２方向に突出し、モータ１０の中心軸方向を長手方向とする突起部である。本実施形態では、３０°間隔で１２個の界磁巻線スロットｕ１ｘ、ｕ１、ｖ１、ｖ１ｘ、ｗ２ｘ、ｗ２、ｕ２、ｕ２ｘ、ｖ２ｘ、ｖ２、ｗ１、およびｗ１ｘが、図２の右回り方向にこの記載の順序で設けられる。ただし、図１では、構成を簡潔に示すため、界磁巻線スロットｖ２のみを破線を以て表している。

界磁巻線スロットｕ１およびｕ１ｘには、界磁巻線Ｕ１が巻き付けられる。また、界磁巻線スロットｖ１およびｖ１ｘには、界磁巻線Ｖ１が巻き付けられる。さらに、界磁巻線スロットｗ１およびｗ１ｘには、界磁巻線Ｗ１が巻き付けられる。同様に、界磁巻線スロットｕ２およびｕ２ｘには、界磁巻線Ｕ２が巻き付けられる。また、界磁巻線スロットｖ２およびｖ２ｘには、界磁巻線Ｖ２が巻き付けられる。さらに、界磁巻線スロットｗ２およびｗ２ｘには、界磁巻線Ｗ２が巻き付けられる。

界磁巻線は、それを巻き付ける２つの界磁巻線スロットうちの一方に巻き付けられた区間から発せられる磁界の極性と、他方に巻き付けられた区間から発せられる磁界の極性とが逆極性になるよう、その２つの界磁巻線スロットに巻き付けられる。すなわち、界磁巻線は、一方の界磁巻線スロットへの巻き付け方向と、他方の界磁巻線スロットへの巻き付け方向とが逆方向となるよう巻き付けられる。

このような構成によれば、界磁巻線から発せられる磁界の変化によって、回転子１６にトルクを発生させることができる。さらに、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１によって供給される３相交流電力と、界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２によって供給される３相交流電力とを独立にモータ１０に供給することができる。これによって、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に電力を供給する回路、または界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に電力を供給する回路のうちいずれか一方が故障したとしても、他方の回路によってモータ筐体１４内部に磁界を発生させ、モータ１０の駆動を続行することができる。

界磁巻線に供給する３相交流電力を制御するため、モータ１０は回転子１６の回転位置を検出する第１レゾルバ１８および第２レゾルバ３０を備える。図２には、これらのレゾルバのうち、第１レゾルバ１８を記載している。

第１レゾルバ１８は、レゾルバロータ２０、レゾルバステータ２２、レゾルバ余弦相巻線２４、レゾルバ正弦相巻線２６、およびレゾルバ励磁巻線２８を備える。レゾルバロータ２０は第２レゾルバ３０と共用される。レゾルバロータ２０はモータシャフト１２に取り付けられる。レゾルバロータ２０は、モータシャフト１２に垂直な断面の外周が凹凸を有する磁性体によって形成される。本実施形態では、モータシャフト１２に垂直な断面の外周は、７個の円弧形状の突起部を有する。第１レゾルバ１８および第２レゾルバ３０の各レゾルバステータは円環形状に形成され、内側にレゾルバロータ２０が位置するよう、モータ筐体１４に取り付けられる。第１レゾルバ１８は、第２レゾルバ３０と重なるよう、第２レゾルバ３０よりも界磁巻線に遠い側に取り付けられる。

先に、第１レゾルバ１８について説明する。図２に示すように、第１レゾルバ１８のレゾルバステータ２２には、円環の内側に等角度間隔でレゾルバ巻線スロットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、およびＳ１０が設けられる。レゾルバ巻線スロットは、レゾルバステータ２２の内周からモータシャフト１２の方向に突出した突起部であり、側面に導線を巻き付けるための溝を設けたものである。本実施形態では、３６°間隔で１０個のレゾルバ巻線スロットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、およびＳ１０が、図２の右回り方向にこの記載の順序で設けられる。

レゾルバ余弦相巻線２４、レゾルバ正弦相巻線２６、およびレゾルバ励磁巻線２８は、各レゾルバ巻線スロットに重ねて巻き付けられる。各巻線の両端は、モータ筐体１４の外部に引き出される。図３（ａ）に、説明の便宜上、レゾルバステータ２２を直線状に切り開いたものを示す。図３（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、レゾルバ余弦相巻線２４、レゾルバ正弦相巻線２６、およびレゾルバ励磁巻線２８の各レゾルバ巻線スロットへの巻き付け方向および巻き数を概念的に示した図である。

下記の表１は、レゾルバ余弦相巻線２４、レゾルバ正弦相巻線２６、およびレゾルバ励磁巻線２８の巻き数比を示す。「スロット」の欄に記載されている符号は図２に示すレゾルバ巻線スロットに付された符号に対応する。また、「余弦相巻き数比」および「正弦相巻き数比」の欄は、それぞれ、レゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６の各レゾルバ巻線スロットに対する巻き数比を示す。ここで、巻き数比は、最大巻き数を１００とした場合における巻き数を示す。また、巻き数比の極性は巻き付け方向を示す。例えば、レゾルバステータ２２の内周からモータシャフト１２に向かう方向を見て左巻きまたは右巻きのいずれかを正の巻き付け方向とする。

図４は、巻き数比をグラフによって示した図である。このグラフでは、レゾルバ巻線スロットＳ１の角度位置を０°として、図２の右回り方向を正とした場合におけるレゾルバ巻線スロットの角度位置θを横軸にとり、巻き数比を縦軸にとっている。図４の黒丸印は余弦相巻き数比を示し、白丸印は正弦相巻き数比を示す。余弦相巻き数比は１００ｃｏｓ（２θ）として表され、正弦相巻き数比は１００ｓｉｎ（２θ）として表される。このように、レゾルバ巻線スロット角度位置に対する余弦相巻き数比の分布、およびレゾルバ巻線スロット角度位置に対する正弦相巻き数比の分布は、それぞれ、レゾルバ巻線スロット角度位置についての余弦関数および正弦関数で表される。すなわち、これらの分布の間には９０°の空間的な位相差を持たせている。

レゾルバ巻線スロットＳ１およびＳ６に対する余弦相巻き数比は−１００であり、正弦相巻き数比は０である。また、レゾルバ巻線スロットＳ１０〜Ｓ７は、レゾルバ対称平面４０について、それぞれ、レゾルバ巻線スロットＳ２〜Ｓ５と対称な位置に配置される。ここで、レゾルバ対称平面４０は、レゾルバステータ２２の円環をなす面に垂直な、レゾルバ巻線スロットＳ１およびＳ６を通る平面である。

なお、レゾルバ励磁巻線２８は、図３（ｄ）に示すように、各レゾルバ巻線スロットに対して同じ回数で巻き付け、レゾルバ巻線スロットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・Ｓ１０に対し、それぞれ、負方向、正方向、負方向、・・・正方向というように、巻き付け方向を交互に違えながら巻き付ける。

レゾルバ励磁巻線２８の両端に交流電圧を加えると、各レゾルバ巻線スロットに巻き付けられたレゾルバ励磁巻線２８の区間からは磁界が発生する。各レゾルバ巻線スロットにおいて発せられた磁界によって、各レゾルバ巻線スロットにおけるレゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６には誘導起電力が発生する。これによって、レゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６の各両端には、レゾルバ励磁巻線２８から発せられた磁界に基づく電圧が出力される。この電圧のレベルは、モータシャフト１２が停止し、レゾルバロータ２０が停止している状態では一定となる。ところが、モータシャフト１２が回転し、レゾルバロータ２０が回転すると、次のような原理によってレゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６の各両端に出力される電圧レベルが変化する。

上記のように、レゾルバロータ２０のモータシャフト１２に垂直な断面の外周は、円弧形状の突起部を有する。そのため、モータシャフト１２が回転し、レゾルバロータ２０が回転すると、各レゾルバ巻線スロットとレゾルバロータ２０との間の距離が変化し、各レゾルバ巻線スロットの磁気的状態が変化する。これによって、レゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６の各両端には、モータシャフト１２の回転角度位置に応じて変調を受けた電圧が発生する。

また、表１および図４に示したように、レゾルバ巻線スロット角度位置に対する余弦相巻き数比の分布と、レゾルバ巻線スロット角度位置に対する正弦相巻き数比の分布との間には９０°の空間的な位相差を持たせている。これによって、モータシャフト回転角度位置に対するレゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧レベル特性、およびモータシャフト回転角度位置に対するレゾルバ正弦相巻線２６の出力電圧レベル特性が、正弦関数特性または余弦関数特性となるよう、レゾルバロータ２０を形成することができる。

そこで、本実施形態においては、モータシャフト回転角度位置をφ、レベル最大値をＡとしたときに、レゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧レベルがＶｃ＝Ａｃｏｓφとなり、レゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧レベルがＶｓ＝Ａｓｉｎφとなるよう、レゾルバロータ２０を形成する。

モータ制御装置は、レゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧レベルＶｃ、およびレゾルバ正弦相巻線２６の出力電圧レベルＶｓに基づいてモータシャフトの回転角度位置φを検出する。そして、検出された回転角度位置φに基づいて、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に与える３相交流電力を制御する。

次に、第２レゾルバ３０について説明する。第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２は、第１レゾルバ１８のレゾルバステータ２２と同様の構成を有する。図５に、第２レゾルバ３０が表されるよう、モータシャフト１２に垂直な面でモータ１０を切断したときの断面図を示す。

第２レゾルバ３０は、レゾルバロータ２０、レゾルバステータ３２、レゾルバ正相巻線３４、レゾルバ逆相巻線３６、およびレゾルバ励磁巻線３８を備える。図５に示すように、第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２には、円環の内側に等角度間隔でレゾルバ巻線スロットＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、およびＳ２０が設けられる。レゾルバ巻線スロットは、レゾルバステータ３２の内周からモータシャフト１２の方向に突出した突起部であり、側面に導線を巻き付けるための溝を設けたものである。本実施形態では、３６°間隔で１０個のレゾルバ巻線スロットＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、およびＳ２０が、図５の右回り方向にこの記載の順序で設けられる。

レゾルバ正相巻線３４、レゾルバ逆相巻線３６、およびレゾルバ励磁巻線３８は、レゾルバ巻線スロットに重ねて巻き付けられる。各巻線の両端は、モータ筐体１４の外部に引き出される。図６（ａ）に、レゾルバステータ３２を説明の便宜上、直線状に切り開いたものを示す。図６（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、レゾルバ正相巻線３４、レゾルバ逆相巻線３６、およびレゾルバ励磁巻線３８の各レゾルバ巻線スロットへの巻き付け方向および巻き数を概念的に示した図である。

下記の表２は、レゾルバ正相巻線３４、レゾルバ逆相巻線３６、およびレゾルバ励磁巻線３８の巻き数比を示す。「スロット」の欄に記載されている符号は図５に示すレゾルバ巻線スロットに付された符号に対応する。また、「正相巻き数比」および「逆相巻き数比」の欄は、それぞれ、レゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６の各レゾルバ巻線スロットに対する巻き数比を示す。

図７は、巻き数比をグラフによって示した図である。このグラフでは、レゾルバ巻線スロットＳ１１の角度位置を０°として、図５の右回り方向を正とした場合におけるレゾルバ巻線スロットの角度位置θを横軸にとり、巻き数比を縦軸にとっている。図７の白丸印は正相巻き数比を示し、黒丸印は逆相巻き数比を示す。正相巻き数比は１００ｓｉｎ（２θ）として表され、逆相巻き数比は−１００ｓｉｎ（２θ）として表される。

レゾルバ巻線スロットＳ１１およびＳ１６に対する正相巻き数比および逆相巻き数比は０である。また、レゾルバ巻線スロットＳ２０〜Ｓ１７は、レゾルバ対称平面４０について、それぞれ、レゾルバ巻線スロットＳ１２〜Ｓ１５と対称な位置に配置される。

このようにレゾルバを構成することによって、レゾルバ対称平面４０について対称な位置に配置されるレゾルバ巻線スロットの対については、レゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６の巻き数が同一となり、巻き付け方向が互いに逆方向となる。

なお、レゾルバ励磁巻線３８は、第１レゾルバ１８と同様、図６（ｄ）に示すように、各レゾルバ巻線スロットに対して同じ回数で巻き付け、レゾルバ巻線スロットＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、・・・Ｓ２０に対し、それぞれ、負方向、正方向、負方向、・・・正方向というように、巻き付け方向を交互に違えながら巻き付ける。

第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２は、界磁巻線スロットｕ１とｕ１ｘとの中間位置、および界磁巻線スロットｕ２とｕ２ｘとの中間位置を通る平面と、レゾルバ対称平面４０とが一致するようモータ筐体１４に取り付けられる。これによって、界磁巻線スロットｕ１からの距離と界磁巻線スロットｕ１ｘからの距離とが等しい位置、および界磁巻線スロットｕ２からの距離と界磁巻線スロットｕ２ｘからの距離とが等しい位置に、巻き数が０のレゾルバ巻線スロットが位置する。

このような構成によれば、次のような効果を得ることができる。界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１からモータ１０に３相交流電力を供給した場合、界磁巻線スロットｕ１に巻き付けられた界磁巻線Ｕ１の区間と、界磁巻線スロットｕ１ｘに巻き付けられた界磁巻線Ｕ１の区間とからは、互いに逆極性の関係にある磁界が発せられる。同様に、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１からモータ１０に３相交流電力を供給した場合、界磁巻線スロットｕ２に巻き付けられた界磁巻線Ｕ２の区間と、界磁巻線スロットｕ２ｘに巻き付けられた界磁巻線Ｕ２の区間とからは、互いに逆極性の関係にある磁界が発せられる。したがって、界磁巻線スロットｕ１、ｕ１ｘ、ｕ２およびｕ２ｘに巻き付けられた界磁巻線からは、レゾルバ対称平面４０について強度分布が対称であり、レゾルバ対称平面４０を隔てて極性が反転する奇対称な磁界が発せられる。

ここで、レゾルバ対称平面４０について対称な位置に配置されるレゾルバ巻線スロットの対については、レゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６の巻き数が同一であり、巻き付け方向は互いに逆方向である。したがって、レゾルバ対称平面４０について奇対称な磁界が発せられた場合には、レゾルバ対称平面４０について対称な位置にある２つのレゾルバ巻線スロットの巻線区間で発生した誘導起電力を互いに相殺することができる。さらに、単位巻き数当たりの鎖交磁束が最も大きくなるレゾルバ巻き線スロットＳ１１およびＳ１６に対する巻き数を０としている。これによって、レゾルバ逆相巻線３６の両端およびレゾルバ正相巻線３４の両端に、界磁巻線スロットｕ１、ｕ１ｘ、ｕ２およびｕ２ｘに巻き付けられた巻線から発せられる磁界に起因して表れるノイズ電圧を低減することができる。

一方、界磁巻線スロットｖ１、ｖ１ｘ、ｗ１、ｗ１ｘ、ｖ２、ｖ２ｘ、ｗ２、およびｗ２ｘに巻き付けられた界磁巻線から発せられる磁界は、レゾルバ対称平面４０について奇対称とはならない。しかし、この磁界によってレゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６に発生する誘導起電力は同位相で加算されることはない。

したがって、本実施形態に係るモータ１０のように第２レゾルバ３０を配置することで、レゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６に発生するノイズ電圧を低減することができる。

なお、ここでは、界磁巻線スロットｕ１とｕ１ｘとの中間位置、および界磁巻線スロットｕ２とｕ２ｘとの中間位置を通る平面と、レゾルバ対称平面４０とが一致するよう、第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２を配置した場合について説明した。このような構成の他、界磁巻線スロットｖ１とｖ１ｘとの中間位置、および界磁巻線スロットｖ２とｖ２ｘとの中間位置を通る平面と、レゾルバ対称平面４０とが一致するよう、第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２を配置する構成、界磁巻線スロットｗ１とｗ１ｘとの中間位置、および界磁巻線スロットｗ２とｗ２ｘとの中間位置を通る平面と、レゾルバ対称平面４０とが一致するよう、第２レゾルバ３０のレゾルバステータ３２を配置する構成としても同様の効果が得られる。

第１レゾルバ１８と同様、レゾルバ励磁巻線３８の両端に交流電圧を加えると、各レゾルバ巻線スロットに巻き付けられたレゾルバ励磁巻線３８の区間からは磁界が発生する。各レゾルバ巻線スロットにおいて発せられた磁界によって、各レゾルバ巻線スロットにおけるレゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６には誘導起電力が発生する。これによって、レゾルバ正相巻線３４およびレゾルバ逆相巻線３６の各両端には、レゾルバ励磁巻線３８から発せられた磁界に基づく電圧が出力される。この電圧のレベルは、第１レゾルバ１８の動作原理と同様の原理によって、モータシャフト１２の回転角度位置に応じて変化する。

表２および図７に示したように、レゾルバ巻線スロット角度位置に対する正相巻き数比の分布、およびレゾルバ巻線スロット角度位置に対する逆相巻き数比の分布は、レゾルバ巻線スロット角度位置についての正弦関数で表される。そのため、モータシャフト回転角度位置に対するレゾルバ正相巻線３４の出力電圧レベル特性、およびモータシャフト回転角度位置に対するレゾルバ逆相巻線３６の出力電圧レベル特性が、正弦関数特性となるよう、レゾルバロータ２０を形成することができる。

そこで、本実施形態においては、レゾルバ正相巻線３４の出力電圧レベルがＶｐ＝Ａｓｉｎφとなり、レゾルバ逆相巻線３６の出力電圧レベルがＶｍ＝−Ａｓｉｎφとなるよう、レゾルバロータ２０を形成する。

レゾルバ正相巻線３４の出力電圧Ｖｐまたはレゾルバ逆相巻線３６の出力電圧Ｖｍを用いることにより、２７０°以上３６０°未満、および０°以上９０°未満の角度位置範囲（以下、右半平面範囲とする。）、または９０°以上２７０°未満の角度位置範囲（以下、左半平面範囲とする。）のいずれかの範囲で、モータシャフト１２の角度位置範囲を検出することができる。

しかし、レゾルバ正相巻線３４の出力電圧Ｖｐおよびレゾルバ逆相巻線３６の出力電圧Ｖｍは互いに逆位相の関係にあり、同一の位相情報を有するに留まる。そのため、検出された角度位置が右半平面範囲の角度位置であるのか左半平面範囲の角度位置なのかを特定することができない。そこで、本実施形態では、次のようなシステム構成によって、レゾルバ正相巻線３４の出力電圧およびレゾルバ逆相巻線３６の出力電圧を用いてモータシャフト１２の角度位置を検出する。

図８に本発明の実施形態に係るモータ制御システムの構成を示す。モータ制御装置４２は、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に与える３相交流電力を制御する第１制御回路４４、界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に与える３相交流電力を制御する第２制御回路４６、第１レゾルバ１８および第２レゾルバ３０から出力される電圧に基づいて、第１制御回路４４および第２制御回路４６に入力する電圧を生成する象限判別部４８および電圧補正部５０を備える。

第１レゾルバ１８から引き出されたレゾルバ余弦相巻線２４およびレゾルバ正弦相巻線２６の各両端は、象限判別部４８および第１制御回路４４に接続される。象限判別部４８は、レゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧Ｖｃおよびレゾルバ正弦相巻線２６の出力電圧Ｖｓに基づいて、回転角度位置φが右半平面範囲または左半平面範囲のいずれの角度位置範囲の値であるかを判定する。そして、判定結果を示す象限情報を電圧補正部５０に出力する。

第２レゾルバ３０から引き出されたレゾルバ正相巻線３４の両端は第２制御回路４６に接続される。また、第２レゾルバ３０から引き出されたレゾルバ逆相巻線３６の両端は電圧補正部５０に接続される。

電圧補正部５０は、象限情報に基づいて、レゾルバ逆相巻線３６の両端から出力される電圧、Ｖｍ＝−Ａｓｉｎφの位相角度から９０°を減算した補正電圧Ｖｎ＝−Ａｓｉｎ（φ−９０°）＝Ａｃｏｓφを求める。そして、その補正電圧Ｖｎを第２制御回路４６に出力する。電圧補正部５０は、例えば、次のような演算に基づいて補正電圧Ｖｎを求める。
（１）回転角度位置φが右半平面範囲の値である旨の判定がなされているとき
Ｖｎ＝Ａｃｏｓ（ａｒｃｓｉｎ（−Ｖｍ／Ａ））
（２）回転角度位置φが左半平面範囲の値である旨の判定がなされているとき
Ｖｎ＝Ａｃｏｓ（１８０°−ａｒｃｓｉｎ（−Ｖｍ／Ａ））
ここで、ａｒｃｓｉｎは、正弦関数の逆関数であり、全角度範囲を定義域としたときに、値域として−９０°以上９０°未満の値（右半平面範囲の値）をとる関数である。このように、ａｒｃｓｉｎ関数の値域が右半平面範囲に限られるため、上記のような象限情報に基づく場合分けが必要となる。

第１制御回路４４は、レゾルバ余弦相巻線２４の出力電圧Ｖｃおよびレゾルバ正弦相巻線２６の出力電圧Ｖｓに基づいて回転角度位置φを求める。そして、回転角度位置φに基づいて界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に与える３相交流電力を制御する。また、第２制御回路４６は、レゾルバ正相巻線３４の出力電圧Ｖｐおよび補正電圧Ｖｎに基づいて回転角度位置φを求める。そして、回転角度位置φに基づいて界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に与える３相交流電力を制御する。

このようなシステム構成によれば、第２レゾルバ３０の出力電圧を、第１レゾルバ１８の出力電圧に基づいて補正し、回転角度位置φを求めることができる。これによって、第２制御回路４６は、第２レゾルバ３０の出力電圧に基づいて、界磁巻線Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に与える３相交流電力を制御することができる。また、第１制御回路４４は、第１レゾルバ３０の出力電圧に基づいて、界磁巻線Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に与える３相交流電力を制御することができる。

本実施形態に係るモータ１０においては、第２レゾルバ３０は、界磁巻線から発せられる磁界に基づくノイズ電圧が低減されるよう構成されている。さらに、第１レゾルバ１８は、第２レゾルバ３０を挟んで界磁巻線から遠い位置に配置される。したがって、第１レゾルバ１８が界磁巻線から発せられる磁界に基づき発生するノイズ電圧は小さい。これによって、界磁巻線から発せられる磁界に基づき回転角度位置の検出精度が低下し、モータ１０の制御精度が低下するという問題を回避することができる。

実施形態に係るモータの構成を示す図である。第１レゾルバが表されるよう、モータシャフトに垂直な断面でモータを切断したときの断面図である。レゾルバ余弦相巻線、レゾルバ正弦相巻線、およびレゾルバ励磁巻線の各レゾルバ巻線スロットへの巻き付け方向および巻き数を概念的に示した図である。第１レゾルバについて巻き数比をグラフによって示した図である。第２レゾルバが表されるよう、モータシャフトに垂直な断面でモータを切断したときの断面図である。レゾルバ正相巻線、レゾルバ逆相巻線、およびレゾルバ励磁巻線の各レゾルバ巻線スロットへの巻き付け方向および巻き数を概念的に示した図である。第２レゾルバについて巻き数比をグラフによって示した図である。実施形態に係るモータ制御システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０モータ、１２モータシャフト、１４モータ筐体、１６回転子、１８第１レゾルバ、２０レゾルバロータ、２２，３２レゾルバステータ、２４レゾルバ余弦相巻線、２６レゾルバ正弦相巻線、２８，３８レゾルバ励磁巻線、３０第２レゾルバ、３４レゾルバ正相巻線、３６レゾルバ逆相巻線、４０レゾルバ対称平面、４２モータ制御装置、４４第１制御回路、４６第２制御回路、４８象限判別部、５０電圧補正部、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２界磁巻線、ｖ１，ｖ１ｘ，ｗ１，ｗ１ｘ，ｖ２，ｖ２ｘ，ｗ２，ｗ２ｘ界磁巻線スロット、Ｓ１〜Ｓ１０，Ｓ１１〜Ｓ２０レゾルバ巻線スロット。

Claims

回転中心軸を取り囲むよう配置された複数の界磁巻線スロットに設けられ、３相交流電流を流す界磁巻線と、
回転中心軸を取り囲むよう配置された複数のレゾルバ巻線スロットに設けられたレゾルバ巻線と、
を備え、
前記複数の界磁巻線スロットには、
回転中心軸を取り囲む周回方向に向かって２つの界磁巻線スロットごとに、前記３相交流電流のうちの１相の電流を流す巻線が巻き付けられ、
前記界磁巻線は、
前記３相交流電流のうちの１相の電流に対して組をなす２つの界磁巻線スロットの各巻線区間から互いに逆向きの磁界が発せられるよう、各界磁巻線スロットに巻き付けられ、
総てのレゾルバ巻線スロットに対して巻き数が同一とならないよう、前記レゾルバ巻線が前記複数のレゾルバ巻線スロットに巻き付けられたモータにおいて、
前記レゾルバ巻線は、
前記３相交流電流のうちの１相の電流に対して組をなす２つの界磁巻線スロットからの距離が等しい位置に最も近い位置にあるレゾルバ巻線スロットの巻き数が最も少なくなるよう、前記複数のレゾルバ巻線スロットに巻き付けられること特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記複数のレゾルバ巻線スロットは、
最も巻き数が少ないレゾルバ巻線スロットと回転中心軸とを通る平面について対称となるよう配置され、
当該平面に対して対称に配置された各対のレゾルバ巻線スロットには、回転中心軸に向かう方向の磁界に対して同一の極性の誘導起電力が前記レゾルバ巻線の両端に発生するよう、前記レゾルバ巻線が巻き付けられることを特徴とするモータ。
回転中心軸を取り囲むよう配置され、前記複数のレゾルバ巻き線スロットとは別に設けられた複数の副レゾルバ巻線スロットに設けられ、前記レゾルバ巻線とは別の副レゾルバ巻線を備える請求項１に記載のモータ、を制御するモータ制御装置であって、
前記レゾルバ巻線の両端から出力される信号の値を、前記副レゾルバ巻線の両端から出力される信号に基づいて調整するレゾルバ信号調整部と、
レゾルバ信号調整部によって値が調整された信号に基づいて、前記界磁巻線に流れる電流を制御する界磁制御部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。