本発明の一実施形態を図1~図6を参照して� ��明する。

 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。

 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� ��源、補助的な推進力発生源として備えてい� ��。電動機3は、詳細は後述するが、ロータ11� ��、第1ステータ12a及び第2ステータ12bとを備� �たアキシャルギャップ型の電動機である。� �動機3には、そのロータ11の回転角度を検出� �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。

 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� �れている。なお、内燃機関2の出力軸2aと電� �機3の回転軸3aとを減速機などの動力伝達機� �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� �入力側に接続されている。変速機5の出力側� ��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。

 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� ��て、クラッチ4、変速機5、および差動歯車� �ニット6を介して駆動輪7,7に伝達される。こ� ��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� ��る車両1の運動エネルギーにより該電動機3� �発電を行いつつ、その発電エネルギーを電� �機3の電源たる蓄電器(図示省略)に充電する� �生運転も可能である。その回生運転時に該� �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。

 また、車両1は、電動機3の動作制御を行� �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� �検出値θm_sが入力されると共に、電動機3の� �力トルクの要求値であるトルク指令値Tr_cが� ��力される。トルク指令値Tr_cは、車両1の統� �的な運転制御を担う車両運転制御装置(図示� ��略)により、車両1のアクセルペダルの操作� �やブレーキペダルの操作量、車速などに応� �て決定される。

 そして、制御装置8は、トルク指令値Tr_c� �出力トルクを電動機3に発生させるように第1 ステータ12a及び第2ステータ12bの電機子巻線� �通電電流を制御する。

 図2(a),(b)は、電動機3のロータ11と、第1ス� ��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� �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� ��ータ12bを電動機3の分解状態で示している。

 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1 5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� �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� �状体17を連結する複数の仕切り板18とを一体� ��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� �に取り付けられる。

 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� ��タ11の軸心回りに等角度間隔で配列されて� �る。そして、基体16の外周面と、環状体17の� ��周面と、ロータ11の周方向で互いに隣合う� �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� �。これにより、基体16と環状体17との間で複� ��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。

 各永久磁石15は、その厚み方向(ロータ11� �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� ��の厚み方向における同じ側の面の磁極が、� ��2(b)の各永久磁石15に記載したように、互い� ��異なるものとされている。換言すれば、ロ� ��タ11が有する複数の永久磁石15は、ロータ11� ��周方向で隣り合う永久磁石15,15の磁束の向� �(ロータ11の軸方向での向き)が互いに逆向き� ��なるように配列されている。なお、図示の� ��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。

 補足すると、ロータ11の軸心方向の一方� �面側と他方の面側とにそれぞれ別個に永久� �石を配列するようにしてもよい。

 第1ステータ12a及び第2ステータ12bは、厚� �が異なる以外は同一の構造を有し、図2(b)に� ��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� �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とテ ィース20a及び基体19bと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のティース20a及び第2ステータ1 2bのティース20bの個数はそれぞれ36個である� �

 第1ステータ12a及び第2ステータ12bには、� �2(b),図3に示したように、周方向で隣り合う� �ィース20a,20a間の溝であるスロット21aに電機� ��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。図3は第1ステータ12a及び第2ステータ12b の断面図である。

 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� �る電機子巻線22bは、3相(U相、V相、W相)分で� �る。また、第1ステータ12aにおける電機子巻� ��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 。

 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� �に、ロータ11の永久磁石15の個数と同数の巻� ��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� �着される。第2ステータ12b側の電機子巻線22b� ��ついても同様である。

 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� �線22bの巻き線パターンは同一で、第1ステー� ��12aの電機子巻線22aのターン数が第2ステータ 2bの電機子巻線22bのターン数よりも少なく設� ��されている。そして、これにより、第1ステ ータ12aの電機子巻線22aについては、交流イン ピーダンスを低くして通電量を大きくし、こ れにより電動機3の出力トルクを増大させて� �る。一方、第2ステータ12bの電機子巻線22bに� ��いては、電流を供給したときに生じる磁束� ��大きくして、後述する界磁制御に必要とな� ��通電量を減少させている。

 また、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� �巻線22bよりも大きく、これにより、第2ステ� ��タ22bの厚みを第1ステータ22aよりも薄くして いる。

 第1ステータ12a及び第2ステータ12bは、電� �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1 1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� ��ータ12bのティース20bの先端面がロータ11に� �接して対向する。

 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� �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� ��するように、第1ステータ12a及び第2ステー� �12bが電動機3に組み付けられている。

 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� �、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� �電機子巻線22aと、これと同じ相の第2ステー� ��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� �テータ12bの電機子巻線22bの巻き線ループと� �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� �タ12a側の巻き線ループと第2ステータ12b側の� ��き線ループとが互いに同じ角度位置に存す� ��ように)、第1ステータ12a及び第2ステータ12b� ��装着されている。

 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� �電機子巻線22bとに、同一位相の電流を通電� �たとき、各相毎に、第1ステータ12aの電機子� ��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� ��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� �構造を有しているので、第1ステータ12a及び� ��2ステータ12bの各相毎の磁気回路断面積(磁� �の断面積)は、互いに同一である。

 次に、図4を参照して、制御装置8の構成� �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、� �イクロコンピュータなどを含む電子回路ユ� �ットにより構成されたものである。なお、� �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� �相の電機子巻線に参照符号13bを付する。

 先ず、制御装置8による電動機3の制御処� �の概要を説明する。本実施形態では、いわ� �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13 a,13bの通電電流(相電流)を制御する。すなわ� �、制御装置8は、電動機3を、2相直流のd-q座� �系での等価回路に変換して扱う。

 この等価回路は、d軸上の電機子(以下、d� ��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。d-q座標系は、ロ� �タ11の永久磁石15による界磁方向をd軸、d軸� �直交する方向をq軸として電動機3のロータ11� ��一体に回転する回転座標系である。

 d-qベクトル制御においては、q軸電機子の 通電量を調節することにより、電動機3の出� �トルクを制御することができる。また、d軸� ��機子の通電量を調節することにより、ロー� ��11の永久磁石15による磁束を強める制御(界� �強め制御)と、ロータ11の永久磁石15による磁 束を弱める制御(界磁弱め制御)とを行うこと� ��できる。そして、制御装置8は、第1ステー� �12aの電機子巻線13aをq軸電機子の巻線とし、� ��2ステータ12bの電機子巻線13bをd軸電機子の� �線として、d-qベクトル制御を行う。

 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� �力させるように、電動機3の第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� �13bの各相電流を制御する。

 制御装置8は、その機能的構成として、q� �電機子の電流(本発明のトルク電流に相当す� ��。以下、q軸電流という)の指令値であるq軸� ��流指令値Iq_c、及びd軸電機子の電流(本発明� ��界磁電流に相当する。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を決定する 電流指令決定部30を備えている。

 電流指令決定部30は、予め実験やコンピ� �ータシミュレーション等により設定された� �動機3の出力トルクTr及び第1ステータ12aの電� ��子巻線13aの端子間電圧Vtと、d軸電流Id及びq� ��電流Iqの対応マップに、トルク指令値Tr_cを� ��用して、q軸電流指令値Iq_c及びd軸電流指令� ��Id_cを決定する。なお、該対応マップのデー タは、制御装置8のメモリ(図示しない)に保持 されている。

 また、制御装置8は、q軸電流指令値Iq_c及� ��d軸電流指令値Id_cに応じて、d軸電機子の巻� ��の電圧(以下、d軸電圧という)の指令値であ� ��d軸電圧指令値Vd_c、及びq軸電機子の巻線の� ��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。

 さらに、制御装置8は、第1ステータ12aの3� ��の電機子巻線13a,13a,13aのうちの2つの相、例� ��ばU相、W相の電機子巻線13a,13aのそれぞれの� ��電流を検出する電流検出手段である電流セ� ��サ33a,34aと、これらの電流センサ33a,34aの出� �をBP(Band Pass)フィルタ35aに通すことにより得 られた第1ステータ12aのU相電機子巻線13aの電� ��検出値Iu_s1及びW相電機子巻線13aの電流検出� ��Iw_s1から、q軸電流の検出値(推定値)として� �q軸電流検出値Iq_sを算出するdq変換部36aとを� ��えている。BPフィルタ35aは、電流センサ33a,3 4aの出力からノイズ成分を除去するためのバ� ��ドパス特性のフィルタである。

 dq変換部36aは、第1ステータ12aのU相電機子 巻線13aの電流検出値Iu_s1と、W相電機子巻線13a の電流検出値Iw_s1と、これらから算出されるV 相電機子巻線13aの電流検出値Iv_s1(=-Iu_s1-Iw_s1)� ��を、ロータ11の電気角θe(レゾルバ14による� �ータ11の回転角度の検出値θm_sに、ロータ11� �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りq軸電流検出 値Iq_sを算出する。

 また、制御装置8は、第2ステータ12bの3相� ��電機子巻線13b,13b,13bのうちのU相、W相の電機 子巻線13b,13bのそれぞれの相電流を検出する� �流センサ33b,34bと、これらの電流センサ33b,34b の出力をBPフィルタ35bに通すことにより得ら� ��た第2ステータ12bのU相電機子巻線13bの電流� �出値Iu_s2及びW相電機子巻線13bの電流検出値Iw _s2から、上記式(1)と同様にd軸電流の検出値(� ��定値)としてのd軸電流検出値Id_sを算出するd q変換部36aとを備えている。

 電流制御部40は、q軸電流指令値Iq_cとq軸� �流検出値Iq_sとの偏差δIq(=Iq_c-Iq_s)を求める減 算部41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� �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42と、d軸電流指� �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45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� �本指令値Vd1_cを算出するd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� �を打ち消すためのq軸電圧の補正量Vq2_cおよ� �d軸電圧の補正量Vd2_cを求める非干渉制御部44 とを備えている。

 なお、非干渉制御部44は、q軸側の補正量V q2_cをd軸電流指令値Id_cとロータ角速度(ロー� �角度の検出値θm_sを微分して算出される)と� �ら算出し、d軸側の補正量Vd2_cをq軸電流指令� ��Iq_cとロータ角速度とから算出する。

 さらに、電流制御部40は、q軸電圧の基本� ��令値Vq1_cに補正量Vq2_cを加えて、最終的なq� �電圧指令値Vq_cを求める加算部43と、d軸電圧� ��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47とを� �えている。

 また、制御装置8は、q軸電圧指令値Vq_cか� ��第1ステータ12aのU相、V相、W相のそれぞれの 電機子巻線13aの相電圧指令値Vu_c1,Vv_c1,Vw_c1を� ��める3相変換部31aと、これらの相電圧指令値 Vu_c1,Vv_c1,Vw_c1に応じて第1ステータ12aの各相の 電機子巻線13aに通電する第1PDU(Power Drive Unit) 32aと、第1PDU32aに電力を供給するバッテリ38a(� ��発明の第1の電源に相当する)とを備えてい� �。

 なお、第1PDU32aは、第1ステータ12aの電機� �巻線13aの端子間電圧Vtを検知する機能(該機� �を実現する構成が本発明の端子間電圧検出� �段に相当する)を備えており、端子間電圧Vt� �検出値が電流指令決定部30に入力される。

 3相変換部31aは、q軸電圧指令値Vq_cを、ロー� ��11の電気角θeに応じて、以下の式(2)により� �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。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。

 また、制御装置8は、d軸電圧指令値Vd_cか� ��、上記式(2)と同様にして第2ステータ12bのU� �、V相、W相のそれぞれの電機子巻線13bの相電 圧指令値Vu_c2,Vv_c2,Vw_c2を求める3相変換部31bと 、これらの相電圧指令値Vu_c2,Vv_c2,Vw_c2に応じ� ��第2ステータ12bの各相の電機子巻線13bに通電 する第2PDU32bと、第2PDU32bに電力を供給するバ� ��テリ38b(本発明の第2の電源に相当する)とを� ��えている。

 なお、電流指令決定部30、電流制御部40、 3相変換部31a、第1PUD32a、電流センサ33a,34a、バ ンドパスフィルタ35a、dq変換部36a、3相変換部 31b、第2PDU32b、電流センサ33b,34b、バンドパス� ��ィルタ35b、及びdq変換部36bにより、本発明� �通電制御手段が構成される。

 また、電流指令決定部30の前記対応マッ� �においては、第1ステータ12aの電機子巻線13a� ��端子間電圧Vtが、第1の電源38aの出力電圧に� ��づいて設定された所定電圧以上となったと� ��に、d軸電流指令値Id_cが負(-)に設定され、� �れにより第2ステータ12bの電機子巻線13bにロ� ��タ11の永久磁石の磁束を弱める磁束を生じ� �せる界磁弱め制御が実行される。また、前� �対応マップにおいては、トルク指令値Tr_cが� ��定値以上となったときに、d軸電流指令値Id_ cが正(+)に設定され、これにより第2ステータ1 2bの電機子巻線13bにロータ11の永久磁石の磁� �を強める磁束を生じさせる界磁強め制御が� �行される。

 このように、制御装置8は、第1ステータ12 aの電機子巻線13aをd軸電機子の巻線とし、第2 ステータ12bの電機子巻線13bをq軸電機子の巻� �として、電動機3の作動を制御する。この場� ��、トルク制御用の第1ステータ12aの仕様と、 界磁制御用の第2ステータ12bの仕様を個別に� �立して設定することができる。

 ここで、第1ステータ12aの電機子巻線13aに は、ロータ11を回転させるために比較的大き� ��電流を供給する必要があるが、第2ステータ 12bの電機子巻線13bには、ロータ11の永久磁石1 5の界磁弱め及び界磁強め制御のための小さ� �電流を供給できればよい。

 そこで、本実施形態では、第2ステータ12b 用の第2PDU32bに電力を供給するバッテリ38bの� �力電圧を、第1ステータ12a用の第1PDU32aに電力 を供給するバッテリ38aの出力電圧よりも低く 設定している。そして、これにより、バッテ リ38b、第2PDU2、電流センサ33b,34b、及び第2ス� �ータ12bの電機子巻線13bの耐圧を低く設定す� �ことができ、これらの小型化とコストの低� �を図ることができる。

 また、制御装置8は、第2PDU32bと第2ステー� ��12bの電機子巻線13b間の導通と遮断とを切換� ��る切換スイッチ50を備えている。そして、� �換スイッチ50は、d軸電流指令値Id_cが0である ときにOFFして、第2PDU32bと第2ステータ12bの電� ��子巻線13b間を遮断状態とする。これにより� ��d軸電流を0とするために第2ステータ12bの電� ��子巻線13bに電力供給する必要がなくなるた� ��、電動機3における電力消費を低減すること ができる。

 次に、図5は、第1PUD32aに備えられたイン� �ータ60aと、第2PDU32bに備えられたインバータ6 0bの構成を示した図である。第1PDU32aは、第1� �テータ12aの各相の電機子巻線13aの入力部を� �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� �通/遮断するためのトランジスタ63bとを有す� ��切換回路61aを、各相の電機子巻線13a毎に備� ��たインバータ60aを備えている。そして、第1 PDU32a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。

 同様に、第2PDU32bは、第2ステータ12bの各� �機子巻線13bを高電位側に導通/遮断するため� ��トランジスタ62b(本発明の第1のスイッチン� �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� ��チング素子に相当する)とを有する切換回路 61bを、各相の電機子巻線13b毎に備えたインバ ータ60bを備えている。

 そして、本実施の形態では、d軸指令電流 Id_cが0であるときに切換スイッチ50の各相の� �イッチ50をOFFして第2PDU32bと第2ステータ12bの� ��相の電機子巻線13b間を遮断したが、切換ス� ��ッチ50を備えずに、図6に示したインバータ6 0bの全てのトランジスタ62b,63bをOFF(ゲートオ� �)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� �ンバータ60bの高電位側のトランジスタ62bを� �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� ��スタ62bを全てOFFする、いわゆる3相短絡状態 としてもよい。

 ここで、図6は、d軸電機子の巻線に供給� �る界磁電流の大きさ及び方向を縦軸とし、� �動機3の回転数ωを横軸として、界磁電流と� �動機3の回転数ωとの関係を示したグラフで� �る。図中aはd軸電流の供給を制御して界磁弱 め弱め制御を行う場合を示しており、低回転 域(ω<ω1)では、d軸電流が0(Id=0)となるよう� �、第2ステータ12bの電機子巻線13に供給する� �流を制御する。そして、電動機1の回転数ω� �ω1を超えたときは、d軸電流を次第に増加さ� ��る。これにより、ロータ11の永久磁石の磁� �を弱める磁束を生じさせている。

 そして、電動機1の回転数ωがω2以上とな� ��と、界磁弱め制御を行ったときと3相短絡状 態としたときで、d軸電流の大きさに差がな� �なる。そこで、電動機1の回転数ωがω2以上� �高回転域では、第2ステータ12aの電機子巻線1 3bを3相短絡状態とすることで、d軸電流を供� �することなく界磁弱めの効果を得ることが� �きる。この場合、制御装置8から第2ステータ 12bの電機子巻線13bに電力供給する必要がない ため、電力消費を低減することができる。

 なお、本実施の形態では、本発明の電動� ��制御装置として、ハイブリッド車両に備え� ��れたアキシャルギャップ型の電動機の作動� ��制御するものを示したが、他の用途に用い� ��れるアキシャルギャップ型の電動機の制御� ��置に対しても、本発明の適用が可能である� ��

 また、本実施の形態では、第2ステータ12b 用の第2の電源38bの出力電圧を、第1ステータ1 2a用の第1の電源38aの出力電圧よりも低く設定 したが、かかる設定としない場合であっても 本発明の効果を得ることができる。

 また、本実施の形態では、第1ステータ12a の電機子巻線13aのターン数を、第2ステータ12 bの電機子巻線13bのターン数よりも少なく設� �したが、かかる設定としない場合であって� �本発明の効果を得ることができる。

 また、本実施の形態では、第1ステータと 第2ステータの磁気回路断面積を同一に設定� �たが、かかる設定としない場合であっても� �発明の効果を得ることができる。