JP7453549B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転電機の制御装置に関する。

例えば、最小の駆動電流（最小の電流振幅）で、回転電機（モータ）の出力トルクが目標トルク（指令トルク値）を実現するように、駆動電流の位相（電流位相）を制御する制御手法（以下、「最大トルク制御」）が知られている（特許文献１参照）。

特許２０１４－１０７９２８号公報

しかしながら、最大トルク制御のように、電流振幅が相対的に小さくなるような電流位相の領域を用いることで、回転電機の銅損を相対的に小さくすることができる一方、回転電機の鉄損が相対的に大きくなってしまう可能性がある。そのため、鉄損が銅損よりも大きい回転電機について、最大トルク制御のような制御手法を採用すると、鉄損及び銅損を合わせた全損失が相対的に大きくなり、回転電機の運転効率が相対的に低くなる可能性がある。

本開示は、銅損よりも鉄損が大きい回転電機の運転効率を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

本開示に係る一実施形態では、
電力変換装置を用いて回転電機の動作点を制御し、前記回転電機の同じ負荷条件を少なくとも２以上の動作点により制御可能に構成される制御部を備え、
前記制御部は、前記回転電機のコイルの温度が所定の温度以下の場合、第１の動作点で前記回転電機を制御し、前記コイルの温度が前記所定の温度より高い場合、前記第１の動作点の場合よりも電流振幅が小さく且つ電流位相が遅角された第２の動作点で前記回転電機を制御する、
制御装置が提供される。

本実施形態によれば、制御装置は、コイルの温度が相対的に低い状況において、電流振幅が相対的に小さくなるような電流位相（第２の動作点）から進角された電流位相（第１の動作点）で回転電機を運転することができる。そのため、制御装置は、銅損よりも鉄損が大きい回転電機について、回転電機の鉄損を相対的に低減させることで、鉄損及び銅損を合わせた全損失を低減させ、回転電機の運転効率を向上させることができる。

また、上述の実施形態において、
前記第２の動作点では、前記第１の動作点よりも前記回転電機の鉄損が大きく、且つ、前記回転電機の銅損が小さく、且つ、前記鉄損及び前記銅損を合わせた前記回転電機の全損失が大きくなってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記コイルの温度に関する情報を取得する温度情報取得部を備え、
前記制御部は、前記温度情報取得部により取得される情報に基づき、前記回転電機の動作点を決定してもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機の動作点を前記第１の動作点から前記第２の動作点に移行させる場合の前記所定の温度は、前記回転電機の動作点を前記第２の動作点から前記第１の動作点に移行させる場合の前記所定の温度よりも高くてもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機は、前記電流振幅に対して出力トルクが最大になる所定の電流位相での運転時に鉄損が銅損の３倍以上であってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機は、表面磁石同期電動機であり、
前記第１の動作点の前記電流位相は、２０°～５０°の範囲にあり、
前記第２の動作点の前記電流位相は、０°～１０°の範囲にあり、
前記第１の動作点と前記第２の動作点との間の前記電流位相の差は、２０°以上であってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機は、磁石埋込同期電動機であり、
前記第１の動作点の前記電流位相は、３０°～７０°の範囲にあり、
前記第２の動作点の前記電流位相は、１０°～４０°の範囲にあり、
前記第１の動作点と前記第２の動作点との間の前記電流位相の差は、２０°以上であってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記第１の動作点において、前記電流位相は、前記回転電機の効率が最大になる第１の位相角、又はその近傍であってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記第２の動作点において、前記電流位相は、前記電流振幅に対して前記回転電機のトルクが最大になる第２の位相角、又はその近傍であってもよい。

また、上述の実施形態において、
前記コイルの軸方向の一端部、軸方向の他端部、径方向の内端部、及び径方向の外端部のうちの少なくとも３つは、コアに覆われていてもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機は、クローポール型の電機子を含んでもよい。

また、上述の実施形態において、
前記回転電機は、アウタロータ型であり、ステータが電機子であってもよい。

上述の実施形態によれば、銅損よりも鉄損が大きい回転電機の運転効率を向上させることができる。

モータ制御システムの構成の一例を示す図である。 クローポールモータ（回転子）の一例を示す斜視図である。 固定子の一例を示す斜視図である。 クローポールモータの一例を示す縦断面図である。 回転子の他の例を示す横断面図である。 固定子ユニットの構成の一例を示す分解図である。 固定子ユニットの構成の他の例を示す分解図である。 制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 クローポールモータの電流位相と出力トルク及び運転効率との関係の一例を示す図である。 クローポールモータの電流位相と出力トルク及び運転効率との関係の他の例を示す図である。 クローポールモータの制御方法の一例の概要を説明する図である。 クローポールモータの制御方法の他の例の概要を説明する図である。 制御装置によるクローポールモータの動作点の移行に関する制御処理の第１例を説明する図である。 制御装置によるクローポールモータの動作点の移行に関する制御処理の第２例を説明する図である。 制御装置によるクローポールモータの動作点の移行に関する制御処理の第３例を説明する図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。

［モータ制御システムの構成］
最初に、図１を参照して、モータ制御システム１について説明する。

図１は、本実施形態に係るモータ制御システム１の構成の一例を示す図である。

モータ制御システム１は、制御装置５００によりクローポールモータ１００の駆動制御を行う。

図１に示すように、モータ制御システム１は、クローポールモータ１００と、電力変換装置２００と、電流センサ３００と、温度センサ４００と、制御装置５００とを含む。

クローポールモータ（「クローポール電動機」とも称する）１００（回転電機の一例）は、モータ制御システム１の制御対象の同期電動機（ＳＭ：Synchronous Motor）である。クローポールモータ１００は、例えば、空気調和機の圧縮機、ファン等に搭載され、これらを駆動する。

電力変換装置２００は、制御装置５００の制御下で、交流電源ＰＳから供給される三相交流電力（Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相）に基づき、所定の電圧及び周波数の三相交流電力（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）を生成し、クローポールモータ１００に供給する。

電力変換装置２００は、整流回路２０２と、平滑回路２０４と、インバータ回路２０６とを含む。

整流回路２０２は、交流電源ＰＳから供給されるＲ相、Ｓ相、及びＴ相の三相交流電力を整流し、所定の直流電力を平滑回路２０４に出力する。整流回路２０２は、例えば、６つのダイオードがブリッジ接続されるブリッジ型全波整流回路である。

平滑回路２０４は、整流回路２０２から出力される直流電力やインバータ回路２０６から回生される直流電力の脈動を抑制し、平滑化する。平滑回路２０４は、例えば、整流回路２０２とインバータ回路２０６との間を接続する正ライン及び負ラインの間を接続する経路に設けられる平滑コンデンサを含む。また、平滑回路２０４は、例えば、正ライン或いは負ラインに設けられる直流リアクトルを含む。

インバータ回路２０６は、平滑回路２０４から出力される直流電力を所定の周波数や所定の電圧を有する、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流電力に変換してクローポールモータ１００に出力する。インバータ回路２０６は、例えば、６つのスイッチング素子を含み、２つのスイッチング素子により構成される、上下アーム（スイッチレグ）の組み合わせが、正ライン及び負ラインの間に３組並列接続される。そして、インバータ回路２０６は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれに対応する上下アームの中間点からＵ相、Ｖ相、及びＷ相の交流電力を出力する。また、インバータ回路２０６は、例えば、６つの環流ダイオードを含み、６つのスイッチング素子には、それぞれ、環流ダイオードが並列接続される。

電流センサ３００は、クローポールモータ１００（コイル２１２）に流れる電流を検出する。電流センサ３００は、クローポールモータ１００（コイル２１２）に流れる電流に関する信号を出力し、その出力信号は、所定の通信回線を通じて、制御装置５００に取り込まれる。

所定の通信回線は、例えば、一対一の通信線である。また、所定の通信回線には、例えば、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器（例えば、上述のファンや圧縮機尾が搭載される空気調和機）が設置される施設内のローカルネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）が含まれてもよい。この場合、ローカルネットワークは、有線であってもよいし、無線であってもよいし、その双方を含む態様であってもよい。また、所定の通信回線には、例えば、広域ネットワーク（ＷＡＮ：Wide Area Network）が含まれてもよい。この場合、広域ネットワークには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等が含まれてよい。また、所定の通信回線には、例えば、ＷｉＦｉやブルートゥース（登録商標）等の所定の無線通信規格に基づく近距離通信回線が含まれてもよい。また、所定の通信回路の規格に応じて、電流センサ３００の出力信号が演算処理され、演算処理後の信号が、所定の通信回路を通じて制御装置５００に取り込まれてもよい。以下、温度センサ４００の出力信号についても同様であってよい。例えば、電流センサ３００の出力信号を電流振幅に換算した信号が、所定の通信回路を通じて制御装置５００に取り込まれてもよい。

電流センサ３００は、Ｕ相（後述のクローポール型固定子ユニット２１Ａ）のコイル２１２の電流を検出するＵ相電流センサ３００ｕと、Ｗ相（後述のクローポール型固定子ユニット２１Ｃ）のコイル２１２の電流を検出するＷ相電流センサ３００ｗとを含む。また、電流センサ３００は、Ｕ相電流センサ３００ｕ或いはＷ相電流センサ３００ｗに代えて、Ｖ相（後述のクローポール型固定子ユニット２１Ｂ）のコイル２１２の電流を検出するＶ相電流センサを含んでもよい。

温度センサ４００は、コイル２１２の温度を測定する。また、温度センサ４００は、コイル２１２の温度を推定するために必要なクローポールモータ１００の部位等の温度を測定してもよい。例えば、温度センサ４００は、コイル２１２の温度状態との相関が高いクローポールモータ１００の部位の温度を測定する温度センサと、外気温を測定する温度センサとを含んでもよい。コイル２１２の温度状態との相関が高いクローポールモータ１００の部位は、例えば、後述のステータコア２１１やクローポールモータ１００の筐体（ヒートシンク）等である。温度センサ４００は、温度の測定値に関する信号を出力し、その出力信号は、所定の通信回線を通じて、制御装置５００に取り込まれる。

制御装置５００は、電力変換装置２００を制御し、電力変換装置２００を用いて、クローポールモータ１００の駆動制御を行う。具体的には、制御装置５００は、電力変換装置２００を用いて、所定の運転条件（負荷条件）を満足するようにクローポールモータ１００の動作点（例えば、後述の電流振幅Ｉ_ａ及び電流位相β等）を制御する。

制御装置５００は、例えば、クローポールモータ１００と共に所定の機器（例えば、クローポールモータ１００により駆動されるファンや圧縮機が搭載される空気調和機）に搭載される。また、制御装置５００は、例えば、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器から離れた場所に配置されてもよい。具体的には、制御装置５００は、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器と同じ施設内に配置されるコンピュータ端末であってよい。また、制御装置５００は、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器が設置される施設とは異なる場所に配置されるサーバ装置であってもよい。この場合、サーバ装置は、例えば、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器が設置される施設の遠隔に配置される管理センタ等に設けられるクラウドサーバであってよい。また、サーバ装置は、例えば、クローポールモータ１００が搭載される所定の機器が設置される施設内或いは当該施設から相対的に近い施設（例えば、基地局や局舎等の通信施設）に設けられるエッジサーバであってもよい。

［クローポールモータの構成］
次に、図２～図７を参照して、本実施形態に係るクローポールモータ１００について説明する。

図２は、本実施形態に係るクローポールモータ１００（回転子１０）の一例を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係るクローポールモータ１００の固定子２０の一例を示す斜視図である。具体的には、図３は、図２において、回転子１０（ロータコア１１、永久磁石１２、及び回転軸部材１３）の図示を省略した図である。図４は、クローポールモータ１００の一例を示す縦断面図である。図５は、回転子１０の他の例を示す横断面図である。図６、図７は、本実施形態に係る固定子ユニット２１の構成の一例及び他の例を示す分解図である。

尚、図２では、簡単のため、後述する連結部材１４の図示が省略されている。また、図３では、簡単のため、爪磁極部２１１Ｂ２の図示が省略されている。

図２に示すように、クローポールモータ１００は、アウタロータ型であり、複数相（本例では、３相）の電機子電流で駆動される。

図２～図４に示すように、クローポールモータ１００は、回転子１０と、固定子２０と、固定部材３０とを含む。

図２、図４に示すように、回転子（「ロータ」とも称する）１０は、固定子２０に対して、クローポールモータ１００の径方向（以下、単に「径方向」）の外側に配置され、回転軸心ＡＸまわりに回転可能に構成される。回転子１０は、永久磁石界磁であり、ロータコア１１と、複数（本例では、２０個）の永久磁石１２と、回転軸部材１３とを含む。

尚、回転子１０は、クローポールモータ１００が同期電動機として機能することが可能であれば、任意の形態であってよい。

ロータコア（「回転子鉄心」とも称する）１１は、例えば、略円筒形状を有し、クローポールモータ１００の回転軸心ＡＸと円筒形状の軸心とが略一致するように配置される。"略"は、例えば、製造上の誤差等を許容する意図であり、以下、同様の意図で用いる。また、ロータコア１１は、クローポールモータ１００の軸方向（以下、単に「軸方向」）において、固定子２０と略同等の長さを有する。ロータコア１１は、例えば、電磁鋼板、鋳鉄、圧粉磁心等の軟磁性体により形成される。ロータコア１１は、例えば、図２に示すように、軸方向において、一の部材で構成される。また、ロータコア１１は、例えば、軸方向に積層される複数のロータコア（例えば、後述する固定子ユニット２１Ａ～２１Ｃのそれぞれに対応する３つのロータコア）で構成されてもよい。

複数の永久磁石１２は、電機子としての固定子２０と鎖交する磁界を発生させる。

図２に示すように、永久磁石１２は、例えば、ロータコア１１の内周面において、周方向に略等間隔で複数（本例では、２０個）並べられてよい。つまり、クローポールモータ１００は、表面磁石型（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）であってよい。

また、図５に示すように、永久磁石１２は、例えば、ロータコア１１に埋設される形で、周方向に略等間隔で複数（本例では、１６個）並べられてもよい。つまり、クローポールモータ１００は、埋込磁石型（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet）であってもよい。

複数の永久磁石１２は、それぞれ、ロータコア１１の軸方向の略一端から略他端までの間に存在するように形成されている。永久磁石１２は、例えば、ネオジム焼結磁石やフェライト磁石である。

複数の永久磁石１２は、それぞれ、径方向の両端に異なる磁極が着磁されている。また、複数の永久磁石１２のうちの周方向で隣接する二つの永久磁石１２は、固定子２０に面する径方向の内側に互いに異なる磁極が着磁されている。そのため、固定子２０の径方向の外側には、周方向で、径方向の内側にＮ極が着磁された永久磁石１２と、径方向の内側にＳ極が着磁された永久磁石１２とが交互に配置される。

複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向において、一の磁石部材で構成されていてもよいし、軸方向に分割される複数（例えば、積層されるロータコア１１の部材の数に対応する３つ）の磁石部材で構成されていてもよい。この場合、軸方向に分割される永久磁石１２を構成する複数の磁石部材は、固定子２０に面する径方向の内側に全て同じ磁極が着磁される。

尚、周方向に配置される複数の永久磁石１２は、例えば、周方向で異なる磁極が交互に着磁される円環状のリング磁石やプラスチック磁石等、周方向において、一の部材で構成される永久磁石に置換されてもよい。この場合、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、軸方向においても、一の部材で構成され、全体として、一の部材で構成されてもよい。また、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、複数の永久磁石１２の場合と同様、軸方向において、複数の部材に分割されていてもよい。また、周方向において、一の部材で構成されるプラスチック磁石が採用される場合、ロータコア１１は、省略されてもよい。

回転軸部材１３は、例えば、略円柱形状を有し、クローポールモータ１００の回転軸心ＡＸと円柱形状の軸心とが略一致するように配置される。回転軸部材１３は、例えば、挿通部材２４の軸方向の両端部に設けられるベアリング２５，２６（図４参照）によって回転可能に支持される。後述の如く、挿通部材２４は、固定部材３０に固定される。これにより、回転軸部材１３は、固定部材３０に対して回転軸心ＡＸ回りで回転することができる。回転軸部材１３は、例えば、軸方向において、クローポールモータ１００の固定部材３０側の端部とは反対側の端部（以下、便宜的に「クローポールモータ１００の先端部」）で、連結部材１４（図４参照）を介して、ロータコア１１と連結される。

連結部材１４は、例えば、ロータコア１１の略円筒形状の開放端を閉塞する形の略円板形状を有してよい。これにより、ロータコア１１及びロータコア１１の内周面に固定される複数の永久磁石１２は、回転軸部材１３の回転に合わせて、固定部材３０に対してクローポールモータ１００の回転軸心ＡＸまわりに回転することができる。

尚、回転軸部材１３は、固定部材３０に代えて、クローポールモータ１００の先端部側において、図示しない筐体にベアリング等を介して回転可能に支持されてもよい。この場合、挿通部材２４において、回転軸部材１３を挿通する挿通孔２４Ｈ（図３参照）が省略される。

図３、図４に示すように、固定子（「ステータ」とも称する）２０は、回転子１０（ロータコア１１及び永久磁石１２）の径方向の内側に配置される。固定子２０は、電機子であり、複数（本例では、３つ）のクローポール型固定子ユニット（以下、単に「固定子ユニット」）２１と、複数（本例では、２つ）の相間部材２２と、端部部材２３と、挿通部材２４とを含む。

尚、相間部材２２、端部部材２３、挿通部材２４は、いずれも必須ではなく、適宜省略されてもよい。

図５、図６に示すように、固定子ユニット２１は、一対のステータコア２１１と、コイル２１２とを含む。

一対のステータコア（「固定子鉄心」とも称する）２１１は、コイル２１２の周囲を取り囲むように設けられる。ステータコア２１１は、例えば、圧粉磁心等の軟磁性体で形成される。ステータコア２１１は、ヨーク部２１１Ａと、複数の爪磁極（「クローポール」とも称する）２１１Ｂと、ヨーク部２１１Ｃと、挿通孔２１１Ｄとを含む。

ヨーク部２１１Ａは、軸方向視で略円環形状を有すると共に、軸方向に所定の厚みを有する。

複数の爪磁極２１１Ｂは、ヨーク部２１１Ａの外周面において、周方向に等間隔で配置され、それぞれは、ヨーク部２１１Ａの外周面から径方向の外側に向かって突出する。爪磁極２１１Ｂは、爪磁極部２１１Ｂ１を含む。

爪磁極部２１１Ｂ１は、所定の幅を有し、ヨーク部２１１Ａの外周面から所定の長さだけ延び出す形で突出する。

また、爪磁極２１１Ｂは、更に、爪磁極部２１１Ｂ２を含む。これにより、コイル２１２の電機子電流により磁化される爪磁極２１１Ｂの磁極面と回転子１０との対向面積を相対的に広く確保することができる。そのため、クローポールモータ１００の出力トルクを相対的に増加させ、クローポールモータ１００の出力を向上させることができる。

爪磁極部２１１Ｂ２は、爪磁極部２１１Ｂ１の先端から一対のステータコア２１１の他方に向かって軸方向に所定の長さだけ延び出す形で突出する。例えば、図６に示すように、爪磁極部２１１Ｂ２は、爪磁極部２１１Ｂ１からの距離に依らず幅が一定であってよい。また、例えば、図７に示すように、爪磁極部２１１Ｂ２は、爪磁極部２１１Ｂ１から軸方向で離れるにつれて幅が狭くなるテーパ形状を有してもよい。

尚、爪磁極部２１１Ｂ２は、省略されてもよい。

ヨーク部２１１Ｃは、ヨーク部２１１Ａの内周面付近の部分が一対のステータコア２１１の他方に向かって所定量だけ突出する形で構成され、例えば、軸方向視でヨーク部２１１Ａより外径が小さい円環形状を有する。これにより、一対のステータコア２１１は、互いのヨーク部２１１Ｃの先端部で当接し、一対のステータコア２１１に対応する一対のヨーク部２１１Ａや爪磁極２１１Ｂ（爪磁極部２１１Ｂ１）の間にコイル２１２を収容する空間が生成される。

挿通孔２１１Ｄには、挿通部材２４が挿通される。挿通孔２１１Ｄは、ヨーク部２１１Ａ及びヨーク部２１１Ｃの内周面によって実現される。

コイル（「巻線」とも称する）２１２は、固定子２０の軸心（即ち、クローポールモータ１００の回転軸心ＡＸ）を略中心として、軸方向視で導線が円環状に巻き回されることにより構成される。コイル２１２の導線は、例えば、軸方向で複数の層を成すように巻き回されてもよいし、径方向で複数の列を成すように巻き回されてもよいし、軸方向で複数の層を成し且つ径方向で複数の列を成すように巻き回されてもよい。また、コイル２１２の導線は、例えば、断面が円形の丸線である。また、コイル２１２の導線は、例えば、断面が矩形の角線や平角線であってもよい。複数相（本例では、３相）のコイル２１２同士がＹ結線（スター結線）で接続される場合、コイル２１２は、その一端が外部端子に電気的に繋がっており、その他端が中性点に電気的に繋がっている。また、例えば、複数相のコイル２１２同士がΔ結線（デルタ結線）で接続される場合、コイル２１２は、その一端がクローポールモータ１００の一の外部端子（同じ相の外部端子）に電気的に繋がっており、その他端がクローポールモータ１００の他の外部端子（異なる相の外部端子）に電気的に繋がっている。コイル２１２は、軸方向において、一対のステータコア２１１（ヨーク部２１１Ａ）の間に配置される。また、コイル２１２は、内周部が一対のステータコア２１１のヨーク部２１１Ｃよりも径方向で外側になるように巻き回されている。

尚、ステータコア２１１とコイル２１２の導線との間には、ステータコア２１１とコイル２１２の導線との間を電気的に絶縁する絶縁部が配置される。絶縁部は、例えば、ステータコア２１１とコイル２１２との間に配置される、絶縁紙、樹脂成形されたインシュレータ、シリコンゴム、ステータコア２１１或いはコイル２１２に対する樹脂モールド等である。また、絶縁部は、例えば、コイル２１２の導線の表面に設けられる樹脂の絶縁皮膜であってもよい。

図２に示すように、一対のステータコア２１１は、一方のステータコア２１１の爪磁極２１１Ｂと他方のステータコア２１１の爪磁極２１１Ｂとが周方向で交互に配置されるように組み合わせられる。また、円環状のコイル２１２に電機子電流が流れると、一対のステータコア２１１のうちの一方に形成される爪磁極２１１Ｂと他方に形成される爪磁極２１１Ｂとは、互いに異なる磁極に磁化される。これにより、一対のステータコア２１１において、一方のステータコア２１１から突出する一の爪磁極２１１Ｂは、周方向で隣接し、他方のステータコア２１１から突出する他の爪磁極２１１Ｂと異なる磁極を有する。そのため、コイル２１２に流れる電機子電流により、一対のステータコア２１１の周方向には、Ｎ極の爪磁極２１１Ｂ及びＳ極の爪磁極２１１Ｂが交互に配置される。

図３、図４に示すように、複数の固定子ユニット２１は、軸方向に積層される。

複数の固定子ユニット２１には、複数相（本例では、３相）分の固定子ユニット２１が含まれる。具体的には、複数の固定子ユニット２１は、Ｕ相に対応する固定子ユニット２１Ａと、Ｖ相に対応する固定子ユニット２１Ｂと、Ｗ相に対応する固定子ユニット２１Ｃとを含む。複数の固定子ユニット２１は、クローポールモータ１００の先端部から、Ｕ相に対応する固定子ユニット２１Ａ、Ｖ相に対応する固定子ユニット２１Ｂ、及びＷ相に対応する固定子ユニット２１Ｃの順で積層される。固定子ユニット２１Ａ～２１Ｃは、互いに、周方向の位置が電気角で１２０°異なるように配置される。

尚、クローポールモータ１００は、２相の電機子電流で駆動されてもよいし、４相以上の電機子電流で駆動されてもよい。

相間部材２２は、軸方向で隣接する異なる相の固定子ユニット２１の間に設けられる。相間部材２２は、例えば、非磁性体である。これにより、異なる相の二つの固定子ユニット２１の間に所定の距離を確保し、異なる相の二つの固定子ユニット２１の間での磁束漏れを抑制することができる。相間部材２２は、ＵＶ相間部材２２Ａと、ＶＷ相間部材２２Ｂとを含む。

ＵＶ相間部材２２Ａは、軸方向で隣接する、Ｕ相の固定子ユニット２１ＡとＶ相の固定子ユニット２１Ｂとの間に設けられる。ＵＶ相間部材２２Ａは、例えば、所定の厚みを有する略円柱形状（略円板形状）を有し、中心部分に挿通部材２４が挿通される挿通孔が形成される。以下、ＶＷ相間部材２２Ｂについても同様であってよい。

ＶＷ相間部材２２Ｂは、軸方向で隣接する、Ｖ相の固定子ユニット２１ＢとＷ相の固定子ユニット２１Ｃとの間に設けられる。

端部部材２３は、積層される複数の固定子ユニット２１のクローポールモータ１００の先端部側の端部に設けられる。具体的には、端部部材２３は、軸方向において、固定子ユニット２１Ａの固定子ユニット２１Ｂに面する側と反対側の端面に接するように設けられる。端部部材２３は、例えば、所定の厚みを有する略円柱形状（略円板形状）を有し、中心部分に挿通部材２４が挿通される挿通孔が形成される。端部部材２３は、例えば、非磁性体である。これにより、固定子ユニット２１Ａ（具体的には、クローポールモータ１００の先端部側のステータコア２１１）からの磁束漏れを抑制することができる。

尚、複数の固定子ユニット２１のクローポールモータ１００の基端側（即ち、固定部材３０側）の端部に端部部材２３が設けられてもよい。この場合、クローポールモータ１００の基端側の端部部材２３は、固定子ユニット２１Ｃと固定部材３０との間に配置される。

挿通部材２４は、クローポールモータ１００の先端部側から順に、端部部材２３、固定子ユニット２１Ａ、ＵＶ相間部材２２Ａ、固定子ユニット２１Ｂ、ＶＷ相間部材２２Ｂ、固定子ユニット２１Ｃを挿通した状態で、先端部が固定部材３０に固定される。挿通部材２４は、例えば、先端部に雄ねじ部を有し、固定部材３０の対応する雌ネジ部に締め込まれることにより固定部材３０に固定される。また、挿通部材２４は、例えば、略円筒形状を有し、内周面により実現される挿通孔２４Ｈに回転軸部材１３が回転可能に配置される。また、挿通部材２４は、クローポールモータ１００の先端側において、固定子ユニット２１の挿通孔２１１Ｄの内径よりも相対的に大きい外径を有する頭部を有する。これにより、例えば、挿通部材２４が固定部材３０にある程度締め込まれることで、頭部から端部部材２３に軸方向で固定部材３０に向かう方向の力を作用させることができる。そのため、複数の固定子ユニット２１（固定子ユニット２１Ａ～２１Ｃ）及び相間部材２２（ＵＶ相間部材２２Ａ、ＶＷ相間部材２２Ｂ）を端部部材２３及び固定部材３０で挟み込む形で固定部材３０に固定することができる。圧粉磁心は、引張応力に対する強度が相対的に低い一方、圧縮応力に対する強度が相対的に高い。よって、圧粉磁心で形成されるステータコア２１１に圧縮応力が作用する形で、固定子ユニット２１Ａ～２１Ｃに固定することができる。

尚、挿通部材２４以外の部材により、複数の固定子ユニット２１及び相間部材２２を端部部材２３及び固定部材３０で挟み込む形で固定部材３０に固定することが可能であれば、挿通部材２４は、固定部材３０と一体化され、一の部材として構成されてもよい。

固定部材３０は、例えば、軸方向視で回転子１０（ロータコア１１）よりも大きい外径の略円板形状を有する。固定部材３０には、上述の如く、挿通部材２４を介して、回転子１０が回転可能に支持され、固定子２０が固定される。

固定部材３０は、例えば、軸方向で固定子２０と面する領域以外の領域において、段差形状、フィン形状、ピン形状等を有してもよい。これにより、固定部材３０は、その表面積が相対的に大きくなり、外気への放熱を促進することができる。そのため、コイル２１２で発生する熱が伝導される際の固定部材３０の温度上昇を更に抑制し、コイル２１２で発生する熱を確実に固定部材３０に移動させ、コイル２１２の冷却を促進させることができる。

［制御装置の構成］
次に、図８を参照して、本実施形態に係る制御装置５００について説明する。

図８は、本実施形態に係る制御装置５００の構成の一例を示す機能ブロック図である。

尚、図８では、位置及び回転数に関するブロックや信号線の図示が省略される。以下、位置及び回転数に関するブロックや信号線の説明を省略する。また、以下の説明において、ｄ軸は、界磁（回転子１０）の磁極中心軸を意味し、ｑ軸は、ｄ軸に対して、電気角での直角方向を意味する。また、電流位相βは、ｑ軸電流に対する進み位相角度を意味する。

制御装置５００は、温度情報取得部５０１と、モータ制御部５０２と、電流検出部５０４と、変換部５０６と、ＰＩ（Proportional Integral）制御部５０８と、変換部５１０と、駆動指令生成部５１２とを含む。

温度情報取得部５０１は、温度センサ４００の出力信号に基づき、コイル２１２の温度に関する情報を取得する。

温度情報取得部５０１は、例えば、温度センサ４００の出力信号に基づき、温度センサ４００によるコイル２１２の温度の測定値を取得する。また、温度情報取得部５０１は、例えば、温度センサ４００の出力信号に基づき、温度センサ４００によるコイル２１２の温度状態との相関が高いクローポールモータ１００の部位の温度の測定値を取得し、当該部位の温度をコイル２１２の温度として取得してもよい。当該部位の温度とコイル２１２の温度との間の差が小さいとみなすことが可能な場合があるからである。また、温度情報取得部５０１は、温度センサ４００の出力信号に基づき、コイル２１２の温度の推定値を取得してよい。具体的には、温度情報取得部５０１は、温度センサ４００の出力信号に基づき、温度センサ４００によるコイル２１２の温度状態との相関が高いクローポールモータ１００の部位の温度等の測定値を取得し、この測定値からコイル２１２の温度を推定してもよい。また、温度情報取得部５０１は、コイル２１２の温度上昇の傾き等から、将来のコイル２１２の温度を推定してもよい。

また、温度情報取得部５０１は、温度センサ４００の出力信号に依らず、クローポールモータ１００の運転状態等から、既知のアルゴリズムを用いて、コイル２１２の温度を推定し、その推定値を取得してもよい。クローポールモータ１００の運転状態には、例えば、回転数、電流、電圧、電力等が含まれる。

モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル温度情報、及び入力される運転条件を示す制御指令（以下、「運転指令」）に基づき、クローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。

電流検出部５０４は、電流センサ３００（Ｕ相電流センサ３００ｕ、Ｗ相電流センサ３００ｗ）から取り込まれる信号に基づき、クローポールモータ１００（コイル２１２）のＵ相、Ｖ相、及びＷ相のうちの少なくとも２相の電流を検出する。そして、電流検出部５０４は、検出したＵ相、Ｖ相、及びＷ相のうちの少なくとも２相の電流に関する信号を出力する。電流検出部５０４から出力される信号には、例えば、Ｕ相及びＷ相のそれぞれの電流検出値ｉ＾_ｕ，ｉ＾_ｗが含まれる。

変換部５０６は、電流検出部５０４から出力される、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の少なくとも２相の電流検出値、例えば、電流検出値ｉ＾_ｕ，ｉ＾_ｗを、磁極位置の情報に基づき、ｄｑ座標系の電流検出値ｉ＾_ｄ，ｉ＾_ｑに変換し出力する。

ＰＩ制御部５０８は、モータ制御部５０２及び変換部５０６から出力される制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑ及び電流検出値ｉ＾_ｄ，ｉ＾_ｑの偏差に基づき、ＰＩ制御を行う。そして、ＰＩ制御部５０８は、クローポールモータ１００のｄ軸及びｑ軸の電圧に関する制御指令ｖ^＊ _ｄ，ｖ^＊ _ｑを出力する。

変換部５１０は、ＰＩ制御部５０８から出力される、クローポールモータ１００のｄ軸及びｑ軸の電圧に関する制御指令ｖ^＊ _ｄ，ｖ^＊ _ｑを、磁極位置の情報に基づき、クローポールモータ１００のＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの電圧に関する制御指令ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗに変換し出力する。

駆動指令生成部５１２は、変換部５１０から出力される、クローポールモータ１００のＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの電圧に関する制御指令ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗに基づき、インバータ回路２０６を駆動する駆動指令を生成する。具体的には、駆動指令生成部５１２は、インバータ回路２０６の６つのスイッチング素子のそれぞれのゲートを駆動するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形を生成し、各ゲートに出力する。これにより、インバータ回路２０６は、制御装置５００の制御下で、クローポールモータ１００を制御し、力行運転させたり、回生運転させたりすることができる。

［電流位相と出力トルク及び運転効率と関係］
次に、図９、図１０を参照して、本実施形態に係るクローポールモータ１００に流れる電流の電流位相βと出力トルク及び運転効率との間の関係について説明する。

図９、図１０は、クローポールモータ１００に流れる電流の電流位相と出力トルク及び運転効率との関係の一例及び他の例を示す図である。具体的には、図９、図１０は、同じ出力トルクを前提としたときの、最大トルク運転時の鉄損が銅損の３倍及び１０倍のクローポールモータ１００に流れる電流の電流位相と電流振幅及び運転効率との関係の具体例を示す図である。

尚、図９、図１０では、クローポールモータ１００がＳＰＭ（表面磁石型）の場合を例示している。

クローポールモータ１００では、コイル２１２は、上述の如く、円環状であるため、導線の整列巻きが比較的容易に実現可能である。また、コイル２１２の周長も相対的に短くなる。そのため、クローポールモータ１００の銅損は、相対的に小さくなる。

一方、ステータコア２１１は、コイル２１２の周囲を取り囲むように設けられるため、磁路が相対的に長くなる。そのため、ステータコア２１１の鉄損は、相対的に大きくなる。よって、クローポールモータ１００では、極数や回転数によっては、鉄損が銅損の数倍になり、１０倍以上に至る場合もあり得る。

例えば、図９、図１０に示すように、ＳＰＭのクローポールモータ１００では、電流位相βが０度～５度のときに同じ出力トルクに対して、電機子電流が最小となり、最大トルク運転が実現されている。

クローポールモータ１００の銅損は、電気子電流の二乗に比例するので、最大トルク運転時の位相角β_ｔｑで銅損は最小となる。一方、クローポールモータ１００の鉄損は、最大トルク運転時の位相角β_ｔｑより電流位相βを進めると低減する。そして、図９、図１０の例では、クローポールモータ１００の最大トルク運転時の鉄損が銅損の３倍或いは１０倍であることから、電流位相βを位相角β_ｔｑよりある程度進めた位相角β_ｅｆｆのときに、同じ出力トルクに対して全損失（鉄損及び銅損の合計）が最小となる最大効率運転が実現される。具体的には、図９の例では、電流位相βが２０度～２５度のときに最大効率運転が実現されている。また、図１０の例では、３０度～３５度のときに最大効率運転が実現されている。

このように、クローポールモータ１００では、最大トルク運転時の鉄損が銅損の数倍から十倍以上に及ぶ場合がある。そのため、仮に、クローポールモータ１００の最大トルク運転を前提とすると、クローポールモータ１００の銅損は最小になるものの、鉄損が非常に大きくなる。その結果、最大トルク運転時の運転効率と、最大効率運転のときの運転効率とが大きく解離し、クローポールモータ１００の運転効率が相対的に低くなる可能性がある。

尚、最大効率運転及び最大トルク運転のそれぞれに対応する位相角β_ｅｆｆ，β_ｔｑは、クローポールモータ１００の形状や損失比、運転条件（動作点）によって異なる。クローポールモータ１００がＳＰＭの場合、概ね、位相角β_ｅｆｆは、２０°～５０°程度となり、位相角β_ｔｑは、０°～１０°程度となる。

［クローポールモータの制御方法の概要］
図１１、図１２を参照して、制御装置５００によるクローポールモータ１００の制御方法の概要について説明する。

＜制御方法の一例＞
図１１は、クローポールモータ１００の制御方法の一例の概要を説明する図である。具体的には、図１１は、同じ運転条件下（具体的には、同じ出力トルクの条件下）での表面磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭ）としてのクローポールモータ１００の電流位相βと電機子電流（電流振幅Ｉ_ａ）及び全損失との関係を示す図である。クローポールモータ１００の全損失は、クローポールモータ１００の鉄損及び銅損の合計である。

ＳＰＭＳＭの出力トルクＴは、クローポールモータ１００に固有の定数である、極対数Ｐｎ及び永久磁石１２の磁束Φ_ａ、並びにｑ軸電流ｉ_ｑを用いて、以下の式（１）で表される。

また、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑは、電流振幅ｉ_ａ（電流ベクトルの大きさ）及び電流位相βを用いて、以下の式（２），（３）で表される。

そのため、クローポールモータ１００の出力トルクＴは、ｃｏｓβが１のとき、即ち、電流位相βが０度のときに最大になり、電流位相βが０度から外れると、相対的に小さくなる。よって、図１１に示すように、同じ運転条件（同じ出力トルクの条件）下で、ＳＰＭＳＭのクローポールモータ１００は、電流位相βが０度のときに、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）が最小の最大トルク運転となる。そして、電流位相βが０度から外れると、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）は、相対的に大きくなる。

但し、電機子反作用等の影響などもあるため、上述の図９、図１０の場合のように、最大トルク運転に対応する電流位相β（位相角β_ｔｑ）が０度よりも大きい角度に外れる場合もあり得る。そのため、ＳＰＭＳＭのクローポールモータ１００の最大トルク運転に対応する位相角β_ｔｑは、例えば、０度～１０度の範囲と想定される。

一方、クローポールモータ１００は、上述の如く、最大トルク運転時の鉄損が銅損の数倍から１０倍以上に至る場合がある。そのため、図１１に示すように、クローポールモータ１００は、最大トルク運転時の全損失が相対的に大きく、最大トルク運転時よりも電流位相βがある程度進められた角度（位相角β_ｅｆｆ）で、全損失が最小の最大効率運転が実現される。

制御装置５００（モータ制御部５０２）は、電力変換装置２００（インバータ回路２０６）に出力する駆動指令を調整することにより、ある運転条件において、電流振幅ｉ_ａ及び電流位相βを図１１の実線上で移行させることができる。これにより、制御装置５００は、電力変換装置２００を用いて、図１１の実線上の複数の動作点でクローポールモータ１００を駆動制御することができる。

そこで、本例では、制御装置５００は、最大トルク運転時（位相角β_ｔｑ）よりも電流位相βをある程度進角させた第１の動作点（位相角β１及び電流振幅Ｉ１）でクローポールモータ１００を運転させる。これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転効率を相対的に高くすることができる。

但し、第１の動作点では、最大トルク運転時よりも電流振幅Ｉ_ａが相対的に大きくなるため、コイル２１２の温度が相対的に高くなる可能性がある。

そこで、本例では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い状態では、第１の動作点よりも電流位相βを遅角させ、電流振幅を相対的に小さくした第２の動作点（位相角β２及び電流振幅Ｉ２）でクローポールモータ１００を運転する。

第１の動作点の位相角β１は、第２の動作点でクローポールモータ１００が運転される場合よりも全損失が相対的に小さくなるような電流位相βであればよい。図１１に示すように、位相角β１は、例えば、２０度～５０度の範囲であってよい。また、位相角β１は、例えば、最大効率運転に対応する位相角β_ｅｆｆ或いはその近傍の位相角であってもよい。"近傍"は、制御時の目標に対する誤差を許容する意図であり、電力変換装置２００を用いるクローポールモータ１００の制御上で想定される誤差の範囲と等価であってよい。これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００は、略最大効率で運転することができる。

第２の動作点の位相角β２は、第１の動作点でクローポールモータ１００が運転される場合よりも電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さくなるような電流位相βであればよい。位相角β２は、例えば、０度～１０度の範囲であってよい。また、位相角β２は、例えば、最大トルク運転に対応する位相角β_ｔｑ或いはその近傍の位相角であってよい。これにより、制御装置５００は、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）を略最小に抑制し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

また、位相角β１，β２の差は、２０度以上であってよい。例えば、電力変換装置２００を用いるクローポールモータ１００の制御の精度によっては、目標の電流位相βに対して実際の電流位相βが１０度程度ずれるような場合もあり、制御上のずれ（ふらつき）を超える差を設けることが好ましいからである。

このように、本例では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い場合、電流位相βが相対的に進角され且つ電流振幅Ｉ_ａが相対的に大きい第１の動作点（位相角β１及び電流振幅Ｉ１）でＳＰＭＳＭのクローポールモータ１００を運転する。一方、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い場合、電流位相βが相対的に遅角され且つ電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さい第２の動作点（位相角β２及び電流振幅Ｉ２）でＳＰＭＳＭのクローポールモータ１００を運転する。

これにより、制御装置５００は、ＳＰＭＳＭのクローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを両立させることができる。

＜制御方法の他の例＞
図１２は、クローポールモータ１００の制御方法の他の例の概要を説明する図である。具体的には、図１２は、同じ運転条件下（具体的には、同じ出力トルクの条件下）での埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）としてのクローポールモータ１００の電流位相βと電機子電流（電流振幅Ｉ_ａ）及び全損失との関係を示す図である。

ＩＰＭＳＭの出力トルクＴは、クローポールモータ１００の固有の定数である、極対数Ｐｎ、永久磁石１２の磁束Φ_ａ、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ、及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑ、並びにｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを用いて、以下の式（４）で表される。

ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑは、上述の式（２），（３）で表される。そのため、ＩＰＭＳＭの出力トルクＴは、式（２），（３）を用いることで、以下の式（５）で表される。

式（５）の第１項は、マグネットトルクを表し、第２項は、突極性によるリラクタンストルクを表す。第１項のマグネットルクは、ＳＰＭＳＭの場合と同様、電流位相βが０度のときに最大になる。第２項のリラクタンストルクは、４５度のときに最大になる。そして、第１項及び第２項の和としてのＩＰＭＳＭの出力トルクＴは、０度～４５度の範囲で最大になる。よって、図１２に示すように、同じ運転条件（同じ出力トルクの条件）下で、ＩＰＭＳＭのクローポールモータ１００は、電流位相βが０度～４５度の範囲の位相角β_ｔｑで、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）が最小の最大トルク運転となる。そして、電流位相βが位相角β_ｔｑを外れると、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）は、相対的に大きくなる。具体的には、一般的に、ＩＰＳＭＳのクローポールモータ１００の最大トルク運転時の位相角βｔｑは、以下の式（６）で表される。

一方、クローポールモータ１００は、上述の如く、最大トルク運転時の鉄損が銅損の数倍から１０倍以上に至る場合がある。そのため、図１２に示すように、クローポールモータ１００は、ＳＰＭＳＭの場合と同様、最大トルク運転時の全損失が相対的に大きく、最大トルク運転時よりも電流位相βがある程度進められた位相角β_ｅｆｆで、全損失が最小の最大効率運転が実現される。

本例では、制御装置５００は、上述の一例と同様、最大トルク運転時（位相角β_ｔｑ）よりも電流位相βをある程度進角させた第１の動作点（位相角β１及び電流振幅Ｉ１）でクローポールモータ１００を運転させる。これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転効率を相対的に高くすることができる。

一方、制御装置５００は、上述の一例と同様、コイル２１２の温度が相対的に高い状態では、第１の動作点よりも電流位相βを遅角させ、電流振幅を相対的に小さくした第２の動作点（位相角β２及び電流振幅Ｉ２）でクローポールモータ１００を運転する。

第１の動作点の位相角β１は、上述の一例と同様、第２の動作点でクローポールモータ１００が運転される場合よりも全損失が相対的に小さくなるような電流位相βであればよい。図１２に示すように、位相角β１は、例えば、３０度～７０度の範囲であってよい。また、位相角β１は、例えば、最大効率運転に対応する位相角β_ｅｆｆ或いはその近傍の位相角であってもよい。これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００を略最大効率で運転することができる。

第２の動作点の位相角β２は、上述の一例と同様、第１の動作点でクローポールモータ１００が運転される場合よりも電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さくなるような電流位相βであればよい。位相角β２は、例えば、１０度～４０度の範囲であってよい。また、位相角β２は、例えば、上述の一例の場合と同様、最大トルク運転に対応する位相角β_ｔｑ或いはその近傍の位相角であってもよい。これにより、制御装置５００は、電機子電流（電流振幅ｉ_ａ）を略最小に抑制し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

また、位相角β１，β２の差は、上述の一例と同様、２０度以上であってよい。

このように、本例では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い場合、電流位相βが相対的に進角され且つ電流振幅Ｉ_ａが相対的に大きい第１の動作点（位相角β１及び電流振幅Ｉ１）でＩＰＭＳＭのクローポールモータ１００を運転する。一方、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い場合、電流位相βが相対的に遅角され且つ電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さい第２の動作点（位相角β２及び電流振幅Ｉ２）でＩＰＭＳＭのクローポールモータ１００を運転する。

これにより、制御装置５００は、ＩＰＭＳＭのクローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを両立させることができる。

［クローポールモータの制御方法の詳細］
次に、図１３～図１５を参照して、制御装置５００によるクローポールモータ１００の制御方法の詳細について説明する。

＜制御方法の第１例＞
図１３は、制御装置５００によるクローポールモータ１００の動作点の移行に関する制御処理（以下、「動作点移行制御処理」）の第１例を示す図である。具体的には、コイル２１２の温度と動作点（電流位相β）との間の関係を示す図である。

図１３に示すように、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ１１（所定の温度の一例）以下である場合、電流位相βが位相角β１になるように制御し、クローポールモータ１００を第１の動作点（電流振幅Ｉ１及び位相角β１）で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ１１以下である場合、第１の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、クローポールモータ１００の運転効率を高い状態を維持できる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ１１より高い場合、電流位相βが位相角β１より遅角させた位相角β２になるように制御し、クローポールモータ１００を第２の動作点（電流振幅Ｉ２及び位相角β２）で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ１１より高い場合、第２の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、コイル２１２の温度が相対的に高い状態で、電流振幅Ｉ_ａを低減し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

このように、本例（第１例）では、制御装置５００は、所定値Ｔ１１をコイル２１２の温度に関する境界にして、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点及び第２の動作点の間で切り替えることができる。

尚、クローポールモータ１００の動作点の切り替えは、電流位相βに関する制御指令を、位相角β１と位相角β１との間で不連続的に切り替える方法で実現されてよい。また、クローポールモータ１００の動作点の切り替えは、電流位相βに関する制御指令を、ステップ状に、或いは、徐々に、位相角β１と位相角β２との間で切り替える方法等で実現されてもよい。

＜制御方法の第２例＞
図１４は、制御装置５００による動作点移行制御処理の第２例を説明する図である。具体的には、コイル２１２の温度とクローポールモータ１００の動作点（電流位相β）との間の関係を示す図である。

図１４に示すように、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ２１（所定の温度の一例）以下である場合、電流位相βが位相角β１になるように制御し、クローポールモータ１００を第１の動作点で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ２１以下である場合、第１の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、クローポールモータ１００の運転効率を高い状態を維持できる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ２１より大きい所定値Ｔ２２以上である場合、電流位相βが位相角β１より遅角させた位相角β２になるように制御し、クローポールモータ１００を第２の動作点（電流振幅Ｉ２及び位相角β２）で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ２２以上である場合、第２の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、コイル２１２の温度が相対的に高い状態で、電流振幅Ｉ_ａを低減し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ２１と所定値Ｔ２２との間にある場合、電流位相βが位相角β１と位相角β２との間の位相角になるようにクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。具体的には、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ２１と所定値Ｔ２２との間にある場合、コイル２１２の温度の上昇に合わせて、電流位相βが位相角β１から位相角β２に向かって略線形的に変化するように、電流位相βを制御する。また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ２１と所定値Ｔ２２との間にある場合、コイル２１２の温度の下降に合わせて、電流位相βが位相角β２から位相角β１に向かって略線形的に変化するように、電流位相βを制御する。

このように、本例では、制御装置５００は、所定値Ｔ２１と所定値Ｔ２２との間の温度範囲をコイル２１２の温度に関する境界にして、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点及び第２の動作点の間で略線形的に移行させることができる。

＜制御方法の第３例＞

図１５は、制御装置５００による動作点移行制御処理の第３例を説明する図である。具体的には、コイル２１２の温度とクローポールモータ１００の動作点（電流位相β）との間の関係を示す図である。

まず、コイル２１２の温度が上昇している状態（図１５の一点鎖線の矢印）を考える。

制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ａ（所定の温度の一例）以下である場合、電流位相βが位相角β１になるように制御し、クローポールモータ１００を第１の動作点（電流振幅Ｉ１及び位相角β１）で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ａ以下である場合、第１の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、クローポールモータ１００の運転効率を高い状態を維持できる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ａより高い場合、電流位相βが位相角β１より遅角させた位相角β２になるように制御し、クローポールモータ１００を第２の動作点（電流振幅Ｉ２及び位相角β２）で運転する。具体的には、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得されるコイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ａより高い場合、第２の動作点に対応するクローポールモータ１００のｄ軸電流及びｑ軸電流に関する制御指令ｉ^＊ _ｄ，ｉ^＊ _ｑを生成し出力する。これにより、上述の如く、コイル２１２の温度が相対的に高い状態で、電流振幅Ｉ_ａを低減し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

続いて、コイル２１２の温度が下降している状態（図１５の二点鎖線の矢印）を考える。

制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ａより低い（小さい）所定値Ｔ３１ｂ（所定の温度の一例）より高い場合、電流位相βが位相角β２になるように制御し、クローポールモータ１００を第２の動作点（電流振幅Ｉ２及び位相角β２）で運転する。これにより、上述の如く、コイル２１２の温度が相対的に高い状態で、電流振幅Ｉ_ａを低減し、コイル２１２の温度上昇を抑制することができる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が所定値Ｔ３１ｂ以下である場合、電流位相βが位相角β１になるように制御し、クローポールモータ１００を第１の動作点（電流振幅Ｉ１及び位相角β１）で運転する。これにより、制御装置５００は、コイル２１２の温度の低下に合わせて、クローポールモータ１００の運転効率を高い状態に復帰させることができる。

このように、本例（第３例）では、制御装置５００は、クローポールモータ１００の動作点を第２の動作点から第１の動作点に切り替える温度条件（所定値Ｔ３１ｂ）よりも逆に切り替える温度条件（所定値Ｔ３１ａ）を高くすることができる。そのため、例えば、第１の動作点に対応する温度条件と第２の動作点に対応する温度条件との間をコイル２１２の温度が行ったり来たりして、クローポールモータ１００の動作点が頻繁に切り替わるような事態を抑制することができる。

尚、上述の第２例のように、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点及び第２の動作点の間で線形的に移行させる温度範囲が設けられる場合についても、本例と同様の制御方法が採用されてよい。具体的には、クローポールモータ１００の動作点を第２の動作点から第１の動作点に移行させる温度範囲よりも逆に切り替える温度範囲が高くなるように設定されるとよい。これにより、同様の作用・効果を奏する。

＜制御方法の第４例＞
本例では、制御装置５００は、コイル２１２の温度に関する情報を用いずに、動作点移行制御処理を行う。そのため、本例の場合、温度情報取得部５０１は、省略されてもよい。

本例では、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転状態やコイル２１２の温度以外の温度に関する情報に基づき、制御マップを用いて、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点及び第２の動作点の間で移行させる。クローポールモータ１００の運転状態は、例えば、回転数、電流、電圧、電力等を含む。コイル２１２の温度以外の温度に関する情報は、例えば、外気温やクローポールモータ１００のコイル２１２以外の部位の温度等である。

制御マップは、例えば、上述の第１例～第３例の何れかのコイル２１２の温度とクローポールモータ１００の動作点（電流位相β）との関係を満足するように、実験やシミュレーションを通じて予め規定される。これにより、制御装置５００は、制御マップを用いて、コイル２１２の温度が相対的に低い場合、クローポールモータ１００を第１の動作点で制御し、コイル２１２の温度が相対的に高い場合、クローポールモータ１００を第２の動作点で制御することができる。そのため、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを両立させることができる。

このように、本例（第４例）では、制御装置５００は、制御マップを用いることで、コイル２１２の温度状態に合わせて、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点及び第２の動作点の間で移行させることができる。

［作用］
次に、本実施形態に係るモータ制御システム１（制御装置５００）の作用について説明する。

本実施形態では、制御装置５００は、電力変換装置２００を用いてクローポールモータ１００の動作点を制御し、クローポールモータ１００の同じ負荷条件を少なくとも２以上の動作点により制御可能に構成されるモータ制御部５０２を備える。そして、モータ制御部５０２は、クローポールモータ１００のコイル２１２の温度が所定の温度以下の場合、第１の動作点（電流振幅Ｉ１、位相角β１）でクローポールモータ１００を制御する。一方、コイル２１２の温度が第１の温度より高い第２の温度以上の場合、第１の動作点の場合よりも電流振幅Ｉ_ａが小さく且つ電流位相βが遅角された第２の動作点（電流振幅Ｉ２、位相角β２）でクローポールモータ１００を制御する。

これにより、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い状況において、電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さくなるような電流位相β（第２の動作点）から進角された電流位相β（第１の動作点）でクローポールモータ１００を運転することができる。そのため、制御装置５００は、銅損よりも鉄損が大きいクローポールモータ１００について、鉄損を相対的に低減させることで、鉄損及び銅損を合わせた全損失を低減させ、クローポールモータ１００の運転効率を向上させることができる。

また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い状況において、電流振幅Ｉ_ａが相対的に小さくなるような電流位相β（第２の動作点）でクローポールモータ１００を運転することができる。そのため、制御装置５００は、コイル２１２の温度上昇を抑制し、コイル２１２の温度を低下させることができる。よって、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを両立させることができる。

また、本実施形態では、第２の動作点において、第１の動作点よりもクローポールモータ１００の鉄損が大きく、且つ、クローポールモータ１００の銅損が小さく、且つ、鉄損及び銅損を合わせたクローポールモータ１００の全損失が大きくてよい。

これにより、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い状況において、クローポールモータ１００の鉄損（全損失）が相対的に小さくなるように、具体的に、クローポールモータ１００を運転することができる。また、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い状況では、コイル２１２の温度が相対的に高い状況において、クローポールモータ１００の銅損（電流振幅Ｉ_ａ）が相対的に小さくなるように、具体的に、クローポールモータ１００を運転することができる。そのため、制御装置５００は、具体的に、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを両立させることができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、コイル２１２の温度に関する情報を取得する温度情報取得部５０１を備える。そして、モータ制御部５０２は、温度情報取得部５０１により取得される情報に基づき、クローポールモータ１００の動作点を決定してよい。

これにより、制御装置５００は、コイル２１２の温度状態を把握しながら、第１の動作点と第２の動作点との間でクローポールモータ１００の動作点を移行させることができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００の動作点を第１の動作点から第２の動作点に移行させる場合の上記の所定の温度は、クローポールモータ１００の動作点を第２の動作点から第１の動作点に移行させる場合の上記の所定の温度よりも高くてよい。

これにより、例えば、第１の動作点と第２の動作点との間で動作点が頻繁に行ったり来たりするような事態を抑制することができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、電流振幅Ｉ_ａに対して出力トルクＴが最大になる所定の電流位相（位相角β_ｔｑ）での運転時（即ち、最大トルク運転時）に鉄損が銅損の３倍以上であってよい。

この場合、例えば、位相角β_ｔｑ或いは位相角β_ｔｑの近傍でクローポールモータ１００を運転しても、鉄損の影響で全損失が非常に大きくなり、クローポールモータ１００の運転効率が最も良い状態から大きく解離してしまう可能性が高い。

これに対して、本実施形態では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に低い状況において、電流位相βが位相角β_ｔｑよりも進角した第１の動作点でクローポールモータ１００を運転することができる。そのため、制御装置５００は、最大トルク運転時の鉄損が銅損の３倍以上もあるようなクローポールモータ１００が制御対象の場合に、クローポールモータ１００の運転効率を適切に向上させることができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、表面磁石同期電動機（ＳＰＭＳＭ）であってよい。そして、第１の動作点の電流位相は、２０°～５０°の範囲にあってよく、第２の動作点の電流位相は、０°～１０°の範囲にあってよく、第１の動作点と第２の動作点との間の電流位相の差は、２０°以上であってよい。

これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００がＳＰＭＳＭである場合に、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを具体的に両立させることができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、磁石埋込同期電動機（ＩＰＭＳＭ）であってよい。そして、第１の動作点の電流位相は、３０°～７０°の範囲にあってよく、第２の動作点の電流位相は、１０°～４０°の範囲にあってよく、第１の動作点と第２の動作点との間の電流位相の差は、２０°以上であってよい。

これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００がＩＰＭＳＭである場合に、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを具体的に両立させることができる。

また、本実施形態では、第１の動作点において、電流位相βは、クローポールモータ１００の効率が最大になる位相角β_ｅｆｆ（第１の位相角の一例）或いはその近傍であってよい。

これにより、制御装置５００は、クローポールモータ１００の運転効率を最大化し、運転効率を更に向上させることができる。

また、本実施形態では、第２の動作点において、電流位相βは、電流振幅Ｉ_ａに対してクローポールモータ１００の出力トルクＴが最大になる位相角β_ｔｑ（第２の位相角の一例）或いはその近傍であってよい。

これにより、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い状況において、要求される運転条件（負荷条件）に対して、電流振幅Ｉ_ａを最小化し、コイル２１２の温度上昇を更に抑制することができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、クローポール型の電機子を含む。そして、コイル２１２の軸方向の一端部、軸方向の他端部、径方向の内端部、及び径方向の外端部のうちの少なくとも３つは、ステータコア２１１に覆われる。

この場合、コイル２１２が外気に触れにくく、コイル２１２の冷却性能が相対的に低くなる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い状況において、コイル２１２の運転効率を優先する第１の動作点よりも電流位相を遅角させて、電流振幅を相対的に低くすることができる。そのため、制御装置５００は、コイル２１２が外気に触れにくい構造のクローポールモータ１００が制御対象の場合に、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを適切に両立させることができる。

また、本実施形態では、クローポールモータ１００は、アウタロータ型であり、固定子２０が電機子である。

この場合、固定子２０が回転子１０に覆われるため、固定子２０の銅損や鉄損による熱を外気に放熱しにくく、コイル２１２の冷却性能が相対的に低くなる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、制御装置５００は、コイル２１２の温度が相対的に高い状況において、コイル２１２の運転効率を優先する第１の動作点よりも電流位相を遅角させて、電流振幅を相対的に低くすることができる。そのため、制御装置５００は、固定子２０の熱を外気に放熱しにくい構造のクローポールモータ１００が制御対象の場合に、クローポールモータ１００の運転効率の向上と、コイル２１２の温度上昇の抑制とを適切に両立させることができる。

［変形・変更］
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

例えば、上述の実施形態において、クローポールモータ１００は、アウタロータ型であるが、インナロータ型であってもよい。

また、例えば、上述の実施形態におけるクローポールモータ１００の制御方法は、クローポールモータ１００とは異なる種類の他の回転電機に関する制御に採用されてもよい。具体的には、上述の制御方法は、クローポールモータ１００と同様、銅損よりも鉄損のほうが大きい他の回転電機に採用されてよい。これにより、上述の実施形態と同様の作用・効果を奏する。

１ モータ制御システム
１０ 回転子
１１，１１Ａ～１１Ｃ ロータコア
１２ 永久磁石
１３ 回転軸部材
１４ 連結部材
２０ 固定子（電機子、クローポール型の電機子）
２１，２１Ａ～２１Ｃ 固定子ユニット
２２ 相間部材
２２Ａ ＵＶ相間部材
２２Ｂ ＶＷ相間部材
２３ 端部部材
２４ 挿通部材
２５，２６ ベアリング
３０ 固定部材
１００ クローポールモータ（回転電機）
２００ 電力変換装置
２０２ 整流回路
２０４ 平滑回路
２０６ インバータ回路
２１１ ステータコア（コア）
２１１Ａ ヨーク部
２１１Ｂ 爪磁極
２１１Ｃ ヨーク部
２１１Ｄ 挿通孔
２１２ コイル
３００ 電流センサ
３００ｕ Ｕ相電流センサ
３００ｗ Ｗ相電流センサ
４００ 温度センサ
５００ 制御装置
５０１ 温度情報取得部
５０２ モータ制御部（制御部）
５０４ 電流検出部
５０６ 変換部
５０８ ＰＩ制御部
５１０ 変換部
５１２ 駆動指令生成部
ＰＳ 交流電源

Claims (12)

1. 電力変換装置を用いて回転電機の動作点を制御し、前記回転電機の同じ負荷条件を少なくとも２以上の動作点により制御可能に構成される制御部を備え、
   前記制御部は、前記回転電機のコイルの温度が所定の温度以下の場合、第１の動作点で前記回転電機を制御し、前記コイルの温度が前記所定の温度より高い場合、前記第１の動作点の場合よりも電流振幅が小さく且つ電流位相が遅角された第２の動作点で前記回転電機を制御する、
   制御装置。
2. 前記第２の動作点では、前記第１の動作点よりも前記回転電機の鉄損が大きく、且つ、前記回転電機の銅損が小さく、且つ、前記鉄損及び前記銅損を合わせた前記回転電機の全損失が大きくなる、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記コイルの温度に関する情報を取得する温度情報取得部を備え、
   前記制御部は、前記温度情報取得部により取得される情報に基づき、前記回転電機の動作点を決定する、
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記回転電機の動作点を前記第１の動作点から前記第２の動作点に移行させる場合の前記所定の温度は、前記回転電機の動作点を前記第２の動作点から前記第１の動作点に移行させる場合の前記所定の温度よりも高い、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御装置。
5. 前記回転電機は、前記電流振幅に対して出力トルクが最大になる所定の電流位相での運転時に鉄損が銅損の３倍以上である、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御装置。
6. 前記回転電機は、表面磁石同期電動機であり、
   前記第１の動作点の前記電流位相は、２０°～５０°の範囲にあり、
   前記第２の動作点の前記電流位相は、０°～１０°の範囲にあり、
   前記第１の動作点と前記第２の動作点との間の前記電流位相の差は、２０°以上である、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の制御装置。
7. 前記回転電機は、磁石埋込同期電動機であり、
   前記第１の動作点の前記電流位相は、３０°～７０°の範囲にあり、
   前記第２の動作点の前記電流位相は、１０°～４０°の範囲にあり、
   前記第１の動作点と前記第２の動作点との間の前記電流位相の差は、２０°以上である、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の制御装置。
8. 前記第１の動作点において、前記電流位相は、前記回転電機の効率が最大になる第１の位相角、又はその近傍である、
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の制御装置。
9. 前記第２の動作点において、前記電流位相は、前記電流振幅に対して前記回転電機のトルクが最大になる第２の位相角、又はその近傍である、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の制御装置。
10. 前記コイルの軸方向の一端部、軸方向の他端部、径方向の内端部、及び径方向の外端部のうちの少なくとも３つは、コアに覆われている、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の制御装置。
11. 前記回転電機は、クローポール型の電機子を含む、
    請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記回転電機は、アウタロータ型であり、固定子が電機子である、
    請求項１乃至１１の何れか一項に記載の制御装置。

Images