特開 2022-87477 電動機の制御装置、電動機の制御方法、及び電動機システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022087477

(43)【公開日】2022-06-13

(54)【発明の名称】電動機の制御装置、電動機の制御方法、及び電動機システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/40 20160101AFI20220606BHJP

   H02K 41/03 20060101ALI20220606BHJP

【ＦＩ】

H02P29/40

H02K41/03 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020199421

(22)【出願日】2020-12-01

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100125346

【弁理士】

【氏名又は名称】尾形 文雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

【テーマコード（参考）】

5H501

5H641

【Ｆターム（参考）】

5H501DD04

5H501HB07

5H501HB16

5H501JJ03

5H501JJ17

5H501JJ25

5H501LL28

5H501LL35

5H641BB06

5H641BB15

5H641GG02

5H641GG04

5H641GG06

5H641GG08

5H641HH03

(57)【要約】

【課題】電機子と磁極子との間の間隙の幅を直接調整する方法を採用した場合に比較して、電機子と磁極子との相対運動を滑らかにすることを高精度に実現する。
【解決手段】電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による電機子と磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定する決定手段と、
決定された指令電流値の電流が電動機に流れるように制御する制御手段とを備える、電動機の制御装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、当該電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による当該電機子と当該磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する当該駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定する決定手段と、
決定された前記指令電流値の電流が前記電動機に流れるように制御する制御手段と
を備える、電動機の制御装置。

【請求項2】

前記決定手段は、
前記基準電流値を決定する基準電流値決定手段と、
前記補正電流値を決定する補正電流値決定手段と、
前記基準電流値と前記補正電流値とを加算することにより前記指令電流値を決定する指令電流値決定手段と
を備える、請求項１に記載の電動機の制御装置。

【請求項3】

前記決定手段は、前記相対位置ごとに予め記憶された前記補正電流値を決定するための特定情報に基づいて、当該補正電流値を決定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。

【請求項4】

前記決定手段は、現時点よりも先の時点における前記相対位置に対して予め記憶された前記特定情報に基づいて、前記補正電流値を決定する、請求項３に記載の電動機の制御装置。

【請求項5】

前記決定手段は、前記相対位置の変化速度に基づいて、前記先の時点を決定する、請求項４に記載の電動機の制御装置。

【請求項6】

前記特定情報は、前記電機子と前記磁極子との間の磁場の大きさ、及び前記電機子と前記磁極子との間隙の幅の少なくとも１つである、請求項３に記載の電動機の制御装置。

【請求項7】

前記決定手段は、前記特定情報と、当該特定情報が記憶された時点との環境の違い又は当該時点からの経時的な変化とに基づいて、前記補正電流値を決定する、請求項３に記載の電動機の制御装置。

【請求項8】

前記電機子と前記磁極子との間の磁場の大きさを検出する検出手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記検出手段により検出された前記磁場の大きさに基づいて、前記補正電流値を決定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。

【請求項9】

前記電機子と前記磁極子との間の磁場の大きさを検出する検出手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記相対位置ごとに予め記憶された前記補正電流値を決定するための第１の特定情報と、前記検出手段による検出結果から得られた第２の特定情報とに基づいて、当該補正電流値を決定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。

【請求項10】

前記決定手段は、現時点よりも先の時点における前記相対位置に対して予め記憶された前記第１の特定情報と、前記第２の特定情報とに基づいて、前記補正電流値を決定する、請求項９に記載の電動機の制御装置。

【請求項11】

電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、当該電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による当該電機子と当該磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する当該駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定するステップと、
決定された前記指令電流値の電流が前記電動機に流れるように制御するステップと
を含む、電動機の制御方法。

【請求項12】

電機子コイルを有する電機子と、永久磁石を有する磁極子とを含む電動機と、
前記電動機を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、当該電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による当該電機子と当該磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する当該駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定する決定手段と、
決定された前記指令電流値の電流が前記電動機に流れるように制御する制御手段と
を備える、電動機システム。

【請求項13】

前記磁極子は、前記電機子と対向して配置される鉄心と、当該電機子との対向面を開放して当該鉄心を囲繞する複数の永久磁石とを具備する磁極ブロックを複数有し、
前記磁極ブロックにおいて、前記複数の永久磁石が前記鉄心に同一の磁極を向けて配置される、請求項１２に記載の電動機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機の制御装置及び制御方法、並びに電動機と制御装置とを備えた電動機システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電磁コイルと、電磁コイルを保持するコアと、コアとの間でエアギャップを形成する回転部材とを備え、コアと回転部材とエアギャップとによって形成される磁路を介し伝えられる電磁コイルの磁力によって断続装置を断続操作する電磁アクチュエータであって、エアギャップ調整手段が、回転部材とコアのいずれか一方の部材に取り付けられ、他方の部材に対してエアギャップを形成する楔状断面部材であり、この楔状断面部材の位置を調整することにより、エアギャップが変化し調整される、電磁アクチュエータが記載されている。

【0003】

特許文献２には、電気自動車の車体底面に水平移動可能かつ垂直変位可能に連結された小受電車において、コントローラが、距離センサが検出したバーの上面までの垂直距離からギャップを差し引いた垂直距離が、磁束入力コアの下面高さとなるようにロッドの押し出し量を決定し、この押し出し量だけロッドを押し出し、このフィードバック制御により、支持バーの上端部が前方に倒れ、支持バーの下端部が後方へ移動し、磁束入力コアが後方へ移動するとともに、ギャップが増大する、車両用誘導送電装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１５５７１０号公報

【特許文献2】特開２０１０－２２１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電動機に同じ電流を流した場合、電機子と磁極子との間の間隙の幅が一定であれば、電機子と磁極子との間の磁場の大きさは一定に保たれるので、電機子と磁極子との相対運動は滑らかなものとなる。しかしながら、実際には、様々な要因により、電機子と磁極子との間の間隙の幅は一定でないことが多く、その場合は、電動機に同じ電流を流したとしても、電機子と磁極子との間の磁場の大きさは一定でなくなるので、電機子と磁極子との相対運動は滑らかではなくなる。このような場合に、電機子と磁極子との間の間隙の幅を直接調整する方法を採用したのでは、電機子と磁極子との相対運動を滑らかにすることを高精度に実現することはできない。

【0006】

本発明の目的は、電機子と磁極子との間隙を直接調整する方法を採用した場合に比較して、電機子と磁極子との相対運動を滑らかにすることを高精度に実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる目的のもと、本発明は、電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による電機子と磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定する決定手段と、決定された指令電流値の電流が電動機に流れるように制御する制御手段とを備える、電動機の制御装置を提供する。

【0008】

決定手段は、基準電流値を決定する基準電流値決定手段と、補正電流値を決定する補正電流値決定手段と、基準電流値と補正電流値とを加算することにより指令電流値を決定する指令電流値決定手段とを備える、ものであってよい。

【0009】

決定手段は、相対位置ごとに予め記憶された補正電流値を決定するための特定情報に基づいて、補正電流値を決定する、ものであってよい。その場合、決定手段は、現時点よりも先の時点における相対位置に対して予め記憶された特定情報に基づいて、補正電流値を決定する、ものであってよい。そして、決定手段は、相対位置の変化速度に基づいて、先の時点を決定する、ものであってよい。また、特定情報は、電機子と磁極子との間の磁場の大きさ、及び電機子と磁極子との間隙の幅の少なくとも１つであってよい。さらに、決定手段は、特定情報と、特定情報が記憶された時点との環境の違い又は時点からの経時的な変化とに基づいて、補正電流値を決定する、ものであってもよい。

【0010】

電動機の制御装置は、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを検出する検出手段をさらに備え、決定手段は、検出手段により検出された磁場の大きさに基づいて、補正電流値を決定する、ものであってよい。

【0011】

電動機の制御装置は、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを検出する検出手段をさらに備え、決定手段は、相対位置ごとに予め記憶された補正電流値を決定するための第１の特定情報と、検出手段による検出結果から得られた第２の特定情報とに基づいて、補正電流値を決定する、ものであってよい。その場合、決定手段は、現時点よりも先の時点における相対位置に対して予め記憶された第１の特定情報と、第２の特定情報とに基づいて、補正電流値を決定する、ものであってよい。

【0012】

また、本発明は、電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による電機子と磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定するステップと、決定された指令電流値の電流が電動機に流れるように制御するステップとを含む、電動機の制御方法も提供する。

【0013】

さらに、本発明は、電機子コイルを有する電機子と、永久磁石を有する磁極子とを含む電動機と、電動機を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電動機に目標の駆動力を与える基準電流値と、電動機の電機子と磁極子との相対位置の変化による電機子と磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための補正電流値とに基づいて、指令電流値を決定する決定手段と、決定された指令電流値の電流が電動機に流れるように制御する制御手段とを備える、電動機システムも提供する。

【0014】

磁極子は、電機子と対向して配置される鉄心と、電機子との対向面を開放して鉄心を囲繞する複数の永久磁石とを具備する磁極ブロックを複数有し、磁極ブロックにおいて、複数の永久磁石が鉄心に同一の磁極を向けて配置される、ものであってよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、電機子と磁極子との間隙を直接調整する方法を採用した場合に比較して、電機子と磁極子との相対運動を滑らかにすることを高精度に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施の形態が適用される電動機システムの機能構成例を示したブロック図である。

【図2】本実施の形態に係る制御装置の機能構成例を示したブロック図である。

【図3】本実施の形態に係るマッピングデータ記憶部に記憶されたマッピングデータについて示した図である。

【図4】本実施の形態に係る制御装置の動作例を示したフローチャートである。

【図5】本実施の形態に係る第１の電動機の構成を示す斜視図である。

【図6】本実施の形態に係る第１の電動機の電機子の構成を示す斜視図である。

【図7】本実施の形態に係る第１の電動機の磁極子の構成を示す斜視図である。

【図8】本実施の形態に係る第１の電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図である。

【図9】本実施の形態に係る第１の電動機の磁極子における磁路を説明するための正面断面図である。

【図10】本実施の形態に係る第１の電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す正面断面図である。

【図11】本実施の形態に係る第２の電動機の構成を示す側面断面図である。

【図12】本実施の形態に係る第２の電動機の構成を示す平面断面図である。

【図13】本実施の形態に係る第２の電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図である。

【図14】本実施の形態に係る第２の電動機の磁極子における磁路を説明するための平面断面図である。

【図15】図１４のＡ－Ａ線による断面図である。

【図16】本実施の形態に係る第２の電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す断面図である。

【図17】本実施の形態に係る第３の電動機の構成を示す側面断面図である。

【図18】本実施の形態に係る第３の電動機の電機子の構成を示す平面図である。

【図19】本実施の形態に係る第３の電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図である。

【図20】本実施の形態に係る第３の電動機の磁極子の構成を示す底面図である。

【図21】本実施の形態に係る第３の電動機の磁極子における磁路を説明するための底面図である。

【図22】図２１におけるＢ－Ｂ線による断面図である。

【図23】本実施の形態に係る第３の電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0018】

［電動機システム］
図１は、本実施の形態が適用される電動機システム１の機能構成例を示したブロック図である。図示するように、電動機システム１は、電動機１００と、位置センサ１５１と、と、磁気センサ１５２と、制御装置２００と、インバータ２５０とを備えている。

【0019】

電動機１００は、電機子コイルを有する電機子と、永久磁石を有する磁極子とを含む。電動機１００は、直動電動機であっても、回転電動機であってもよい。直動電動機は、例えば、電機子及び磁極子を略直方体形状とし、これらを対向させて、相対的に直線移動可能としたものである。回転電動機は、例えば、電機子及び磁極子を略円柱形状又は略円筒形状とし、これらを対向させて、回転軸を中心として相対的に回転可能としたものである。また、電動機１００では、電機子を固定子とし、磁極子を可動子又は回転子としてもよいし、電機子を可動子又は回転子とし、磁極子を固定子としてもよいが、以下では、前者を例にとって説明する。さらに、電動機１００では、磁極子を、ハルバッハ配列により構成された永久磁石を有するものとしてもよいし、Ｎ－Ｓ配列により構成された永久磁石を有するものとしてもよいし、三次元磁極構造をなす永久磁石を有するものとしてもよい。ここで、ハルバッハ配列とは、永久磁石の着磁方向を９０°ずつ回転させながら配列する磁石配列方法であり、Ｎ－Ｓ配列とは、永久磁石の永久磁石のＮ極及びＳ極が交互に現れる磁石配列方法であるが、公知技術のため詳しい説明は省略する。三次元磁極構造とは、例えば、磁極子が、電機子と対向して配置される鉄心と、電機子との対向面を開放して鉄心を囲繞する複数の永久磁石とを具備する磁極ブロックを複数有し、磁極ブロックにおいて、複数の永久磁石が鉄心に同一の磁極を向けて配置される、磁極構造である。以下では、電動機１００を、この三次元磁極構造をなす永久磁石を有するものとして説明する。

【0020】

位置センサ１５１は、電動機１００に設けられ、電機子と磁極子との相対的な位置関係を検出する。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、位置センサ１５１は、電機子に対する磁極子のストローク量を検出する。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、位置センサ１５１は、電機子に対する磁極子の回転量を検出する。

【0021】

磁気センサ１５２は、電動機１００に設けられ、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを検出する。磁気センサ１５２としては、例えば、ホール素子を用いるとよい。ホール素子は、ホール効果を利用し、磁場の大きさに比例する電圧を出力する素子である。本実施の形態では、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを検出する検出手段の一例として、磁気センサ１５２を設けている。

【0022】

制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部（図示せず）等を備えたマイクロコンピュータであり、電動機１００を制御する。例えば、制御装置２００は、電動機１００に流すように指令する電流の電流値である指令電流値を決定する。この制御装置２００の詳細については後述する。

【0023】

インバータ２５０は、制御装置２００が決定した指令電流値に従って、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等により、直流電流である入力電流を交流電流である駆動電流に変換し、駆動電流を電動機１００に流す。

【0024】

［制御装置］
（構成）
図２は、本実施の形態に係る制御装置２００の機能構成例を示したブロック図である。図示するように、制御装置２００は、位置情報取得部２０１と、基準電流値決定部２０２と、マッピングデータ記憶部２０３と、補正電流値決定部２０４と、指令電流値決定部２０５と、指令電流値出力部２０６とを備えている。また、制御装置２００は、磁場情報取得部２０７と、マッピングデータ生成部２０８とを備えている。

【0025】

位置情報取得部２０１は、位置センサ１５１が検出した電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報を取得する。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、位置情報取得部２０１は、電機子に対する磁極子のストローク量を取得する。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、位置情報取得部２０１は、電機子に対する磁極子の回転量を検出する。

【0026】

基準電流値決定部２０２は、位置情報取得部２０１が取得した電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報に基づいて、電動機１００に目標となる駆動力を与える電流値である基準電流値を決定する。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、基準電流値決定部２０２は、電機子に対する磁極子のストローク量が目標のストローク量となる基準電流値を決定する。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、基準電流値決定部２０２は、電機子に対する磁極子の回転量が目標の回転量となる基準電流値を決定する。本実施の形態では、基準電流値と補正電流値とに基づいて指令電流値を決定する決定手段のうち基準電流値を特定する部分の一例として、また、基準電流値を決定する基準電流値決定手段の一例として、基準電流値決定部２０２を設けている。

【0027】

マッピングデータ記憶部２０３は、電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさとを対応付けたマッピングデータを記憶する。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、マッピングデータ記憶部２０３は、電機子に対する磁極子のストローク量と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを対応付けたマッピングデータを記憶する。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、マッピングデータ記憶部２０３は、電機子に対する磁極子の回転量と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを対応付けたマッピングデータを記憶する。このマッピングデータの詳細については後述する。

【0028】

補正電流値決定部２０４は、まず、位置情報取得部２０１が取得した電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報と、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータとに基づいて、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを特定する。

【0029】

その際、補正電流値決定部２０４は、例えば、位置情報取得部２０１が取得した位置情報により示される電機子と磁極子との現時点における相対位置に対応付けられた磁場の大きさを特定するとよい。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、補正電流値決定部２０４は、電機子に対する磁極子の現時点におけるストローク量に対応付けられた磁場の大きさを特定するとよい。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、補正電流値決定部２０４は、電機子に対する磁極子の現時点における回転量に対応付けられた磁場の大きさを特定するとよい。

【0030】

或いは、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との現時点よりも先の時点における相対位置に対応付けられた磁場の大きさを特定してもよい。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、補正電流値決定部２０４は、電機子に対する磁極子の現時点よりも先の時点におけるストローク量に対応付けられた磁場の大きさを特定してもよい。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、補正電流値決定部２０４は、電機子に対する磁極子の現時点よりも先の時点における回転量に対応付けられた磁場の大きさを特定してもよい。この場合、補正電流値決定部２０４は、現時点よりも先の時点を、電機子と磁極子との相対位置の変化速度に基づいて求めるとよい。電動機１００が直動電動機であり、電機子が固定子、磁極子が可動子である場合、相対位置の変化速度とは、電機子に対する磁極子の移動速度である。電動機１００が回転電動機であり、電機子が固定子、磁極子が回転子である場合、相対位置の変化速度とは、電機子に対する磁極子の回転速度である。

【0031】

また、補正電流値決定部２０４は、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータの変化を補償してもよい。例えば、補正電流値決定部２０４は、マッピングデータ記憶部２０３にマッピングデータを記憶した時点との環境の違い又はその時点からの経時的な変化に基づいて、マッピングデータ全体をシフトしてもよい。ここで、環境の違いとは、例えば、温度の違いであり、経時的な変化とは、偏荷重等による電機子又は磁極子の形状の変化である。なお、このような環境の違い又は経時的な変化が許容範囲を超えていれば、補正電流値決定部２０４は、改めてマッピングデータを作成するように、ユーザに通知してもよい。

【0032】

補正電流値決定部２０４は、このようにして磁場の大きさが特定されると、この磁場の大きさに基づいて、電機子と磁極子との間隙の幅が一定でないことに起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための電流値である補正電流値を決定する。換言すれば、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との相対位置の変化による電機子と磁極子との間の間隙の幅の変化に起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行うための電流値である補正電流値を決定する。

【0033】

本実施の形態では、基準電流値と補正電流値とに基づいて指令電流値を決定する決定手段のうち補正電流値を特定する部分の一例として、また、補正電流値を決定する補正電流値決定手段の一例として、補正電流値決定部２０４を設けている。

【0034】

指令電流値決定部２０５は、基準電流値決定部２０２が決定した基準電流値と、補正電流値決定部２０４が決定した補正電流値とを加算することにより、電動機１００に流すように指令する電流の電流値である指令電流値を決定する。なお、ここでの加算には、補正電流値が負の値であることによる実質的な減算も含まれる。本実施の形態では、基準電流値と補正電流値とに基づいて指令電流値を決定する決定手段のうち指令電流値を決定する部分の一例として、また、基準電流値と補正電流値とを加算することにより指令電流値を決定する指令電流値決定手段の一例として、補正電流値決定部２０４を設けている。

【0035】

指令電流値出力部２０６は、指令電流値決定部２０５が決定した指令電流値をインバータ２５０に出力することにより、この指令電流値の電流が電動機１００に流れるように制御する。本実施の形態では、指令電流値の電流が電動機に流れるように制御する制御手段の一例として、指令電流値出力部２０６を設けている。

【0036】

磁場情報取得部２０７は、磁気センサ１５２が検出した電機子と磁極子との間の磁場の大きさを示す磁場情報を取得する。

【0037】

マッピングデータ生成部２０８は、電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさとを対応付けたマッピングデータを生成する。その際、マッピングデータ生成部２０８は、位置情報取得部２０１が取得した電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報と、磁場情報取得部２０７が取得した電機子と磁極子との間の磁場の大きさを示す磁場情報とを突き合わせて、マッピングデータを生成する。そして、マッピングデータ生成部２０８は、生成したマッピングデータをマッピングデータ記憶部２０３に記憶する。

【0038】

図３は、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータについて示した図である。マッピングデータは、事前準備として、マッピングデータ生成部２０８により生成され、マッピングデータ記憶部２０３に記憶される。マッピングデータは、位置センサ１５１が検出した電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子とがその相対位置にある場合に負荷がない状態で磁気センサ１５２が検出した電機子と磁極子との間の磁場の大きさとを予め対応付けたものである。

【0039】

なお、実際には、マッピングデータは、電機子と磁極子との相対位置、つまり、電機子に対する磁極子のストローク量又は回転量の離散的な複数の値に対して、磁場の大きさを対応付けたものである。しかしながら、ここでは、便宜上、電機子と磁極子との相対位置、つまり、電機子に対する磁極子のストローク量又は回転量の連続的な複数の値に対して、磁場の大きさを対応付けたグラフを示している。

【0040】

さらに、このグラフでは、横軸を、電機子と磁極子との相対位置、つまり、電機子に対する磁極子のストローク量又は回転量とし、縦軸を、電機子と磁極子との間の磁場の大きさとしている。したがって、このグラフは、電機子と磁極子との相対位置の変化に応じた磁場の大きさの変化を示したものとなっている。ここで、電機子と磁極子との間の磁場の大きさは、電機子と磁極子との相対位置ごとに予め記憶された補正電流値を決定するための特定情報の一例である。

【0041】

ところで、上記では、マッピングデータ記憶部２０３が予めマッピングデータを記憶しておき、補正電流値決定部２０４が、このマッピングデータを参照して特定した磁場の大きさに基づいて補正電流値を決定するようにした。これは、磁気センサ１５２が検出した磁場の大きさに基づいて補正電流値を決定すると、電動機１００を制御する際には電機子と磁極子との相対位置は異なってしまっており、電動機１００を正確に制御できないからである。

【0042】

しかしながら、電機子と磁極子との相対位置の変化速度が低速でそのような懸念がなければ、補正電流値決定部２０４は、磁気センサ１５２が検出した磁場の大きさに基づいて補正電流値を決定してもよい。

【0043】

また、補正電流値決定部２０４は、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータを参照して特定した磁場の大きさと、磁気センサ１５２が検出した磁場の大きさとに基づいて、補正電流値を決定してもよい。

【0044】

その際、補正電流値決定部２０４は、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータを参照して、予め記憶された磁場の大きさを特定する。つまり、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との現時点における相対位置での予め記憶された磁場の大きさと、電機子と磁極子との現時点よりも先の時点における相対位置での予め記憶された磁場の大きさとを特定する。また、補正電流値決定部２０４は、磁場情報取得部２０７が取得した磁場情報に基づいて、電機子と磁極子との現時点における相対位置での実際の磁場の大きさを特定する。さらに、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との現時点における相対位置での予め記憶された磁場の大きさと、電機子と磁極子との現時点における相対位置での実際の磁場の大きさとの差分を算出する。そして、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との現時点よりも先の時点における相対位置での予め記憶された磁場の大きさに、この算出した差分を加算する。その後、補正電流値決定部２０４は、このようにして得られた磁場の大きさに基づいて、補正電流値を決定する。これにより、予め記憶された磁場の大きさと実際の磁場の大きさとの差分を用いて補正すればよく、補正量を減らすことができる。ここで、予め記憶された磁場の大きさは、相対位置ごとに予め記憶された補正電流値を決定するための第１の特定情報の一例である。また、実際の磁場の大きさは、検出手段による検出結果から得られた第２の特定情報の一例である。さらに、この場合の補正電流値決定部２０４は、現時点よりも先の時点における相対位置に対して予め記憶された第１の特定情報と、第２の特定情報とに基づいて、補正電流値を決定する手段の一例である。

【0045】

なお、ここまでは、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータを、電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさとを対応付けたものとしたが、この限りではない。マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータを、電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子との間の間隙（ギャップ）の幅とを対応付けたものとしてもよい。この場合、電機子と磁極子との間の間隙の幅は、電機子と磁極子との相対位置ごとに予め記憶された補正電流値を決定するための特定情報の一例である。その際、補正電流値決定部２０４は、電機子と磁極子との間の磁場の大きさの代わりに、電機子と磁極子との間の間隙の幅を用いて、同様の処理を行う。具体的には、補正電流値決定部２０４は、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータを参照して、電機子と磁極子との間の予め記憶された間隙の幅を特定する。また、補正電流値決定部２０４は、磁場情報取得部２０７が取得した磁場情報から間隙の幅を導き出すことにより、電機子と磁極子との実際の間隙の幅を特定する。そして、補正電流値決定部２０４は、「磁場の大きさ」を「間隙の幅」と読み替えて、上述した処理を行う。

【0046】

（動作）
図４は、本実施の形態に係る制御装置２００の動作例を示したフローチャートである。なお、このフローチャートでは、基準電流値と補正電流値とに基づいて指令電流値を決定して出力する動作のみを示す。また、このフローチャートでは、マッピングデータにおいて、電機子と磁極子との相対位置と、電機子と磁極子との間の磁場の大きさとが対応付けられているものとする。

【0047】

制御装置２００では、まず、位置情報取得部２０１が、位置センサ１５１から電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報を取得したかどうかを判定する（ステップ２９１）。

【0048】

その結果、位置センサ１５１から電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報を取得していないと判定すれば、位置情報取得部２０１は、ステップ２９１を繰り返す。

【0049】

一方、位置センサ１５１から電機子と磁極子との相対位置を示す位置情報を取得したと位置情報取得部２０１により判定されれば、基準電流値決定部２０２が、ステップ２９１で取得された位置情報に基づいて、基準電流値を決定する（ステップ２９２）。ここで、基準電流値とは、上述したように、電動機１００に目標となる駆動力を与える電流の電流値のことである。

【0050】

次に、補正電流値決定部２０４が、ステップ２９１で取得された位置情報と、マッピングデータ記憶部２０３に記憶されたマッピングデータとに基づいて、電機子と磁極子との間の磁場の大きさを特定する（ステップ２９３）。例えば、補正電流値決定部２０４は、ステップ２９１で取得された位置情報で示される電機子と磁極子との相対位置に基づいて、現時点よりも先のある時点における電機子と磁極子との相対位置を予測する。そして、補正電流値決定部２０４は、この予測された相対位置にマッピングデータにおいて対応付けられた磁場の大きさを特定する。或いは、補正電流値決定部２０４は、ステップ２９１で取得された位置情報で示される電機子と磁極子との相対位置にマッピングデータにおいて対応付けられた磁場の大きさを特定してもよい。

【0051】

そして、補正電流値決定部２０４は、ステップ２９３で特定された磁場の大きさに基づいて、補正電流値を決定する（ステップ２９４）。ここで、補正電流値とは、電機子と磁極子との間隙の幅が一定でないことに起因する駆動力の変動を打ち消す補正を行う電流の電流値のことである。

【0052】

次いで、指令電流値決定部２０５が、ステップ２９２で決定された基準電流値と、ステップ２９４で決定された補正電流値とを加算することにより、指令電流値を決定する（ステップ２９５）。ここで、指令電流値とは、電動機１００に流すように指令する電流の電流値のことである。

【0053】

その後、指令電流値出力部２０６が、ステップ２９５で決定された指令電流値をインバータ２５０に出力する（ステップ２９６）。

【0054】

［電動機］
（第１の電動機）
本実施の形態では、直方体形状をなす鉄心の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックを直線方向である可動方向及び可動方向に交差する横方向のそれぞれに並べて構成された磁極子と、磁極子に対向配置された電機子とを有する横方向磁束型の直動電動機を、第１の電動機として説明する。以下では、鉄心の開放する面以外の面が５つの場合について説明するが、必ずしもそれに限定されない。

【0055】

図５は、本実施の形態に係る第１の電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機３００は、電機子３１０と、可動子である磁極子３２０とを備える。なお、以下の説明において、磁極子３２０の可動方向を前後方向、電機子３１０と磁極子３２０とが並ぶ方向を上下方向、可動方向に直交する水平方向を横方向（左右方向）という。

【0056】

図６を参照して、電機子３１０の構成について説明する。図６は、電機子３１０の構成を示す斜視図である。電機子３１０は、電機子コイル３１１と、ティース部３１２と、ヨーク部３１３とを有する。ヨーク部３１３は水平な板状をなしており、その上面からは前後方向及び横方向に行列状に並ぶように複数のティース部３１２が上方に突出している。

【0057】

ヨーク部３１３とティース部３１２とは電機子部材として一体的に形成されている。かかる電機子部材は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部３１２は、直方体形状をなしており、各ティース部３１２には導線が巻回され電機子コイル３１１が形成される。電機子コイル３１１は、横方向に４列ずつ、各列に３個ずつの合計１２個設けられている。

【0058】

次に、磁極子３２０の構成について説明する。図５に示すように、磁極子３２０は、電機子３１０の上方に配置される。図７は、磁極子３２０の構成を示す斜視図である。図７に示すように、磁極子３２０は、水平方向に延びる板状をなしている。かかる磁極子３２０は、複数の磁極ブロック３２１を有しており、これらの磁極ブロック３２１が前後方向及び横方向にそれぞれ並べられたマトリックス状の構造となっている。

【0059】

図８は、磁極ブロック３２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック３２１は、直方体形状の軟磁性体の鉄心３２２と、５つの板状の永久磁石３２３とを有している。各永久磁石３２３は、鉄心３２２の一面と同じ又は若干大きい主面を有しており、鉄心３２２の一面を隠すようにこれに取り付けられる。鉄心３２２には、その５つの面に永久磁石３２３が取り付けられる。つまり、鉄心３２２には、一面を開放して囲繞するように永久磁石３２３が取り付けられる。また、各永久磁石３２３は、鉄心３２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心３２２の開放された一面は可動子磁極３２４となる。後述するように、可動子磁極３２４は、各永久磁石３２３が鉄心３２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石３２３の外側を向く面（鉄心３２２とは反対側の面）は可動子磁極３２４の反対磁極となる。

【0060】

図７を参照する。直方体形状の磁極ブロック３２１のそれぞれは、面と面とを接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック３２１の可動子磁極３２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、可動子磁極３２４が交互に反転するように各磁極ブロック３２１がマトリックス状に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック３２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック３２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック３２１を容易にマトリックス状に配置することができる。

【0061】

また、複数の磁極ブロック３２１が並んだ構造体は、直方体の箱状の軟磁性体からなるヨーク３２５に収容される。したがって、各磁極ブロック３２１は可動子磁極３２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク３２５内に磁路が形成される。

【0062】

上記のようにして配置された磁極ブロック３２１は、可動子磁極３２４が下方を向き、４つの側面のそれぞれが前方、後方、右方、左方を向くように配置される。つまり、可動方向及び横方向のそれぞれに、可動子磁極３２４が１つずつ反転する。

【0063】

図９は、磁極子３２０の正面断面図である。図９において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心３２２は、その周囲を取り囲む永久磁石３２３によって磁化される。Ｓ極が鉄心３２２に面する永久磁石３２３から出た磁束が鉄心３２２内を進む。鉄心３２２には５面に永久磁石３２３が取り付けられているため、これらの５つの永久磁石のそれぞれから出た磁束が鉄心３２２の内部を進み、それぞれの磁束が下方に進行して可動子磁極３２４から外側の空間（電機子３１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に分岐し、隣の磁極ブロック３２１のＮ極の可動子磁極３２４（隣がヨーク３２５の場合はヨーク３２５）から鉄心３２２の内部に進入する。Ｎ極の可動子磁極３２４には、隣り合う全ての磁極ブロック３２１からの磁束が進入する。この鉄心３２２には永久磁石のＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心３２２の内部を進み、前方、左方、右方、後方、及び上方のそれぞれに分岐して永久磁石３２３に入る。鉄心３２２の前方、左方、右方、及び後方のそれぞれに配置された永久磁石３２３からは隣接する永久磁石３２３（ヨーク３２５に隣接する永久磁石３２３からはヨーク３２５）へと磁束が進む。また、鉄心３２２の上方に配置された永久磁石３２３から出た磁束はヨーク３２５を進行し、隣の磁極ブロック３２１の上側の永久磁石３２３に入る。

【0064】

可動子磁極３２４は、当該可動子磁極３２４を含む鉄心３２２に面した永久磁石３２３の磁極と同一極性となる。つまり、鉄心３２２に永久磁石３２３のＳ極が面している場合、当該鉄心３２２の可動子磁極３２４はＳ極となり、鉄心３２２に永久磁石３２３のＮ極が面している場合、当該鉄心３２２の可動子磁極３２４はＮ極となる。

【0065】

上記のような構成の直動電動機３００において、電機子コイル３１１に電流を流すと、電機子コイル３１１の周囲に磁界が発生する。図１０は、電機子コイル３１１から生じた磁路を示す正面断面図である。横方向に隣り合う２つの電機子コイル３１１には、互いに逆向きに電流が流れる。これにより、これらの電機子コイル３１１が巻回された２つのティース部３１２と、ヨーク部３１３と、ティース部３１２の間の空間とを通る磁路が形成される。このとき、ティース部３１２の磁極子３２０との対向面が磁極（電機子磁極３１４）となる。隣り合う２つのティース部３１２のうち、一方のティース部３１２の電機子磁極３１４がＳ極となり、他方のティース部３１２の電機子磁極３１４がＮ極となる。

【0066】

各電機子磁極３１４の横方向の位置と、各可動子磁極３２４の横方向の位置とは一致している。つまり、正面視において、電機子磁極３１４と可動子磁極３２４とが一対一で対向している。したがって、電機子コイル３１１に電流が流れると、電機子磁極３１４とこれに対応する可動子磁極３２４とが磁力によって吸引又は反発される（図１０には、電機子磁極３１４と可動子磁極３２４とが吸引される場合の磁路を示している。）。電機子コイル３１１に流れる電流が制御されることで、電機子コイル３１１によって生じる磁界が変化し、これによって磁極子３２０が前後方向に移動する。

【0067】

上記のようにして電機子コイル３１１から生じた磁束は、磁極子３２０の内部を通過する。つまり、Ｓ極の電機子磁極３１４から出た磁束がＮ極の可動子磁極３２４に入り、この可動子磁極３２４を有する鉄心３２２に接する全ての永久磁石３２３を通過する。永久磁石３２３を出た磁束は、隣の磁極ブロック３２１の永久磁石３２３に入り、Ｓ極の可動子磁極３２４から出てＮ極の電機子磁極３１４に入る。つまり、本実施の形態に係る直動電動機３００では、電機子３１０によって生じた磁束が磁極ブロック３２１の全ての永久磁石３２３を通過する。磁極子３２０では、各鉄心３２２を永久磁石３２３が取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の磁極子に比べて、可動子磁極３２４に生じる磁束が増大される。したがって、直動電動機３００における磁気効率が向上する。

【0068】

（第２の電動機）
本実施の形態では、先端が欠落した扇形板状をなす鉄心の外側円弧面以外の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックが回転軸を中心とした環状方向である可動方向に並べて構成された磁極子と、磁極子の外側を囲繞するように配置された電機子とを有するラジアルギャップ電動機を、第２の電動機として説明する。以下では、鉄心の開放する面以外の面が５つの場合について説明するが、必ずしもそれに限定されない。

【0069】

図１１は本実施の形態に係る第２の電動機の構成を示す側面断面図であり、図１２はその平面断面図である。ラジアルギャップ電動機４００は、電機子４１０と、回転子である磁極子４２０とを備える。磁極子４２０は、軟磁性体の回転軸４２６を有しており、回転軸４２６を中心として回転可能である。なお、以下の説明において、磁極子４２０の回転方向を周方向、磁極子４２０の回転半径方向を半径方向、回転軸４２６の長手方向を軸方向という。

【0070】

電機子４１０は、電機子コイル４１１と、ティース部４１２と、ヨーク部４１３とを有する。ヨーク部４１３は円環状をなしており、その内周面からは周方向に等間隔に並ぶように複数のティース部４１２が半径方向内側に突出している。

【0071】

ヨーク部４１３とティース部４１２とは電機子部材として一体的に形成されている。かかる電機子部材は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部４１２は、断面視において四角形状をなしており、各ティース部４１２には導線が巻回され電機子コイル４１１が形成される。電機子コイル４１１は、周方向に６個設けられている。

【0072】

次に、磁極子４２０の構成について説明する。図１２に示すように、磁極子４２０は、電機子４１０の半径方向内側に配置される。磁極子４２０は、円盤乃至円柱状をなしている。かかる磁極子４２０は、複数の磁極ブロック４２１を有しており、これらの磁極ブロック４２１が周方向に並べられた構造となっている。

【0073】

図１３は、磁極ブロック４２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック４２１は、軸方向視において先端が円弧状に欠落した扇形（以下、「円環扇形」という）の板状をなしており、円環扇形の板状をなす軟磁性体の鉄心４２２と、５つの板状の永久磁石４２３ａ～４２３ｅとを有している。永久磁石４２３ａ及び４２３ｂは、鉄心４２２の一面と同じ又は若干大きい円環扇形の主面を有しており、鉄心４２２の円環扇形の２つの面を隠すようにそれぞれに取り付けられる。永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄは、鉄心の厚さと同一又は若干大きい幅を有しており、鉄心４２２の側面を隠すようにそれぞれに取り付けられる（図１３では永久磁石４２３ｄを示していない。）。また、永久磁石４２３ｅは、鉄心４２２の小さい方の円弧面、即ち内側円弧面と同一の外径の円弧板状をなしており、鉄心４２２の内側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。つまり、鉄心４２２には、外側円弧面を開放して囲繞するように永久磁石４２３ａ～４２３ｅが取り付けられる。また、各永久磁石４２３ａ～４２３ｅは、鉄心４２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心４２２の開放された外側円弧面は回転子磁極４２４となる。後述するように、回転子磁極４２４は、各永久磁石４２３ａ～４２３ｅが鉄心４２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石４２３ａ～４２３ｅの外側を向く面（鉄心４２２とは反対側の面）は回転子磁極４２４の反対磁極となる。

【0074】

図１２を参照する。円環扇形板状の磁極ブロック４２１のそれぞれは、側面同士を接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック４２１の回転子磁極４２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、回転子磁極４２４が交互に反転するように各磁極ブロック４２１が周方向に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック４２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック４２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック４２１を容易に周方向に並べて配置することができる。

【0075】

また、複数の磁極ブロック４２１が並んだ構造体は、軸長方向の両側から円盤状の軟磁性体からなるヨーク４２５に挟まれる。したがって、各磁極ブロック４２１は回転子磁極４２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク４２５内に磁路が形成される。

【0076】

また、図１２に示すように、鉄心４２２における回転子磁極４２４の面の幅は、ティース部４１２の幅と同一とされる。このため、電機子４１０によって生じた磁束の全てが回転子磁極４２４に漏れることなく出入りする。また、電機子コイル４１１の半径方向内側に対向するように、永久磁石４２３ａ、４２３ｂ及びヨーク４２５が配置される。電機子コイル４１１の半径方向内側の空間は、従来ではトルク発生に寄与しない空間であったが、本実施の形態に係るラジアルギャップ電動機４００では、この空間に永久磁石４２３ａ、４２３ｂ及びヨーク４２５を配置することができ、磁気効率を向上させることができる。

【0077】

図１４は磁極子４２０の磁路を説明するための平面断面図であり、図１５は図１４のＡ－Ａ線による断面図である。図１４及び図１５において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心４２２は、その周囲を取り囲む永久磁石４２３ａ～４２３ｅによって磁化される。Ｓ極が鉄心４２２に面する永久磁石４２３ａ～４２３ｅから出た磁束が鉄心４２２内を進む。鉄心４２２には５面に永久磁石４２３ａ～４２３ｅが取り付けられているため、これらの５つの永久磁石４２３ａ～４２３ｅのそれぞれから出た磁束が鉄心４２２の内部を進み、それぞれの磁束が半径方向外向きに進行して回転子磁極４２４から外側の空間（電機子４１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に周方向及び軸方向に分岐し、隣の磁極ブロック４２１のＮ極の回転子磁極４２４から鉄心４２２の内部に進入する。この鉄心４２２には、隣り合う２つの磁極ブロック４２１からの磁束が進入する。この鉄心４２２には永久磁石４２３ａ～４２３ｅのＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心４２２の内部を進み、軸方向、周方向、及び半径方向内向きのそれぞれに分岐して永久磁石４２３ａ～４２３ｅに入る。永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄからは隣接する永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄへと磁束が戻る。永久磁石４２３ａ及び４２３ｂから出た磁束はヨーク４２５を進行し、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ａ及び４２３ｂに入る。また、永久磁石４２３ｅから出た磁束は回転軸４２６を進行し、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ｅに入る。

【0078】

回転子磁極４２４は、当該回転子磁極４２４を含む鉄心４２２に面した永久磁石４２３ａ～４２３ｅの磁極と同一極性となる。つまり、鉄心４２２に永久磁石４２３ａ～４２３ｅのＳ極が面している場合、当該鉄心４２２の回転子磁極４２４はＳ極となり、鉄心４２２に永久磁石４２３ａ～４２３ｅのＮ極が面している場合、当該鉄心４２２の回転子磁極４２４はＮ極となる。

【0079】

上記のような構成のラジアルギャップ電動機４００において、電機子コイル４１１に電流を流すと、電機子コイル４１１の周囲に磁界が発生する。図１６は、電機子コイル４１１から生じた磁路を示す断面図である。各電機子コイル４１１の断面の周りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部４１２の磁極子４２０との対向面が磁極（電機子磁極４１４）となる。

【0080】

電機子コイル４１１によって生じた磁束は、ギャップを通じて回転子磁極４２４から鉄心４２２に入り、永久磁石４２３ａ～４２３ｄを通過する。永久磁石４２３ａ，４２３ｂを通過した磁束はヨーク４２５から空気中に出て電機子コイル４１１の外側を通り、ヨーク部４１３に入る。また、永久磁石４２３ｃ，４２３ｄを通過した磁束は、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ｃ，４２３ｄを介して鉄心４２２に入り、Ｓ極の回転子磁極４２４からギャップに出て、これに対向するＮ極の電機子磁極４１４に入る。なお、電機子コイル４１１によって生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過してもよいし、通過しなくてもよい。当該磁束が永久磁石４２３ｅを通過するか否かはラジアルギャップ電動機４００の構成による。例えば、鉄心４２２の半径方向寸法が小さく電機子磁極４１４と永久磁石４２３ｅとの距離が短ければ、電機子磁極４１４から生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過しやすく、鉄心４２２の半径方向寸法が大きく電機子磁極４１４と永久磁石４２３ｅとの距離が長ければ、電機子磁極４１４から生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過しにくい。本実施の形態に係るラジアルギャップ電動機４００は、各鉄心４２２を永久磁石４２３ａ～４２３ｅが取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の磁極子に比べて、回転子磁極４２４に生じる磁束が増大される。したがって、ラジアルギャップ電動機４００における磁気効率が向上する。

【0081】

なお、上記では、第２の電動機を、磁極子４２０が電機子４１０の内側で回転するいわゆるインナーロータ型のラジアルギャップ電動機４００としたが、これには限らない。第２の電動機は、磁極子が電機子の外側で回転するいわゆるアウターロータ型のラジアルギャップ電動機であってもよい。

【0082】

（第３の電動機）
本実施の形態では、円環扇形板状をなす鉄心の１つの主面以外の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックが回転軸を中心とした環状方向である可動方向に並べて構成された磁極子と、磁極子と軸方向に向き合うように配置された円盤状の電機子とを有するアキシャルギャップ電動機を、第３の電動機として説明する。以下では、鉄心の開放する面以外の面が５つの場合について説明するが、必ずしもそれに限定されない。

【0083】

図１７は本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機の構成を示す側面断面図である。アキシャルギャップ電動機５００は、電機子５１０と、回転子である磁極子５２０とを備える。磁極子５２０は、軟磁性体の回転軸５２６を有しており、回転軸５２６を中心として回転可能である。電機子５１０と磁極子５２０とのそれぞれは円盤状をなしており、軸方向に所定距離のギャップを介して配置されている。

【0084】

電機子５１０は、電機子コイル５１１と、ティース部５１２と、ヨーク部５１３とを有する。図１８は、電機子５１０の構成を示す平面図である。ヨーク部５１３は円盤状をなしており、その片面からは周方向に等間隔に並ぶように実質的に扇形の複数のティース部５１２が軸方向に突出している。

【0085】

ヨーク部５１３とティース部５１２とは電機子部材として一体的に形成されている。かかる電機子部材は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部５１２は、平面視において実質的に扇形をなしており、各ティース部５１２には導線が巻回され電機子コイル５１１が形成される。電機子コイル５１１は、周方向に６個設けられている。

【0086】

次に、磁極子５２０の構成について説明する。図１７に示すように、磁極子５２０は、電機子５１０と軸方向に対向して配置される。かかる磁極子５２０は、複数の磁極ブロック５２１を有しており、これらの磁極ブロック５２１が周方向に並べられた構造となっている。

【0087】

図１９は、磁極ブロック５２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック５２１は、軸方向視において円環扇形の板状をなしており、円環扇形の板状をなす軟磁性体の鉄心５２２と、５つの板状の永久磁石５２３ａ～５２３ｅとを有している。永久磁石５２３ａは、鉄心５２２の内側円弧面と同一の外径の円弧板状をなしており、鉄心５２２の内側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。永久磁石５２３ｂは、鉄心５２２の外側円弧面と同一の内径の円弧板状をなしており、鉄心５２２の外側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄは、鉄心の厚さと同一又は若干大きい幅を有しており、鉄心５２２の側面を隠すようにそれぞれに取り付けられる。永久磁石５２３ｅは、鉄心５２２の一面と同じ又は若干大きい円環扇形の主面を有しており、鉄心５２２の円環扇形の片面を隠すように取り付けられる。つまり、鉄心５２２には、円環扇形の１つの主面を開放して囲繞するように永久磁石５２３ａ～５２３ｅが取り付けられる。また、各永久磁石５２３ａ～５２３ｅは、鉄心５２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心５２２の開放された一面は回転子磁極５２４となる。後述するように、回転子磁極５２４は、各永久磁石５２３ａ～５２３ｅが鉄心５２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石５２３ａ～５２３ｅの外側を向く面（鉄心５２２とは反対側の面）は回転子磁極５２４の反対磁極となる。

【0088】

図２０は、磁極子５２０の構成を示す底面図である。円環扇形板状の磁極ブロック５２１のそれぞれは、側面同士を接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック５２１の回転子磁極５２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、回転子磁極５２４が交互に反転するように各磁極ブロック５２１が周方向に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック５２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック５２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック５２１を容易に周方向に並べて配置することができる。

【0089】

また、複数の磁極ブロック５２１が並んだ構造体は、軸方向の一方側が円環凹状に窪んだ円盤状の軟磁性体からなるヨーク５２５に収容される。したがって、各磁極ブロック５２１は回転子磁極５２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク５２５内に磁路が形成される。

【0090】

また、図１７に示すように、鉄心５２２における回転子磁極５２４の面の半径方向長さは、ティース部５１２の半径方向長さと同一とされる。このため、電機子５１０によって生じた磁束の全てが漏れることなく回転子磁極５２４に出入りする。また、電機子コイル５１１と軸方向に対向するように、永久磁石５２３ａ及び５２３ｂが配置される。電機子コイル５１１の軸方向に対向する空間は、従来ではトルク発生に寄与しない空間であったが、本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機５００では、この空間に永久磁石５２３ａ、５２３ｂを配置することができ、磁気効率を向上させることができる。

【0091】

図２１及び図２２は、磁極子５２０の磁路を説明するための図であり、図２１は磁極子５２０の底面図であり、図２２は図２１におけるＢ－Ｂ線による断面図である。図２１及び図２２において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心５２２は、その周囲を取り囲む永久磁石５２３ａ～５２３ｅによって磁化される。Ｓ極が鉄心５２２に面する永久磁石５２３ａ～５２３ｅから出た磁束が鉄心５２２内を進む。鉄心５２２には５面に永久磁石５２３ａ～５２３ｅが取り付けられているため、これらの５つの永久磁石５２３ａ～５２３ｅのそれぞれから出た磁束が鉄心５２２の内部を進み、それぞれの磁束が軸方向（前方）に進行して回転子磁極５２４から外側の空間（電機子５１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に周方向及び半径方向に分岐し、一部は隣の磁極ブロック５２１のＮ極の回転子磁極５２４から鉄心５２２の内部に進入し、その他はヨーク５２５に入り、永久磁石５２３ａ，５２３ｂ，及び５２３ｅに戻る。Ｎ極の回転子磁極５２４を有する鉄心５２２には、隣り合う２つの磁極ブロック５２１からの磁束が進入する。この鉄心５２２には永久磁石５２３ａ～５２３ｅのＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心５２２の内部を進み、半径方向外側及び内側、周方向両側、後方のそれぞれに分岐して永久磁石５２３ａ～５２３ｅに入る。永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄからは隣接する永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄへと磁束が戻る。永久磁石５２５ａ、５２３ｂ及び５２３ｅから出た磁束はヨーク５２５を進行し、一部は隣の磁極ブロック５２１の永久磁石５２５ａ、５２３ｂ及び５２３ｅに入り、その他はヨーク５２５から外部へ出て電機子５１０側へと進行する。

【0092】

回転子磁極５２４は、当該回転子磁極５２４を含む鉄心５２２に面した永久磁石５２３ａ～５２３ｅの磁極と同一極性となる。つまり、鉄心５２２に永久磁石５２３ａ～５２３ｅのＳ極が面している場合、当該鉄心５２２の回転子磁極５２４はＳ極となり、鉄心５２２に永久磁石５２３ａ～５２３ｅのＮ極が面している場合、当該鉄心５２２の回転子磁極５２４はＮ極となる。

【0093】

上記のような構成のアキシャルギャップ電動機５００において、電機子コイル５１１に電流を流すと、電機子コイル５１１の周囲に磁界が発生する。図２３は、電機子コイル５１１から生じた磁路を示す側面断面図である。各電機子コイル５１１の断面の周りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部５１２の磁極子５２０との対向面が磁極（電機子磁極５１４）となる。

【0094】

電機子コイル５１１によって生じた磁束は、ギャップを通じて回転子磁極５２４から鉄心５２２に入り、永久磁石５２３ａ～５２３ｄを通過する。永久磁石５２３ａ，５２３ｂを通過した磁束はヨーク５２５から空気中に出てヨーク部５１３に入り、電機子コイル５１１の外側を通ってＳ極の電機子磁極５１４に戻る。また、永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを通過した磁束は、隣の磁極ブロック５２１の永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを介して鉄心５２２に入り、Ｓ極の回転子磁極５２４からギャップに出て、これに対向するＮ極の電機子磁極５１４に入る。なお、電機子コイル５１１によって生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過してもよいし、通過しなくてもよい。当該磁束が永久磁石５２３ｅを通過するか否かはアキシャルギャップ電動機５００の構成による。例えば、鉄心５２２の軸方向寸法が小さく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が短ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しやすく、鉄心５２２の軸方向寸法が大きく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が長ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しにくい。本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機５００は、各鉄心５２２を永久磁石５２３ａ～５２３ｅが取り囲んでいるため、従来型の円環扇形板状の永久磁石が電機子に対向配置された構造の磁極子に比べて、回転子磁極５２４に生じる磁束が増大される。したがって、アキシャルギャップ電動機５００における磁気効率が向上する。

【0095】

［効果］
本実施の形態では、電動機１００に目標の駆動力を与える基準電流値と、電機子と磁極子との間の間隙の幅が一定でないことに起因する駆動力の変動を打ち消すための補正電流値とを足し合わせた指令電流値の駆動電流を電動機１００に流すようにした。これにより、間隙の幅の大小に合わせて駆動電流の強さを変えることができ、それによって、電機子と磁極子との相対運動を滑らかに行うことを高精度に実現できるようになった。

【符号の説明】

【0096】

１ 電動機システム
１００ 電動機
１５１ 位置センサ
１５２ 磁気センサ
２００ 制御装置
２５０ インバータ
３００ 直動電動機
４００ ラジアルギャップ電動機
５００ アキシャルギャップ電動機
３１０，４１０，５１０ 電機子
３１１，４１１，５１１ 電機子コイル
３２０，４２０，５２０ 磁極子
３２１，４２１，５２１ 磁極ブロック
３２３，４２３，５２３ 永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】