JP2005117834A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなくコイルに発生する逆起電圧の抑制制御を行う。
【解決手段】ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を減少させるときは、ステータ１２のコイルがロータ１０の永久磁石とほぼ対向する状態で、ステータ１２の固定機構１６による固定を解除する。そして、ステータ１２のコイルが発生する磁気力とロータ１０の永久磁石が発生する磁気力とが反発するように、ステータ１２のコイルに流す電流を制御することにより、固定が解除されたステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側へ移動させる。ステータ１２が回転軸方向のロータ１０反対側へ移動したら、ステータ１２を固定機構１６により固定する。
【選択図】図４

Description

本発明はアキシャル型モータの駆動装置、特にコイルに発生する逆起電圧の抑制を図ったモータ駆動装置に関する。

従来のモータ駆動装置の一例が特許文献１〜３及び非特許文献１に開示されている。特許文献１においては、テーパ形状を有するロータが回転軸方向に摺動可能となっており、このロータを摺動させるための駆動力を油圧またはモータによって発生させている。そして、ロータとステータとの対向面積が減少し、ロータとステータとの間のギャップ量が増大する方向にロータを摺動させるように、油圧またはモータの制御を行うことにより、ロータの永久磁石からステータに鎖交する磁束を減少させている。これによって、ステータのコイルに発生する逆起電圧の抑制を図っている。

特許文献２においては、ロータ内部に可動磁石が埋め込まれており、ロータの回転に伴う遠心力の増大によってこの可動磁石がロータ外方向に移動する。この可動磁石のロータ外方向の移動によって、ロータ外周の永久磁石からステータに鎖交する磁束を減少させている。

特許文献３においては、ロータとともに回転して半径方向に摺動可能なウェイトが設けられており、このウェイトに加わる遠心力によりロータ外周の永久磁石を回転軸方向に移動させている。この永久磁石の移動によって永久磁石とステータとの対向面積を減少させることで、ロータ外周の永久磁石からステータに鎖交する磁束を減少させている。

非特許文献１においては、ロータに配設された永久磁石の磁束の一部を短絡するための可動円板がロータの両側に配置されている。そして、この可動円板をロータに近づけることにより、永久磁石からステータに鎖交する磁束を減少させている。

特開平５−１９９７０５号公報 特開平４−２５１５３４号公報 特開平５−３００７１２号公報 馬雷他、「可動円板を用いた埋込磁石構造ＰＭモータの弱め磁束制御」、平成１３年電気学会産業応用部門大会、ｐ．２２３−２２６

特許文献１においては、ロータを摺動させる駆動力を発生させるために、油圧装置やモータ等の専用のアクチュエータ及びその制御装置を必要とするため、装置全体が大型化してしまうという問題点がある。同様に、非特許文献１においても、可動円板を移動させる駆動力を発生させるためのアクチュエータ及びその制御装置が必要となる。一方、特許文献２，３においては、遠心力を利用して可動磁石及びウェイトをそれぞれ移動させることでステータへの鎖交磁束を減少させているが、可動磁石及びウェイトの位置は遠心力によって決まるため、ステータへの鎖交磁束をモータの運転状態に応じた望ましい磁束数に制御できているわけではない。

本発明は、装置の大型化を招くことなくコイルに発生する逆起電圧の抑制制御を行うことができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、コイルに流す電流を制御する制御装置と、を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構を有し、前記制御装置は、コイルの発生する磁気力と永久磁石の発生する磁気力とが反発するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させることを要旨とする。

この本発明においては、制御装置は、ステータのコイルの発生する磁気力とロータの永久磁石の発生する磁気力とが反発するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させている。このギャップ量の増大によって、ロータの永久磁石からステータに鎖交する磁束数を減少させることができ、コイルに発生する逆起電圧を抑制することができる。その際に、コイルに流す電流を利用してロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることができるので、ギャップ量を増大させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本発明によれば、装置の大型化を招くことなくコイルに発生する逆起電圧の抑制制御を行うことができる。

また、本発明に係るモータ駆動装置は、回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、コイルに流す電流を制御する制御装置と、を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構と、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させるための移動力をステータに付加する移動力付加手段と、を有し、前記制御装置は、ステータを鎖交する磁束が減少するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させることを要旨とする。

この本発明においては、ロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させるための移動力が移動力付加手段によってステータに付加されている。そして、制御装置は、ステータを鎖交する磁束が減少するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータの永久磁石のステータを吸引する磁気力が減少して移動力付加手段の移動力より小さくなるため、この移動力によりステータが移動してロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることができる。これによって、ステータへの鎖交磁束数を減少させて、コイルに発生する逆起電圧を抑制することができる。ここでの移動力付加手段については、例えばばね等の簡単な構成によって実現することができる。したがって、本発明によれば、装置の大型化を招くことなくコイルに発生する逆起電圧を低減することができる。さらに、コイルに流す電流だけでなく移動力付加手段による移動力も利用してロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させているので、ギャップ量を増大させるのに必要なコイルの電流を低減することができる。

この本発明に係るモータ駆動装置において、前記ギャップ量の異なる複数の所定位置にてステータを固定する固定機構を有し、前記制御装置により前記ギャップ量を増大させるときは、ステータの該固定機構による固定を解除するものとすることもできる。こうすれば、ステータを移動させないときはステータを確実に固定することができる。

この本発明に係るモータ駆動装置において、前記制御装置は、演算したｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいてコイルに流す電流を制御し、ｑ軸電流指令値が略０のときにｄ軸電流指令値に基づくコイルへの電流によって前記ギャップ量を増大させるものとすることもできる。こうすれば、ステータへの鎖交磁束数の減少によるトルク変動への影響を低減することができるとともに、トルクをほとんど発生しない低負荷運転時の効率を向上させることができる。

この本発明に係るモータ駆動装置において、前記制御装置は、コイルの発生する磁気力と永久磁石の発生する磁気力とが吸引するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を減少させるものとすることもできる。こうすれば、コイルに流す電流を利用してロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を減少させることができるので、ステータへの鎖交磁束数を減少させる制御の実行をコイルに流す電流制御によって終了させることができる。

また、本発明に係るモータ駆動装置は、回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構を有し、ステータの移動によって、該ステータを鎖交する磁束の減少が可能であることを要旨とする。

また、本発明に係るモータ駆動装置は、回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、互いに前記回転軸方向にロータを挟んで対向配置され、ともに永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設された第１及び第２のステータと、第１及び第２のステータのコイルに流す電流を制御する制御装置と、を有するアキシャル型のモータ駆動装置であって、第１のステータと第２のステータとの間における前記回転軸まわりの相対捩れ角度を変化させることができるように、第１及び第２のステータの少なくとも一方を前記回転軸まわりに回転可能な状態で支持する回転機構を有し、前記制御装置は、前記回転機構に支持されたステータのコイルがロータに回転力を作用させるための磁束を発生するように、該コイルに流す電流を制御することにより、前記相対捩れ角度を変化させることを要旨とする。

この本発明においては、第１のステータと第２のステータとの間における回転軸まわりの相対捩れ角度を変化させることにより、第１のステータのコイルに発生する逆起電圧の位相と第２のステータのコイルに発生する逆起電圧の位相とが互いにずれるため、コイル全体での逆起電圧を抑制することができる。その際に、回転機構に支持されたステータのコイルに流す電流を利用して相対捩れ角度を変化させることができるので、相対捩れ角度を変化させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本発明によれば、装置の大型化を招くことなくコイルに発生する逆起電圧の抑制制御を行うことができる。

この本発明に係るモータ駆動装置において、前記相対捩れ角度の異なる複数の所定回転角度にて前記回転機構に支持されたステータを固定する固定機構を有し、前記制御装置により前記相対捩れ角度を変化させるときは、前記回転機構に支持されたステータの該固定機構による固定を解除するものとすることもできる。こうすれば、回転機構に支持されたステータを回転させないときは、そのステータを確実に固定することができる。この本発明に係るモータ駆動装置において、前記相対捩れ角度を変化させるための回転力を前記回転機構に支持されたステータに付加する回転力付加手段を有するものとすることもできる。

この本発明に係るモータ駆動装置において、前記回転機構は、前記回転軸まわりに回転可能な状態で支持するステータの回転とともに、ロータと該ステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量も変化可能な状態で該ステータを支持するものとすることもできる。こうすれば、ステータの回転とともにロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることができ、ステータへの鎖交磁束数を減少させることができる。この態様の本発明に係るモータ駆動装置において、ロータと前記回転機構に支持されたステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させるための移動力を該ステータに付加する移動力付加手段を有するものとすることもできる。こうすれば、回転機構に支持されたステータのコイルに流す電流だけでなく移動力付加手段による移動力も利用してそのロータとステータとの間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることができるので、ギャップ量を増大させるのに必要なコイルの電流を低減することができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

「第１実施形態」
図１〜３は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。本実施形態のモータ駆動装置は、アキシャル型モータの駆動装置であり、ロータ１０、ステータ１２、移動機構１４、固定機構１６、制御装置３０、インバータ３２及びバッテリ３６を備えている。

ロータ１０は略円板状の形状であり、回転軸に固定されている。なお、図１では省略しているが、ロータ１０には永久磁石が周方向に配設されている。

ステータ１２は略円板状の形状であり、ロータ１０と回転軸方向に関して対向配置されている。そして、ステータ１２は、移動機構１４によって支持されている。なお、図１では省略しているが、ステータ１２には、ロータ１０側に突出したティースに導線が巻回されることで形成されたコイル２２が周方向に配設されている。これによって、ロータ１０の永久磁石からの磁束がステータ１２のコイル２２へ鎖交可能となっている。

移動機構１４は、図示しないハウジングに固定されており、ステータ１２を回転軸方向に移動可能な状態で支持する。ここでの移動機構１４は、例えば回転軸方向に延設された非磁性材料のレールによって実現することができ、ステータ１２はこの移動機構１４に沿って回転軸方向に摺動することができる。ステータ１２が移動機構１４に沿って回転軸方向に摺動すると、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量が変化する。

固定機構１６は、回転軸方向における複数の異なる位置にてステータ１２を固定することができる。これによって、ギャップ量の異なる複数の所定位置にてステータ１２を固定することができる。ここでの固定機構１６は、例えば図１，２に示すように、ステータ１２の周囲に配置されアクチュエータによってステータ１２の半径方向に駆動可能である複数の非磁性材料のロックピンによって実現することができ、ステータ１２にはロックピンを差し込むための孔が設けられている。ここでのアクチュエータはロックピンを駆動するためのものであるため装置の大型化を招くことはない。なお、図１，２では２か所にてステータ１２を固定可能な場合を示しているが、ロックピンをさらに増やしてステータ１２の固定可能位置をさらに増やしてもよい。

制御装置３０は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算し、このｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいてインバータ３２の駆動を制御することによりステータ１２のコイル２２に流す電流の制御を行う。バッテリ３６からの直流電圧はインバータ３２によって交流に変換されてステータ１２のコイル２２に交流電流が供給される。このコイル２２に供給される交流電流によって発生する回転磁界とロータ１０の永久磁石の発生する磁界との相互作用により、ロータ１０を回転駆動させるためのトルクを発生することができる。

このように、本実施形態に係るモータ駆動装置においては、ステータ１２が移動機構１４に沿って回転軸方向に摺動すると、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量が変化するため、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数が変化する。このギャップ量の変化による鎖交磁束数の変化を利用して、ロータ１０がほとんどトルクを発生しない低負荷運転時には、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることにより、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を減少させる。これによって、低負荷運転時の効率を向上させる。

さらに、本実施形態において、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大させる場合は、以下のようにして行う。まずステータ１２のコイル２２がロータ１０の永久磁石とほぼ対向する状態で、ステータ１２の固定機構１６による固定を解除する。そして、制御装置３０は、ステータ１２のコイル２２が発生する磁気力とロータ１０の永久磁石が発生する磁気力とが反発するように、コイル２２に流す電流を制御する。この磁気力同士の反発を利用して、図４に示すように、固定が解除されたステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側へ移動させる。ステータ１２が回転軸方向のロータ１０反対側へ移動したら、ステータ１２を固定機構１６によって固定する。ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量をさらに増大させる場合は、同様の動作を繰り返す。以上の動作によって、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることができ、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を減少させることができる。

一方、ロータ１０の駆動トルクが必要になった場合は、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を減少させる。このギャップ量を減少させる動作については、以下のようにして行う。まずステータ１２のコイル２２がロータ１０の永久磁石とほぼ対向する状態で、ステータ１２の固定機構１６による固定を解除する。そして、制御装置３０は、ステータ１２のコイル２２が発生する磁気力とロータ１０の永久磁石が発生する磁気力とが吸引するように、コイル２２に流す電流を制御する。この磁気力同士の吸引を利用して、固定が解除されたステータ１２を回転軸方向のロータ１０側へ移動させる。ステータ１２が回転軸方向のロータ１０側へ移動したら、ステータ１２を固定機構１６によって固定する。ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量をさらに減少させる場合は、同様の動作を繰り返す。以上の動作によって、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を減少させることができるので、ロータ１０の駆動トルクが必要になった場合は、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を増大させることができる。

ここで、ロータ１０がほとんどトルクを発生していないときのｑ軸電流指令値は、ほぼ０である。したがって、磁気力同士の反発／吸引を利用してロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大／減少させているときは、実質的にｄ軸電流指令値によってコイル２２に流す電流の制御が行われることになり、このときのｄ軸電流指令値はロータ１０の回転速度に基づいて算出される。

以上説明したように、本実施形態においては、ロータ１０がほとんどトルクを発生しない低負荷運転時に、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させることにより、ステータ１２に鎖交する磁束数を減少させている。これによって、コイル２２に発生する逆起電圧を抑制し、低負荷運転時の効率を向上させている。その際に、制御装置３０は、ステータ１２のコイル２２が発生する磁気力とロータ１０の永久磁石が発生する磁気力とが反発するようにコイル２２に流す電流を制御することにより、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させている。このように、コイル２２に流す電流を利用してロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を増大させることができるので、このギャップ量を増大させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本実施形態によれば、装置の大型化を招くことなく、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を減少させることができ、コイル２２に発生する逆起電圧の抑制制御を行うことができる。

一方、ロータ１０の駆動トルクが必要になったときは、制御装置３０は、ステータ１２のコイル２２が発生する磁気力とロータ１０の永久磁石が発生する磁気力とが吸引するようにコイル２２に流す電流を制御することにより、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を減少させることができる。したがって、専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加することなく、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を減少させることができ、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を増大させることができる。

また、ｑ軸電流指令値がほぼ０である低負荷運転時に、ｄ軸電流指令値によって制御されるコイル２２への電流を利用してロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を変化させているため、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数の変化によるトルク変動への影響を抑制することができる。

そして、ステータ１２を回転軸方向に移動させないときは固定機構１６によりステータ１２を固定するので、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を変化させないときはステータ１２を確実に固定することができる。

本実施形態においては、図５，６に示すように、ステータ１２−１，１２−２が回転軸方向にロータ１０を挟んで略対向配置されており、ステータ１２−１，１２−２が移動機構１４−１，１４−２にそれぞれ沿って回転軸方向に摺動可能であってもよい。図５において、ステータ１２−１，１２−２の構成は図１のステータ１２と同様であり、移動機構１４−１，１４−２の構成は図１の移動機構１４と同様であり、固定機構１６−１，１６−２の構成は図１の固定機構１６と同様である。そして、図５では省略しているが、ステータ１２−１のコイル２２−１とステータ１２−２のコイル２２−２とがロータ１０を挟んで略対向するように配設されている。また、図６に示すように、この例における制御装置３０は、共通のインバータ３２の駆動制御を行うことにより、ステータ１２−１のコイル２２−１の電流及びステータ１２−２のコイル２２−２の電流を制御する。なお、他の構成及び動作については、図１〜３に示す構成と同様であるため説明を省略する。

さらに、本実施形態においては、図７に示すように、移動機構１４にばね２８を設けてもよい。ばね２８は、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させる方向の力、すなわち回転軸方向のロータ１０反対側への引っ張り力をステータ１２に付加している。なお、ステータ１２の移動範囲内において、ばね２８がステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側に引っ張る力がロータ１０の永久磁石がステータ１２を回転軸方向のロータ１０側に吸引する磁気力より小さくなるように、ばね２８の引っ張り力が設定されている。なお、他の構成については、図１〜３に示す構成と同様であるため説明を省略する。

ここで、ロータ１０の永久磁石によるステータ１２を回転軸方向のロータ１０側に吸引する磁気力が強いため、コイル２２に流す電流だけによってステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側に移動させてロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させるためには、コイル２２に大電流を流す必要がある。そこで、図７に示す構成においては、ばね２８による回転軸方向のロータ１０反対側への引っ張り力をステータ１２に予め付加している。このばね２８による引っ張り力が付加された状態において、ステータ１２のコイル２２がロータ１０の永久磁石とほぼ対向するときに、ステータ１２の固定機構１６による固定を解除する。そして、制御装置３０は、ステータ１２に鎖交する磁束数が減少するようにコイル２２に流す電流を制御する。これによって、ロータ１０の永久磁石がステータ１２を回転軸方向のロータ１０側に吸引する磁気力が減少し、この磁気力がばね２８の引っ張り力より小さくなると、ばね２８の引っ張り力によってステータ１２が回転軸方向のロータ１０反対側へ移動してロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量が増大する。ステータ１２の移動が終了したら、固定機構１６によりステータ１２を固定し、ステータ１２に鎖交する磁束数を減少させるためのコイル２２の電流制御を終了する。

一方、ロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を減少させるときは、ステータ１２に鎖交する磁束数を減少させるためのコイル２２の電流制御を行わない状態で、固定機構１６によるステータ１２の固定を解除する。このとき、ロータ１０の永久磁石がステータ１２を回転軸方向のロータ１０側に吸引する磁気力がばね２８がステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側に引っ張る力より大きいため、ロータ１０の永久磁石の磁気力によってステータ１２が回転軸方向のロータ１０側へ移動してロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量が減少する。ステータ１２の移動が終了したら、固定機構１６によりステータ１２を固定する。

図７に示す構成においても、装置の大型化を招くことなく、ロータ１０の永久磁石からステータ１２への鎖交磁束数を変化させることができる。さらに、図７に示す構成においては、コイル２２に流す電流だけでなくばね２８による引っ張り力も利用してロータ１０とステータ１２との間の回転軸方向に関するギャップ量を増大させており、ステータ１２の固定を解除することだけでギャップ量を減少させている。したがって、ロータ１０とステータ１２との間のギャップ量を変化させるのに必要なコイル２２の電流を低減することができる。

なお、ステータ１２を回転軸方向のロータ１０反対側に引っ張る力を付加する手段としては、ばね２８以外にアクチュエータも用いることができる。ステータ１２の移動の際にはコイル２２に流す電流も利用しているため、アクチュエータを用いた場合でもアクチュエータを小型化することができる。ただし、ばね２８のように受動的に力を付加する手段の方が構成が簡単となるため好ましい。

さらに、図８に示すように、ステータ１２−１，１２−２が移動機構１４−１，１４−２にそれぞれ沿って回転軸方向に摺動可能である図５の構成においても、ばねを適用することができる。図８において、移動機構１４−１，１４−２にそれぞれ設けられたばね２８−１，２８−２の構成は、図７のばね２８と同様である。

なお、図５に示す構成においては、ステータ１２−１，１２−２のいずれか一方のみに移動機構及び固定機構を設け、他方をハウジングに固定するようにしてもよい。そして、図８に示す構成においては、ステータ１２−１，１２−２のいずれか一方のみに移動機構、固定機構及びばねを設け、他方をハウジングに固定するようにしてもよい。

「第２実施形態」
図９，１０は、本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。本実施形態のモータ駆動装置は、図８に示す構成と比較して移動機構１４−１，１４−２の代わりに回転機構３４−１，３４−２が設けられている。そして、２つのインバータ３２−１，３２−２及びスイッチ４０が設けられている。

回転機構３４−１，３４−２は、図示しないハウジングに固定されており、ステータ１２−１，１２−２を回転軸まわりに回転可能な状態でそれぞれ支持する。ここでの回転機構３４−１，３４−２は例えば非磁性材料のレールによって実現することができ、ステータ１２−１，１２−２はこの回転機構３４−１，３４−２に沿ってそれぞれ移動することができる。ステータ１２−１，１２−２が回転機構３４−１，３４−２に沿ってそれぞれ移動すると、ステータ１２−１，１２−２が回転軸まわりにそれぞれ回転してステータ１２−１とステータ１２−２との間における相対捩れ角度が変化するとともに、ロータ１０とステータ１２−１との間の回転軸方向に関するギャップ量及びロータ１０とステータ１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量もそれぞれ変化する。より具体的には、ステータ１２−１が図９の上側から見て時計まわりに回転するとともに、ロータ１０とステータ１２−１との間の回転軸方向に関するギャップ量が増大する。一方、ステータ１２−２が図９の上側から見て反時計まわりに回転するとともに、ロータ１０とステータ１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量が増大する。

固定機構１６−１，１６−２は、ステータ１２−１，１２−２の周方向における複数の異なる回転位置にてステータ１２−１，１２−２をそれぞれ固定することができる。これによって、相対捩れ角度の異なる複数の所定回転角度にてステータ１２−１，１２−２を固定することができる。ここでの固定機構１６−１，１６−２は、例えばアクチュエータによって回転軸方向に駆動可能である複数の非磁性材料のロックピンによって実現することができ、ステータ１２−１，１２−２にはロックピンを差し込むための孔が設けられている。

スイッチ４０は、ステータ１２−１のコイル２２−１及びステータ１２−２のコイル２２−２の両方をインバータ３２−１を介してバッテリ３６に接続する第１の状態（図１０に示す状態）と、ステータ１２−１のコイル２２−１をインバータ３２−１を介してバッテリ３６に接続してステータ１２−２のコイル２２−２をインバータ３２−２を介してバッテリ３６に接続する第２の状態と、の切り換えが可能である。ここで、スイッチ４０が第１の状態のときは、ステータ１２−１のコイル２２−１への電流及びステータ１２−２のコイル２２−２への電流は、共通の電流指令値によって制御される。一方、スイッチ４０が第２の状態のときは、ステータ１２−１のコイル２２−１への電流及びステータ１２−２のコイル２２−２への電流は、独立した電流指令値によって制御される。なお、スイッチ４０の状態は制御装置３０によって切り換えられる。また、他の構成については、図８に示す構成と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態に係るモータ駆動装置においては、ステータ１２−１が図９の上側から見て時計まわりに回転し、ステータ１２−２が図９の上側から見て反時計まわりに回転すると、ステータ１２−１とステータ１２−２との間における相対捩れ角度が増大する。これによって、ステータ１２−１のコイル２２−１に発生する逆起電圧の位相とステータ１２−２のコイル２２−２に発生する逆起電圧の位相との間に位相差が発生するため、スイッチ４０が第１の状態のときにおけるコイル全体での逆起電圧が抑制される。この相対捩れ角度による逆起電圧の位相差を利用して、ロータ１０がほとんどトルクを発生しない低負荷運転時に、コイル全体での逆起電圧を抑制する。また、その際には、ロータ１０とステータ１２−１との間の回転軸方向に関するギャップ量及びロータ１０とステータ１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量も増大するため、ステータ１２−１，１２−２を鎖交する磁束数の減少によっても逆起電圧が抑制される。

さらに、本実施形態において、ステータ１２−１とステータ１２−２との間における相対捩れ角度を増大させる場合は、以下のようにして行う。まずスイッチ４０を第１の状態から第２の状態に切り換えてステータ１２−１，１２−２の固定機構１６−１，１６−２による固定をそれぞれ解除する。そして、制御装置３０は、ステータ１２−１のコイル２２−１がロータ１０に正のトルク（図９の上側から見て反時計まわりを正とする）を作用させるための磁束を発生するように、ステータ１２−１のコイル２２−１に流す電流を制御する（ｑ軸電流指令値が正）。これによって、ステータ１２−１はロータ１０からの反力及びばね２８−１の引っ張り力によって図９の上側から見て時計まわりに回転するとともに、ロータ１０とステータ１２−１との間の回転軸方向に関するギャップ量が増大する。それと同時に、制御装置３０は、ステータ１２−２のコイル２２−２がロータ１０に負のトルクを作用させるための磁束を発生するように、ステータ１２−２のコイル２２−２に流す電流を制御する（ｑ軸電流指令値が負）。これによって、ステータ１２−２はロータ１０からの反力及びばね２８−２の引っ張り力によって図９の上側から見て反時計まわりに回転するとともに、ロータ１０とステータ１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量が増大する。ここで、ステータ１２−１のコイル２２−１への電流によりロータ１０に作用するトルク及びステータ１２−２のコイル２２−２への電流によりロータ１０に作用するトルクは互いに打ち消し合うように作用するため、ロータ１０に駆動トルクはほとんど発生しない。ステータ１２−１とステータ１２−２との間に相対捩れ角度を発生させたら、ステータ１２−１，１２−２を固定機構１６−１，１６−２によりそれぞれ固定してスイッチ４０を第２の状態から第１の状態に切り換える。

一方、ステータ１２−１とステータ１２−２との間における相対捩れ角度を減少させる場合は、固定機構１６−１，１６−２によるステータ１２−１，１２−２の固定をそれぞれ解除する。このとき、ロータ１０の永久磁石がステータ１２−１を吸引する磁気力がばね２８−１がステータ１２−１を引っ張る力より大きいため、ステータ１２−１が図９の上側から見て反時計まわりに回転するとともにロータ１０とステータ１２−１との間の回転軸方向に関するギャップ量が減少する。同様に、ロータ１０の永久磁石がステータ１２−２を吸引する磁気力がばね２８−２がステータ１２−２を引っ張る力より大きいため、ステータ１２−２が図９の上側から見て時計まわりに回転するとともにロータ１０とステータ１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量が減少する。ステータ１２−１，１２−２の回転移動が終了したら、固定機構１６−１，１６−２によりステータ１２−１，１２−２をそれぞれ固定する。ただし、ここでは、スイッチ４０を第２の状態に切り換え固定機構１６−１，１６−２によるステータ１２−１，１２−２の固定を解除した状態で、ステータ１２−１のコイル２２−１がロータ１０に負のトルクを作用させステータ１２−２のコイル２２−２がロータ１０に正のトルクを作用させるように、コイル２２−１，２２−２に流す電流をそれぞれ制御することにより、相対捩れ角度を減少させてもよい。

以上説明したように、本実施形態においては、ロータ１０がほとんどトルクを発生しない低負荷運転時に、ステータ１２−１とステータ１２−２との間における回転軸まわりの相対捩れ角度を増大させている。これによって、ステータ１２−１のコイル２２−１に発生する逆起電圧の位相とステータ１２−２のコイル２２−２に発生する逆起電圧の位相との間に位相差が発生するため、コイル全体での逆起電圧を抑制することができる。その際に、ステータ１２−１のコイル２２−１及びステータ１２−２のコイル２２−２に流す電流を利用して相対捩れ角度を増大させることができるので、相対捩れ角度を増大させる駆動力を発生させるために専用のアクチュエータ及びその制御装置を付加する必要がない。したがって、本実施形態によれば、装置の大型化を招くことなくステータ１２−１のコイル２２−１及びステータ１２−２のコイル２２−２に発生する逆起電圧の抑制制御を行うことができる。

本実施形態においては、ロータ１０がトルクを発生しているときに、ステータ１２−１，１２−２を回転させて相対捩れ角度を発生させることも可能である。その場合は、インバータ３２−２及びスイッチ４０を省略することが可能であり、バッテリ３６とコイル２２−１，２２−２との間の接続関係は図６に示す構成でよい。例えばロータ１０が正のトルクを発生しているときに、ステータ１２−１の固定機構１６−１による固定を解除すると、ステータ１２−１は図９の上側から見て時計まわりに回転する。一方、ロータ１０が負のトルクを発生しているときに、ステータ１２−２の固定機構１６−２による固定を解除すると、ステータ１２−２は図９の上側から見て反時計まわりに回転する。

さらに、本実施形態においては、図１１に示すように、例えばステータ１２−１をハウジングに固定し、ステータ１２−２のみに回転機構３４−２、固定機構１６−２及びばね２８−２を設け、ステータ１２−２のみを回転軸まわりに回転可能な構成にしてもよい。この場合もインバータ３２−２及びスイッチ４０を省略することが可能である。

ただし、ステータ１２−１，１２−２のいずれか一方のみが回転することで相対捩れ角度が発生している場合は、回転したステータの回転角度分を補正してステータ１２−１のコイル２２−１及びステータ１２−２のコイル２２−２に流す電流の制御を行う必要がある。

以上の説明においては、ステータ１２−１，１２−２の回転移動とともにロータ１０とステータ１２−１，１２−２との間の回転軸方向に関するギャップ量も変化する場合について説明した。ただし、図１２に示すように、本実施形態の回転機構３４−１，３４−２は、ギャップ量を変化させずにステータ１２−１，１２−２を回転可能な状態で支持してもよい。

図１２に示す回転機構３４−１，３４−２においては、回転軸に垂直な面と平行なガイド溝（図示せず）が内側面に切られており、ステータ１２−１，１２−２のそれぞれはこの回転機構３４−１，３４−２に切られたガイド溝に沿って摺動することができる。そして、ばね２８−１は図１２の上側から見て時計まわりの回転力をステータ１２−１に付加しており、ばね２８−２は図１２の上側から見て反時計まわりの回転力をステータ１２−２に付加している。このばね２８−１，２８−２によって、ステータ１２−１，１２−２間における回転軸まわりの相対捩れ角度を変化させるための回転力がステータ１２−１，１２−２に付加される。なお、図１２においては、ステータ１２−１，１２−２を固定するための固定機構の図示を省略しているが、例えば図９に示す構成におけるロックピンにより実現可能である。そして、バッテリ３６とコイル２２−１，２２−２との間の接続関係は図１０に示す構成と同様である。

図１２に示す構成において、ステータ１２−１とステータ１２−２との間における相対捩れ角度を増大させる場合は以下のようにして行う。まずスイッチ４０を第２の状態に切り換えてステータ１２−１，１２−２の固定を解除する。そして、制御装置３０は、ステータ１２−１のコイル２２−１がロータ１０に正のトルクを作用させるための磁束を発生するようにステータ１２−１のコイル２２−１に流す電流を制御するとともに、ステータ１２−２のコイル２２−２がロータ１０に負のトルクを作用させるための磁束を発生するようにステータ１２−２のコイル２２−２に流す電流を制御する。一方、相対捩れ角度を減少させる場合は、スイッチ４０を第２の状態に切り換えステータ１２−１，１２−２の固定を解除した状態で、ステータ１２−１のコイル２２−１がロータ１０に負のトルクを作用させステータ１２−２のコイル２２−２がロータ１０に正のトルクを作用させるように、コイル２２−１，２２−２に流す電流をそれぞれ制御する。

さらに、図１３に示すように、例えばステータ１２−２をハウジングに固定し、ステータ１２−１のみに回転機構３４−１、固定機構及びばね２８−１を設け、ステータ１２−１のみを回転軸まわりに回転可能な構成にしてもよい。この場合は、図１１に示す構成と同様に、インバータ３２−２及びスイッチ４０を省略することが可能であり、バッテリ３６とコイル２２−１，２２−２との間の接続関係は図６に示す構成でよい。

そして、本実施形態においては、図１４，１５に示すように、ばね２８−１，２８−２を省略することもできる。図１４は図１２に示す構成からばね２８−１，２８−２を省略した構成を示し、図１５は図１３に示す構成からばね２８−１を省略した構成を示す。さらに、図示は省略するが、図９，１１に示す構成においてもばね２８−１，２８−２を省略することができる。

なお、図示は省略するが、図１２〜１５に示した回転機構３４−１，３４−２については、回転軸に垂直な面に対して斜めのガイド溝を内側面に形成することにより、ステータ１２−１，１２−２の回転とともに、ロータ１０とステータ１２−１との間及びロータ１０とステータ１２−２との間における回転軸方向に関するギャップ量もそれぞれ可変とすることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の動作を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置の他の構成の概略を示す図である。

符号の説明

１０ ロータ、１２，１２−１，１２−２ ステータ、１４，１４−１，１４−２ 移動機構、１６，１６−１，１６−２ 固定機構、２２，２２−１，２２−２ コイル、２８，２８−１，２８−２ ばね、３０ 制御装置、３４，３４−１，３４−２ 回転機構、３６ バッテリ、４０ スイッチ。

Claims (11)

1. 回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、
   該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、
   コイルに流す電流を制御する制御装置と、
   を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、
   ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構を有し、
   前記制御装置は、コイルの発生する磁気力と永久磁石の発生する磁気力とが反発するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、
   該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、
   コイルに流す電流を制御する制御装置と、
   を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、
   ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構と、
   ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させるための移動力をステータに付加する移動力付加手段と、
   を有し、
   前記制御装置は、ステータを鎖交する磁束が減少するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させることを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ駆動装置であって、
   前記ギャップ量の異なる複数の所定位置にてステータを固定する固定機構を有し、
   前記制御装置により前記ギャップ量を増大させるときは、ステータの該固定機構による固定を解除することを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記制御装置は、演算したｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいてコイルに流す電流を制御し、ｑ軸電流指令値が略０のときにｄ軸電流指令値に基づくコイルへの電流によって前記ギャップ量を増大させることを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記制御装置は、コイルの発生する磁気力と永久磁石の発生する磁気力とが吸引するようにコイルに流す電流を制御することにより、ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を減少させることを特徴とするモータ駆動装置。
6. 回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、
   該ロータと前記回転軸方向に関して対向配置され、永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設されたステータと、
   を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、
   ロータとステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を変化させることができるように、ステータを移動可能な状態で支持する移動機構を有し、
   ステータの移動によって、該ステータを鎖交する磁束の減少が可能であることを特徴とするモータ駆動装置。
7. 回転軸に固定され、永久磁石が配設されたロータと、
   互いに前記回転軸方向にロータを挟んで対向配置され、ともに永久磁石からの磁束が鎖交可能な位置にコイルが配設された第１及び第２のステータと、
   第１及び第２のステータのコイルに流す電流を制御する制御装置と、
   を有するアキシャル型モータの駆動装置であって、
   第１のステータと第２のステータとの間における前記回転軸まわりの相対捩れ角度を変化させることができるように、第１及び第２のステータの少なくとも一方を前記回転軸まわりに回転可能な状態で支持する回転機構を有し、
   前記制御装置は、前記回転機構に支持されたステータのコイルがロータに回転力を作用させるための磁束を発生するように、該コイルに流す電流を制御することにより、前記相対捩れ角度を変化させることを特徴とするモータ駆動装置。
8. 請求項７に記載のモータ駆動装置であって、
   前記相対捩れ角度の異なる複数の所定回転角度にて前記回転機構に支持されたステータを固定する固定機構を有し、
   前記制御装置により前記相対捩れ角度を変化させるときは、前記回転機構に支持されたステータの該固定機構による固定を解除することを特徴とするモータ駆動装置。
9. 請求項７または８に記載のモータ駆動装置であって、
   前記相対捩れ角度を変化させるための回転力を前記回転機構に支持されたステータに付加する回転力付加手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。
10. 請求項７または８に記載のモータ駆動装置であって、
    前記回転機構は、前記回転軸まわりに回転可能な状態で支持するステータの回転とともに、ロータと該ステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量も変化可能な状態で該ステータを支持することを特徴とするモータ駆動装置。
11. 請求項１０に記載のモータ駆動装置であって、
    ロータと前記回転機構に支持されたステータとの間の前記回転軸方向に関するギャップ量を増大させるための移動力を該ステータに付加する移動力付加手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。
    

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