JP6705331B2 - モータ、モータの制御方法、及びモータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ、モータの制御方法、及びモータの制御装置に関するものである。

モータにおいて、周方向に複数の爪状磁極を有する回転子鉄心と、回転子鉄心内に内包された界磁磁石とによって構成され、それら各爪状磁極が交互に異なる磁極に機能させるランデル型ロータを備えたランデル型モータが知られている（例えば特許文献１）。この特許文献１には、ランデル型ロータに加えて、周方向に複数の爪状磁極を有する固定子鉄心と、固定子鉄心に内包された環状巻線とによって構成され、それら各爪状磁極が交互に異なる磁極に機能させるランデル型ステータを備えたランデル型モータが開示されている。

このランデル型モータは、回転子（ロータ）及び固定子（ステータ）が共にランデル型で構成されていることから、マルチランデル型モータとも言われている。

特開２０１３−２２６０２６号公報

ところで、モータにおいて、トルク向上や出力（トルク、回転数）向上を図ることは常に考えられていることである。上記したマルチランデル型モータにおいても、トルク向上や出力向上を図ることが発明者にて検討されている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、トルク向上や出力向上を図ることができるモータ、モータの制御方法、及びモータの制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するモータは、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータと、前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧を制御する制御部とを備え、前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度に設定されたモータであって、前記制御部は、前記Ａ相入力電圧及び前記Ｂ相入力電圧の波形に対して、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形よりそれぞれ進み側の位相角を与え、通電幅を１８０度以下に設定する。

この構成によれば、制御部は、Ａ相及びＢ相入力電圧の波形に対して、各基本電圧波形よりそれぞれ進み側の位相角を与え、通電幅を１８０度以下に設定することから、モータの出力向上及びトルク向上が図れる（図６（ａ）（ｂ）参照）。

上記課題を解決するモータの制御方法は、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が２４〜４２度で通電幅が１５０〜１７０度に設定される。

この構成によれば、Ａ相及びＢ相入力電圧は、各基本電圧波形に対しそれぞれ進み側の位相角が２４〜４２度で通電幅が１５０〜１７０度に設定されることから、より確実にモータの出力向上が図れる（図６（ａ）参照）。

上記課題を解決するモータの制御方法は、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が０〜３６度（０を含まず）で通電幅が１５５〜１８０度に設定される。

この構成によれば、Ａ相及びＢ相入力電圧は、各基本電圧波形に対しそれぞれ進み側の位相角が０〜３６度（０を含まず）で通電幅が１５５〜１８０度に設定されることから、より確実にモータのトルク向上が図れる（図６（ｂ）参照）。

上記課題を解決するモータの制御方法は、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が２４〜３６度で通電幅が１５５〜１７０度に設定される。

この構成によれば、Ａ相及びＢ相入力電圧は、各基本電圧波形に対しそれぞれ進み側の位相角が２４〜３６度で通電幅が１５５〜１７０度に設定されることから、より確実にモータの出力向上とトルク向上との両立が図れる（図６（ａ）（ｂ）参照）。

上記課題を解決するモータの制御装置は、上記モータの制御方法にて設定されるＡ相及びＢ相入力電圧を生成してモータの制御を行う。
この構成によれば、トルク向上や出力向上が図れるモータの制御装置の提供が可能である。

本発明のモータ、モータの制御方法、及びモータの制御装置によれば、トルク向上や出力向上を図ることができる。

実施形態のモータの斜視図。 実施形態のステータの一部を切断したモータの分解斜視図。 実施形態のステータの一部を切断した径方向から見たモータの分解正面図。 実施形態のモータの駆動制御回路図。 （ａ）は入力電圧の基本電圧波形図、（ｂ）は（ａ）の位相角を変化させた波形図、（ｃ）は（ｂ）の位相角及び通電幅を変化させた波形図。 （ａ）は各位相角における通電幅に対する出力を示すグラフ、（ｂ）は各位相角における通電幅に対するトルクを示すグラフ。

以下、モータ（制御方法及び制御装置）の一実施形態を図に従って説明する。
図１は、本実施形態のモータＭの全体斜視図を示し、回転軸１にはロータ２が固着されている。そのロータ２の外側には、モータハウジング（図示せず）に固着されたステータ３が配置されている。モータＭは、図１において、上からマルチランデル型のＡ相モータＭａ、マルチランデル型のＢ相モータＭｂが順に積層された２層２相のマルチランデル型モータである。Ａ相モータＭａ及びＢ相モータＭｂは、それぞれマルチランデル型の単一モータとして構成されている。

（ロータ２）
図２及び図３に示すように、モータＭのロータ２は、ランデル型構造のＡ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂを積層した２層２相構造のロータである。Ａ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂは、同じ構成であって、それぞれ第１ロータコア１０、第２ロータコア２０及び界磁磁石３０から構成されている。

（第１ロータコア１０）
第１ロータコア１０は、電磁鋼板にて作製され、円環状をなす第１ロータコアベース１１を有している。第１ロータコアベース１１の中央位置には、回転軸１に外嵌固着するための貫通穴１２が形成されている。また、第１ロータコアベース１１の外周面１１ａには、等角度間隔に８個の同一形状の第１ロータ側爪状磁極１３が、径方向外側に突出されその先端が軸方向の第２ロータコア２０側に屈曲形成されている。

第１ロータ側爪状磁極１３において、第１ロータコアベース１１の外周面１１ａから径方向外側に突出した部分を第１ロータ側基部１３ｘとし、軸方向に屈曲された先端部分を第１ロータ側磁極部１３ｙとする。第１ロータ側基部１３ｘを軸方向から見たときの形状は、径方向外側にいくほど幅狭になる台形状をなしている。第１ロータ側磁極部１３ｙを径方向から見たときの形状は、長方形状をなしている。また、第１ロータ側磁極部１３ｙを軸方向から見たときの形状は、回転軸１の中心軸線Ｏを中心とした円周に沿った円弧形状をなしている。また、各第１ロータ側爪状磁極１３の周方向角度範囲は、隣り合う第１ロータ側爪状磁極１３間の隙間の角度範囲より小さく設定されている。

（第２ロータコア２０）
第２ロータコア２０は、第１ロータコア１０と同一材質及び同一形状であって、円環状をなす第２ロータコアベース２１を有している。第２ロータコアベース２１の中央位置には、回転軸１に外嵌固着するための貫通穴２２が形成されている。また、第２ロータコアベース２１の外周面２１ａには、等角度間隔に８個の同一形状の第２ロータ側爪状磁極２３が、径方向外側に突出されその先端が軸方向の第１ロータコア１０側に屈曲形成されている。

第２ロータ側爪状磁極２３において、第２ロータコアベース２１の外周面２１ａから径方向外側に突出した部分を第２ロータ側基部２３ｘとし、軸方向に屈曲された先端部分を第２ロータ側磁極部２３ｙとする。第２ロータ側基部２３ｘを軸方向から見たときの形状は、径方向外側にいくほど幅狭になる台形状をなしている。第２ロータ側磁極部２３ｙを径方向から見たときの形状は、長方形状をなしている。また、第２ロータ側磁極部２３ｙを軸方向から見たときの形状は、回転軸１の中心軸線Ｏを中心とした円周に沿った円弧形状をなしている。また、各第２ロータ側爪状磁極２３の周方向角度範囲は、隣り合う第２ロータ側爪状磁極２３間の隙間の角度範囲より小さく設定されている。

そして、第２ロータコア２０と第１ロータコア１０とは、軸方向から見て、それぞれ第２ロータコア２０の第２ロータ側爪状磁極２３が第１ロータコア１０の第１ロータ側爪状磁極１３間に位置するように配置固定される。このとき、第２ロータコア２０と第１ロータコア１０とは、軸方向において各ロータコアベース１１，２１間に界磁磁石３０が配置されるようにして組み付けられる。この組付状態では、第１ロータ側爪状磁極１３の先端面が第２ロータコアベース２１の磁石３０とは反対面と面一となり、第２ロータ側爪状磁極２３の先端面が第１ロータコアベース１１の磁石３０とは反対面と面一となる。

（界磁磁石３０）
界磁磁石３０は、フェライト焼結磁石等よりなる円環板状の永久磁石である。界磁磁石３０は、その中央位置に回転軸１を貫通させる貫通穴３２が形成されている。そして、界磁磁石３０の一側面が第１ロータコアベース１１と当接し、他側面が第２ロータコアベース２１と当接するようにして、界磁磁石３０は第１及び第２ロータコアベース１１，２１間に挟持固定される。界磁磁石３０の外径は、第１及び第２ロータコアベース１１，２１の外径と一致するように設定されている。界磁磁石３０は、軸方向に磁化されていて、第１ロータコア１０側をＮ極、第２ロータコア２０側をＳ極となるように磁化されている。従って、この界磁磁石３０によって、第１ロータコア１０の第１ロータ側爪状磁極１３はＮ極として機能し、第２ロータコア２０の第２ロータ側爪状磁極２３はＳ極として機能する。

このように第１及び第２ロータコア１０，２０と界磁磁石３０とから構成されたＡ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂは、所謂ランデル型構造のロータとなる。Ａ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂは、Ｎ極となる第１ロータ側爪状磁極１３とＳ極となる第２ロータ側爪状磁極２３とが周方向に交互に配置され、磁極数が１６極（極数対が８個）のロータとなる。そして、Ａ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂは、軸方向に積層されて２層２相のランデル型のロータ２として構成される。

また、Ａ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂの積層構造において、Ａ相ロータ２ａとＢ相ロータ２ｂとは、それぞれの第２ロータコア２０同士を当接させて積層される。また、Ａ相ロータ２ａの第２ロータ側爪状磁極２３（第１ロータ側爪状磁極１３）に対し、Ｂ相ロータ２ｂの第２ロータ側爪状磁極２３（第１ロータ側爪状磁極１３）が反時計回り方向に電気角θ２（４５度）だけずらして積層される。

（ステータ３）
図２及び図３に示すように、ロータ２の径方向外側に配置されたステータ３は、ランデル型構造のＡ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂを積層した２層２相構造のステータである。Ａ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂは、径方向内側において対応するＡ相ロータ２ａ及びＢ相ロータ２ｂとそれぞれ対向するように軸方向に積層されている。Ａ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂは、同じ構成であって、それぞれ第１ステータコア４０、第２ステータコア５０及びコイル部６０とから構成されている。

（第１ステータコア４０）
第１ステータコア４０は、電磁鋼板にて作製され、円環状をなす第１ステータコアベース４１を有している。第１ステータコアベース４１の径方向外側部には、軸方向に円筒状に延びる第１ステータ側円筒外壁４２が形成されている。また、第１ステータコアベース４１の内周面４１ａには、等角度間隔に８個の同形状の第１ステータ側爪状磁極４３が、径方向内側に突出されその先端が軸方向の第２ステータコア５０側に屈曲形成されている。

第１ステータ側爪状磁極４３において、第１ステータコアベース４１の内周面４１ａから径方向内側に突出した部分を第１ステータ側基部４３ｘとし、軸方向に屈曲された先端部分を第１ステータ側磁極部４３ｙとする。第１ステータ側基部４３ｘを軸方向から見たときの形状は、径方向内側にいくほど幅狭になる台形状をなしている。第１ステータ側磁極部４３ｙを径方向から見たときの形状は、長方形状をなしている。また、第１ステータ側磁極部４３ｙを軸方向から見たときの形状は、回転軸１の中心軸線Ｏを中心とした円周に沿った円弧形状をなしている。また、各第１ステータ側爪状磁極４３の周方向角度範囲は、隣り合う第１ステータ側爪状磁極４３間の隙間の角度範囲より小さく設定されている。

（第２ステータコア５０）
第２ステータコア５０は、第１ステータコア４０と同一材質及び同一形状であって、円環状をなす第２ステータコアベース５１を有している。第２ステータコアベース５１の径方向外側部には、軸方向に円筒状に延びる第２ステータ側円筒外壁５２が形成されている。この第２ステータ側円筒外壁５２と第１ステータ側円筒外壁４２とは、軸方向に当接するようになっている。第２ステータコアベース５１の内周面５１ａには、等角度間隔に８個の同形状の第２ステータ側爪状磁極５３が、径方向内側に突出されその先端が軸方向の第１ステータコア４０側に屈曲形成されている。

第２ステータ側爪状磁極５３において、第２ステータコアベース５１の内周面５１ａから径方向内側に突出した部分を第２ステータ側基部５３ｘとし、軸方向に屈曲された先端部分を第２ステータ側磁極部５３ｙとする。第２ステータ側基部５３ｘを軸方向から見たときの形状は、径方向内側にいくほど幅狭になる台形状をなしている。第２ステータ側磁極部５３ｙを径方向から見たときの形状は、長方形状をなしている。また、第２ステータ側磁極部５３ｙを軸方向から見たときの形状は、回転軸１の中心軸線Ｏを中心とした円周に沿った円弧形状をなしている。また、各第２ステータ側爪状磁極５３の周方向角度範囲は、隣り合う第２ステータ側爪状磁極５３間の隙間の角度範囲より小さく設定されている。

そして、第２ステータコア５０と第１ステータコア４０とは、第１ステータ側円筒外壁４２と第２ステータ側円筒外壁５２とを当接させるとともに、軸方向から見て、それぞれ第２ステータコア５０の第２ステータ側爪状磁極５３が第１ステータコア４０の第１ステータ側爪状磁極４３間に位置するように配置固定される。このとき、第１及び第２ステータコアベース４１，５１、第１及び第２ステータ側円筒外壁４２、５２、及び第１及び第２ステータ側爪状磁極４３，５３の内側には断面長方形状の環状空間が形成され、この空間にコイル部６０が配置されるようにして組み付けられる。この組付状態では、第１ステータ側爪状磁極４３の先端面が第２ステータコアベース５１のコイル部６０とは反対側面と面一となり、第２ステータ側爪状磁極５３の先端面が第１ステータコアベース４１のコイル部６０とは反対側面と面一となる。

（コイル部６０）
コイル部６０は、環状巻線６１を有し、その周囲が樹脂モールドよりなるコイル絶縁層６２にて覆われてなる。そして、コイル部６０は、第１及び第２ステータコアベース４１，５１、第１及び第２ステータ側円筒外壁４２、５２、及び第１及び第２ステータ側爪状磁極４３，５３の各内側面に当接するようにしてその内側面間の環状空間に収容される。

このように第１及び第２ステータコア４０，５０とコイル部６０とから構成されたＡ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂは、所謂ランデル型構造のステータとなる。Ａ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂは、第１及び第２ステータコア４０，５０間の環状巻線６１にて第１及び第２ステータ側爪状磁極４３，５３をその時々で互いに異なる磁極に励磁する１６極の所謂ランデル型構造のステータとなる。そして、Ａ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂは、軸方向に積層されて２層２相のランデル型のステータ３として構成される。

また、Ａ相ステータ３ａ及びＢ相ステータ３ｂの積層構造において、Ａ相ステータ３ａとＢ相ステータ３ｂとは、それぞれの第２ステータコア５０同士を当接させて積層される。また、Ａ相ステータ３ａの第１ステータ側爪状磁極４３（第２ステータ側爪状磁極５３）に対し、Ｂ相ステータ３ｂの第１ステータ側爪状磁極４３（第２ステータ側爪状磁極５３）が時計回り方向に電気角θ１（４５度）だけずらして積層される。

つまりこれにより、ステータ３側のＡ相及びＢ相ステータ３ａ，３ｂのずれ方向と、ロータ２側のＡ相及びＢ相ロータ２ａ，２ｂのずれ方向とが逆方向となっており、それぞれ４５度ずつずれていることから、ステータ３側のＡ相及びＢ相ステータ３ａ，３ｂとロータ２側のＡ相及びＢ相ロータ２ａ，２ｂとは電気角で９０度（電気角θ１＋｜θ２｜）ずれるようにして構成されている。そして、Ａ相ステータ３ａのコイル部６０（環状巻線６１）には２相交流電源のうちのＡ相入力電圧ｖａが印加され、Ｂ相ステータ３ｂのコイル部６０（環状巻線６１）には２相交流電源のうちのＢ相入力電圧ｖｂが印加される。

次に、上記のように構成した２層２相のランデル型のモータＭの駆動制御態様について図４を用いて説明する。
図４に示すように、駆動制御回路７０は、Ａ相駆動回路部７１、Ｂ相駆動回路部７２、及び、両駆動回路部７１，７２を駆動制御する制御回路７３を有している。

（Ａ相駆動回路部７１）
Ａ相駆動回路部７１は、４個のＭＯＳトランジスタＱａ１，Ｑａ２，Ｑａ３，Ｑａ４を用いたフルブリッジ回路にて構成される。４個のＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａ４は、Ａ相ステータ３ａの環状巻線６１（以下、Ａ相環状巻線６１ａという）を挟んで、襷掛けに接続されたＭＯＳトランジスタＱａ１，Ｑａ４の組とＭＯＳトランジスタＱａ２，Ｑａ３の組とに分かれる。そして、２つの組のＭＯＳトランジスタＱａ１，Ｑａ４とＭＯＳトランジスタＱａ２，Ｑａ３とを交互にオン・オフさせることによって、Ａ相駆動回路部７１に供給される例えば１２ボルトの直流電源ＧからＡ相入力電圧ｖａを生成してＡ相環状巻線６１ａに印加する。

（Ｂ相駆動回路部７２）
Ｂ相駆動回路部７２は、同じく４個のＭＯＳトランジスタＱｂ１，Ｑｂ２，Ｑｂ３，Ｑｂ４を用いたフルブリッジ回路にて構成される。４個のＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂ４は、Ｂ相ステータ３ｂの環状巻線６１（以下、Ｂ相環状巻線６１ｂという）を挟んで、襷掛けに接続されたＭＯＳトランジスタＱｂ１，Ｑｂ４の組とＭＯＳトランジスタＱｂ２，Ｑｂ３の組とに分かれる。そして、２つの組のＭＯＳトランジスタＱｂ１，Ｑｂ４とＭＯＳトランジスタＱｂ２，Ｑｂ３とを交互にオン・オフさせることによって、同じく直流電源ＧからＢ相入力電圧ｖｂを生成してＢ相環状巻線６１ｂに印加する。

（制御回路７３）
制御回路７３は、Ａ相駆動回路部７１の各ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａ４のゲート端子にそれぞれ出力する駆動信号Ｓａ１〜Ｓａ４を生成する。つまり、制御回路７３は、ＭＯＳトランジスタＱａ１，Ｑａ４の組とＭＯＳトランジスタＱａ２，Ｑａ３の組を交互にオン・オフさせて、Ａ相環状巻線６１ａの通電を制御するための駆動信号Ｓａ１〜Ｓａ４を生成している。

また、制御回路７３は、Ｂ相駆動回路部７２の各ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂ４のゲート端子にそれぞれ出力する駆動信号Ｓｂ１〜Ｓｂ４を生成する。つまり、制御回路７３は、ＭＯＳトランジスタＱｂ１，Ｑｂ４の組とＭＯＳトランジスタＱｂ２，Ｑｂ３の組を交互にオン・オフさせて、Ｂ相環状巻線６１ｂの通電を制御するための駆動信号Ｓｂ１〜Ｓｂ４を生成している。

ここで、図５（ａ）において、Ａ相及びＢ相環状巻線６１ａ，６１ｂに印加させるＡ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αを示す。Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの位相差は、本実施形態では９０度に設定されている。また、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αの正側及び負側の各極性の通電幅θｗはそれぞれ１８０度である。本発明者は、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αから進み側に位相を変化させ（位相角θｄの設定）、またそれに伴い通電幅θｗを１８０度から小さく変化させたときのモータＭのトルクや出力（トルク、回転数）の変化を検討した。

ちなみに、図５（ｂ）に示す電圧波形は、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αに対し、進み側の位相角θｄのみを設定した第１電圧波形βである。また、図５（ｃ）に示す電圧波形は、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αに対し、進み側の位相角θｄを設定するとともに、それに伴って通電幅θｗを１８０度から小さくした第２電圧波形γである。通電幅θｗは、中央位置を基準として立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジを同等に変更し、その中央位置にて対称形状に変更する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの基本電圧波形αに対する位相角θｄ及び通電幅θｗの変化と、モータＭの出力及びトルクの変化を示している。

具体的に、図６（ａ）は、位相角θｄが０度（基本電圧波形α）、１２度、２４度、３６度、４２度の各角度において、通電幅θｗを１２０〜１８０度の範囲で１０度ごとに変化させたときのモータＭの出力変化（トルク、回転数）をグラフとしたものである。

図６（ａ）から明らかなように、位相角θｄを０度より大きく、通電幅θｗを１８０度以下に設定した場合の出力値は、位相角θｄが０度かつ通電幅θｗが１８０度のとき、すなわち基本電圧波形αのときの出力値である第１基準値Ｘ１を上回る。

また、位相角θｄが０度のとき、通電幅θｗが１４０度付近でモータＭの出力が最大値となる。このときの出力値を第２基準値Ｘ２とするとき、第２基準値Ｘ２を上回るような位相角θｄ及び通電幅θｗの範囲は、位相角θｄが１２度のとき通電幅θｗが１２５〜１６５度である。出力の最大値は通電幅θｗが１５０±５度付近である。また、位相角θｄが２４度のとき通電幅θｗが１２５〜１７５度で出力が第２基準値Ｘ２を上回り、出力の最大値は通電幅θｗが１５５±５度付近である。また、位相角θｄが３６度のとき通電幅θｗが１２５〜１８０度で出力が第２基準値Ｘ２を上回り、出力の最大値は通電幅θｗが１６０±５度付近である。また、位相角θｄが４２度のとき通電幅θｗが１３０〜１８０度で出力が第２基準値Ｘ２を上回り、出力の最大値は通電幅θｗが１６０±５度付近である。少なくとも位相角θｄが０度から４２度までの範囲では、モータＭの出力の最大値も大きい。

これらから、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの位相角θｄ及び通電幅θｗの設定に際し、基本電圧波形αに対する進み側の位相角θｄを０度より大きく、通電幅θｗを１８０度以下とすれば、モータＭの出力向上を図ることが可能である。さらに、基本電圧波形αに対する進み側の位相角θｄを２４〜４２度、通電幅θｗを１５０〜１７０度とすれば、より確実にモータＭの出力向上を図ることが可能である。

図６（ｂ）は、位相角θｄが０度（基本電圧波形α）、１２度、２４度、３６度、４２度の各角度において、通電幅θｗを１２０〜１８０度の範囲で１０度ごとに変化させたときのモータＭのトルク変化をグラフとしたものである。

図６（ｂ）から明らかなように、位相角θｄを０度より大きく、通電幅θｗを１８０度以下に設定した場合のトルクは、位相角θｄが０度かつ通電幅θｗが１８０度のとき、すなわち基本電圧波形αのときのトルクである基準値Ｙを上回る。

また、位相角θｄが０度のとき、通電幅θｗを１８０度から１２０度まで小さくするとモータＭのトルクは次第に大きくなる。換言すると、位相角θｄが０度の場合では、通電幅θｗを１２０度から１８０度まで大きくすると、モータＭのトルクは次第に小さくなる。位相角θｄが０度のときのトルクの変化を基準曲線Ｚとすると、これを上回るような位相角θｄ及び通電幅θｗの範囲は、位相角θｄが１２度のとき通電幅θｗが１３５〜１８０度である。また、位相角θｄが２４度のとき通電幅θｗが１４５〜１８０度でトルクが基準曲線Ｚを上回る。また、位相角θｄが３６度のとき通電幅θｗが１５５〜１８０度でトルクが基準曲線Ｚを上回る。また、位相角θｄが４２度のとき通電幅θｗが１６０〜１８０度でトルクが基準曲線Ｚを上回る。

また上記のように、位相角θｄを０度以外の１２度，２４度，３６度，４２度に設定する場合、より確実に基準曲線Ｚを上回るような通電幅θｗは１６０〜１８０度である。さらに、位相角θｄが４２度のときのトルクは、位相角θｄが３６度のときのトルクよりも全体的に下回るため、４２度を含まないで位相角θｄを設定する場合、より確実に基準曲線Ｚを上回るような通電幅θｗは１５５〜１８０度である。

これらから、Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの位相角θｄ及び通電幅θｗの設定に際し、基本電圧波形αに対する進み側の位相角θｄを０度より大きく、通電幅θｗを１８０度以下とすれば、モータＭのトルク向上を図ることが可能である。さらに、基本電圧波形αに対する進み側の位相角θｄを０〜４２度（０は含まず）、通電幅θｗを１６０〜１８０度とすれば、より確実にモータＭのトルク向上を図ることが可能である。また、４２度を除いた位相角θｄを０〜３６度（０は含まず）では、通電幅θｗを１５５〜１８０度とすれば、より確実にモータＭのトルク向上を図ることが可能である。

さらに、図６（ａ）及び図６（ｂ）の両特性を考慮し高出力及び高トルクの両立を図るには、位相角θｄを２４〜３６度、通電幅θｗを１５５〜１７０度に設定するのが好ましい。

位相角θｄを０度、通電幅θｗを１８０度（基本電圧波形α）に設定する場合、モータＭのコイル部６０にて発生する誘起電圧に対し電流の立ち下がりが遅れることで、誘起電圧の符号と電流の符号とが逆向きになる期間が存在し、マイナストルクが発生する。一方、通電幅θｗを１５５〜１７０度に設定する場合、第１及び第２ステータ側爪状磁極４３，５３の極性の切り替え時に無通電区間が設けられ、その間に電流の立ち下がりが完了する。これにより、誘起電圧の符号と電流の符号とが逆向きになる期間が短くなり、マイナストルクの発生が抑制される。また、通電幅θｗを１５５〜１７０度に設定することで、ロータ２及びステータ３間の磁気吸引力に有効な範囲のみで通電を行うことができる。さらに、進み側の位相角θｄを２４〜３６度に設定する場合、電流の立ち上がりが前倒しされ、電流の立ち下がりの遅れによるマイナストルクの発生が抑制される。

このように通電幅θｗ及び位相角θｄを適切な数値に設定することによって、マイナストルクの発生が抑制され、モータＭの出力及びトルクの向上に繋がる。そして、本実施形態では、上記範囲内の位相角θｄ及び通電幅θｗのＡ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの生成が行われ、モータＭの回転駆動が行われる。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）Ａ相及びＢ相環状巻線６１ａ，６１ｂに印加するＡ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの波形において、基本電圧波形αに対してそれぞれ進み側の位相角θｄを０度より大きく、通電幅θｗを１８０度以下に設定すれば（図６（ａ）（ｂ）参照）、モータＭの出力向上及びトルク向上を図ることができる。

（２）Ａ相及びＢ相環状巻線６１ａ，６１ｂに印加するＡ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの波形において、基本電圧波形αに対してそれぞれ進み側の位相角θｄを２４〜４２度で通電幅θｗを１５０〜１７０度に設定すれば（図６（ａ）参照）、より確実にモータＭの出力向上を図ることができる。

（３）Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの波形において、基本電圧波形αに対してそれぞれ進み側の位相角θｄを０〜３６度（０を含まず）で通電幅θｗを１５５〜１８０度に設定すれば、より確実にモータＭのトルク向上を図ることができる。

（４）Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの波形において、基本電圧波形αに対してそれぞれ進み側の位相角θｄを２４〜３６度で通電幅θｗを１５５〜１７０度に設定すれば、モータＭの出力向上とトルク向上との両立を図ることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・Ａ相及びＢ相入力電圧ｖａ，ｖｂの進み側の位相角θｄ及び通電幅θｗの設定の組み合わせは、モータＭの出力向上やトルク向上が図れる範囲で適宜変更してもよい。

・モータＭのロータ２及びステータ３の構成は一例であり、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、ステータコア４０，５０及びロータコア１０，２０は共に電磁鋼板にて作製されていたが、電磁鋼板に代えて、圧縮成形により成形された圧粉磁心材料を用いてもよい。例えば、鉄粉等の磁性粉末と樹脂等の絶縁物を混ぜて金型で加熱プレス成形してステータコア４０，５０及びロータコア１０，２０を作るようにする。この場合、ステータコア４０，５０及びロータコア１０，２０の設計の自由度が高くなり、製造プロセスが非常に簡単になる。また、磁性粉末と絶縁物との配分量を調整することで、渦電流の抑制量を容易に調整することができる。

２…ロータ、２ａ…Ａ相ロータ、２ｂ…Ｂ相ロータ、３…ステータ、３ａ…Ａ相ステータ、３ｂ…Ｂ相ステータ、１０…第１ロータコア（ロータコア）、１３…第１ロータ側爪状磁極（爪状磁極）、２０…第２ロータコア（ロータコア）、２３…第２ロータ側爪状磁極（爪状磁極）、３０…界磁磁石、４０…第１ステータコア（ステータコア）、４３…第１ステータ側爪状磁極（爪状磁極）、５０…第２ステータコア（ステータコア）、５３…第２ステータ側爪状磁極（爪状磁極）、６１ａ…Ａ相環状巻線（巻線）、６１ｂ…Ｂ相環状巻線（巻線）、７０…駆動制御回路（制御部）、Ｍ…モータ、ｖａ…Ａ相入力電圧、ｖｂ…Ｂ相入力電圧、θｄ…位相角、θｗ…通電幅。

Claims (5)

1. 等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、
   等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータと、
   前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧を制御する制御部とを備え、
   前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度に設定されたモータであって、
   前記制御部は、前記Ａ相入力電圧及び前記Ｂ相入力電圧の波形に対して、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形よりそれぞれ進み側の位相角を与え、通電幅を１８０度以下に設定することを特徴とするモータ。
2. 等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、
   等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、
   前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、
   前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が２４〜４２度で通電幅が１５０〜１７０度に設定されることを特徴とするモータの制御方法。
3. 等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、
   等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、
   前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、
   前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が０〜３６度（０を含まず）で通電幅が１５５〜１８０度に設定されることを特徴とするモータの制御方法。
4. 等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＡ相用ロータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のロータコア間に界磁磁石を配置したＢ相用ロータとを積層した２層ロータと、
   等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＡ相用ステータと、等角度間隔に複数の爪状磁極を有する一対のステータコア間に巻線を配置したＢ相用ステータとを積層した２層ステータとを備え、
   前記Ａ相用ステータ及び前記Ａ相用ロータと、前記Ｂ相用ステータ及び前記Ｂ相用ロータとの相対配置角度が電気角で９０度とした構成のモータの制御方法であって、
   前記Ａ相用巻線に印加するＡ相入力電圧及び前記Ｂ相用巻線に印加するＢ相入力電圧は、Ａ相及びＢ相用基本電圧波形に対し、それぞれ進み側の位相角が２４〜３６度で通電幅が１５５〜１７０度に設定されることを特徴とするモータの制御方法。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のモータの制御方法にて設定されるＡ相及びＢ相入力電圧を生成してモータの制御を行うことを特徴とするモータの制御装置。

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