JP5510493B2 - 電気機械装置 - Google Patents

Description

本発明は、モーターや発電機などの電気機械装置の制御技術に関する。

モーターとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００１−２９８９８２号公報

従来のモーターでは、電磁コイルに印加する電圧を下げると、回転数−トルク直線が低トルク側、低回転側に移動する。すなわち、回転数、出力トルクが低下する。したがって、モーターを高トルクや高回転で回転させるためには、電磁コイルに印加する電圧を高電圧に維持する必要があった。特にモーターを車両などの移動装置に用いる場合、モーターを高回転領域で回転させるために電磁コイルに高電圧を印加するため、モーターの消費電力が大きくなるという問題があった。また、モーターを移動装置に用い、減速時に回生ブレーキとして用いる場合には、過度なブレーキが掛かる場合があった。これらのことは、モーターに共通する問題である。

本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決し、電気機械装置の効率的な制御を行うことを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、電気機械装置が提供される。この電気機械装置は、独立結線された複数相の電磁コイルと、前記電磁コイルにＰＷＭ駆動信号を供給するためのＰＷＭ駆動回路と、前記ＰＷＭ駆動回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電磁コイルに前記ＰＷＭ駆動信号を供給する区間としての励磁区間を設定する第１の制御と、前記ＰＷＭ駆動信号のデューティ比を変更する第２の制御と、を実行し、前記制御部は、前記第１の制御において、前記励磁区間の中心の位相を、前記電磁コイルに生じる逆起電力の最大値が生じる位相の値よりも早める進角制御を行うとともに、前記第２の制御において、第２の制御による変更後のＰＷＭ駆動信号のデューティ比を、正弦波を模擬するＰＷＭ駆動波形のデューティ比、で割った値であるゲインが１００％を越えるように前記デューティ比を増大させる。この形態によれば、効率のよい位相で駆動するように励磁区間を進角し、かつ、その励磁区間において、ゲインを飽和させて１００％を越えるゲインとするので、電気機械装置を効率的に制御することが可能となる。

［適用例１］
電気機械装置であって、独立結線された複数相の電磁コイルと、前記電磁コイルにＰＷＭ駆動信号を供給するためのＰＷＭ駆動回路と、前記ＰＷＭ駆動回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電磁コイルに前記ＰＷＭ駆動信号を供給する区間としての励磁区間を設定する第１の制御と、前記ＰＷＭ駆動信号のデューティ比を変更する第２の制御と、を実行し、前記制御部は、前記第１の制御において、前記励磁区間の中心の位相を、前記電磁コイルに生じる逆起電力の最大値が生じる位相の値よりも早める進角制御を行うとともに、前記第２の制御において、正弦波を模擬するＰＷＭ駆動信号を生成する際のゲインを１００％としたときに、１００％を越えるゲインを実現するように前記デューティ比を増大させる、電気機械装置。
この実施例によれば、効率のよい位相で駆動するように励磁区間を進角し、かつ、その励磁区間において、ゲインを飽和させて１００％を越えるゲインとするので、電気機械装置を効率的に制御することが可能となる。
［適用例２］
適用例１に記載の電気機械装置において、
前記ＰＷＭ駆動回路は３相駆動回路である、電気機械装置。

［適用例３］
適用例１または２に記載の電気機械装置において、前記進角制御における進角の大きさは、前記励磁区間の長さが短いほど大きく設定されている、電気機械装置。
本実施例によれば、励磁区間の長さが短いほど、進角を大きくしているので、効率がよく、高回転が可能である。

［適用例４］
適用例１から適用例３までのいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置において、さらに、前記制御部は、前記第１の制御において、前記電気機械装置が高速で動作するほど、前記励磁区間を狭める制御を行う、電気機械装置。
一般に、高速動作のときは、大きなトルクよりも高回転が要求される。この適用例によれば、励磁区間を狭める制御を行うことにより、低トルク、高回転が可能となる。

［適用例５］
適用例１から適用例４までのいずれか一つの適用例に記載の電気機械装置において、前記制御部は、前記電気機械装置の減速時には、減速度が大きいほど前記第１の制御において前記励磁区間を広める制御を行いつつ、エネルギーの回生を行う、電気機械装置。
この適用例によれば、減速度が大きいほど、より多くのエネルギーの回生が可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気機械装置の他、電気機械装置の制御方法等様々な形態で実現することができる。

第１の実施例のモーターを示す説明図である。 ローターの構成を示す説明図である。 モーターの逆起電力波形及び制御波形駆動波形を示す説明図である。 デューティ比を変えたときのモーターの逆起電力波形及び制御波形駆動波形を示す説明図である。 ゲインを飽和させたときのモーターの逆起電力波形及び制御波形駆動波形を示す説明図である。 進角制御を行ったときのモーターの逆起電力波形及び制御波形駆動波形を示す説明図である。 進角と回転数の関係を示す説明図である。 進角と電流との関係を示す説明図である。 進角と回転数・電流の関係を示す説明図である。 Ｔ−Ｎ特性によるモーターの運転テーブルを示す説明図である。 ゲインが１００％を越えた場合を含むＴ−Ｎ特性によるモーターの運転テーブルを示す説明図である。 本実施例のモーターの制御回路ブロックを示す説明図である。 ＰＷＭ制御部の内部構成の一例を示す説明図である。 ＰＷＭ部５００（図１３）の内部構成の一例を示すブロック図である。 モーター正転時のＰＷＭ部５００の動作を示すタイミングチャートである。 モーター逆転時のＰＷＭ部５００の動作を示すタイミングチャートである。 励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。 符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。 三相駆動回路と電磁コイルを示す説明図である。 駆動信号のオンオフと電磁コイルの動作を示す説明図である。 各相の電磁コイルの接続を示す説明図である。 進角制御を行う場合におけるＰＷＭ制御部の他の構成を示す説明図である。 励磁区間設定部５９０の構成を示すブロック図である。 励磁区間設定部５９０の動作を示すタイミングチャートである。 進角を進める態様について説明する説明図である。 励磁区間設定部５９０の動作を示すタイミングチャートである。 励磁区間設定部５９０の動作の他の例を示すタイミングチャートである。 第２の実施例を示す説明図である。 本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。

［第１の実施例］
図１は、第１の実施例のモーターを示す説明図である。 モーター１０は、略円筒状のステーター１５が外側に配置され、略円筒状のローター２０が内側に配置されたラジアルギャップ構造のインナーローター型モーターである。ステーター１５は、ケーシング１１０の内周に沿って配列された複数の電磁コイル１００を有している。ステーター１５には、さらに、ローター２０の位相を検出する位置センサーとしての磁気センサー３００が、配置されている。磁気センサー３００は、回路基板３１０の上に固定されており、回路基板３１０は、ケーシング１１０に固定されている。また、回路基板３１０は、コネクタ３２０により外部の制御回路と接続されている。

ローター２０は、中心に回転軸２３０を有し、その外周に永久磁石２００を有している。 回転軸２３０は、ケーシング１１０の軸受け２４０で支持されており、軸受け２４０は、非導電性材料で構成されている。本実施例では、ケーシング１１０の内側に、コイルバネ２６０を備えている。このコイルバネ２６０は、永久磁石２００の位置決めを行っている。但し、コイルバネ２６０は省略可能である。

図２は、ローターの構成を示す説明図である。図２（Ａ）は、回転軸２３０と平行な面で切った断面を示し、図２（Ｂ）は、回転軸２３０と垂直な平面で切った断面を示している。ローター２０は、回転軸の周りに、６個の永久磁石を有している。各永久磁石２００は、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。また、永久磁石２００と電磁コイル１００とは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。

図３は、モーターの逆起電力波形及び制御波形、駆動波形を示す説明図である。図３（Ａ）は、モーター１０の逆起電力波形を示している。図３（Ｂ）は、モーター１０の駆動時に用いられるＷＣ制御波形の一例を示している。図３（Ｃ）は、ＷＣ制御波形が図３（Ｂ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図３（Ｄ）は、ＷＣ制御波形が図３（Ｂ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図３（Ａ）に示すように、逆起電力波形は、ほぼ正弦波である。図３（Ｂ）のＷＣは、Ｗｉｎｄｏｗ Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒの略であり、ＷＣ制御波形は、比較器を用いて定められた電磁コイル１００（図１）を励磁する期間（窓）示す信号波形である。ＷＣ制御波形の活性期間の中心は、図３（Ａ）に示す逆起電力波形が最大値を示す位相と同じである。図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）の逆起電力波形がほぼゼロになる位相では、ＷＣ制御波形はゼロである。したがって、図３（Ｃ）に示すアナログのＰＷＭ駆動波形は、図３（Ａ）の逆起電力波形がほぼゼロになる位相でほぼゼロになっている。

図３（Ｅ）は、図３（Ｂ）に示すＷＣ制御波形の活性期間を狭めた波形を示している。図３（Ｆ）は、ＷＣ制御波形が図３（Ｅ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図３（Ｇ）は、ＷＣ制御波形が図３（Ｅ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（デジタル）を模式的に示している。図３（Ｆ）に示すＰＷＭ駆動波形は、ＷＣ制御波形が非活性のときには、ゼロとなっている。また、図３（Ｄ）と図３（Ｆ）を比較すれば明らかなように、ＷＣ制御波形の活性期間が短いほど、パルスの数が少なくなっている。

図４は、デューティ比を変えたときのモーターの逆起電力波形及び制御波形、駆動波形を示す説明図である。図４（Ａ）は、モーター１０の逆起電力波形を示している。図４（Ｂ）は、モーター１０の駆動時に用いられるＷＣ制御波形の一例を示している。図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）と同じ図である。図４（Ｃ）は、ＷＣ制御波形が図４（Ｂ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。ここで、太線は、正弦波におけるＰＷＭ駆動波形をゲイン＝１００として示し、細線は、正弦波のデューティ比よりもデューティ比を落としたときのＰＷＭ駆動波形をゲイン＜１００％として示している。図４（Ｄ）、（Ｅ）は、それぞれ、図４（Ｃ）の太線、細線に対応したＰＷＭ駆動波形（デジタル）を示している。図４（Ｄ）、（Ｅ）を比較すれば分かるように、図４（Ｄ）、（Ｅ）とでは、活性期間を示すパルスの数は同じであるが、対応するパルスの幅は、図４（Ｅ）の方が細くなっている。なお、デューティ比を下げる場合、ある一定以上細いパルスについては、ゼロとして、パルスを無くしてもよい。図４（Ｆ）〜（Ｉ）は、それぞれ、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に対応したもので、ＷＣ制御波形の活性期間を、図４（Ｂ）〜（Ｅ）のＷＣ制御波形の活性期間よりも短くしたものである。

図５は、ゲインを飽和させたときのモーターの逆起電力波形及び制御波形、駆動波形を示す説明図である。図５（Ａ）は、モーター１０の逆起電力波形を示している。図５（Ｂ）は、モーター１０の駆動時に用いられるＷＣ制御波形の一例を示している。図５（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）と同じ図である。ゲインとは、ＰＷＭ駆動の活性期間の長さを示す指数である。本実施例では、ＰＷＭ駆動波形が正弦波であるときにおける、（ＰＷＭ駆動信号の活性期間）／ＷＣ活性期間を、ゲイン１００％としている。正弦波におけるデューティ比よりもディーティ比を下げた場合には、ゲインは１００％より小さくなり、正弦波におけるデューティ比よりもディーティ比を上げた場合には、ゲインは１００％を越える。ゲインが１００％を越えた場合、飽和しながら矩形波形に近づく。図５（Ｃ）は、様々なゲインの値におけるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示すものである。図５（Ｄ）は、ゲイン１００％の時のＰＷＭ駆動波形（デジタル）を示し、図５（Ｅ）は、ゲイン１００％超の時のＰＷＭ駆動波形（デジタル）を示している。図５（Ｄ）（Ｅ）を比較すれば分かるように、活性期間を示すパルスの数は同じであるが、対応するパルスの幅は、図５（Ｅ）の方が太くなっている。図５（Ｆ）は、図５（Ｂ）よりも、ＷＣ制御波形の活性期間を狭めた波形を示している。図５（Ｇ）は、ＷＣ制御波形が図５（Ｅ）に示すときの、モーター１０に印可されるＰＷＭ駆動波形（アナログ）を示している。図５（Ｇ）において、太線は、ゲインが１００％超である場合を示している。

図６は、進角制御を行ったときのモーターの逆起電力波形及び制御波形、駆動波形を示す説明図である。ここでは、ＷＣ制御の幅を図３（Ｅ）、図４（Ｆ）、図５（Ｆ）に示すように狭めている。図６（Ａ）は、モーター１０の逆起電力波形を示している。図６（Ｂ）は進角０°の時のＷＣ制御波形（Ｂ−１）、ＰＷＭ駆動波形（Ｂ−２）、電流波形（Ｂ−３）を示している。図６（Ｃ）、（Ｄ）は同様に、それぞれ進角１０°、２０°の場合のＷＣ制御波形、ＰＷＭ駆動波形、電流波形を示す。以上のように、モーター１０の制御においては、ＷＣの幅による制御（第１の制御）、デューティ比による制御（第２の制御）に加えて、進角による制御が可能である。

図７は、進角と回転数の関係を示す説明図である。図８は、進角と電流との関係を示す説明図である。図９は、進角と回転数・電流の関係を示す説明図である。図７、８は、図９に示すデータをグラフにしたものである。図７〜９において、ＷＣ制御幅は、π期間を１００％（常時駆動）とし、６％、３０％、８０％の３段階とした。各ＷＣ制御幅において、ＰＷＭの駆動波形が正弦波となるように、デューティ比を調整した。また、各ＷＣ制御幅において、進角＝０°のときにモーター１０の回転数が１０００ｒｐｍとなるようにＰＷＭの駆動電圧を調整した。

図７から分かるように、進角を進めると、モーター１０は、回転数が上がっていく。その回転数の上がり方は、ＷＣ制御幅が狭いほど、大きく上がる。この理由は、ＷＣ制御幅が狭い場合には、進角を進めると、その前後で駆動電力が掛かる位相がほとんど重ならず進むが、ＷＣ制御幅が広い場合には、進角を進めても、その前後で駆動電力が掛かる位相の大部分が重なっているため、進角を進めた効果が現れにくいから、と思われる。また、図８から分かるように、ＷＣ制御幅が狭い場合には、進角を進ませても、電流の増加率は少ない。一方、ＷＣ制御幅が広い場合には、進角を進ませた場合、電流は急激に増加する。したがって、ＷＣ制御幅を６％とし、進角を進ませると、電流をあまり増加させずに、モーター１０の回転数を約３０％増加させることができる。すなわちモーター１０を高速回転させることが可能となる。

図１０は、Ｔ−Ｎ特性によるモーターの運転テーブルを示す説明図である。右下がりの線は、トルクと回転数の関係を示すものである。これらの直線は、ＷＣ制御幅が１００％から２０％まで、２０％刻みのＴ−Ｎ特性を示している。なお、一番なだらかな右下がりの直線Ｘは、加速域か否かを区別するための線であり、Ｔ−Ｎ特性を示すものではない。ＷＣ制御幅が２０％の線よりも左側の領域は、高速域である。すなわち、モーター１０が電気自動車や電車などの移動体に用いられる場合、電気自動車や電車が高速で動作する場合に用いられる領域である。ＷＣ制御幅が２０％の線よりも右側、かつ、ＷＣ制御幅が８０％の線よりも左側の領域は、中速域である。ＷＣ制御幅が８０％の線よりも右側の領域は、始動域（あるいは低速域）である。上記、高速域、中速域、始動域とは別に、直線Ｘよりも上の領域は加速域となる。例えば、ＷＣ制御幅が２０％の線よりも左側であって、直線Ｘよりも上の領域は、高速であって、さらに加速するときの制御領域である。ＷＣ制御幅が８０％の線よりも右側であって、直線Ｘよりも下の領域は、始動域である。一般に、この領域においてスピード０から発信し、電気自動車や電車のスピードが上がっていくと（回転数が上がっていくと）、加速域に遷移する。

右上がりの線は、トルクと電流の関係を示すものである。Ｔ−Ｎ特性と同様に、ＷＣ制御幅が１００％から２０％まで、２０％刻みで特性を示している。

図１０（Ｂ）は、高速域、中速域、始動域を切り換えるためのトルク変換操作レバー８１０を示す。このトルク変換操作レバー８１０は、オートマチックトランスミッション車におけるセレクトレバー、あるいはマニュアルミッション自動車におけるシフトノブ、に相当するものである。例えば、トルク変換操作レバー８１０をオートマチックトランスミッション車のセレクトレバーに対応させれば、始動の位置は、「Ｌ」ローレンジまたは「１」ファーストレンジであり、中速の位置は、「Ｓ」セカンドレンジまたは「２」セカンドレンジであり、高速の位置は、「Ｄ」ドライブレンジに相当する。なお、オートマチックトランスミッションは、多段化が進んでいるので、中速の位置が「Ｄ」ドライブレンジであり、高速の位置を「ＯＤ」オーバードライブ（あるいはオーバートップ）である、と考えることも可能である。

図１０（Ｃ）は、アクセルペダル８２０を示している。アクセルペダル８２０は、モーター１０のデューティ比を制御する。すなわち、アクセルペダル８２０の開度が大きいとデューティ比（ゲイン）が大きくなり、トルクが増大する。図１０（Ｃ）に示す例では、ゲインを１００％としているが、１００％超のゲインも可能である。

図１０（Ｄ）は、ブレーキペダル８３０を示している。ブレーキペダルは、電気自動車や電車を制動する場合に用いられる。本実施例では、ブレーキペダル８３０とデューティ比（ゲイン）とを連動させている。すなわち、ブレーキペダル８３０へのブレーキ踏力が強い場合（高制動）の場合には、デューティ比を大きくし、より多くの運動エネルギーを電気エネルギーとして回生する。一方、ブレーキ踏力が弱い場合（低制動）の場合には、デューティ比を小さくし、運動エネルギーの回生量を少なくする。ブレーキ踏力が弱い場合の運動エネルギーの回生量を大きくすると、モーター１０による回生制動が強く掛かりすぎるため、ドライバーに不快感を与える恐れがある。

なお、トルク変換操作レバー８１０によるＷＣ制御幅を変化させることにより、制動時に、運動エネルギーの回生を行ってもよい。トルク変換操作レバー８１０が始動の位置にある場合には、ＷＣ制御幅を大きくして、運動エネルギーの回生量を大きくしてもよい。この場合、回生制動が大きくなる、すなわち自動車で言えば、強力なエンジンブレーキが掛かることになる。一方、トルク変換操作レバー８１０が高速の位置にある場合には、ＷＣ制御幅を小さくして、運動エネルギーの回生量を小さくしてもよい。この場合、回生制動があまりかからない。

図１１は、ゲインが１００％を越えた場合を含むＴ−Ｎ特性によるモーターの運転テーブルを示す説明図である。本実施例では、ＷＣ制御幅の期間において、ＰＷＭ駆動波形が正弦波となるデューティ比であるときをゲイン１００％としている。ゲイン１００％超の状態とは、ＷＣ制御幅の期間において、デューティ比が、正弦波のデューティ比よりも大きい状態（飽和した状態）である。この場合のＴ−Ｎ特性を示すグラフは、右上方向に移動する。図１１に示す直線Ｙは、デューティ比１００％におけるＴ−Ｎ特性を示す。デューティ比は１００％を越えることはできないので、直線Ｙよりも右上の領域は、動作出来ない領域である。ゲイン１００％超の場合の動作点は、直線Ｙより左下方であり、そのときのＷＣ制御幅に対応するＴ―Ｎ特性直線よりも右上方の領域に位置し、主として加速域に含まれる。

図１２は、本実施例のモーターの制御回路ブロックを示す説明図である。ここでは、モーター１０の各相がスター結線又はデルタ結線でない独立結線した３相モーターであるとして説明する。制御回路ブロックは、ＰＷＭ制御部４００と、ＣＰＵ４０５と、Ｕ相駆動回路６９０ｕ〜Ｗ相駆動回路６９０ｗを備える。ＰＷＭ制御部４００は、Ｕ相駆動制御部５００ｕ〜Ｗ相駆動制御部５００ｗを含んでいる。Ｕ相駆動回路６９０ｕは、Ｕ相駆動制御部５００ｕからの制御信号を受けて、ブラシレスモーター１０のＵ相電磁コイル１００ｕを駆動する。ブラシレスモーター１０は、Ｕ相センサー３００ｕを含んでおり、このＵ相センサー３００ｕからの位置信号を受けて、ＰＷＭ制御部４００は制御を行う。Ｖ相、Ｗ相の制御についても同様である。

図１３は、ＰＷＭ制御部の内部構成の一例を示す説明図である。ＰＷＭ制御部４００やＣＰＵ４０５は、回路基板３１０（図１）上に設けられていてもよく、コネクタ３２０（図１）により接続される外部回路に設けられていてもよい。ＰＷＭ制御部４００は、基本クロック生成回路４１０と、１／Ｎ分周器４２０と、ＰＷＭ部５００と、正逆方向指示値レジスタ４４０と、乗算器４５０、４５２、４５４と、符号化部４６０、４６２、４６４と、ＡＤ変換部４７０、４７２、４７４と、電圧指令値レジスタ４８０と、励磁区間設定部５９０とを備えている。なお、図１２に示すブロック図のＵ相駆動制御部５００ｕは、図１３に示す説明図の乗算器４５０と、符号化部４６０と、ＡＤ変換部４７０と、ＰＷＭ部５００の内Ｕ相駆動に関する制御部と、を含んでいる。Ｖ相駆動制御部５００ｖ、Ｗ相駆動制御部５００ｗについても同様である。

基本クロック生成回路４１０は、所定の周波数を有するクロック信号ＰＣＬを発生する回路であり、例えばＰＬＬ回路を含んでいる。分周器４２０は、このクロック信号ＰＣＬの１／Ｎの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。Ｎの値は所定の一定値に設定される。このＮの値は、予めＣＰＵ４０５によって分周器４２０に設定される。ＰＷＭ部５００は、クロック信号ＰＣＬ、ＳＤＣと、乗算器４５０、４５２、４５４から供給される乗算値Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗと、正逆方向指示値レジスタ４４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部４６０、４６２、４６４から供給される正負符号信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗとに応じて、ｕ、ｖ、ｗ各相の駆動信号を生成する。この動作については後述する。

正逆方向指示値レジスタ４４０内には、モーターの回転方向を示す正逆方向指示値ＲＩがＣＰＵ４０５によって設定される。本実施例では、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルのときにモーターが正転し、Ｈレベルのときに逆転する。

ＰＷＭ部５００に供給される他の信号の値Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗ、Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗ、Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗは以下のように決定される。なお、乗算器４５０と符号化部４６０とＡＤ変換部４７０はＵ相用の回路であり、乗算器４５２と符号化部４６２とＡＤ変換部４７２はＶ相用の回路であり、乗算器４５４と符号化部４６４とＡＤ変換部４７４はＷ相用の回路である。なお、これらの回路群の動作は同じなので、以下ではＵ相用の回路の動作について主に説明する。

磁気センサーの出力ＳＳＵは、ＡＤ変換部４７０に供給される。このセンサー出力ＳＳＵのレンジは、例えばＧＮＤ（接地電位）からＶＤＤ（電源電圧）までであり、その中位点（＝ＶＤＤ／２）が出力波形の中位点（正弦波の原点を通る点）である。ＡＤ変換部４７０は、このセンサー出力ＳＳＵをＡＤ変換して、センサー出力のデジタル値を生成する。ＡＤ変換部４７０の出力のレンジは、例えばＦＦｈ〜０ｈ（語尾の”ｈ”は１６進数であることを示す）であり、中央値８０ｈがセンサー波形の中位点に相当する。

符号化部４６０は、ＡＤ変換後のセンサー出力値のレンジを変換するとともに、センサー出力値の中位点の値を０に設定する。この結果、符号化部４６０で生成されるセンサー出力値Ｘｕは、正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜０）と負側の所定の範囲（例えば０〜−１２８）の値を取る。但し、符号化部４６０から乗算器４５０に供給されるのは、センサー出力値Ｘｕの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号ＰｕとしてＰＷＭ部５００に供給される。

電圧指令値レジスタ４８０は、ＣＰＵ４０５によって設定された電圧指令値Ｙｕを格納する。この電圧指令値Ｙｕは、後述する励磁区間信号Ｅｕとともに、モーターの印加電圧を設定する値として機能するものであり、例えば０〜１．０の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Ｅｕを設定した場合には、Ｙｕ＝０は印加電圧をゼロとすることを意味し、Ｙｕ＝１．０は印加電圧を最大値とすることを意味する。乗算器４５０は、符号化部４６０から出力されたセンサー出力値Ｘｕと、電圧指令値Ｙｕとを乗算して整数化し、その乗算値ＭｕをＰＷＭ部５００に供給する。ＰＷＭ部５００の出力は、三相駆動回路６９０に入力され、電磁コイル１００ｕ〜１００ｗが駆動される。

ＣＰＵ４０５には、トルク変換操作レバー８１０、アクセルペダル８２０、ブレーキペダル８３０からの制御信号が入力されている。また、ＣＰＵ４０５には、制御テーブル８４０が接続されている。ＣＰＵ４０５は、トルク変換操作レバー８１０、アクセルペダル８２０、ブレーキペダル８３０からの制御信号（踏込量）に基づいて、制御テーブル８４０を参照し、励磁区間信号Ｅｕの幅と進角量を決定し、励磁区間信号Ｅｕを出力する。制御テーブル８４０は、励磁区間信号Ｅｕの幅が狭いほど、励磁区間信号Ｅｕの進角を進ませるように設定されていることが好ましい。なお、アクセルペダル８２０、ブレーキペダル８３０の踏込量と、励磁区間信号Ｅｕの幅及び進角量の調整量との関係は、予め実験的または経験的に設定される。但し、励磁区間信号Ｅｕの幅及び進角量のうちの一方のみを調整するように制御テーブル８４０を設定してもよい。

図１４は、ＰＷＭ部５００（図１３）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５０１、５０２、５０３と、ＥＸＯＲ回路５１１、５１２、５１３と、駆動波形形成部５２１、５２２、５２３とを備えている。カウンタ５０１とＥＸＯＲ回路５１１と駆動波形形成部５２１はＵ相用の回路であり、カウンタ５０２とＥＸＯＲ回路５１２と駆動波形形成部５２２はＶ相用の回路であり、カウンタ５０３とＥＸＯＲ回路５１３と駆動波形形成部５２３はＶ相用の回路である。これらは動作について、タイミングチャートを参照しながら説明する。

図１５は、モーター正転時のＰＷＭ部５００の動作を示すタイミングチャートである。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の動作は同じであるので、ここでは、Ｕ相を例にとり説明する。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅｕと、乗算値Ｍｕと、正負符号信号Ｐｕと、カウンタ５０１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５０１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５１１の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５２１からの駆動信号ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４とが示されている。カウンタ５０１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍｕに設定される。なお、図１５では、図示の便宜上、乗算値Ｍｕとして負の値も描かれているが、カウンタ５０１で使用されるのはその絶対値｜Ｍｕ｜である。カウンタ５０１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。

ＥＸＯＲ回路５１１は、正負符号信号Ｐｕと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モーターが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５１１の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐｕと同じ信号となる。駆動波形形成部５２１は、カウンタ５０１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５１１の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４を生成する。すなわち、カウンタ５０１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５１１の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１、第２の駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第３、第４の駆動信号ＤＲＶＡ３、ＤＲＶＡ４として出力する。なお、図１５の右端部付近では、励磁区間信号ＥｕがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。

図１６は、モーター逆転時のＰＷＭ部５００の動作を示すタイミングチャートである。モーター逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、第１、第２の駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２と、第３、第４の駆動信号ＤＲＶＡ３、ＤＲＶＡ４が図１５に示す場合と入れ替わっており、この結果、モーターが逆転することが理解できる。なお、ＰＷＭ部５００のＶ相用の回路５０２，５１２，５２２や、Ｗ相用の回路５０３、５１３、５２３についても、同様の動作を実行する。

図１７は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器４９２と、電圧比較器４９４，４９６と、ＯＲ回路４９８とを有している。電子可変抵抗器４９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ４０５によって設定される。電子可変抵抗器４９２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧比較器４９４，４９６の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器４９４，４９６の他方の入力端子には、センサー出力ＳＳＵが供給されている。なお、図１７ではＶ相、Ｗ相用の回路は図示の便宜上省略されている。電圧比較器４９４，４９６の出力信号Ｓｐ，Ｓｎは、ＯＲ回路４９８に入力されている。ＯＲ回路４９８の出力は、励磁区間と非励磁区間とを区別するための励磁区間信号Ｅｕｘである。励磁区間信号Ｅｕｘは、ＣＰＵ４０５に送られ、ＣＰＵ４０５は、励磁区間信号Ｅｕｘの長さ、及び、トルク変換操作レバー８１０、アクセルペダル８２０、ブレーキペダル８３０からの制御信号に基づいて、制御テーブル８４０を参照し、励磁区間信号Ｅｕの進角を決定する（図１３参照）。なお、進角を進めない場合には、励磁区間信号ＥｕとＥｕｘは同じ信号である。

図１７（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器４９２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。センサー出力ＳＳＵが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器４９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、センサー出力ＳＳＵが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器４９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅｕｘはこれらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図１７（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅｕｘは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、ＣＰＵ４０５が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。

図１８は、符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。ここでは、Ｕ相用の符号化部４６０（図１３）を例にとり説明する。符号化部４６０は、ＡＤＣ部４７０（図１３）からＡＤＣ信号を受取、センサー出力値Ｘｕと正負符号信号Ｐｕを生成する。ここで、センサー出力値Ｘｕは、ＡＤＣ信号を＋１２７〜−１２８にシフトし、その絶対値を取った値である。また、正負符号信号Ｐｕについては、ＡＤＣ信号の値が０よりも小さい場合に正負符号信号ＰｕをＨ、ＡＤＣ信号の値が０よりも大きい場合に正負符号信号ＰｕをＬとしている。なお、正負符号信号Ｐｕの正負は、逆であってもよい。

図１９は、三相駆動回路と電磁コイルを示す説明図である。三相駆動回路６９０は、Ｕ相駆動回路６９０ｕ〜Ｗ相駆動回路６９０ｗを備えている。各駆動回路６９０ｕ〜６９０ｗの構成は同じであるので、Ｕ相駆動回路６９０ｕを例にとり説明する。Ｕ相駆動回路６９０ｕは、Ｈ型ブリッジ回路であり、駆動信号ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４に応じてＵ相電磁コイル１００ｕを駆動する。なお、本実施例では、電源側に繋がるトランジスタＡ１、Ａ３のゲートには、レベルシフト回路６９５ｕが接続されている。レベルシフト回路６９５ｕは、トランジスタＡ１、Ａ３におけるゲート電位を電源電位ＶＳよりも上げるために用いられる。トランジスタＡ１がオンしても、端子ｕ１の電位は、ゲート電位−トランジスタＡ１の閾値、までしか上がらない。そのため、ゲート電位がドレインの電位と同じであると、いわゆる閾値落ちが発生する。レベルシフト回路６９５ｕによりトランジスタＡ１のゲート電位を、電源電位ＶＳ＋トランジスタＡ１の閾値、以上に上げれば、トランジスタＡ１のオン時に、端子ｕ１の電位を電源電位ＶＳまで上昇させることが可能となる。なお、レベルシフト回路６９５ｕは無くてもよい。また、トランジスタＡ１としてＰチャンネルのトランジスタを用いる場合には、レベルシフト回路６９５ｕは無くてもよい。トランジスタＡ３についても同様である。符号Ｉｕ１が付された矢印は、駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２がオンしたときに電磁コイル１００ｕに流れる電流の方向を示し、符号Ｉｕ２が付された矢印は、駆動信号ＤＲＶＡ３、ＤＲＶＡ４がオンしたときに電磁コイル１００ｕに流れる電流の方向を示している。Ｖ相駆動回路６９０ｖ、Ｗ相駆動回路６９０ｗについても同様である。

図２０は、駆動信号のオンオフと、電磁コイルの動作を示す説明図である。ここでは、Ｕ相を例にとり説明する。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。図２０（ａ）に示す例では、駆動信号ＤＲＶＡ１とＤＲＶＡ２とが同期し、駆動信号ＤＲＶＡ３とＤＲＶＡ４とが同期している。駆動信号ＤＲＶＡ１とＤＲＶＡ２とがオンする期間では、電磁コイル１００ｕは、正の方向（図１９に示す符号Ｉｕ１の方向）に電流が流れる。駆動信号ＤＲＶＡ３とＤＲＶＡ４とがオンする期間では、電磁コイル１００ｕは、負の方向（図１９に示す符号Ｉｕ２の方向）に電流が流れる。なお、駆動信号ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４がオフの期間では、ハイインピーダンス（ＨｉＺ）である。

一方、図２０（ｂ）に示す例では、駆動信号ＤＲＶＡ２は、駆動信号ＤＲＶＡ１がオンする周期で常時オンであり、駆動信号ＤＲＶＡ４は、駆動信号ＤＲＶＡ３がオンする周期で常時オンである。この場合も同様に、駆動信号ＤＲＶＡ１とＤＲＶＡ２の両方がオンする期間では、電磁コイル１００ｕは、正の方向（図１９に示す符号Ｉｕ１の方向）に電流が流れる。駆動信号ＤＲＶＡ３とＤＲＶＡ４の両方がオンする期間では、電磁コイル１００ｕは、負の方向（図１９に示す符号Ｉｕ２の方向）に電流が流れる。ところで、このように、グランド側のトランジスタＡ２、Ａ４を駆動する駆動信号ＤＲＶＡ２、ＤＲＶＡ４をその周期で常時オンとすると、トランジスタＡ１、Ａ３がオフの期間でも、励磁された電磁コイル部から生じる誘導起電力による電流を流すことが可能となり、トルクを増大させることができるという効果がある。

図２１は、各相の電磁コイルの接続を示す説明図である。本実施例では、各相は、電磁コイル１００ｕ〜１００ｗを複数有している。各電磁コイル１００ｕ〜１００ｗは、各相において、直列に接続されている。直列に接続することにより、電流を少なくすることが可能となる。なお、各電磁コイル１００ｕ〜１００ｗは、並列に接続されていてもよい。並列に接続することにより、各電磁コイル１００ｕ〜１００ｗに掛かる電圧を上げ、出力を大きくすることが可能である。

図２２は、進角制御を行う場合におけるＰＷＭ制御部の他の構成を示す説明図である。図２２に示す構成は、図１３に示す構成とほぼ同じであるが、後述するように励磁区間設定部５９０の内部の構成が異なる点、位置センサー３００ｕ〜３００ｗと励磁区間設定部５９０との間に電圧比較器５８５を備える点及び、クロック信号ＰＣＬが励磁区間設定部５９０に入力されている点が異なる。

図２３は、励磁区間設定部５９０の構成を示すブロック図である。この図２３には、励磁区設定部５９０の他に、磁気センサー３００ｕと、電圧比較器５８５と、ＰＬＬ回路５１０と、ＣＰＵ４０５とが示されている。なお、ここでは、ｕ相を例にとり説明するが、ｖ相、ｗ相についても同様である。励磁区間設定部５９０は、制御部５９２と、第１カウンタ部５９４と、第２カウンタ部５９６と、カウンタ値記憶部５９８と、２つの演算値記憶部６００，６０２とを備えている。励磁区間設定部５９０は、さらに、２つの乗算回路６０４，６０５と、演算回路６０６と、２つの演算結果記憶部６０８，６１０と、比較回路６１２とを備えている。ＰＬＬ回路５１０は、励磁区間設定部５９０内で使用されるクロック信号ＰＣＬを生成する。制御部５９２は、このクロック信号ＰＣＬをカウンタ部５９４，５９６に供給するとともに、カウンタ値記憶部５９８や演算結果記憶部６０８，６１０に適切な保持タイミング（ラッチタイミング）を供給する。これらは以下のように動作する。なお、はじめに、進角を進めない態様について説明し、次に、進角を進める態様について説明する。

図２４は、励磁区間設定部５９０の動作を示すタイミングチャートである。まず、電圧比較器５８５は、磁気センサー３００ｕからの信号ＳＳＵ（アナログ）を基準信号（図示せず）と比較して、デジタル信号である電圧比較器信号ＳＣを生成する。この基準信号のレベルは、センサー信号ＳＳＵがとりうるレベルの中央値に設定されていることが好ましい。第１カウンタ部５９４は、制御部５９２から供給されるクロック信号ＰＣＬに基づき、電圧比較器信号ＳＣがハイレベルを示している期間におけるクロック数をカウントする。すなわち、第１カウンタ部５９４は、電圧比較器信号ＳＣがローレベルからハイレベルになったタイミングでカウントを開始し、電圧比較器信号ＳＣがローレベルを示したタイミングで、そのときのカウンタ値Ｎｉ（ｉは周期の番号）をカウンタ値記憶部５９８に記憶させる。第１カウンタ部５９４は、その後、次の周期において電圧比較器信号ＳＣが再びハイレベルを示したタイミングで、内部のカウンタ値Ｎｉを０にリセットし、電圧比較器信号ＳＣがハイレベルを示している期間におけるクロック数をカウンタ値Ｎ（ｉ＋１）として再びカウントする。そして、第１カウンタ部５９４は、電圧比較器信号ＳＣがローレベルを示したタイミングで、そのときのカウンタ値Ｎ（ｉ＋１）をカウンタ値記憶部５９８に上書きする。

第１の演算値記憶部６００（図２３）は、ＣＰＵ２２０により設定された演算値ＳＴを記憶する。図２３および図２４の例では、演算値ＳＴ＝０．２である。演算回路６０６は、演算値ＳＴ記憶部６００に記憶された演算値ＳＴを１から減算し、得られた演算結果（演算値ＥＤ＝１−ＳＴ）を第２の演算値記憶部６０２に記憶させる。第１の乗算回路６０４は、カウンタ値記憶部５９８に記憶されたカウンタ値Ｎｉと、第１の演算値記憶部６００に記憶された演算値ＳＴと、を掛け合わせ、得られた演算結果（＝Ｎｉ×ＳＴ）を第１の演算結果記憶部６０８に記憶させる。第２の乗算回路６０５は、カウンタ値記憶部５９８に記憶されたカウンタ値Ｎｉと、第２の演算値記憶部６０２に記憶された演算値ＥＤと、を掛け合わせ、得られた演算結果（＝Ｎｉ×ＥＤ）を第２の演算結果記憶部６１０に記憶させる。

第２カウンタ部５９６は、制御部５９２から供給されるクロック信号ＰＣＬに基づき、電圧比較器信号ＳＣがハイレベルを示したタイミングからクロック数のカウントを開始し、ローレベルを示したタイミングでカウントを終了する。そして、カウンタを０にリセットすると共に、電圧比較器信号ＳＣがローレベルを示したタイミングからのクロック数のカウントを開始し、ハイレベルを示したタイミングでカウントを終了する。これらのカウンタ値Ｍは、比較回路６１２に順次入力される。

比較回路６１２は、励磁区間信号Ｅｕを生成して出力するウインドウコンパレータである。すなわち、第１の演算結果記憶部６０８に記憶された演算結果（＝Ｎｉ×ＳＴ）と、第２カウンタ部５９６から順次入力される第２カウンタ値Ｍと、を比較し、これらが一致したタイミングで励磁区間信号Ｅｕをハイレベルにする。そして、第２の演算結果記憶部６１０に記憶された演算結果（＝Ｎｉ×ＥＤ）と、第２カウンタ部５９６から順次入力される第２カウンタ値Ｍと、を比較し、これらが一致したタイミングで励磁区間信号Ｅｕをローレベルにする。電圧比較器信号ＳＣがローレベルを示している期間においても、上記と同様の手法で励磁区間信号Ｅｕを出力する。

図２５は、進角を進める態様について説明する説明図である。図２３に示した例との違いは、演算値記憶部６０２に記憶される演算値ＥＤの値が、演算値ＳＴとは独立した値として設定されている点だけであり、他の構成は同じである。

図２６は、励磁区間設定部５９０の動作を示すタイミングチャートである。図２４に示した例との違いは、演算値ＥＤの値がＣＰＵ２２０によって０．６に設定されている点と、演算値ＥＤを０．６に設定したことにより、励磁区間信号Ｅｕの励磁区間ＥＰの中心位置が、電圧比較器信号ＳＣのハイレベル信号期間の中心位置よりも時間的に早い位置となっている点だけであり、他の動作は同じである。

図２７は、励磁区間設定部５９０の動作の他の例を示すタイミングチャートである。図２６との違いは、演算値ＳＴが０．４に設定され、演算値ＥＤが０．８に設定されている点と、励磁区間信号Ｅｕの励磁区間ＥＰの中心位置が、電圧比較器信号ＳＣのハイレベル信号期間の中心位置よりも時間的に遅い位置となっている点だけであり、他の動作は図２６と同じである。

以上のように、演算値ＳＴの値と、演算値ＥＤの値と、をＣＰＵ４０５によって任意に設定すれば、励磁区間ＥＰの位相（時間的な幅と時間的な位置）を任意に設定することが可能となる。ＣＰＵ４０５は、例えば、トルク変換操作レバー８１０、アクセルペダル８２０、ブレーキペダル８３０からの制御信号に基づいて、制御テーブル８４０を参照し、演算値ＳＴの値および演算値ＥＤの値を設定することが好ましい。そうすれば、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２の位相を進めなくとも、励磁区間ＥＰの時間的位置を進めるだけで、第１と第２の駆動信号ＤＲＶＡ１，２の位相を進める進角制御を行うことができる。また、進角制御と同様に、遅角制御も実現することが可能である。

以上、本実施例によれば、ＣＰＵ４０５は、電磁コイル１００（１００ｕ〜１００ｗ）に生じる逆起電力の最大値が生じる位相を中心として、電磁コイル１００を励磁する励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗを設定する第１のトルク制御と、電磁コイル１００を駆動する駆動信号のデューティ比を変更する第２のトルク制御と、を実行し、ＣＰＵ４０５は、第１のトルク制御において、励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗの中心の位相の値を、電磁コイル１００に生じる逆起電力の最大値が生じる位相の値よりも早める進角制御を行うとともに、第２のトルク制御において、正弦波におけるゲインを１００％として、１００％を越えるゲインとなるように前記デューティ比を変更するので、効率の良いモーターの制御が可能となる。

本実施例では、進角制御における進角の大きさは、励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗの長さが短いほど大きく設定されており、励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗの長さが短い期間で、モーター１０の高回転が可能である。

本実施例では、ＣＰＵ４０５は、モーターが高速で回転する場合には、第１のトルク制御において励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗを狭める制御を行うので、低トルク、高回転が可能となる。また、ＣＰＵ４０５は、モーターの始動時には、第１のトルク制御において励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗを広める制御を行うので、高トルクによる始動が可能となる。さらに、ＣＰＵ４０５は、加速時には、第１のトルク制御において励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗを広める制御を行うので、高トルクにより加速が容易となる。ＣＰＵ４０５は、制御を行うための制御テーブル８４０を有するので、励磁区間信号Ｅｕ〜Ｅｗの幅や進角の量を容易に設定することが可能となる。

［第２の実施例］
図２８は、第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例では、モーター１０（図示せず）からの回生制御を行う。第２の実施例では、回生制御部７００と、Ｕ相充電切替部７１０ｕ〜７１０ｗと、蓄電部８００と、を備える。回生制御部７００は、Ｕ相回生制御回路７００ｕ〜Ｗ相回生制御回路７００ｗを含んでいる。Ｕ相回生制御回路７００ｕ〜Ｗ相回生制御回路７００ｗの構成は同じであるので、Ｕ相回生制御回路７００ｕを例にとり説明する。Ｕ相回生制御回路７００ｕは、Ｕ相電磁コイル１００ｕに対して駆動回路６９０ｕと並列に接続されている。Ｕ回生制御部７００ｕは、インバーター回路７２０ｕと、バッファー回路７３０ｕと、ダイオードで構成される整流回路７４０ｕ〜７４３ｕと、スイッチングトランジスタ７５０ｕ、７６０ｕと、抵抗７５２ｕ、７６２ｕと、を備えている。

励磁区間信号Ｅｕがオンとなり、ブレーキペダル８３０が踏まれた場合、Ｕ相充電切替部７１０ｕがオン（＝１＝Ｈ）になる。このとき、ブレーキペダル８３０の踏力が大きいほど、すなわち減速度が大きいほど、励磁区間信号Ｅｕのオン期間を長くしてもよい。Ｕ相充電切替部７１０ｕがオンになると、インバーター回路７２０ｕの出力がＬとなり、スイッチングトランジスタ７５０ｕがオン状態になる。一方、バッファー回路７３０ｕの出力はＨとなるため、スイッチングトランジスタ７６０ｕがオフ状態になる。そうすると、モーターは、スイッチングトランジスタ７５０ｕを介して、Ｕ相電磁コイル１００ｕで発生した電力を回生して、蓄電部８００を充電することが可能である。逆に、Ｕ相充電切替部７１０ｕがオフ（＝０＝Ｌ）になると、バッファー回路７３０ｕによってスイッチングトランジスタ７６０ｕがオン状態になる。一方、インバーター回路７２０ｕの出力がＨとなり、スイッチングトランジスタ７５０ｕがオフ状態になる。この場合は、蓄電部８００からＵ相電磁コイル１００ｕに電流を供給することが可能である。

本実施例では、ブレーキペダル８３０が踏まれた場合、ＣＰＵ４０５は、Ｕ相充電切替部７１０ｕをオンにしているが、アクセルペダルの踏力が抜かれ、エンジンブレーキを要求された場合に、Ｕ相充電切替部７１０ｕをオンにし、回生制動及び運動エネルギーの回生を行ってもよい。

ＣＰＵ４０５は、モーターの減速時には、減速度が大きいほど第１のトルク制御において励磁区間信号Ｅｕを広める制御を行って、エネルギーの回生を行なうことにより、回生エネルギーを大きくするとともに、減速度が小さいときには、励磁区間信号Ｅｕを狭める制御を行って、急激な減速による不快感の発生を抑制できる。
［変形例］
本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。図２９は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両１５００は、モーター１５１０と、車輪１５２０とを有している。このモーター１５１０は、車輪１５２０を駆動する。さらに、モーター１５１０は、鉄道車両１５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター１５１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…ブラシレスモーター（モーター）
１５…ステーター
２０…ローター
１００、１００ｕ〜１００ｗ…電磁コイル
１１０…ケーシング
２００…永久磁石
２３０…回転軸
２６０…コイルバネ
３００…磁気センサー
３１０…回路基板
３２０…コネクタ
４０５…ＣＰＵ
４１０…基本クロック生成回路
４２０…分周器
４４０…正逆方向指示値レジスタ
４５０…乗算器
４５２…乗算器
４５４…乗算器
４６０…符号化部
４６２…符号化部
４６４…符号化部
４８０…電圧指令値レジスタ
４９２…電子可変抵抗器
４９４…第１の電圧比較器
４９６…第２の電圧比較器
５２１〜５２３…駆動波形形成部
５８５…電圧比較器
５９０…励磁区間設定部
５９２…制御部
５９４…第１カウンタ部
５９６…第２カウンタ部
５９８…カウンタ値記憶部
６００…第１の演算値記憶部
６０２…第２の演算値記憶部
６０４…第１の乗算回路
６０５…第２の乗算回路
６０６…演算回路
６０８…第１の演算結果記憶部
６１０…第２の演算結果記憶部
６１２…比較回路
６９０…三相駆動回路
６９０ｕ…駆動回路
６９５ｕ…レベルシフト回路
７００…回生制御部
７２０ｕ…インバーター回路
７３０ｕ…バッファー回路
７４０ｕ…整流回路
７５０ｕ…スイッチングトランジスタ
７５２ｕ…抵抗
７６０ｕ…スイッチングトランジスタ
８００…蓄電部
８１０…トルク変換操作レバー
８２０…アクセルペダル
８３０…ブレーキペダル
８４０…制御テーブル
１５００…鉄道車両
１５１０…モーター
１５２０…車輪
Ａ１〜Ａ３…トランジスタ
ＣＭ１…カウント値
ＤＲＶＡ１〜ＤＲＶＡ４…駆動信号
ＥＰ…励磁区間
Ｅｕ…励磁区間信号
Ｉｕ１…符号
Ｉｕ２…符号
Ｍｕ…乗算値
ＮＥＰ…非励磁区間
ＰＣＬ…クロック信号
Ｐｕ…正負符号信号
ＲＩ…正逆方向指示値
Ｒｖ…可変抵抗値
Ｓ１、Ｓ２…出力
ＳＤＣ…クロック信号
Ｓｎ…出力
Ｓｐ…出力信号
ＳＳＵ…センサー出力
ｕ１…端子
Ｖ１，Ｖ２…電圧
ＶＳ…電源電位
Ｘｕ…センサー出力値
Ｙｕ…電圧指令値

Claims (5)

1. 電気機械装置であって、
   独立結線された複数相の電磁コイルと、
   前記電磁コイルにＰＷＭ駆動信号を供給するためのＰＷＭ駆動回路と、
   前記ＰＷＭ駆動回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記電磁コイルに前記ＰＷＭ駆動信号を供給する区間としての励磁区間を設定する第１の制御と、
   前記ＰＷＭ駆動信号のデューティ比を変更する第２の制御と、
   を実行し、
   前記制御部は、前記第１の制御において、前記励磁区間の中心の位相を、前記電磁コイルに生じる逆起電力の最大値が生じる位相の値よりも早める進角制御を行うとともに、前記第２の制御において、第２の制御による変更後のＰＷＭ駆動信号のデューティ比を、正弦波を模擬するＰＷＭ駆動波形のデューティ比、で割った値であるゲインが１００％を越えるように前記デューティ比を増大させる、電気機械装置。
2. 請求項１に記載の電気機械装置において、
   前記ＰＷＭ駆動回路は３相駆動回路である、電気機械装置。
3. 請求項１または２に記載の電気機械装置において、
   前記進角制御における進角の大きさは、前記励磁区間の長さが短いほど大きく設定されている、電気機械装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気機械装置において、さらに、
   前記制御部は、前記第１の制御において、前記電気機械装置が高速で動作するほど、前記励磁区間を狭める制御を行う、電気機械装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気機械装置において、
   前記制御部は、前記電気機械装置の減速時には、減速度が大きいほど前記第１の制御において前記励磁区間を広める制御を行いつつ、エネルギーの回生を行う、電気機械装置。

Images