專利名稱：電動機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸向間隙型電動機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
以前己知具備具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子、在該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸心方向上設(shè)置
在該轉(zhuǎn)子兩側(cè)的2個(gè)定子、和安裝在各定子上的電樞的軸向間隙型電動機(jī) (例如參照特開平10—271784號公報(bào)、特開2001 — 136721號公報(bào))。根據(jù) 這種軸向間隙型電動機(jī)，可在縮短電動機(jī)在轉(zhuǎn)子軸向上的長度的同時(shí)，發(fā) 生較高的輸出轉(zhuǎn)矩。
就上述現(xiàn)有電動機(jī)而言，軸向間隙型電動機(jī)的通電控制通過通電到配 置于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的兩個(gè)定子的電樞繞組，可降低定子的電樞繞組引起的磁通 泄漏，使電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大。
另外，若使軸向間隙型電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大、軸向間隙型電動機(jī)的 轉(zhuǎn)速增加，則電動機(jī)的端子間產(chǎn)生的感應(yīng)電壓變大，該感應(yīng)電壓與對電樞 繞組的施加電壓之差縮小。因此，可提供給電動機(jī)的電流減少，不能控制 電動機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種電動機(jī)的控制裝置，可擴(kuò)大軸向間 隙型電動機(jī)的可控制范圍，使軸向間隙型電動機(jī)以更高旋轉(zhuǎn)、更高轉(zhuǎn)矩動 作。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的而做出，是一種軸向間隙(axial gap)型電動機(jī) 的控制裝置，具備具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子、和沿該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸心方向隔著 該轉(zhuǎn)子相對設(shè)置的第1定子和第2定子，其特征在于，具備通電控制部件， 向所述第1定子的電樞繞組提供使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子的磁場之轉(zhuǎn)矩 電流的，并且向所述第2定子的電樞繞組提供增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之磁場電流或減弱該磁通的磁場電流。
根據(jù)所述本發(fā)明，所述通電控制部件當(dāng)向所述第1定子的電樞繞組提 供所述轉(zhuǎn)矩電流、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子時(shí)，通過向所述第2定子的電樞繞組 提供增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通的磁場電流，可擴(kuò)大所述電動機(jī)
的可控制范圍的輸出轉(zhuǎn)矩的上限。另外，通過向所述第2定子的電樞繞組
提供減弱所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通的磁場電流，可使所述第1定子 的電樞繞組端子間產(chǎn)生的感應(yīng)電壓減少，可擴(kuò)大所述電動機(jī)的可控制范圍 的轉(zhuǎn)速上限。
另外，其特征在于，所述通電控制部件將所述電動機(jī)變換處理為具有
所述轉(zhuǎn)子磁場方向、即d軸上的電樞、和與d軸正交的q軸上的電樞的2 相直流d—q坐標(biāo)系的等價(jià)電路，作為所述轉(zhuǎn)矩電流，向q軸上的電樞繞 組提供電流，作為所述磁場電流，向d軸上的電樞繞組提供電流。
根據(jù)所述本發(fā)明，由于d軸電樞與q軸電樞在物理上分離構(gòu)成，所以 可設(shè)所述第1定子的規(guī)格有利于轉(zhuǎn)矩輸出，并且，設(shè)所述第2定子的規(guī)格 有利于磁場減弱或磁場增強(qiáng)。另外，通過如此單獨(dú)設(shè)定所述第1定子與所 述第2定子的規(guī)格，可整體提高所述電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
另外，其特征在于，所述通電控制部件在所述電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的要 求值為規(guī)定值以上時(shí)，向所述第2定子的電樞繞組提供產(chǎn)生增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子 的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之磁通的所述磁場電流。
根據(jù)所述本發(fā)明，在所述電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的要求值為所述規(guī)定值以 上時(shí)，通過所述通電控制部件，向所述第2定子的電樞繞組提供增強(qiáng)所述 轉(zhuǎn)子永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之所述磁場電流。另外，由此可使所述轉(zhuǎn)子與所 述第1定子的間隙間的磁通增大，使所述電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大。
另外，其特征在于，具備端子間電壓檢測部件，檢測所述第l定子的 電樞繞組的端子間電壓，所述通電控制部件當(dāng)所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定 子的電樞繞組的端子間電壓為規(guī)定電壓以上時(shí)，向所述第2定子的電樞繞 組提供產(chǎn)生減弱所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁通之磁通的所述磁場電流。
根據(jù)所述本發(fā)明，在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定子的電樞繞組的端子 間電壓變?yōu)樗鲆?guī)定電壓以上時(shí)，利用所述通電控制部件，向所述第2定 子的電樞繞組提供產(chǎn)生減弱所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁通之磁通的所述磁場
5電流。另外，由此可使所述轉(zhuǎn)子與所述第1定子的間隙間磁通減少，抑制 所述第1定子的電樞繞組的端子間電壓上升，維持可從所述第1定子的驅(qū) 動電路向所述第1定子的電樞繞組提供所述轉(zhuǎn)矩電流的狀態(tài)。
另外，其特征在于，具備切換開關(guān)，將所述第2定子的電樞繞組與該
第2定子的電樞繞組的驅(qū)動電路間切換為導(dǎo)通狀態(tài)或截?cái)酄顟B(tài)，所述通電 控制部件在不向所述第2定子的電樞繞組提供產(chǎn)生減弱所述轉(zhuǎn)子的永久磁 鐵磁通之磁通的磁場電流和產(chǎn)生增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁通之磁通的 磁場電流時(shí)，利用所述切換開關(guān)，將所述第2定子的電樞繞組與所述第2 定子的電樞繞組的驅(qū)動電路之間變?yōu)榻財(cái)酄顟B(tài)。
根據(jù)所述本發(fā)明，所述通電控制部件在不向所述第2定子的電樞繞組 提供增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子磁通的磁場電流和減弱所述轉(zhuǎn)子的磁通的磁場電流時(shí)， 利用所述切換開關(guān)，將所述第2定子的電樞繞組與所述第2定子的電樞繞 組的驅(qū)動電路之間變?yōu)榻財(cái)酄顟B(tài)。由此，可以不向所述第2定子的電樞繞 組提供磁場電流，使所述第2定子的電樞繞組的通電量為0，所以可使對 所述電動機(jī)的供電減少。
另外，其特征在于，具備檢測所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測部件，所 述通電控制部件在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定子的電樞繞組的端子間電壓 為規(guī)定電壓以上、且所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為規(guī)定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，構(gòu)成所述第2 定子的驅(qū)動電路，對所述第2定子的每個(gè)相設(shè)置，使切換各相電樞繞組輸 入部向高電位側(cè)的導(dǎo)通與截?cái)嗟牡?開關(guān)元件、與切換各相電樞繞組輸入 部向低電位側(cè)的導(dǎo)通與截?cái)嗟牡?開關(guān)元件均為OFF狀態(tài)，或使所述各第 1開關(guān)元件為ON狀態(tài)，所述各第2開關(guān)元件為OFF狀態(tài)，或使所述各第 1開關(guān)元件為OFF狀態(tài)，所述各第2開關(guān)元件為ON狀態(tài)。
根據(jù)所述本發(fā)明，細(xì)節(jié)如后所述，但在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定子 的電樞繞組的端子間電壓為規(guī)定電壓以上、且所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為所述規(guī) 定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，所述通電控制部件設(shè)所述各第l開關(guān)元件為ON狀態(tài)，所 述各第2開關(guān)元件為OFF狀態(tài)，或設(shè)所述各第1開關(guān)元件為OFF狀態(tài)， 所述第2開關(guān)元件為ON狀態(tài)。由此，細(xì)節(jié)如后所述，但與向所述第2定 子的電樞繞組提供磁場電流的情況一樣，可利用因所述第2定子的電樞繞 組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓而流過的電流，產(chǎn)生減弱所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁通之效果。因此，可使提供給所述電動機(jī)的功率減少。
另外，其特征在于，個(gè)別地具備用于向所述第l定子的電樞繞組提供
所述轉(zhuǎn)矩電流的第1電源、和用于向所述第2定子的電樞繞組提供所述磁 場電流的第2電源，所述第2電源的輸出電壓設(shè)定得比所述第1電源的輸 出電壓低。
根據(jù)所述本發(fā)明，向所述第2定子的電樞繞組提供用于減弱或用于增 強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之較小的所述磁場電流，不提供用于旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子的大電流。因此，可將所述第2電源的輸出電壓設(shè)定得比 所述第1電源的輸出電壓低。另外，由此可降低所述第2電源與所述第2 定子的電樞繞組和所述第2定子的電樞繞組驅(qū)動電路的耐壓規(guī)格，所以可 簡化這些絕緣構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)容積的小型化與成本降低。
另外，其特征在于，所述第l定子的電樞繞組的匝數(shù)設(shè)定得比所述第 2定子的電樞繞組的匝數(shù)少。
根據(jù)所述本發(fā)明，就所述第l定子的電樞繞組而言，可增大提供所述 轉(zhuǎn)矩電流而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，就所述第2定子的電樞繞組而言，可提高減弱提 供所述磁場電流而產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)子的磁通的效果和增強(qiáng)該磁通的效果。
另外，其特征在于，將所述第1定子與所述第2定子的磁路截面積設(shè) 定為相同。
根據(jù)所述本發(fā)明，由于所述第1定子與所述第2定子的磁路電阻大致 相同，所以可提高減弱向所述第2定子的電樞繞組提供所述磁場電流引起 的所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之效果及增強(qiáng)該磁通的效果。


圖1是搭載本發(fā)明電動機(jī)的控制裝置的車輛構(gòu)成圖。
圖2是軸向間隙型電動機(jī)的構(gòu)造說明圖。
圖3是第1定子和第2定子中的電樞繞組的安裝狀態(tài)說明圖。
圖4是表示電動機(jī)的控制裝置的功能構(gòu)成框圖。
圖5是電動機(jī)的驅(qū)動電路的構(gòu)成圖。
圖6是比較執(zhí)行磁場減弱控制的情況與設(shè)為3相短路狀態(tài)的情況的說 明圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖l一圖6來說明本發(fā)明的一實(shí)施方式。
首先，參照圖1，說明搭載本實(shí)施方式電動機(jī)的車輛的示意構(gòu)成。圖 1是表示該車輛的示意構(gòu)成圖。
本實(shí)施方式的車輛1是平行型混合動力車輛，具備內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動機(jī))2 與電動機(jī)3，分別作為車輛1的主要推進(jìn)力發(fā)生源、輔助推進(jìn)力發(fā)生源。 電動機(jī)3的細(xì)節(jié)如后所述，是具備轉(zhuǎn)子11與第1定子12a和第2定子12b 的軸向間隙型電動機(jī)。電動機(jī)3中配備作為檢測該轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)角度的 旋轉(zhuǎn)角度檢測部件之分解器(resolver)14。
內(nèi)燃機(jī)1的輸出軸2a同軸直接連結(jié)于與電動機(jī)3的轉(zhuǎn)子11 一體自由 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸3a上。也可經(jīng)減速機(jī)等動力傳遞機(jī)構(gòu)來連接內(nèi)燃機(jī)2的輸 出軸2a與電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)軸3a。這些輸出軸2a和旋轉(zhuǎn)軸3a經(jīng)離合器4 連接于變送器5的輸入側(cè)。變送器5的輸出側(cè)經(jīng)差速齒輪單元6連接于車 輛1的驅(qū)動輪7、 7。
在該車輛1中，內(nèi)燃機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)矩或向內(nèi)燃機(jī)2附加了電動機(jī)3的 輸出轉(zhuǎn)矩(動力轉(zhuǎn)矩)的轉(zhuǎn)矩作為車輛1的推進(jìn)力，經(jīng)離合器4、變送器5 和差速齒輪單元6傳遞到驅(qū)動輪7、 7。由此，車輛1行走。另外，電動機(jī) 3也能夠利用從驅(qū)動輪7、 7側(cè)傳遞到電動機(jī)3的車輛1的運(yùn)動能量來執(zhí)行 該電動機(jī)3的發(fā)電，同時(shí)執(zhí)行向作為電動機(jī)3的電源的蓄電池(省略圖示) 充電該發(fā)電能量的再生運(yùn)轉(zhuǎn)。該再生運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)該電動機(jī)3發(fā)生的再生轉(zhuǎn)矩用 作車輛1的制動力。
另外，車輛l具備執(zhí)行電動機(jī)3的動作控制的控制裝置8。從所述分 解器14向該控制裝置8輸入轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)角度檢測值e m—s，并且，向 該控制裝置8輸入作為電動機(jī)3的輸出轉(zhuǎn)矩要求值的轉(zhuǎn)矩指令值Tr—c。轉(zhuǎn) 矩指令值Tr一c由承擔(dān)車輛1的統(tǒng)一運(yùn)轉(zhuǎn)控制的車輛運(yùn)轉(zhuǎn)控制裝置(省略圖 示)對應(yīng)于車輛1的加速踏板的操作量或制動踏板的操作量、車速等來確 定。
另外，控制裝置8控制第1定子12a和第2定子12b的電樞繞組的通 電電流，以使電動機(jī)3發(fā)生轉(zhuǎn)矩指令值Tr c的輸出轉(zhuǎn)矩。
8圖2(a)、 (b)是表示電動機(jī)3的轉(zhuǎn)子11、第l定子12a和第2定子12b 的構(gòu)造斜視圖。圖2(a)以電動機(jī)3的組裝狀態(tài)示出轉(zhuǎn)子ll、第l定子12a 和第2定子12b，圖2(b)以電動機(jī)3的分解狀態(tài)示出轉(zhuǎn)子11、第1定子12a 和第2定子12b。
轉(zhuǎn)子11由非磁性材料構(gòu)成的框體14、和組裝在該框體14上的多個(gè)永 久磁鐵15構(gòu)成。框體14 一體形成圓板狀基體16;在該基體16的外周 面與徑向上存在間隔、在該基體16的周圍同軸心設(shè)置的圓形環(huán)狀體17; 和連結(jié)這些基體16和環(huán)狀體17的多個(gè)隔板18來構(gòu)成。在基體16上，如 圖2(a)中虛線所示，同軸心裝配旋轉(zhuǎn)軸3a。
多個(gè)隔板18在基體16的外周面與環(huán)狀體17的內(nèi)周面之間放射狀延 伸，繞轉(zhuǎn)子11的軸心以等角度間隔排列。另外，在由基體16的外周面、 環(huán)狀體17的內(nèi)周面、和轉(zhuǎn)子11的周向上彼此相鄰的隔板18、 18包圍的 各空間中，嵌入與其相同形狀(扇板形狀)的永久磁鐵15。由此，在基體16 與環(huán)狀體17之間，多個(gè)永久磁鐵15繞轉(zhuǎn)子11的軸心以等角度間隔排列。
各永久磁鐵15是在其厚度方向(轉(zhuǎn)子11的軸心方向)上的一面為N極、 另一面為S極的磁鐵。另外，轉(zhuǎn)子11的周向上彼此相鄰的永久磁鐵15、 15其厚度方向上相同側(cè)的面的磁極如圖2(b)的各永久磁鐵15所記載的那 樣，彼此不同。換言之，轉(zhuǎn)子11具有的多個(gè)永久磁鐵15排列成在轉(zhuǎn)子11 的周向上與彼此相鄰的永久磁鐵15、15的磁通方向(轉(zhuǎn)子11軸向上的方向) 相互逆向。另外，在圖示的實(shí)例中，永久磁鐵15的個(gè)數(shù)為12個(gè)，轉(zhuǎn)子ll 的極對數(shù)為6。
若補(bǔ)充，則也可在轉(zhuǎn)子11的軸心方向一面?zhèn)扰c另一面?zhèn)确謩e單獨(dú)排 列永久磁鐵。
第l定子12a和第2定子12b除厚度不同外，具有相同的構(gòu)造，如圖 2(b)所示，各自從環(huán)狀基體19a、 19b軸心方向上的兩端面中的一個(gè)面向該 基體19a、 19b的軸心突設(shè)的多個(gè)齒(teeth)20a、 20b繞該基體19a、 1%的 軸心以等角度間隔排列?；w19a與齒20a和基體19b與20b由磁性材料 一體形成。在圖示的實(shí)例中，第l定子12a的齒20a和第2定子12b的定 子20b的個(gè)數(shù)分別為36個(gè)。
在第l定子12a和第2定子12b中，如圖2(b)、圖3所示，在作為周
9向上相鄰的齒20a、 20a間的溝即槽21a中，安裝電樞繞組22a，在作為齒 20b、 20b間的溝即槽21b中，安裝電樞繞組22b。圖3是第l定子12a和 第2定子12b的截面圖。
在本實(shí)施方式中，安裝于第1定子12a上的電樞繞組22a與安裝于第 2定子12b上的電樞繞組22b為3相(U相、V相、W相)。另外，第l定 子12a中的電樞繞組22a的安裝狀態(tài)與第2定子12b中的電樞繞組22b的 安裝狀態(tài)彼此相同。
例如，第1定子12a各相的電樞繞組22a安裝于第1定子12a上，以 便當(dāng)沿第1定子12a的軸心方向看時(shí)，數(shù)量與轉(zhuǎn)子11的永久磁鐵15的個(gè) 數(shù)相同的繞組環(huán)沿第1定子12a的周向以等角度間隔形成。第2定子12b 側(cè)的電樞繞組22b也一樣。
另外，第1定子12a側(cè)的電樞繞組22a的繞組圖案與第2定子12b側(cè) 的電樞繞組22b的繞組圖案相同，第1定子12a的電樞繞組22a的匝數(shù)設(shè) 定得比第2定子2b的電樞繞組22b的匝數(shù)少。由此，就第1定子12a的 電樞繞組22a而言，降低交流阻抗，增大通電量，由此，使電動機(jī)3的輸 出轉(zhuǎn)矩增大。另一方面，就第2定子12b的電樞繞組22b而言，增大提供 電流時(shí)產(chǎn)生的磁通，使后述的磁場控制所需的通電量減少。
另外，就繞組的線徑而言，第l定子12a的電樞繞組22a的比第2定 子12b的電樞繞組22b的大，由此，第2定子22b的厚度比第1定子22a 薄。
第1定子12a和第2定子12b在電動機(jī)3的組裝狀態(tài)下，如圖2(a)所 示，在第1定子12a與第2定子12b之間夾入轉(zhuǎn)子11，與轉(zhuǎn)子ll同軸心 配置于轉(zhuǎn)子11的軸向兩側(cè)，固定在電動機(jī)3未圖示的外殼上。此時(shí)，第1 定子12a的齒20a和第2定子12b的齒20b的頂端面接近轉(zhuǎn)子11并面對。
在本實(shí)施方式中，將第1定子12a和第2定子12b組裝在電動機(jī)3上， 以便在電動機(jī)3的組裝狀態(tài)下在轉(zhuǎn)子11的軸心方向看時(shí)，第1定子12a 的各齒20a的位置(繞軸心的角度位置)與第2定子12b的各齒20b的位置 (繞軸心的角度位置)一致。
即，使第1定子12a的各個(gè)齒20a與第2定子12b的各個(gè)齒20b在轉(zhuǎn) 子11的軸心方向上正對裝配。另外，將第1定子12a的各相電樞繞組22a
10與和其同相的第2定子12b的電樞繞組22b安裝在第1定子12a和第2定 子12b上，以便按每個(gè)相第1定子12a的電樞繞組22a的繞組環(huán)與第2定 子12b的電樞繞組22b的繞組環(huán)在轉(zhuǎn)子11的軸心方向上彼此相對(當(dāng)在轉(zhuǎn) 子11的軸心方向看時(shí)，第1定子12a側(cè)的繞組環(huán)與第2定子12b側(cè)的繞 組環(huán)彼此存在于相同的角度位置。
因此，當(dāng)向第1定子12a各相的電樞繞組22a與和其同相的第2定子 12b的電樞繞組22b通電相同相位的電流時(shí)，每個(gè)相第1定子12a的電樞 繞組22a發(fā)生的磁通與第2定子12b的電樞繞組22b發(fā)生的磁通為在轉(zhuǎn)子 11的軸心方向上最大限度相互增強(qiáng)的狀態(tài)。另外，在本實(shí)施方式中，第l 定子12a和第2定子12b除厚度不同外具有相同的構(gòu)造，所以第1定子12a 和第2定子12b各相的磁路截面積(磁路的截面積)彼此相同。
下面，參照圖4，詳細(xì)說明控制裝置8的構(gòu)成。圖4是表示控制裝置 8的功能構(gòu)成框圖?？刂蒲b置8由包含微機(jī)等的電子電路單元構(gòu)成。在后 面的說明中，如圖4所示，向安裝在第l定子12a上的各相的電樞繞組附 加參照符號13a，向安裝在第2定子12b上的各相的電樞繞組附加參照符 號13b。
首先，說明控制裝置8執(zhí)行的電動機(jī)3的控制處理的概要。在本實(shí)施 方式中，利用所謂的d—q矢量控制來控制電動機(jī)3的第1定子12a和第2 定子12b各相的電樞繞組13a、 13b的通電電流(相電流)。即，控制裝置8 將電動機(jī)3變換處理成2相直流的d—q坐標(biāo)系中的等價(jià)電路。
該等價(jià)電路具有d軸上的電樞(下面稱為d軸電樞)與q軸上的電樞(下 面稱為q軸電樞)。d—q坐標(biāo)系是如下旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，即將轉(zhuǎn)子11的永久磁 鐵15產(chǎn)生的磁場方向設(shè)為d軸，將與d軸正交的方向設(shè)為q軸，與電動 機(jī)3的轉(zhuǎn)子11一體旋轉(zhuǎn)。
就d—q矢量控制而言，通過調(diào)節(jié)q軸電樞的通電量，可控制電動機(jī)3 的輸出轉(zhuǎn)矩。另外，通過調(diào)節(jié)d軸電樞的通電量，可執(zhí)行增強(qiáng)轉(zhuǎn)子ll的 永久磁鐵15產(chǎn)生的磁通的控制(磁場增強(qiáng)控制)與減弱轉(zhuǎn)子11的永久磁鐵 15產(chǎn)生的磁通的控制(磁場減弱控制)。另外，控制裝置8將第1定子12a 的電樞繞組13a設(shè)為q軸電樞的繞組，將第2定子12b的電樞繞組13b設(shè) 為d軸電樞的繞組，執(zhí)行d—q矢量控制。
11控制裝置8控制電動機(jī)3的第1定子12a的電樞繞組13a和第2定子12b的電樞繞組13b的各相電流，以從電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)軸3a輸出從外部提供的轉(zhuǎn)矩指令值Tr一c的轉(zhuǎn)矩。
控制裝置8作為其功能構(gòu)成，具備電流指令確定部30,該電流指令確定部30確定q軸電樞的電流(相當(dāng)于本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩電流。下面稱為q軸電流)的指令值即q軸電流指令值Iq_c、和d軸電樞的電流(相當(dāng)于本發(fā)明的磁場電流。下面稱為d軸電流)的指令值的d軸電流指令值Id—c。
電流指令確定部30向事先通過實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬等設(shè)定的電動機(jī)3的輸出轉(zhuǎn)矩Tr和第1定子12a的電樞繞組13a的端子間電壓Vt、與d軸電流Id和q軸電流Iq的對應(yīng)映射，適用轉(zhuǎn)矩指令值Tr—c，確定q軸電流指令值IcLC和d軸電流指令值Id一c。另外，將該對應(yīng)映射的數(shù)據(jù)保持在控制裝置8的存儲器(未圖示)中。
另外，控制裝置8具備電流控制部40，該電流控制部40對應(yīng)于q軸電流指令值Iq_c和d軸電流指令值Id一c，確定d軸電樞的繞組的電壓(下面稱為d軸電壓)的指令值即d軸電壓指令值Vd_c、和q軸電樞的繞組的電壓(下面稱為q軸電壓)的指令值即q軸電壓指令值Vq_c。
并且，控制裝置8具備電流檢測部件即電流傳感器33a、 34a和dq變換部36a，電流傳感器33a、 34a檢測第1定子12a的3相電樞繞組13a、13a、 13a中兩個(gè)相、例如U相、W相的電樞繞組13a、 13a各自的相電流，dq變換部36a根據(jù)通過將這些電流傳感器33a、 34a的輸出通過BP(BandPass)濾波器35a得到的第1定子12a的U相電樞繞組13a的電流檢測值Iu—sl和W相電樞繞組13a的電流檢測值Iw—sl，來算出作為q軸電流檢測值(推定值)的q軸電流檢測值Iq_s。 BP濾波器35a是用于從電流傳感器33a、 34a的輸出中去除噪聲分量的帶通特性濾波器。
dq變換部36a對應(yīng)于轉(zhuǎn)子11的電氣角6e(向分解器14檢測到的轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)角度檢測值em—s乘以轉(zhuǎn)子11的對數(shù)算出)，利用下式(l)坐標(biāo)變換第1定子12a的U相電樞繞組13a的電流檢測值Iu—sl、 W相電樞繞組13a的電流檢測值Iw一sl、和根據(jù)這兩個(gè)電流檢測值算出的V相電樞繞組13a的電流檢測值Iv—sl(=—Iu—sl—Iw—sl)，來算出q軸電流檢測值kLS。[式l]
12<formula>formula see original document page 13</formula>
另外，控制裝置8具備電流傳感器33b、 34b和dq變換部36a，電流傳感器33b、 34b檢測第2定子12b的3相電樞繞組13b、 13b、 13b中U相、W相的電樞繞組13b、 13b各自的相電流，dq變換部36a根據(jù)通過將這些電流傳感器34b、 34b的輸出通過BP濾波器35b得到的第2定子12b的U相電樞繞組13b的電流檢測值Iu一s2和W相電樞繞組13b的電流檢測值Iw一s2，與上述式(l)一樣，算出作為d軸電流檢測值(推定值)的d軸電流檢測值IcLs。
電流控制部40具備減法部41，求出q軸電流指令值IcLC與q軸電流檢測值IcLS的偏差A(yù)Iq^IqLC —Iq_s); q軸電流PI控制部42，利用基于PI(比例、積分)控制法則的反饋控制，算出q軸電壓的基本指令值Vql一c，以消除該偏差A(yù)Iq(接近于0);減法部45，求出d軸電流指令值Id—c與d軸電流檢測值Id_s的偏差A(yù)ld(4d一c一Id—s); d軸電流PI控制部46，利用基于PI(比例、積分)控制法則的反饋控制，算出d軸電壓的基本指令值Vdl—c，以消除該偏差A(yù)Id(接近于O);和非干擾控制部44，求出用于抵消d軸和q軸間彼此干擾的速度電動勢的q軸電壓補(bǔ)正量Vq2—c和d軸電壓補(bǔ)正量Vd2—c。
另外，非干擾控制部44根據(jù)d軸電流指令值Id—c與轉(zhuǎn)子角速度(微分轉(zhuǎn)子角度的檢測值8m一s算出)，算出q軸側(cè)的補(bǔ)正量Vq2—c，根據(jù)q軸電流指令值IcLC與轉(zhuǎn)子角速度，算出d軸側(cè)的補(bǔ)正量Vd2一c。
并且，電壓控制部40具備加法部43，向q軸電壓的基本指令值Vql—c力口上補(bǔ)正量Vq2—c，求出最終的q軸電壓指令值Vq_c;和加法部47，向d軸電壓的基本指令值Vdl—c加上補(bǔ)正量Vd2一c，求出最終的d軸電壓指令值Vd c。
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2一3 23
i 一
13另夕卜，控制裝置8具備3相變換部31a，根據(jù)q軸電壓指令值VcLc，求出第1定子12a的U相、V相、W相各自的電樞繞組13a的相電壓指令值Vu—cl、 Vv—cl、 Vw—cl;第lPDU(Power Drive Unit)32a，對應(yīng)于這些相電壓指令值Vu—cl、 Vv一cl、 Vw—cl，通電第1定子12a各相的電樞繞組13a;和向第lPDU32a供電的電池38a(相當(dāng)于本發(fā)明的第1電源)。
另外，第lPDU32a具備檢測第1定子12a的電樞繞組13a端子間電壓Vt的功能(實(shí)現(xiàn)該功能的構(gòu)成相當(dāng)于本發(fā)明的端子間電壓檢測部件)，將端子間電壓Vt的檢測值輸入到電流指令確定部30。
3相變換部31a對應(yīng)于轉(zhuǎn)子11的電氣角9e，利用下式(2)坐標(biāo)變換q軸電壓指令值V(LC，由此算出所述相電壓指令值Vu—cl、 Vv一cl、 Vw—cl。另夕卜，式(2)中的A( 9 e)T是由上述式(l)的其中說明定義的矩陣A( 6 e)的轉(zhuǎn)置矩陣。
'"(2>
Vw cl
、/|，e)T
Vq_cl
另外，控制裝置8具備3相變換部31b，根據(jù)d軸電壓指令值Vd—c，與上述式(2)—樣，求出第2定子12b的U相、V相、W相各自的電樞繞組13b的相電壓指令值Vu—c2、 Vv—c2、 Vw—c2;第2DPU32b，對應(yīng)于這些相電壓指令值Vu—c2、 Vv—c2、 Vw_c2，通電第2定子12b各相的電樞繞組13b;和向第2PDU32b供電的電池38b(相當(dāng)于本發(fā)明的第2電源)。
另外，電流指令確定部30、電流控制部40、 3相變換部31a、第lPUD32a、電流傳感器33a、 34a、帶通濾波器35a、 dq變換部36a、 3相變換部31b、第2PDU32b、電流傳感器33b、 34b、帶通濾波器35b和dq變換部36b構(gòu)成本發(fā)明的通電控制部件。
就電流指令確定部30的所述對應(yīng)映射而言，當(dāng)?shù)?定子12a的電樞繞組13a的端子間電壓Vt為根據(jù)第1電源38a的輸出電壓設(shè)定的規(guī)定電壓以上時(shí)，執(zhí)行磁場減弱控制，將d軸電流指令值Id—c設(shè)定為負(fù)(一)、由此使第2定子12b的電樞繞組13b產(chǎn)生減弱轉(zhuǎn)子11的永久磁鐵的磁通之磁通。另外，就所述對應(yīng)映射而言，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值Tr c為規(guī)定值以上時(shí)，
14執(zhí)行磁場增強(qiáng)控制，將d軸電流指令值Id—C設(shè)定為正(+)、由此使第2定
子12b的電樞繞組13b產(chǎn)生增強(qiáng)轉(zhuǎn)子11的永久磁鐵的磁通之磁通。
這樣，控制裝置8將第1定子12a的電樞繞組13a設(shè)為d軸電樞的繞組，將第2定子12b的電樞繞組13b設(shè)為q軸電樞的繞組，控制電動機(jī)3的啟動。此時(shí)，可分別獨(dú)立設(shè)定轉(zhuǎn)矩控制用第l定子12a的規(guī)格與磁場控制用第2定子12b的規(guī)格。
這里，雖然為了使轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)而必需向第1定子12a的電樞繞組13a供給較大的電流，但只要向第2定子12b的電樞繞組13b供給轉(zhuǎn)子11的永久磁鐵15的磁場減弱和磁場增強(qiáng)控制用的小電流即可。
因此，在本實(shí)施方式中，將向第2定子12b用的第2DPU32b供電的電池38b的輸出電壓設(shè)定得比向第1定子12a用的第lDPU32a供電的電池38a的輸出電壓低。另外，由此，可將電池38b、第2DPU2、電流傳感器33b、 34b和第2定子12b的電樞繞組13b的耐壓設(shè)定得低，可實(shí)現(xiàn)它們的小型化與成本降低。
另外，控制裝置8具備切換開關(guān)50，該切換開關(guān)50切換第2DPU32b與第2定子12b的電樞繞組13b間的導(dǎo)通與截?cái)?。另外，切換開關(guān)50在d軸電流指令值Id_c為0時(shí)OFF,將第2DPU32b與第2定子12b的電樞繞組13b間設(shè)為截?cái)酄顟B(tài)。由此，由于不必為了使d軸電流為0而向第2定子12b的電樞繞組13b供電，所以可降低電動機(jī)3的功耗。
下面，圖5是表示第lDPU32a中配備的反相器60a與第2DPU32b中配備的反相器60b的構(gòu)成圖。第lDPU32a具備在各相的電樞繞組13a每個(gè)中配備切換電路61a的反相器60a，切換電路61a具有晶體管62a，該晶體管62a用于向高電位側(cè)(圖中由Hi表示的一側(cè))導(dǎo)通/截?cái)嗟?定子12a各相的電樞繞組13a的輸入部；和晶體管63b，該晶體管63b用于向低電位側(cè)(圖中Lo)導(dǎo)通/截?cái)嗟?定子12a各相的電樞繞組13a的輸入部。另外，第lPDU32a通過利用PWM控制切換各切換電路61a的晶體管62a和晶體管63a的ON/OFF，變更各電樞繞組13a的通電量。
同樣，第2DPU32b具備在各相的電樞繞組13b每個(gè)中配備切換電路61b的反相器60b，切換電路61b具有晶體管62b(相當(dāng)于本發(fā)明的第1轉(zhuǎn)換元件)，該晶體管62b用于向高電位側(cè)導(dǎo)通/截?cái)嗟?定子12b的各電樞
15繞組13b;和晶體管63b(相當(dāng)于本發(fā)明的第2轉(zhuǎn)換元件)，該晶體管63b用 于向低電位側(cè)導(dǎo)通/截?cái)嗟?定子12b的各電樞繞組13b。
在本實(shí)施方式中，當(dāng)d軸指令電流Id—c為0時(shí)，OFF切換開關(guān)50的 各相的開關(guān)50，截?cái)嗟?DPU32b與第2定子12b各相的電樞繞組13b之 間，但也可不配備切換開關(guān)50， OFF(柵極截止)圖6所示的反相器60b的 全部晶體管62b、 63b。并且，當(dāng)電動機(jī)3的轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，成為所 謂的3相短路狀態(tài)，即圖6所示的反相器60b的高電位側(cè)晶體管62b全部 ON，低電位側(cè)晶體管63b全部OFF，或反相器60b的低電位側(cè)晶體管63b 全部ON，低(高)電位側(cè)晶體管62b全部OFF。
這里，圖6是以提供給d軸電樞繞組的磁場電流大小和方向?yàn)榭v軸、 電動機(jī)3的轉(zhuǎn)速co為橫軸來表示磁場電流與電動機(jī)3的轉(zhuǎn)速o)的關(guān)系曲 線。圖中，a表示控制d軸電流的提供、執(zhí)行磁場減弱控制的情況，控制 供給第2定子12b的電樞繞組13的電流，以便在低轉(zhuǎn)速區(qū)(ox"l)， d軸 電流為0(ld=0)。另外，當(dāng)電動機(jī)1的轉(zhuǎn)速"超過"1時(shí)，使d軸電流逐 漸增加。由此，產(chǎn)生減弱轉(zhuǎn)子ll的永久磁鐵的磁通之磁通。
另外，若電動機(jī)1的轉(zhuǎn)速o)為0)2以上，則若執(zhí)行磁場減弱控制而 變?yōu)?相短路狀態(tài)時(shí)，d軸電流的大小無差別。因此，在電動機(jī)l的轉(zhuǎn)速 w為"2以上的高轉(zhuǎn)速區(qū)，通過將第2定子12a的電樞繞組13b設(shè)為3相 短路狀態(tài)，可不提供d軸電流而得到磁場減弱的效果。此時(shí)，由于不必從 控制裝置8向第2定子12b的電樞繞組13b供電，所以可降低功耗。
在本實(shí)施方式中，作為本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置，示出控制混合動力 車輛中配備的軸向間隙型電動機(jī)動作的裝置，但本發(fā)明也可適用于其它用 途中使用的軸向間隙型電動機(jī)的控制裝置。
在本實(shí)施方式中，將第2定子12b用的第2電源38b的輸出電壓設(shè)定 得比第1定子12a用的第1電源38a的輸出電壓低，但即便不是這種設(shè)定 的情況下也可得到本發(fā)明的效果。
在本實(shí)施方式中，將第1定子12a的電樞繞組13a的匝數(shù)設(shè)定得比第 2定子12b的電樞繞組13b的匝數(shù)少，但即便不是這種設(shè)定的情況下也可 得到本發(fā)明的效果。
在本實(shí)施方式中，將第1定子與第2定子的磁路截面積設(shè)定為相同，
16但即便不是這種設(shè)定的情況下也可得到本發(fā)明的效果。 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置，可擴(kuò)大軸向間隙型電動機(jī) 的可控制范圍，使之以更高旋轉(zhuǎn)、更高轉(zhuǎn)矩動作，所以有利于軸向間隙型 電動機(jī)的控制。
權(quán)利要求
1、一種電動機(jī)的控制裝置，是具備具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子、和在該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸心方向上隔著該轉(zhuǎn)子相對設(shè)置的第1定子和第2定子的軸向間隙型的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備通電控制部件，向所述第1定子的電樞繞組提供使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子的磁場的轉(zhuǎn)矩電流，并且向所述第2定子的電樞繞組提供增強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通的磁場電流或減弱該磁通的磁場電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于-所述通電控制部件將所述電動機(jī)變換為具有所述轉(zhuǎn)子的磁場方向即d軸上的電樞、和與d軸正交的q軸上的電樞的2相直流d — q坐標(biāo)系的等效電路進(jìn)行處理，作為所述轉(zhuǎn)矩電流，向q軸上的電樞繞組提供電流，作為所述磁場電流，向d軸上的電樞繞組提供電流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于所述通電控制部件在所述電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的要求值為規(guī)定值以上時(shí)，向所述第2定子的電樞繞組提供產(chǎn)生使所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通增強(qiáng)的磁通的所述磁場電流。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于具備端子間電壓檢測部件，檢測所述第1定子的電樞繞組的端子間電壓，所述通電控制部件當(dāng)所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定子的電樞繞組的端子間電壓為規(guī)定電壓以上時(shí)，向所述第2定子的電樞繞組提供產(chǎn)生使所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的磁通減弱的磁通的所述磁場電流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于具備切換開關(guān)，將所述第2定子的電樞繞組與該第2定子的電樞繞組的驅(qū)動電路間切換為導(dǎo)通狀態(tài)或截?cái)酄顟B(tài)，所述通電控制部件在不向所述第2定子的電樞繞組提供產(chǎn)生使所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的磁通減弱的磁通的磁場電流和產(chǎn)生使所述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的磁通增強(qiáng)的磁通的磁場電流時(shí)，利用所述切換開關(guān)，將所述第2定子的電樞繞組與所述第2定子的電樞繞組的驅(qū)動電路之間變?yōu)榻財(cái)酄顟B(tài)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于 具備檢測所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測部件，切換各相電樞繞組輸入部的向高電位側(cè)的導(dǎo)通與截?cái)嗟牡?開關(guān)元 件、與切換各相電樞繞組輸入部的向低電位側(cè)的導(dǎo)通與截?cái)嗟牡?開關(guān)元件設(shè)置在所述第2定子的每個(gè)相上，構(gòu)成所述第2定子的驅(qū)動電路，所述通電控制部件在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)所述第1定子的電樞繞組的端子 間電壓為規(guī)定電壓以上、且所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為規(guī)定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，使所述各第1開關(guān)與所述各第2開關(guān)元件均為OFF狀態(tài);或使所述各第1開關(guān)元 件為ON狀態(tài)，所述各第2開關(guān)元件為OFF狀態(tài)；或使所述各第1開關(guān)元 件為OFF狀態(tài)，所述各第2開關(guān)元件為ON狀態(tài)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于-單獨(dú)地具備用于向所述第1定子的電樞繞組提供所述轉(zhuǎn)矩電流的第1電源、和用于向所述第2定子的電樞繞組提供所述磁場電流的第2電源， 所述第2電源的輸出電壓設(shè)定得比所述第1電源的輸出電壓低。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于 所述第1定子的電樞繞組的匝數(shù)設(shè)定得比所述第2定子的電樞繞組的匝數(shù)少。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)的控制裝置，其特征在于-將所述第1定子與所述第2定子的磁路截面積設(shè)定為相同。
全文摘要
一種軸向間隙型電動機(jī)(3)的控制裝置，具備具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子(11)、和在轉(zhuǎn)子(11)的旋轉(zhuǎn)軸心方向上經(jīng)轉(zhuǎn)子(11)相對設(shè)置的第1定子(12a)和第2定子(12b)，其中，控制裝置具備通電控制部件(8)，向第1定子(12a)的電樞繞組(13a)提供使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子(11)的磁場之轉(zhuǎn)矩電流(Iq)，并且向第2定子(12b)的電樞繞組(13b)提供增強(qiáng)轉(zhuǎn)子(11)的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通之磁場電流(+Id)或減弱該磁通的磁場電流(-Id)。由此，可擴(kuò)大軸向間隙型電動機(jī)的可控制范圍，使軸向間隙型電動機(jī)以更高旋轉(zhuǎn)、更高轉(zhuǎn)矩動作。
文檔編號H02P6/08GK101657962SQ20088000797
公開日2010年2月24日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者新博文 申請人:本田技研工業(yè)株式會社