明 細 書
[0001]
本出願は、２０１７年６月２１日に出願された日本出願番号２０１７－１２１４０２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
技術分野
[0002]
本開示は、高調波電流の重畳制御を行うモータ制御装置及びモータシステムに関する。
背景技術
[0003]
従来、モータのトルク脈動の抑制を図るため、駆動電流に高調波電流を重畳する制御を行うモータの制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示の技術は発電システムとして示されているが、高調波電流を重畳して発電機のトルク脈動を抑制するものである。
先行技術文献
特許文献
[0004]
特許文献1 : 特開２０１５－７０７８１号公報
発明の概要
[0005]
高調波電流の重畳は、抑制対象としていた次数のトルク脈動の抑制が図れるものの、単純な高調波電流の重畳は、抑制対象とは異なる次数のトルク脈動を新たに発生させてしまい、十分な抑制効果が得られない虞があった。
[0006]
本開示の目的は、トルク脈動の効果的な抑制を図ることができるモータ制御装置及びモータシステムを提供することにある。
本開示の第一の態様にかかるモータ制御装置は、構造上位相差を有して組み合わされるＡ相及びＢ相モータ部の合成トルクを出力トルクとして得る２相モータが制御対象である。モータ制御装置は、前記Ａ相及びＢ相モータ部に供給するＡ相及びＢ相駆動電流をそれぞれ設定して前記２相モータの制御を行う。モータ制御装置は、前記Ａ相及びＢ相駆動電流の正弦波状の基本波電流を設定する基本波設定部と、前記基本波電流に重畳する高次高調波電流を設定する重畳波設定部とを含む。前記重畳波設定部は、前記合成トルクのトルク脈動の４ｎ次成分の抑制を図るべく４ｎ＋１次及び４ｎ－１次の少なくとも一方の前記高次高調波電流を設定する。ｎは自然数である。
[0007]
上記構成によれば、Ａ相及びＢ相モータ部の合成トルクを出力トルクとして得る２相モータが制御対象であり、Ａ相及びＢ相駆動電流の基本波電流に対する高次高調波電流の重畳において、４ｎ＋１次及び４ｎ－１次の少なくとも一方の高次高調波電流が設定される。これにより、合成トルクのトルク脈動の４ｎ（ｎは自然数）次成分の抑制が図られる。一方で、合成トルクのトルク脈動の内で、先の高調波電流の重畳を受けてＡＢ相個々では（４ｎ±２）次成分が増加するが、２相モータの構成上、互いが打ち消し合いの対象のため、合成トルク（出力トルク）としてはトルク脈動が低減する。結果、トルク脈動の効果的な抑制を図ることが可能である。
図面の簡単な説明
[0008]
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
[図1] 実施形態におけるモータ制御装置の制御対象であるモータの構成図である。
[図2] 図１のモータの分解図である。
[図3] 図１のステータの分解図である。
[図4] モータ制御装置（モータシステム）を示すブロック図である。
[図5] 第１態様の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
[図6] 第２態様の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
[図7] 第１比較例の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
[図8] 第２比較例の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
[図9] ＡＢ相ステータコア間の間隔とＡＢ相間の位相差とを示す説明図である。
[図10] 第３態様の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
[図11] 第４態様の制御を説明するための説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流ＦＦＴ、（ｃ）はトルク波形、（ｄ）はトルクＦＦＴを示す図である。
発明を実施するための形態
[0009]
以下、一実施形態について説明する。モータシステムを構成するモータ及びモータ制御装置において、先ずはモータの構成について説明する。本実施形態のモータは、自動車のラジエータ用電動ファン装置、空調用送風装置、電池冷却用ファン装置等、高回転用の駆動源を想定しているが、これに限るものではない。
[0010]
図１及び図２に示すように、本実施形態のモータＭは、ロータ１０がステータ２０を覆うように配置されるアウターロータ型のブラシレスモータとして構成される。一例ではモータＭは２相モータである。ロータ１０はＡ相用ロータ部１１とＢ相用ロータ部１２とを備え、ステータ２０はＡ相用ステータ部２１とＢ相用ステータ部２２とを備える。即ち、Ａ相用ロータ部１１とＡ相用ステータ部２１とはＡ相モータ部ＭＡを構成し、Ｂ相用ロータ部１２とＢ相用ステータ部２２とはＢ相モータ部ＭＢを構成している。Ａ相モータ部ＭＡとＢ相モータ部ＭＢとは、互いに電気角９０度の位相差を有するように周方向にずらして組み合わされる。
[0011]
ロータ１０は、Ａ相用ロータ部１１とＢ相用ロータ部１２とで共用の磁性金属製のロータコア１３と、Ａ相用ロータ部１１として用いるＡ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂと、Ｂ相用ロータ部１２として用いるＢ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂとを備える。
[0012]
ロータコア１３は、内周側円筒部１３ａと、同軸上で内周側円筒部１３ａよりも外周側に位置する外周側円筒部１３ｂと、内周側円筒部１３ａと外周側円筒部１３ｂとの軸方向一端同士を繋ぐ平板円環状の上底部１３ｃとを有する。内周側円筒部１３ａは、ロータコア１３（ロータ１０）の支持部位として用いられる。
[0013]
ロータコア１３の外周側円筒部１３ｂの内周面には、Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂとＢ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂとが固着される。Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂとＢ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂとは、それぞれ同一構成をなし、周方向等間隔に本実施形態では１２磁極を有する。各磁石１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、ロータコア１３の開放端側から軸方向に上底部１３ｃに向かって、Ａ相用第１磁石１４ａ、Ａ相用第２磁石１４ｂ、Ｂ相用第１磁石１５ａ、Ｂ相用第２磁石１５ｂの順に配置される。
[0014]
Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂとＢ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂとは、Ａ相の基準位置とＢ相の基準位置との間で電気角４５度の位相差を有する配置構成としている。また、本実施形態ではスキュー効果を得るために、Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂはＡ相の基準位置から周方向両側にそれぞれ２２．５度ずつずらして配置され、Ｂ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂもＢ相の基準位置から周方向両側にそれぞれ２２．５度ずつずらして配置される。結果として、Ａ相用第２磁石１４ｂとＢ相用第１磁石１５ａとの周方向位置は同じ位置に配置される。
[0015]
ステータ２０は、それぞれ同一構成のＡ相用ステータ部２１とＢ相用ステータ部２２とを軸方向に並設してなる。Ａ相用ステータ部２１は、軸方向下側（ロータコア１３の開放端側）に配置され、Ｂ相用ステータ部２２は、軸方向上側（ロータコア１３の上底部１３ｃ側）に配置される。即ち、Ａ相用ステータ部２１は、Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂ（Ａ相用ロータ部１１）と径方向に対向し、Ｂ相用ステータ部２２は、Ｂ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂ（Ｂ相用ロータ部１２）と径方向に対向する。
[0016]
図３に示すように、Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２は、それぞれにおいて、同一構成をなす第１及び第２ステータコア２３，２４と、各ステータコア２３，２４の間に配置されたコイル部２５とを備える。
[0017]
第１及び第２ステータコア２３，２４は、円筒部２６と、円筒部２６から外周側に延出された本実施形態では１２個の爪状磁極２７，２８とを備えている。尚、第１ステータコア２３に形成された爪状磁極を第１爪状磁極２７とし、第２ステータコア２４に形成された爪状磁極を第２爪状磁極２８とする。第１及び第２爪状磁極２７，２８は、それぞれ周方向等間隔（３０度間隔）に設けられる。第１及び第２爪状磁極２７，２８は、円筒部２６から径方向外側に延びる径方向延出部２９ａと、径方向延出部２９ａの先端部から軸方向に直角に屈曲して延びる磁極部２９ｂを有する。そして、第１及び第２ステータコア２３，２４は、第１及び第２爪状磁極２７，２８の曲げられた方向同士が向き合うように配置され、各爪状磁極２７，２８の磁極部２９ｂが周方向等間隔に交互に位置するように組み合わされる。磁極部２９ｂの数は２４個（２４磁極）となる。
[0018]
第１及び第２ステータコア２３，２４の軸方向の間には、コイル部２５が介装される。コイル部２５は、ステータコア２３，２４の円筒部２６周りに円環状をなすボビンに巻線が巻回されてなる。つまり、コイル部２５は、軸方向においては第１及び第２爪状磁極２７，２８の各径方向延出部２９ａ間に位置し、径方向においては第１及び第２ステータコア２３，２４の各円筒部２６と第１及び第２爪状磁極２７，２８の各磁極部２９ｂとの間に位置している。このようにＡ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２は、それぞれ所謂ランデル型構造にて構成される。
[0019]
Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２は、電気角４５度の位相差を有する配置構成としている。この場合、Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２の電気角４５度のずらす方向と、Ａ相用及びＢ相用ロータ部１１，１２（Ａ相用第１及び第２磁石１４ａ，１４ｂとＢ相用第１及び第２磁石１５ａ，１５ｂ）の電気角４５度のずらす方向とは逆方向に設定され、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢとして互いに電気角９０度の位相差を有する構造となるように構成される。Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢは、Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２の各コイル部２５に対しそれぞれ対応する駆動電流の供給を受けて回転駆動を行う。
[0020]
次に、上記構成のモータＭを制御対象とするモータ制御装置について説明する。
図４に示すように、本実施形態のモータ制御装置３０は、制御回路３１を含んで構成される、制御回路３１は、モータＭ（Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢ）の駆動指令に基づいてＡ相駆動電流ＩａとＢ相駆動電流Ｉｂとの生成及び供給を行う。
[0021]
制御回路３１は、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの生成に際し、Ａ相電流センサ３２からＡ相駆動電流Ｉａに対応するＡ相電流検出信号Ｓａを、Ｂ相電流センサ３３からＢ相駆動電流Ｉｂに対応するＢ相電流検出信号Ｓｂをそれぞれ入力する。また、制御回路３１は、回転位置検出センサ３４からモータＭのロータ１０の回転位置（回転角）に対応する回転位置検出信号Ｓｘを入力する。制御回路３１は、Ａ相及びＢ相電流検出信号Ｓａ，ＳｂからＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの振幅と位相とを把握し、回転位置検出信号Ｓｘからロータ１０の回転位置を把握する。
[0022]
制御回路３１は、基本波設定部３１ａと重畳波設定部３１ｂと位相差設定部３１ｃとを備える。基本波設定部３１ａは、駆動指令と共にＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの振幅及び位相とロータ１０の回転位置とに基づき、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの内の正弦波状の基本波電流を設定する。重畳波設定部３１ｂは、基本波設定部３１ａにて設定された基本波電流に対して高次高調波電流を重畳、本実施形態では３次高調波電流を重畳する。またこの場合、３次高調波電流の大きさ（振幅）は、基本波電流よりも小さい所定割合に設定される。位相差設定部３１ｃは、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を設定する。この場合、基本波電流に３次高調波電流を重畳する前に個別に位相差を設定してもよく、重畳後に位相差を設定してもよい。
[0023]
［第１比較例］
ここで、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂを正弦波状の基本波電流とした第１比較例について図７（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。また、制御対象のモータＭを構成するＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢは互いに電気角９０度の位相差を有する構造をなしているため、この第１比較例ではＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差についても一般的な９０度に設定している。
[0024]
図７（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが正弦波状の基本波電流で互いの位相差が９０度であることが示され、図７（ｂ）のフーリエ変換による電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）であり、高次高調波電流が重畳されていないことが示されている。
[0025]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づけば、モータＭのＡ相モータ部ＭＡのトルク波形及びＢ相モータ部ＭＢのトルク波形の各々は、図７（ｃ）に示されるように、波形形状の歪みが大きくなり正弦波状から乖離している。詳しくは、Ａ相モータ部ＭＡのトルク波形における上側部分及び下側部分の一方とＢ相モータ部ＭＢのトルク波形における上側部分及び下側部分の他方とは、非対称形状となる。また、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクは、互いに電気角で９０度よりも数度ずれた位相差となっている。従って、これらＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルクはＡＢ相間での打ち消し作用が十分でなく、比較的大きいトルク脈動が現れる。
[0026]
また、図７（ｄ）のフーリエ変換によるトルク波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、０次成分以外に主として２次成分や４次成分が現れ、２次成分に着目するとＡＢ相間で大きさが異なる。この２次成分は合成時にＡＢ相間で打ち消し合いの対象となるが、ＡＢ相間で大きさが異なることで、合成トルクとしては２次成分が若干残る。４次成分は合成時にＡＢ相間で加算されるため、合成トルクとしては４次成分が大きくなる。
[0027]
その結果、図７（ａ）～（ｄ）に示した第１比較例では、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルク、即ちモータＭとしての出力トルクには、２次成分や４次成分を含む比較的大きなトルク脈動が現れる。
[0028]
［本実施形態の第２態様］
これに対し、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの基本波電流に３次高調波電流を重畳した本実施形態の第２態様について図６（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。尚、この第２態様でも、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差は９０度に設定している。
[0029]
図６（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流に３次高調波電流が重畳された電流波形で互いの位相差が９０度であることが示され、図６（ｂ）の電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）に３次高調波電流が重畳されていることが示されている。３次高調波電流の大きさは基本波電流の例えば約１／４に設定される。
[0030]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づけば、モータＭのＡ相モータ部ＭＡのトルク波形及びＢ相モータ部ＭＢのトルク波形の各々は、図６（ｃ）に示されるように、波形形状の歪みが小さくなり正弦波状に近似する。詳しくは、Ａ相モータ部ＭＡのトルク波形における上側部分及び下側部分の一方と、Ｂ相モータ部ＭＢのトルク波形における上側部分及び下側部分の他方とは、位相差を除くと対称形状となる。尚、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクは、互いに電気角で９０度よりも数度ずれた位相差は維持される。従って、これらＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルクはＡＢ相間で十分な打ち消し作用が生じ、トルク脈動が小さく抑えられる。
[0031]
また、図６（ｄ）のトルク波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、０次成分以外に主として２次成分が現れ、４次成分は消滅している。これは、３次高調波電流がトルク脈動の４次成分の消滅に寄与しているからである。一方で、この３次高調波電流は、上記した第１比較例よりも２次成分を増大させてしまうが、この２次成分は合成時にＡＢ相間で打ち消し合いの対象となるため、十分な打ち消し合いにより十分に小さくなる。尚、合成トルクのトルク脈動の２次成分としては、ＡＢ相間で大きさが異なる分、若干ではあるが残る。
[0032]
その結果、図６（ａ）～（ｄ）に示した本実施形態の第２態様では、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルク、即ちモータＭとしての出力トルクは、２次成分が僅かに残るものの、４次成分が略消滅したトルク脈動の小さい安定したトルク変化となる。
[0033]
［第２比較例］
次いで、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂを正弦波状の基本波電流とし（高次高調波電流の重畳なし）、位相差を９０度より小さい８２度に設定した第２比較例について図８（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。
[0034]
上記したように、制御対象のモータＭを構成するＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢはその構造上、互いに電気角９０度の位相差を有するため、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を９０度とするのが一般的である。また、本実施形態ではＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢを構成するＡ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２の第２ステータコア２４同士を当接させて軸方向に小型化とした構造を採用しているため、ＡＢ相間で磁気干渉が生じ易い状況であり、これに起因するトルク脈動が生じ易い状況である。本発明者はこの対策として、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を９０度より小さくすると、ＡＢ相間での磁気干渉の低減によるトルク脈動の低減が図れることを把握している。
[0035]
図９は、Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２間の間隔（ギャップ）に対し、トルク脈動の低減に最適なＡＢ相間の位相差（Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差）を表したものである。間隔（ギャップ）が０ｍｍの場合のＡＢ相間の最適な位相差は８２度であり、Ａ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２が当接状態（間隔ゼロ）の本実施形態である。そこから間隔（ギャップ）が増加するに連れてＡＢ相間の最適な位相差は８２度から９０度に次第に近接する。そして、間隔（ギャップ）が４ｍｍになるとＡＢ相間の最適な位相差は９０度となり、以降は間隔（ギャップ）が増加してもＡＢ相間の最適な位相差は９０度、即ち磁気干渉が略生じていないことを意味する。そして、この第２比較例では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差が８２度に設定される。
[0036]
図８（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流で互いの位相差が８２度であることが示され、図８（ｂ）の電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）であり、高次高調波電流が重畳されていないことが示されている。
[0037]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づけば、モータＭのＡ相モータ部ＭＡのトルク波形及びＢ相モータ部ＭＢのトルク波形の各々は、図８（ｃ）に示されるように、高次高調波電流の重畳がないため、波形形状の歪みが依然として残る。それでも、位相差が電気角で９０度になり、図７の第１比較例で懸念していた位相ずれが改善されている。従って、これらＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルクは、ＡＢ相間で位相ずれが改善された分その打ち消し作用が改善し、トルク脈動に改善が見られる。
[0038]
また、図８（ｄ）のトルク波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、０次成分以外に主として２次成分や４次成分が現れるが、２次成分に着目するとＡＢ相間で大きさが略同等となる。ＡＢ相間で打ち消し合いの対象となるこの２次成分が略同等となることで、合成トルクの２次成分は消滅する。尚、合成トルクの４次成分は加算により依然残る。
[0039]
その結果、図８（ａ）～（ｄ）に示した第２比較例では、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルク、即ちモータＭとしての出力トルクには、４次成分が依然残るが２次成分が略消滅し、トルク脈動の若干の改善が見込める。
[0040]
［本実施形態の第１態様］
上記を踏まえ、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの基本波電流に３次高調波電流を重畳し、更に位相差を９０度より小さい８２度に設定した本実施形態の第１態様について図５（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。
[0041]
図５（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流に３次高調波電流が重畳された電流波形で互いの位相差が８２度であることが示され、図５（ｂ）の電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）に３次高調波電流が重畳されていることが示されている。
[0042]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づけば、モータＭのＡ相モータ部ＭＡのトルク波形及びＢ相モータ部ＭＢのトルク波形の各々は、図５（ｃ）に示されるように、波形形状の歪みは小さくなり正弦波状に近似する。即ち、Ａ相モータ部ＭＡのトルク波形における上側部分及び下側部分の一方と、Ｂ相モータ部ＭＢのトルク波形における上側部分及び下側部分の他方とは、対称形状となる。また、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクは、位相差が電気角で９０度になり、位相差も改善される。従って、これらＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルクは、３次高調波電流の重畳と位相ずれの改善とからＡＢ相間でより適切な打ち消し作用が生じ、トルク脈動の極めて小さい一層安定したトルク変化となる。
[0043]
また、図５（ｄ）のトルク波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、０次成分以外に主として２次成分が現れ、４次成分は３次高調波電流の重畳により消滅している。また、この３次高調波電流は２次成分を増大させるものの、位相ずれの改善のためこの２次成分は合成時にＡＢ相間でより適切に打ち消し合い、合成トルクのトルク脈動の２次成分も消滅することとなる。
[0044]
その結果、図５（ａ）～（ｄ）に示した本実施形態の第１態様では、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルク、即ちモータＭとしての出力トルクは、２次成分と４次成分とが共に略消滅したトルク脈動の極めて小さい一層安定したトルク変化となる。
[0045]
従って、本実施形態のモータ制御装置３０は、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの内の正弦波状の基本波電流を設定し（基本波設定部３１ａ）、基本波電流に３次高調波電流を重畳し（重畳波設定部３１ｂ）、ＡＢ相関で位相差を８２度に設定して（位相差設定部３１ｃ）、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢよりなる２相構成のモータＭの制御を行う。この第１態様を用いることで、モータＭのトルク脈動がより効果的に抑制され、モータＭの低振動化・低騒音化が図られる。尚、ＡＢ相関で位相差を９０度、３次高調波電流の重畳のみの第２態様でも、モータＭのトルク脈動を効果的に抑制することが可能である。
[0046]
因みに、上記では３次高調波電流の重畳の態様であったが、５次高調波電流を重畳させてもよく（第３態様）、３次及び５次高調波電流を重畳してもよい（第４態様）。
［本実施形態の第３態様］
Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの基本波電流に５次高調波電流を重畳（位相差は８２度に設定）した本実施形態の第３態様について図１０（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。
[0047]
図１０（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流に５次高調波電流が重畳された電流波形で互いの位相差が８２度であることが示され、図１０（ｂ）の電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）に５次高調波電流が重畳されていることが示されている。この５次高調波電流の大きさについても、上記した３次高調波電流と同様に基本波電流の例えば約１／４に設定される。
[0048]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づけば、モータＭのＡ相モータ部ＭＡのトルク波形及びＢ相モータ部ＭＢのトルク波形の各々は、図５（ｃ）に示す３次高調波電流の重畳時と同様、ＡＢ相個々のトルク波形の形状の歪みは小さい（図示略）。また、ＡＢ相のトルク波形が９０度の位相差となるように調整されている。これらのことから、図１０（ｃ）の合成トルクの波形に示されるように、ＡＢ相間でより適切な打ち消し作用が生じ、トルク脈動の極めて小さい一層安定したトルク変化となる。
[0049]
また、図１０（ｄ）の合成トルクの波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、５次高調波電流の重畳においても４次成分の消滅が可能である。また、この５次高調波電流は６次成分を増大させるものの、この６次成分については合成時にＡＢ相間でより適切に打ち消し合い、合成トルクのトルク脈動の６次成分を十分に低減可能である。尚、合成トルクの６次成分、８次成分といった次数の高い成分が僅かに残るが、トルク脈動の効果的な抑制が可能である。
[0050]
［本実施形態の第４態様］
Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの基本波電流に３次及び５次高調波電流を重畳（位相差は８２度に設定）した本実施形態の第４態様について図１１（ａ）～（ｄ）を用いて説明する。
[0051]
図１１（ａ）の電流波形では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流に３次及び５次高調波電流が重畳された電流波形で互いの位相差が８２度であることが示され、図１１（ｂ）の電流波形の周波数解析（電流ＦＦＴ）では、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂが基本波電流（１次高調波）に３次及び５次高調波電流が重畳されていることが示されている。この３次及び５次高調波電流の大きさについては、上記した３次（又は５次）高調波電流の更に半分、即ち基本波電流の例えば約１／８にそれぞれ設定され、また互いに同等に設定される。
[0052]
このようなＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの供給に基づくモータＭのＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクは、図５（ｃ）に示す３次（又は図１０（ｃ）に示す５次）高調波電流の重畳時と同様、ＡＢ相個々のトルク波形の形状の歪みは小さい（図示略）。また、ＡＢ相のトルク波形が９０度の位相差となるように調整されていることから、図１１（ｃ）の合成トルクの波形に示されるように、ＡＢ相間でより適切な打ち消し作用が生じ、トルク脈動の極めて小さい一層安定したトルク変化となる。
[0053]
また、図１１（ｄ）の合成トルクの波形の周波数解析（トルクＦＦＴ）からでもわかるが、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各トルクＦＦＴでは、合成トルクの２次成分、４次成分、６次成分、８次成分の消滅が可能で、トルク脈動のより効果的な抑制が可能である。
[0054]
次に、本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの合成トルクを出力トルクとして得る２相構造のモータＭが制御対象であり、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの基本波電流に対する高次高調波電流の重畳において、３次（すなわち４ｎ－１次）又は５次（すなわち４ｎ＋１次）高調波電流が設定される（本実施形態の第１～第４態様）。これにより、合成トルクのトルク脈動の４次（すなわち４ｎ次）成分の抑制を図ることができる。一方で、合成トルクのトルク脈動の内で、先の高調波電流の重畳を受けてＡＢ相個々では２次又は６次成分が増加するが、２相型のモータＭの構成上、互いが打ち消し合いの対象のため、合成トルク（出力トルク）としてはトルク脈動が低減する。結果、トルク脈動の効果的な抑制を図ることができる。
[0055]
（２）高次高調波電流の重畳において、３次及び５次の何れか一方の高次高調波電流の設定が行われる本実施形態の第１～第３態様では、重畳波設定部３１ｂ（制御回路３１）を比較的簡単な構成で十分なトルク脈動の抑制を図ることができる。
[0056]
（３）高次高調波電流の重畳において、３次及び５次の両方の高次高調波電流の設定が行われる本実施形態の第４態様では、高度なトルク脈動の抑制を図ることができる。
（４）構造上電気角９０度の位相差を有するＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢに対し、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差が８２度（８０度以上９０度未満）に設定される。本実施形態の２相型のモータＭは、ＡＢ相間でステータコア２４同士を当接するＡ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢを有する。Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの各々は、複数の磁極部２９ｂを有する一対のステータコア２３，２４と、一対のステータコア２３，２４間に配置されたコイル部２５とを含む。本実施形態の２相型のモータＭではそのＡＢ相間で磁気干渉し得るため、３次又は５次高調波電流の重畳によりＡＢ相個々のトルク脈動で増加する２次又は６次成分の打ち消し合いにおいて、ＡＢ相間で若干の位相ずれが生じてその打ち消し合いの効果が低減する。これを考慮し、Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を８０度以上９０度未満に設定することで改善が図れる。結果、高次高調波電流の重畳に加え位相調整を更に行うことで、トルク脈動のより効果的な抑制を図ることができる。またこの場合、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢでの構造上（位相差）の変更を伴わず、制御にて簡易に対応することができる。
[0057]
（５）Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を８０度以上９０度未満に設定する一方で、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢの構造としては電気角９０度の位相差にて構成されるため、モータＭの非駆動時のコギングトルクを小さく抑えることができる。
[0058]
（６）モータＭは自動車のラジエータ用電動ファン装置、空調用送風装置、電池冷却用ファン装置等、高回転用の駆動源に用いられるため、モータＭの出力トルクのトルク脈動は各装置の低振動化・低騒音化に十分な貢献を図ることができる。
[0059]
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・２相（ＡＢ相）型のモータＭのトルク脈動の内で４次成分の抑制を図るべくＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂに３次又は５次高調波電流の重畳を行い、これに伴うトルク脈動のＡＢ相個々の２次又は６次成分の増加はモータＭの構造で相殺するものであったが、次数はこれに限らない。
[0060]
即ち、トルク脈動の４ｎ（ｎは自然数）次成分の抑制を図るべく（４ｎ±１）次高調波電流の重畳を行うようにし、これに伴うトルク脈動の（４ｎ±２）次成分の増加はモータＭの構造で相殺するものであってもよい（上記実施形態ではｎ＝１）。
[0061]
・上記実施形態の第１～第３態様では高次高調波電流の大きさを基本波電流の約１／４に、第４態様では高次高調波電流の大きさを基本波電流の約１／８に設定したが、電流の大きさはこれに限らず、適宜変更してもよい。
[0062]
・上記実施形態の第４態様のように３次及び５次の両方の高調波電流を重畳する場合、上記実施形態では３次と５次で同じ大きさ（振幅）の電流を重畳するようにしたが、次数毎に電流の大きさを異ならせてもよい。
[0063]
・Ａ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を上記実施形態の第２態様では９０度（位相調整なし）、上記実施形態の第１，第３，第４態様では８２度に設定したが、角度はこれに限らず、適宜変更してもよい。Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢ間で磁気干渉が生じ得る構成の場合では特に、有効範囲の８０度以上９０度未満に設定するのが好ましい。
[0064]
尚、上記実施形態の第１，第３，第４態様においてＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差８２度とした制御での対応であったが、例えばＡ相及びＢ相駆動電流Ｉａ，Ｉｂの位相差を９０度（位相調整なし）とし、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢ間の位相差を電気角９８度とする構造での対応を図っても、同様のＡＢ相間での打ち消し合いの効果を得ることができる。この場合、Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢ間の位相差の有効範囲は９０度より大きく１００度以下に設定するのが好ましい。また、ＡＢ相間での制御上の位相差と構造上の位相差とを共に変更してもよい。
[0065]
・モータＭ（Ａ相及びＢ相モータ部ＭＡ，ＭＢ）の構成を適宜変更してもよい。
例えばＡ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２において、ＡＢ相のステータコア２４同士を当接させる構成としたが、離間する配置構成としたり、ＡＢ相のステータコア２４間に非磁性体等を介在させる構成としてもよい。
[0066]
例えばＡ相用及びＢ相用ステータ部２１，２２において、複数の磁極部２９ｂを有する一対のステータコア２３，２４間にコイル部２５を配置する所謂ランデル型構造としたが、径方向に延びるティースを周方向に複数備えるステータコアにおいてそのティースにコイル部を巻装する周知のステータであってもよい。
[0067]
例えばＡ相用及びＢ相用ロータ部１１，１２において、ＡＢ相毎でも軸方向に２分割とした磁石１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを用い、周方向にずらしたスキュー構造としたが、各相毎で軸方向に分割せずスキュー構造を採らない一般的な磁石を用いてもよい。また、各相毎で３分割以上のスキュー構造としてもよい。
[0068]
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
請求の範囲
[請求項1]
構造上位相差を有して組み合わされるＡ相及びＢ相モータ部（ＭＡ，ＭＢ）の合成トルクを出力トルクとして得る２相モータ（Ｍ）が制御対象であり、前記Ａ相及びＢ相モータ部に供給するＡ相及びＢ相駆動電流（Ｉａ，Ｉｂ）をそれぞれ設定して前記２相モータの制御を行うモータ制御装置であって、
前記Ａ相及びＢ相駆動電流の正弦波状の基本波電流を設定する基本波設定部（３１ａ）と、
前記基本波電流に重畳する高次高調波電流を設定する重畳波設定部（３１ｂ）と、を備え、
前記重畳波設定部は、前記合成トルクのトルク脈動の４ｎ次成分の抑制を図るべく４ｎ＋１次及び４ｎ－１次の少なくとも一方の前記高次高調波電流を設定し、ｎは自然数であるモータ制御装置。
[請求項2]
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記Ａ相及びＢ相モータ部は、構造上電気角９０度の位相差を有するモータ制御装置。
[請求項3]
請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、
前記重畳波設定部は、４ｎ－１次及び４ｎ＋１次の何れか一方の前記高次高調波電流を設定するモータ制御装置。
[請求項4]
請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、
前記重畳波設定部は、４ｎ－１次及び４ｎ＋１次の両方の前記高次高調波電流を設定するモータ制御装置。
[請求項5]
請求項１～４の何れか１項に記載のモータ制御装置において、
前記Ａ相及びＢ相駆動電流の位相差を設定する位相差設定部をさらに備え、
前記位相差設定部は、前記Ａ相及びＢ相駆動電流の位相差を８０度以上９０度未満に設定するモータ制御装置。
[請求項6]
請求項１～５の何れか１項に記載のモータ制御装置において、
前記Ａ相及びＢ相モータ部の各々は、複数の磁極部を有する一対のステータコアと、該一対のステータコア間に配置されたコイル部とを含むモータ制御装置。
[請求項7]
構造上位相差を有して組み合わされるＡ相及びＢ相モータ部の合成トルクを出力トルクとして得る２相モータと、
前記Ａ相及びＢ相モータ部に供給するＡ相及びＢ相駆動電流をそれぞれ設定して前記２相モータの制御を行う請求項１～６の何れか１項に記載のモータ制御装置と
を備えているモータシステム。
図面
