CN101359888B - 电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机的控制装置，其通过控制轴向间隙型电动机的通电方式，能够实现该电动机的驱动电路以及包含电源的整个系统的小型化、低成本化、以及高可靠性。该电动机的控制装置具有转矩指令确定部(50)，其在转子(11)停止时、和转子(11)的转速dθm/dt为规定转速以下时的至少某一情况中，对第1变换器(32a)输入第1直流电压VH_s，从第1变换器(32a)向第1定子(13a)，以使通电量时间性地变化的方式供给使转子(11)的磁场的磁通发生变化的磁场轴电流Idf，并且将根据磁场轴电流Idf的供给而在第2定子(12b)中产生的感应电压通过第2变换器(32b)来变换为第2直流电压后输出，由此对第2电池(38b)进行充电。

Description

电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种轴向间隙型电动机的控制装置。 

背景技术

一直以来，周知的是具备具有永久磁铁的转子、以该转子的旋转轴心方向设置于该转子两侧的两个定子、以及安装到各个定子上的电枢绕线的轴向间隙型电动机(例如，参照特开平10-271784号公报、特开2001-136721号公报)。根据这样的轴向间隙型电动机，在缩短电动机转子的轴方向的长度的同时，还可以发生比较高的输出转矩。 

在上述公报所记载的技术中，对配置在转子两侧的两个定子的电枢绕线通电，以进行轴向间隙型电动机的通电控制。并且，由此来降低定子电枢中的漏磁通，使电动机的输出转矩增大。 

这里考虑了将轴向间隙型电动机作为发电机来工作、进行牵引动作和再生动作的情况。但是，在参考文献1、2中，在使轴向间隙型电动机进行再生动作的情况等中，没有关于以牵引动作以外的通电方式使用电动机的结构的记载。因而，本发明的目的是提供一种电动机的控制装置，其通过控制轴向间隙型电动机的通电方式来实现包括该电动机的驱动电路以及电源的整个控制装置的小型化、低成本化和高可靠性。 

发明内容

本发明是为了实现上述目的而作成的，本发明涉及一种轴向间隙型电动机的控制装置，其具备：转子、在该转子的旋转轴心方向隔着该转子对置设置的具有多相绕组的第1定子以及第2定子。 

并且，该电动机的控制装置的特征是，具有：与所述第1定子连接的第1变换器；与所述第2定子连接的第2变换器；以及电压变换控制单元，其在所述转子停止时和所述转子的转速为规定转速以下时的至少任一情况中，对所述第1变换器输入第1直流电压，将使所述转子的磁场的磁通发生变化的磁场轴电流，在时间上变更其通电量而从所述第1变换器向所述第1定子供给，同时将根据该磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压通过所述第2变换器变换为第2直流电压并输出；用于与交流电源连接的交流电源连接单元；AC/DC转换器，其连接在该交流电源连接单元与所述第1变换器之间，在所述交流电源与该交流电源连接单元连接时，将从所述交流电源输出的交流电压变换为直流电压并向所述第1变换器输出；以及与所述第2变换器连接的直流电源，所述电压变换控制单元，在所述交流电源与所述交流电源连接单元连接时，将从所述AC/DC转换器向所述第1变换器供给的直流电压作为所述第1直流电压，将所述磁场轴电流以使通电量时间性地变化的方式从所述第1变换器向所述第1转子供给，将根据该磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压通过所述第2变换器来变换为直流电压，并利用该直流电压对所述直流电源进行充电。 

根据上述本发明，所述电压变换控制手段，在所述转子停止后在所述第2定子中未产生再生电压时、和所述转子的转速为所述规定转速以下且在所述第2定子中产生的再生电压较低时的至少任一情况中，对所述第1变换器输入第1直流电压，以使通电量时间性地变化的方式从所述第1变换器向所述第1定子供给所述磁场轴电流。 

并且，通过向所述第1定子这样地供给所述磁场轴电流，可以使所述第2定子产生感应电压，并能够通过所述第2变换器将该感应电压变换为所述第2直流电压后输出。因此，在所述转子停止时、以及所述转子的转速为所述规定转速以下时，都能够使所述第1变换器、所述电动机和所述第2变换器所构成的结构具有DC/DC转换器的功能，并由所述第1直流电压获得所述第2直流电压。 

从而，不需要单独具有用于将所述第1直流电压变换为所述第2直流电压的DC/DC转换器，所以能够实现所述电动机的驱动电路以及包含电源的整个控制装置的小型化和低成本化。另外，还能够实现基于减少部件数所获得的高可靠性。 

另外，该电动机的控制装置的特征是，所述电压变换控制单元执行牵引/再生运转，该牵引/再生运转，从所述第1变换器向所述第1定子供给驱动电流，使所述电动机进行牵引动作，并且将根据所述转子的旋转而在所述第2定子中产生的再生电压通过所述第2变换器来变换为直流电压后输出，在该牵引/再生运转执行时，从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流，并且以使通电量时间性地变化的方式供给所述磁场轴电流，将根据所述转子的旋转而在所述第2定子中产生的再生电压、和根据所述磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压，通过所述第2变换器变换为所述第2直流电压并输出。 

根据上述本发明，所述电压变换控制手段在所述牵引/再生运转执行时，从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流，并且以使通电量时间性地变化的方式供给所述再生轴电流。从而，在利用所述转子的旋转而在所述第2定子中产生的再生电力中，当从所述第2变换器输出的所述第2直流电压所产生的电力不足时，能够通过所述磁场轴电流的供给来使从所述第2变换器输出的所述第2直流电压所产生的电力增加。 

另外，电动机的控制装置的特征是，所述电压变换控制单元，在所述牵引/再生运转执行时，在所述转子的转速为规定转速以下、且所述驱动电流为规定电流值以上时，通过矩形波通电从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流。 

根据上述本发明，在所述转子的转速为规定转速以下、且所述驱动电流为规定电流值以上时，通过矩形波通电从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流，由此与通过正弦波通电来进行驱动电流的一般性供给的情况相比，能够使所述驱动电流的峰值减少。因此，能够使可供给的驱动电流的上限增大，以扩大所述电动机的控制范围。 

另外，该电动机的控制装置的特征是，该电动机的控制装置具有：用于与交流电源连接的交流电源连接单元；AC/DC转换器，其连接在该交流电源连接单元与所述第1变换器之间，在所述交流电源与该交流电源连接单元连接时，将从所述交流电源输出的交流电压变换为直流电压并向所述第1变换器输出；以及与所述第2变换器连接的直流电源。所述电压变换控制单元，在所述交流电源与所述交流电源连接单元连接时，将从所述AC/DC转换器向所述第1变换器供给的直流电压作为所述第1直流电压，将所述磁场轴电流以使通电量时间性地变化的方式从所述第1变换器向所述第1转子供给，将根据该磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压通过所述第2变换器来变换为直流电压，并利用该直流电压对所述直流电源进行充电。 

根据上述本发明，作为所述交流电源，将例如在住宅中具备的商用交流电源的插座与所述电源连接单元连接，由此将从该商用交流电源供给的交流电压通过所述AC/DC转换器、所述第1变换器、所述电动机和所述第2变换器变换为所述第2直流电压，这样可以对所述直流电源进行充电。 

另外该电动机的控制装置的特征是，在所述转子中，由永久磁铁产生的场磁极和由没有被磁化的磁性材料产生的场磁极在周方向交互地配置， 该永久磁铁的N极和S极之中的任一极被设置为与所述第1定子对置，同时该磁铁的另一极被设置为与所述第2定子对置。 

根据上述本发明，能够提高作为所述第1定子与所述第2定子的变压器的耦合系数，这样能够提高使所述第1变换器、所述电动机和所述第2变换器所构成的结构具有DC/DC转换器的功能时的效率。 

另外，该电动机的控制装置的特征是，由所述没有被磁化的磁性材料产生的场磁极，通过在周方向上使磁阻发生变化而形成。 

根据上述本发明，能够进一步提高作为所述第1定子与所述第2定子的变压器的耦合系数，这样能够提高使所述第1变换器、所述电动机和所述第2变换器所构成的结构具有DC/DC转换器的功能时的效率。 

另外，该电动机的控制装置的特征是，所述第1定子的磁回路截面积和所述第2定子的磁回路截面积相同。 

根据上述发明，能够提高作为所述第1定子与所述第2定子的变压器的耦合系数，这样能够提高使所述第1变换器、所述电动机和所述第2变换器所构成的结构作为DC/DC转换器的功能时的效率。 

附图说明

图1是安装有本发明电动机的控制装置的车辆的结构图。 

图2是轴向间隙型电动机的构造说明图。 

图3是第1定子以及第2定子中的电枢绕线的安装方式说明图。 

图4是表示电动机的控制装置的功能结构的框图。 

图5是电动机的驱动电路的结构图。 

图6是第2电池充电运转的流程图。 

图7是电动机的其他结构例。 

图8是电动机的其他结构例。 

具体实施方式

参照图1～图8对本发明的实施方式进行说明。 

首先，参照图1，对安装有本发明电动机控制装置的车辆的概括结构进行说明。本实施方式的车辆1为平行式混合车辆，具有内燃机(发动机) 2作为主要的推进力发生源，并且具有电动机3作为辅助的推进力发生源。电动机3是具有转子11、第1定子12a和第2定子12b的轴向间隙型电动机。在电动机3中具有对转子11的旋转角度进行检测的分解器14。 

内燃机2的输出轴2a和与电动机3的转子11一体自由旋转的旋转轴3a同轴直接连结。另外，也可经由减速机等动力传递机构来连接内燃机2的输出轴2a和电动机3的旋转轴3a。这些输出轴2a以及旋转轴3a经由离合器4连接在变速机5的输入侧。变速机5的输出侧经由差动齿轮单元6与车辆1的驱动轮7、7连接。 

在车辆1中，将内燃机2的输出转矩、或者在其上附加了电动机3的输出转矩(牵引转矩)的转矩作为车辆1的推进力，经由离合器4、变速机5以及差动齿轮单元6传递给驱动轮7、7。从而，进行车辆1行驶。电动机3一边通过从驱动轮7、7侧向电动机3传递的车辆1的运动能量进行该电动机3的发电，一边还进行将其发电能量充入作为电动机3电源的电池的再生动作。在再生动作时电动机3所发生的再生转矩作为车辆1的制动力来发挥作用。 

另外，车辆1具有对电动机3的动作进行控制的控制装置8。在控制装置8中从分解器14输入转子11的旋转角度的检测值θm_s、由电动机3的第1定子12a产生的转矩需要值即转矩指令值Tr1_c1、由电动机3的第2定子12b产生的转矩需要值即转矩指令值Tr2_c1、和电气安装辅助设备(安装至车辆1中的空调设备、音频设备等)的信息。利用车辆1的担负总的运转控制的车辆运转控制装置(省略图示)，根据车辆1的加速踏板操作量或制动踏板操作量、车速等来确定转矩指令值Tr1_c1、Tr2_c1。 

并且，控制装置8对第1定子12a以及第2定子12b的电枢绕线的通电电流进行控制，以使在电动机3上发生与转矩指令值Tr1_c1、Tr2_c1相应的转矩。 

图2(a)、(b)为表示电动机3的转子11、和第1定子12a以及第2定子12b的构造的立体图。图2(a)以电动机3的组装状态来表示转子11、和第1定子12a以及第2定子12b，图2(b)以电动机3的分解状态来表示转子11、和第1定子12a以及第2定子12b。 

转子11通过由非磁性材料料组成的框体14、和安装在该框体14上的 多个永久磁铁15而构成。框体14的结构为整体形成有：圆板状的基体16、圆形的环状体17、和连结着基体16以及环状体17的多个隔板18，该圆形的环状体17，与该基体16的外周面在径方向上存在间隔，并同轴心地设置在该基体16的周围。在基体16上，如图2(a)中虚拟线所示，同轴心地安装有旋转轴3a。 

多个隔板18，在基体16的外周面和环状体17的内周面之间以放射状延长，并在转子11的轴心周围以等角度间隔进行排列。并且，在以基体16的外周面、环状体17的内周面、沿着转子11的周方向相互邻接的隔板18、18围成的各个空间内嵌入与其同形状(扇板形状)的永久磁铁15。从而，在基体16和环状体17之间多个永久磁铁15在转子11的轴心周围以等角度间隔进行排列。 

各永久磁铁15，在其厚度方向(转子11的轴心方向)上的一个面为N极，另一面为S极。并且，在转子11的周方向上相互邻接的永久磁铁15、15，如图2(b)的各永久磁铁15中所示，在其厚度方向上的同侧面的磁极互不相同。换言之，转子11所具有的多个永久磁铁15，其在转子11的周方向上邻接的永久磁铁15、15的磁通方向(在转子11的轴方向上的朝向)成为相互反向。 

此外，在图2(a)、图2(b)所示的例子中，永久磁铁15的个数为12个，转子11的极对数为6。另外，在转子11的轴心方向的一面侧与另一面侧可分别独立地排列永久磁铁。 

第1定子12a以及第2定子12b除了厚度不同以外，具有相同的构造。如图2(b)所示，在第1定子12a中，从环状的基体19a的轴心方向上的两端面中的一个面向该基体19a的轴心方向突出的多个齿20a，围绕基体19a的轴心以等角度间隔排列。同样，在第2定子12b中，向环状的基体19b的轴心方向突出的多个齿20b围绕基体19b的轴心以等角度间隔进行排列。 

另外，基体19a、19b以及齿20a、20b由磁性材料整体地形成。另外，在图2(a)、图2(b)所示的例子中，第1定子12a的齿20a以及第2定子12b的齿20b的个数为36个。 

接着，图3(a)为第1定子12a以及第2定子12b的截面图。第1定 子12a，如图2(b)、图3(a)所示，在周方向邻接的齿20a、20a间的沟即狭槽21a中安装有电枢绕线22a。同样，第2定子12b，在齿20b、20b间的沟即狭槽21b中安装有电枢绕线22b。 

在本实施方式中，安装至第1定子12a的电枢绕线22a和安装至第2定子12b的电枢绕线22b为三相(U相、V相、W相)。另外，第1定子12a中的电枢绕线22a的安装方式和第2定子12b中的电枢绕线22b的安装方式为互相相同。 

第1定子12a的各相的电枢绕线22a，在从第1定子12a的轴心方向观察时，与转子11的永久磁铁15的个数相同的绕线圈安装在第1定子12a上，使其在第1定子12a的周方向上以等角度间隔来形成。对于第2定子12b侧的电枢绕线22b也是同样的。 

另外，第1定子12a侧的电枢绕线22a的绕线形式与第2定子12b侧的电枢绕线22b的绕线形式相同，匝数被设定为电枢绕线22b比电枢绕线22a少。从而，在第1定子12a的电枢绕线22a上施加规定电压的驱动电压以使转子11进行了旋转时，第2定子12b的电枢绕线22b上产生的电压被设定为低于该规定电压。 

另外，卷线的直径被设定为，第1定子12a的电枢绕线22a大于第2定子12b的电枢绕线22b，从而，使第2定子22b的厚度比第1定子22a薄。 

在电动机3的组装状态中，如图2(a)所示，在第1定子12a和第2定子12b之间挟入转子11，在转子11的轴方向的两侧与转子11同轴心地配置第1定子12a以及第2定子12b，并固定在电动机3的底座(未图示)上。此时，第1定子12a的齿20a以及第2定子12b的齿20b的尖端面与转子11接近并对置。 

另外，在本实施方式中，在从转子11的轴心方向观察时，使第1定子12a的各齿20a的位置(围绕轴心的角度位置)与第2定子12b的各齿20b的位置(围绕轴心的角度位置)吻合，在电动机3中组合第1定子12a以及第2定子12b。 

即，在转子11的轴心方向，正对着组合第1定子12a的各个齿20a和第2定子12b的各个齿20b。并且，在第1定子12a以及第2定子12b 上按每一相安装有第1定子12a的各相的电枢绕线22a和与其同相的第2定子12b的电枢绕线22b，以使第1定子12a的电枢绕线22a的绕线圈与第2定子12b的电枢绕线22b的绕线圈在转子11的轴心方向上相互对置(以转子11的轴心方向观察时，第1定子12a侧的绕线圈和第2定子12b侧的绕线圈位于相互相同角度位置)。 

因此，当在第1定子12a的各相的电枢绕线22a和与其同相的第2定子12b的电枢绕线22b上通入同一相位的电流时，在每一相上，第1定子12a的电枢绕线22a发生的磁通和第2定子12b的电枢绕线22b发生的磁通构成在转子11的轴心方向上最大限地相互增强的状态。 

另外，在本实施方式中，第1定子12a以及第2定子12b除了厚度不同以外具有相同的构造，所以第1定子12a以及第2定子12b的每一相的磁回路截面积(磁路的截面积)互相相同。这里，所谓磁回路截面积，如利用图3(b)对第1定子12a进行表示的那样，为齿20a的轴心方向的截面积Cs1和基体19a的周方向的截面积Cs2。关于第2定子12b也是同样的。 

接着，参照图4对控制装置8的结构进行说明。图4是表示控制装置8的功能性结构的框图。控制装置8由含有微型计算机等的电子电路单元构成。另外，在以下说明中，如图4所示，对安装到第1定子12a上的各相的电枢绕线赋予参照符号13a，对安装到第2定子12b上的各相的电枢绕线赋予参照符号13b。 

首先，对控制装置8进行的电动机3的控制处理进行概要地说明。在本实施方式中，通过所谓d-q矢量控制来控制电动机3的第1定子12a的各相的电枢绕线13a以及第2定子12b的各相的电枢绕线13b的通电电流(相电流)。即，控制装置8将第1定子12a的三相的电枢绕线13a、13a、13a、和第2定子12b的三相的电枢绕线13b、13b、13b变换为在两相直流的d-q座标系的等价电路进行处理。 

与第1定子12a以及第2定子12b对应的等价电路分别具有d轴上的电枢(以下，称为d轴电枢)、和q轴上的电枢(以下，称为q轴电枢)。另外，d-q座标系为将使转子11的永久磁铁15所产生的磁场方向与d轴、d轴正交的方向作为q轴，和电动机3的转子11一体地旋转的旋转座标系。 

并且，控制装置8对电动机3的第1定子12a的电枢绕线13a以及第2定子12b的电枢绕线13b的各相电流进行控制，以使与第1定子12a用的转矩指令值Tr1_c1和第2定子12b用的转矩指令值Tr2_c1对应的转矩从电动机3的旋转轴3a输出。 

此时，控制装置8，在转矩指令值Tr1_c1为正时，对第1定子12a的电枢绕线13a提供驱动电流，使电动机3进行牵引动作。另外，在转矩指令值Tr1_c1为负时，回收第1定子12a的电枢绕线13a所产生的再生电力，使电动机3进行再生动作。 

同样，控制装置8，在转矩指令值Tr2_c1为正时，对第2定子12b的电枢绕线13b提供驱动电流，使电动机3进行牵引动作。另外，在转矩指令值Tr2_c1为负时，回收第2定子12b的电枢绕线13b所产生的再生电力，使电动机3进行再生动作。 

当转矩指令值Tr1_c1和Tr2_c1同为正时，控制装置8对第1定子12a的电枢绕线13a和第2定子12b的电枢绕线13b双方提供驱动电流。从而，能够使牵引动作时的电动机3的输出转矩增大。 

在转矩指令值Tr1_c1为正、转矩指令值Tr2_c1为负时，控制装置8在对第1定子12a的电枢绕线13a提供驱动电流使电动机3进行牵引动作的同时，利用转子11的旋转来回收第2定子12b的电枢绕线13b所产生的再生电力。 

同样，在转矩指令值Tr1_c1为负、转矩指令值Tr2_c1为正时，控制装置8，在对第2定子12b的电枢绕线13b提供驱动电流使电动机3进行牵引动作的同时，利用转子11的旋转来回收第1定子12a的电枢绕线13a所产生的再生电力。 

在转矩指令值Tr1_c1和Tr2_c1同为负时，控制装置8利用转子11的旋转来共同回收第1定子12a的电枢绕线13a以及第2定子12b的电枢绕线13b所产生的再生电力。从而，能够使再生动作时的电动机3的再生转矩增大。 

控制装置8具有转矩指令确定部50，该转矩指令确定部50用于根据由外部给予的转矩指令值Tr1_c1、Tr2_c1、电气安装辅助设备的信息、和第2电池38b的端子间电压的检测值VL_s来确定对于第1定子12a的转 矩指令值Tr1_c2、对于第1定子12a的d轴电流的重叠指令值Idf、对于第2定子12b的转矩指令值Tr2_c2、和指示正弦波通电和矩形波通电的切换的通电波形指令WAVE。 

另外，控制装置8具有第1电流指令确定部30a，该第1电流指令确定部30a根据转矩指令值Tr1_c1和转子11的转速(dθm/dt)，来确定第1定子12a的d轴电枢的电流(相当于本发明的磁场轴电流。以下，称为d轴电流)指令值即d轴电流指令值Id_c1以及q轴电枢的电流(以下，称为q轴电流)指令值即q轴电流指令值Iq_c1。 

另外，控制装置8具有第1电流控制部40a，该第1电流控制部40a根据第1定子12a的d轴电流指令值Id_c1、q轴电流指令值Iq_c1和d轴电流的重叠指令值Idf，来确定第1定子12a的d轴电枢的电压(以下，称为d轴电压)指令值即d轴电压指令值Vd_c1、以及q轴电枢的电压(以下，称为q轴电压)指令值即q轴电压指令值Vq_c1。 

而且，控制装置8具有电流传感器、和33a 34a  dq变换部36a，该电流传感器33a、34a对第1定子12a的三相的电枢绕线13a、13a、13a中的两相例如U相、W相的电枢绕线13a、13a的相电流进行检测；该dq变换部36a根据使电流传感器33a、34a的输出通过BP(带通)滤波器35a而取得的第1定子12a的U相的电枢绕线13a的电流检测值Iu_s1以及W相的电枢绕线13a的电流检测值Iw_s1，来计算作为第1定子12a的d轴电流的检测值(推定值)的d轴电流检测值Id_s1以及作为q轴电流的检测值(推定值)的q轴电流检测值Iq_s1。BP滤波器35a为用于从电流传感器33a、34a的输出中去除噪音分量的带通特性的滤波器。 

dq变换部36a，根据转子11的电角度θe(使利用分解器14取得的转子11的旋转角度的检测值θm_s乘以转子11的对极数来算出)，利用以下公式(1)来对第1定子12a的U相的电枢绕线13a的电流检测值Iu_s1、W相的电枢绕线13a的电流检测值Iw_s1、和由这些所算出的V相的电枢绕线13a的电流检测值Iv_s1(＝-Iu_s1-Iw_s1)进行座标变换。并且，利用该座标变换，dq变换部36a算出d轴电流检测值Id_s1以及q轴电流检测值Iq_s1。 

【公式1】 

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\_s1\\ \mathrm{Iq}\_s1\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\·A\left(\mathrm{\θe}\right)\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{Iu}\_s1\\ \mathrm{Iv}\_s1\\ \mathrm{Iw}\_s1\end{array}\right]...\left(1\right)$

其中， $A\left(\mathrm{\θe}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θe}& \cos (\mathrm{\θe}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θe}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\θe}& -\sin (\mathrm{\θe}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θe}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]$

第1电流控制部40a具有：加法部48，其对d轴电流指令值Id_c1和d轴电流的重叠指令值Idf进行加法运算；减法部41a，其求出加法部48的算出值(Id_c1+Idf)和d轴电流检测值Id_s1的偏差ΔId1(＝Id_c1-Id_s1)；d轴电流PI控制部42a，其为了消除该偏差ΔId1(接近于0)，通过基于PI(比例/积分)控制法的反馈控制，来算出d轴电压的基本指令值Vd1_c1；减法部45a，其求出q轴电流指令值Iq_c1和q轴电流检测值Iq_s1的偏差ΔIq1(＝Iq_c1-Iq_s1)；q轴电流PI控制部46a，其为了消除该偏差ΔIq1(接近于0)，通过基于PI(比例/积分)控制法的反馈控制，来算出q轴电压的基本指令值Vq1_c1；以及非干涉控制部44a，其求出用于抵消在d轴以及q轴间产生相互干涉的速度电动势的d轴电压的补正量Vd2_c1和q轴电压的补正量Vq2_c1。 

另外，非干涉控制部44a根据q轴电流指令值Iq_c1和转子角速度(对转子角度的检测值θm_s进行微分计算)来算出d轴侧的补正量Vd2_c1，并根据d轴电流指令值Id_c1以及d轴电流的重叠指令值Idf的加法值和转子角速度来算出q轴侧的补正量Vq2_c1。 

此外，第1电流控制部40a还具有：加法部43a，其对d轴电压的基本指令值Vd1_c1附加补正量Vd2_c1，来最终求出d轴电压指令值Vd_c1；和加法部47a，其对q轴电压的基本指令值Vq1_c1附加补正量Vq2_c1，来最终求出q轴电压指令值Vq_c1。 

另外，控制装置8具有：三相变换部31a，其根据d轴电压指令值Vd_c1以及q轴电压指令值Vq_c1来求出第1定子12a的U相、V相、W相的各自电枢绕线13a的相电压指令值Vu_c1、Vv_c1、Vw_c1；第1变 换器32a，其根据这些相电压指令值Vu_c1、Vv_c1、Vw_c1来对第1定子12a的各相的电枢绕线13a进行通电；以及第1电池38a，其对第1PDU32a提供电力。 

三相变换部31a根据转子11的电角度θe，利用以下公式(2)来对d轴电压指令值Vd_c1以及q轴电压变换值Vq_c1进行座标变换，由此算出上述相电压指令值Vu_c1、Vv_c1、Vw_c1。另外，公式(2)中的A(θe)^T 为上述公式(1)所定义的矩阵A(θe)的转置矩阵。 

【公式2】 

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vu}\_c1\\ \mathrm{Vv}\_c1\\ \mathrm{Vw}\_c1\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\·A{\left(\mathrm{\θe}\right)}^T\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\_c1\\ \mathrm{Vq}\_c1\end{array}\right]...\left(2\right)$

另外，控制装置8具有：第2电流指令确定部30b，其根据转矩指令值Tr2_c2和转子11的转速(dθm/dt)，来确定第2定子12b的电枢绕线13b的d轴电流指令值Id_c2以及q轴电流指令值Iq_c2；第2电流控制部40b，其根据d轴电流指令值Id_c2以及q轴电流指令值Iq_c2，来确定第2定子12b的d轴电压指令值Vd_c2以及q轴电压指令值Vq_c2；电流传感器33b、34b，其对第2定子12b的三相的电枢绕线13b、13b、13b中的U相、W相的电枢绕线13a、13a的相电流进行检出；以及dq变换部36b，其根据通过将这些电流传感器33b、34b的输出通入BP滤波器35b而获得的第2定子12b的U相电枢绕线13b的电流检测值Iu_s2以及W相电枢绕线13b的电流检测值Iw_s2，算出第2定子12b的d轴电流检测值Id_s2以及q轴电流检测值Iq_s2。 

dq变换部36b与dq变换部36a同样，根据转子11的电角度θe，对第2定子12b的U相电枢绕线13b的电流检测值Iu_s2、W相电枢绕线13b的电流检测值Iw_s2、和根据这些算出的V相电枢绕线13b的电流检测值Iv_s2(＝-Iu_s2-Iw_s2)进行座标变换，由此来算出d轴电流检测值Id_s2以及q轴电流检测值Iq_s2。 

第2电流控制部40b的结构与上述的第1电流控制部40a相同，具有：减法部41b，其求出d轴电流指令值Id_c2和d轴电流检测值Id_s2的偏差ΔId2(＝Id_c2-Id_s2)；d轴电流PI控制部42b，其为了消除该偏差 ΔId2(接近于0)，而利用基于PI(比例/积分)控制法的反馈控制，来算出d轴电压的基本指令值Vd1_c2；减法部45b，其求出q轴电流指令值Iq_c2和q轴电流检测值Iq_s2的偏差ΔIq2(＝Iq_c2-Iq_s2)；q轴电流PI控制部46b，为了消除该偏差ΔIq2(接近于0)，而利用基于PI(比例/积分)控制法的反馈控制，来算出q轴电压的基本指令值Vq1_c2；以及非干涉控制部44b，其求出用于抵消在d轴以及q轴间进行相互干涉的速度电动势的d轴电压的补正量Vd2_c2和q轴电压的补正量Vq2_c2。 

而且，第2电流控制部40b还具有：加法部43b，其对d轴电压的基本指令值Vd1_c2附加补正量Vd2_c2，来最终求出d轴电压指令值Vd_c2；以及加法部47b，其对q轴电压的基本指令值Vq1_c2附加补正量Vq2_c2，来最终求出q轴电压指令值Vq_c2。 

另外，控制装置8具有：三相变换部31b，其根据d轴电压指令值Vd_c2以及q轴电压指令值Vq_c2来求出第2定子12b的U相、V相、W相的各自电枢绕线13b的相电压指令值Vu_c2、Vv_c2、Vw_c2；第2变换器32b，其根据这些相电压指令值Vu_c2、Vv_c2、Vw_c2来对第2定子12b的各相的电枢绕线13b进行通电；以及第2电池38b(相当于本发明的直流电源)，其在对第2变换器32b提供电力的同时，利用第2变换器32b的输出电力进行充电。 

另外，控制装置8具有：插头52(相当于本发明的交流电源连接单元)，其用于与住宅所具备的商用交流电源(相当于本发明的交流电源)的插座(未图示)连接；AC/DC转换器53，在插头52与该插座连接后从该商用交流电源供给交流电压时，其将该交流电压转换为直流电压后输出；连接传感器54，其通过AC/DC转换器53的输出有无来检测插头52是否与插座连接；以及开闭器55，其切换AC/DC转换器53和第1电池38a间的导通及切断。 

然后，控制装置8所具有的电池充电控制部56，在利用连接传感器54的连接检知信号Con_s来检测出插头52与插座连接时，对开闭器55输出控制信号Con_c，以使开闭器55关闭，从而，使AC/DC转换器53和第1电池38a间成为导通状态。并且，电池充电控制部56，为了第1电池38a的端子间电压VH_s(相当于本发明的第1直流电压，利用未图示 的电压传感器来检测出)成为规定的目标电压，而对AC/DC转换器53输出控制信号Ad_c来控制AC/DC转换器53的输出电压。 

这样，将插头52与商用交流电源的插座连接，从AC/DC转换器53向第1电池38a输出直流电压，由此能够对第1电池38a进行充电。另外，通过执行后述的「第2电池充电处理」的转子11的转速为零时的处理，能够对第2电池38b进行充电。 

接着，图5是第1变换器32a和第2变换器32b的结构示意图，第1变换器32a在每一相的电枢绕线13a上具备切换电路61a，该切换电路61a具有用于使第1定子12a的各相的电枢绕线13a与第1电池38a的高电位侧(图中以Hi表示的一侧)导通/切断的晶体管62a、以及用于使第1定子12a的各相的电枢绕线13a与第1电池38a的低电位侧(图中以Lo表示的一侧)导通/切断的晶体管63a。并且，第1变换器32a，利用PWM控制来切换各切换电路61a的晶体管62a以及晶体管63a的ON/OFF，由此来变更各电枢绕线13a的通电量。 

同样，第2变换器32b在每一相的电枢绕线13b上具备切换电路61b，该切换电路61b具有用于使第2定子12b的各相的电枢绕线13b与第2电池38b的高电位侧(图中以Hi表示的一侧)导通/切断的晶体管62b、以及用于使第2定子12b的各相的电枢绕线13b与第2电池38b的低电位侧(图中以Lo表示的一侧)导通/切断的晶体管63b。并且，第2变换器32b，利用PWM控制来切换各切换电路61b的晶体管62b以及晶体管63b的ON/OFF，由此来控制各电枢绕线13a的通电量。 

另外，在本实施方式中构成为，第1电池38a的端子间电压高于第2电池38b的端子间电压。另外，对第1变换器32a输入的直流电压相当于本发明的第1直流电压，从第2变换器32b输出的直流电压相当于本发明的第2直流电压。 

接着，转矩指令确定部50，为了根据由从第2电池38b供给的电力来工作的电气安装辅助设备的工作状态，使第2电池38b的端子间电压VL_s维持在H电平或L电平附近，而令由第1变换器32a、电动机3以及第2变换器32b所构成的结构具有DC/DC转换器的功能，执行对第2电池38b进行充电的「第2电池充电运转」。 

以下，根据图6所示的流程图来对转矩指令确定部50的「第2电池充电运转」的执行顺序进行说明。另外，转矩指令确定部50使由第1变换器32a、电动机3和第2变换器32b构成的结构具有DC/DC转换器的功能，对第2电池38b进行充电的结构相当于本发明的电压变换控制单元。 

转矩指令确定部50在STEP1中判断转子11的转速(dθm/dt)是否为零(旋转停止状态)。然后，在转子11的转速为零时进入STEP2，在转子11的转速不为零时向STEP10分支。在STEP2中，转矩指令确定部50利用以下公式(3)～公式(5)来算出对第1电流指令确定部30a的第1定子12a的转矩指令值Tr1_c2、对第2电流指令确定部30b的第2定子12b的转矩指令值Tr2_c2以及d轴电流的重叠指令值Idf。 

另外，转矩指令确定部50，在图4所示的第2电池38b的端子间电压的指令值VL_c的决定图57中，适用从辅助设备信息获得的辅助设备负载的电平，取得对应的指令值VL_c(H电平或L电平)。VL_c的决定图57的数据预先保存在存储器(未图示)中。 

【公式3】 

Tr1_c2＝Tr1_c1.....(3) 

【公式4】 

Tr2_c2＝Tr2_c1.....(4) 

【公式5】 

Idf＝K1·ΔVL·sinαt.....(5) 

其中，K1：增益系数，α：固定频率，t：时间。 

【公式6】 

ΔVL＝VL_c-VL_s.....(6) 

其中，VL_c：第2电池38b的端子间电压的指令值；VL_s：第2电池38b的端子间电压的检测值。 

这里，在转子11正停止时，在第2定子12b的电枢绕线13b中没有产生由再生动作而引起的电压。因而，对d轴电流指令值Id_c1加上由上 述公式(5)算出的d轴电流的重叠指令值Idf，通过正弦波通电使第1定子12a的d轴电流发生时间性变化，由此使第1定子12a的电枢绕线13a和第2定子12b的电枢绕线13b具有变压器的功能。 

从而，在第2定子12b的电枢绕线13b中产生与Idf的正弦波通电相应的感应电压，该感应电压利用第2变换器32b转换为直流电压并提供给第2电池38b，对第2电池38b进行充电。 

接着，在STEP10中，转矩指令确定部50判断转子11的转速dθ/dt是否为规定转速Nm以下。这里，因为转子11的转速低，所以Nm被设定成如下的电平，该电平可判断出在第2定子12b的电枢绕线13b中产生的再生电压低，且由第2变换器32b变换输出的直流电压对第2电池38b的充电不充分。 

并且，在转子11的转速dθm/dt为Nm以下时进入STEP11，转矩指令确定部50判断第1定子12a的转矩指令值Tr1_c1是否为规定的第1转矩上限值TRQ1以上(条件1)、以及第2定子12b的转矩指令值Tr2_c1是否为规定的第2转矩上限值TRG2(条件2)。 

当条件1和条件2的至少某一方成立时进入STEP12，转矩指令确定部50将通电波形指令WAVE设置为SQ(矩形波通电的指示)。另一方面，当条件1和条件2都不成立时向STEP20分支，转矩指令确定部50将通电波形指令WAVE设置为SIN(正弦波通电的指示)。 

然后，继续在STEP13中，转矩指令确定部50利用以下公式(7)～公式(9)，算出对于第1电流指令确定部30a的转矩指令值Tr1_c2、对于第2电流指令确定部30b的转矩指令值Tr2_c2以及d轴电流的重叠指令Idf。 

【公式7】 

Tr1_c2＝Tr1_c1+K2·ΔVL.....(7) 

其中，K2：增益系数。 

【公式8】 

Tr2_c2＝Tr2_c1-K3·ΔVL.....(8) 

其中，K3：增益系数。 

【公式9】 

Idf＝K1·ΔVL·sinαt.....(9) 

从而，在使第1定子12a的转矩指令值Tr1_c2根据第2电池38b的端子间电压的不足量ΔVL增大的同时，使第2定子12b的转矩指令值Tr2_c2根据第2电池38b的端子间电压的不足量ΔVL减少(再生转矩的大小增大)。另外，通过设定d轴电流的重叠指令值Idf，可以使第2定子12b的电枢13b所产生的感应电压增大。 

并且，在上述条件1和条件2成立、且需要高转矩时，利用STEP12来切换为矩形波通电，由此能够降低提供给第1定子12a的电枢13a的峰值电流。因此，能够使通入第1定子12a的电枢13a的电流增加，从而，能够提高从第2定子12b向第2变换器32b输出的电压，使从第2变换器32b向第2电池38b供给的充电电流增大。 

另外，根据第1转矩上限值TRQ1向第1定子12a的电枢绕线13b供给的驱动电流的大小相当于本发明的规定电流值。另外，在STEP11中，通过转矩指令值Tr1_c1的电平来切换了矩形波通电和正弦波通电，不过通过第1定子12a的电枢绕线13a的驱动电流的检测值(Iq_s1)的电平也可以切换矩形波通电和正弦波通电。 

另外，在STEP30中，转矩指令确定部50，利用以下公式(10)～公式(11)，来确定对于第1电流指令确定部30a的转矩指令值Tr1_c2和对于第2电流指令确定部30b的转矩指令值Tr2_c2。 

【公式10】 

Tr1_c2＝Tr1_c1.....(10) 

【公式11】 

Tr2_c2＝Tr2_c1.....(11) 

【公式12】 

Idf＝0.....(12) 

从而，在对第1定子12a的电枢13a提供与转矩指令值Tr1_c1相应的电流的同时，从第2定子12b的电枢13b经由第2变换器32b向第2电池38b回收产生与转矩指令值Tr2_c1相应的再生转矩的电流。 

并且此时，可通过转子11的高速旋转，使第2定子12b的电枢绕线13b所产生的感应电压变高，并从第2变换器32b对第2电池38b提供充分的充电电流。因此，为了提高第2定子12b的电枢绕线13b所产生的感应电压，而无需对第1定子12a的电枢绕线13a通入d轴电流。从而，利用上述公式(12)，将d轴电流的重叠指令值Idf设定为零。 

另外，在本实施方式中，转矩指令确定部50，利用上述公式(5)、公式(6)，通过比例积分控制来算出d轴电流的重叠指令值Idf，不过也如以下公式(13)所示，通过比例积分(PI)控制可算出d轴电流的重叠指令值Idf。 

【公式13】 

Idf＝Kp·ΔVL+Ki∑ΔVL·sinαt.....(13) 

其中，Kp：比例增益，Ki：积分增益。 

接着，参照图7以及图8，对电动机3的其他结构例进行说明。图7(a)～图7(c)所示的例子为，将安装在转子上的磁铁的半数置换为磁性体轭铁，令使用的磁铁数减半。 

参照图7(a)～图7(c)，转子71被设置为与第1定子72a以及第2定子72b对置，该转子71由具有非磁性体构成的框体74、与框体74交互组装的多个永久磁铁75以及磁性体轭铁76组成。多个磁铁75的任一个，都将与第2定子72b对置的一侧作为N极，将与第1定子72a对置的一侧作为S极而组合安装。 

这样，通过交互地配置永久磁铁75和磁性体轭铁76，可以减少使用的永久磁铁15的个数，并且能够提高作为第1定子72a与第2定子72b的变压器的耦合系数。因此，能够提高使第1变换器32a、电动机3和第2变换器32b构成的结构起到DC/DC转换器的功能时的效率。 

另外，在磁性体轭铁76中加入狭缝81，使磁性体轭铁76的转子71周方向的磁阻变化，由此来进一步提高作为第1定子72a和第2定子72b 的变压器的耦合系数。 

另外，参照图7(a)以及图7(c)，在第1定子72a中，从环状的基体79a的与转子71对置的端面向基体79a的轴心方向突出的9个齿79a，围绕基体79a的轴心以等角度间隔排列。关于第2定子72b也是同样，从环状的基体79b的与转子71对置的端面向基体79b的轴心方向突出的9个齿79b，围绕基体79b的轴心以等角度间隔排列。 

接着，图8(a)～图8(c)所示的例子为，针对图7(a)～图7(c)所示的结构，将永久磁铁75置换为利用磁体表层轭铁95b、95c挟入了永久磁铁95a的磁铁块95。在该情况下，也能够令使用的永久磁铁的个数减半。 

参照图8(a)～图8(c)，转子91被设置为与第1定子92a以及第2定子92b对置，通过由非磁性体构成的框体94、交互组装在框体94上的多个磁铁块95以及磁性体轭铁96构成。 

多个磁铁块95的任一个，都将与永久磁铁95a的第2定子92b对置的一侧作为N极，将与第1定子92a对置的一侧作为S极而组装。这样，通过采用磁铁块95，可以进一步减少永久磁铁的使用量。另外，在磁性体轭铁96上形成有狭缝101。 

另外，参照图8(a)以及图8(c)，在第1定子92a上，从环状的基体99a的与转子91对置的端面向基体99a的轴心方向突出的36个齿100a，围绕基体99a的轴心以等角度间隔排列。关于第2定子92b也是同样，从环状的基体99b的与转子91对置的端面向基体99b的轴心方向突出的36个齿100b，围绕基体99b的轴心以等角度间隔排列。 

另外，在本实施方式中，设定电枢绕线13a与电枢绕线13b的特性，以使第2定子12b的电枢绕线13b所产生的感应电压低于对第1定子12a的电枢绕线13a施加的电压。并且由此，使由第1变换器32a、第1定子12a、第2定子12b和第2变换器32b构成的结构起到下变换器的功能，不过也可以设定电枢绕线13a与电枢绕线13b的特性，以使得第2定子12b的电枢绕线13b所产生的感应电压高于反向施加给第1定子12a的电枢绕线13a的电压，这样可使其起到上变换器的功能。 

另外，在本实施方式中，将第1变换器32a作为输入侧，将第2变换 器32b作为输出侧来进行了「第2电池充电运转」，不过也可以将第2变换器32b作为输入侧，将第1变换器32a作为输出侧进行对第1电池38a充电的「第1电池充电运转」。另外，可根据第1电池38a与第2电池38b的充电状态来切换执行「第2电池充电运转」与「第1电池充电运转」。 

另外，在本实施方式中，利用图6的STEP11～STEP12以及STEP20，根据转子11的转速，将第1定子12a的电枢13a和第2定子12b的电枢13b的通电控制切换为矩形波通电和正弦波通电，但即使在不进行该切换的情况下，也能够取得本发明的效果。 

另外，在本实施方式中，在图6的STEP13内，当进行「牵引/再生运转」时，进行了通过设定d轴电流的重叠指令值Idf来使第2定子12b的电枢绕线13b所产生的感应电压增大的处理，不过即使在没有进行这样的处理的情况下，也能够取得本发明的效果。 

Claims (6)

1.一种电动机的控制装置，为具备转子、和在该转子的旋转轴心方向上隔着该转子对置设置的具有多相绕组的第1定子以及第2定子的轴向间隙型电动机的控制装置，其特征在于，具有：

与所述第1定子连接的第1变换器；

与所述第2定子连接的第2变换器；

电压变换控制单元，其在所述转子停止时和所述转子的转速为规定转速以下时的至少任一情况中，对所述第1变换器输入第1直流电压，将使所述转子的磁场的磁通发生变化的磁场轴电流，在时间上变更其通电量而从所述第1变换器向所述第1定子供给，同时将根据该磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压通过所述第2变换器变换成第2直流电压并输出；

用于与交流电源连接的交流电源连接单元；

AC/DC转换器，其连接在该交流电源连接单元与所述第1变换器之间，在所述交流电源与该交流电源连接单元连接时，将从所述交流电源输出的交流电压变换为直流电压并向所述第1变换器输出；以及

与所述第2变换器连接的直流电源，

所述电压变换控制单元，在所述交流电源与所述交流电源连接单元连接时，将从所述AC/DC转换器向所述第1变换器供给的直流电压作为所述第1直流电压，将所述磁场轴电流以使通电量时间性地变化的方式从所述第1变换器向所述第1转子供给，将根据该磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压通过所述第2变换器来变换为直流电压，并利用该直流电压对所述直流电源进行充电。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述电压变换控制单元执行牵引/再生运转，该牵引/再生运转，从所述第1变换器向所述第1定子供给驱动电流，使所述电动机进行牵引动作，并且将根据所述转子的旋转而在所述第2定子中产生的再生电压通过所述第2变换器来变换为直流电压后输出，

在该牵引/再生运转执行时，从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流，并且以使通电量时间性地变化的方式供给所述磁场轴电流，将根据所述转子的旋转而在所述第2定子中产生的再生电压、和根据所述磁场轴电流的供给而在所述第2定子中产生的感应电压，通过所述第2变换器变换为所述第2直流电压并输出。

3.根据权利要求2所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述电压变换控制单元，在所述牵引/再生运转执行时，在所述转子的转速为规定转速以下、且所述驱动电流为规定电流值以上时，通过矩形波通电从所述第1变换器向所述第1定子供给所述驱动电流。

4.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，

在所述转子中，由永久磁铁产生的场磁极和由没有被磁化的磁性材料产生的场磁极在周方向交互地配置，该永久磁铁的N极和S极之中的任一极被设置为与所述第1定子对置，同时该磁铁的另一极被设置为与所述第2定子对置。

5.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，其特征在于，

由所述没有被磁化的磁性材料产生的场磁极，通过在周方向上使磁阻发生变化而形成。

6.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述第1定子的磁回路截面积和所述第2定子的磁回路截面积相同。

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