(57)【要約】【課題】本発明は、励磁式回転電機の制御装置に係り、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することにある。【解決手段】軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で隙間を介して斜に配置された一対の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、磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置は、励磁式回転電機における実トルクを検出する実トルク検出手段と、実トルク検出手段により検出される実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流制御手段と、を備える。【選択図】図７
2014064340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で前記隙間を介して斜に配置された一対のロータコアを有するロータと、前記ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、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と、前記磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置であって、
前記励磁式回転電機における実トルクを検出する実トルク検出手段と、
前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流制御手段と、
を備えることを特徴とする励磁式回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記励磁式回転電機へのトルク指令値に基づいて、生じる損失が最小となるように、前記励磁コイルに流通させるべき電流指令値を算出する励磁電流指令値算出手段を備え、
前記励磁電流制御手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、前記励磁コイルに流通させる電流を、前記励磁電流指令値算出手段により算出される前記電流指令値に対して増加させることを特徴とする請求項１記載の励磁式回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記ステータのステータコイルに流通させる電流を増加させるステータコイル電流制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の励磁式回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記励磁電流制御手段は、前記励磁コイルに流通させる出力電流値を算出する出力用算出手段と、前記ステータコイル電流制御手段に前記出力電流値として通知するダミー電流値を算出するダミー用算出手段と、を有し、
前記ステータコイル電流制御手段は、トルク指令値及び前記励磁電流制御手段の前記ダミー用算出手段により算出される前記ダミー電流値に基づいて、前記励磁式回転電機の前記励磁コイル側と前記ステータコイル側との全体で発生させるべきトルクのうち前記ステータコイル側で賄うべきトルク分が該ステータコイルで発生するように、該ステータコイルに流通させる電流を算出するステータコイル電流算出手段を有し、
前記出力用算出手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記出力電流値を増加させ、かつ、
前記ダミー用算出手段は、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記ダミー電流値を減少させることを特徴とする請求項３記載の励磁式回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記励磁コイルに発生する電圧に所定値に対する余裕があるか否かを判別する励磁電圧判別手段を備え、
前記励磁電圧判別手段により前記励磁コイルに発生する電圧に前記余裕があると判別されるとき、前記ステータコイル電流制御手段が、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記ステータコイルに流通させる電流を増加させるステータ電流増加処理を実行し、かつ、前記励磁電流制御手段が、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流増加処理を実行することを特徴とする請求項３又は４記載の励磁式回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記励磁電圧判別手段により前記励磁コイルに発生する電圧に前記余裕がないと判別されるとき、前記ステータコイル電流制御手段が前記ステータ電流増加処理を実行する一方、前記励磁電流制御手段が前記励磁電流増加処理を実行しないことを特徴とする請求項５記載の励磁式回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記所定値が前記電源の電源電圧に基づく値であることを特徴とする請求項５又は６記載の励磁式回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁式回転電機の制御装置に係り、特に、軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で上記の隙間を介して斜に配置された一対の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、上記の磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、軸方向で隙間を介して斜に配置されている。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の如く励磁コイルを用いてロータの回転が制御される励磁式回転電機では、励磁コイルのインダクタンスが比較的大きい傾向にあることから、励磁コイルに流通する励磁電流の応答性が悪く、その結果として、発生するトルクの応答が遅くなる不都合が生じ得る。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することが可能な励磁式回転電機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、軸方向に隙間を空けて対向配置され、それぞれ周方向に所定間隔を空けて配置された磁極同士が互いに軸方向で前記隙間を介して斜に配置された一対のロータコアを有するロータと、前記ロータの外径側にエアギャップを介して対向配置され、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と、前記磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、電源からの電力供給により駆動される励磁式回転電機の制御装置であって、前記励磁式回転電機における実トルクを検出する実トルク検出手段と、前記実トルク検出手段により検出される前記実トルクがトルク指令値に対して小さい場合に、小さくない場合に比して、前記励磁コイルに流通させる電流を増加させる励磁電流制御手段と、を備える励磁式回転電機の制御装置により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例である励磁式回転電機の構造を表した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例である励磁式回転電機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】本発明の一実施例である励磁式回転電機を、図２に示すIII−IIIで切断した際の断面図である。
【図４】本発明の一実施例である励磁式回転電機を、図２に示すIV−IVで切断した際の断面図である。
【図５】本発明の一実施例である励磁式回転電機の制御装置のブロック構成図である。
【図６】本発明の一実施例である励磁式回転電機の制御装置の要部ブロック構成図である。
【図７】本発明の一実施例である励磁式回転電機の制御装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図８】本発明の一実施例である励磁式回転電機の制御装置による効果を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明に係る励磁式回転電機の制御装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例である励磁式回転電機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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、互いに軸方向で上記の隙間６０を介して斜に配置されており、かつ、それらの永久磁石非励磁磁極同士は、互いに軸方向で上記の隙間６０を介して斜に配置されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。また、図６は、本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００の要部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つのステータコイル２８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。
【００４７】
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を備えている。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。
【００４８】
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、リード線１０５を介して励磁式回転電機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。
【００４９】
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。
【００５０】
制御装置１００は、電流センサ１０６及びレゾルバ１０８を備えている。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。
【００５１】
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。
【００５２】
制御装置１００は、また、電流センサ１０６の出力に接続される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。
【００５３】
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、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る励磁式回転電機１０が発生すべきトルクを指示するトルク指令値の情報が入力される。トルク制御部１１６は、供給される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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、上記のトルク制御部１１６が接続されている。トルク制御部１１６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出するうえで、弱め界磁制御部１２２にて電圧演算部１２０からの変調率に基づいて弱め界磁制御を行う。
【００５６】
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。
【００５７】
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、リード線１０５を介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。
【００５８】
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を備えている。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。
【００５９】
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。
【００６０】
上記のトルク制御部１１６は、励磁コイル７０を励磁する励磁電流を算出するうえで用いられる励磁電流テーブル１３６を有している。励磁電流テーブル１３６には、外部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の電源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。
【００６１】
制御装置１００は、また、電流センサ１３８及び電流制御部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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、本実施例において、制御装置１００のトルク制御部１１６は、励磁電圧演算部１４４と、実トルク演算部１４６と、を有している。励磁電圧演算部１４４には、３相−２相電流変換部１１４において演算されたｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑの情報が入力されると共に、電流センサ１３８による励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒの情報が入力される。励磁電圧演算部１４４は、ｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑと励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒとに基づいて、励磁コイル７０の両端に発生していると推定される直流の励磁電圧を算出する。この電圧算出は、予め定められた式やマップを用いて行われるものとすればよい。
【００６６】
実トルク演算部１４６には、３相−２相電流変換部１１４において演算されたｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑの情報が入力されると共に、電流センサ１３８による励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒの情報が入力される。実トルク演算部１４６は、ｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑと励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒとに基づいて、励磁式回転電機１０の励磁コイル７０側と各相ステータコイル２８側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出する。このトルク算出は、予め定められた式やマップを用いて行われるものとすればよい。
【００６７】
実トルク演算部１４６には、また、外部からのトルク指令値の情報が入力される。実トルク演算部１４６は、上記の如く励磁式回転電機１０の実トルクを算出すると、その実トルクがトルク指令値に対して乖離しているか否か、具体的には、その実トルクとトルク指令値との偏差を求め、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する。
【００６８】
励磁電圧演算部１４４及び実トルク演算部１４６には、励磁電流演算部１４８が接続されている。励磁電圧演算部１４４において算出される励磁コイル７０の励磁電圧推定値の情報、及び、実トルク演算部１４６において判別された結果を示す情報は、励磁電流演算部１４８に供給される。励磁電流演算部１４８には、また、上記の如く励磁電流テーブル１３６を参照して算出される、トルク指令値及び回転数に基づいて基準となる励磁電流の指令値Ｉｄｒ＊の情報が入力される。励磁電流演算部１４８は、後述の如く、励磁電圧演算部１４４からの励磁コイル７０の励磁電圧推定値及び実トルク演算部１４６における上記の判別結果に応じて、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＊を補正する。そして、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を生成する。
【００６９】
トルク制御部１１６は、また、最大トルク制御部１５０と、等トルクテーブル１５２と、を有している。最大トルク制御部１５０には、外部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１４８から供給される励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報が入力される。励磁電流演算部１４８は、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値と、最大トルク制御部１５０に対して励磁コイル７０に流通させる電流値として情報通知する指令電流値（以下、ダミー指令電流値と称す。）とをそれぞれ互いに異なるように算出することが可能であり、最大トルク制御部１５０に対して情報通知するダミー指令電流値を、励磁コイル７０に流通させる励磁電流指令値と異ならせることが可能である。
【００７０】
最大トルク制御部１５０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。
【００７１】
最大トルク制御部１５０には、上記の弱め界磁制御部１２２が接続されている。最大トルク制御部１５０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１５０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。
【００７２】
また、等トルクテーブル１５２には、外部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１４８からの励磁電流のダミー指令電流値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。励磁電流演算部１４８は、最大トルク制御部１５０に情報通知するダミー指令電流値と同じダミー指令電流値の情報を等トルクテーブル１５２に供給する。
【００７３】
等トルクテーブル１５２には、励磁コイル７０への励磁電流指令値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、すなわち、等トルクを発生させるうえで励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊と各相ステータコイル２８に流通させるべきｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との組み合わせを示す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１５２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。
【００７４】
図７は、本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００においてトルク制御部１１６が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。また、図８は、本実施例の励磁式回転電機１０の制御装置１００による効果を表した図を示す。尚、図８（Ａ）〜（Ｃ）にはそれぞれ、励磁式回転電機１０のトルクＴｑ、各相ステータコイル２８に流通する電流Ｉａ、及び励磁コイル７０に流通する励磁電流Ｉｄｒそれぞれの指令値（破線で示す。）及び実値（実線で示す。）のタイムチャートを示す。更に、図８（Ａ）には本実施例の特徴的な制御を行わない場合を、図８（Ｂ）には本実施例の特徴的な制御を行いかつ励磁コイル７０の電圧に電源電圧に対する余裕がある場合を、また、図８（Ｃ）には本実施例の特徴的な制御を行いかつ励磁コイル７０の電圧に電源電圧に対する余裕がない場合を、それぞれ示す。
【００７５】
本実施例の制御装置１００において、トルク制御部１１６は、外部からトルク指令値の情報が入力される（ステップ１００）と、そのトルク指令値及び励磁式回転電機１０の回転数に基づいて、励磁電流テーブル１３６を参照して、損失（銅損）が最小となる励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を算出する（ステップ１０２）。また、トルク制御部１１６は、ｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑと励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒとに基づいて、実トルク演算部１４６にて、励磁式回転電機１０の励磁コイル７０側と各相ステータコイル２８側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出すると共に、励磁電圧演算部１４４にて、励磁コイル７０の両端に生じていると推定される直流の励磁電圧を算出する。
【００７６】
実トルク演算部１４６は、上記した実トルクの算出後、その実トルクがトルク指令値に対して乖離しているか否か、例えば、その実トルクとトルク指令値との偏差を求め、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する（ステップ１０４）。尚、この所定値は、実トルクがトルク指令値に対して小さ過ぎると判断できる最小の偏差量であって、予め定められたゼロ以上の値である。実トルク演算部１４６は、上記の如く判別した結果を励磁電流演算部１４８に供給する。
【００７７】
トルク制御部１１６は、励磁電流演算部１４８にて、実トルクがトルク指令値に対して乖離していない、例えば、実トルクがトルク指令値と略同じであることを検知した場合は、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流とし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＊をそのまま維持して、励磁コイル７０側へ向けてその励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報出力を行うと共に、また、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２に対して情報通知するダミー指令電流値をその励磁コイル７０の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊（具体的には、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＊）と同じ値に設定して、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けてそのダミー指令電流値Ｉｄｒ＊の情報出力を行う（ステップ１０６）。
【００７８】
かかるステップ１０６の処理が行われると、励磁コイル７０に、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＊が流通するので、基準どおりに、その励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束によりロータ１２を回転させるトルクが発生する。また、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Ｉｄｒ＊は、励磁電流テーブル１３６を用いて算出した実際に励磁コイルに流通させる基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊と一致する。このため、各相のステータコイル２８に、励磁式回転電機１０全体で発生すべきトルク（トルク指令値）から上記の励磁コイル７０を用いた電磁石による発生トルク分を除いたトルクを発生させる電流が流通するので、基準どおりに、ステータコイル２８側でロータ１２を回転させるトルクが発生する。
【００７９】
一方、トルク制御部１１６は、励磁電流演算部１４８にて、実トルクがトルク指令値に対して乖離している、具体的には、実トルクがトルク指令値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えていることを検知した場合は、次に、励磁電圧演算部１４４にて算出した励磁コイル７０の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があるか否か、具体的には、その励磁電圧推定値が所定の電圧しきい値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えているか否かを判別する（ステップ１０８）。尚、この所定の電圧しきい値は、直流電源１０４の電源電圧に基づいて設定されるものであればよく、例えば、直流電源１０４の電源電圧から微小電圧を差し引いたものや直流電源１０４の電源電圧の９０％の値或いは１００％の値などであればよい。
【００８０】
励磁電流演算部１４８は、上記ステップ１０８における判別の結果、励磁コイル７０の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があると判別した場合は、図８（Ｂ）に示す如く、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊から増加させて、励磁コイル７０側へ向けてその増加した励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報出力を行うと共に、また逆に、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２に対して情報通知するダミー指令電流値を励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊から減少させて、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けてその減少したダミー指令電流値Ｉｄｒ＊の情報出力を行う（ステップ１１０）。
【００８１】
尚、上記したステップ１１０における励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の増加量及びダミー指令電流値Ｉｄｒ＊の減少量はそれぞれ、予め定められた量に設定されていてもよく、また、それらの増加及び減少はそれぞれ、一演算周期当たり一ステップずつ行われるものであってもよく、また、一演算周期当たり所定量ずつ行われるものであってもよい。
【００８２】
かかるステップ１１０の処理が行われると、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が通常値（具体的には、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＊）よりも増加する。この場合には、励磁コイル７０に実際に流通する励磁電流が、その励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊に達するまでの時間が短縮される（図８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較して参照）。
【００８３】
また、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が通常値よりも増加した状況で、励磁式回転電機１０全体で等トルクを発生させるためには、各相のステータコイル２８に流通させるべき電流を通常値よりも減少させることが必要である。しかし、かかる構成の如く、各相のステータコイル２８に流通させるべき電流が減少されると、励磁式回転電機１０全体で等トルクを発生させることはできても、ステータコイル２８側でのトルク発生の応答性が阻害され、その結果として、励磁式回転電機１０全体でのトルク応答性が悪化する不都合が生ずる。
【００８４】
これに対して、本実施例においては、上記ステップ１１０の処理が行われると、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が通常値よりも増加したときにも、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Ｉｄｒ＊は通常値よりも減少されたものとなる。ダミー指令電流値Ｉｄｒ＊が減少されると、その減少分のトルクを補うトルクが増加して発生するように、各相のステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊が通常値よりも増加される。この場合には、各相のステータコイル２８に実際に流通する電流が電流指令値Ｉａの通常値に達するまでの時間が短縮される（図８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較して参照）。
【００８５】
尚、本実施例において、励磁コイル７０に流通する励磁電流の増加と各相ステータコイル２８に流通する電流の増加とが同時に生じるタイミングは、励磁コイル７０の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がある場合、すなわち、励磁電圧が所定の電圧しきい値に対して小さくかつその偏差が所定値を超えている場合に限定される。このため、直流電源１０４からの電力供給を適切に確保できるタイミングに限って、励磁コイル７０及び各相ステータコイル２８それぞれに流通させる電流を共に増加させることができ、各相のステータコイル２８に実際に流通する電流が電流指令値Ｉａの通常値に達するまでの時間短縮を実現することが可能である。
【００８６】
また、本実施例において、トルク制御部１１６の励磁電流演算部１４８は、上記ステップ１０８における判別の結果、励磁コイル７０の励磁電圧推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕がないと判別した場合は、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流とし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＊をそのまま維持して、励磁コイル７０側へ向けてその励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の情報出力を行うと共に、また、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２に対して情報通知するダミー指令電流値を励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊から減少させて、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けてその減少したダミー指令電流値Ｉｄｒ＊の情報出力を行う（ステップ１１２）。
【００８７】
尚、上記したステップ１１２におけるダミー指令電流値Ｉｄｒ＊の減少量は、予め定められた量に設定されていてもよく、また、その減少は、一演算周期当たり一ステップずつ行われるものであってもよく、また、一演算周期当たり所定量ずつ行われるものであってもよい。
【００８８】
かかるステップ１１２の処理が行われると、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊は通常値（具体的には、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＊）に維持されるが、一方、最大トルク制御部１５２及び等トルクテーブル１５２へ向けて情報出力されるダミー指令電流値Ｉｄｒ＊は通常値よりも減少される。ダミー指令電流値Ｉｄｒ＊が減少されると、その減少分のトルクを補うトルクが増加して発生するように、各相のステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊が通常値よりも増加されるので、各相のステータコイル２８に実際に流通する電流が電流指令値Ｉａの通常値に達するまでの時間が短縮される（図８（Ａ）と図８（Ｃ）とを比較して参照）。
【００８９】
尚、本実施例において、励磁コイル７０に流通する励磁電流が維持されつつ各相ステータコイル２８に流通する電流が増加するタイミングは、励磁コイル７０の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がない場合、すなわち、励磁電圧が所定の電圧しきい値又はその所定の電圧しきい値近傍に達している場合に限定される。このため、直流電源１０４からの電力供給を適切に行うことが困難であるときは、励磁コイル７０に流通する励磁電流を増加させることなく、各相ステータコイル２８に流通する電流のみを増加させることができるので、直流電源１０４の機能低下を招くことなく、各相のステータコイル２８に実際に流通する電流が電流指令値Ｉａの通常値に達するまでの時間短縮を実現することが可能である。
【００９０】
従って、本実施例の制御装置１００によれば、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に、乖離していない場合に比して、各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊及び励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の少なくとも一方を増加させることができるので、ステータコイル２８及び励磁コイル７０の少なくとも一方に実際に流通する電流が増加前の通常値に達するまでの時間を短縮させることができ、これにより、励磁式回転電機１０のトルク応答性を向上させることが可能である。このため、本実施例によれば、励磁コイル７０のインダクタンスが比較的大きいことでその励磁コイル７０に流通する励磁電流の応答性が悪いときにも、励磁式回転電機１０に発生するトルクの応答が遅くなるのを抑制することができ、この点、励磁コイルへの励磁電流の応答性悪化に起因したトルク応答性の低下を抑制することが可能である。
【００９１】
また、本実施例の制御装置１００によれば、実トルクがトルク指令値に対して乖離している状況において、励磁コイル７０の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕の有無に応じて、各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊及び励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の双方を増加させるのか、或いは、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊をそのまま維持しつつ各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａのみを増加させるのかを設定することができる。
【００９２】
具体的には、励磁コイル７０の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕があるときは、各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊及び励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊の双方を増加させる一方、励磁コイル７０の励磁電圧に所定の電圧しきい値に対する余裕がないときは、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊をそのまま維持しつつ各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａのみを増加させる。従って、本実施例によれば、直流電源１０４の機能低下を招くことなく、直流電源１０４からの電力供給を適切に確保できる範囲で、励磁式回転電機１０のトルク応答性を向上させることが可能である。
【００９３】
更に、本実施例において、実トルクがトルク指令値に対して乖離していた状態から乖離しない状態（すなわち、実トルクとトルク指令値との偏差が所定値以下である状態）へ移行した後は、各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊及び励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を、増加した状態から元の通常値に戻す。このため、本実施例によれば、各相ステータコイル２８に流通させるべき電流指令値Ｉａ＊及び励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊が長時間に亘って増加した状態に維持されるのを防止することができ、これにより、励磁式回転電機１０の実トルクがトルク指令値に対して大きくオーバーシュートするのを回避することができる。
【００９４】
尚、上記の実施例においては、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８が特許請求の範囲に記載した「一対のロータコア」に、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石６４，６８で励磁されていない永久磁石非励磁磁極が特許請求の範囲に記載した「磁極」に、直流電源１０４が特許請求の範囲に記載した「電源」に、それぞれ相当している。
【００９５】
また、上記の実施例においては、トルク制御部１１６の実トルク演算部１４６が、ｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑと励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒとに基づいて、励磁式回転電機１０の励磁コイル７０側と各相ステータコイル２８側との全体で実際に発生していると推定される実トルクを算出することにより特許請求の範囲に記載した「実トルク検出手段」が、励磁電流演算部１４８が、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に乖離していない場合に比して、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値Ｉｄｒ＊を励磁電流テーブル１３６を用いて算出した基準の励磁電流指令値Ｉｄｒ＊から増加させることにより特許請求の範囲に記載した「励磁電流制御手段」が、トルク制御部１１６が、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、励磁コイル７０に発生する損失（主に銅損）が最小となる励磁電流の指令値Ｉｄｒ＊を算出することにより特許請求の範囲に記載した「励磁電流指令値算出手段」が、それぞれ実現されている。
【００９６】
また、トルク制御部１１６が、実トルクがトルク指令値に対して乖離している場合に乖離していない場合に比して、各相ステータコイル２８に流通させる電流を増加させることにより特許請求の範囲に記載した「ステータコイル電流制御手段」が、励磁電流演算部１４８が、励磁コイル７０に流通させるべき励磁電流指令値と、最大トルク制御部１５０に対して励磁コイル７０に流通させる電流値として情報通知する指令電流値（以下、ダミー指令電流値と称す。）とをそれぞれ互いに異なるように算出することにより特許請求の範囲に記載した「出力用算出手段」及び「ダミー用算出手段」が、トルク制御部１１６が、等トルクテーブル１５２を用いて励磁式回転電機１０の励磁コイル７０側とステータコイル２８側との全体で発生させるべきトルクから励磁コイル７０側で賄うトルク分を除いたステータコイル２８側で賄うべきトルク分が該ステータコイル２８で発生するように、該ステータコイル２８に流通させる電流を算出することにより特許請求の範囲に記載した「ステータコイル電流算出手段」が、励磁電流演算部１４８が、ｄ軸電流及びｑ軸電流の実値Ｉｄ，Ｉｑと励磁コイル７０に流れる電流の実値Ｉｄｒとに基づいて算出した励磁コイル７０に発生する励磁電圧の推定値に所定の電圧しきい値に対する余裕があるか否かを判別することにより特許請求の範囲に記載した「励磁電圧判別手段」が、それぞれ実現されている。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形や置換を加えることができる。
【００９８】
例えば、上記の実施例においては、第１外径側ロータコア５６が、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、かつ、第２外径側ロータコア５８が、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、を有するが、第１外径側ロータコア５６が永久磁石６４で励磁された永久磁石励磁磁極を有しないもの、及び、第２外径側ロータコア５８が永久磁石６８で励磁された永久磁石励磁磁極を有しないものとしてもよい。すなわち、永久磁石６４，６８（及びこれらを保持するための部材）を備えていない構成（すなわち、ハイブリッド型でない構成）であってもよい。
【００９９】
この変形例の構成においては、永久磁石６４，６８を保持するための構造部分は設けられないものとし、永久磁石６４，６８が存在していた領域はエアギャップとして形成されるものとしてもよい。かかる変形例においても、励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束によりロータ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、ロータ１２を適切に回転させることができる。
【０１００】
また、上記の実施例において、励磁式回転電機１０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のステータコイル２８からなるものとしてもよいが、三相以外のステータコイルからなるものとしてもよい。
【０１０１】
更に、上記の実施例においては、制御装置１００が図５及び図６に示す如き構成を有するものとしたが、他の構成を有するものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
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
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  励磁電圧演算部
１４６  実トルク演算部
１４８  励磁電流演算部
１５０  最大トルク制御部
１５２  等トルクテーブル
【図１】
2014064340.tif 000003
【図２】
2014064340.tif 000004
【図５】
2014064340.tif 000005
【図６】
2014064340.tif 000006
【図７】
2014064340.tif 000007
【図８】
2014064340.tif 000008
【図３】
2014064340.tif 000009
【図４】
2014064340.tif 000010