(57)【要約】【課題】アキシャルギャップ型の電動機の通電制御を行う際の運転効率の向上させた電動機の制御装置を提供する。【解決手段】永久磁石を有するロータ１１、ロータ１１の回転軸心方向にロータ１１を介して対向して設けられた第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂと、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂに装着された電機子巻線１３ａ，１３ｂとを備えたアキシャルギャップ型の電動機３の制御装置であって、電動機３の出力トルクの要求値Ｔr_cに応じて、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａ及び第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂの双方に駆動電流を通電する両側ステータ駆動モードと、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａにのみ駆動電流を通電する片側ステータ通電モードとを切り換える電流指令決定部３０を備える。【選択図】  図２
2008259302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、該ロータの回転軸心方向に該ロータを介して対向して設けられた第１ステータ及び第２ステータとを備えたアキシャルギャップ型の電動機の制御装置であって、
前記電動機の出力トルクの要求値に応じて、前記第１ステータの電機子巻線及び前記第２ステータの電機子巻線の双方に駆動電流を供給する両側ステータ駆動モードと、前記第１ステータの電機子巻線にのみ駆動電流を供給する片側ステータ駆動モードとを切り換える駆動モード切換手段を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記駆動モード切換手段は、前記電動機の出力トルクの要求値が所定値以上であるときは、前記両側ステータ駆動モードとし、前記電動機の出力トルクの要求値が前記所定値未満であるときには、前記片側ステータ駆動モードとすることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置において、
前記第１ステータの電機子巻線の巻き数と、前記第２ステータの電機子巻線の巻き数とが同一に設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の電動機の制御装置において、
前記第１ステータの電機子巻線の線径が、前記第２ステータの電機子巻線の線径よりも大きく設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置において、
前記第２ステータの電機子巻線と該第２ステータの電機子巻線の駆動回路間を、導通状態と遮断状態とに切り換える切換スイッチを備え、
前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記切換スイッチにより、前記第２ステータの電機子巻線と前記第２ステータの電機子巻線の駆動回路間を遮断状態とすることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置において、
前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記第２ステータの駆動回路を構成し、前記第２ステータの各相毎に設けられて、各相の電機子巻線の入力部の高電位側への導通と遮断とを切り換える第１のスイッチング素子と、各相の電機子巻線の入力部の低電位側への導通と遮断とを切り換える第２のスイッチング素子とを、共にＯＦＦ状態とすることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置において、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記電動機の回転数が所定回数数未満であるときは、前記第２ステータの駆動回路を構成し、前記第２ステータの各相毎に設けられて、各相の電機子巻線の入力部の高電位側への導通と遮断とを切り換える第１のスイッチング素子と、各相の電機子巻線の入力部の低電位側への導通と遮断とを切り換える第２のスイッチング素子とを、共にＯＦＦ状態とし、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記電動機の回転数が前記所定回転数以上であるときには、前記各第１のスイッチング素子をＯＮ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＦＦ状態とするか、又は前記各第１のスイッチング素子をＯＦＦ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＮ状態とすることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置において、
前記第１ステータと前記第２ステータの磁気回路断面積が、同一に設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型の電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を有するロータと、該ロータの回転軸心方向で該ロータの両側に設けられた２つのステータと、各ステータに装着された電機子とを備えたアキシャルギャップ型の電動機が従来より知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。このようなアキシャルギャップ型の電動機によれば、電動機のロータの軸方向の長さを短くしつつ、比較的高い出力トルクを発生させることができる。
【特許文献１】特開平１０−２７１７８４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１，２に記載された技術においては、アキシャルギャップ型の電動機の通電制御を、ロータの両側に配置された双方のステータの電機子巻線に通電することで、ステータの電機子による磁束の漏れを低減して、電動機の出力トルクを増大させることができる。
【０００４】
そして、アキシャルギャップ型の電動機の通電制御を行う際の運転効率の向上が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、永久磁石を有するロータと、該ロータの回転軸心方向に該ロータを介して対向して設けられた第１ステータ及び第２ステータとを備えたアキシャルギャップ型の電動機の制御装置であって、前記電動機の出力トルクの要求値に応じて、前記第１ステータの電機子巻線及び前記第２ステータの電機子巻線の双方に駆動電流を供給する両側ステータ駆動モードと、前記第１ステータの電機子巻線にのみ駆動電流を供給する片側ステータ駆動モードとを切り換える駆動モード切換手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
かかる本発明によれば、前記駆動モード切換手段は、前記電動機の出力トルクの要求値に応じて、前記両面ステータ駆動状態と前記片面ステータ駆動状態とを切り換える。そして、このように、前記両面ステータ駆動状態と前記片面ステータ駆動状態を切り換えることで、前記電動機の出力トルクの要求値に応じて前記電動機の出力特性を変更することができ、これにより前記電動機の運転効率を向上させることができる。
【０００７】
また、前記駆動モード切換手段は、前記電動機の出力トルクの要求値が所定値以上であるときは、前記両側ステータ駆動モードとし、前記電動機の出力トルクの要求値が前記所定値未満であるときには、前記片側ステータ駆動モードとすることを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、前記電動機の出力トルクの要求値が前記所定値以上であって、前記電動機に高トルクの出力が要求されるときは、前記駆動モード切換手段は、前記両側ステータ駆動状態とする。そして、これにより、前記第１ステータ及び前記第２ステータの双方の電機子巻線により生じる磁束を強めて、前記電動機を高トルク対応の出力特性とすることができる。一方、前記電動機の出力トルクの要求値が前記所定値未満であって、前記電動機に低トルクの出力が要求されているときに、前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動状態とする。そして、これにより、前記電動機を低トルク対応の出力特性とし、前記第２ステータの電機子巻線に通電することにより生じる銅損を回避して、効率良く前記電動機を作動させることができる。
【０００９】
また、前記第１ステータの電機子巻線の巻き数と、前記第２ステータの電機子巻線の巻き数とが同一に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記第１ステータの電機子巻線の巻き数と前記第２ステータの電機子巻線の巻き数とが同一に設定されているので、前記第１ステータの電機子巻線及び前記第２ステータの電機子巻線のインダクタンスと誘起電圧定数が同一となる。そのため、前記第１ステータの電機子巻線の駆動回路と、前記第２ステータの電機子巻線の駆動回路とを兼用することができ、前記電動機の駆動回路の構成を簡素化することができる。
【００１１】
また、前記第１ステータの電機子巻線のコイルの線径が、前記第２ステータの電機子巻線のコイルの線径よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記第１ステータの電機子巻線及び前記第２ステータの電機子巻線の巻き数を同数とした上で、前記第１ステータの電機子巻線の線径を、前記第２ステータの電機子巻線の線径よりも大きくすることにより、前記両ステータ駆動モードにおいてのみ駆動電流が供給される前記第２ステータを前記第１ステータよりも小さくすることができる。そして、これにより、前記電動機のサイズを小型化することができる。
【００１３】
また、前記第２ステータの電機子巻線と該第２ステータの電機子巻線の駆動回路間を、導通状態と遮断状態とに切り換える切換スイッチを備え、前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記切換スイッチにより、前記第２ステータの電機子巻線と前記第２ステータの電機子巻線の駆動回路間を遮断状態とすることを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記片側ステータ駆動モードにおいて、駆動電流が供給されない前記第２ステータの電機子巻線と該第２ステータの電機子巻線の駆動回路間を、前記切換スイッチにより遮断状態とすることで、前記ロータの回転により前記第２ステータの電機子巻線に誘起電圧が発生することを回避することができる。そのため、該誘起電圧により前記ロータの負荷が増加することを防止することができる。
【００１５】
また、前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記第２ステータの駆動回路を構成し、前記第２ステータの各相毎に設けられて、各相の電機子巻線の入力部の高電位側への導通と遮断とを切り換える第１のスイッチング素子と、各相の電機子巻線の入力部の低電位側への導通と遮断とを切り換える第２のスイッチング素子とを、共にＯＦＦ状態とすることを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記第２ステータの駆動回路を構成する前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を共にＯＦＦ状態とすることにより、前記ロータの回転により前記第２ステータの電機子巻線に生じる誘起電圧を減少させて、前記第２ステータの電機子巻線における電力損失を低減することができる。
【００１７】
また、前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記駆動モード切換手段は、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記電動機の回転数が所定回数数未満であるときは、前記第２ステータの駆動回路を構成し、前記第２ステータの各相毎に設けられて、各相の電機子巻線の入力部の高電位側への導通と遮断とを切り換える第１のスイッチング素子と、各相の電機子巻線の入力部の低電位側への導通と遮断とを切り換える第２のスイッチング素子とを、共にＯＦＦ状態とし、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記電動機の回転数が前記所定回転数以上であるときには、前記各第１のスイッチング素子をＯＮ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＦＦ状態とするか、又は前記各第１のスイッチング素子をＯＦＦ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＮ状態とすることを特徴とする。
【００１８】
かかる本発明によれば、前記片側ステータ駆動モードにおいて、前記電動機の回転数が前記所定回転数以上となったときに、前記第２ステータの電機子巻線の駆動回路において、前記各第１のスイッチング素子をＯＮ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＦＦ状態とするか、又は前記各第１のスイッチング素子をＯＦＦ状態として前記各第２のスイッチング素子をＯＮ状態とすることにより、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を共にＯＦＦ状態とした場合よりも、前記第２ステータの電機子巻線における電力損失を低減することができる。
【００１９】
また、前記第１ステータと前記第２ステータの磁気回路断面積が、同一に設定されていることを特徴とする。
【００２０】
かかる本発明によれば、前記両ステータ駆動モードにおいて、前記第１ステータの電機子における磁気抵抗と前記第２ステータの電機子における磁気抵抗との整合性を高めて、前記第１ステータの電機子及び前記第２ステータの電機子により生じる磁束をより強めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
まず、図１を参照して、本実施形態の電動機を搭載した車両の概略構成を説明する。図１はその車両の概略構成を示す図である。
【００２３】
本実施形態の車両１は、パラレル型のハイブリッド車両であり、内燃機関（エンジン）２と電動機３とをそれぞれ車両１の主たる推進力発生源、補助的な推進力発生源として備えている。電動機３は、詳細は後述するが、ロータ１１と、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂとを備えたアキシャルギャップ型の電動機である。電動機３には、そのロータ１１の回転角度を検出する回転角度検出手段としてのレゾルバ１４が備えられている。
【００２４】
内燃機関１の出力軸２ａは、電動機３のロータ１１と一体に回転自在な回転軸３ａに同軸に直結されている。なお、内燃機関２の出力軸２ａと電動機３の回転軸３ａとを減速機などの動力伝達機構を介して接続してもよい。これらの出力軸２ａ及び回転軸３ａは、クラッチ４を介して変速機５の入力側に接続されている。変速機５の出力側は差動歯車ユニット６を介して車両１の駆動輪７，７に接続されている。
【００２５】
この車両１では、内燃機関２の出力トルク、或いは、これに電動機３の出力トルク（力行トルク）を付加したトルクが、車両１の推進力として、クラッチ４、変速機５、および差動歯車ユニット６を介して駆動輪７，７に伝達される。これにより、車両１の走行が行なわれる。なお、電動機３は、駆動輪７，７側から電動機３に伝達される車両１の運動エネルギーにより該電動機３の発電を行いつつ、その発電エネルギーを電動機３の電源たる蓄電器（図示省略）に充電する回生運転も可能である。その回生運転時に該電動機３が発生する回生トルクは、車両１の制動力として機能する。
【００２６】
また、車両１は、電動機３の動作制御を行なう制御装置８を備えている。この制御装置８には、前記レゾルバ１４からロータ１１の回転角度の検出値θm_sが入力されると共に、電動機３の出力トルクの要求値であるトルク指令値Ｔr_cが入力される。トルク指令値Ｔr_cは、車両１の統括的な運転制御を担う車両運転制御装置（図示省略）により、車両１のアクセルペダルの操作量やブレーキペダルの操作量、車速などに応じて決定される。
【００２７】
そして、制御装置８は、トルク指令値Ｔr_cの出力トルクを電動機３に発生させるように各ステータ１２ａ，１２ｂの電機子巻線の通電電流を制御する。
【００２８】
図２（ａ），（ｂ）は、電動機３のロータ１１と、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂの構造を示す斜視図である。図２（ａ）はロータ１１と第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂを電動機３の組立状態で示し、図２（ｂ）はロータ１１と第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂを電動機３の分解状態で示している。
【００２９】
ロータ１１は、非磁性材からなる枠体１４と、この枠体１４に組み付けられた複数の永久磁石１５とから構成されている。枠体１４は、円板状の基体１６と、この基体１６の外周面と径方向に間隔を存して該基体１６の周囲に同軸心に設けられた円形の環状体１７と、これらの基体１６および環状体１７を連結する複数の仕切り板１８とを一体に形成して構成されている。基体１６には、図２（ａ）に仮想線で示したように、回転軸３ａが同軸心に取り付けられる。
【００３０】
複数の仕切り板１８は、基体１６の外周面と環状体１７の内周面との間で放射状に延在し、ロータ１１の軸心回りに等角度間隔で配列されている。そして、基体１６の外周面と、環状体１７の内周面と、ロータ１１の周方向で互いに隣合う仕切り板１８，１８とで囲まれた各空間にこれと同形状（扇板形状）の永久磁石１５が嵌め込まれている。これにより、基体１６と環状体１７との間で複数の永久磁石１５がロータ１１の軸心まわりに等角度間隔で配列されている。
【００３１】
各永久磁石１５は、その厚み方向（ロータ１１の軸心方向）における一方の面がＮ極、他方の面がＳ極となる磁石である。そして、ロータ１１の周方向で互いに隣合う永久磁石１５，１５は、それらの厚み方向における同じ側の面の磁極が、図２（ｂ）の各永久磁石１５に記載したように、互いに異なるものとされている。換言すれば、ロータ１１が有する複数の永久磁石１５は、ロータ１１の周方向で隣り合う永久磁石１５，１５の磁束の向き（ロータ１１の軸方向での向き）が互いに逆向きになるように配列されている。なお、図示の例では、永久磁石１５の個数は１２個であり、ロータ１１の極対数は６である。
【００３２】
補足すると、ロータ１１の軸心方向の一方の面側と他方の面側とにそれぞれ別個に永久磁石を配列するようにしてもよい。
【００３３】
第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂは、厚みが異なる以外は同一の構造を有し、図２（ｂ）に示したように、各々、リング状の基体１９ａ，１９ｂの軸心方向における両端面のうちの一方の面から該基体１９ａ，１９ｂの軸心方向に突設された複数のティース２０ａ，２０ｂが、該基体１９ａ，１９ｂの軸心まわりに等角度間隔で配列されている。基体１９ａ，１９ｂ及びティース２０ａ，２０ｂは、磁性材により一体に形成されている。なお、図示の例では、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂのティース２０ａ，２０ｂの個数は３６個である。
【００３４】
第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂには、図２（ｂ），図３に示したように、周方向で隣り合うティース２０ａ，２０ａ間の溝であるスロット２１ａに電機子巻線２２ａが装着され、ティース２０ｂ，２０ｂ間の溝であるスロット２１ｂに電機子巻線２２ｂが装着されている。
【００３５】
本実施形態では、第１ステータ１２ａに装着される電機子巻線２２ａと第２ステータ１２ｂに装着される電機子巻線２２ｂは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分である。また、第１ステータ１２ａにおける電機子巻線２２ａの装着態様と、第２ステータ１２ｂにおける電機子巻線２２ｂの装着形態は、互いに同一である。
【００３６】
例えば、第１ステータ１２ａの各相の電機子巻線２２ａは、第１ステータ１２ａの軸心方向で見たときに、ロータ１１の永久磁石１５の個数と同数の巻き線ループが、第１ステータ１２ａの周方向に等角度間隔で形成されるように第１ステータ１２ａに装着される。第２ステータ１２ｂ側の電機子巻線２２ｂについても同様である。
【００３７】
また、第１ステータ１２ａ側の電機子巻線２２ａの巻き線パターンと第２ステータ１２ｂ側の電機子巻線２２ｂの巻き線パターンは同一で、同じターン数に設定されている。そして、巻き線の線径は、第１ステータ１２ａの電機子巻線２２ａの方が、第２ステータ１２ｂの電機子巻線２２ｂよりも大きく、これにより、第２ステータ１２ｂの厚みを第１ステータ１２ａよりも薄くしている。
【００３８】
第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂは、電動機３の組立状態では、図２（ａ）に示したように、第１ステータ１２ａと第２ステータ１２ｂの間にロータ１１を挟み込むようにして、ロータ１１の軸方向の両側にロータ１１と同軸心に配置され、電動機３の図示しないハウジングに固定される。この場合、第１ステータ１２ａのティース２０ａ及び第２ステータ１２ｂのティース２０ｂの先端面がロータ１１に近接して対向する。
【００３９】
また、本実施形態では、電動機３の組立状態においてロータ１１の軸心方向で見たときに、第１ステータ１２ａの各ティース２０ａの位置（軸心まわりの角度位置）と、第２ステータ１２ｂの各ティース２０ｂの位置（軸心まわりの角度位置）とが合致するように、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂが電動機３に組み付けられている。
【００４０】
すなわち、第１ステータ１２ａの個々のティース２０ａと第２ステータ１２ｂの個々のティース２０ｂとを、ロータ１１の軸心方向で正対させて組み付けられている。そして、第１ステータ１２ａの各相の電機子巻線２２ａと、これと同じ相の第２ステータ１２ｂの電機子巻線２２ｂとは、各相毎に、第１ステータ１２ａの電機子巻線２２ａの巻き線ループと第２ステータ１２ｂの電機子巻線２２ｂの巻き線ループとがロータ１１の軸心方向で互いに対向するように（ロータ１１の軸心方向で見たときに、第１ステータ１２ａ側の巻き線ループと第２ステータ１２ｂ側の巻き線ループとが互いに同じ角度位置に存するように）、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂに装着されている。
【００４１】
したがって、第１ステータ１２ａの各相の電機子巻線２２ａと、それと同じ相の第２ステータ１２ｂの電機子巻線２２ｂとに、同一位相の電流を通電したとき、各相毎に、第１ステータ１２ａの電機子巻線２２ａが発生する磁束と、第２ステータ１２ｂの電機子巻線２２ｂが発生する磁束とがロータ１１の軸心方向で最大限に互いに強め合う状態となる。なお、本実施形態では、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂは、厚みが異なる以外は同一の構造を有しているので、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂの各相毎の磁気回路断面積（磁路の断面積）は、互いに同一である。
【００４２】
次に、図４を参照して、制御装置８の構成を詳細に説明する。図４は制御装置８の機能的構成を示すブロック図である。制御装置８は、マイクロコンピュータなどを含む電子回路ユニットにより構成されたものである。なお、以降の説明では、図４に示したように、第１ステータ１２ａに装着された各相の電機子巻線に参照符号１３ａを付し、第２ステータ１２ｂに装着された各相の電機子巻線に参照符号１３ｂを付する。
【００４３】
先ず、制御装置８による電動機３の制御処理の概要を説明する。本実施形態では、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により電動機３の第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１３ａ，１３ｂの通電電流（相電流）を制御する。すなわち、制御装置８は、第１ステータ１２ａの３相分の電機子巻線１３ａ，１３ａ，１３ａと、第２ステータ１２ｂの３相分の電機子巻線１３ｂ，１３ｂ，１３ｂとを２相直流のｄ−ｑ座標系での等価回路に変換して取り扱う。
【００４４】
第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂに対応する等価回路は、それぞれｄ軸上の電機子（以下、ｄ軸電機子という）と、ｑ軸上の電機子（以下、ｑ軸電機子という）とを有する。なお、ｄ−ｑ座標系は、ロータ１１の永久磁石１５による界磁方向をｄ軸、ｄ軸と直交する方向をｑ軸として電動機３のロータ１１と一体に回転する回転座標系である。
【００４５】
そして、制御装置８は、外部から与えられるトルク指令値Ｔr_cのトルクを電動機３の回転軸３ａから出力させるように電動機３の第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ａ，１３ｂの各相電流を制御する。
【００４６】
この場合、本実施形態では、トルク指令値Ｔr_cの大きさに応じて、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａと第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂの双方に駆動電流を通電して電動機３を駆動する「両側ステータ駆動モード」と、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａにのみ駆動電流を通電（第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂへの駆動電流の供給は停止）して電動機３を駆動する「片側ステータ駆動モード」とを切換える制御を行う。
【００４７】
制御装置８は、その機能的構成として、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂのｄ軸電機子の電流（以下、ｄ軸電流という）の指令値であるｄ軸電流指令値Ｉd_c、及びｑ軸電機子の電流（以下、ｑ軸電流という）の指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定すると共に、「両側ステータ駆動モード」と「片側ステータ駆動モード」を切り換える電流指令決定部３０（本発明の駆動モード切換手段の機能を含む）を備えている。
【００４８】
また、制御装置８は、ｄ軸電流指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cに応じて、ｄ軸電機子の電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖd_c、及びｑ軸電機子の電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値であるｑ軸電圧指令値Ｖq_cを決定する電流制御部４０を備えている。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cは、第１ステータ１２ａ及び第２ステータ１２ｂについて共通である。
【００４９】
さらに、制御装置８は、第１ステータ１２ａの３相の電機子１３ａ，１３ａ，１３ａのうちの２つの相、例えばＵ相、Ｗ相の電機子１３ａ，１３ａのそれぞれの相電流を検出する電流検出手段である電流センサ３３，３４と、これらの電流センサ３３，３４の出力をＢＰフィルタ３５に通すことにより得られた第１ステータ１２ａのＵ相電機子１３ａの電流検出値Ｉu_sおよびＷ相電機子１３ａの電流検出値Ｉw_sから、第１ステータ１２ａのｄ軸電流の検出値（推定値）としてのｄ軸電流検出値Ｉd_s及びｑ軸電流の検出値（推定値）としてのｑ軸電流検出値Ｉq_sを算出するｄｑ変換部３６とを備えている。ＢＰフィルタ３５は、電流センサ３３，３４の出力からノイズ成分を除去するためのバンドパス特性のフィルタである。
【００５０】
ｄｑ変換部３６は、第１ステータ１２ａのＵ相電機子１３ａの電流検出値Ｉu_sと、Ｗ相電機子１３ａの電流検出値Ｉw_sと、これらから算出されるＶ相電機子１３ａの電流検出値Ｉv_s（＝−Ｉu_s−Ｉw_s）とを、ロータ１１の電気角θe（レゾルバ１４によるロータ１１の回転角度の検出値θm_sに、ロータ１１の対極数を乗じて算出される）に応じて、次式（１）により座標変換することによって、ｄ軸電流検出値Ｉd_s及びｑ軸電流検出値Ｉq_sを算出する。
【００５１】
【数１】
2008259302.tif 000003
【００５２】
電流制御部４０は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cとｄ軸電流検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩd（＝Ｉd_c−Ｉd_s）を求める減算部４１と、該偏差ΔＩdを解消する（０に近づける）ように、ＰＩ（比例・積分）制御則によるフィードバック制御により、ｄ軸電圧の基本指令値Ｖd1_cを算出するｄ軸電流ＰＩ制御部４２と、ｑ軸電流指令値Ｉq_cとｄ軸電流検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩq（＝Ｉq_c−Ｉq_s）を求める減算部４５と、該偏差ΔＩqを解消する（０に近づける）ように、ＰＩ（比例・積分）制御則によるフィードバック制御により、ｑ軸電圧の基本指令値Ｖq1_cを算出するｑ軸電流ＰＩ制御部４６と、ｄ軸及びｑ軸間で互いに干渉し合う速度起電力を打ち消すためのｄ軸電圧の補正量Ｖd2_cおよびｑ軸電圧の補正量Ｖq2_cを求める非干渉制御部４４とを備えている。
【００５３】
なお、非干渉制御部４４は、ｄ軸側の補正量Ｖd2_cをｑ軸電流指令値Ｉq_cとロータ角速度（ロータ角度の検出値θm_sを微分して算出される）とから算出し、ｑ軸側の補正量Ｖq2_cをｄ軸電流指令値Ｉd_cとロータ角速度とから算出する。
【００５４】
さらに、電流制御部４０は、ｄ軸電圧の基本指令値Ｖd1_cに補正量Ｖd2_cを加えて、最終的なｄ軸電圧指令値Ｖd_cを求める加算部４３と、ｑ軸電圧の基本指令値Ｖq1_cに補正量Ｖq2_cを加えて、最終的なｑ軸電圧指令値Ｖq_cを求める加算部４７とを備えたいる。
【００５５】
また、制御装置８は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧指令値Ｖq_cから第１ステータ１２ａのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの電機子１３ａの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを求める３相変換部３１と、これらの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて第１ステータ１２ａの各相の電機子１３ａに通電する第１ＰＤＵ（Power Drive Unit）３２ａと、これらの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて第２ステータ１２ｂの各相の電機子１３ｂに通電する第２ＰＤＵ３２ｂと、第２ＰＤＵ３２ｂと第２ステータ１２ｂの各相の電機子１３ｂ，１３ｂ，１３ｂ間の導通と遮断とを切り換える切換スイッチ５０とを備えている。
【００５６】
３相変換部３１は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧変換値Ｖq_cを、ロータ１１の電気角θeに応じて、以下の式（２）により座標変換することにより、前記相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを算出する。なお、式（２）中のＡ(θe)Ｔは、上記式（１）の但し書きで定義した行列Ａ(θe)の転置行列である。
【００５７】
【数２】
2008259302.tif 000004
【００５８】
ここで、図５に示したように、第１ＰＤＵ３２ａは、第１ステータ１２ａの各相の電機子１３ａの入力部を高電位側（図中Ｈｉで示した側）に導通／遮断するためのトランジスタ６２ａと低電位側（図中Ｌo）に導通／遮断するためのトランジスタ６３ｂとを有する切換回路６１ａを、各相毎に備えたインバータ６０ａを備えている。そして、第１ＰＤＵ３２ａは、各切換回路６１ａのトランジスタ６２ａ及びトランジスタ６３ａのＯＮ／ＯＦＦをＰＷＭ制御により切り換えることによって、各電機子巻線１３ａの通電量を変更する。
【００５９】
同様に、第２ＰＤＵ３２ｂは、第２ステータ１２ｂの各電機子巻線１３ｂを高電位側に導通／遮断するためのトランジスタ６２ｂ（本発明の第１のスイッチング素子に相当する）と、低電位側に導通／遮断するためのトランジスタ６３ｂ（本発明の第２のスイッチング素子に相当する）とを有する切換回路６１ｂを、各相毎に備えたインバータ６０ｂを備えている。
【００６０】
次に、図６は、電動機３の出力トルクＴrと通電電流Ｉとの関係を示したグラフであり、縦軸が出力トルクＴrに設定され、横軸が通電電流Ｉに設定されている。そして、図中ａは第１ステータ１２ａと第２ステータ１２ｂの双方に駆動電流を供給する「両側ステータ駆動モード」を示し、ｂは第１ステータ１２ａにのみ駆動電流を通電する「片側ステータ駆動モード」を示している。
【００６１】
図６より、「両側ステータ駆動モード」とすることで、電動機３の出力特性を高トルク仕様として、電動機３の出力トルクの上限を拡大することができる。また、図中Ｔr＜Ｔr1の低トルク領域では、同一の通電電流に対する「両側ステータ駆動モード」と「片側ステータ駆動モード」の出力トルクの差が小さくなる。
【００６２】
そこで、電流指令決定部３０は、出力トルクＴrを入力して、出力トルクＴrに対応したｄ軸電流及びｑ軸電流と「両側ステータ駆動モード」と「片側ステータ駆動モード」の切換指示を出力するマップ（予め制御装置８の図示しないメモリにそのデータが記憶されている）に従って、「両側ステータ駆動モード」と「片側ステータ駆動モード」とを切り換える。具体的は、電流指令値決定部３０は、トルク指令値Ｔr_cが予め設定された閾値Ｔr1以下であるときは「片側ステータ駆動モード」とし、トルク指令値Ｔr_cが閾値Ｔr1を超えているときは「両側ステータ駆動モード」とする。
【００６３】
これにより、低トルク領域では、「片側ステータ駆動モード」となって、電動機３の出力特性が低トルク仕様となるため、第２ステータ１２ｂ側での電力損失を回避して電動機３の運転効率を向上させることができる。
【００６４】
電流指令決定部３０は、「両側ステータ駆動モード」においては、モード指示信号ｃｈｇ_cを第２ＰＤＵ３２ｂと切換スイッチ５０に出力する。これにより、切換スイッチ５０の各相のスイッチがＯＮ（閉状態）となって、第２ＰＤＵ３２ｂと第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ間が導通状態となる。そして、第２ＰＤＵ３２ｂは、電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じた駆動電圧を、切換スイッチ５０を介して第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１３ｂに供給する。
【００６５】
一方、「片側ステータ駆動モード」においては、電流指令決定部３０は、モード切換信号ｃｈｇ_cの出力を停止する。これにより、スイッチ回路５０の各相のスイッチがＯＦＦ（開状態）して、第２ＰＤＵ３２ｂと第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１３ｂ間が遮断状態となる。この場合、ロータ１１が回転しても第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１３ｂに誘起電圧が生じないため、第２ステータ１２ｂ側の誘起電圧により、ロータ１１の回転の負荷が増加することを回避することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、切換スイッチ５０を備え、「片側ステータ駆動モード」においては、切換スイッチ５０の各相のスイッチをＯＦＦして第２ＰＤＵ３２ｂと第２ステータ１２ｂの各相の電機子巻線１３ｂ間を遮断したが、図６に示したインバータ６０ｂの全てのトランジスタ６２ｂ，６３ｂをＯＦＦ（ゲートオフ）としてもよい。さらに、電動機３の回転数が所定回転数を超えたときには、図６に示したインバータ６０ｂの高電位側のトランジスタ６２ｂを全てＯＮして低電位側のトランジスタ６３ｂを全てＯＦＦするか、或いはインバータ６０ｂの低電位側のトランジスタ６３ｂを全てＯＮして低電位側のトランジスタ６２ｂを全てＯＦＦする、３相短絡状態とすることで、第２のステータ１２ｂの各電機子巻線１３ｂの通電量を減少させて電力損失を低減することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａの巻き数と第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂの巻き数を同一とすることで、電機子巻線１３ａ，１３ｂの誘起電圧定数ＫeとインダクタンスＬを同一とした。そして、これにより、図４に示したように、電流制御部４０を１つにして、第１ＰＤＵ３２ａ及び第２ＰＤＵ３２ｂに対する電流指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを共通にしたが、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａと第２ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂに誘起電圧定数ＫeやインダクタンスＬが異なるものを用いて、第１ステータ１２ａの電機子巻線１３ａ用の電流制御部と、第ステータ１２ｂの電機子巻線１３ｂ用の電流制御部を別個に備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の電動機の制御装置が搭載された車両の構成図。
【図２】アキシャルギャップ型の電動機の構造の説明図。
【図３】第１ステータ及び第２ステータにおける電機子の装着態様の説明図。
【図４】電動機の制御装置の機能的構成を示すブロック図。
【図５】電動機の駆動回路の構成図。
【図６】両側ステータ駆動モードと片側ステータ駆動モードの動作態様の説明図。
【符号の説明】
【００６９】
１…車両、２…内燃機関、３…アキシャルギャップ型の電動機、８…電動機の制御装置、１１…ロータ、１２ａ…第１ステータ、１２ｂ…第２ステータ、１３ａ，１３ｂ…電機子巻線、３０…電流指令決定部（本発明の駆動モード切換手段の機能を含む）、５０…スイッチ回路、６０ａ，６０ｂ…インバータ、６２ａ，６３ａ，６２ｂ，６３ｂ…スイッチング素子
【図１】
2008259302.tif 000005
【図２】
2008259302.tif 000006
【図３】
2008259302.tif 000007
【図４】
2008259302.tif 000008
【図５】
2008259302.tif 000009
【図６】
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