(57)【要約】【課題】コイル温度が増加したときの出力トルクの低下を抑制することができる励磁式回転電機の提供。【解決手段】励磁式回転電機は、軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、前記第１ロータコアに周方向で所定間隔を空けて配置された複数の第１磁極と、前記第２ロータコアに周方向で所定間隔を空けて且つ前記第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置されるステータであって、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータコイルを有するステータと、前記第１磁極及び前記第２磁極を励磁する励磁コイルと、前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する制御装置とを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、
前記第１ロータコアに周方向で所定間隔を空けて配置された複数の第１磁極と、
前記第２ロータコアに周方向で所定間隔を空けて且つ前記第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置されるステータであって、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータコイルを有するステータと、
前記第１磁極及び前記第２磁極を励磁する励磁コイルと、
前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する制御装置とを含む、励磁式回転電機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、回転電機トルクを制限することなく、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する、請求項１記載の励磁式回転電機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が、前記所定閾値よりも大きい所定の温度制限値よりも高い場合、回転電機トルクを制限する、請求項１又は２に記載の励磁式回転電機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記励磁コイルの温度と前記ステータコイルの温度が等しくなるように、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する、請求項１乃至３の何れか一項記載の励磁式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、励磁式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸方向に隙間を空けて対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、を備える励磁式回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ステータは、軸中心に向けて突出するステータティースが周方向に所定間隔ごとに設けられたステータコアを有している。各ステータティースにはそれぞれ、例えば３相のステータコイルが巻き付けられている。各相のステータコイルが適切なタイミングで通電されると、ロータを回転させる回転磁界が発生する。
【０００４】
また、一対のロータコアはそれぞれ、径方向端部に周方向に交互に配置された、永久磁石で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極はそれぞれ、周方向に所定間隔を空けて配置される。第１ロータコアの永久磁石励磁磁極と第２ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、互いに反転した極性からなる。第１ロータコアの永久磁石励磁磁極と第２ロータコアの永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で隙間を介して互いに対向配置されていると共に、第１ロータコアの永久磁石非励磁磁極と第２ロータコアの永久磁石励磁磁極とは、軸方向で隙間を介して互いに対向配置されている。すなわち、第１ロータコアの永久磁石非励磁磁極と第２ロータコアの永久磁石非励磁磁極とは、周方向でオフセットして対向配置されている。
【０００５】
上記の励磁式回転電機は、永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイルを備えている。永久磁石による磁束量は略一定である。励磁コイルが通電されると、永久磁石非励磁磁極を励磁して永久磁石による磁束を弱め或いは強める磁束が発生する。従って、上記の励磁式回転電機によれば、永久磁石による磁束と励磁コイルを用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータを適切に回転させることが可能である。
【０００６】
また、界磁巻線の温度を温度測定手段で直接測定した温度と、あらかじめ実験等によって求めた界磁巻線の焼損温度に基づいてあらかじめ設定した許容温度とを比較し、測定した温度が前記許容温度を超えないように自動電圧調整器から界磁巻線に供給する電流を制御する同期発電機の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２５１８９１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の特許文献２に記載されるように、コイルの通電量は、コイル温度が所定の上限値を超えないように制御されるのが望ましい。
【０００９】
この点、上記の特許文献１に記載されるような励磁式回転電機においては、ステータコイルと励磁コイルの双方の温度を監視する必要がある。このとき、例えばコイル温度（ステータコイルの温度や励磁コイルの温度）が増加したときにトルク制限が発動する構成では、トルク制限の発動時に励磁式回転電機の出力トルクが低下するという問題がある。
【００１０】
そこで、本開示は、コイル温度が増加したときの出力トルクの低下を抑制することができる励磁式回転電機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一局面によれば、軸方向に隙間を置いて軸方向に対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、
前記第１ロータコアに周方向で所定間隔を空けて配置された複数の第１磁極と、
前記第２ロータコアに周方向で所定間隔を空けて且つ前記第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置されるステータであって、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータコイルを有するステータと、
前記第１磁極及び前記第２磁極を励磁する励磁コイルと、
前記励磁コイルと前記ステータコイルのうちの一方の温度が所定閾値よりも高い場合、前記一方のコイルへの通電量を低減すると共に他方のコイルへの通電量を増加する制御装置とを含む、励磁式回転電機が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、コイル温度が増加したときの出力トルクの低下を抑制することができる励磁式回転電機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施例による励磁式回転電機１０の構造を表した斜視図である。
【図２】一実施例による励磁式回転電機１０を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図である。
【図３】一実施例による励磁式回転電機１０を、図２に示すIII−IIIで切断した際の断面図である。
【図４】一実施例による励磁式回転電機１０を、図２に示すIV−IVで切断した際の断面図である。
【図５】本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００のブロック構成図である。
【図６】本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００のトルク制御部１１６のブロック構成図である。
【図７】トルク制御部１１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】トルク指令値の制限と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す図である。
【図９】励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す図である。
【図１０】図８との対比として、比較例による時系列波形を示す図である。
【図１１】トルク制限部１４５の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】励磁電流補正部１４４の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、一実施例による励磁式回転電機１０の構造を表した斜視図を示す。尚、図１には、一部がカットされた励磁式回転電機１０が示されている。図２は、本実施例の励磁式回転電機１０を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図を示す。図３は、本実施例の励磁式回転電機１０を、図２に示すIII−IIIで切断した際の断面図を示す。また、図４は、本実施例の励磁式回転電機１０を、図２に示すIV−IVで切断した際の断面図を示す。
【００１６】
本実施例において、励磁式回転電機１０は、永久磁石による磁束と励磁コイルを用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータをステータ回りに回転させるトルクを調整して、そのロータを適切に回転させることが可能なハイブリッド励磁式回転電機である。励磁式回転電機１０は、例えばハイブリッド車両や電気自動車などで使用される車両駆動用の交流モータなどに適用されることとしてもよいが、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。
【００１７】
励磁式回転電機１０は、軸回りに回転可能なロータ１２と、ロータ１２を回転させる回転磁界を発生させるステータ１４と、を備えている。ロータ１２は、軸方向両端において軸受１６，１８を介してケース２０に回転可能に支持されている。ステータ１４は、ロータ１２の外径側に配置されており、ケース２０に固定されている。ロータ１２とステータ１４とは、互いに径方向に所定長のエアギャップ２２を介して対向している。
【００１８】
ステータ１４は、ステータコア２４と、ステータコイル２８と、を有している。ステータコア２４は、中空円筒状に形成されている。ステータコア２４には、内周面にステータティース２６が形成されている。ステータティース２６は、ステータコア２４の径方向内方すなわち軸中心に向けて突出している。ステータティース２６は、ステータコア２４の内周面において周方向に複数（例えば、１２個や１８個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
【００１９】
周方向に隣り合うステータティース２６間には、ステータスロット２７が形成されている。すなわち、ステータコア２４には、ステータティース２６とステータスロット２７とが周方向に交互に形成される。各ステータティース２６にはそれぞれ、ステータコイル２８が巻き付けられている。すなわち、ステータコイル２８は、ステータティース２６ごとに巻かれている。ステータコイル２８は、ステータコア２４の内周面において周方向に複数（例えば、１２個や１８個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータコイル２８は、励磁式回転電機１０が例えば三相交流モータに適用される場合は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルの何れかを構成する。
【００２０】
ステータコア２４は、軸方向に分割されており、第１ステータコア３０と、第２ステータコア３２と、第３ステータコア３４と、を有している。第１〜第３ステータコア３０〜３４は、それぞれ中空円筒状に形成されており、軸方向に並んでいる。第１及び第３ステータコア３０，３４は、軸方向両端に配置されている。第２ステータコア３２は、軸方向中央に配置されている。第２ステータコア３２は、軸方向で第１ステータコア３０と第３ステータコア３４とに挟まれており、それら第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向中央寄りの端面に接着などにより固定される。
【００２１】
第１〜第３ステータコア３０〜３４は、互いに略同じ内径及び互いに略同じ外径を有している。第１〜第３ステータコア３０〜３４はそれぞれ、円環状に形成されたバックヨーク部と、上記のステータティース２６を構成するそのバックヨーク部の内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部と、からなる。各第１〜第３ステータコア３０〜３４において、バックヨーク部とステータティース部とは互いに一体に形成されていてもよいが、それぞれ別体で設けられていてもよい。上記のステータコイル２８は、周方向に並んだステータティース２６間のステータスロット２７において、第１〜第３ステータコア３０〜３４を軸方向に貫くように形成されている。
【００２２】
第１及び第３ステータコア３０，３４はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された電磁鋼板コアである。また、第２ステータコア３２は、鉄などの軟磁性材料、具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。第２ステータコア３２の軸方向における磁気抵抗は、第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向における磁気抵抗に比べて小さい。
【００２３】
ステータコア２４の外径側には、薄肉円筒状のヨーク３６が設けられている。ヨーク３６は、第１〜第３ステータコア３０〜３４の外周全周を覆うように形成されており、第１〜第３ステータコア３０〜３４を支持している。ヨーク３６は、第２ステータコア３２と同様に、絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。ヨーク３６の軸方向における磁気抵抗は、第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。尚、ヨーク３６と第２ステータコア３２とは、互いに一体に形成されていてもよい。ヨーク３６は、第１ステータコア３０及び第３ステータコア３４の外径面に接着固定される。第１ステータコア３０と第３ステータコア３４とは、ヨーク３６及び第２ステータコア３２を介して互いに磁気的に結合される。
【００２４】
また、ステータコア２４は、ステータ１４をケース２０に取り付け固定するための外径側に突出する取付部３８を有している。取付部３８は、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。取付部３８は、第１ステータコア３０と一体に形成された取付部３８ａと、第３ステータコア３４と一体に形成された取付部３８ｂと、両取付部３８ａ，３８ｂで挟まれる取付部３８ｃと、を有している。取付部３８ｃは、第２ステータコア３２の外径側に配置されている。尚、取付部３８ｃは、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されることに代えて、第２ステータコア３２と一体に形成されることとしてもよい。取付部３８は、周方向に複数（例えば３個）設けられている。取付部３８には、軸方向に貫通する貫通穴４０が設けられている。ステータ１４は、取付部３８の貫通穴４０を貫通するボルト４２がケース２０に締結されることによりケース２０に固定される。
【００２５】
ロータ１２は、ステータ１４の内径側に配置されている。ロータ１２は、シャフト５０と、ロータコア５２と、を有している。シャフト５０は、軸方向に延びており、軸方向両端側でステータ１４の軸方向端部から延出している。尚、シャフト５０は、少なくとも軸方向一方側でステータ１４の軸方向端部から延出していればよい。シャフト５０は、所定の鉄損を有する材料、具体的にはＳ４５Ｃなどの炭素鋼で形成されている。ロータコア５２は、シャフト５０の外径側に配置されてそのシャフト５０に支持される外径側ロータコア５４を有している。外径側ロータコア５４は、中空円筒状に形成されており、シャフト５０の外径面に固定されている。
【００２６】
外径側ロータコア５４は、軸方向に分割されており、第１外径側ロータコア５６と、第２外径側ロータコア５８と、を有している。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８はそれぞれ、中空円筒状に形成されており、シャフト５０の外径側に配置されてシャフト５０に支持されている。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８とは、互いに軸方向に環状の隙間６０を空けて離間している。隙間６０は、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の内径側の部位から外径側の部位にかけて略同じ大きさ（幅）を有するように形成されている。
【００２７】
第１外径側ロータコア５６の外径面は、第１ステータコア３０の内径面と径方向で対向している。すなわち、第１外径側ロータコア５６の外径面と第１ステータコア３０の内径面とは互いに径方向で対向している。また、第２外径側ロータコア５８の外径面は、第３ステータコア３４の内径面と径方向で対向している。すなわち、第２外径側ロータコア５８の外径面と第３ステータコア３４の内径面とは互いに径方向で対向している。隙間６０は、第２ステータコア３２の内径面に面しており、第２ステータコア３２の内径側に設けられている。
【００２８】
第１外径側ロータコア５６の外周部には、ロータティース６２が形成されている。ロータティース６２は、第１外径側ロータコア５６の径方向外方に向けて突出している。ロータティース６２は、第１外径側ロータコア５６の外周面において周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
【００２９】
周方向において互いに隣接するロータティース６２の間にはそれぞれ、永久磁石６４がロータティース６２と隣り合うように取り付けられている。永久磁石６４は、第１外径側ロータコア５６の外径側に配置されている。永久磁石６４は、例えばフェライト磁石である。永久磁石６４は、周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石６４は、周方向に所定の幅（角度）を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石６４は、所定の極性（例えば、外径側をＮ極としかつ内径側をＳ極とする。）に着磁されている。
【００３０】
永久磁石６４の外径側端面とロータティース６２の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている。尚、永久磁石６４の外径側端面がロータティース６２の外径側端面によりも僅かに径方向内側に位置することとしてもよい。第１外径側ロータコア５６は、永久磁石６４で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石６４で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース６２に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第１外径側ロータコア５６は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に所定数（例えば１２個）の極数を有している。
【００３１】
また、第２外径側ロータコア５８の外周部には、ロータティース６６が形成されている。ロータティース６６は、第２外径側ロータコア５８の径方向外方に向けて突出している。ロータティース６６は、第２外径側ロータコア５８の外周面において周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。
【００３２】
周方向において互いに隣接するロータティース６６の間にはそれぞれ、永久磁石６８がロータティース６６と隣り合うように取り付けられている。永久磁石６８は、第２外径側ロータコア５８の外径側に配置されている。永久磁石６８は、例えばフェライト磁石である。永久磁石６８は、周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石６８は、周方向に所定の幅（角度）を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石６８は、上記の永久磁石６４の極性とは異なる所定の極性（例えば、外径側をＳ極としかつ内径側をＮ極とする。）に着磁されている。すなわち、永久磁石６８と永久磁石６４とは、互いに反転した極性を有している。
【００３３】
永久磁石６８の外径側端面とロータティース６６の外径側端面とは、軸中心から互いに略同じ距離になる位置に形成されている。尚、永久磁石６８の外径側端面がロータティース６６の外径側端面によりも僅かに径方向内側に位置することとしてもよい。第２外径側ロータコア５８は、永久磁石６８で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石６８で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース６６に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第２外径側ロータコア５８は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に第１外径側ロータコア５６の極数と同じ所定数（例えば１２個）の極数を有している。
【００３４】
第１外径側ロータコア５６の永久磁石励磁磁極と、第２外径側ロータコア５８の永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。すなわち、第１外径側ロータコア５６の永久磁石６４と第２外径側ロータコア５８のロータティース６６とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。また、第１外径側ロータコア５６の永久磁石非励磁磁極と、第２外径側ロータコア５８の永久磁石励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。すなわち、第１外径側ロータコア５６のロータティース６２と第２外径側ロータコア５８の永久磁石６８とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石励磁磁極同士は、周方向で逆相に配置されており、かつ、それらの永久磁石非励磁磁極同士は、周方向で逆相に配置されている。
【００３５】
上記の隙間６０には、すなわち、第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８との軸方向間には、ロータティース６２，６６の永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイル７０が配置されている。励磁コイル７０は、銅線などの電線からなり、隙間６０の略全域を埋めている。励磁コイル７０は、シャフト５０の回りに環状に形成されており、トロイダル巻きされている。励磁コイル７０は、径方向各部における軸方向の厚さが互いに略均一となるように形成されている。励磁コイル７０は、シャフト５０の外径側に配置されていると共に、第２ステータコア３２の内径側に配置されており、第２ステータコア３２と径方向で対向している。
【００３６】
励磁コイル７０は、ステータ１４（具体的には、ステータコア２４の第２ステータコア３２）に対して固定されている。励磁コイル７０のステータ１４への固定は、保持部材７１を用いて行われる。保持部材７１は、環状の励磁コイル７０を内径側から保持できるように、断面Ｕ字状又は断面コの字状に形成された樹脂などからなるクリップ部材であり、シャフト５０の回りの周方向に複数設けられている。
【００３７】
尚、励磁コイル７０をステータ１４に固定する手法としては、励磁コイル７０を第１〜第３ステータコア３０〜３４に直接固定することとしてもよいし、例えば、第１ステータコア３０及び第３ステータコア３４の互いに面する軸方向端面、又は、第２ステータコア３２の内径面に穴を空け、その穴を通して保持部材７１を引っ掛けることにより、励磁コイル７０のステータ１４への固定を実現することとしてもよい。
【００３８】
励磁コイル７０のリード線７７は、ステータ１４内を通って、具体的には図１に示す如く、ステータ１４のステータコア２４が有するステータティース２６間のスロット内を軸方向に貫くように通って外部に引き出され、後述の制御装置１００に接続される。励磁コイル７０には、直流電源（例えば、車載バッテリなど）から制御装置１００を介して直流電流が供給される。励磁コイル７０に直流電流が供給されると、その励磁コイル７０の内径側（軸中心側）を軸方向に貫く磁束が発生する。この磁束量は、励磁コイル７０に供給される直流電流に応じた大きさである。
【００３９】
シャフト５０は、中空形状に形成されている。シャフト５０は、径が比較的大きな大径円筒部７２と、径が比較的小さな小径円筒部７４，７６と、を有している。小径円筒部７４，７６は、軸方向両端に設けられている。大径円筒部７２は、軸方向中央に設けられており、軸方向両端の小径円筒部７４，７６に挟まれている。シャフト５０は、小径円筒部７４，７６において軸受１６，１８を介してケース２０に支持される。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８は、大径円筒部７２の外径側に配置されてその大径円筒部７２に支持されており、その大径円筒部７２の外径面に固定されている。
【００４０】
また、ロータコア５２は、シャフト５０の内径側に配置されてそのシャフト５０に支持される内径側ロータコア８０を有している。内径側ロータコア８０は、ロータコア５２の第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８の内径側並びに励磁コイル７０の内径側に配置されている。シャフト５０の大径円筒部７２内には、中空空間８２が形成されている。内径側ロータコア８０は、大径円筒部７２の中空空間８２内に収容されており、大径円筒部７２の内径面に接着固定されている。内径側ロータコア８０は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。内径側ロータコア８０は、鉄損がシャフト５０の鉄損に比べて小さい材料で形成されている。
【００４１】
内径側ロータコア８０は、周方向に分割されており、軸方向から見て扇状に形成された複数（例えば６個）のロータコア片８４からなる。内径側ロータコア８０の周方向における分割は、周方向において等間隔（等角度）で行われ、各ロータコア片８４は、互いに同じ形状を有している。内径側ロータコア８０の周方向における分割数すなわちロータコア片８４の数は、外径側ロータコア５４における第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の極数又はその極数の約数である。例えば、極数が“１２”である場合は、分割数は“２”、“３”、“４”、“６”、又は“１２”である（図３及び図４において分割数は“６”である）。
【００４２】
内径側ロータコア８０の周方向における分割は、また、ロータ１２やシャフト５０の軸中心と、ロータ１２の第１及び第２外径側ロータコア５６，５８において周方向に交互に配置された永久磁石６４，６８及びロータティース６２，６６（すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極）のうちの二以上のものの各周方向中心と、を通る線上で行われる。すなわち、内径側ロータコア８０の周方向における分割面を含む各平面はそれぞれ、ロータ１２やシャフト５０の軸中心を通ると共に、何れかの永久磁石６４，６８及びロータティース６２，６６（すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極）の周方向中心を通る。
【００４３】
また、内径側ロータコア８０は、軸方向端部に軸方向に空いた切欠穴８６，８８を有している。切欠穴８６，８８は、軸方向両端に設けられている。切欠穴８６，８８は、径が軸方向端面から軸方向中央にかけて小さくなるようにテーパ状又は階段状に形成されている。切欠穴８６，８８の軸方向端部（最浅部）の径は、シャフト５０の大径円筒部７２の内径と略一致し、かつ、切欠穴８６，８８の軸方向中央部（最深部）の径は、所定の径である。内径側ロータコア８０は、軸方向中央部で径方向に所定の厚みを有する一方、軸方向両端部それぞれで軸方向中央部の厚みよりも小さい厚みを有する。シャフト５０の大径円筒部７２の径方向の厚みは、モータトルクを伝達するのに必要な強度を維持するような厚さに設定され、内径側ロータコア８０の軸方向中央部における径方向の厚みは、励磁コイル７０によって発生する磁束が飽和しない所定の厚さに設定されるため、内径側ロータコア８０の軸方向中央部における径方向の厚みは、シャフト５０の大径円筒部７２の径方向の厚みよりも大きい。
【００４４】
切欠穴８６と切欠穴８８とは、互いに軸方向中央側で連通しており、最深部同士で互いに軸方向に貫通する貫通穴８９を通じて接続している。すなわち、内径側ロータコア８０は、貫通穴８９が形成されるように中空形状に形成されている。内径側ロータコア８０の切欠穴８６，８８及び貫通穴８９はすべて、シャフト５０の軸中心線上に設けられている。内径側ロータコア８０の貫通穴８９は、切欠穴８６，８８の最深部の径と略同じ径を有している。
【００４５】
ロータ１２は、軸方向に２分割されている。シャフト５０は、軸方向に２分割されており、互いに嵌合する２つのカップ状部材９０，９２からなる。シャフト５０の軸方向分割位置は、軸方向の略中央である。カップ状部材９０は、小径円筒部７４と、大径円筒部７２の一部（具体的には、小径円筒部７４に接続する側の半分）と、を有している。カップ状部材９２は、小径円筒部７６と、大径円筒部７２の一部（具体的には、小径円筒部７６に接続する側の半分）と、を有している。シャフト５０は、カップ状部材９０とカップ状部材９２とが互いに嵌合することにより形成される。カップ状部材９０には第１外径側ロータコア５６が、また、カップ状部材９２には第２外径側ロータコア５８が、それぞれ支持される。第１外径側ロータコア５６はカップ状部材９０の外径面に、また、第２外径側ロータコア５８はカップ状部材９２の外径面に、それぞれ固定される。
【００４６】
カップ状部材９０，９２にはそれぞれ、軸中心上で軸方向に空いたボルト穴９４，９６が形成されている。ボルト穴９４，９６は、内径側ロータコア８０の貫通穴８９の径と略同じ径を有している。カップ状部材９０，９２のボルト穴９４，９６及び内径側ロータコア８０の貫通穴８９には、ボルト９８が挿入される。カップ状部材９０とカップ状部材９２とは、互いに嵌合しつつ、ボルト９８により締結される。
【００４７】
尚、内径側ロータコア８０は、軸方向に２分割されていてもよい。この場合、内径側ロータコア８０の軸方向分割位置は、シャフト５０の軸方向分割位置に対応していてもよく、軸方向の略中央であってもよい。また、内径側ロータコア８０の分割された一方はシャフト５０のカップ状部材９０の内径面に、また、内径側ロータコア８０の分割された他方はカップ状部材９２の内径面に、それぞれ接着固定されることとすればよい。
【００４８】
図５は、本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００のブロック構成図を示す。本実施例において、励磁式回転電機１０は、３相の同期型交流モータであって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続された構成を有している。制御装置１００は、励磁式回転電機１０におけるロータ１２の回転を制御する装置である。
【００４９】
制御装置１００は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１０２に接続される。インバータ１０２は、直流電源１０４と励磁式回転電機１０の有する各相のステータコイル２８との間に介在されている。インバータ１０２は、直流電源１０４を用いて励磁式回転電機１０にトルクを発生させるための交流電力を供給する。尚、インバータ１０２と直流電源１０４との間に、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して直流電源１０４の直流電圧を一対のスイッチング素子のオン／オフにより昇圧する昇圧コンバータを設けることとしてもよい。直流電源１０４は、例えばリチウムイオン電池や水素電池などの車載バッテリなどである。
【００５０】
インバータ１０２は、励磁式回転電機１０の三相それぞれのステータコイル２８に対応した上下アームを有している。各相の上下アームは、上アーム素子であるスイッチング素子と下アーム素子であるスイッチング素子とからなり、直流電源１０４の正極端子と負極端子との間に直列接続されている。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴなどのパワートランジスタである。Ｕ相の上下アームとＶ相の上下アームとＷ相の上下アームとは、直流電源１０４の正極端子と負極端子との間に並列に接続されている。各相の上下アームの上アーム素子と下アーム素子との間の中間点はそれぞれ、励磁式回転電機１０の当該相のステータコイル２８の他端に接続されている。
【００５１】
インバータ１０２は、相ごとに、上アーム素子と下アーム素子とが交互にオン／オフされることにより、直流電源１０４の直流電力を交流電力に変換して出力する。上アーム素子及び下アーム素子である各スイッチング素子のオン／オフは、制御装置１００からの制御信号によって制御される。制御装置１００は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット（ＥＣＵ）を有し、予め格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理及び／又は電子回路によるハードウェア処理により、励磁式回転電機１０やインバータ１０２の動作を制御する。
【００５２】
制御装置１００は、電流センサ１０６及びレゾルバ１０８に接続される。電流センサ１０６は、励磁式回転電機１０の各相それぞれのステータコイル２８に流れる実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに応じた信号を出力する。尚、三相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの瞬時値の和はゼロであるので、電流センサ１０６が二相分の実電流に応じた信号を出力するものとし、残り一相の実電流については演算により求めることとしてもよい（例えば、Ｉｕ＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ））。また、レゾルバ１０８は、励磁式回転電機１０のロータ回転角に応じたＡ相信号及びＢ相信号を出力する。
【００５３】
レゾルバ１０８には、Ｒ／Ｄコンバータ１１０が接続されている。レゾルバ１０８によるロータ回転角を示すＡ相信号及びＢ相信号は、Ｒ／Ｄコンバータ１１０に供給される。Ｒ／Ｄコンバータ１１０は、レゾルバ１０８からのＡ相信号及びＢ相信号をデジタルデータに変換する。Ｒ／Ｄコンバータ１１０には、カウンタ１１２が接続されている。Ｒ／Ｄコンバータ１１０によるＡ相及びＢ相それぞれのデジタル信号は、カウンタ１１２に供給される。カウンタ１１２は、Ｒ／Ｄコンバータ１１０からのＡ相及びＢ相それぞれのデジタル信号についてパルスをカウントし、そのカウント値に基づいてロータ回転角を検出する。
【００５４】
制御装置１００は、温度センサ１０７及び１０９に接続される。温度センサ１０７は、励磁コイル７０の温度を検出する。温度センサ１０７は、励磁コイル７０の任意の場所の温度を検出してもよい。例えば、温度センサ１０７は、励磁コイル７０の最も高温となる部位の温度を検出してもよい。温度センサ１０９は、ステータコイル２８の温度を検出する。同様に、温度センサ１０９は、ステータコイル２８の任意の場所の温度を検出してもよい。例えば、温度センサ１０９は、ステータコイル２８の最も高温となる部位の温度を検出してもよい。温度センサ１０９は、ステータコイル２８の３相コイルのいずれかの相のコイル温度を検出するものであってよいし、相毎に設けられてもよい。後者の場合、相毎の温度のうちの最も高い温度が使用されてもよい。以下では、温度センサ１０７により検出される励磁コイル７０の温度を、「励磁コイル温度」といい、温度センサ１０９により検出されるステータコイル２８の温度を、「ステータコイル温度」といい、両者を総称するときは「コイル温度」という。
【００５５】
制御装置１００は、また、電流センサ１０６に接続される３相−２相電流変換部１１４を備えている。電流センサ１０６によるモータ各相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す信号は、３相−２相電流変換部１１４に供給される。３相−２相電流変換部１１４は、また、カウンタ１１２の出力に接続されている。カウンタ１１２によるロータ回転角を示す信号は、３相−２相電流変換部１１４に供給される。３相−２相電流変換部１１４は、ロータ回転角を用いて、電流センサ１０６から入力される励磁式回転電機１０の三相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを二相のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに座標変換することで、三相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを演算する。
【００５６】
制御装置１００は、また、トルク制御部１１６を備えている。トルク制御部１１６には、外部からトルク指令値の情報が入力される。トルク指令値は、車速やアクセル操作量などを用いて予め定められたマップなどに従って設定されてよく、励磁式回転電機１０が発生すべきトルクを指示するものである。外部とは、制御装置１００に接続される任意のＥＣＵ（例えば、ハイブリッドシステム全体を制御するＥＣＵ）であってよい。尚、トルク指令値は、制御装置１００内で車速やアクセル操作量等に基づいて演算されてもよい。トルク制御部１１６は、トルク指令値や変調率などに基づいてｄ軸及びｑ軸それぞれに供給すべきｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。
【００５７】
制御装置１００は、また、電流制御部１１８を備えている。電流制御部１１８には、ｄ軸電流の、３相−２相電流変換部１１４において演算された実値Ｉｄとトルク制御部１１６において算出された指令値Ｉｄ＊との偏差の情報が入力されると共に、ｑ軸電流の、３相−２相電流変換部１１４において演算された実値Ｉｑとトルク制御部１１６において算出された指令値Ｉｑ＊との偏差の情報が入力される。電流制御部１１８は、入力されるｄ軸電流の上記偏差及びｑ軸電流の上記偏差が共にゼロに収束するようにｄ軸電圧の指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑを算出する。
【００５８】
電流制御部１１８には、電圧演算部１２０が接続されている。電流制御部１１８において算出されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑの情報は、電圧演算部１２０に供給される。電圧演算部１２０は、電流制御部１１８からのｄ軸電圧の指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑに基づいて変調率を算出する。電圧演算部１２０には、トルク制御部１１６が接続されている。トルク制御部１１６は、電圧演算部１２０からの変調率に基づいて弱め界磁制御を行う。
【００５９】
制御装置１００は、また、電流制御部１１８の出力及び上記のカウンタ１１２の出力に接続される電圧制御部１２４を備えている。電圧制御部１２４には、電流制御部１１８において算出されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑの情報が入力されると共に、カウンタ１１２において検出されたロータ回転角の情報が入力される。電圧制御部１２４には、また、直流電源１０４の電圧の情報が入力される。電圧制御部１２４は、励磁式回転電機１０のロータ回転角を用いて、入力されるｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに座標変換することで、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑに基づいて三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出する。尚、この三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、互いに等振幅を有しかつ位相が電気角１２０°ずつずれた信号である。
【００６０】
電圧制御部１２４は、算出した三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと所定周期のキャリア信号（例えば、三角波状の搬送波）とを電圧比較した結果に基づいて、インバータ１０２の上下アームのオン／オフを指令する制御信号（具体的には、パルス幅が変調するＰＷＭ信号）を生成する。そして、その制御信号をインバータ１０２に向けて出力する。インバータ１０２にかかる制御信号が供給されると、インバータ１０２は、その制御信号に従って直流電源１０４の直流電力を交流電力に変換して、励磁式回転電機１０の各相のステータコイル２８へ供給する。
【００６１】
また、制御装置１００は、直流電力を直流変換するチョッパ回路１３０に接続される。チョッパ回路１３０は、直流電源１０４と励磁式回転電機１０の有する励磁コイル７０との間に介在されている。チョッパ回路１３０は、直流電源１０４を用いて励磁式回転電機１０にトルクを発生させるための直流電力を供給する。具体的には、例えばＩＧＢＴなどのパワートランジスタであるスイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、直流電源１０４の直流電力を降圧変換して出力する。
【００６２】
制御装置１００は、また、カウンタ１１２の出力に接続される速度演算部１３２を備えている。カウンタ１１２によるロータ回転角を示す信号は、速度演算部１３２に供給される。速度演算部１３２は、ロータ回転角に基づいて励磁式回転電機１０の回転数を算出する。
【００６３】
制御装置１００は、また、電流センサ１３８に接続されると共に、電流制御部１４０を備えている。電流センサ１３８は、励磁式回転電機１０の励磁コイル７０に流れる実電流Ｉｄｒに応じた信号を出力する。電流制御部１４０には、励磁コイル７０に流れる励磁電流の、電流センサ１３８による実値Ｉｄｒとトルク制御部１１６において算出された指令値Ｉｄｒ＊との偏差の情報が入力される。電流制御部１４０は、入力される励磁電流の実値Ｉｄｒと指令値Ｉｄｒ＊との偏差がゼロに収束するように励磁コイル７０に印加すべき電圧指令値Ｖｄｒを算出する。
【００６４】
電流制御部１４０には、電圧制御部１４２が接続されている。電流制御部１４０において算出された励磁コイル７０の電圧指令値Ｖｄｒの情報は、電圧制御部１４２に供給される。電圧制御部１４２は、電流制御部１４０からの電圧指令値Ｖｄｒが励磁コイル７０に印加されるようにチョッパ回路１３０のスイッチング素子のオン／オフを指令する制御信号（具体的には、パルス幅が変調するＰＷＭ信号）を生成する。そして、その制御信号をチョッパ回路１３０に向けて出力する。チョッパ回路１３０にかかる制御信号が供給されると、チョッパ回路１３０は、その制御信号に従って直流電源１０４の直流電力を所望の電圧まで降圧変換して、リード線７７を介して励磁式回転電機１０の励磁コイル７０へ供給する。
【００６５】
上記の励磁式回転電機１０の構造において、制御装置１００を用いて環状の励磁コイル７０に直流電流が供給されると、その励磁コイル７０の内径側（軸中心側）を軸方向に貫く磁束が発生する。この励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束は、第１又は第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極→内径側ロータコア８０→第２又は第１外径側ロータコア５８，５６の永久磁石非励磁磁極→エアギャップ２２→ステータコア２４→エアギャップ２２→第１又は第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極からなる経路で流通する。かかる磁束が発生すると、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極が励磁される。この電磁石による磁束は、永久磁石６４，６８による磁束を弱め或いは強める。また、この電磁石による磁束量は、励磁コイル７０に流す直流電流の大きさに応じて調整される。
【００６６】
従って、本実施例によれば、永久磁石６４，６８による磁束と励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータ１２をステータ１４回りに回転させるトルクを調整することができ、そのロータ１２を適切に回転させることができる。
【００６７】
図６は、本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００のトルク制御部１１６のブロック構成図を示す。
【００６８】
トルク制御部１１６は、図６に示すように、励磁電流テーブル１３６を有している。励磁電流テーブル１３６は、励磁コイル７０を励磁する励磁電流を算出する際に使用される。励磁電流テーブル１３６には、トルク制限部１４５（後述）からのトルク指令値の情報が入力されると共に、速度演算部１３２からの回転数の情報及び直流電源１０４のＤＣ電圧の情報が入力される。励磁電流テーブル１３６には、トルク指令値と回転数との関係から導かれる励磁コイル７０を励磁すべき励磁電流の基準となる指令値の情報が格納されている。この励磁電流テーブル１３６に格納されている情報は、トルク指令値と回転数との関係から、励磁コイル７０に発生する損失（主に、銅損）が最小となるように励磁コイル７０に流通させるべき直流の励磁電流を規定したものである。トルク制御部１１６は、入力されるトルク指令値及び回転数に基づいて、励磁電流テーブル１３６を参照して、基準となる（すなわち、損失が最小となる）励磁電流の指令値Ｉｄｒ＊を算出する。
【００６９】
また、トルク制御部１１６は、図６に示すように、励磁電流補正部１４４と、トルク制限部１４５と、励磁電流演算部１４６とを有している。
【００７０】
励磁電流補正部１４４には、温度センサ１０７，１０９からのコイル温度（ステータコイル温度、励磁コイル温度）の検出値が入力される。励磁電流補正部１４４は、温度センサ１０７，１０９からのコイル温度に基づいて、励磁電流テーブル１３６から得られる基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊に対して補正すべき内容を表す補正指令情報を生成する。励磁電流補正部１４４の動作（補正指令情報の生成態様）の例については、図７等を参照して後述する。
【００７１】
トルク制限部１４５には、温度センサ１０７，１０９からのコイル温度（ステータコイル温度、励磁コイル温度）の検出値と、外部からのトルク指令値の情報とが入力される。トルク制限部１４５は、温度センサ１０７，１０９からのコイル温度に基づいて、トルク指令値を制限する。例えば、トルク制限部１４５は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２よりも高い場合に、外部からのトルク指令値を下げる補正を行う。温度制限値Ｔｈ２は、励磁コイル７０及びステータコイル２８の焼損を防止する観点から決定される制限値であり、励磁コイル７０及びステータコイル２８の特性（被覆材料の特性等）に基づいて適合されてよい。例えば、温度制限値Ｔｈ２は、励磁コイル７０及びステータコイル２８の焼損が起こりうる温度範囲の最小値（温度上限値）よりも低い値であってよい。
【００７２】
励磁電流演算部１４６には、上記の如く励磁電流テーブル１３６を参照して算出される基準の励磁電流の指令値Ｉｄｒ＊の情報と、励磁電流補正部１４４からの補正指令情報が入力される。励磁電流演算部１４６は、励磁電流補正部１４４からの補正指令情報に応じて、励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を補正して、出力すべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を生成する。例えば、励磁電流演算部１４６は、励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊に、励磁電流補正部１４４からの補正指令情報に係る補正係数を乗じることで、出力すべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を生成する。この場合、補正係数が１よりも大きい場合は、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が増加されることになり、補正係数が１よりも小さい場合は、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が低減されることになる。
【００７３】
トルク制御部１１６は、また、最大トルク制御部１４８と、等トルクテーブル１５０とを有している。最大トルク制御部１４８には、トルク制限部１４５からのトルク指令値の情報が入力されると共に、励磁電流演算部１４６から出力された励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報が入力される。最大トルク制御部１４８は、トルク指令値に対応した同一のトルクを励磁式回転電気１０に発生させる電流ベクトルのうちで電流振幅を最小にする電流ベクトルを導くための最大トルク制御を行う。尚、この最大トルク制御は、電流ベクトルの振幅を一定としたときに電流位相角に対してトルクを最大とするものであって、リラクタンストルクを有効に活用することで、同じ出力を得ながら電流振幅の２乗に相当する銅損を最小にできるので、励磁式回転電機１０の高効率な制御を実現することが可能である。
【００７４】
最大トルク制御部１４８には、弱め界磁制御部１２２が接続されている。最大トルク制御部１４８において算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の情報は、弱め界磁制御部１２２に供給される。弱め界磁制御部１２２は、最大トルク制御部１４８からのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と電圧演算部１２０からの変調率とに基づいて弱め界磁制御を行って、その弱め界磁制御後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の情報を電流制御部１１８側へ出力する。
【００７５】
また、等トルクテーブル１５０には、トルク制限部１４５からのトルク指令値の情報が入力され、かつ、励磁電流演算部１４６から出力された励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報が入力されると共に、弱め界磁制御部１２２から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の情報が入力される。等トルクテーブル１５０には、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が変更されても、その励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の変更前後で励磁式回転電機１０全体に発生するトルクを等しくするｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の情報が格納されている。トルク制御部１１６は、入力されるトルク指令値、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊、及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に基づいて、等トルクテーブル１５０を参照して、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、その情報を電流制御部１１８側へ出力する。
【００７６】
図７は、トルク制御部１１６により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理ルーチンは、例えば励磁式回転電機１０の動作中に所定周期毎に繰り返し実行されてよい。
【００７７】
ステップ７００では、温度センサ１０７，１０９から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値（最新の値）に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２よりも高いか否かが判定される。温度制限値Ｔｈ２は、上述の如く、励磁コイル７０及びステータコイル２８の焼損を防止する観点から決定される制限値であり、励磁コイル７０及びステータコイル２８の特性（被覆材料等）に基づいて適合されてよい。ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２よりも高い場合は、ステップ７０２に進み、それ以外の場合は、ステップ７０４に進む。尚、ステータコイル温度及び励磁コイル温度の双方が温度制限値Ｔｈ２よりも高い場合も、ステップ７０２に進むことになる。
【００７８】
ステップ７０２では、外部からのトルク指令値を下げる補正を行う。トルク指令値を下げる補正が行われると、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊等が低減され、励磁式回転電機１０の出力トルクが低減される（この場合、外部からの本来のトルク指令値に対応する所期の出力トルクは得られない）。
【００７９】
ステップ７０４では、温度センサ１０７，１０９から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値（最新の値）に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Ｔｈ１よりも高いか否かが判定される。所定閾値Ｔｈ１は、上記ステップ７００で用いられる温度制限値Ｔｈ２よりも低い値である。所定閾値Ｔｈ１は、任意の態様で設定されてもよいが、例えば温度制限値Ｔｈ２の７０％から９０％の範囲内の値であってよい。ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Ｔｈ１よりも高い場合は、ステップ７０６に進み、それ以外の場合（即ち、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれも所定閾値Ｔｈ１よりも高くない場合）は、今回周期の処理はそのまま終了となる。尚、ステータコイル温度及び励磁コイル温度の双方が所定閾値Ｔｈ１よりも高い場合も、ステップ７０６に進むことになる。
【００８０】
ステップ７０６では、温度センサ１０７，１０９から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値（最新の値）に基づいて、励磁コイル温度がステータコイル温度よりも高いか否かを判定する。励磁コイル温度がステータコイル温度よりも高い場合は、ステップ７０８に進み、それ以外の場合（即ち励磁コイル温度がステータコイル温度以下の場合）は、ステップ７１２に進む。
【００８１】
ステップ７０８では、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を下げる（減少させる）補正を行う。
【００８２】
ステップ７１０では、三相コイル電流指令値を上げる（増加させる）補正を行う。尚、三相コイル電流指令値は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を含み、「三相コイル電流指令値を上げる（増加する）」とは、三相コイル電流の実効値が増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定することを意味する。従って、この場合、三相コイル電流指令値が増加されるので、上記ステップ７０２でトルク指令が制限されていない限り、励磁式回転電機１０において所期の出力トルク（トルク制限による低減がなされていない出力トルク）を得ることができる。
【００８３】
ステップ７１２では、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を上げる（増加させる）補正を行う。
【００８４】
ステップ７１４では、三相コイル電流指令値を下げる（減少させる）補正を行う。同様に、「三相コイル電流指令値を下げる（低減する）」とは、三相コイル電流の実効値が減少するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定することを意味する。従って、この場合、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が増加されるので、上記ステップ７０２でトルク指令が制限されていない限り、励磁式回転電機１０において所期の出力トルクを得ることができる。
【００８５】
図７に示す処理によれば、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが、所定閾値Ｔｈ１よりも高くなると、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値のうちの一方（温度が高いほうのコイルに係る指令値）が低減される一方、他方が増加される。これにより、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が温度制限値Ｔｈ２に達するまでの時間を遅らせることができ、トルク指令の制限が発動するのを抑制する（遅らせる）ことができる。
【００８６】
尚、図７において、ステップ７０２及びステップ７０２の処理は、図６に示したトルク制限部１４５により実現されてよい。また、ステップ７０４、ステップ７０６、ステップ７０８及びステップ７１２の処理は、図６に示した励磁電流補正部１４４及び励磁電流演算部１４６により協動して実現されてよい。また、ステップ７１０及びステップ７１４の処理は、図６に示した弱め界磁制御部１２２、励磁電流補正部１４４、励磁電流演算部１４６、最大トルク制御部１４８及び等トルクテーブル１５０により協動して実現されてよい。
【００８７】
図８及び図９は、図７に示す処理の説明図であり、図８は、トルク指令値の制限と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。図９は、図８に関連して、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値と、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。尚、図９においては、三相コイル電流指令値は、実効値にて示されている。
【００８８】
ここでは、時刻０にて、外部からのトルク指令値が０からＴｑ１［Ｎｍ］に変更され、その後、Ｔｑ１に維持される場合を想定する。この場合、図８に示すように、時刻０にて、ステータコイル２８及び励磁コイル７０への通電が開始され、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が上昇していく。尚、図８に示す例では、励磁コイル温度の方がステータコイル温度よりも急な勾配で増加している。時刻ｔ１にて、励磁コイル温度が所定閾値Ｔｈ１を超えると、図９に示すように、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が低減されると共に、三相コイル電流指令値が増加される（図７のステップ７０８及びステップ７１０参照）。その後、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値が制御される（図７のステップ７０６乃至ステップ７１４参照）。これにより、図９に示すように、励磁コイル温度の上昇が抑制され（尚、図示の例では、励磁コイル温度は横ばいとなっているが、これに限られない）、ステータコイル温度と励磁コイル温度との差異が徐々に低減していく。時刻ｔ２にて、ステータコイル温度が所定閾値Ｔｈ１を超えると、引き続き、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値が制御される（図７のステップ７０６乃至ステップ７１４参照）。これにより、図９に示すように、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が略同一の温度で上昇していく。時刻ｔ３にて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度（厳密には完全に同一ではないので、いずれか一方）が温度制限値Ｔｈ２を超えると、トルク指令の制限が発動し（図７のステップ７０２参照）、トルク指令値は、所期の値Ｔｑ１よりもΔＴｑ１だけ小さい値へと補正（制限）される。この結果、図９に示すように、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値が共に低減される。
【００８９】
図１０は、比較例を示す図であり、図８と同様、ステータコイル温度及び励磁コイル温度との関係の一例を示す時系列波形を示す。比較例は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２を超えるとトルク指令の制限が発動するだけの構成であり、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理を行わない構成である。
【００９０】
ここでも、同様に、時刻０にて、外部からのトルク指令値が０からＴｑ１［Ｎｍ］に変更され、その後、Ｔｑ１に維持される場合を想定する。時刻ｔ５にて、励磁コイル温度が温度制限値Ｔｈ２を超えると、トルク指令の制限が発動し、トルク指令値は、図１０に示すように、所期の値Ｔｑ１よりもΔＴｑ２だけ小さい値へと補正（制限）される。この結果、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値が共に低減される。その後、時刻ｔ６にて、ステータコイル温度が温度制限値Ｔｈ２を超え、トルク指令値の制限が維持される。尚、図１０に示す例では、時刻ｔ６以降、励磁コイル温度は温度制限値Ｔｈ２を有意に下回った状態となっている。
【００９１】
このように比較例では、図１０に示すように、時刻ｔ５からトルク指令の制限が発動するのに対して、図８に示す例では、時刻ｔ２から励磁コイル温度の上昇が抑制されるので、時刻ｔ３（＞ｔ５）からトルク指令の制限が発動する。従って、図７に示す処理によれば、比較例に比べて、ステータコイル温度又は励磁コイル温度が温度制限値Ｔｈ２に達するまでの時間を遅らせることができ、トルク指令の制限が発動するのを抑制できることが分かる。
【００９２】
尚、図８及び図９に示す例では、ステータコイル温度又は励磁コイル温度が温度制限値Ｔｈ２を越えた場合も、ステータコイル温度及び励磁コイル温度が同一の温度となるように、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値が制御されている（図７のステップ７０６乃至ステップ７１４参照）。かかる制御を行うことで、比較例に比べて、トルク指令値の制限度合いを緩和すること（ΔＴｑ１＜ΔＴｑ２）ができる。これは、例えば、比較例では、時刻ｔ６以降は、励磁コイル温度が温度制限値Ｔｈ２よりも有意に低いことから、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を増加させてトルク指令値の制限度合いを緩和する余地があるが、それにも拘らず、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４が実行されないためである。
【００９３】
図１１は、トルク制限部１４５の処理の一例を示すフローチャートである。
【００９４】
ステップ１１００では、温度センサ１０７，１０９から入力されるステータコイル温度及び励磁コイル温度の検出値（最新の値）に基づいて、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に応じた各トルク制限率を決定する。トルク制限率は、例えば、ステータコイル温度が温度制限値Ｔｈ２を超えるまでは０％であり、ステータコイル温度が温度制限値Ｔｈ２を超えると１００％に向けて線形的又は非線形的に増加していく態様で決定されてもよい。尚、この意味で、温度制限値Ｔｈ２は、トルク指令値が０に制限されるときのコイル温度（温度上限値相当）ではなく、トルク指令の制限が発動開始するときのコイル温度を表す。コイル温度に応じたトルク制限率は、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理を行うことを前提として決定されてよい。図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理を行うことで、かかる処理を行わない構成に比べて、同一のコイル温度に対するトルク制限率を低減することが可能である。これは、上述の如く、励磁コイル７０及びステータコイル２８のうちの温度の低いほうのコイルへの通電量を増大することで、励磁式回転電機１０全体に発生するトルクの低減を抑制できるためである。
【００９５】
ステップ１１０２では、所定のトルク上限値に、上記ステップ１１００で得られた各トルク制限率を乗じることで、制限後の各トルク上限値を算出する。
【００９６】
ステップ１１０４では、上記ステップ１１０２で算出した制限後の各トルク上限値の最小値を選択する。即ち、ステータコイル温度に係るトルク上限値と、励磁コイル温度に係るトルク上限値のうちの小さい方を選択する。
【００９７】
ステップ１１０６では、外部からのトルク指令値が、上記ステップ１１０４で選択したトルク上限値の最小値以下であるか否かを判定する。トルク指令値がトルク上限値の最小値以下である場合は、ステップ１１０８に進み、それ以外の場合は、ステップ１１１０に進む。
【００９８】
ステップ１１０８では、外部からのトルク指令値をそのまま出力する。即ち、トルク指令の制限を発動させない。この出力は、上述の如く、励磁電流テーブル１３６、最大トルク制御部１４８及び等トルクテーブル１５０で利用される。
【００９９】
ステップ１１１０では、上記ステップ１１０４で選択したトルク上限値の最小値を出力する。この場合、トルク指令の制限が発動されることになる。この出力は、上述の如く、励磁電流テーブル１３６、最大トルク制御部１４８及び等トルクテーブル１５０で利用される。
【０１００】
図１２は、励磁電流補正部１４４の一例を示すブロック図である。
【０１０１】
図１２に示すように、コイル温度（ステータコイル温度及び励磁コイル温度）は、所定閾値Ｔｈ２から差し引かれる（加え合せ点１４４１参照）。所定閾値Ｔｈ２からのコイル温度の各差分値は、正の場合は上限０として０に補正される（飽和の非線形要素１４４２参照）。次いで、各差分値は、ＰＩ（Proportional  Integral）制御によるフィードバック部１４４３を通り、その後、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のバランスを取るため、各差分値のフィードバック出力の差ｄｆが取られる（演算部１４４４参照）。図１２に示す例では、この出力差ｄｆは、励磁コイル温度のフィードバック出力からステータコイル温度のフィードバック出力を差し引くことで得られる。従って、ステータコイル温度が励磁コイル温度よりも高い場合は、出力差ｄｆは正となり、ステータコイル温度が励磁コイル温度よりも低い場合は、出力差ｄｆは負となる。この出力差ｄｆは、定数「１」と足し合わされ（加え合せ点１４４５参照）、出力される。この出力ｃ１は、補正係数としての機能を有し、出力差ｄｆが負のときは１よりも小さい値となる。この場合、励磁電流演算部１４６（図６参照）において、励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊に乗じられることで、基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が低減方向に補正される（図７のステップ７０８参照）。他方、出力ｃ１は、出力差ｄｆが正のときは１よりも大きい値となる。この場合、励磁電流演算部１４６（図６参照）において、励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊に乗じられることで、基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が増加方向に補正される（図７のステップ７１２参照）。尚、このようにして補正された励磁電流指令値Ｉｄｒ＊は、図６に示すように、最大トルク制御部１４８及び等トルクテーブル１５０で利用される。従って、基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が低減方向に補正された場合は、その低減分に応じて三相コイル電流指令値が増大されることになる（図７のステップ７１０参照）。また、基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が増加方向に補正された場合は、その増加分に応じて三相コイル電流指令値が低減されることになる（図７のステップ７１４参照）。
【０１０２】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【０１０３】
例えば、図７に示す例では、所定閾値Ｔｈ１は温度制限値Ｔｈ２よりも小さい値であったが、所定閾値Ｔｈ１は温度制限値Ｔｈ２と同一であってもよい。この場合、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが所定閾値Ｔｈ１（＝温度制限値Ｔｈ２）を超えると、トルク指令の制限が発動するが、その際、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理を行うこととしてよい。これにより、上述の如く、トルク指令値の制限度合いを抑制することができる。
【０１０４】
また、図７に示す例では、温度制限値Ｔｈ２は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に対して共通である。しかしながら、励磁コイル７０及びステータコイル２８の特性（被覆材料の特性等）が異なる場合等は、ステータコイル温度及び励磁コイル温度に対してそれぞれ異なる温度制限値Ｔｈ２が使用されてもよい。また、同様に、所定閾値Ｔｈ１についてもステータコイル温度及び励磁コイル温度に対してそれぞれ別々に適用されてもよい。この場合、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４のロジックに関して、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊及び三相コイル電流指令値のうちの、増加する方と減少する方とは、ステータコイル温度及び励磁コイル温度と、それぞれの温度制限値Ｔｈ２との関係に基づいて、決定されてもよい。例えば、ステータコイル温度に係る温度制限値Ｔｈ２に対するステータコイル温度の比が、励磁コイル温度に係る温度制限値Ｔｈ２に対する励磁コイル温度の比よりも大きい場合、三相コイル電流指令値を減少し、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を増加してよい。他方、ステータコイル温度に係る温度制限値Ｔｈ２に対するステータコイル温度の比が、励磁コイル温度に係る温度制限値Ｔｈ２に対する励磁コイル温度の比よりも小さい場合、三相コイル電流指令値を増加し、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を減少してもよい。
【０１０５】
また、図７に示す例では、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２よりも高い場合、トルク指令の制限を発動させつつ、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理が実行されている。しかしながら、ステータコイル温度及び励磁コイル温度のいずれかが温度制限値Ｔｈ２よりも高い場合は、トルク指令の制限を発動させるだけとし、図７のステップ７０６乃至ステップ７１４の処理を実行しないこととしてもよい。
【０１０６】
また、上述した実施例では、励磁コイル温度及びステータコイル温度は、温度センサ１０７及び１０９により検出されているが、励磁コイル温度及びステータコイル温度は、推定されてもよい。例えば、励磁コイル温度は、励磁コイル温度と相関のある部位の温度の検出値に基づいて推定されてもよい。同様に、ステータコイル温度は、ステータコイル温度と相関のある部位の温度の検出値に基づいて推定されてもよい。また、励磁コイル温度は、励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の積算値（又は実値Ｉｄｒの積算値）等に基づいて推定されてもよい。同様に、ステータコイル温度は、三相コイル電流指令値の積算値（又は実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの積算値）等に基づいて推定されてもよい。
【０１０７】
また、上述した実施例では、励磁式回転電機１０は、３相モータであるが、相数は任意である。また、励磁式回転電機１０は、永久磁石励磁磁極を備えているが、永久磁石励磁磁極は省略されてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  励磁式回転電機
１２  ロータ
１４  ステータ
２２  エアギャップ
２４  ステータコア
２８  ステータコイル
５２  ロータコア
６０  隙間
６４，６８  永久磁石
７０  励磁コイル
１００  制御装置
１０２  インバータ
１０４  直流電源
１０６，１３８  電流センサ
１０７，１０９  温度センサ
１０８  レゾルバ
１１４  ３相−２相電流変換部
１１６  トルク制御部
１３０  チョッパ回路
１３６  励磁電流テーブル
１４４  励磁電流補正部
１４５  トルク制限部
１４６  励磁電流演算部
１４８  最大トルク制御部
１５０  等トルクテーブル
【図１】
2014176114.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014176114.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2014176114.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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