JP7367373B2 - モータ制御システム - Google Patents

Description

開示する技術は、駆動モータで移動する移動体に搭載されるモータ制御システムに関する。

モータは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する装置（電動機）である。モータは、制御も容易であることから、家電等、様々な分野で利用されている。一般に、モータは、小型で低出力のものが多いが、電車やエレベータ等を駆動する、比較的大型で高出力のモータ（駆動モータ）もある。発電所などでは、モータは発電機としても利用されている。

近年、駆動モータは、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。なお、開示する技術の技術分野では、マグネットの磁束の方向を示す軸（マグネットの中心軸に相当）をｄ軸と称し、ｄ軸に直交する方向の軸をｑ軸と称することが慣用されている。そして、例えば、特許文献２の段落００３５、００３７、及び００４５にも記載されているように、モータのコイルに通電される電流のうち、コイルでｄ軸方向の磁束を発生させる成分がｄ軸電流と称され、トルクの発生に寄与する成分がｑ軸電流と称することも慣用されている。

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、非常に広い範囲で高頻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、広範囲の出力特性を駆動モータで実現するには、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、高重量化するため、移動体にとっては不利となる。

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、それ自体が移動する移動体の駆動モータに好適なモータ制御システムを提供することにある。

開示する技術は、駆動モータで移動する移動体に搭載されるモータ制御システムに関する。

前記モータ制御システムは、前記移動体の駆動に要求される出力を検出する出力センサと、前記駆動モータに電力を供給するバッテリと、前記出力センサの検出値に基づいて設定される前記駆動モータの回転動力の要求量を、所定の出力範囲で出力するように前記駆動モータを制御する制御装置と、を備える。

前記駆動モータは、前記回転動力を出力し、かつ磁力可変マグネットが設置されたロータと、前記ロータとギャップを隔てて対向し、前記バッテリによって通電される複数のコイルが設置されたステータと、を有している。前記制御装置は、前記コイルに流れる駆動電流を制御して、前記回転動力の要求量を出力させるモータ出力制御部と、前記コイルに流れる磁化電流を制御して、前記磁力可変マグネットの磁力を変更する磁化制御部と、を有している。そして、前記磁力可変マグネットの大きさが、ｄ軸方向において、前記駆動電流によって前記コイルに発生する電磁力と略一致するように、前記磁化制御部が前記磁力可変マグネットの磁力を変更するように構成されている。

すなわち、このモータ制御システムは、移動体に搭載された駆動モータを制御するシステムであり、移動体とともに移動する。従って、電源にも、移動体に搭載可能なバッテリが用いられている。駆動モータは、いわゆる永久磁石型の同期モータであり、ステータには電磁力を発生させる複数のコイルが設置され、ロータには複数のマグネットが設置されている。

ただし、このモータ制御システムでは、そのマグネットに、磁力可変マグネットが用いられていて、その磁力が変更可能になっている。

そして、制御装置には、その磁力可変マグネットの磁力を変更する磁化制御部が設けられていて、その磁化制御部が、磁力可変マグネットの磁力を、コイルに発生する電磁力と略一致するように変更する。

磁力可変マグネットの磁力と、コイルに発生する電磁力とが略一致すると、力率は略１になり、最高レベルに力率が高められる。力率が高まれば、詳細は後述するが、駆動モータを軽量かつコンパクトにできるし、出力範囲の広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、それ自体が移動する移動体の駆動モータに好適なモータ制御システムを実現できる。

更に、前記モータ制御システムでは、前記出力範囲の負荷上限領域で発生する前記電磁力と略一致する磁力に、前記磁力可変マグネットの基準となるベース磁力が設定されている。

それにより、高負荷でも、力率は略１になる。従って、駆動モータを効率よく駆動させることができる。軽量かつコンパクトな駆動モータであっても出力不足が抑制でき、安定した移動を実現できる。そして、電磁力が小さくなる中負荷や低負荷では、磁力可変マグネットの磁力を、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、出力範囲の略全域で、力率を高めることができ、駆動モータを効率よく駆動させることができる。

前記モータ制御システムはまた、前記回転動力の要求量が、前記移動体の移動に寄与しない所定値以下となった場合に、前記磁力可変マグネットの磁力が前記ベース磁力にリセットされる、としてもよい。

移動体の場合、一気に急加速するような場合がある。ベース磁力が高負荷に対応した高いベース磁力に設定されているので、いわゆる空運転状態の時にベース磁力にリセットすることで、そのような急加速が行われた場合でも、駆動モータを適切に駆動することができる。

前記モータ制御システムはまた、前記出力範囲が複数の磁化領域に区画されていて、前記磁化領域の各々に応じて、前記磁化制御部が前記磁力可変マグネットの磁力を変更する、としてもよい。

そうすれば、磁力可変マグネットの磁力を変更する処理を、適切な頻度で効率よく行えるので、処理負担を低減できる。

前記モータ制御システムにおいて、前記移動体は自動車であるとしてもよい。要求されるモータ特性の観点から、自動車の駆動モータの制御に好適である。その場合、前記出力センサは、アクセルの開度を検出するアクセルセンサである、としてもよい。更にそのような場合、前記自動車が更にエンジンを備え、前記アクセルセンサの検出値に基づいて、前記駆動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。

いわゆるハイブリッド車であれば、駆動モータは、エンジンと協働して駆動するので、双方の出力の組み合わせにより、より良好な駆動を実現できる。バッテリの定格電圧が５０Ｖ以下であれば、高度な絶縁対策を施す必要がないので、低コスト、低重量化が図れ、燃費の向上にも役立つ。

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ので、バッテリや駆動モータをコンパクトにでき、移動体に好適なモータ制御システムを実現できる。

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。 駆動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。 磁力可変マグネットと力率との関係を説明するための図である。 駆動モータの出力範囲を例示する図である。 モータ制御システムを簡略化して示すシステム図である。 ＭＣＵが行う駆動モータの制御の一例を示すフローチャートである。 磁力変更制御の主な処理の流れ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。

＜移動体＞
図１に、開示する技術を適用した４輪の自動車１（移動体の一例）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および駆動モータ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、駆動モータ３よりもエンジン２が主体となっており、駆動モータ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）。駆動モータ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、駆動モータ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。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。アクセルセンサ５４、バッテリ１０、およびＭＣＵ２１は、モータ制御システムを構成している。

（駆動系の装置）
エンジン２は、例えばガソリンを燃量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。

駆動モータ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。駆動モータ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、駆動モータ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（締結状態）と、出力軸とシャフト３２とが分離した状態（非締結状態）とに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（締結状態）と、シャフト３２と変速機８の入力軸とが分離した状態（非締結状態）とに切り替え可能に構成されている。

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３５が設置されている。マグネット３５は、周方向にＳ極とＮ極とが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、各磁極を構成する複数の弧状の磁石で構成してもよい。

この駆動モータ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３５）。通常、この種の駆動モータ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。この駆動モータ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磁力可変マグネット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。磁力可変マグネット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、この磁力可変マグネット３５を利用して、駆動モータ３を軽量かつコンパクトにできるように、モータ制御システムが構成されている。モータ制御システムの詳細については後述する。

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に電線を所定の順序で巻き掛けることで複数のコイル３６が形成されている。これらコイル３６は、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。これらコイル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駆動モータ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、磁力可変マグネット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、駆動モータ３の作動を主に制御するユニットである（制御装置に相当）。ＴＣＵ２２は、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。

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、駆動モータ３に取り付けられており、駆動モータ３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、駆動モータ３に取り付けられており、磁力可変マグネット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（出力センサに相当）。

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系の各装置を制御することで、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が締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は非締結状態ないし部分締結状態となるように制御し、第２クラッチ７は締結状態となるように制御する。そうして、ＭＣＵ２１は、駆動モータ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。

＜モータ制御システム＞
ＭＣＵ２１は、駆動モータ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、駆動モータ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と駆動モータ３との間での出力の分配比率に従って、ＧＣＵ２４が、所定の出力範囲で駆動モータ３の回転動力の要求量を設定し、ＭＣＵ２１は、その要求量が出力されるように駆動モータ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、モータ出力制御部２１ａおよび磁化制御部２１ｂが設けられている。モータ出力制御部２１ａは、駆動モータ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、駆動モータ３に、回転動力の要求量を出力させる。

一方、磁化制御部２１ｂは、駆動モータ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、磁力可変マグネット３５の磁力を変更する。具体的には、磁力可変マグネット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、磁力可変マグネット３５の磁力を変更する。

力率とは、皮相電力（駆動モータ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、駆動モータ３の力率を高めることで、駆動モータ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。

駆動モータ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（このような初期状態の磁力をベース磁力Ｍｂともいう）。

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などの移動体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、このモータ制御システムでは、永久磁石に磁力可変マグネット３５が用いられ、ＭＣＵ２１に磁化制御部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。

図４の上図に、通常の永久磁石型を磁力可変マグネット３５に置き換えた場合での、負荷別での力率の変化を示す。中負荷では、ベース磁力Ｍｂがその負荷に合わせて設定されているため、力率は略１である。そして、高負荷では、電磁力が相対的に大きくなるため、力率は小さくなる（力率＜１）。

一方、低負荷では、その負荷に応じて電磁力は小さくなるが、磁力可変マグネット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うち、中負荷から低負荷の領域で力率を高めることができる。

更には、磁力可変マグネット３５のベース磁力Ｍｂは、駆動モータ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に設定するのが好ましい。すなわち、磁力可変マグネット３５の種類や素材、構造などを、当初から、駆動モータ３の出力に合わせて設計する。

そして、磁力可変マグネット３５が、駆動モータ３に要求される負荷（トルク）の上限値または上限値近くの値で出力する時の電磁力と略同一となる、強力な磁力を有するように着磁する。この駆動モータ３には、そのように設定された磁力可変マグネット３５（高磁力可変マグネット３５ともいう）が設置されている。

図４の下図に、高磁力可変マグネット３５の場合での、負荷別での力率の変化を示す。ベース磁力Ｍｂが負荷の略上限値に合わせて設定されているため、高負荷の力率は略１である。従って、この場合、高負荷でも駆動モータ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駆動モータ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、高磁力可変マグネット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、駆動モータ３を効率よく駆動させることができる。

このように、このモータ制御システムでは、駆動モータ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。

（駆動モータ３の出力範囲）
図５に、駆動モータ３の出力範囲を例示する。回転数別のトルク（負荷）の上限値を示す負荷上限ラインによって、出力範囲が画定されている。

具体的には、所定の回転数（ｒ１）までの低回転領域では、トルクの上限値は最大（Ｔ２）に保持される。低回転領域より回転数の高い中回転領域および高回転領域では、回転数がその上限値（ｒ２）に達するまで、トルクの上限値は次第に逓減している。

ＭＣＵ２１には、このような出力範囲を画定するマップやテーブルなどのデータが予め設定されている。モータ出力制御部２１ａは、そのデータを参照することにより、その出力範囲で駆動モータ３を制御する。

更に、このモータ制御システムでは、駆動モータ３の出力範囲が複数の磁化領域に区画されている。そして、これら磁化領域の各々に応じて、磁化制御部２１ｂが高磁力可変マグネット３５の磁力を変更するように構成されている。

図５に示すように、本実施形態では、駆動モータ３の出力範囲が第１～第４の４つの磁化領域Ｒｍに区画されている。具体的には、低回転側に偏在してトルクの最大値Ｔ２を含む高負荷の第１磁化領域Ｒｍ１、低回転側から高回転側に拡がるとともに、第１磁化領域Ｒｍ１よりも低負荷で中回転にトルクのピークを有する第２磁化領域Ｒｍ２、第２磁化領域Ｒｍ２よりも低負荷でトルクのピークが高回転側にシフトした第３磁化領域Ｒｍ３、第３磁化領域Ｒｍ３よりも低負荷で、駆動モータ３が空運転するトルク（自動車１の走行に寄与しないトルク）Ｔ１を含む第４磁化領域Ｒｍ４とに区画されている。

磁化領域Ｒｍの各々には、それぞれの出力に対応して、高力率化が図れる最適な磁力値（磁力最適値）が設定されている。例えば、第１磁化領域Ｒｍ１では、ベース磁力Ｍｂが磁力最適値に設定されている（第１磁力最適値）。第２磁化領域Ｒｍ２では、第１磁力最適値よりも低い磁力最適値が設定されている（第２磁力最適値）。そして、第３磁化領域Ｒｍ３では、第２磁力最適値よりも低い第３磁力最適値が設定され、第４磁化領域Ｒｍ４では、第３磁力最適値よりも低い第４磁力最適値が設定されている。

磁化制御部２１ｂは、自動車１の運転状態に基づいて最適な磁化領域Ｒｍを予測し、磁化領域Ｒｍが隣接している他の磁化領域Ｒｍに移行する場合には、高磁力可変マグネット３５の磁力を、その磁化領域Ｒｍに対応した磁力最適値に変更する。例えば、第１磁化領域Ｒｍ１から第２磁化領域Ｒｍ２に移行する場合には、駆動モータ３において減磁処理が実行され、高磁力可変マグネット３５の磁力が、第１磁力最適値から第２磁力最適値に変更される。

また例えば、第３磁化領域Ｒｍ３から第２磁化領域Ｒｍ２に移行する場合には、駆動モータ３において増磁処理が実行され、高磁力可変マグネット３５の磁力が、第３磁力最適値から第２磁力最適値に変更される。

（モータ制御システムの制御例）
図６に、モータ制御システムの簡略化したシステム図を示す。図７に、ＭＣＵ２１が行う駆動モータ３の制御の一例を示す。これらを参照しながら、駆動モータ３の具体的な制御の流れについて説明する。なお、駆動モータ３は、トルク電流指令Ｉｑ^＊と励磁電流指令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と駆動モータ３との間での出力の分配比率に従って、駆動モータ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（モータ出力制御部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（磁化制御部２１ｂ）は、適切な磁化領域Ｒｍ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）。磁化制御部２１ｂは、磁化状態指令値Φ^＊に基づいて、高磁力可変マグネット３５の磁力の変化量に相当する磁化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、高磁力可変マグネット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、上述したように、要求されたトルクを出力すると、磁化領域Ｒｍが他の磁化領域Ｒｍに移行する場合には、高磁力可変マグネット３５の磁力の変更が必要と判定し、要求されたトルクを出力しても、同じ磁化領域Ｒｍに位置する場合には、高磁力可変マグネット３５の磁力の変更は不要と判定する。

そして、ＭＣＵ２１は、高磁力可変マグネット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、駆動モータ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駆動モータ３を制御する。

すなわち、モータ出力制御部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３６群に通電されて、駆動モータ３が回転する（ステップＳ１０）。

一方、ＭＣＵ２１が、高磁力可変マグネット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、高磁力可変マグネット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、駆動モータ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）。

すなわち、駆動モータ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、高磁力可変マグネット３５は、その磁力が変更されて、ベース磁力Ｍｂにリセットされる。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。

高磁力可変マグネット３５の場合、高負荷に合わせてベース磁力Ｍｂが高い磁力に設定されているので、空運転時にベース磁力Ｍｂにリセットすることで、そのような急加速が行われた場合でも、駆動モータ３を適切に駆動することができる。

図８に、磁力変更制御の主な処理の流れを示す。磁化制御部２１ｂは、磁力変更制御が要求されると、磁化状態指令値Φ^＊に基づいて、磁化処理の方向を判定する。すなわち、高磁力可変マグネット３５の磁力を増やす処理（増磁処理）を実行するのか、高磁力可変マグネット３５の磁力を減らす処理（減磁処理）を実行するのかを判定する。磁化制御部２１ｂは更に、その増減する磁力の変化量を特定する。

そして、磁化制御部２１ｂは、モータ回転センサ５１の検出値に基づいて、ロータ３３のステータ３４に対する位置（回転方向の位置）が、磁化処理に適した位置にあるか否かを判定し（ステップＳ２１）、ロータ３３が適正な位置に位置する時に、磁化電流を出力する（ステップＳ２２）。磁化電流は、高磁力可変マグネット３５の保磁力よりも大きな電磁力を発生させるパルス状の電流である。増磁処理と減磁処理とでは、電磁力の磁力線の向きは逆になる。

磁化制御部２１ｂは、高磁力可変マグネット３５の磁力が、磁化状態指令値Φ^＊によって指示された磁力最適値と略同じか否かを判定し（ステップＳ２３）、高磁力可変マグネット３５の磁力がその磁力最適値と略同じになるまで、磁化処理を実行する。高磁力可変マグネット３５の磁力をリセットする場合には、ベース磁力Ｍｂと略同じになるまで、磁化処理を実行する。

そして、高磁力可変マグネット３５の磁力が、その磁力最適値またはベース磁力Ｍｂと略同じになれば、磁力変更制御を終了し、図７に示すように、通常のベクトル制御によって駆動モータ３を制御する（ステップＳ８～Ｓ１０）。

磁化変更制御により、力率が向上し、高磁力可変マグネット３５を、出力する回転動力に適した磁力にできるので、軽量かつコンパクトな駆動モータ３でも、広範囲な出力範囲で、安定した駆動を実現できる。その結果、自動車１の重量を軽量化できるので、燃費も向上できる。発電力も高めることができるので、よりいっそう燃費を向上できる。従って、このモータ制御システムは、自動車１などの移動体に好適である。

なお、開示する技術にかかるモータ制御システムは、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、移動体の具体例として自動車１（ハイブリッド車）を例に説明したが、開示する技術は様々なタイプの移動体に適用できる。自動車であっても、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輪車であってもよく、立ち乗りスクーターなどでもよい。

移動体は、船舶や、自走式の電車、航空機等であってもよい。人が搭乗して運転するタイプに限らず、無線によって操縦する無人タイプであってもよい。要するに、モータで移動する移動体に搭載されるものであれば、開示する技術は適用可能である。

実施形態で示した自動車１の構成や配置、駆動モータ３の出力範囲、磁化領域などは、例示である。これらは、仕様に応じて変更できる。

１ 自動車（移動体）
２ エンジン
３ 駆動モータ
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
２１ モータコントロールユニット（制御装置）
２１ａ モータ出力制御部
２１ｂ 磁化制御部
３２ シャフト
３３ ロータ
３４ ステータ
３５ マグネット（磁力可変マグネット）
３６ コイル
５０ エンジン回転センサ
５１ モータ回転センサ
５２ 電流センサ
５３ 磁力センサ
５４ アクセルセンサ（出力センサ）

Claims (6)

1. 駆動モータで移動する移動体に搭載されるモータ制御システムであって、
   前記移動体の駆動に要求される出力を検出する出力センサと、
   前記駆動モータに電力を供給するバッテリと、
   前記出力センサの検出値に基づいて設定される前記駆動モータの回転動力の要求量を、所定の出力範囲で出力するように前記駆動モータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記駆動モータは、
   前記回転動力を出力し、かつ磁力可変マグネットが設置されたロータと、
   前記ロータとギャップを隔てて対向し、前記バッテリによって通電される複数のコイルが設置されたステータと、
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記コイルに流れる駆動電流を制御して、前記回転動力の要求量を出力させるモータ出力制御部と、
   前記コイルに流れる磁化電流を制御して、前記磁力可変マグネットの磁力を変更する磁化制御部と、
   を有し、
   前記磁力可変マグネットの磁力の大きさが、ｄ軸方向において、前記駆動電流によって前記コイルに発生する電磁力と略一致するように、前記磁化制御部が前記磁力可変マグネットの磁力を変更するように構成されていて、前記出力範囲の負荷上限領域で発生する前記電磁力と略一致する磁力に、前記磁力可変マグネットの基準となるベース磁力が設定されている、モータ制御システム。
2. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記回転動力の要求量が、前記移動体の移動に寄与しない所定値以下となった場合に、前記磁力可変マグネットの磁力が前記ベース磁力にリセットされる、モータ制御システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記出力範囲が複数の磁化領域に区画されていて、前記磁化領域の各々に応じて、前記磁化制御部が前記磁力可変マグネットの磁力を変更する、モータ制御システム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載のモータ制御システムにおいて、
   前記移動体は、自動車である、モータ制御システム。
5. 請求項４に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記出力センサは、アクセルの開度を検出するアクセルセンサである、モータ制御システム。
6. 請求項５に記載のモータ制御システムにおいて、
   前記自動車が更にエンジンを備え、
   前記アクセルセンサの検出値に基づいて、前記駆動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、モータ制御システム。
   

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