JP3388338B2 - 扁平形交流回転電機とその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、扁平形交流回転電
機とその制御方法に係り、特に、高トルク・低速用の車
両、例えば、電気自動車、鉄道車両、装軌車両の駆動源
となる交流電動機あるいは発電源となる交流発電機とし
て用いるに好適な扁平形交流回転電機とその制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流電動機として、円筒状に形成
されたロータの外周面（回転軸と平行な面）をトルクの
発生面として用いたものが多く採用されている。この種
の交流電動機においては、同一の出力でも高速回転・低
トルクにするほど小型にできるところから、高速回転・
低トルクのものが車両や各種の電気機器などに搭載され
ている。

【０００３】高速回転・低トルク用の交流電動機を自動
車や鉄道車両の駆動モータとして用いるときには、交流
電動機の出力を減速機を介して車輪に伝達する方式が採
用されている。交流電動機のトルクを減速機の減速比
（ギア比）に応じたトルクに変換して車輪に伝達する場
合、減速機のギア比を大きくするほど高トルクの駆動力
を車輪に伝達することができるが、ギア比が大きくなる
にしたがって減速機が大型になる。

【０００４】一方、自動車、鉄道車両、装軌車両などの
車両の中には低速回転・高トルクが要求されているもの
がある。この種の車両に使用される交流電動機として
は、モータの使用トルク範囲において、最大速度のトル
クを１としたときに、引出トルクは３倍から４倍必要と
されている。しかし、ロータが円筒状に形成されたモー
タを低速回転・高トルクのものに用いるときには、ロー
タの軸長を長くしてトルクの発生面積を広くしたり、減
速比の大きい減速機を用いたりすること余儀なくされ、
車両を小型化することが困難である。

【０００５】そこで、ロータの側面をトルクの発生面と
した扁平形交流電動機が提案されている。扁平形交流電
動機の場合には、回転軸と平行なロータの側面がトルク
の発生面となっているので、ロータの軸長を長くするこ
となく、低速回転・高出力トルクの仕様に対しても交流
電動機を小型化することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】扁平形交流電動機は、
ロータの側面をトルクの発生面としているため、低速回
転・高出力トルクの仕様に対しても小型化を図ることが
できるが、ロータとステータ間に極めて大きな吸引力、
例えば２０トン／ｍ²程度の力が働くため、ロータとそ
の両側のステータとの間に働く電磁力（吸引力）を等し
くしないと、ロータが一方のステータに吸着して回転不
能となる。そこで、ロータが一方のステータに吸着する
のを防止するために、ステータを支持する構造物である
枠体の機械強度を大きくすることも考えられるが、構造
物の機械強度を大きくすると、構造物が大きくなるとと
もに重量が増加し、小型化のメリットが失われる。ま
た、ロータ（ロータディスク）の両側と枠体（フレー
ム）との間にスラストベアリングを挿入し、ロータの軸
方向への移動をスラストベアリングによって吸収する構
造を採用することもできる。しかし、この構造では、ス
ラストベアリングの機械的損失が電動機の出力の低下に
つながり、しかも、交流電動機が大型になるほどロータ
と各ステータ間に働く吸引力が大きくなり、スラストベ
アリングの圧力の増大に伴って機械的損失が増大する。
このため、扁平形交流電動機を用いるに際しては、ステ
ータを支持する枠体の機械強度を大きくしたり、回転軸
にスラストベアリングを装着したりすることなく、ロー
タと各ステータ間のギャップを常に一定に保持すること
が必要となる。

【０００７】本発明の目的は、ロータと各ステータ間の
ギャップを一定に保持することができる扁平形交流回転
電機とその制御方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
相対向して配置され回転軸と平行な磁界でかつロータの
周方向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステ
ータと、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回
転自在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステー
タと一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体と、各
ステータとロータとのギャップのうち少なくとも一方の
ギャップを検出するギャップ検出手段と、ギャップ検出
手段の検出出力に応じて各ステータから発生する電磁力
をそれぞれ制御するギャップ制御手段とを備えている扁
平形交流回転電機を構成したものである。

【０００９】前記扁平形交流回転電機を構成するに際し
ては、ギャップ制御手段としては、ギャップ検出手段の
検出出力に基づいて各ステータとロータとのギャップを
それぞれ一定にするための制御信号を生成し、生成した
制御信号にしたがって各ステータから発生する電磁力を
それぞれ制御する機能を備えたものとすることもでき
る。

【００１０】前記各扁平形交流回転電機を構成するに際
しては、以下の要素を付加することができる。

【００１１】（１）一対のステータは、一対のステータ
コアと、一対のステータコアにそれぞれ巻き付けられた
一対のステータコイルとを備えており、ギャップ制御手
段は、ギャップ検出手段の検出出力を基に一対のステー
タコイルの電流値をそれぞれ調整してなる。

【００１２】（２）ギャップ検出手段は、一対のステー
タコイルにそれぞれ誘起される誘起電圧を検出する複数
の誘起電圧検出手段と、各誘起電圧検出手段の検出出力
の差を検出する差電圧検出手段とから構成されてなる。

【００１３】また、本発明は、回転軸と、円環状に形成
されて回転軸外周に固定され回転軸と平行な磁力線を発
生する磁性体が周方向に複数個配置されたロータと、ロ
ータを間にして相対向して配置され回転軸と平行な磁界
でかつロータの周方向に沿って回転する回転磁界を発生
する一対のステータと、ロータの両側に分かれて配置さ
れて回転軸を回転自在に軸支する一対のラジアル軸受
と、一対のステータと一対のラジアル軸受をそれぞれ支
持する枠体とを備えた扁平形交流回転電機の回転を制御
するに際して、各ステータとロータとのギャップのうち
少なくとも一方のギャップを検出し、この検出値に応じ
て各ステータから発生する電磁力をそれぞれ制御するこ
とを特徴とする扁平形交流回転電機の制御方法を採用し
たものである。

【００１４】前記制御方法を採用するに際しては、ギャ
ップの検出値に基づいて各ステータとロータとのギャッ
プをそれぞれ一定にするための制御信号を生成し、生成
した制御信号にしたがって各ステータから発生する電磁
力をそれぞれ制御するようにすることもできる。

【００１５】また前記制御方法を採用するに際しては、
以下の要素を付加することができる。 （１）一対のス
テータが、一対のステータコアと、一対のステータコア
にそれぞれ巻き付けられた一対のステータコイルとを備
えているときに、検出されたギャップの値を基に一対の
ステータコイルの電流値をそれぞれ調整すること。

【００１６】（２）各ステータとロータとのギャップの
うちギャップが広い方のステータに属するステータコイ
ルに対してはギャップ変化前よりも大きい電流を流し、
ギャップが狭い方のステータに属するステータコイルに
対してはギャップ変化前よりも小さい電流を流すこと。

【００１７】前記した手段によれば、各ステータとロー
タとのギャップの変化に合わせて各ステータから発生す
る電磁力を独立に制御するようにしているため、各ステ
ータとロータとのギャップを一定にすることができ、枠
体の機械強度を大きくしたり、回転軸にスラストベアリ
ングを装着したりすることなく、ロータがステータに吸
着するのを防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明に係る扁平形交流回転電機を
扁平形交流電動機に適用したときの一実施形態を示すブ
ロック構成図、図２は扁平形交流電動機本体の要部縦断
面図である。図１および図２において、扁平形交流電動
機は低速回転・高出力トルクのモータとして円柱状のロ
ータ軸（回転軸）１０を備えている。モータ軸１０は、
枠（枠体）１２に支持された一対のラジアル軸受け１
４、１６によって回転自在に軸支されており、ロータ軸
１０の外周にはロータ１８が固定されている。ロータ１
８は、ほぼ円盤状に形成されたロータディスク２０と、
ロータディスク２０の内周側に形成された円環状の突起
２２、２４とが一体となって形成されている。このロー
タディスク２０内には、同期電動機型または誘導電動機
型のロータとして、永久磁石ＳＮが複数個埋設されてい
る。各永久磁石ＳＮはロータディスク２０の周方向に沿
って分散して配置されている。この場合、各永久磁石は
ＳＮは、周方向の磁極が相異なる方向になるとともに、
ロータ軸１０と平行な磁力線を発生するように配置され
ている。さらにロータディスク２０の径方向端面にはロ
ータ位置標準リング２６が形成されている。このリング
２６はロータディスク２０の軸方向の中心位置に配置さ
れている。そしてロータディスク２０のうち各永久磁石
ＳＮが埋設された領域を間にして、ロータディスク２０
の両側面側には、ロータディスク２０を間にして一対の
ステータ２８、３０がロータディスク２０との間に一定
のギャップ３２、３４を保って相対向して配置されてい
る。またリング２６を間にして一対のギャップセンサ３
６、３８が相対向して配置されている。

【００２０】ステータ２８、３０は、円環状に形成され
たステータコア４０、４２のスリットにそれぞれ巻きつ
けられたステータコイル４４、４６を備えて構成されて
おり、ステータコア４０、４２がそれぞれ枠１２に固定
されている。ステータコイル４４、４６の巻線の端末は
枠１２外に配置されたＰＷＭインバータ４８、５０に接
続されており、各ステータコイル４４、４６にはＰＷＭ
インバータ４８、５０から交流信号が供給されるように
なっている。ステータ２８、３０は、ステータコア４０
とステータコイル４４によって形成される磁界と、ステ
ータコア４２とステータコイル４６によって形成される
磁界がロータ軸１０に平行となるように構成されている
とともに、インバータ４８、５０からの交流信号（交流
電圧）によってロータ１８の周方向に沿って回転磁界を
形成するようになっている。

【００２１】ギャップセンサ３６、３８は、例えば、ギ
ャップセンサ３６、３８とリング２６との間に形成され
る容量の変化に応じて共振周波数が変化することを利用
してギャップ３２、３４の変化を検出するギャップ検出
手段として構成されており、各ギャップセンサ３６、３
８の検出出力がインバータ４８、５０に入力されてい
る。

【００２２】インバータ４８、５０は、電流基準値とギ
ャップセンサ３６、３８の検出出力に基づいて扁平モー
タ５２の周波数、トルクを制御する制御手段を構成する
とともに、ギャップ３２、３４をそれぞれ一定にするた
めの制御信号生成し、生成した制御信号にしたがって各
ステータ２８、３０から発生する電磁力をそれぞれ制御
するギャップ制御手段として構成されている。この電磁
力を制御するに際して、各インバータ４８、５０は、ギ
ャップ３２、３４のうちギャップが広くなったステータ
コイルに対してはギャップ変化前よりも大きい電流を流
して電磁力を強め、ギャップが狭くなったほうのステー
タコイルに対してはギャップ変化前よりも小さい電流を
流して電磁力を弱める制御を行うように構成されてい
る。

【００２３】さらに、本実施形態においては、扁平モー
タ５２の出力トルクをトルク指令にしたがって一定に保
持するために、トルク−電流変換器５４、偏差増幅器５
６、比例乗算回路５８、補正演算回路６０、６２、加算
回路６４、電流変成器６６、６８を備えている。

【００２４】トルク−電流変換器５４は、トルク指令を
トルク指令に応じた電流に変換し、トルク指令に対応し
た電流を示す信号を偏差増幅器５６と比例乗算回路５８
に出力する。偏差増幅器５６は、電流変成器６６、６８
によって検出されたインバータ４８、５０の出力電流の
和を示す信号を加算回路６４から入力し、扁平モータ５
２に流れる実際の電流とトルク指令に対応した電流との
偏差を増幅し、偏差に応じた信号を比例乗算回路５８に
出力する。比例乗算回路５８はトルク−電流変換器５４
の出力信号と偏差増幅器５６の出力信号に対して比例演
算を行って、演算結果を補正演算回路６０、６２に出力
するようになっている。補正演算回路６０、６２は、ト
ルク指令に応じた電流を各インバータ４８、５０から出
力するための補正演算を行い、演算結果にしたがった電
流基準値を示す信号をそれぞれインバータ４８、５０に
出力するようになっている。すなわち、比例乗算回路５
８、補正演算回路６０、６２は、扁平モータ５２の磁気
回路やメカニカルミスアライメントを電気的に補正する
ために、ロータ１８に働く吸引力の初期バランスをとる
ための基準電流値の初期値を修正するように構成されて
いる。

【００２５】一方、枠１２は、ロータ１８、ステータ２
８、３０を囲む筒状のベース７０、７２とが接合されて
構成されており、枠１２内には冷却用の液体、例えば、
絶縁油、フロン、水などを貯留する液体貯留室７４が形
成されている。ベース７０、７２はそれぞれほぼ碗形状
に形成され、中央部に形成された回転軸挿入孔内にロー
タ軸（モータ出力軸）１０が挿入され、ベース７０とベ
ース７２との合わせ面にシール部材としてのＯリング７
６が装着されている。なお、ベース７０とベース７２は
ボルトやナットなどの締結部材によって強固に接合され
ている。

【００２６】上記構成において、インバータ４８、５０
からステータコイル４４、４６に交流電圧が印加されて
ステータコイル４４、４６が励磁され、ロータ１８の周
方向に沿って回転磁界が形成されると、ロータディスク
２０内の永久磁石ＳＮが回転磁界に吸引され、回転磁界
の移動に合わせてロータディスク２０が回転すると、冷
却、潤滑を兼ねて注入された液体がロータ軸１０側から
吸いこまれてロータディスク２０の表面とステータコア
４０、４２の表面との間をステータコイル４４、４６の
表面を沿うように循環する。これは、ロータディスク２
０の回転による遠心力によって、ロータディスク２０表
面の液体がロータディスク２０の外周側に飛散し、ロー
タ軸１０の中心とロータディスク２０外周側との間に圧
力差が生じるためである。このようなポンプ作用によ
り、液体貯留室７４内の液体のうち外周側の液体の圧力
が高くなる。この液体は、枠１２外に排出されて、外部
の熱交換器によって冷却された後、液体貯留室７４内の
うち負圧となったロータ軸１０側に吸い込まれ、ロータ
軸１０の表面側に導入される。

【００２７】ところで、扁平モータ５２が回転している
ときに、ステータコイル４４、４６の電流値が等しく、
ギャップ３２、３４がともに等しいときには、ロータデ
ィスク２０はステータ２８、３０の中間に保持され、ロ
ータディスク２０を片側に吸引する吸引力は零である。
しかし、現実には、磁気回路のわずかな相違や、ロータ
ディスク２０のステータ２８、３０間中央へのセッティ
ングのミスアライメント、モータ負荷７８からの外乱な
どによって、ギャップ３２、３４が等しくならなくなっ
たり、ギャップ３２、３４が基準値（基準ギャップ値）
から外れたりすることがある。

【００２８】そこで、本実施形態では、ギャップ３２、
３４の変化に合わせてステータコイル４４、４６に対す
る電流を制御することとしている。すなわち、図３に示
すように、ロータディスク２０とステータ２８、３０間
に働く電磁力としての吸引力がバランスしているときの
基準ギャップ値をｇとし、ギャップ３２、３４が等しい
と仮定したときに、そのときの回転トルク値を決める両
ステータコイル４４、４６の電流値をｂとしたときに、
例えば、ステータコイル４４側のギャップ３２が広くな
り、ステータコイル４６側のギャップ３４が狭くなった
場合、ステータコイル４４に対する電流を大きくしてス
テータコイル４６から発生する電磁力を強め、ステーコ
イル４６に対する電流を小さくしてステータコイル４６
から発生する電磁力を弱める。

【００２９】具体的には、図４に示すように、ステータ
コイル４４側のギャップ３２がｇ＋Δｇと広くなり、ス
テータコイル４６側のギャップ３４がｇ−Δｇと狭くな
った場合、ステータコイル４４に対する電流をｂからｂ
＋Δｉｐに増加し、ステータコイル４６に対する電流を
ｂからｂ−Δｉｐに減少させる。電磁吸引力はギャップ
の２乗に比例するので、ギャップの広くなったステータ
コイル４４に対する電流を増加させるとステータコイル
４４による吸引力が増加し、逆に、ギャップの狭くなっ
たステータコイル４６に対する電流を減少させると、ス
テータコイル４６による吸引力が減少する。吸引力の増
加したステータ２８はロータディスク２０側に吸引さ
れ、吸引力の減少したステータ３０はロータディスク２
０から離れる。この結果各ギャップ３２、３４の値が元
の値になる。

【００３０】このように、ギャップ３２、３４の変化に
合わせてステータコイル４４、４６に対する電流を制御
することで、ギャップ３２、３４を一定に保持すること
ができる。このため、枠１２の機械強度を大きくした
り、ロータ軸１０にスラストベラリングを装着したりす
ることなく、ロータディスク２０がステータ２８または
ステータ３０に吸着するのを防止することができる。

【００３１】前記実施形態においては、トルク指令が一
定のときには、ギャップ３２、３４の変化に合わせて、
ステータコイル４４、４６に対する電流値が変化する
が、ステータコイル４４、４６の電流の和が一定となる
ように、ステータコイル４４、４６に対する電流がそれ
ぞれ制御されるため、トルクを常に一定に保持すること
ができる。

【００３２】一方、トルク指令が変化したときには、図
５に示すように、トルク指令の変化に対して実際の電流
値が小さいときには上側にピークを示す電流が流れ、ト
ルク指令の変化に対して実際の電流が大きい場合には、
下側にオーバシュートを示す電流が流れる。

【００３３】次に、本発明の他の実施形態を図６および
図７にしたがって説明する。

【００３４】本実施形態は、ギャップセンサ３６、３８
の代わりに、ギャップ検出手段として、サーチコイル８
０、８２、コンパレータ８４、８６を設け、ロータディ
スク２０からロータ位置標準リング２６を取外した他
は、図１と同一の構成である。

【００３５】サーチコイル８０、８２はそれぞれステー
タコイル４４、４６とともにステーコア４０、４２に巻
きつけられており、ステータコイル４４、４６の誘起電
圧に応答して誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とし
て構成されており、各サーチコイル８０、８２の検出出
力がコンパレータ８４、８６に入力されている。コンパ
レータ８４、８６はサーチコイル８０、８２によって誘
起された誘起電圧の差を検出する差電圧検出手段として
構成されており、各コンパレータ８４、８６の出力がイ
ンバータ４８、５０に入力されている。各サーチコイル
８０、８２はギャップ３２または３４が広くなったとき
には誘起電圧が小さくなり、狭くなったときには誘起電
圧が大きくなる特性を示すようになっている。このため
サーチコイル８０、８２の誘起電圧の差を基に、コンパ
レータ８４、８６からは図７に示すような電圧が出力さ
れる。例えば、ギャップ３２が広くなるとサーチコイル
８０の誘起電圧が小さくなり、ギャップ３４が狭くなる
とサーチコイル８２の誘起電圧が大きくなる。この結
果、コンパレータ８４の出力は大きくなってギャップ３
２が広くなったことを示し、コンパレータ８４の出力は
減少してギャップ３４が狭くなったことを示す。そして
インバータ４８、５０がコンパレータ８４、８６の出力
に基づいてサーチコイル４４、４６に対する電流を制御
することで、前記実施形態と同様に、ギャップ３２、３
４を一定に保持することができる。

【００３６】また本実施形態によれば、ロータディスク
２０からリング２６を取外すことができるため、前記実
施形態のものよりもロータディスク２０の製作が容易に
なるとともに構成の簡素化を図ることができる。

【００３７】次に、本発明の第３実施形態を図８ないし
図１０にしたがって説明する。

【００３８】本実施形態は、ステータコイル４４、４６
の電流の制御方法として、ギャップ３２、３４の変動が
あまり大きくない場合や、扁平モータ５２に発電ブレー
キをかける必要のある場合に、ステータコイル４４、４
６の電流を抵抗器に分流するするようにしたものであ
り、ステータコイル４４、４６が互いに直列に接続さ
れ、ステータコイル４４の一端が接地されている。そし
てステータコイル４４の両端に分路抵抗器８８と分路制
御器９０が接続され、ステーコイル４６の両端に分路抵
抗器９２、分路制御器９４が接続されている。各分路制
御器９０、９４は、チョッパで構成され、ギャップセン
サ３６、３８からの信号を基にオンオフ周期を制御して
分路制御器９０、９４に分流する電流の分流率を調整し
てギャップ３２、３４を一定に制御するギャップ制御手
段として構成されている。各ステータコイル４４、４６
には、全電流電圧制御回路９６から電流が供給されるよ
うになっており、全電流電圧制御回路９６は、電流変成
器４６の検出による電流とトルク指令にしたがった電流
とが常に一致するように、ステータコイル４４、４６に
一定の電流を供給する定電流制御系を構成するようにな
っている。すなわち分路制御器９０、９４が完全にオフ
のときには、全電流電圧制御回路９６によって決定され
た電流が全てステータコイル４４、４６に流れるように
なっている。そしステータコイル４４、４６に印加され
る電圧が定電圧状態（モータフリーランニング状態）に
おいて、ギャップセンサ３８によってギャップ３４が広
くなったことが検出されたときに、ステータコイル４６
の電流を増加すると、図９に示すように、ステータコイ
ル４６の吸引力が増加し、逆にギャップセンサ３６によ
ってギャップ３２が狭くなったことが検出されたときに
ステータコイル４４に対する電流が減少させると、ステ
ータコイル４４から発生する吸引力が減少する。この場
合抵抗器９２に流れる電流が大きくなり、抵抗器８８に
流れる電流が小さくなることになる。

【００３９】一方、抵抗器８８、９２に分流する電流の
うち一方を一定として他方を減少する制御によっても吸
引力を制御することができる。例えば、分路制御器９０
を制御して抵抗器８８に電流を分流すると、その分だけ
ステータコイル４４に流れる電流が減少し、ステータコ
イル４４による電磁吸引力が弱められる。一方、ステー
タコイル４６の電流は、図１０に示すように、一定であ
るが、ステータコイル４６による電磁吸引力は、ステー
タコイル４４の電磁吸引力が弱められた分だけ、ステー
タコイル４４の電磁吸引力に対して相対的に強くなり、
ロータディスク２０がステータコイル４６側に吸引され
る。この関係をギャップの変化に置き換えると、ステー
タコイル４４側のギャップ３２がなんらかの原因で狭く
なったときに、分路制御器９０を動作させてステータコ
イル４４の電流を抵抗器８８に分流し、ステータコイル
４６の電流をそのままに維持すると、相対的にステータ
コイル４６側の電磁吸引力が増加し、ギャップ３２、３
４の変動を修正することができる。

【００４０】本実施形態においても、ギャップ３２、３
４の変動に合わせてステータコイル４４、４６に流れる
電流を制御しているため、ギャップ３２、３４を常に一
定に保持することができ、ロータディスク２０がステー
タ２８やステータ３０に吸着するのを防止することがで
きる。

【００４１】次に、扁平モータ５２を扁平形発電機とし
て使用するときの実施形態を図１１および図１２にした
がって説明する。

【００４２】本実施形態においては、扁平モータ５２を
扁平形発電機として使用するために、ロータ軸１０が原
動機９８に接続されており、ステータコイル４４、４６
がそれぞれサイクロコンバータ１００、１０２に接続さ
れている。サイクロコンバータ１００、１０２はギャッ
プセンサ３６、３８からの出力および補正演算回路６
０、６２からの信号の基づいて扁平形発電機の発電電力
を制御してギャップ３２、３４を一定に保持するギャッ
プ制御手段として構成されている。なお、偏差増幅器５
６には、サイクロコンバータ１００、１０２の全出力電
流を検出する電流変成器１０４の検出電流が入力されて
いる。

【００４３】本実施形態において、ロータ軸１０が原動
機９８の駆動によって回転すると、ステータコイル（電
機子コイル）４４、４６にそれぞれ電圧が誘起される。
各ステータコイル４４、４６に誘起された電圧がサイク
ロコンバータ１００、１０２に入力されると、入力され
た電圧が交流−交流変換された後、負荷に供給される。
このとき各サイクロコンバータ１００、１０２の発電出
力はギャップセンサ３６、３８の検出出力に基づいて制
御される。

【００４４】一方、発電機の場合は、ロータ１８とステ
ータコイル４４、４６間に働く電磁力は反発力として働
くため、ロータ１８は反発力の弱い方のステータコイル
側に押されることになる。またギャップの狭くなった方
のステータコイルの反発力は強くなるので、扁平形発電
機の場合には、基本的には自動調心作用がある。しか
し。扁平形発電機をエンジンの出力軸に直結したり、車
両に搭載する場合には、ロータ１８には大きな外力が加
わって、ロータ１８とステータコイル４４、４６とが接
触する恐れがある。このため、ギャップセンサ３６、３
８の検出出力に基づいてサイクロコンバータ１００、１
０２の発電電力を制御することで、ステータコイル４
４、４６に流れる電流が調整され、結果として、ギャッ
プ３２、３４を一定に保持することができる。この場
合、図１２に示すように、基準ギャップ値ｇを中心に、
ギャップが広くなったときにはステータコイル４４また
は４６にの電流を小さくし、逆にギャップが狭くなった
ときにはステータコイル４４または４６の電流を大きく
する。

【００４５】本実施形態においては、ギャップセンサ３
６、３８の検出出力に基づいてサイクロコンバータ１０
０、１０２の発電機出力を制御するようにしているた
め、ギャップ３２、３４を一定に保持することができ、
ロータディスク２０がステータ２８、３０に接触するの
を防止することができる。

【００４６】次に、扁平モータ５２に対して発電ブレー
キ制御を行う場合の他の実施形態を図１３および図１４
にしたがって説明する。

【００４７】本実施形態は、ステータコイル４４、４６
に流れる電流を分路制御器９０、９４によって独立に制
御するようにしたものであり、図ではステータコイル４
４、４６を互いに直列に接続しているが、これらを必ず
しも直列に接続する必要はない。また、本実施形態にお
いては、抵抗８８、９２に流れる電流をそれぞれ検出す
るための電流検出手段として電流変成器６６、６８が設
けられており、各電流変成器６６、６８の出力が電流加
算器６４を介してブレーキ電流設定回路１０６に入力さ
れている。このブレーキ電流設定回路１０６にはブレー
キ電流パターンｉＢＢが入力されており、ブレーキ電流
設定回路１０６、電流加算器６４の出力電流（ステータ
コイル４４、４６の和の電流）とブレーキ電流パターン
ｉＢＢとを一致させるための信号をギャップ制御回路１
０８、１１０に出力するようになっている。ギャップ制
御回路１０８、１１０はそれぞれブレーキ設定回路１０
６からの設定値とギャップセンサ３６、３８の検出出力
との偏差に応じた信号をパターン加算器１１２、１１４
に出力するようになっている。パターン加算器１１２、
１１４はブレーキ電流パターンｉＢＢとギャップ制御回
路１０８、１１０からの信号をそれぞれ加算してブレー
キ電流パターンｉＢ１、ｉＢ２をそれぞれ分路制御器９
０、９４に出力するようになっている。

【００４８】発電ブレーキ電流はステータコイル４４、
４６の発生電圧と分路抵抗器８８、９２の抵抗値および
分路制御器９０、９４の等価抵抗値で決定される。この
ためステータコイル４４、４６の電流値を独立に制御で
きることから、ブレーキ力を決める電流値は電流変成器
６６、６８で検出された電流の和に原理的にはなる。そ
こで、ギャップ３２、３４が一定の値になるように、ス
テータコイル４４，４６の電流値の和が分路器パターン
電流と一致するように、分路抵抗器８８、９２に流れる
電流を制御すればよいことになる。

【００４９】例えば、図１４に示すように、ステータコ
イル４６側のギャップ３４が基準ギャップ値ｇ１よりΔ
ｇ１だけ狭くなったときに、ブレーキ電流をｉＢＢより
ΔｉＢ１だけ増加すると、ギャップの広くなったステー
タコイル４４側のステータコイル電流は基準値ｉＢＢよ
りΔｉＢ１だけ減少する。この結果、ステータコイル４
６にはギャップ３４が広くなる方向の反発力が働き、逆
にステータコイル４４にはギャップ３２が狭くなる方向
の反発力が働き、ステータ２８、３０には調心作用が働
くことになる。

【００５０】本実施形態においては、扁平モータ５２の
発電ブレーキを制御するに際して、ステータコイル４
４、４６に流れる電流を独立に制御することで、ギャッ
プ３２、３４を一定に保持することができる。

【００５１】前記実施形態においては、ギャップセンサ
３６、３８の検出出力に基づいてギャップを一定の値に
保持することについて述べたが、ギャップセンサ３６、
３８を二つ設ける代わりに、ギャップセンサ３６または
３８を設け、一方の出力を基に他方のギャップを算出す
れば、単一のギャップセンサでも各ギャップ３２、３４
の変動を検出することができる。

【００５２】またサーチコイルの代わりに、ステータコ
イル４４、４６かから発生する誘起電圧そのものを検出
することでギャップの変化を検出することもできる。

【００５３】前記各実施形態においては、ギャップを制
御するときに、ステータコイル４４、４６に流れる電流
の和を常に一定に制御しているため、回転トルクに変動
が生じるのを防止することができる。

【００５４】また前記各実施形態においては、ギャップ
３２、３４を一定に保持することができるため、ロータ
軸１０にスラストベアリングを装着したり、枠１２の機
械強度を大きくしたりする必要がないので、扁平モータ
５２の大型化が可能になるとともに、軽量化に寄与する
ことができる。さらにロータがステータと接触すること
がないので、モータおよび発電機を安全に運転すること
ができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータと各ステータ間のギャップの変動に合わせて各ス
テータから発生する電磁力を独立に制御するようにした
ため、ロータと各ステータ間のギャップを常に一定に保
持することができ、交流回転電機（交流電動機、交流発
電機）の大型化および軽量化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す扁平形交流電動機の
ブロック構成図である。

【図２】本発明に係る扁平形交流電動機の縦断面図。

【図３】ステータ・ロータ間のギャップとステータコイ
ル電流との関係を示す特性図である。

【図４】ステータ・ロータ間のギャップと各ステータコ
イル電流との関係とを示す特性図である。

【図５】ステータ・ロータ間のギャップとインバータ出
力との関係を示す特性図である。

【図６】本発明の第２実施形態を示すブロック構成図で
ある。

【図７】ロータ・ステータ間のギャップとコンパレータ
出力との関係とを示す特性図である。

【図８】本発明の第３実施形態を示すブロック構成図で
ある。

【図９】ロータ・ステータ間のギャップとステータコイ
ル電流との関係を示す特性図である。

【図１０】ロータ・ステータ間のギャップとステータコ
イル電流との関係を示すトルク電流値の特性図である。

【図１１】本発明の第４実施形態を示すブロック構成図
である。

【図１２】ステータ・ロータ間のギャップと電機子コイ
ル電流との関係とを示す特性図である。

【図１３】本発明第５実施形態を示すブロック構成図で
ある。

【図１４】ステータ・ロータ間のギャップとステータ電
流との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１０ ロータ軸 １２ 枠 １４、１６ ラジアル軸受 １８ ロータ ２０ ロータディスク ２６ ロータ位置標準リング ２８、３０ ステータ ３２、３４ ギャップ ３６、３８ ギャップセンサ ４０、４２ ステータコア ４４、４６ ステータコイル ４８、５０ ＰＷＭインバータ ５２ トルク−電流変換器 ５６ 偏差増幅器 ５８ 比例乗算回路 ６０、６２ 補正演算回路 ６４ 加算回路 ６６、６８ 電流変成器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−131347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−107482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/00 H02P 7/63

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
   周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
   周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
   相対向して配置され回転軸と平行な磁界でかつロータの
   周方向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステ
   ータと、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回
   転自在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステー
   タと一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体と、各
   ステータとロータとのギャップのうち少なくとも一方の
   ギャップを検出するギャップ検出手段と、ギャップ検出
   手段の検出出力に応じて各ステータから発生する電磁力
   をそれぞれ制御するギャップ制御手段とを備えている扁
   平形交流回転電機。
2. 【請求項２】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
   周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
   周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
   相対向して配置され回転軸と平行な磁界でかつロータの
   周方向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステ
   ータと、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回
   転自在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステー
   タと一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体と、各
   ステータとロータとのギャップのうち少なくとも一方の
   ギャップを検出するギャップ検出手段と、ギャップ検出
   手段の検出出力に基づいて各ステータとロータとのギャ
   ップをそれぞれ一定にするための制御信号を生成し生成
   した制御信号に従って各ステータから発生する電磁力を
   それぞれ制御するギャップ制御手段とを備えている扁平
   形交流回転電機。
3. 【請求項３】 一対のステータは、一対のステータコア
   と、一対のステータコアにそれぞれ巻き付けられた一対
   のステータコイルとを備えており、ギャップ制御手段
   は、ギャップ検出手段の検出出力を基に一対のステータ
   コイルの電流値をそれぞれ調整してなる請求項１または
   ２記載の扁平形交流回転電機。
4. 【請求項４】 ギャップ検出手段は、一対のステータコ
   イルにそれぞれ誘起される誘起電圧を検出する複数の誘
   起電圧検出手段と、各誘起電圧検出手段の検出出力の差
   を検出する差電圧検出手段とから構成されてなる請求項
   ３記載の扁平形交流回転電機。
5. 【請求項５】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
   周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
   周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
   相対向して配置され回転軸と平行な磁界でかつロータの
   周方向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステ
   ータと、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回
   転自在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステー
   タと一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備
   えた扁平形交流回転電機の回転を制御するに際して、各
   ステータとロータとのギャップのうち少なくとも一方の
   ギャップを検出し、この検出値に応じて各ステータから
   発生する電磁力をそれぞれ制御することを特徴とする扁
   平形交流回転電機の制御方法。
6. 【請求項６】 回転軸と、円環状に形成されて回転軸外
   周に固定され回転軸と平行な磁力線を発生する磁性体が
   周方向に複数個配置されたロータと、ロータを間にして
   相対向して配置され回転軸と平行な磁界でかつロータの
   周方向に沿って回転する回転磁界を発生する一対のステ
   ータと、ロータの両側に分かれて配置されて回転軸を回
   転自在に軸支する一対のラジアル軸受と、一対のステー
   タと一対のラジアル軸受をそれぞれ支持する枠体とを備
   えた扁平形交流回転電機の回転を制御するに際して、各
   ステータとロータとのギャップのうち少なくとも一方の
   ギャップを検出し、この検出値に基づいて各ステータと
   ロータとのギャップをそれぞれ一定にするための制御信
   号を生成し、生成した制御信号に従って各ステータから
   発生する電磁力をそれぞれ制御することを特徴とする扁
   平形交流回転電機の制御方法。
7. 【請求項７】 一対のステータが、一対のステータコア
   と、一対のステータコアにそれぞれ巻き付けられた一対
   のステータコイルとを備えているときに、検出されたギ
   ャップの値を基に一対のステータコイルの電流値をそれ
   ぞれ調整することを特徴とする請求項５または６記載の
   扁平形交流回転電機の制御方法。
8. 【請求項８】 各ステータとロータとのギャップのうち
   ギャップが広い方のステータに属するステータコイルに
   対してはギャップ変化前よりも大きい電流を流し、ギャ
   ップが狭い方のステータに属するステータコイルに対し
   てはギャップ変化前よりも小さい電流を流すことを特徴
   とする請求項７記載の扁平形交流回転電機の制御方法。