(57)【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、該両ステータにそれぞれ装着された電機子巻線とを備え、前記ロータ又は該ロータに取付けられた出力軸がベアリングを介してハウジングに支持されたアキシャルギャップ型の電動機の制御装置であって、
前記電動機にトルク指令値のトルクを出力させるためのトルク電流を含む電流を前記両ステータの電機子巻線にそれぞれ通電した状態で、両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線に流す電流のうちの界磁電流を、前記ロータの軸心方向で該ロータに作用するスラスト力を抑制するように調整する界磁電流制御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、前記界磁電流制御手段は、前記永久磁石から発生する磁束に起因するスラスト力が前記ロータに作用する場合に、両ステータの電機子巻線の界磁電流にそれぞれ界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより、両ステータの電機子巻線の界磁電流を調整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記載の電動機の制御装置において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより、該第２ステータの電機子巻線の界磁電流を調整することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の電動機の制御装置において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁強め方向の界磁電流成分を付加することにより、該第１ステータの電機子巻線の界磁電流を調整す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記載の電動機の制御装置において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁強め方向の界磁電流成分を付加すると共に、前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより両ステータの電機子巻線の界磁電流を調整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記載の電動機の制御装置において、前記軸心方向における両ステータに対する前記ロータの相対位置または該ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するスラスト力発生状態検出手段を備え、前記界磁電流制御手段は、該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて、前記両ステータの電機子巻線のうちの少なくともいずれか一方の電機子巻線の界磁電流を調整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２または５記載の電動機の制御装置において、前記軸心方向における両ステータに対する前記ロータの相対位置または該ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するスラスト力発生状態検出手段を備え、前記界磁電流制御手段は、各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を前記スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有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３記載の電動機の制御装置において、前記軸心方向における両ステータに対する前記ロータの相対位置または該ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するスラスト力発生状態検出手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記第２のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項４記載の電動機の制御装置において、前記軸心方向における両ステータに対する前記ロータの相対位置または該ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するスラスト力発生状態検出手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記第１のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の電動機の制御装置において、前記スラスト力発生状態検出手段は、両ステータに互いに対向するようにそれぞれ装着された一対のサーチコイルにより構成されていることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１１】
請求項１記載の電動機の制御装置において、前記ロータの回転速度と、前記両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線の界磁電流の操作量との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データとに基づいて決定される前記操作量に応じて前記両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線に流す界磁電流成分を調整することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１２】
請求項２または５記載の電動機の制御装置において、前記ロータの回転速度と、前記各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データとに基づいて各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項３記載の電動機の制御装置において、前記ロータの回転速度と、前記第２のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データに基づいて前記第２のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１４】
請求項４記載の電動機の制御装置において、前記ロータの回転速度と、前記第１のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データに基づいて前記第１のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電動機の制御装置において、前記ロータの永久磁石は、該ロータの磁極配列がハルバッハ配列となるように該ロータに設けら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巻線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、特許文献２を参照）。このようなアキシャルギャップ型の電動機は、電動機のロータの軸心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】
ところで、アキシャルギャップ型の電動機では、ロータに備えた永久磁石が発生する磁束に起因してロータと各ステータとの間で、該ロータの軸心方向（スラスト方向）に吸引力が発生する。この場合、ロータの軸心方向での位置が、ロータと各ステータとの間の上記吸引力が互いに同じ大きさになるような位置（以下、中立位置という）に存する場合には、一般には、上記吸引力が相互に打ち消しあってロータにはその軸心方向の力（スラスト力）は作用しない。なお、アキシャルギャップ型の電動機では、通常、一方のステータおよびこれに装着された電機子巻線と、他方のステータおよびこれに装着された電機子巻線とが互いに同じ構成とされるので、上記中立位置は、通常、ロータと各ステータとの間の間隔（ギャップ）が互いに同じになるような位置である。
【０００４】
ところが、電動機の組立誤差、あるいは、個々の構成要素の寸法誤差などに起因して、ロータの軸心方向での位置が上記中立位置からずれた状態となってしまう場合がある。そして、このような場合には、ロータが一方のステータ側に向かってスラスト力を受ける。特に、ハルバッハ型の磁極配列構造でロータに永久磁石を備えた場合には、ロータから発生する磁束密度が高密度になることから、ロータの位置が中立位置から僅かにずれても、ロータが比較的大きなスラスト力を受ける。
【０００５】
そして、このようにロータがスラスト力を受けた状態で、電動機の運転を行なって、該ロータを回転させると、ロータあるいはこれに連結された出力軸を電動機のハウジングに支持する軸受けが該ハウジングとの間でスラスト力を受ける。この結果、該軸受けの磨耗などが生じて、該軸受けの耐久性が低下したり、機械的な共振現象によってスラスト方向の振動が発生するという不都合がある。
【０００６】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、アキシャルギャップ型の電動機において、ロータに備えた永久磁石が発生する永久磁石の磁束に起因するスラスト力が作用する場合に、該ロータに作用するスラスト力を抑制することができる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】
【０００７】
本発明の電動機の制御装置は、かかる目的を達成するために、永久磁石を有するロータと、該ロータの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、該両ステータにそれぞれ装着された電機子巻線とを備え、前記ロータ又は該ロータに取付けられた出力軸がベアリングを介してハウジングに支持されたアキシャルギャップ型の電動機の制御装置であって、前記電動機にトルク指令値のトルクを出力させるためのトルク電流を含む電流を前記両ステータの電機子巻線にそれぞれ通電した状態で、両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線に流す電流のうちの界磁電流を、前記ロータの軸心方向で該ロータに作用するスラスト力を抑制するように調整する界磁電流制御手段を備えたことを特徴とする（第１発明）。
【０００８】
すなわち、各ステータの電機子巻線に流す電流のうちの界磁電流は、ロータの永久磁石が発生する磁束を弱めるか、または強めるような磁束を発生するので、少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線の界磁電流を調整することによって、該ステータとロータとの間で該ロータの軸心方向に作用する力（吸引力または反発力）を調整することができる。従って、第１発明によれば、ロータの永久磁石が発生する磁束に起因するスラスト力が該ロータに作用するような場合であっても、前記界磁電流の調整によって、ロータの永久磁石が発生する磁束に起因するスラスト力を打ち消す方向のスラスト力をロータに作用させることができ、それによりロータに実際に作用するトータルのスラスト力を抑制することが可能となる。ひいては、ロータやこれに取り付けられる出力軸を電動機のハウジングに支持するベアリングに過大なスラスト力が作用するのを防止して、該ベアリングの損傷や劣化の進行を防止すること可能となると共に、スラスト方向の共振現象による電動機の振動を防止することが可能となる。また、ベアリングやハウジングの必要剛性を低減でき、ひいては、電動機の部品コストの低減や小型化を図ることが可能となる。
【０００９】
なお、本発明の説明において、ロータの永久磁石が発生する磁束（以下、磁石磁束ということがある）に起因するスラスト力は、該磁石磁束によって一方のステータとロータとの間に作用する吸引力と、他方のステータとロータとの間に作用する吸引力との合力を意味する。そして、該磁石磁束に起因するスラスト力がロータに作用するということは、該磁石磁束によって一方のステータとロータとの間に作用する吸引力と、他方のステータとロータとの間に作用する吸引力とが不平衡となり（それらの吸引力の大きさが互いに異なり）、それらの吸引力の合力が０でない大きさを持つことを意味する。
【００１０】
かかる第１発明においては、界磁電流の調整の仕方は、種々様々な形態がある。例えば前記界磁電流制御手段は、前記永久磁石から発生する磁束に起因するスラスト力が前記ロータに作用する場合に、両ステータの電機子巻線の界磁電流にそれぞれ互いに同じ大きさを有する界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより、両ステータの電機子巻線の界磁電流を調整する（第２発明）。
【００１１】
この第２発明によれば、両ステータの電機子巻線の界磁電流に付加される界磁弱め方向の界磁電流成分は、前記磁石磁束と逆向きの磁束を各ステータの電機子巻線から発生させるので、各ステータとロータとの間に反発力を発生させる。この場合、各電機子巻線の界磁電流に付加する界磁電流成分の大きさを適切に設定しておくことで、該界磁電流成分によって、各ステータとロータとの間に発生する反発力の両ステータについての合力が、磁石磁束に起因してロータに作用するスラスト力を打ち消す向きの力になるようにすることができる。具体的には、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、第１ステータの電機子巻線の界磁電流成分による磁束に起因して該第１ステータとロータとの間で発生する反発力よりも、第２ステータの電機子巻線の界磁電流成分による磁束に起因して該第２ステータとロータとの間で発生する反発力が大きくなるように、各電機子巻線の界磁電流成分の大きさを設定することで、各ステータとロータとの間に発生する反発力の両ステータについての合力が、磁石磁束に起因してロータに作用するスラスト力を打ち消す向きの力になる。これにより、ロータに作用するトータルのスラスト力を抑制することができることとなる。
【００１２】
なお、一方のステータおよびこれに装着された電機子巻線と、他方のステータおよびこれに装着された電機子巻線とが互いに同じ構成である場合には、両ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する界磁弱め方向の界磁電流成分の大きさは同じでよい。また、第２発明は、両ステータの電機子巻線に、各ステータ毎に各別のインバータ回路から電流を流す場合と、両ステータの各相の電機子巻線を各相毎に直列に接続して、単一のインバータ回路から両ステータの各相の電機子巻線に電流を流す場合とのいずれの場合にも適用することが可能である。
【００１３】
また、第１発明において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより、該第２ステータの電機子巻線の界磁電流を調整するようにしてもよい（第３発明）。
【００１４】
この第３発明によれば、前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に付加される界磁弱め方向の界磁電流成分は、前記磁石磁束と逆向きの磁束を第２ステータの電機子巻線から発生させるので、該第２ステータとロータとの間に反発力を発生させる。そして、ロータに作用する該反発力は、前記永久磁石から発生する磁束に起因してロータに作用するスラスト力を打ち消す向きの力となる。これにより、ロータに作用するトータルのスラスト力を抑制することができることとなる。
【００１５】
また、第１発明において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁強め方向の界磁電流成分を付加することにより、該第１ステータの電機子巻線の界磁電流を調整するようにしてもよい（第４発明）。
【００１６】
この第４発明によれば、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に付加される界磁弱め方向の界磁電流成分は、前記磁石磁束と同じ向き磁束を第１ステータの電機子巻線から発生させるので、該第１ステータとロータとの間に吸引力を発生させる。そして、ロータに作用する該吸引力は、前記永久磁石から発生する磁束に起因してロータに作用するスラスト力を打ち消す向きの力となる。これにより、ロータに作用するトータルのスラスト力を抑制することができることとなる。
【００１７】
また、第１発明において、前記永久磁石から発生する磁束に起因して前記ロータに作用するスラスト力が前記両ステータのうちの一方のステータである第１ステータから他方のステータである第２ステータに向かう向きのスラスト力であるとしたとき、前記界磁電流制御手段は、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁強め方向の界磁電流成分を付加すると共に、前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に、界磁弱め方向の界磁電流成分を付加することにより両ステータの電機子巻線の界磁電流を調整するようにしてもよい（第５発明）。
【００１８】
この第５発明によれば、前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する界磁強め方向の界磁電流成分によって、前記第４発明と同様に、ロータと第１ステータとの間に吸引力が発生する。同時に、第２ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する界磁弱め方向の界磁電流成分によって、前記第３発明と同様に、ロータと第２ステータとの間に反発力が発生する。そして、ロータに作用するそれらの吸引力および反発力は、前記永久磁石から発生する磁束に起因してロータに作用するスラスト力を打ち消す向きの力となる。これにより、ロータに作用するトータルのスラスト力を抑制することができることとなる。
【００１９】
以上説明した第１〜第５発明においては、前記軸心方向における両ステータに対する前記ロータの相対位置または該ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するスラスト力発生状態検出手段を備えることで、電動機の運転中に適宜、ロータに作用するスラスト力の発生状態（ロータにスラスト力が作用するか否かや、作用するスラスト力の向きなど）を検知することが可能である。
【００２０】
このようにスラスト力発生状態検出手段を備えた場合には、前記第１発明においては、前記界磁電流制御手段は、該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて、前記両ステータの電機子巻線のうちの少なくともいずれか一方の電機子巻線の界磁電流を調整するようにすることが好ましい（第６発明）。
【００２１】
同様に前記第２発明または第５発明においては、前記界磁電流制御手段は、各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を前記スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有することが好ましい（第７発明）。
【００２２】
同様に、前記第３発明においては、前記界磁電流制御手段は、前記第２のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有することが好ましい（第８発明）。
【００２３】
同様に、前記第４発明においては、前記界磁電流制御手段は、前記第１のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を該スラスト力発生状態検出手段の出力に応じて決定する手段を有することが好ましい（第９発明）。
【００２４】
これらの第６〜第９発明によれば、電動機の運転中に、実際のスラスト力の発生状態に合わせて、界磁電流の調整の対象とする電機子巻線の界磁電流をフィードバック操作することができるので、ロータに作用するトータルのスラスト力を適切に（例えば、電動機の運転中に常に該スラスト力が０もしくは微小なものとなるように）抑制できる。
【００２５】
この場合、例えば、前記スラスト力発生状態検出手段が、前記軸心方向における両ステータに対するロータの相対位置に応じた検出信号を出力するものである場合には、その検出信号により認識される実際の相対位置と、前記磁石磁束に起因してロータに作用するスラスト力が０となるような目標相対位置との偏差に応じて、調整対象の電機子巻線の界磁電流を調整するようにすればよい。また、例えば、前記スラスト力発生状態検出手段が、ロータに作用するスラスト力に応じた検出信号を出力するものである場合には、その検出信号により認識される実際のスラスト力と、目標とするスラスト力（０または微小なスラスト力）との偏差に応じて、調整対象の電機子巻線の界磁電流を調整するようにすればよい。
【００２６】
なお、前記スラスト力発生手段状態検出手段は、例えば両ステータに互いに対向するようにそれぞれ装着された一対のサーチコイルにより構成することができる（第１０発明）。この場合には、ロータの回転時に各サーチコイルに鎖交する磁束によって該サーチコイルに電圧が発生する。そして、各サーチコイルの発生電圧は、両ステータに対するロータの相対位置に応じた電圧差を生じる。従って、その電圧差に基づいて、両ステータに対するロータの相対位置を認識できる。
【００２７】
また、ロータに作用するスラスト力の発生状態は、電動機の製造ラインなどでの検査によって把握することもできる。そして、このような場合には、ロータに作用するスラスト力を抑制するための界磁電流の操作量を規定する設定データを個々の電動機毎に備えておくようにしてもよい。
【００２８】
この場合、前記第１発明においては、前記ロータの回転速度と、前記両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線の界磁電流の操作量との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データとに基づいて決定される前記操作量に応じて前記両ステータのうちの少なくともいずれか一方のステータの電機子巻線に流す界磁電流成分を調整することが好ましい（第１１発明）。
【００２９】
同様に、前記第２発明または第５発明においては、前記ロータの回転速度と、前記各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データとに基づいて各ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することが好ましい（第１２発明）。
【００３０】
同様に、前記第３発明においては、前記ロータの回転速度と、前記第２のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データに基づいて前記第２ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することが好ましい（第１３発明）。
【００３１】
同様に、前記第４発明においては、前記ロータの回転速度と、前記第１のステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分との関係を規定する設定データをあらかじめ備え、前記界磁電流制御手段は、前記ロータの回転速度の検出値と該設定データに基づいて前記第１ステータの電機子巻線の界磁電流に付加する前記界磁電流成分を決定することが好ましい（第１４発明）。
【００３２】
これらの第１１〜第１４発明によれば、ロータの回転速度に応じて、調整対象の電機子巻線の界磁電流を調整するので、ロータに作用するスラスト力を抑制することが好適な所望の回転速度域で、該スラスト力を抑制できる。例えば、ロータの回転速度が低い低速域では、ベアリングにスラスト力が作用しても、該ベアリングの損傷や劣化の進行が生じにくいことから、低速域以外の回転速度域だけでスラスト力を抑制するように界磁電流を調整するようにすることができる。また、ロータの回転速度が、ある特定の回転速度付近の速度であるときに、スラスト方向の機械的な共振現象が発生しやすいような場合に、その特定の回転速度付近の速度域だけで、スラスト力を抑制するように界磁電流を調整するようにすることができる。
【００３３】
なお、以上説明した第１〜第１４発明は、前記ロータの永久磁石は、該ロータの磁極配列がハルバッハ配列となるように該ロータに設けられている場合に好適である（第１５発明）。これは、このようなロータを備えた電動機では、磁石磁束の磁束密度が高密度なものとなることから、両ステータに対するロータの相対位置の誤差（磁石磁束に起因してロータに作用するスラスト力が０となるような相対位置に対する誤差）に起因して、ロータに作用するスラスト力が大きなものとなりやすいからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［第１実施形態］
本発明の電動機の制御装置の第１実施形態を図１〜図６を参照して説明する。図１は本実施形態の電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態は、前記第２発明の一実施形態である。
【００３５】
図１を参照して、１は電動機、２は電動機１の運転制御を行なう制御装置である。
【００３６】
電動機１は、ロータ３と、２つのステータ４，５と、各ステータ４，５にそれぞれ装着された電機子巻線６，７とを備えたアキシャルギャップ型の電動機である。なお、電動機１は、例えば、電動車両やハイブリッド車両の推進力発生源として該車両に搭載され、力行運転と回生運転とが可能である。
【００３７】
この電動機１のロータ３およびステータ４，５の構造を図２〜図４を参照してさらに詳細に説明する。図２は電動機１のロータ３およびステータ４，５の斜視図、図３はロータ３の分解斜視図、図４はロータ３をその軸心方向で見たときの磁極の配列を示す図である。
【００３８】
ロータ３は、概略円環形状のものであり、図３に示すように、複数の扇板状の主永久磁石８を有する円環形状の主永久磁石層９と、複数の方形板状の副永久磁石１０を有する円環形状の第１副永久磁石層１１と、複数の方形板状の副永久磁石１２を有する円環形状の第２副永久磁石層１３とを、両副永久磁石層１１，１３の間に主永久磁石層９を挟み込むようにして同軸心に積層した構造を有する円環形状の磁性構造体１４と、この磁性構造体１４の外周面および内周面にそれぞれ装着される外筒枠１５および内筒枠１６とから構成されている。本実施形態では、主永久磁石８、副永久磁石１０、および副永久磁石１２のそれぞれの個数は同じ（図示例では１２個）である。なお、外筒枠１５ａおよび内筒枠１５ｂは、該外筒枠１５ａの内周面と内筒枠１５ｂの外周面との間で放射状に延在する複数（主永久磁石８、副永久磁石１０、および副永久磁石１２のそれぞれの個数と同数）の連結部１６により同軸心に連結されており、該連結部１６を含めて非磁性材により一体に構成されている。
【００３９】
主永久磁石層９の複数の扇板状の主永久磁石８は、それらの厚み方向をロータ３の軸心Ｃ方向に向けて、ロータ３の周方向に環状に並ぶように配列され、この配列により主永久磁石層９が構成される。
【００４０】
第１副永久磁石層１１の複数の方形板状の副永久磁石１０は、それらの厚み方向をロータ３の周方向（より詳しくは、ロータ３の軸心Ｃ上の点を中心点とする円周の接線方向）に向けて、該周方向に等角度間隔で並ぶように配列されている。従って、これらの副永久磁石１０は、ロータ３の軸心Ｃ方向で見たとき、図４に示すように放射状に配列されている。この場合、ロータ３の周方向での各副永久磁石１０の位置（角度位置）は、ロータ３の周方向で互いに隣り合う主永久磁石８，８の間の位置である。換言すれば、ロータ３の周方向での各主永久磁石８の両端にそれぞれ副永久磁石１０が位置するように、該副永久磁石１０が配列されている。
【００４１】
また、ロータ３の周方向で互いに隣り合う副永久磁石１０，１０の間の箇所（各主永久磁石８に、その厚み方向で対向する箇所）には、各々、各主永久磁石８と同形状（扇板形状）の磁性ヨーク１７がその厚み方向をロータ３の軸心Ｃ方向に向けて装着される。従って、第１副永久磁石層１１では、副永久磁石１０と磁性ヨーク１７とがロータ３の周方向に交互に並ぶにように配列され、この配列により第１副永久磁石層１１が構成される。そして、その各磁性ヨーク１７は、両側の副永久磁石１０，１０に固着されると共に、これらの副永久磁石１０，１０の間の主永久磁石８に重合される。
【００４２】
第２副永久磁石層１３の複数の方形板状の副永久磁石１２は、第１副永久磁石層１１の副永久磁石１０と同様に、それらの厚み方向をロータ３の周方向に向けて、該周方向に等角度間隔で並ぶように配列されている。この場合、ロータ３の周方向での各副永久磁石１２の位置（角度位置）は、第１副永久磁石層１１の副永久磁石１０と同じである。従って、第１副永久磁石層１１の個々の副永久磁石１０と、第２副永久磁石層１３の個々の副永久磁石１２とが、対となってロータ３の軸心Ｃ方向に並ぶ。
【００４３】
また、第１副永久磁石層１１と同様に、ロータ３の周方向で互いに隣り合う副永久磁石１２，１２の間の箇所には、各々、各主永久磁石８と同形状（扇板状）の磁性ヨーク１８がその厚み方向をロータ３の軸心Ｃ方向に向けて装着される。従って、第２副永久磁石層１３においても、副永久磁石１２と磁性ヨーク１８とがロータ３の周方向に交互に並ぶように配列され、この配列により第２副永久磁石層１３が構成される。そして、その各磁性ヨーク１８は、両側の副永久磁石１２，１２に固着されると共に、これらの副永久磁石１２，１２の間の主永久磁石８に重合される。
【００４４】
このように主永久磁石８、副永久磁石１０，１２および磁性ヨーク１７，１８を相互に組付けることにより磁性構造体１４が構成さる。そして、この磁性構造体１４に前記外筒枠１５を同軸心に外挿して、該磁性構造体１４の外周面に固着すると共に、磁性構造体１４に前記内筒枠１６を同軸心に内挿して、該磁性構造体１４の内周面に固着することによって、ロータ３が構成されている。この場合、各主永久磁石８が、ロータ３の周方向で互いに隣り合う前記連結部１６，１６の間の空間に位置し、且つ、ロータ３の軸心方向に並ぶ副永久磁石１０，１２の間に各連結部１６が挟み込まれるようにして、磁性構造体１４と外筒枠１５ａおよび内筒枠１５ｂとが組付けられる。なお、外筒枠１５および内筒枠１６の軸心Ｃ方向の長さは、磁性構造体１４の軸心Ｃ方向の長さ（厚さ）とほぼ同じである。そして、ロータ３は、その軸心Ｃ方向の中心を通って該軸心Ｃに直交する平面に対して面対称の構造となっている。
【００４５】
さらに各主永久磁石８、各副永久磁石１０，１２の磁極に関して説明する。各主永久磁石８は厚み方向に磁化されており、その厚み方向の一方の面がＮ極、他方の面がＳ極となっている。そして、ロータ３の周方向で互いに隣合う主永久磁石８，８は、それらの磁化の向きが互いに逆向きになっている。従って、ロータ３の軸心Ｃ方向における前記主永久磁石層９の各面、例えば、第１副永久磁石層１１側の面における主永久磁石８の磁極の配列は、図４に示すように（白抜き四角で囲った「Ｎ」、「Ｓ」を参照）、ロータ３の周方向でＮ極と、Ｓ極とが交互に並ぶようになっている。主永久磁石層９の第２副永久磁石層１３側の面についても同様である。なお、図４は第１副永久磁石層１１の磁性ヨーク１７を取り外した状態で示している。
【００４６】
また、第１副永久磁石層１１の各副永久磁石１０および第２副永久磁石層１３の各副永久磁石１２も、それらの厚み方向（ロータ３の周方向）に磁化されており、その厚み方向の一方の面がＮ極、他方の面がＳ極となっている。この場合、各副永久磁石１０の厚み方向における各面の磁極は、図４に示すように（白抜き四角を付していない「Ｎ」、「Ｓ」を参照）、その面側で該副永久磁石１０に隣接する主永久磁石８の第１副永久磁石層１１側の面の磁極と同一になっている。従って、ロータ３の周方向で互いに隣り合う副永久磁石１０，１０の互いに対向する面の磁極は、それらの副永久磁石１０，１０の間の主永久磁石８の第１副永久磁石層１１側の面の磁極と同一になっている。第２副永久磁石層１３の副永久磁石１２についても同様である。この場合、各主永久磁石８の厚み方向の両面のそれぞれの磁極は互いに異なるので、ロータ３の軸心Ｃ方向に並ぶ副永久磁石１０，１２の磁化の向きは互いに逆向きとなる。
【００４７】
このように主永久磁石８、および副永久磁石１０，１２を有するロータ３は、所謂ハルバッハ型の磁極配列を有するものとなり、ハルバッハ効果によって、ロータ３の軸心Ｃ方向の磁束密度を高密度なものとすることができる。
【００４８】
各ステータ４，５は、いずれも同一構造であり、図２に示す如く、各々、円環形状の基体１９の軸心方向における一方の面から該基体１９の軸心方向に突設された複数のティース２０を、該基体１９の軸心まわりに等角度間隔で配列した構造のものである。基体１９およびティース２０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、各ステータ４，５のティース２０の個数は３６個である。
【００４９】
この各ステータ４，５には、その周方向で隣り合うティース２０，２０の間の溝であるスロット２１に電機子巻線６，７（図２では図示省略）を収容するようにして、該電機子巻線６，７が装着されている。本実施形態では、各ステータ４，５にそれぞれ装着される電機子巻線６，７は、３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子巻線である。また、各ステータ４，５における電機子巻線６，７の装着形態は、互いに同一である。例えば、ステータ４側の各相の電機子巻線６は、ステータ４の軸心方向で見たとき、所定数の巻線ループが、ステータ４の周方向に等角度間隔で形成されるようにステータ４に装着される。ステータ５側の電機子巻線７も同様である。従って、本実施形態ではステータ４および電機子巻線６の構成と、ステータ５および電機子巻線７の構成とは、互いに同じである。
【００５０】
なお、以降の説明では、各電機子巻線６，７の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を区別する必要があるときは、それぞれ添え字ｕ，ｖ，ｗを付する。例えば、ステータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線６をそれぞれ電機子巻線６ｕ、電機子巻線６ｖ、電機子巻線６ｗと表記する。
【００５１】
これらのステータ４，５は、電動機１の組立状態では、該ステータ４，５の間にロータ３を挟み込むようにして、ロータ３の軸心Ｃ方向の両側に該ロータ３と同軸心に配置され、電動機１の図示しないハウジングに固定される。この場合、各ステータ４，５のティース２０の先端面がロータ３に近接して対向される。また、ロータ３の軸心Ｃ方向におけるロータ３とステータ４との間の間隙（ロータ３のステータ４側の面とステータ４のティース２０の先端面との距離）と、ロータとステータ５との間の間隙（ロータ３のステータ５側の面とステータ５のティース２０の先端面との距離）とが等しくなるように、すなわち、両ステータ４，５の間の中央にロータ３が位置するように、ロータ３およびステータ４，５が電動機１に組み付けられる。さらに、本実施形態では、電動機１の組立状態においてロータ３の軸心方向で見たとき、ステータ４の各ティース２０の位置（軸心まわりの角度位置）と、ステータ５の各ティース２０の位置（軸心まわりの角度位置）とが合致するように、ステータ４，４が電動機１に組み付けられる。すなわち、ステータ４の個々のティース２０と、ステータ５の個々のティース２０とがロータ３の軸心Ｃ方向で正対するようになっている。そして、ステータ４の各相の電機子巻線６と、これと同じ相のステータ５の電機子巻線７とは、各相毎に、ステータ４側の電機子巻線６の巻線ループとステータ５側の電機子巻線７の巻線ループとがロータ３の軸心Ｃ方向で互いに対向するように（ロータ３の軸心Ｃ方向で見たとき、ステータ４側の巻線ループとステータ５側の巻線ループとが互いに同じ角度位置に存するように）、各ステータ４，５に装着されている。従って、電動機１のロータ３からステータ４側の磁気回路構成と、ロータ３からステータ５側の磁気回路構成とが同じ構成となっている。
【００５２】
また、電動機１には、ロータ３に連結される出力軸１ａ（図２の仮想線を参照）が備えられ、この出力軸１ａは、図２に示すように、ステータ４，５を貫通した状態で、ロータ３の内筒枠１６に同軸心に取り付けられる。そして、該出力軸１ａは、図示を省略する軸受け（ベアリング）を介して電動機１のハウジング（または各ステータ４，５の基体１９）に支持され、ロータ３と一体に回転自在とされる。
【００５３】
図１の説明に戻って、本実施形態では、ステータ４側の電機子巻線６とステータ５側の電機子巻線７とは、次のように接続されている。すなわち、ステータ４の各相の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗのそれぞれと、ステータ５の各相の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗのそれぞれとは直列に接続されている。そして、ステータ５の各相の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗの、電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗと反対側の一端が中性点として相互に接続されている。また、ステータ４の各相の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗの、電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗと反対側の一端は、制御装置２の後述するパワードライブユニット５９に接続されている。従って、ステータ４，５のＵ相の電機子巻線６ｕ，７ｕ、Ｖ相の電機子巻線６ｖ，７ｖ、Ｗ相の電機子巻線６ｗ，７ｗには、各相毎に、常に同じ電流がパワードライブユニット５９との間で流れるようになっている。
【００５４】
また、本実施形態では、電動機１の運転制御のために、電動機１には、ロータ３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２２と、ロータ３の軸心方向での位置（ステータ４，５に対する相対位置）に応じた検出信号を出力するロータ変位量検出用センサ２３とが付設されている。このロータ変位量検出用センサ２３は、本発明におけるスラスト力発生状態検出手段に相当するものである。
【００５５】
ここで、ロータ３は基本的には、前記したようにロータ３の軸心方向における両ステータ４，５の間の中央位置（以下、中立位置という）に存するように電動機１に組み付けられるものの、その組付け誤差や、電動機１のハウジングなどの構成要素の寸法誤差などに起因して、ロータ３の軸心方向での位置が、前記中立位置からずれる場合がある。このようなずれを検出するためのセンサが前記ロータ変位量検出用センサ２３である。
【００５６】
図５は、本実施形態におけるロータ変位量検出用センサ２３を示す図である。本実施形態では、ロータ変位量検出用センサ２３は、図５に示すように、ステータ４，５にそれぞれ電機子巻線６，７の巻線ループと同様に装着された一対のサーチコイル２４，２５により構成されている。なお、図５では、ステータ５およびこれに装着されたサーチコイル２５については、括弧付きの参照符号で示している。これらのサーチコイル２４，２５は、ロータ３の軸心Ｃ方向で対向しており、ロータ３の回転に伴い該サーチコイル２４，２５と鎖交する磁束の強度（磁束密度）に応じた出力電圧を発生する。なお、サーチコイル２４，２５と鎖交する磁束は、ロータ３の主永久磁石８および副永久磁石１０，１２による磁束（以下、磁石磁束という）である。また、サーチコイル２４，２５の巻き数および巻線ループの面積は、互いに同じである。
【００５７】
これらのサーチコイル２４，２５の出力電圧は、両ステータ４，５に対するロータ３の相対位置（ロータ３の軸心Ｃ方向での相対位置）に応じたものとなる。すなわち、本実施形態の電動機１では、ロータ３が、前記中立位置に在る場合には、ステータ４側のサーチコイル２４と鎖交する磁束の強度と、ステータ５側のサーチコイル２５と鎖交する磁束の強度とはほぼ一致する。従って、この場合には、各サーチコイル２４，２５の出力電圧はほぼ同じとなる。一方、ロータ３の位置が、中立位置からずれている場合には、各サーチコイル２４，２５と鎖交する磁束の強度が異なるものとなるので、各サーチコイル２４，２５の出力電圧に差が生じる。例えば、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に偏っている場合には、ステータ４側のサーチコイル２４の出力電圧がステータ５側のサーチコイル２５の出力電圧よりも大きくなる。このため、各サーチコイル２４，２５の出力電圧の差は、ロータ３の位置の中立位置からのずれ量（変位量）を表す指標となる。そこで、本実施形態では、ロータ変位量検出用センサ２３としてサーチコイル２４，２５を備える。
【００５８】
次に、制御装置２を図１を参照して詳説する。まず、制御装置２による電動機１の制御処理の概要を説明する。制御装置２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。この制御装置２は、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１のステータ４，５の各相の電機子巻線６，７の通電電流（相電流）を制御する。すなわち、制御装置２は、ステータ４の３相分の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗと、ステータ５の３相分の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗとを合わせて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。その等価回路は、ｄ軸上の電機子巻線（以下、ｄ軸電機子巻線という）と、ｑ軸上の電機子巻線（以下、ｑ軸電機子巻線という）とを有する。そして、ｄ−ｑベクトル制御では、電機子巻線６，７に流す電流は、ｄ軸電機子巻線に流す電流としてのｄ軸電流と、ｑ軸電機子巻線に流す電流としてのｑ軸電流との合成電流として扱われる。なお、ｄ−ｑ座標系は、ロータ３の主永久磁石８および副永久磁石１０，１２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１のロータ３と一体に回転する回転座標系である。
【００５９】
そして、制御装置２は、電動機１の出力トルクの目標値として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１の出力軸１ａから出力させるように電動機１のステータ４，５の電機子巻線６，７の各相電流を制御する。この場合、本実施形態の電動機１では、電機子巻線６，７は各相毎に直列に接続されているので、各相毎の電機子巻線６，７の相電流は互いに常に同じになる。
【００６０】
さらに、制御装置２は、ロータ変位量検出用センサ２３の出力（サーチコイル２４，２５の出力電圧）に応じて、前記ｄ軸電流を調整することによって、ロータ３に作用するスラスト力（ロータ３の軸心Ｃ方向の力）を抑制する。
【００６１】
ここで、ｄ軸電流の調整によってロータ３に作用するスラスト力を抑制する原理を図６（ａ），（ｂ）を参照して説明しておく。なお、以降の説明では、電機子巻線６，８の通電により該電機子巻線６，８が発生する磁束を電流磁束という。図６（ａ）はステータ４，５の電機子巻線６，７に電流を流していない状態での磁石磁束Ｑ１を斜線付きの矢印で示している。また、図６（ｂ）はステータ４，５の電機子巻線６，７に、ｄ軸電流（より詳しくは、界磁弱め方向のｄ軸電流）のみを流した状態での磁石磁束Ｑ１と電流磁束Ｑ２とをそれぞれ斜線付きの矢印、点描付きの矢印で示している。なお、これらの図６（ａ），（ｂ）においては、ロータ３の周方向を左右方向として、ロータ３およびステータ４，５の一部分を展開して図示している。
【００６２】
図６（ａ）に示すように、磁石磁束Ｑ１は、両ステータ４，５の間で閉ループを形成し、ロータ３をその軸心方向（スラスト方向）に貫通する。このとき、ステータ４，５は磁性材であるので、ロータ３と各ステータ４，５との間で吸引力Ｆａ，Ｆｂが作用し、その合力がロータ３に作用するスラスト力となる。なお、図６（ａ）では、吸引力Ｆａ，Ｆｂは、ロータ３に作用する力として表している。
【００６３】
この場合、本実施形態の電動機１では、ロータ３の軸心方向の位置が中立位置にある場合には、ロータ３と各ステータ４，５との間の吸引力Ｆａ，Ｆｂの大きさは互いにほぼ等しい。このため、それらの吸引力Ｆａ，Ｆｂの合力、すなわち、磁石磁束Ｑ１に起因してロータ３に作用するスラスト力は、ほぼ０となる。一方、ロータ３の軸心方向の位置が中立位置から変位している場合には、吸引力Ｆａ，Ｆｂのうちの一方が他方よりも大きくなり、ロータ３に磁石磁束Ｑ１に起因するスラスト力が作用する。具体的には、ロータ３の位置が、中立位置からステータ４側に変位している場合には、Ｆａ＞Ｆｂとなり、ステータ５からステータ４に向かう向きに、Ｆａ，Ｆｂの差分のスラスト力がロータ３に作用する。また、ロータ３の位置が、中立位置からステータ側に変位している場合には、Ｆａ＜Ｆｂとなり、ステータ４からステータ５に向かう向きに、Ｆａ，Ｆｂの差分のスラスト力がロータ３に作用する。そして、特に本実施形態では、ロータ３の磁極配列がハルバッハ型の配列となっているため、磁石磁束Ｑ１の磁束密度が比較的高密度なものとなり、ロータ３が中立位置から変位しているときにロータ３に作用するスラスト力が大きなものとなりやすい。このとき、ロータ３に取り付けられた出力軸１ａを電動機１のハウジングに支持する軸受けにもスラスト力が作用することとなる。そして、そのスラスト力が軸受けの劣化の進行や、損傷を発生させる恐れがある。そこで、本実施形態では、このスラスト力を抑制するためにｄ軸電流を調整する。
【００６４】
ｄ軸電流は、電機子巻線６，７に流す電流のうちの界磁電流を意味するものであり、磁石磁束Ｑ１を弱めるか、または強めるような電流磁束Ｑ２を電機子巻線６，７から発生させる機能を有する電流である。そして、磁石磁束Ｑ１を弱めるｄ軸電流、すなわち、界磁弱め方向の界磁電流を電機子巻線６，７に通電すると、図６（ｂ）に示すように各電機子巻線６，７から電流磁束Ｑ２が発生する。このとき、電流磁束Ｑ２は、ロータ３の軸心方向の両側において、磁石磁束Ｑ１と逆向きの磁束となるので、該電流磁束Ｑ２によって、ロータ３と各ステータ４，５との間に反発力Ｆｃ，Ｆｄが作用する。なお、図６（ａ）では、反発力Ｆｃ，Ｆｄは、ロータ３に作用する力として表している。
【００６５】
この場合、本実施形態の電動機１では、ロータ３が中立位置に在る場合には、電流磁束Ｑ２に起因するロータ３と各ステータ４，５との間の反発力Ｆｃ，Ｆｄの大きさは互いにほぼ等しい。このため、それらの反発力Ｆｃ，Ｆｄの合力（電流磁束Ｑ２に起因するスラスト力）はほぼ０となり、ひいては、磁石磁束Ｑ１に起因する前記吸引力Ｆａ，Ｆｃとの合力もほぼ０になる。従って、この場合には、ロータ３には、実質的にスラスト力は作用しない。一方、ロータ３の位置が中立位置から該ロータ３の軸心方向に変位している場合には、反発力Ｆｃ，Ｆｄのうちのいずれか一方が他方よりも大きくなり、ロータ３に電流磁束Ｑ２に起因するスラスト力が作用する。具体的には、ロータ３の位置が、中立位置からステータ４側に変位している場合には、Ｆｃ＞Ｆｄとなり、ステータ４からステータ５に向かう向きに、Ｆｃ，Ｆｄの差分のスラスト力（電流磁束Ｑ２に起因するスラスト力）がロータ３に作用する。また、ロータ３の位置が、中立位置からステータ５側に変位している場合には、Ｆｃ＜Ｆｄとなり、ステータ５からステータ４に向かう向きに、Ｆｃ，Ｆｄの差分のスラスト力（電流磁束Ｑ２に起因するスラスト力）がロータ３に作用する。そして、この場合、電流磁束Ｑ２に起因するスラスト力（Ｆｃ，Ｆｄの合力）は、磁石磁束Ｑ１に起因するスラスト力（Ｆａ，Ｆｂの合力）と逆向きになる。従って、ロータ３の位置が中立位置から軸心方向に変位している場合には、ｄ軸電流（界磁弱め方向のｄ軸電流）による電流磁束Ｑ２に起因してロータ３に作用するスラスト力（反発力Ｆｃ，Ｆｄの合力）は、磁石磁束Ｑ１に起因してロータ３に作用するスラスト力（吸引力Ｆａ，Ｆｂの合力）を打ち消すようなスラスト力として機能することとなる。よって、ｄ軸電流を調整することによって、ロータ３に作用するトータルのスラスト力を抑制できることとなる。
【００６６】
補足すると、前記ｑ軸電流は、電機子巻線６，７に流す電流のうちのトルク電流を意味する電流であり、このｑ軸電流を電機子巻線６，７に流したときに発生する電流磁束は、磁石磁束Ｑ１との相互作用によってロータ３に回転力を与えるものとして機能する。
【００６７】
また、電機子巻線６，７の各相電流が各相毎に同じになるようにように構成された本実施形態の電動機１では、電機子巻線６，７に流すｄ軸電流を図６（ｂ）の場合と逆向きにした場合には、そのｄ軸電流（すなわち界磁強め方向のｄ軸電流）によって発生する電流磁束は、ステータ４側およびステータ５側のいずれのおいても、磁石磁束Ｑ１と同じ向きの磁束となる。従って、本実施形態の電動機１では、ロータ３の位置が中立位置から変位している場合に、該ロータ３に作用するスラスト力を抑制するためには、電機子巻線６，７に流すｄ軸電流を、磁石磁束Ｑ１を弱める方向、すなわち、界磁弱め方向に調整する必要がある。
【００６８】
なお、以降の説明では、界磁弱め方向のｄ軸電流を負の値、界磁強め方向のｄ軸電流を正の値とする。
【００６９】
本実施形態では、以上説明したような電動機１の制御を行なうために、制御装置２は、その機能的構成として、電機子巻線６，７のｄ軸電流（界磁電流）の基本指令値であるｄ軸電流指令値Ｉd_c、およびｑ軸電流（トルク電流）の基本指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定する電流指令決定部４１と、ロータ変位量検出用センサ２３の出力（サーチコイル２４，２５の出力電圧）に基づいて、ロータ３の位置の中立位置からの変位量であるロータ変位量Δｓを推定するロータ変位量推定部４２と、このロータ変位量Δｓの推定値に応じて、ｄ軸電流指令値Ｉq_cを補正するためのｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定するｄ軸電流操作量決定部４３と、該ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfによりｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正してなる補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caを求める演算部４４と、補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cに応じて電機子巻線６，７の各相電流を制御する電流制御部４５と、前記レゾルバ２２により検出されたロータ３の回転角度θm_s（以下、ロータ角度検出値θm_sという）を微分することによりロータ３の回転角速度ωm_sを算出（検出）するロータ速度算出部４６とを備える。ｄ軸電流操作量決定部４３および演算部４４は、本発明における界磁電流制御手段として機能するものである。なお、本実施形態では、ロータ速度算出部４４で算出される回転角速度ω_sは、ロータ３の機械角の角速度であるが、これにロータ３の極対数を乗じることで、ロータ３の電気角の角速度に変換してもよい。
【００７０】
上記した制御装置２の各機能部の処理は、所定の制御処理周期で、以下に説明する如く逐次実行される。
【００７１】
ロータ変位量推定部４２に、ロータ変位量検出用センサ２３の出力（サーチコイル２４，２５の出力電圧）が逐次入力される。このとき、ロータ変位量推定部４２は、入力されたサーチコイル２４，２５の出力電圧の差から、あらかじめ設定されたデータテーブルに基づいて、ロータ変位量Δｓの推定値を求める。なお、本実施形態では、ロータ３の位置が中立位置からステータ４，５のうちのいずれか一方側、例えばステータ４側に変位しているときのロータ変位量Δｓの値を正の値とし、ステータ５側に変位しているときのロータ変位量Δｓの値を負の値とする。
【００７２】
このように求められたロータ変位量Δｓの推定値が、ｄ軸電流操作量決定部４３に逐次入力される。このとき、ｄ軸電流操作量決定部４３は、入力されたロータ変位量Δｓの推定値から、フィードバック制御則により該ロータ変位量Δｓを０に近づけるように、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定する。本実施形態では、そのフィードバック制御則として、例えばＰＩ制御則（比例・積分制御則）が用いられる。この場合、本実施形態では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfは、ロータ変位量Δｓの推定値からＰＩ制御則に求められた値（ＰＩ制御則の比例項と積分項の和）の絶対値を（−１）倍したものである。すなわち、ロータ変位量Δｓの推定値からＰＩ制御則に求められた値をFBとおくと、ΔＩd_sf＝−｜FB｜である。従って、ΔＩd_sfは負の値または０である。なお、ΔＩd_sfの大きさ（絶対値）は、所定の上限値以下に制限される。このようにして決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfは、その値が０となる場合（Δｓ＝０である場合）を除き、電機子巻線６，７のｄ軸電流を界磁弱め方向に調整する操作量として機能する。
【００７３】
上記したロータ変位量推定部４２およびｄ軸電流操作量決定部４３の処理と並行して、電流指令決定部４１に、前記トルク指令値Ｔr_cと、前記ロータ速度算出部４４で算出されるロータ３の回転角速度ωm_s（以下、ロータ回転速度ωm_sという）とが逐次入力される。そして、電流指令決定部４１は、これらの入力値から、あらかじめ定められたマップに従って、ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定する。すなわち、Ｉd_c，Ｉq_cは、トルク指令値Ｔr_cおよびロータ回転速度ωm_sに応じて決定されるフィードフォワード指令値である。この場合、基本的にはｑ軸電流指令値Ｉq_cは、トルク指令値Ｔr_cに比例した値に決定される。また、ｄ軸電流指令値Ｉd_cは、ｑ軸電流指令値Ｉq_cとｄ軸電流指令値Ｉd_cとロータ回転速度ωm_sとに応じて定まるｄ軸電機子巻線の電圧（以下、ｄ軸電圧という）とｑ軸電機子巻線の電圧（以下、ｑ軸電圧という）との合成ベクトルの大きさが、電動機１の電源電圧に対応して定まる所定値を超えないように決定される。該ｄ軸電流指令値Ｉd_cは、基本的には、ロータ回転速度ωm_sが高速となる電動機１の運転領域において、電機子巻線６，７に界磁弱め方向の界磁電流成分（負の値のｄ軸電流成分）を流すように決定される指令値である。
【００７４】
このように電流指令決定部４１により決定されたｄ軸電流指令値Ｉd_cと、前記ｄ軸電流操作量決定部４３により決定されたｄ軸電流操作量ΔＩd_sfとが演算部４４に入力される。そして、該演算部４４では、Ｉd_cにΔＩd_sfを加算することにより、補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caを決定する。この場合、ΔＩd_sf＝０である場合を除いて、ΔＩd_sf＜０であるので、補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caは、Ｉd_cにΔＩd_sfだけ界磁弱め方向の界磁電流成分を付加してなるｄ軸電流指令値となる。従って、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfは、本発明における界磁電流成分に相当するものである。
【００７５】
この補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caと、前記電流指令決定部４１で決定されたｑ軸電流指令値Ｉq_cと、レゾルバ２２によるロータ角度検出値θm_sとが、電流制御部４５に逐次入力される。なお、電流制御部４５には、ロータ回転速度ωm_sも逐次入力される。
【００７６】
この電流制御部４５は、電機子巻線６，７の各相の相電流のうちの２つの相、例えばＵ相、Ｗ相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４７，４８と、これらの電流センサ４７，４８の出力をＢＰフィルタ４９に通すことにより得られたＵ相の電機子巻線６ｕ，７ｕの電流検出値Ｉu_sおよびＷ相の電機子巻線６ｗ，７ｗの電流検出値Ｉw_sから、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれの検出値（推定値）としてのｄ軸電流検出値Ｉd_sおよびｑ軸電流検出値Ｉq_sを算出するｄｑ変換部５０とを備える。ＢＰフィルタ４９は、電流センサ４７，４８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。
【００７７】
ｄｑ変換部５０は、Ｕ相の電機子巻線６ｕ，７ｕの電流検出値Ｉu_sと、Ｗ相の電機子巻線６ｗ，７ｗの電流検出値Ｉw_sと、これらから算出されるＶ相の電機子巻線６ｖ，７ｖの電流検出値Ｉv_s（＝−Ｉu_s−Ｉw_s）とを、ロータ３の電気角に応じて座標変換することによりｄ軸電流検出値Ｉd_sおよびｑ軸電流検出値Ｉq_sを算出する。なお、この場合、ロータ３の電気角は、ロータ角度検出値θm_sにロータ３の極対数を乗じることにより求められる。
【００７８】
電流制御部４５は、さらに、前記補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caとｄ軸電流検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩd（＝Ｉd_ca−Ｉd_s）を求める演算部５１と、前記ｑ軸電流指令値Ｉq_cとｑ軸電流検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩq（＝Ｉq_c−Ｉq_s）を求める演算部５２と、それぞれの偏差ΔＩd，ΔＩqから、それぞれフィードバック制御則としてのＰＩ制御則（比例・積分制御則）により該偏差ΔＩd，ΔＩqを０に近づけるようにｄ軸電圧の基本指令値Ｖd1_cおよびｑ軸電圧の基本指令値Ｖq1_cを各々算出するＰＩ制御部５３，５４と、ｄ軸および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５５とを備える。なお、非干渉制御部５５は、ｄ軸側の補正量Ｖd2_cをｑ軸電流指令値Ｉq_cとロータ回転速度ωm_sとから算出し、ｑ軸側の補正量Ｖq2_cを補正後のｄ軸電流指令値Ｉd_caとロータ回転速度θm_sとから算出する。
【００７９】
さらに、電流制御部４５は、ｄ軸電圧の前記基本指令値Ｖd1_cに補正量Ｖd2_cを加えることで、最終的なｄ軸電圧指令値Ｖd_cを求める演算部５６と、ｑ軸電圧の前記基本指令値Ｖq1_cに補正量Ｖq2_cを加えることで、最終的なｑ軸電圧指令値Ｖq_cを求める演算部５７と、それらの、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cからＵ相の電機子巻線６ｕ，７ｕ、Ｖ相の電機子巻線６ｖ，７ｖ、およびＷ相の電機子巻線６ｗ，７ｗの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを求める３相変換部５８と、これらの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて、各相毎の電機子巻線６，７に通電するパワードライブユニット５９（以下、ＰＤＵ５９という）とを備える。
【００８０】
この場合、前記３相変換部５８は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cを、ロータ３の電気角に応じて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。また、ＰＤＵ５９は、その回路構成の図示は省略するが、電動機１の電源たる蓄電器に接続された３相分のスイッチ素子を有する公知のインバータ回路を備えるものである。そして、ＰＤＵ５９は、相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて、ＰＷＭ制御によりインバータ回路の各相のスイッチ素子のオン・オフを制御することにより、各相毎の電機子巻線６，７と蓄電器との間の通電を制御する。
【００８１】
以上説明した電流制御部４５の各機能部の制御処理により、電機子巻線６，７の各相電流が補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cに対応する電機子巻線６，７の各相電流の指令値（Ｉd_caおよびＩq_cの組をロータ３の電気角に応じて３相に座標変換してなる各相電流の指令値）に一致するように制御される。換言すれば、電機子巻線６，７の実際のｄ軸電流およびｑ軸電流が、それぞれＩd_ca、Ｉq_cに一致するように制御される。ひいては、トルク指令値Ｔr_cのトルクが電動機１の出力軸１ａに発生するように電動機１の運転制御がなされる。
【００８２】
この場合、補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_caは、電流指令決定部４１により決定されたｄ軸電流の基本指令値（フィードフォワード指令値）であるｄ軸電流指令値Ｉd_cに、前記ロータ変位量Δｓを０に近づけるように決定されるフィードバック操作量としてのｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを付加したものである。そして、このｄ軸電流操作量ΔＩd_sfは、ロータ３の位置が中立位置からステータ４，５のいずれか側に変位している場合、すなわち、磁石磁束に起因するスラスト力がロータ３に作用する場合では、負の値（界磁弱め方向の界磁電流成分）となるので、電機子巻線６，７の実際のｄ軸電流は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに、界磁弱め方向の界磁電流成分としてのｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを付加した電流となる。
【００８３】
このとき、その付加された界磁弱め方向の界磁電流成分（ｄ軸電流操作量ΔＩd_sf）に起因して発生する電流磁束は、前記図６（ｂ）を参照して説明した如く、磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力を打ち消す向きのスラスト力をロータ３に作用させる。これにより、ロータ３に作用するトータルのスラスト力が、０に近づくように調整されることとなる。この結果、電動機１の出力軸１ａをハウジングに支持する軸受けに、ロータ３の軸心方向で作用するスラスト力を軽減することができる。ひいては、該軸受けの損傷や早期劣化を防止することができる。また、スラスト力を小さくできることから、軸受けなどの電動機１の構成部品の必要剛性を低くできる。この結果、電動機１の部品コストを低減できると共に、該電動機１の小型化を図ることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。なお、本実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については、第１実施形態と同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。また、本実施形態は、前記５発明の一実施形態である。
【００８４】
図７を参照して、７１は電動機、７２は電動機７１の運転制御を行なう制御装置である。
【００８５】
本実施形態における電動機７１は、第１実施形態の電動機１と基本的構造は同じであり、該電動機１と同じ構造のロータ３およびステータ４，５を有する。そして、ステー４，５には、それぞれ、３相分の電機子巻線６，７が電動機１と同じ装着形態で装着されている。ただし、本実施形態の電動機７１では、電機子巻線６，７は相互に接続されておらず、この点で電動機１と相違している。
【００８６】
すなわち、本実施形態では、ステータ４側の各相の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗは、それぞれの一端が中性点として相互に接続され、他端が制御装置７２の後述するパワードライブユニット５９ａに接続されている。同様に、ステータ５側の各相の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗは、それぞれの一端が中性点として相互に接続され、他端が制御装置７２の後述するパワードライブユニット５９ｂに接続されている。従って、本実施形態では、ステータ４側の電機子巻線６の電流とステータ５側の電機子巻線７の電流とを各別に制御し得るようになっている。
【００８７】
なお、電動機７１には、電動機１と同一のロータ変位量検出用センサ２３（サーチコイル２４，２５）と、レゾルバ２２とが付設されている。
【００８８】
制御装置７２は、第１実施形態の制御装置２と同様に、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。そして、本実施形態においても、ｄ−ｑベクトル制御により電動機７１のステータ４，５の各相の電機子巻線６，７の通電電流（相電流）を制御する。ただし、本実施形態におけるｄ−ｑベクトル制御では、制御装置７２は、ステータ４の３相分の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗと、ステータ５の３相分の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗとをそれぞれ各別に、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。そして、制御装置２は、電動機１の出力トルクの目標値として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１の出力軸１ａから出力させるように、電動機１のステータ４側の電機子巻線６の各相電流と、ステータ５側の電機子巻線７の各相電流とを各別に制御する。
【００８９】
さらに、制御装置７２は、ロータ変位量検出用センサ２３の出力（サーチコイル２４，２５の出力電圧）に応じて、ステータ４側の電機子巻線６のｄ軸電流と、ステータ５側の電機子巻線７のｄ軸電流とを調整することによって、ロータ３に作用するスラスト力を抑制する。この場合、本実施形態では、ロータ３に作用するスラスト力を抑制するに際しては、電機子巻線６，７のうちの一方のｄ軸電流を界磁弱め方向に調整すると同時に、他方のｄ軸電流を界磁強め方向に調整する。
【００９０】
本実施形態では、以上説明したような電動機７１の制御を行なうために、制御装置７２は、第１実施形態の制御装置２と同一の機能的構成として、電流指令決定部４１、ロータ変位量推定部４２、およびロータ速度算出部４６を備える。
【００９１】
また、制御装置７２は、第１実施形態の制御装置２と異なる機能的構成として、ロータ変位量推定部４２で求められたロータ変位量Δｓの推定値に応じて、ｄ軸電流指令値Ｉq_cを補正するためのｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定するｄ軸電流操作量決定部７３と、該ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfによりｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正してなる第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1および第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2をそれぞれ求める演算部７４ａ，７４ｂと、第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1およびｑ軸電流指令値Ｉq_cに応じてステータ４側の電機子巻線６の各相電流を制御する電流制御部７５ａと、第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2およびｑ軸電流指令値Ｉq_cに応じてステータ５側の電機子巻線７の各相電流を制御する電流制御部７５ｂとを備える。
【００９２】
上記した制御装置７２の各機能部の処理は、所定の制御処理周期で、以下に説明する如く逐次実行される。
【００９３】
ロータ変位量推定部４２にて、第１実施形態と同様に求められるロータ変位量Δｓの推定値が、ｄ軸電流操作量決定部７３に逐次入力される。このとき、ｄ軸電流操作量決定部７３は、ロータ変位量Δｓから、フィードバック制御則としてのＰＩ制御則により、Δｓを０に近づける（収束させる）ようにｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを求める。この場合、本実施形態では、ｄ軸電流操作量決定部７３は、ＰＩ制御則により求められる値を、そのままｄ軸電流操作量ΔＩd_sfとして出力する。従って、本実施形態では、ｄ軸電流操作量決定部７３により算出されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfは、正の値になる場合と負の値になる場合とがある。そして、本実施形態では、ロータ変位量Δｓが正の値であるとき、すなわち、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合に、ΔＩd_sfが負の値となり、ロータ変位量Δｓが負の値であるとき、すなわち、ロータ３の位置が中立位置からステータ５側に変位している場合に、ΔＩd_sfが正の値となるように、ＰＩ制御則における比例項のゲインおよび積分項のゲインが設定されている。なお、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさ（絶対値）は所定の上限値以下に制限される。
【００９４】
一方、ロータ変位量推定部４２およびｄ軸電流操作量決定部７３の処理と並行して、前記電流指令決定部４１の処理が実行され、第１実施形態と同様に、トルク指令値Ｔr_cとロータ回転速度ωm_sとから、ｄ軸電流の基本指令値（フィードフォワード指令値）としてのｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流の基本指令値（フィードフォワード指令値）としてのｑ軸電流指令値Ｉq_cとが逐次決定される。なお、本実施形態では、電流指令決定部４１で決定されるｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cは、電機子巻線６，７の両者に対して共通の基本指令値である。
【００９５】
そして、電流指令決定部４１により決定されたｄ軸電流指令値Ｉd_cと、前記ｄ軸電流操作量決定部７３により決定されたｄ軸電流操作量ΔＩd_sfとが演算部７４ａ，７４ｂに入力される。このとき、演算部７４ａでは、Ｉd_cにΔＩd_sfを加算することによって、ステータ４側の電機子巻線６に関するｄ軸電流指令値としての第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1を求める。また、演算部７４ｂでは、演算部７４ａと逆に、Ｉd_cからΔＩd_sfを減算することによって、ステータ５側の電機子巻線７に関するｄ軸電流指令値としての第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2を求める。
【００９６】
この場合、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfが負の値であるとき（ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合）には、電機子巻線６に関する第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに、ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁弱め方向の界磁電流成分を付加してなるｄ軸電流指令値となる。同時に、電機子巻線７に関する第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに、ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁強め方向の界磁電流成分を付加してなるｄ軸電流指令値となる。
【００９７】
また、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfが正の値であるとき（ロータ３の位置が中立位置からステータ５側に変位している場合）には、電機子巻線６に関する第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに、ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁強め方向の界磁電流成分を付加してなるｄ軸電流指令値となる。同時に、電機子巻線７に関する第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに、ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁弱め方向の界磁電流成分を付加してなるｄ軸電流指令値となる。
【００９８】
上記のように演算部７４ａにより求められた第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1と、前記電流指令決定部４１で決定されたｑ軸電流指令値Ｉq_cと、レゾルバ２２によるロータ角度検出値θm_sとが、電流制御部７５ａに逐次入力される。同様に、演算部７４ｂにより求められた第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2と、ｑ軸電流指令値Ｉq_cと、レゾルバ２２によるロータ角度検出値θm_sとが、電流制御部７５ｂに逐次入力される。なお、電流制御部７５ａ，７５ｂには、ロータ回転速度ωm_sも逐次入力される。
【００９９】
そして、これらの電流制御部７５ａ，７５ｂは、それぞれ、第１実施形態における電流制御部４５と同様の処理を実行することで、ステータ４側の電機子巻線６の各相電流と、ステータ５側の電機子巻線７の各相電流とをそれぞれ制御する。
【０１００】
さらに詳細には、ステータ４側の電機子巻線６に対応する電流制御部７５ａは、ステータ４側の電機子巻線６の２つの相（本実施形態ではＵ相、Ｗ相）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４７ａ，４８ａ、ＢＰフィルタ（バンドパスフィルタ）４９ａ、およびｄｑ変換部５０ａとを備える。そして、電流制御部７５ａは、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、電流センサ４７ａ，４８ａの出力をＢＰフィルタ４９ａに通すことにより得られたＵ相の電機子巻線６ｕの電流検出値Ｉu_s1と、Ｗ相の電機子巻線６ｗの電流検出値Ｉw_s1と、これらから算出されるＶ相の電機子巻線６ｖの電流検出値Ｉv_s1とを、ｄｑ変換部５０ａにおいて、ロータ３の電気角（θm_s×ロータ３の極対数）に応じて座標変換することにより、ステータ４側の電機子巻線６のｄ軸電流検出値Ｉd_s1およびｑ軸電流検出値Ｉq_s1を算出する。
【０１０１】
電流制御部７５ａは、さらに、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、前記第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1とｄ軸電流検出値Ｉd_s1との偏差ΔＩd1（＝Ｉd_ca1−Ｉd_s1）を求める演算部５１ａと、前記ｑ軸電流指令値Ｉq_cとｑ軸電流検出値Ｉq_s1との偏差ΔＩq1（＝Ｉq_c−Ｉq_s1）を求める演算部５２ａと、それぞれの偏差ΔＩd1，ΔＩq1から、それぞれフィードバック制御則としてのＰＩ制御則（比例・積分制御則）により該偏差ΔＩd1，ΔＩq1を０に近づけるように、ステータ４側の電機子巻線６のｄ軸電圧の基本指令値Ｖd1_c1およびｑ軸電圧の基本指令値Ｖq1_c1を各々算出するＰＩ制御部５３ａ，５４ａと、ｄ軸および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_c1およびｑ軸電圧の補正量Ｖq2_c1を求める非干渉制御部５５ａとを備える。なお、非干渉制御部５５ａは、ｄ軸側の補正量Ｖd2_c1をｑ軸電流指令値Ｉq_cとロータ回転速度θm_sとから算出し、ｑ軸側の補正量Ｖq2_c1を第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1とロータ回転速度θm_sとから算出する。
【０１０２】
さらに、電流制御部７５ａは、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、ｄ軸電圧の前記基本指令値Ｖd1_c1に補正量Ｖd2_c1を加えることで、最終的なｄ軸電圧指令値Ｖd_cを求める演算部５６ａと、ｑ軸電圧の前記基本指令値Ｖq1_c1に補正量Ｖq2_c1を加えることで、最終的なｑ軸電圧指令値Ｖq_c1を求める演算部５７ａと、それらの、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c1およびｑ軸電圧指令値Ｖq_c1から、電機子巻線６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの相電圧指令値Ｖu_c1，Ｖv_c1，Ｖw_c1を求める３相変換部５８ａと、これらの相電圧指令値Ｖu_c1，Ｖv_c1，Ｖw_c1に応じて、各相の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗに通電するパワードライブユニット５９ａ（以下、ＰＤＵ５９ａという）とを備える。
【０１０３】
この場合、前記３相変換部５８ａは、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c1およびｑ軸電圧指令値Ｖq_c1を、ロータ３の電気角に応じて座標変換することにより、前記相電圧指令値Ｖu_c1，Ｖv_c1，Ｖw_c1を算出する。また、ＰＤＵ５９ａは、第１実施形態のＰＤＵ５９と同様に、インバータ回路（図示省略）を備えており、相電圧指令値Ｖu_c1，Ｖv_c1，Ｖw_c1に応じたＰＷＭ制御によりインバータ回路の各相のスイッチ素子のオン・オフを制御することにより、各相の電機子巻線６ｕ，６ｖ，６ｗと電動機７１の電源としての蓄電器（図示省略）との間の通電を制御する。
【０１０４】
また、ステータ５側の電機子巻線７に対応する電流制御部７５ｂは、ステータ５側の電機子巻線７の２つの相（本実施形態ではＵ相、Ｗ相）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４７ｂ，４８ｂ、ＢＰフィルタ（バンドパスフィルタ）４９ｂ、およびｄｑ変換部５０ｂとを備える。そして、電流制御部７５ｂは、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、電流センサ４７ｂ，４８ｂの出力をＢＰフィルタ４９ｂに通すことにより得られたＵ相の電機子巻線７ｕの電流検出値Ｉu_s2と、Ｗ相の電機子巻線７ｗの電流検出値Ｉw_s2と、これらから算出されるＶ相の電機子巻線７ｖの電流検出値Ｉv_s2とを、ｄｑ変換部５０ｂにおいて、ロータ３の電気角（θm_s×ロータ３の極対数）に応じて座標変換することにより、電機子巻線７のｄ軸電流検出値Ｉd_s2およびｑ軸電流検出値Ｉq_s2を算出する。
【０１０５】
電流制御部７５ｂは、さらに、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、前記第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2とｄ軸電流検出値Ｉd_s2との偏差ΔＩd2（＝Ｉd_ca2−Ｉd_s2）を求める演算部５１ｂと、前記ｑ軸電流指令値Ｉq_cとｑ軸電流検出値Ｉq_s2との偏差ΔＩq2（＝Ｉq_c−Ｉq_s2）を求める演算部５２ｂと、それぞれの偏差ΔＩd2，ΔＩq2から、それぞれフィードバック制御則としてのＰＩ制御則（比例・積分制御則）により該偏差ΔＩd2，ΔＩq2を０に近づけるように、ステータ５側の電機子巻線７のｄ軸電圧の基本指令値Ｖd1_c2およびｑ軸電圧の基本指令値Ｖq1_c2を各々算出するＰＩ制御部５３ｂ，５４ｂと、ｄ軸および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_c2およびｑ軸電圧の補正量Ｖq2_c2を求める非干渉制御部５５ｂとを備える。なお、非干渉制御部５５ｂは、ｄ軸側の補正量Ｖd2_c2をｑ軸電流指令値Ｉq_cとロータ回転速度θm_sとから算出し、ｑ軸側の補正量Ｖq2_c2を第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2とロータ回転速度θm_sとから算出する。
【０１０６】
さらに、電流制御部７５ｂは、第１実施形態の電流制御部４５と同様に、ｄ軸電圧の前記基本指令値Ｖd1_c2に補正量Ｖd2_c2を加えることで、最終的なｄ軸電圧指令値Ｖd_c2を求める演算部５６ｂと、ｑ軸電圧の前記基本指令値Ｖq1_c2に補正量Ｖq2_c2を加えることで、最終的なｑ軸電圧指令値Ｖq_c2を求める演算部５７ｂと、それらの、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c2およびｑ軸電圧指令値Ｖq_c2から、ステータ５側の電機子巻線７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの相電圧指令値Ｖu_c2，Ｖv_c2，Ｖw_c2を求める３相変換部５８ｂと、これらの相電圧指令値Ｖu_c2，Ｖv_c2，Ｖw_c2に応じて、各相の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗに通電するパワードライブユニット５９ｂ（以下、ＰＤＵ５９ｂという）とを備える。
【０１０７】
この場合、前記３相変換部５８ｂは、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c2およびｑ軸電圧指令値Ｖq_c2を、ロータ３の電気角に応じて座標変換することにより、前記相電圧指令値Ｖu_c2，Ｖv_c2，Ｖw_c2を算出する。また、ＰＤＵ５９ｂは、第１実施形態のＰＤＵ５９と同様に、インバータ回路（図示省略）を備えており、相電圧指令値Ｖu_c2，Ｖv_c2，Ｖw_c2に応じたＰＷＭ制御によりインバータ回路の各相のスイッチ素子のオン・オフを制御することにより、各相の電機子巻線７ｕ，７ｖ，７ｗと電動機７１の電源としての蓄電器（図示省略）との間の通電を制御する。
【０１０８】
以上説明した電流制御部７５ａの各機能部の制御処理により、ステータ４側の電機子巻線６の各相電流が第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1およびｑ軸電流指令値Ｉq_cに対応する電機子巻線６の各相電流の指令値（Ｉd_ca1およびＩq_cの組をロータ３の電気角に応じて３相に座標変換してなる各相電流の指令値）に一致するように制御される。また、電流制御部７５ｂの各機能部の制御処理により、ステータ５側の電機子巻線７の各相電流が第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2およびｑ軸電流指令値Ｉq_cに対応する電機子巻線７の各相電流の指令値（Ｉd_ca2およびＩq_cの組をロータ３の電気角に応じて３相に座標変換してなる各相電流の指令値）に一致するように制御される。これにより、トルク指令値Ｔr_cのトルクが電動機７１の出力軸１ａに発生するように電動機７１の運転制御がなされる。
【０１０９】
この場合、本実施形態では、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合、すなわち、磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力が、ステータ５からステータ４に向かう向きのスラスト力となる場合には、ステータ４側の電機子巻線６のｄ軸電流の指令値としての第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1は、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさを有する界磁弱め方向の界磁電流成分をｄ軸電流指令値Ｉd_cに付加したものである。そして、その付加された界磁弱め方向の界磁電流成分に起因してステータ４側で発生する電流磁束は、該ステータ４とロータ３との間で磁石磁束と逆向きになるので、ステータ４からステータ５に向かう向きの反発力（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力と逆向きの反発力）をロータ３に作用させる。同時に、ステータ５側の電機子巻線７のｄ軸電流の指令値としての第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1は、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁強め方向の界磁電流成分をｄ軸電流指令値Ｉd_cに付加したものである。そして、その付加された界磁強め方向の界磁電流成分に起因してステータ５側で発生する電流磁束は、該ステータ５とロータ３との間で磁石磁束と同じ向きになるので、ステータ４からステータ５に向かう向きの吸引力（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力と逆向きの吸引力）をロータ３に作用させる。これにより、ロータ３に作用するトータルのスラスト力が、０に近づくように調整されることとなる。
【０１１０】
また、ロータ３の位置が中立位置からステータ５側に変位している場合、すなわち、磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力が、ステータ４からステータ５に向かう向きのスラスト力となる場合には、ステータ４側の電機子巻線６のｄ軸電流の指令値としての第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1は、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁強め方向の界磁電流成分をｄ軸電流指令値Ｉd_cに付加したものである。そして、その付加された界磁強め方向の界磁電流成分に起因してステータ４側で発生する電流磁束は、該ステータ４とロータ３との間で磁石磁束と同じ向きになるので、ステータ５からステータ４に向かう向きの吸引力（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力と逆向きの吸引力）をロータ３に作用させる。同時に、ステータ５側の電機子巻線７のｄ軸電流の指令値としての第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2は、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさ分だけ界磁弱め方向の界磁電流成分をｄ軸電流指令値Ｉd_cに付加したものである。そして、その付加された界磁弱め方向の界磁電流成分に起因してステータ５側で発生する電流磁束は、該ステータ５とロータ３との間で磁石磁束と逆向きになるので、ステータ５からステータ４に向かう向きの反発力（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力と逆向きの反発力）をロータ３に作用させる。これにより、ロータ３に作用するトータルのスラスト力が、０に近づくように調整されることとなる。
【０１１１】
この結果、ロータ３の位置が中立位置からステータ４，５のいずれの側に変位している場合であっても、電動機１の出力軸１ａをハウジングに支持する軸受けに、ロータ３の軸心方向で作用するスラスト力を軽減することができる。ひいては、第１実施形態と同様に、該軸受けの損傷や早期劣化を防止することができる。また、電動機１の部品コストを低減できると共に、電動機１の小型化を図ることができる。
【０１１２】
次に、以上説明した第１および第２実施形態の変形態様をいくつか説明する。
［変形態様１］
前記各実施形態においては、サーチコイル２４，２５を用いてロータ変位Δｓ（換言すれば両ステータ４，５に対するロータ３の相対位置）を認識するようにしたが、ロータ３に実際に作用するスラスト力を、適宜のセンサを使用して検出し、その検出したスラスト力に応じてｄ軸電流を調整するようにしてもよい。
【０１１３】
この場合には、例えば、電動機１の出力軸１ａをハウジングに支持する軸受けとハウジングとの間に介在させた力センサもしくは圧力センサ、あるいは、ハウジングに取り付けたひずみゲージを使用して、ロータ３に作用するスラスト力を、その向きを含めて検出する。そして、そのスラスト力の検出値の目標値を０もしくは０近傍の値として、該スラスト力の検出値と目標値との偏差から、ＰＩ制御などのフィードバック制御則により、前記第１実施形態または第２実施形態におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定するようにすればよい。
［変形態様２］
また、前記第２実施形態では、ロータ３の位置が中立位置から変位しており、ロータ３にスラスト力が作用する状況で、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfにより、ステータ４側の電機子巻線６の界磁電流成分とステータ５側の電機子巻線７の界磁電流成分との両者を調整するようにしたが、電機子巻線６，７のいずれか一方の界磁電流成分だけを調整するようにしてもよい。この場合には、演算部７４ａ，７４ｂのいずれか一方を省略し、その省略した演算部７４ａまたは７４ｂに対応する電流制御部７５ａまたは７５ｂに、ｄ軸電流指令値Ｉd_cをそのまま入力するようにすればよい。このようにすることにより、前記第３発明または第４発明の一実施形態が構成されることとなる。
［変形態様３］
あるいは、第２実施形態におけるｄ軸電流操作量決定部７３を、第１実施形態におけるｄ軸電流操作量決定部４３に置き換え、このｄ軸電流操作量決定部４３により決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfをｄ軸電流指令値Ｉd_cから減算してなる値を、第１補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca1および第２補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_ca2として用いるようにしてもよい。このようにした場合には、電機子巻線６，７には、常に、各相毎に同等の電流が流れることとなるので、実質的に、第１実施形態と同様に、各電機子巻線６，７の電流が制御されることとなる。ひいては、第１実施形態と同様の効果を奏することとなる。このようにすることにより、前記第２発明の一実施形態が構成されることとなる。
［変形態様４］
また、前記各実施形態あるいは変形態様１〜３においては、ロータ変位検出用センサ２３を用いてロータ変位Δｓを推定し、もしくは、スラスト力を検出し、それに応じて、ロータ３に作用するスラスト力を抑制するためのｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定するようにしたが、電動機１の製造時の検査などによりロータ変位Δｓや、磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力が判っているような場合には、ロータ変位検出用センサ２３を省略し、個々の電動機１毎にｄ軸電流操作量ΔＩd_sfをあらかじめ定めた所定値としてもよい。
【０１１４】
あるいは、個々の電動機１毎に、ロータ３の回転速度とｄ軸電流操作量ΔＩd_sfとの関係を規定する設定データ（データテーブルや関係式など）をあらかじめ作成して、制御装置２または７２に記憶保持しておき、前記ロータ回転速度ωm_sから、該設定データに基づいてｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを決定するようにしてもよい。例えば、前記第１実施形態におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを、ロータ回転速度ωm_sから、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかに示す設定データ（ゲータテーブル）に基づいて決定するようにしてもよい。
【０１１５】
図８（ａ）の例では、ロータ回転速度ωm_sが所定値ωm1以下となる低速域では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを０とし、ロータ回転速度ωm_sが所定値ωm1以上となる速度域では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを界磁弱め方向の所定値（負の値）とする。また、図８（ｂ）の例では、ロータ回転速度ωm_sが所定値ωm2以下となる低速域では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを０とし、該所定値ωm2以上の回転速度域では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを界磁弱め方向に増加させていく。
【０１１６】
これらの例では、低速域では、電動機１の出力軸１ａをハウジングに支持する軸受けにスラスト力が作用しても、該軸受けの損傷や劣化が生じ難いことから、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfが０もしくは微小なものになるようにしている。
【０１１７】
また、図８（ｃ）の例では、ロータ回転速度ωm_sがある特定の回転速度ωm3，ωm4（≒２・ωm3），ωm5（≒３・ωm3）の近傍の回転速度となる場合に、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfをそれぞれ所定値（負の値）とし、それ以外の回転速度では、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを０とする。また、図８（ｄ）の例では、ロータ回転速度ωm_sがある特定の回転速度ωm3，ωm4（≒２・ωm3），ωm5（≒３・ωm3）の近傍の回転速度となる場合に、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfをそれぞれ、負方向に山型のパルス状に変化させる。
【０１１８】
すなわち、電動機１のロータ３を含む回転系は、その回転系の構造やサイズなどに応じた固有の共振周波数を有し、電動機１のロータ回転速度が、該共振周波数に対応する回転速度の近傍の回転速度であるときに、電動機１の回転径の回転運動とスラスト力とによって、スラスト方向（ロータ３の軸心方向）で機械的な共振現象が発生することがある。そこで、図８（ｃ），（ｄ）の例では、上記共振周波数に対応する特定の回転速度において、ロータ３の軸心方向（スラスト方向）で機械的なωm3，ωm4，ωm5の近傍で、ｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの大きさを有する界磁弱め方向の界磁電流成分を電動機１の電機子巻線６，７のｄ軸電流に付加するようにした。これにより、電動機１における機械的な共振現象の発生を防止する。
【０１１９】
このように前記第１実施形態におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを、ロータ回転速度ωm_sから、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかに示す設定データ（ゲータテーブル）に基づいて決定することによって、前記第１２発明の一実施形態が構成される。
【０１２０】
なお、第２実施形態におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを、上記の如く設定データを使用して決定する場合には、例えば次のようにすればよい。
【０１２１】
すなわち、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力がステータ５からステータ４に向かう向きのスラスト力となる場合）には、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを演算部７４ａ，７４ｂに入力する。また、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力がステータ４からステータ５に向かう向きのスラスト力となる場合）には、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの符号を反転させたものを、演算部７４ａ，７４ｂに入力する。このようにすることにより、前記第１２発明の一実施形態が構成される。
【０１２２】
また、前記変形態様２におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを、上記の如く設定データを使用して決定する場合には、例えば次のようにすればよい。
【０１２３】
すなわち、ロータ３の位置が中立位置からステータ４側に変位している場合（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力がステータ５からステータ４に向かう向きのスラスト力となる場合）には、演算部７４ｂを省略し、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを演算部７４ａに入力する。あるいは、演算部７４ａを省略し、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの符号を反転させたものを、演算部７４ｂに入力する。
【０１２４】
また、ロータ３の位置が中立位置からステータ５側に変位している場合（磁石磁束に起因してロータ３に作用するスラスト力がステータ４からステータ５に向かう向きのスラスト力となる場合）には、演算部７４ａを省略し、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを演算部７４ｂに入力する。あるいは、演算部７４ｂを省略し、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データにより決定されるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfの符号を反転させたものを、演算部７４ａに入力する。
【０１２５】
上記のように変形態様２におけるｄ軸電流操作量ΔＩd_sfを、図８（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設定データを使用して決定することにより、前記第１３発明または第１４発明の一実施形態が構成される。
［変形態様５］
また、前記各実施形態あるいは各変形態様では、ロータ３の磁極配列をハルバッハ型の磁極配列にしたが、必ずしもそのようにする必要はない。例えば、ロータ３に備える永久磁石を前記主永久磁石８のみにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１実施形態における電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における電動機のロータおよびステータの斜視図。
【図３】図２に示すロータの分解斜視図。
【図４】図２に示すロータをその軸心方向で見たときの磁極の配列を示す図。
【図５】第１実施形態の装置に備えたロータ変位量検出用センサを示す図。
【図６】図６（ａ），（ｂ）は第１実施形態におけるスラスト力の抑制の原理を説明ｓるための図。
【図７】本発明の第２実施形態における電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に関する変形態様４において使用する設定データ（データテーブル）の例を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１２７】
１，７１…電動機、２，７２…制御装置、３…ロータ、４，５…ステータ、６，７…電機子巻線、８，１０，１２…永久磁石、２３…ロータ変位検出用センサ（スラスト力発生状態検出手段）、４３，７３…ｄ軸電流操作量決定部（界磁電流制御手段）、４４，７４ａ，７４ｂ…演算部（界磁電流制御手段）。
【図１】
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【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】
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