(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極対数が異なる二つのロータと、それぞれのロータに対峙するステータとを有し、
それぞれのステータに設けるコイルの電気的極数を同一とし、
それぞれのロータに対する回転磁場を発生させる複合電流を前記コイルに供給する電源供給回路を設け、
両方のステータのコイルの各相をそれぞれ並列に接続して前記電源供給回路の対応する相に接続し、
その際、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手方は同相で電流が流れない相を一つの中立点としてまとめるように、各ステータのコイルにおける中立点を複数に分割して接続し、
前記電源供給回路から両方のステータのコイルに前記複合電流を供給して両方のロータを独立に制御することを特徴とする複合モータ。
【請求項２】
前記二つのロータとそれぞれに対峙するステータとが２軸のモータとして一つの構造に組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の複合モータ。
【請求項３】
前記二つのロータとそれぞれに対峙するステータが、それぞれ一つのロータとステータからなる２個のモータとして独立の構造であることを特徴とする請求項１に記載の複合モータ。
【請求項４】
一方のロータが４極対で他方のロータが３極対であり、ステータコイルの電気的極数が１２相であり、前者を３相４極対で駆動し、後者を４相３極対で駆動する場合に、前者は３個おきに３個のコイルを接続して一つの中立点とすることによって合計４個の中立点を有し、後者は２個おきに４個のコイルを接続して一つの中立点とすることよって合計３個の中立点を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合モータ。
【請求項５】
一方のロータが４極対で他方のロータが３極対であり、ステータコイルの電気的極数が１２相であり、前者を３相４極対で駆動し、後者を４相３極対で駆動する場合に、前者は３個おきに３個のコイルを接続して一つの中立点とすることによって合計４個の中立点を有し、後者は５個おきに２個ずつのコイルを接続して一つの中立点とすることよって合計６個の中立点を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合モータ。
【請求項６】
請求項１に記載の中立点の接続を近似的に満足するように、隣合った複数のコイルを接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の複合モータ。
【請求項７】
前記ステータコイルのＹ結線を、それと等価なΔ結線に置き換えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の複合モータ。
【請求項８】
前記複数の中立点をそれぞれインピーダンスを介して接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の複合モータ。
【請求項９】
極対数がＰ１であるロータと、集中巻されたｓ１個のステータコイルとを備え、相数ｍ１の交流電流によって駆動される第１回転電機と、
極対数がＰ２であるロータと、集中巻されたｓ２個のステータコイルとを備え、相数ｍ２の交流電流によって駆動される第２回転電機と、
からなる複合モータであって、
前記第１回転電機と前記第２回転電機との間には、
ｓ１＝Ｐ１×ｍ１、ｓ２＝Ｐ２×ｍ２
Ｐ１＝ｋ１×ｍ２、Ｐ２＝ｋ２×ｍ１    ただしｋ１、ｋ２は自然数
ｐ１＝Ｐ１／ｋ１、ｐ２＝Ｐ２／ｋ２としたとき、
ｐ１×ｍ１＝ｐ２×ｍ２
の関係が成立し、
前記第１回転電機のｓ１個のステータコイルに、１からｍ１の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ１個のステータコイルを、相番号の異なるｍ１個のステータコイルをｋ１組含むｐ１個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ１までのグループ番号を付与し、
前記第２回転電機のｓ２個のステータコイルに、１からｍ２の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ２個のステータコイルを、相番号の異なるｍ２個のステータコイルをｋ２組含むｐ２個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ２までのグループ番号を付与した場合に、
各グループに属するステータコイルをＹ結線またはΔ結線によって相互に接続し、かつ、グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルの一端とグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルの一端とを接続したことを特徴とする複合モータ。
【請求項１０】
極対数がＰ１であるロータと、集中巻されたｓ１個のステータコイルとを備え、相数ｍ１の交流電流によって駆動される第１回転電機と、
極対数がＰ２であるロータと、集中巻されたｓ２個のステータコイルとを備え、相数ｍ２の交流電流によって駆動される第２回転電機と、
からなる複合モータであって、
前記第１回転電機と前記第２回転電機との間には、
ｓ１＝Ｐ１×ｍ１、ｓ２＝Ｐ２×ｍ２
Ｐ１＝ｋ１×ｍ２、Ｐ２＝ｋ２×ｍ１    ただしｋ１、ｋ２は自然数
ｐ１＝Ｐ１／ｋ１、ｐ２＝Ｐ２／ｋ２としたとき、
ｐ１×ｍ１＝ｐ２×ｍ２
の関係が成立し、
前記第１回転電機のｓ１個のステータコイルに、１からｍ１の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ１個のステータコイルを、相番号の異なるｍ１個のステータコイルをｋ１組含むｐ１個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ１までのグループ番号を付与し、
前記第２回転電機のｓ２個のステータコイルに、１からｍ２の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ２個のステータコイルを、相番号の異なるｍ２個のステータコイルをｋ２組含むｐ２個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ２までのグループ番号を付与した場合に、
各グループに属するステータコイルをＹ結線またはΔ結線によって相互に接続し、かつ、ｐ１×ｍ１個の出力端子を有する電流制御装置の同一の端子に、グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルの一端とグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルの一端とを共通に接続したことを特徴とする複合モータ。
【請求項１１】
前記電流制御装置は、
相番号１に対応する前記各回転電機の制御電流をそれぞれの基準とした際に、
相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流は前記基準に対して３６０度×（ｊ−１）／ｍ１だけ位相が異なる電流とし、
相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流は前記基準に対して３６０度×（ｉ−１）／ｍ２だけ位相が異なる電流とし、
グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルとグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルとが接続された出力端子に、相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流と相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流とを複合して得られる複合電流が流れるように端子電圧を制御するものであることを特徴とする請求項１０に記載の複合モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のロータを共通に制御する複合モータに関し、特にステータコイルの結線方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合型の回転電機としては、例えば、特開平１１−２７５８２６号公報に記載されたものがある。この回転電機は、中空円筒状のステータの内側と外側に所定のギャップをおいて中空円筒状の外側ロータと内側ロータとが配置された構造（後記図１４で詳細説明）になっている。そして外側ロータ軸と内側ロータ軸は同一軸上に並ぶように配置され、外側ロータと内側ロータは同軸上でそれぞれ独立に回転出来るようになっている。上記のステータに設けた共通のコイルにそれぞれのロータに対応した回転磁場が発生するように複合電流を流すことにより、各ロータを独立に回転させることが出来る。
【０００３】
また、上記の複合型回転電機をさらに発展させた例として、本出願人の先願（特願平１１−２７３３０３号：未公開）がある。これは二つのロータを軸方向に直列に並べたものであり、ステータコイルは二つのロータに共通の１個の場合とそれぞれのロータが独立のステータコイルを有する場合とがある。そして後者の場合には、ロータもステータも独立であるから、１台のモータとして組合わせた構造に限定されることはなく、二つの独立したモータのステータコイルに共通の複合電流を流して制御する構造も可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ステータコイルとロータをそれぞれ独立に有する複合モータ（１台に組合わせた構造も２台別個の構造も含む）の場合に、二つのステータコイルにおける同極のコイルをそれぞれ並列に接続すれば、一つのインバータから共通の複合電流を流すことにより、二つのロータをそれぞれ自由な回転速度で独立に回転させることができる。しかし、その構成では、二つのコイルを並列に接続していることにより、一方を駆動するための電流成分が他方のコイルにも流れることがあり、そのため無効な電流が大きくなって銅損等が増加するという問題（詳細後述）があった。
【０００５】
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、ステータコイルとロータをそれぞれ独立に有する複合モータで、二つのステータコイルにおける同極のコイルをそれぞれ並列に接続した場合における無効な電流を抑制し、全体の効率を向上させた複合モータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１に記載の発明においては、極対数が異なる二つのロータと、それぞれのロータに対峙するステータとを有し、それぞれのステータに設けるコイルの電気的極数を同一とし、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手方は同相で電流が流れない相のコイルを一つの中立点としてまとめるように、各ステータのコイルにおける中立点を複数に分割して接続し、両方のステータのコイルの各相をそれぞれ並列に接続して電源供給回路の対応する相に接続するように構成している。なお、極対数とはロータに設けた磁極の対（ＮとＳで１対）の数を意味する。また、コイルの電気的極数とは駆動電流の相数と極対数との積の値であり、ステータコイルの数に相当する。この構成は、例えば後記図１〜図４の実施の形態に相当する。
【０００７】
上記のように本発明においては、中立点を複数に分割し、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手方は同相で電流が流れない相を一つの中立点にまとめるように構成しているので、自己のロータに同期した回転交流には中立点として動作し、同期しない回転交流（相手方）には同相となって電流が流れない。したがって並列接続ではあるが、それぞれのモータに同調する電流しか流れなくなり、一つのインバータから二つのモータに電流を供給しても、全く別個のインバータとモータとの組合せと同様に動作させることが出来る。そのため１個のインバータから２個のモータへ複合電流を流す構成において、全体の効率を大幅に向上させることが出来る。
【０００８】
次に、請求項２に記載の発明は、前記二つのロータとそれぞれに対峙するステータとが２軸のモータとして一つの構造に組み合わされているものである。この構成は例えば後記図２（ａ）に記載の構造に相当する。
【０００９】
次に、請求項３に記載の発明は、前記二つのロータとそれぞれに対峙するステータが、それぞれ一つのロータとステータからなる２個のモータとして独立の構造になっているものである。この構成は例えば後記図２（ｂ）に記載の構造に相当する。
【００１０】
次に、請求項４に記載の発明は、具体的な構成例を示すものであり、一方のロータが４極対で他方のロータが３極対であり、ステータコイルの電気的極数が１２相であり、前者を３相４極対で駆動し、後者を４相３極対で駆動する場合に、前者は３個おきに３個のコイルを接続して一つの中立点とすることによって合計４個の中立点を有し、後者は２個おきに４個のコイルを接続して一つの中立点とすることよって合計３個の中立点を有するものである。この構成は後記図１の結線に相当する。
【００１１】
次に、請求項５に記載の発明は、具体的な構成の他の例を示すものであり、一方のロータが４極対で他方のロータが３極対であり、ステータコイルの電気的極数が１２相であり、前者を３相４極対で駆動し、後者を４相３極対で駆動する場合に、前者は３個おきに３個のコイルを接続して一つの中立点とすることによって合計４個の中立点を有し、後者は５個おきに２個ずつのコイルを接続して一つの中立点とすることよって合計６個の中立点を有するものである。この構成は後記図４の結線に相当する。
【００１２】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の中立点の接続を近似的に満足するように、隣合った複数のコイルを接続したものである。この構成は例えば後記図５の結線に相当する。
【００１３】
この構成では、請求項１のように相手の電流が全く流れない結線ではないが、実用的構造として結線が容易になる。すなわち、隣合ったコイルを接続する方が実際のモータを組み立てる場合に、コイル間の結線長が短くなるので銅損を減少させることが出来、かつ結線が容易になるので実用的に有利である。
【００１４】
次に、請求項７に記載の発明は、ステータコイルのＹ結線を、それと等価なΔ結線に置き換えたものである。この構成は例えば後記図７や図８の結線に相当する。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、前記複数の中立点をそれぞれインピーダンスを介して接続したものである。この構成は、例えば後記図９の回路に相当する。上記のように、中立点をそれぞれインピーダンスＺを介して接続すると、請求項１のように複数の中立点を全く接続しない場合と、一つの中立点に全て接続する場合との中間の特性を実現出来る。効率の点からみれば、全く接続しない場合の方が良いが、インピーダンスＺを介して接続した場合には、インピーダンスＺの値に応じて誘起起電力の値を調節することが出来るので、大電流駆動時に誘起起電力が上昇し過ぎてインバータから電力を供給することが出来なくなって制御不能になるおそれを解消出来る。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明をさらに広げたものであり、図１７〜図２８の実施の形態に相当する。この構成によれば、２つの回転電機のロータ極対数が等しい場合にも適用可能である。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明に、電流制御装置への接続を付加したものである。
【００１８】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、電流制御装置から各ステータコイルへ流す電流を規定したものである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、並列接続であってもそれぞれのモータに同調する電流しか流れないので、無効電流による銅損等の発生を抑制することが出来、一つのインバータから二つのモータに電流を供給しても全く別個のインバータとモータとの組合せと同様に動作させることが出来る。そのため１個のインバータから２個のモータへ複合電流を流す構成において、全体の効率を大幅に向上させることが出来る。また、無効電流による発熱も抑制出来る、という効果が得られる。
【００２０】
また、請求項２によれば、二つのロータとそれぞれに対峙するステータからなる２軸のモータが一つの構造に組み合わされた複合モータを実現出来る、という効果が得られる。
【００２１】
また、請求項３によれば、二つのロータとそれぞれに対峙するステータが、それぞれ一つのロータとステータからなる２個のモータとして独立している構造を実現出来る、という効果が得られる。
【００２２】
また、請求項６においては、実際のモータを組み立てる場合に、コイル間の結線長が短くなるので銅損を減少させることが出来、かつ結線が容易になるので実用的に有利になる、という効果が得られる。
【００２３】
また、請求項８においては、効率は多少低下するが、大電流駆動時に誘起起電力が上昇し過ぎてインバータから電力を供給することが出来なくなって制御不能になるおそれを解消出来る、という効果が得られる。
【００２４】
また、請求項９においては、請求項１の効果に加えて、より広い組み合わせで複合モータを構成することが可能になる。すなわち、請求項１においては二つのロータの極対数が異なることが必要であったが、請求項９の構成によれば、２つの回転電機のロータ極対数が等しい場合にも適用可能である。また、請求項１０においても同様の効果が得られる。
【００２５】
また、請求項１１においては、請求項１０に記載の複合モータを駆動する電流を供給することが出来る。
【００２６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基礎となる回転電機の例として、本出願人が以前に出願した特開平１１−２７５８２６号公報記載の回転電機の構造、およびその駆動回路について説明する。
【００２７】
図１３は、上記公報記載の回転電機の構造を示す図であり、（ａ）は回転電機全体の概略断面図、（ｂ）はロータとステータ部分の断面図〔（ａ）のＡ−Ａ’断面図、ただし軸や外枠部分は除き、ロータとステータのみを示す〕である。なお、図１３は外側ロータの磁極数が４、内側ロータの磁極数が２で、その比である磁極数比が２：１の場合を示している。
【００２８】
図１３において、中空円筒状のステータ２の外側と内側に所定のギャップをおいて中空円筒状の外側ロータ３と内側ロータ４が配置され、３層構造になっている。また、内側ロータ軸９と外側ロータ軸１０とは同一の軸上に並ぶように設けられ、内側ロータ４と外側ロータ３は同軸上でそれぞれ独立に回転出来るようになっている。なお、軸受等は図示を省略している。
【００２９】
内側ロータ４は半周をＳ極、もう半周をＮ極とした一対の永久磁石で形成され、これに対して、外側ロータ３は内側ロータ４の一極当たり２倍の極数を持つように永久磁石が配置される。つまり、外側ロータ３のＳ極、Ｎ極は各２個であり、９０度毎にＳ極とＮ極が入れ替わるように構成されている。
【００３０】
このように各ロータ３、４の磁極を配置すると、内側ロータ４の磁石は外側ロータ３の磁石により回転力を与えられることがなく、この逆に外側ロータ３の磁石が内側ロータ４の磁石により回転力を与えられることもない。
【００３１】
たとえば、内側ロータ４の磁石が外側ロータ３に及ぼす影響を考えてみる。簡単のため内側ロータ４は固定して考える。まず、内側ロータ４のＳ極とこれに対峙する外側ロータ３の上側磁石ＳＮとの関係において、図示の状態で仮に内側ロータ４のＳ極が出す磁力を受けて、外側ロータの上側磁石ＳＮが時計方向に回転しようとしたとすると、内側ロータ４のＮ極とこれに対峙する外側ロータ３の下側磁石ＳＮとの関係においては、内側ロータ４のＮ極により外側ロータ３の下側磁石ＳＮが反時計方向に回転しようとする。つまり、内側ロータ４のＳ極が外側ロータ３の上側磁石に及ぼす磁力と内側ロータ４のＮ極が外側ロータ３の下側磁石に及ぼす磁力とがちょうど相殺することになり、外側ロータ３は内側ロータ４と関係なく、ステータ２との関係だけで制御可能となるわけである。このことは、後述するようにステータコイルに発生する回転磁場とロータとの間でも同じである。
【００３２】
ステータ２のコイルは、外側ロータ３の１磁極当たり３個のコイル６で構成され、合計１２個（＝３×４）のコイル６が同一の円周上に等分に配置されている。丸で囲んだ数字はそれぞれコイルの巻線を示し、例えば１と１とが１つのコイルを形成し、それぞれ電流の方向が逆なことを示している。すなわち、１は紙面方向へ電流の流れる巻線であり、１はその逆方向に電流の流れる巻線である。この場合の巻線方法は集中巻である。
【００３３】
また、７はコイルが巻回されるコアで、コイル６と同数のコア７が円周上に等分に所定の間隔（ギャップ）８をおいて配列されている。
【００３４】
なお、後述するように、１２個のコイルは番号で区別しており、この場合に６番目のコイルという意味でコイル６が出てくる。上記のコイル６という表現と紛らわしいが、意味するところは異なっている。
【００３５】
これら１２個のコイルには次のような複合電流Ｉ１〜Ｉ１２を流す。
まず内側ロータ４に対する回転磁場を発生させる電流（三相交流）を流すため、［１，２］＝［７，８］、［３，４］＝［９，１０］、［５，６］＝［１１，１２］の３組のコイルに１２０度ずつ位相のずれた電流Ｉｄ、Ｉｆ、Ｉｅを設定する。
ここで、番号の下に付けたアンダーラインは反対方向に電流を流すことを意味させている。たとえば、１組のコイル［１，２］＝［７，８］に電流Ｉｄを流すとは、コイル１からコイル７に向けてＩｄの半分の電流を、かつコイル２からコイル８に向けてＩｄのもう半分の電流を流すことに相当する。１と２、７と８が円周上でそれぞれ近い位置にあるので、この電流供給により、内側ロータ４の磁極と同数（２極）の回転磁場を生じさせることが可能となる。
【００３６】
次に、外側ロータ３に対する回転磁場を発生させる電流（三相交流）を流すため、［１］＝［４］＝［７］＝［１０］、［２］＝［５］＝［８］＝［１１］、［３］＝［６］＝［９］＝［１２］の３組のコイルに１２０度ずつ位相がずれた電流Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂを設定する。
たとえば、１組のコイル［１］＝［４］＝［７］＝［１０］に電流Ｉａを流すとは、コイル１からコイル４にＩａの電流をかつコイル７からコイル１０に向けてもＩａの電流を流すことに相当する。コイル１と７、コイル４と１０がそれぞれ円周上の１８０度ずつ離れた位置にあるため、この電流供給により、外側ロータ３の磁極数と同数（４極）の回転磁場を生じさせることができる。
【００３７】
この結果、１２個のコイルには次の各複合電流Ｉ１〜Ｉ１２を流せばよいことになる。
I１＝(1/2)Id＋Ia
I２＝(1/2)Id＋Ic
I３＝(1/2)If＋Ib
I４＝(1/2)If＋Ia
I５＝(1/2)Ie＋Ic
I６＝(1/2)Ie＋Ib
I７＝(1/2)Id＋Ia
I８＝(1/2)Id＋Ic
I９＝(1/2)If＋Ib
I１０＝(1/2)If＋Ia
I１１＝(1/2)Ie＋Ic
I１２＝(1/2)Ie＋Ib
ただし、電流記号の下につけたアンダーラインは逆向きの電流であることを表している。
【００３８】
さらに図１４を参照して複合電流の設定を説明すると、図１４は、図１３との比較のため、ステータ２の内周側と外周側に各ロータに対して別々の回転磁場を発生させる専用のコイルを配置したものである。つまり、内周側コイルｄ、ｆ、ｅの配列が内側ロータに対する回転磁場を、また外周側コイルａ、ｃ、ｂの配列が外側ロータに対する回転磁場を発生する。この場合に、二つの専用コイルを共通化して、図１３に示した共通のコイルに再構成するには、内周側コイルのうち、コイルｄに流す電流の半分ずつをコイルｄの近くにあるコイルａとｃに負担させ、同様にして、コイルｆに流す電流の半分ずつをコイルｆの近くにあるコイルｂとａに、またコイルｅに流す電流の半分ずつをコイルｅの近くにあるコイルｃとｂに負担させればよいわけである。上記複合電流Ｉ１〜Ｉ１２の式はこのような考え方を数式に表したものある。なお、電流設定の方法はこれに限られるものでなく、前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載のように、他の電流設定方法でもかまわない。
【００３９】
このように電流設定を行うと、共通のコイルでありながら、内側ロータ４に対する回転磁場と外側ロータ３に対する回転磁場との二つの磁場が同時に発生するが、内側ロータ４の磁石は外側ロータ３に対する回転磁場により回転力を与えられることがなく、また外側ロータ３の磁石が内側ロータ４に対する回転磁場により回転力を与えられることもない。この点は前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載のように、理論解析で証明されている。
【００４０】
上記Ｉｄ、Ｉｆ、Ｉｅの電流設定は内側ロータ４の回転に同期して、また上記Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂの電流設定は外側ロータ３の回転に同期してそれぞれ行う。トルクの方向に対して位相の進み遅れを設定するが、これは同期モータに対する場合と同じである。
【００４１】
図１５は上記回転電機を制御するための回路のブロック図である。
上記複合電流Ｉ１〜Ｉ１２をステータコイルに供給するため、バッテリなどの電源１１からの直流電流を交流電流に変換するインバータ１２を備える。瞬時電流の全ての和は０になるためこのインバータ１２は、図１６に詳細を示したように、通常の３相ブリッジ型インバータを１２相にしたものと同じで、２４（＝１２×２）個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ２４とこのトランジスタと同数のダイオードから構成される。
インバータ１２の各ゲート（トランジスタのベース）に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号である。
【００４２】
各ロータ３、４を同期回転させるため、各ロータ３、４の位相を検出する回転角センサ１３、１４が設けられ、これらセンサ１３、１４からの信号が入力される制御回路１５では、外側ロータ３、内側ロータ４に対する必要トルク（正負あり）のデータ（必要トルク指令）に基づいてＰＷＭ信号を発生させる。
【００４３】
このように、前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載の回転電機においては、二つのロータ３、４と１つのステータ２を三層構造かつ同一の軸上に構成すると共に、ステータ２に共通のコイル６を形成し、この共通のコイル６にロータの数と同数の回転磁場が発生するように複合電流を流すようにしたことから、ロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させることができる。
【００４４】
また、二つのロータに対してインバータが１つでよくなり、さらにロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合には、上記のように、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよくなることから、インバータの電力スイッチングトランジスタのキャパシタンスを減らすことができ、これによってスイッチング効率が向上し、より全体効率が向上する。
【００４５】
上記の構成においては、二つのロータを内側と外側に設けているが、二つのロータを直列方向に設けることも出来る。図２（ａ）は直列方向に設けた場合の概略図であり、本出願人の先願（特願平１１−２７３３０３号：未公開）の図３に相当する。また、図２（ｂ）は上記の構造をさらに発展させたものであり、図２（ａ）の構造を二つに分割し、一つのロータと一つのステータコイルを持つモータを２個設けたものである。このようにロータとステータコイルとの組が二つ別々に存在する構成でも、両方のステータコイルを並列接続して前記のごとき複合電流を流すことにより、二つのロータを一つのインバータを用いて独立に制御することが出来る。ただし、ロータの極対数（磁極対の数：ＮとＳで１対）とステータコイルの相数が二つのモータで同じであれば、両モータに同じ電流が流れることになり、各ロータを独立に制御することは出来ない。したがって上記のような構成では、二つのロータは極対数の数が異なっていることが必要であり、かつ並列接続するためにはステータコイルの電気的極数（極対数×相数）が同じである必要がある。例えば一方のモータが３相４極対で他方のモータが４相３極対であれば電気的極数は双方とも３×４＝４×３＝１２相となり、並列接続することが出来る。
【００４６】
上記の構成では、ステータコイルの各コイルの一端をインバータのそれぞれの相の出力端子に接続し、他の一端は共通に接続して中立点とする。そして二つのモータを並列接続する場合には、二つのモータの各コイルの一端をインバータの同じ相の出力端子に共通に接続する（例えば前記特願平１１−２７３３０３号の図４）。
【００４７】
上記のように二つのモータのステータコイルを並列にインバータの出力に接続した場合には、一方のロータを駆動すべき電流が他方のステータコイルにも流れる。この電流はロータの回転と相関がないので、当該モータの駆動力発生には寄与しない。そしてこのような無効な電流が流れると銅損等の損失が発生するので、モータ全体の効率が低下し、かつ発熱の増大等の悪影響が生じる。
【００４８】
本発明は中立点の接続を変えることにより、上記の問題を解決したものである。以下、詳細に説明する。
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示す図であり、図１はステータコイルの結線図、図２は複合モータの概略断面図、図３は駆動回路の全体の構成を示すブロック図である。
【００４９】
まず、図２に基づいて構造の概略を説明する。図２（ａ）は二つのステータと二つのロータが一体のモータとして組み合わされた場合、図２（ｂ）はそれぞれ一つのステータと一つのロータを有するモータを２台用いる場合を示す。
図２（ａ）に示す構造は、一つのケース内に左モータと右モータとの二つのモータが組み込まれたものであり、左モータは左ロータ２１、左ステータコイル２２、左モータ軸２３からなり、右モータは右ロータ２４、右ステータコイル２５、右モータ軸２６からなる。左モータ軸２３と右モータ軸２６とは同軸上に並んでいる。なお、軸方向から見た正面図は前記図１３（ｂ）から外側ロータ３を除いたものと同じである。また、ステータコイル内にはステータコアがあり、ロータには磁極（例えば永久磁石）が設けられているが、図示を省略している。
【００５０】
図２（ｂ）は図２（ａ）の構造を二つに分けたものと同じであり、ロータ２７、ステータコイル２８、モータ軸２９からなるモータを２台用いるものである。ただし、前記のように両モータは極対数（磁極対の数：ＮとＳで１対）の数が異なっていることが必要であり、かつ並列接続するためにはステータコイルの電気的極数（極対数×相数）が同じである必要がある。例えば一方のモータが３相４極対で他方のモータが４相３極対である。このような構成のモータは、例えば１個を車両の前輪駆動用、他の１個を後輪駆動用として用いることが出来る。
【００５１】
図３は全体の結線を示すブロック図であり、前記図１５に対応する。図３において、３０と３１は前記図２（ｂ）に示したような２台のモータであり、３０は３相４極対、３１は４相３極対である。また、３４と３５はそれぞれのモータのロータの位相を検出する回転角センサであり、それぞれの位相信号Ｓ３、Ｓ４は制御回路３３へ送られる。制御回路３３は上記の位相信号Ｓ３、Ｓ４および外部から与えられるトルク指令信号Ｓ１、Ｓ２を入力し、それらに対応した複合電流を流すための１２相のＰＷＭ信号（一般的には１相について正相信号と逆相信号の２信号からなる）を演算し、それをインバータ３２へ送る。インバータ３２は１２相のインバータ回路を有し、それぞれの出力を各モータ３０、３１のステータコイルへ送る。両モータの各ステータコイルは並列に接続されているが、中立点は次の図１で説明するように従来の接続とは異なっている。
【００５２】
図１は、本発明におけるステータコイルの接続と流れる電流の位相を示す図であり、（ａ）は３相４極対のモータ、（ｂ）は４相３極対のモータを示す。図１において、Ｌはステータコイルであり、番号１〜１２は１２相の各ステータコイルの入力端子を示す。これらの入力端子は、（ａ）の番号１と（ｂ）の番号１とが共通にインバータの出力端子１へ接続され、図３に示したように並列接続になっている。また、図１（ａ）のａ、ｂ、ｃ、ｄおよび図１（ｂ）のＡ、Ｂ、Ｃは中立点を示す。また、０°、１２０°、−１２０°、９０°、１８０°、−９０°等の度数は自己のコイルに流れる電流の位相を示し、（０°）のように括弧付きの度数は相手方のモータの対応する端子に流れる電流の位相を示す。
【００５３】
図１（ａ）に示すように、３相４極対のモータでは、１相、５相、９相が中立点ａに接続され、２相、６相、１０相が中立点ｂに接続され、３相、７相、１１相が中立点ｃに接続され、４相、８相、１２相が中立点ｄに接続されている。つまり３個おきに３個のコイルを接続して一つの中立点とすることによって合計４個の中立点を設けている。
【００５４】
一方、図１（ｂ）に示すように、４相３極対のモータでは、１相、４相、７相、１０相が中立点Ａに接続され、２相、５相、８相、１１相が中立点Ｂに接続され、３相、６相、９相、１２相が中立点Ｃに接続されている。つまり、２個おきに４個のコイルを接続して一つの中立点とすることよって合計３個の中立点を設けている。
【００５５】
上記のように接続すると、３相４極対のモータでは、中立点が共通に接続された各コイルには０°、１２０°、−１２０°の電流が流れて回転磁界が発生するが、それぞれの端子に対応する４相３極対のモータでは、全て同位相となるので電流が流れない。例えば、３相４極対のモータの端子１、５、９では０°、１２０°、−１２０°となるが、４相３極対のモータの同じ端子１、５、９では全て０°になる。逆に４相３極対のモータの端子１、４、７、１０では０°、−９０°、１８０°、９０°となるが、３相４極対のモータの同じ端子１、４、７、１０では全て０°となる。このように同じ位相となるコイルを一つの中立点に纏めると電流は流れない。したがって、図１に示すように結線すると、二つのモータにはそれぞれ自己と相関のある電流、すなわち自己のロータを駆動する回転磁界発生するための電流成分のみが流れ、相手と相関のある電流成分は流れないことになる。すなわち、無効電流が流れないことになり、それによって銅損や発熱の増大を防止することが出来る。
【００５６】
上記の説明は、３相４極対のモータと４相３極対のモータとの場合を例として説明したが、これに限られるものではなく、両モータが極対数が異なっており、かつステータコイルの電気的極数（極対数×相数）が同じであれば可能である。例えば、上記と同じ電気的極数が１２相の場合でも３相４極対のモータと６相２極対のモータでもよい。さらに、３相５極対のモータと５相３極対のモータ（電気的極数は１５相）、３相６極対のモータと６相３極対のモータ（電気的極数は１８相）、４相６極対のモータと６相４極対のモータ（電気的極数は２４相）のような組合せも可能である。要するに、中立点を複数に分割し、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手方は同相で電流が流れない相を一つの中立点にまとめればよい。このようにすれば、自己のロータに同期した回転交流には中立点として動作し、同期しない回転交流（相手方）には同相となって電流が流れない。したがって並列接続ではあるが、それぞれのモータに同調する電流しか流れなくなり、一つのインバータから二つのモータに電流を供給しても全く別個のインバータとモータとの組合せと同様の効率が実現出来る。そしてインバータが１個で済むので、インバータの熱容量を大幅に減少させることが出来る。
【００５７】
次に、図４は本発明の第２の実施の形態を示す結線図である。
図４の構成も３相４極対のモータと４相３極対のモータの組合せを示し、（ａ）は３相４極対のモータ、（ｂ）は４相３極対のモータとの結線を示す。
図４において、（ａ）の３相４極対のモータの結線は図１と同じであるが、（ｂ）の４相３極対のモータにおいては、対角線上のコイル同士を接続しており、中立点はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの６個所となる。このように接続した場合には、対角線同士でも位相が１８０°異なるので、電流は流れる。そして相手方の電流成分は同位相であるから電流が流れない。したがって図１の場合と同様の効果が得られる。
【００５８】
次に、図５は、本発明の第３の実施の形態を示す結線図である。
この実施の形態は、図１のように、相手の電流が全く流れない結線ではないが、実用的構造として結線が容易な例を示す。図５（ａ）は３相４極対のモータ、（ｂ）は４相３極対のモータを示す。図のように、隣合った３個または４個のコイルを接続する方が実際のモータを組み立てる場合に、コイル間の結線長が短くなるので銅損を減少させることが出来、かつ結線が容易になるので実用的に有利である。
【００５９】
図６は、図５の回路における無効電流の大きさを示すベクトル図である。図６において、ａ〜ｄ、Ａ〜Ｃは図５の同符号を付した個所のベクトルを示し、矢印は２相分の電流値を示す。また、×印は逆方向のベクトルで相互に打ち消す成分を示している。
図６のａ〜ｄに示すように、３相４極対のモータでは、１２相のベクトル成分のうち、８相分が相互に打ち消すので、４／１２だけの無効電流が流れる。また、４相３極対のモータでは、Ａ〜Ｃに示すように、１２相のベクトル成分のうち、９相分が相互に打ち消すので、３／１２だけの無効電流が流れることになる。
【００６０】
次に、図７は本発明の第４の実施の形態を示す図である。
これまでの説明では、Ｙ結線に付いて説明したが、この実施の形態は、本発明をΔ結線に適用したものである。図７は前記図１に示したＹ結線をΔ結線に変換したものであり、（ａ）は３相４極対のモータ、（ｂ）は４相３極対のモータを示す。作用効果は図１と同様である。
【００６１】
次に、図８は本発明の第５の実施の形態を示す図である。
前記図５に示した構成をΔ結線に変換したものであり、（ａ）は３相４極対のモータ、（ｂ）は４相３極対のモータを示す。作用効果は図５と同様である。
【００６２】
次に、図９は本発明の第６の実施の形態を示す図である。
これまで説明した実施の形態では、各ステータコイルの一端は複数の中立点に分割して接続し、中立点同士は接続しない場合について説明した。この実施の形態では、各中立点をインピーダンスＺを介して接続（例えば接地）するものである。
【００６３】
図９において、３０は３相４極対のモータ、３１は４相３極対のモータであり、前記図１の構成と同じである。なお、インバータ３２以前の部分は図３と同じなので図示を省略している。図中のａ、ｂ、ｃ、ｄおよびＡ、Ｂ、Ｃは図１の同符号を付した中立点と同じである。図１ではこれらの中立点はコイル以外と接続されていないが、図９では全てインピーダンスＺを介して接地されている。このように中立点をインピーダンスＺを介して接地すると、Ｚの値に応じて図１の回路の特性と中立点をそのまま接地する先行技術の特性との中間の特性を示す。
【００６４】
図１０は、一方のモータ（例えば３相４極対モータ３０）から見たステータコイルに流れる電流とインピーダンスＺとの関係を示す特性図である。図１０において、Ｉ１は自己のステータコイルに流れる有効電流、Ｉ２は相手方のステータコイルに流れる無効電流を示す。
図１０において、前記第１の実施の形態は、中立点が接地されていないのでＺ＝∞に相当する。この状態では無効電流Ｉ２は０であり、有効電流Ｉ１のみとなる。これに対して、中立点をそのまま接地する先行技術ではＺ＝０に相当する。この場合には無効電流Ｉ２の方が有効電流Ｉ１よりもかなり大きくなる。インピーダンスＺの値を適宜設定すれば、中間の特性を実現出来る。効率の点からみれば、Ｚ＝∞の場合（図１の回路）が望ましいのであるが、Ｚを介して接地する回路には次のごとき利点がある。
【００６５】
すなわち、本発明の複合モータ（中立点を接地しない場合）では、等価回路的には二つのモータが直列に接続された形になっている。そのため高速回転時には誘起起電圧が上昇し、二つのモータの誘起起電圧の和が電源電圧を越えると、インバータから電力を供給することが出来なくなり、制御不能になるおそれがある。その点、図９のように、Ｚを介して接地する回路では、Ｚの値に応じて誘起起電圧の値を調節することが出来る。
【００６６】
図１１は、図９の回路において、誘起起電圧ＥとインピーダンスＺとの関係を示す特性図である。図１１に示すように、Ｚの値を小さくすれば誘起起電力圧の大きさを減少することが出来る。したがって使用条件に合わせてＺの値を設定してやれば、効率と制御性とを両立させることが出来る。
【００６７】
上記の等価回路的には二つのモータが直列に接続された形になる点について図１２に基づいて補足説明する。図１２（ａ）は図１の（ａ）における端子１（ｎ１ａと記す）に接続されたコイル（Ｌ１ａと記す）における電位の状態を示す図、図１２（ｂ）は図１の（ｂ）における端子１（ｎ１Ａと記す）に接続されたコイル（Ｌ１Ａと記す）における電位の状態を示す図である。その他、ａ点およびＡ点は図１の同符号を付した中立点に相当し、Ｅ１、Ｅ２はそれぞれのコイルにおける電位差を示す。
図１からも判るように、（ａ）の各中立点ａ、ｂ、ｃ、ｄに印加される相手方（ｂ）の駆動電圧は一定の位相差（図１の場合は９０°）をもった交流である。そして相手方（ｂ）の中立点Ａ、Ｂ、Ｃにおいても同様である。したがって、（ａ）側で一つのコイルに印加される電位Ｅ１が自己の電位差のみになるためには、ａ点の電位はＥ２になっている必要がある。つまりＥ１＝（Ｅ１＋Ｅ２）−Ｅ２になっていないと電流が流れてしまう。同様に、（ｂ）側で一つのコイルに印加される電位Ｅ２が自己の電位差のみになるためには、Ａ点の電位はＥ１になっている必要がある。したがってインバータの中立点からみた電位はＥ１＋Ｅ２となり、二つのコイルが直列に接続されたのと等価になる。
【００６８】
次に、図１７〜図２０は、本発明の第７の実施の形態における回路図であり、図１７はコントローラとドライバを示す回路図、図１８は１２相インバータを示す回路図、図１９は１２相インバータとステータコイルの結線を示す回路図、図２０はドライバの１相分を示す回路図である。図１７と図１８の回路はａ、ａ’、ｂ、ｂ’…、ｌ、ｌ’の同符号の部分で相互に接続されており、また、図１８と図１９の回路は１〜１２の同符号の部分で相互に接続されている。なお、図１７のコントローラ、ドライバと図１８のインバータとで電流制御装置を構成している。
【００６９】
図１７において、５０はコントローラ、５１はドライバである。コントローラ５０は信号源５２、加算器５３（Σを丸で囲んだ記号）、サンプルホールド回路５４から構成されている。信号源５２は各相の電圧指令値を示し、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各相における電圧指令値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤは下記のとおりである。
ＶＵ＝Ｖ１ｓｉｎ（θ１）
ＶＶ＝Ｖ１ｓｉｎ（θ１−１２０°）
ＶＷ＝Ｖ１ｓｉｎ（θ１−２４０°）
ＶＡ＝Ｖ２ｓｉｎ（θ２）
ＶＢ＝Ｖ２ｓｉｎ（θ２−９０°）
ＶＣ＝Ｖ２ｓｉｎ（θ２−１８０°）
ＶＤ＝Ｖ２ｓｉｎ（θ２−２７０°）
ただし、θは各モータの回転角度（ロータ回転角度）で定まる。また、Ｖ１とＶ２の単位は％であり、いわゆるＰＷＭ制御における変調率である。
【００７０】
加算器５３はＵ、Ｖ、ＷとＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの両電圧指令値をそれぞれ加算して出力する。
サンプルホールド回路５４は、各加算器５３の出力をサンプルホールドして出力する。なお、このサンプルホールド回路５４はディジタル制御では必要であるが、アナログ制御の場合には不要である。
【００７１】
次に、ドライバ５１は、図２０に示したように、サンプルホールド回路５４または加算器５３（アナログ制御の場合）の出力と、三角波発振器５５からの三角波信号（キャリア信号）とを比較することによってＰＷＭ信号を出力する比較器６１と、そのＰＷＭ信号を反転して出力するインバータ６２から構成され、このような回路が相数分（この場合には１２相分）だけ設けられている。各相の比較器６１の出力が正相信号ａ、ｂ、…、ｌとなり、各相のインバータ６２の出力（反転信号）がａ’、ｂ’、…、ｌ’となる。
【００７２】
次に、図１８に示すインバータは、直流電源５６、コンデンサ５７および各相にそれぞれ２個のスイッチング回路５８から構成される。スイッチング回路５８はトランジスタとダイオードの並列回路で構成される。各相において、２個のスイッチング回路が直列に接続され、一方のゲート端子にはドライバ５１の正相信号（ａ、ｂ、…、ｌ）が与えられ、他方のゲート端子には反転信号（ａ’、ｂ’、…、ｌ’）が与えられる。したがって２個のスイッチング回路の一方がオンのときは他方はオフになり、直流電源５６の＋側に近いスイッチング回路がオンになった相に電流が流れることになる。図１８右端の１〜１２は、それぞれ各相の出力端子を示す。
【００７３】
次に、図１９は、２つのモータにおけるインバータとステータコイルの接続を示す図であり、一方のモータを第１回転電機５９、他方のモータを第２回転電機６０と記す。なお、第１回転電機５９と第２回転電機６０は、前記図２で説明したように、二つのロータとそれぞれに対峙するステータとが２軸のモータとして一つの構造に組み合わされているものでもよいし、或いは二つのロータとそれぞれに対峙するステータが、それぞれ一つのロータとステータからなる２個のモータとして独立の構造になっているものでもよい。
【００７４】
図１９において、
第１回転電機５９は
0003671836.tif 000002
第２回転電機６０は
0003671836.tif 000003
である。すなわち、この場合は極対数が４で相数が３のモータと極対数が３で相数が４のモータとを複合する場合を示す。
【００７５】
図２１は、上記の複合モータに適合する第１回転電機と第２回転電機のステータコイルの結線例を示す第１の回路図である。なお、図１９におけるコイル番号（１.１）（１.２）（１.３）等と図２１の同符号を付したコイルとは同じものを示す。
【００７６】
以下、図２１に基づいて結線方法を説明する。
まず、第１回転電機５９において、１２個のコイルに、１から３の間で循環する相番号を任意のコイル（図２１では一番上のコイル）から順に付与する。また、１２個のコイルを、相番号の異なる３個のコイルを１組含む４個のグループに分け、各グループに１から４までのグループ番号を付与する。図２１では、各コイルのグループ番号と相番号を（グループ番号、相番号）で表記している。この場合にはグループ番号が１〜４、相番号が１〜３であるから、各コイルは次に４グループに分けられる。
第１グループ  （１.１）（１.２）（１.３）
第２グループ  （２.１）（２.２）（２.３）
第３グループ  （３.１）（３.２）（３.３）
第４グループ  （４.１）（４.２）（４.３）
そして同一グループに属する各コイルの終端（インバータに接続される端子ではない方）は相互に結線されている。すなわち、第１回転電機５９のステータコイルはＹ結線されている。
【００７７】
次に、第２回転電機６０において、１２個のコイルに、１から４の間で循環する相番号を任意のコイル（図２１では一番上のコイル）から順に付与する。また、１２個のコイルを、相番号の異なる４個のコイルを１組含む３個のグループに分け、各グループに１から３までのグループ番号を付与する。図２１では、各コイルのグループ番号と相番号を（グループ番号、相番号）で表記している。この場合にはグループ番号が１〜３、相番号が１〜４であるから、各コイルは次の３グループに分けられる。
第１グループ  （１.１）（１.２）（１.３）（１.４）
第２グループ  （２.１）（２.２）（２.３）（２.４）
第３グループ  （３.１）（３.２）（３.３）（３.４）
そして同一グループに属する各コイルの終端（中立点）は互いに結線されている。すなわち、第２回転電機６０のステータコイルはＹ結線されている。
【００７８】
次に、図１８に示した１２個の出力端子を有する１２相インバータの同一の端子に、第１回転電機５９のコイル（ｉ.ｊ）と第２回転電機６０のコイル（ｊ.ｉ）とを接続する。すなわち、
第１回転電機のコイル（１.１）の端子１と第２回転電機のコイル（１.１）の端子１とを１２相インバータの端子１に共通に接続
第１回転電機のコイル（１.２）の端子２と第２回転電機のコイル（２.１）の端子５とを１２相インバータの端子２に共通に接続
第１回転電機のコイル（１.３）の端子３と第２回転電機のコイル（３.１）の端子９とを１２相インバータの端子３に共通に接続
・
・
第１回転電機のコイル（４.３）の端子１２と第２回転電機のコイル（３.４）の端子１２とを１２相インバータの端子１２に共通に接続
なお、上記の結線は図１９と同様である。
【００７９】
次に、上記のように結線した複合モータの電流制御について説明する。
まず、第１回転電機５９のみを駆動（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相による３相駆動）する場合には、第１回転電機５９の相番号が１であるコイルにＵ相、相番号が２であるコイルにＶ相、相番号が３であるコイルにＷ相の電流がそれぞれ流れるように１２相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、４個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第２回転電機６０のコイル端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が１である第２回転電機のコイルの端子全てにＵ相の電圧が、グループ番号が２である第２回転電機のコイルの端子全てにＶ相の電圧が、グループ番号が３である第２回転電機のコイルの端子全てにＷ相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、各グループ内のコイルの終端は相互に接続されているため、第２回転電機６０のコイルには電流が流れない。
【００８０】
次に、第２回転電機６０のみを駆動（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相による４相駆動）する場合には、第２回転電機６０の相番号が１であるコイルにＡ相、相番号が２であるコイルにＢ相、相番号が３であるコイルにＣ相、相番号が４であるコイルにＤ相の電流がそれぞれ流れるように１２相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、３個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第１回転電機５９のコイル端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が１である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＡ相の電圧が、グループ番号が２である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＢ相の電圧が、グループ番号が３である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＣ相の電圧が、グループ番号が４である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＤ相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、各グループ内のコイルの終端は相互に接続されているため、第１回転電機５９のコイルには電流が流れない。
【００８１】
次に、第１回転電機５９と第２回転電機６０とを同時に駆動する場合には、第１回転電機５９のコイル（１.１）にＵ相の電流が流れ、かつ、第２回転電機６０のコイル（１.１）にＡ相の電流が流れるような電圧が１２相インバータの端子１に出力されるようにする。このとき、１２相インバータの端子１にはＵ相電流とＡ相電流とが複合された複合電流が流れることになる。同様に、１２相インバータの端子２にはＶ相電流とＡ相電流との複合電流が流れ、１２相インバータの端子３にはＷ相電流とＡ相電流との複合電流が流れる。この場合も、第１回転電機５９のコイルにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流のみが流れ、第２回転電機６０のコイルにはＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相のみが流れる。
【００８２】
また、第１回転電機５９と第２回転電機６０に、上記のような電流を供給する電流制御装置（第７の実施の形態において共通）は、前記図１７と図１８に示したような構成を有し、下記のような電流を供給する。すなわち、
相番号１に対応する各回転電機の制御電流をそれぞれの基準とした際に、
相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流は基準に対して３６０度×（ｊ−１）／ｍ１だけ位相が異なる電流とし、
相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流は基準に対して３６０度×（ｉ−１）／ｍ２だけ位相が異なる電流とし、
グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルとグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルとが接続された端子に、相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流と相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流とを複合して得られる複合電流が流れるように端子電圧を制御するものである。
【００８３】
上記のように本実施の形態の複合モータにおいては、それぞれのモータのロータ回転に同調する電流だけが各モータのステータコイルに流れるので、各ステータコイルで発生する銅損は各モータを専用のインバータで駆動した場合の銅損と同程度になる。また、インバータ内部には複合電流が流れており、このインバータ内部で発生する損失は、各モータを専用のインバータで駆動した場合に各インバータ内部で発生する損失の和より小さくなる。これは、各モータの制御電流の電流平均値を個別に算出して和を求めた値よりも各モータの制御電流を複合して得られる複合電流の電流平均値の方が小さくなることによる。
【００８４】
次に、図２２は本発明の第７の実施の形態におけるステータコイルの結線を示す第２の回路図である。この回路図は図２１に示した回路において、第１回転電機５９と第２回転電機６０のステータコイルの結線を△結線としたものであり、それ以外は図２１と同じである。
【００８５】
次に、図２３は本発明の第７の実施の形態におけるステータコイルの結線を示す第３の回路図である。この回路は、実質的に前記図１と同じ結線になっている。つまり、第７の実施の形態で説明した接続方法の内に前記図１の結線も含まれることを示している。
第１回転電機５９においては、各グループ内に含まれるコイルの番号は図２１と同様で、例えば第１グループは（１.１）（１.２）（１.３）であるが、この場合には、端子１のコイルが（１.１）、端子５のコイルが（１.２）、端子９のコイルが（１.３）になる。
同様に、第２回転電機６０においても、第１グループは端子１のコイルが（１.１）、端子１０のコイルが（１.２）、端子７のコイルが（１.３）、端子４のコイルが（１.４）になる。
【００８６】
図２３に示したように、第７の実施の形態で定義した「グループ」は必ずしも隣接するコイルで構成されている必要はない。要は異なる相の電流を流すべきコイルがｋ１（ｋ２）個（この例では１個）づつ含まれるようにすればよい。
【００８７】
また、図２３の例では同一グループのコイルが１２０度づつ、あるいは９０度づつ離れているが、このような配置も必須ではない。このような配置は、４極対３相と３極対４相との組合せにおいて「自己の電流は流れ、相手方の電流が流れない」ことを完全に実現し、かつ、各回転電機のコイル端子の１と１、２と２、３と３、…、を接続することができるという一例である。
【００８８】
次に、図２４〜図２６は、本発明の第８の実施の形態における回路図であり、図２４はコントローラとドライバを示す回路図、図２５は９相インバータを示す回路図、図２６は９相インバータとステータコイルの結線を示す回路図である。図２４と図２５の回路はａ、ａ’、ｂ、ｂ’…、ｉ、ｉ’の同符号の部分で相互に接続されており、また、図２５と図２６の回路は１〜９の同符号の部分で相互に接続されている。また、図２４のコントローラ、ドライバと図２５のインバータとで電流制御装置を構成している。なお、各回路の構成要素は前記図１７〜図１９と同様であり、相数が１２相から９相に代わった部分が異なる。また、この場合においても、第１回転電機５９と第２回転電機６０は、前記図２で説明したように、二つのロータとそれぞれに対峙するステータとが２軸のモータとして一つの構造に組み合わされているものでもよいし、或いは二つのロータとそれぞれに対峙するステータが、それぞれ一つのロータとステータからなる２個のモータとして独立の構造になっているものでもよい。
【００８９】
図２６において、
第１回転電機５９は
0003671836.tif 000004
第２回転電機６０は
0003671836.tif 000005
である。すなわち、この場合は極対数が３で相数が３のモータと極対数が３で相数が３のモータとを複合する場合を示す。
【００９０】
図２７は、上記の複合モータに適合する第１回転電機と第２回転電機の結線例を示す第１の回路図である。なお、図２６におけるコイル番号（１.１）（１.２）（１.３）等と図２７の同符号を付したコイルは同じものを示す。
【００９１】
以下、図２７に基づいて結線方法を説明する。
まず、第１回転電機５９において、９個のコイルに、１から３の間で循環する相番号を任意のコイル（図２７では一番上のコイル）から順に付与する。また、９個のコイルを、相番号の異なる３個のコイルを１組含む３個のグループに分け、各グループに１から３までのグループ番号を付与する。図２７では、各コイルのグループ番号と相番号を（グループ番号、相番号）で表記している。この場合にはグループ番号が１〜３、相番号が１〜３であるから、各コイルは次に３グループに分けられる。
第１グループ  （１.１）（１.２）（１.３）
第２グループ  （２.１）（２.２）（２.３）
第３グループ  （３.１）（３.２）（３.３）
そして同一グループに属する各コイルの終端（インバータに接続される端子ではない方）は互いに結線されている。すなわち、第１回転電機５９のステータコイルはＹ結線されている。ただし、前記図２２と同様に△結線も可能である。
【００９２】
同様に第２回転電機６０においても９個のコイルを第１〜第３グループに分ける。この場合にも同一グループに属する各コイルの終端（インバータに接続される端子ではない方）は互いに結線されており、第２回転電機６０のステータコイルはＹ結線されている。ただし、前記同様に△結線も可能である。
【００９３】
次に、９個の出力端子を有する９相インバータの同一の端子に、第１回転電機５９のコイル（ｉ.ｊ）と第２回転電機６０のコイル（ｊ.ｉ）とを接続する。  すなわち、
第１回転電機５９のコイル（１.１）の端子１と第２回転電機６０のコイル（１.１）の端子１とを９相インバータの端子３に共通に接続
第１回転電機５９のコイル（１.２）の端子２と第２回転電機６０のコイル（２.１）の端子４とを９相インバータの端子２に共通に接続
第１回転電機５９のコイル（１.３）の端子３と第２回転電機６０のコイル（３.１）の端子７とを９相インバータの端子１に共通に接続
・
・
第１回転電機のコイル（３.３）の端子９と第２回転電機のコイル（３.３）の端子９とを９相インバータの端子７に共通に接続
なお、上記の結線は図２６と同様である。
【００９４】
次に、上記のように結線した複合モータの電流制御について説明する。
まず、第１回転電機５９のみを駆動（ｕ相、ｖ相、ｗ相による３相駆動）する場合には、第１回転電機５９の相番号が１であるコイルにｗ相、相番号が２であるコイルにｖ相、相番号が３であるコイルにｕ相の電流がそれぞれ流れるように９相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、３個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第２回転電機６０のコイルの端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が１である第２回転電機６０のコイルの端子全てにｗ相の電圧が、グループ番号が２である第２回転電機６０のコイルの端子全てにｖ相の電圧が、グループ番号が３である第２回転電機６０のコイルの端子全てにｕ相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、同一グループ内の各コイルの他端は相互に接続されているため、第２回転電機６０のコイルには電流が流れない。
【００９５】
次に、第２回転電機６０のみを駆動（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相による３相駆動）する場合には、第２回転電機６０の相番号が１であるコイルにＵ相、相番号が２であるコイルにＶ相、相番号が３であるコイルにＷ相の電流がそれぞれ流れるように９相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、３個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第１回転電機５９のコイルの端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が１である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＵ相の電圧が、グループ番号が２である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＶ相の電圧が、グループ番号が３である第１回転電機５９のコイルの端子全てにＷ相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、同一グループ内の各コイルの他端は相互に接続されているため、第１回転電機５９のコイルには電流が流れない。
【００９６】
次に、第１回転電機５９と第２回転電機６０とを同時に駆動する場合には、第１回転電機５９のコイル（１.３）にｕ相の電流が流れ、かつ、第２回転電機６０のコイル（３.１）にＵ相の電流が流れるような電圧が９相インバータの端子１に出力されるようにする。このとき、９相インバータの端子１にはｕ相電流とＵ相電流とが複合された複合電流が流れることになる。同様に、９相インバータの端子２にはｖ相電流とＶ相電流との複合電流が流れ、９相インバータの端子３にはｗ相電流とＷ相電流との複合電流が流れる。この場合も、第１回転電機５９のコイルにはｕ相、ｖ相、ｗ相の電流のみが流れ、第２回転電機６０のコイルにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相のみが流れる。
【００９７】
また、第１回転電機５９と第２回転電機６０に、上記のような電流を供給する電流制御装置（第８の実施の形態において共通）は、前記図２４と図２５に示したような構成を有し、下記のような電流を供給する。すなわち、
相番号１に対応する各回転電機の制御電流をそれぞれの基準とした際に、
相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流は基準に対して３６０度×（ｊ−１）／ｍ１だけ位相が異なる電流とし、
相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流は基準に対して３６０度×（ｉ−１）／ｍ２だけ位相が異なる電流とし、
グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルとグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルとが接続された端子に、相番号ｊに対応する第１回転電機用の制御電流と相番号ｉに対応する第２回転電機用の制御電流とを複合して得られる複合電流が流れるように端子電圧を制御するものである。
この実施の形態においては、複合モータを構成する２つのモータにおけるロータ極対数同じなっているが、このような構成でも本発明を適用可能である。
【００９８】
次に、図２８は、本発明の第８の実施の形態におけるステータコイルの結線を示す第２の回路図である。
図２８において、
第１回転電機５９は
0003671836.tif 000006
第２回転電機６０は
0003671836.tif 000007
である。すなわち、この場合は極対数が６で相数が３のモータと極対数が３で相数が３のモータとを複合する場合を示す。
【００９９】
以下、図２８に基づいて結線方法を説明する。
まず、第１回転電機５９では、１８個のコイルに、１から３の間で循環する相番号を任意のコイル（図２８では一番上のコイル）から順に付与する。そして１８個のコイルを、相番号の異なる３個のコイルを２組含む３個のグループに分け、各グループに１から３までのグループ番号を付与する。そして同一グループ内で相番号が等しい２つのコイルを接続する。また、各グループ内のコイルの終端は相互に接続する。したがってこの回路はＹ結線となる。ただし、前記と同様に△結線も可能である。
【０１００】
また、第２回転電機６０においては、９個のコイルに、１から３の間で循環する相番号を任意のコイル（図２８では一番上のコイル）から順に付与する。そして９個のコイルを、相番号の異なる３個のコイルを１組含む３個のグループに分け、各グループに１から３までのグループ番号を付与する。また、各グループ内のコイルの終端は相互に接続する。したがってこの回路はＹ結線となる。ただし、前記と同様に△結線も可能である。
【０１０１】
次に、９個の出力端子を有する９相インバータの同一の端子に、第１回転電機のコイル（ｉ.ｊ）と第２回転電機のコイル（ｊ.１）とを接続する。
すなわち、
第１回転電機５９の２つのコイル（１.１）の端子１と第２回転電機６０のコイル（１.１）の端子１とを９相インバータの端子３に共通に接続
第１回転電機５９の２つのコイル（１.２）の端子２と第２回転電機６０のコイル（２.１）の端子４とを９相インバータの端子２に共通に接続
第１回転電機５９の２つのコイル（１、３）の端子３と第２回転電機６０のコイル（３.１）の端子７とを９相インバータの端子１に共通に接続
・
・
第１回転電機５９の２つのコイル（３.３）の端子９と第２回転電機６０のコイル（３.３）の端子９とを９相インバータの端子７に共通に接続する。
【０１０２】
なお、図２８の回路における電流制御は、図２７の説明と同様である。ただし、第１回転電機５９では６個の極対を有する回転磁界が発生する。
【０１０３】
上記第７の実施の形態と第８の実施の形態における接続方法を纏めると下記のようになる。すなわち、
極対数がＰ１であるロータと、集中巻されたｓ１個のステータコイルとを備え、相数ｍ１の交流電流によって駆動される第１回転電機と、
極対数がＰ２であるロータと、集中巻されたｓ２個のステータコイルとを備え、相数ｍ２の交流電流によって駆動される第２回転電機と、からなる複合モータであって、
第１回転電機と第２回転電機との間には、
ｓ１＝Ｐ１×ｍ１、ｓ２＝Ｐ２×ｍ２
Ｐ１＝ｋ１×ｍ２、Ｐ２＝ｋ２×ｍ１    ただしｋ１、ｋ２は自然数
ｐ１＝Ｐ１／ｋ１、ｐ２＝Ｐ２／ｋ２としたとき、
ｐ１×ｍ１＝ｐ２×ｍ２
の関係が成立し、
第１回転電機のｓ１個のステータコイルに、１からｍ１の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ１個のステータコイルを、相番号の異なるｍ１個のステータコイルをｋ１組含むｐ１個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ１までのグループ番号を付与し、
第２回転電機のｓ２個のステータコイルに、１からｍ２の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、ｓ２個のステータコイルを、相番号の異なるｍ２個のステータコイルをｋ２組含むｐ２個のグループにグループ分けし、各グループに１からｐ２までのグループ番号を付与した場合に、
各グループに属するステータコイルをＹ結線またはΔ結線によって相互に接続し、かつ、グループ番号がｉで相番号がｊである第１回転電機のステータコイルの一端とグループ番号がｊで相番号がｉである第２回転電機のステータコイルの一端とを接続する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す結線図。
【図２】複合モータの概略断面図。
【図３】駆動回路の全体の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す結線図。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す結線図。
【図６】図５の回路における無効電流の大きさを示すベクトル図。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す図。
【図９】本発明の第６の実施の形態を示す図。
【図１０】ステータコイルに流れる電流とインピーダンスＺとの関係を示す特性図。
【図１１】誘起起電力ＥとインピーダンスＺとの関係を示す特性図。
【図１２】電位が加算される状態を等価回路的に示した図。
【図１３】本発明を適用する回転電機の一例の構造を示す図であり、（ａ）は回転電機全体の概略断面図、（ｂ）はロータとステータ部分の断面図。
【図１４】駆動システムの一例のブロック図。
【図１５】回転電機を制御するための回路のブロック図。
【図１６】インバータの一例の回路図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態におけるコントローラとドライバを示す回路図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態における１２相インバータを示す回路図。
【図１９】本発明の第７の実施の形態におけるインバータとステータコイルとの結線を示す回路図。
【図２０】ドライバの１相分を示す回路図。
【図２１】本発明の第７の実施の形態におけるステータコイルの結線方法を示す第１の回路図。
【図２２】本発明の第７の実施の形態におけるステータコイルの結線方法を示す第２の回路図。
【図２３】本発明の第７の実施の形態におけるステータコイルの結線方法を示す第３の回路図。
【図２４】本発明の第８の実施の形態におけるコントローラとドライバを示す回路図。
【図２５】本発明の第８の実施の形態における９相インバータを示す回路図。
【図２６】本発明の第８の実施の形態におけるインバータとステータコイルとの結線方法を示す回路図。
【図２７】本発明の第８の実施の形態におけるステータコイルの結線方法を示す第１の回路図。
【図２８】本発明の第８の実施の形態におけるステータコイルの結線方法を示す第２の回路図。
【符号の説明】
２１…左ロータ                        ２２…左ステータコイル
２３…左モータ軸                      ２４…右ロータ
２５…右ステータコイル                ２６…右モータ軸
２７…ロータ                          ２８…ステータコイル
２９…モータ軸                        ３０…３相４極対モータ
３１…４相３極対モータ                ３２…インバータ
３３…制御回路                        ３４、３５…回転角センサ
５０…コントローラ                    ５１…ドライバ
５２…信号源                          ５３…加算器
５４…サンプルホールド回路            ５５…三角波発振器
５６…直流電源                        ５７…コンデンサ
５８…スイッチング回路                ５９…第１回転電機
６０…第２回転電機                    ６１…比較器
６２…インバータ
Ｓ１、Ｓ２…トルク指令信号            Ｓ３、Ｓ４…位相信号
Ｌ…ステータコイル                    Ｚ…インピーダンス
ａ、ｂ、ｃ、ｄ…中立点                Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ…中立点
【図１】
0003671836.tif 000008
【図２】
0003671836.tif 000009
【図３】
0003671836.tif 000010
【図４】
0003671836.tif 000011
【図５】
0003671836.tif 000012
【図６】
0003671836.tif 000013
【図７】
0003671836.tif 000014
【図８】
0003671836.tif 000015
【図９】
0003671836.tif 000016
【図１０】
0003671836.tif 000017
【図１１】
0003671836.tif 000018
【図１２】
0003671836.tif 000019
【図１３】
0003671836.tif 000020
【図１４】
0003671836.tif 000021
【図１５】
0003671836.tif 000022
【図１６】
0003671836.tif 000023
【図１７】
0003671836.tif 000024
【図１８】
0003671836.tif 000025
【図１９】
0003671836.tif 000026
【図２０】
0003671836.tif 000027
【図２１】
0003671836.tif 000028
【図２２】
0003671836.tif 000029
【図２３】
0003671836.tif 000030
【図２４】
0003671836.tif 000031
【図２５】
0003671836.tif 000032
【図２６】
0003671836.tif 000033
【図２７】
0003671836.tif 000034
【図２８】
0003671836.tif 000035