JP2006288135A

JP2006288135A - 複合回転電機の駆動制御方法

Info

Publication number: JP2006288135A
Application number: JP2005107284A
Authority: JP
Inventors: Minoru Arimitsu; 稔有満; Iwao Yasuda; 巌安田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する複合回転電機において、各ロータのトルクやパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる複合回転電機の駆動制御方法を提供する。
【解決手段】永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する回転電機（以下、複合回転電機という）をインバータにより駆動制御する方法において、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルクまたは回転数、あるいはトルクおよび回転数の両者を制限する。
【選択図】図６

Description

本発明は、永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する回転電機（以下、複合回転電機という）をインバータにより駆動制御する方法に関するものである。

従来、永久磁石を有する一つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルにインバータから駆動電流を通電する同期モータが知られている。このような同期モータををインバータにより駆動制御する方法として、インバータから同期モータへの出力電圧が供給可能な場合は、通常の電流制御を行い、同期モータの出力電圧がインバータから供給可能な電圧を超える場合は、パルス駆動へ切り替える駆動制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１４２４８３号公報

また、円筒状のステータを挟み、内外周に永久磁石を備えるインナーロータ及びアウターロータが配置され、ステータに巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、インナーロータとアウターロータを独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機（複合回転電機）が知られている（例えば、特許文献２参照）。通常、インバータの供給可能電圧は直流電源電圧に依存している。複合電流によって駆動される複合回転電機の誘起電圧は、各ロータの誘起電圧の和で示され、少なくともこれらの単純和がインバータの出力可能電圧を超過しないように設定している。
特開２００１−１０３７１７号公報

上述した複合回転電機をインバータにより駆動制御するにあたり、複合回転電機の電圧がインバータの出力可能電圧を超えないよう制御する必要がある。複合回転電機の電圧がインバータの出力可能電圧を超える場合、電流指令値に制限をかけることになるが、制限のかけ方については、複合であるため自由度が増加して、最適な駆動制御方法を見つけることは難しい。上述した従来の同期モータのように、一定値で制限を設けるとトルクやパワーの出力範囲が大幅に削減されてしまうという問題がある。

本発明の目的は上述した課題を解消して、永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する複合回転電機において、各ロータのトルクやパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる複合回転電機の駆動制御方法を提供しようとするものである。

本発明の複合回転電機の駆動制御方法は、永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する複合回転電機をインバータにより駆動制御する方法において、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルクまたは回転数、あるいはトルクおよび回転数の両者を制限することを特徴とするものである。

本発明では、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルクまたは回転数、あるいはトルクおよび回転数の両者を制限することで、各ロータのトルクやパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる。

なお、本発明の複合回転電機の駆動制御方法の好適例として、複合回転電機の電圧をＶ、二つのロータの電圧をＶ１、Ｖ２としたとき、以下の式で表される複合回転電機の電圧Ｖが電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、二つのロータのトルクτ１及びτ２を制限することができる：
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２；
Ｖ１^２＝（Ｒｉ１）^２＋（ω１λ１）^２＋２Ｒω１τ１、
Ｖ２^２＝（Ｒｉ２）^２＋（ω２λ２）^２＋２Ｒω２τ２、
ここで、Ｒ：複合回転電機のコイル抵抗、ｉ１：ロータ１の電流値、ω１：ロータ１の電気角速度、λ１：ロータ１の鎖交磁束、τ１：ロータ１のトルク、ｉ２：ロータ２の電流値、ω２：ロータ２の電気角速度、λ２：ロータ２の鎖交磁束、τ２：ロータ２のトルク、である。このように構成することで、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルク指令値を制限することができ、各ロータのトルクまたはパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる。

また、本発明の複合回転電機の駆動制御方法の好適例として、複合回転電機の電圧をＶ、二つのロータの電圧をＶ１、Ｖ２としたとき、以下の式で表される複合回転電機の電圧Ｖが電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、二つのロータのトルク及びを制限することができる：
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２
ここで、Ｖ１、Ｖ２は、各ロータのトルク指令値よりそれぞれの鎖交磁束を算出し、これに各ロータの回転数を乗じて求めた各ロータの電圧である。このように構成することで、複合回転電機の電圧は、各ロータトルク指令値より算出される鎖交磁束と各ロータの回転数をもとに導出されるので、これによりマップデータの縮小が実施でき、必要となるデータ記憶領域も削減できる。

さらに、本発明の複合回転電機の駆動制御方法の好適例として、複合回転電機の電圧がインバータの供給可能電圧より大きくなる場合は、各ロータの回転数を比較し、電気角周波数の高いロータのトルク指令値をより多く制限することができる。このように構成することで、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、電気角周波数の高いロータのトルク指令値を制限するので、もう一方のロータのトルクまたはパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる。

さらにまた、本発明の複合回転電機の駆動制御方法の好適例として、複合回転電機の電圧がインバータの供給可能電圧より大きくなる場合は、以下の式に示す制限された各ロータの鎖交磁束Φ１’、Φ２’によりトルク指令値を制限することができる：
Φ１’＝ｋ１・Φｍａｘ、
Φ２’＝ｋ２・Φｍａｘ；
ｋ１＝Φ１／（Φ１＋Φ２）、
ｋ２＝Φ２／（Φ１＋Φ２）、
Φｍａｘ＝（Φ１＋Φ２）・ＶＤＣ／Ｖ、
Ｖ＝ω１・Φ１＋ω２・Φ２、
ここで、Φ１’：制限されたロータ１の鎖交磁束、Φ２’：制限されたロータ２の鎖交磁束、Φｍａｘ：計算される最大鎖交磁束、ｋ１：ロータ１の制限係数、ｋ２：ロータ２の制限係数、Φ１：算出されるロータ１の鎖交磁束、Φ２：算出されるロータ２の鎖交磁束、ＶＤＣ：電源電圧、Ｖ：複合回転電機の電圧、である。このように構成することで、複合回転電機の電圧がインバータの出力可能電圧を超えることはないので、各ロータのトルクまたはパワーの出力範囲を狭めないようにすることができる。

また、本発明の複合回転電機の駆動制御方法の好適例として、複合回転電機の各ロータの鎖交磁束により、電流指令値を制限することができる。このように構成することで、複合回転電機の各ロータ指令値を直接電流指令値で出力できるので、従来の制御則に適用できる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の複合回転電機の駆動制御方法を用いる複合回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。

前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。

前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤS2に連結されている。

前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤR1とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。

前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。

すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤR2とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。

図２は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の複合回転電機の駆動制御方法を用いる複合回転電機としての複軸多層モータの一例をより詳細に示す図である。この複軸多層モータに、この発明の積層コア構造を適用することができる。図２に示す構成の複軸多層モータは、一個の円環状のステータ１０１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｏ上にて回転自在に配置したインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング１０４内に収納して構成する。

ここにおけるインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア１２４，１２５を具え、これら積層コア１２４，１２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。インナーロータ１０２とアウターロータ１０３とでは、配置する磁極数を変えることで、両者の極対数を異ならせている。一例を示すと、磁石の個数自体はインナーロータ１０２とアウターロータ１０３で同一であり、１２個ずつであるが、インナーロータ１０２は２個の磁石で１極を成しているため、極対数としては３極対となり、アウターロータ１０３は１個の磁石で１極を成しているため、極対数としては６極対となる。

そしてハウジング１０４内へのインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の収納に当たっては、アウターロータ１０３は、積層コア１２５の外周にトルク伝達シェル１０５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル１０５の両端をそれぞれベアリング１０７，１０８によりハウジング１０４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル１０５をベアリング１０７の側でアウターロータシャフト１０９に結合する。

インナーロータ１０２は積層コア１２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト１０９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１１０を貫通して具え、これらインナーロータ１０２の積層コア１２４およびインナーロータシャフト１１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１１０の中間部をベアリング１１２により、固定のステータブラケット１１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１１４によりトルク伝達シェル１０５の対応端壁に回転自在に支持する。

ステータ１０１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＴ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータティースを具える。個々のステータティースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図２に示す如く電磁コイル１１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータティースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１１３，１１８間に何らかの手段で挟持すると共に全体的に樹脂１２０でモールドすることにより一体化してステータ１０１を構成する。

なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ１４８および回転センサ１４７が検出するインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ１０２，１０３用の位相の異なる駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１０１の電磁コイル１１７に供給し、これにより両ロータ１０２，１０３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ１０２，１０３を個別に回転駆動させることができる。

以下、本発明の特徴となる駆動制御方法について説明する。
図３は、２つの回転電機を単一インバータで駆動した際、および、複合回転電機を単一インバータで駆動した際、の２つのロータのトルクτ１、τ２によるトルク領域を説明するための図である。

通常の三相モータを二つ組み合わせた複数電動機を単一インバータで駆動する場合、電流容量を１／２ずつ配分した場合のトルク領域の駆動可能範囲は、例えば図３の正方形の領域で示される。また、複数電動機の各電流ピーク値が一定になるように制限した場合、図３の三角形で示される領域がトルク領域の駆動可能範囲となる。同様に通常インバータ電流の基準として用いられる実効値について、複数電動機の各電流値が一定になるように制限した場合、図３の扇形で示される領域がトルク駆動可能領域となる。ここで、本発明が対象とする複合回転電機を単一インバータで駆動する場合、インバータの通電電流の制限は損失に依存しているので、電流平均値による制限がトルク駆動可能範囲となる。従って、通常の三相モータの一定制限値によるトルク駆動可能範囲（最大図３の扇形の領域）と比較するとより大きな領域を駆動することが可能となる。

次に、本発明の対象とする複合回転電機の二つのロータにおいて、どちらかのロータをロータ１、もう一つのロータをロータ２とするとき、ロータ１の回転数ω１がロータ２の回転数ω２に比べて非常に小さな場合（ω１＜＜ω２）の複合回転電機のトルク駆動可能範囲は、図４のようにロータ２に対するトルク領域が狭くなる。ここで、トルクについてＡ点の動作点が必要な場合、ロータ２の回転数ω２を小さく制限することによりロータ２のトルク領域が広がるので、Ａ点の動作点が駆動可能となる。また、回転数についてＡ点の動作点が必要な場合、各ロータのトルク指令値を制限することにより実現できる。例えば、ロータ１とロータ２のトルク比を変えないで動作点を選択したい場合、Ｂ点を選択することができる。これは、ロータ１のトルクをτ１Ａからτ１Ｂへ制限し、ロータ２のトルクをτ２Ａからτ２Ｂへ制限することにより成立する。

以上のように、複合回転電機のトルク及び回転数駆動可能範囲は、各ロータのトルクまたは回転数、あるいは両者を制限することにより、システムが必要とする最前な動作点を選択することが可能なことがわかる。本発明の複合回転電機の駆動制御方法の特徴はその点にある。以下、実際の駆動制御方法の一例について説明する。

まず、本発明の複合回転電機の駆動制御方法における好適例として、複合回転電機の電圧Ｖをロータ１の誘起電圧Ｖ１とロータ２の誘起電圧Ｖ２の和として捉えることがある。すなわち、複合回転電機の電圧をＶ、二つのロータの電圧をＶ１、Ｖ２としたとき、以下の式で表される複合回転電機の電圧Ｖが電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、二つのロータのトルクτ１及びτ２を制限することができる：
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２；
Ｖ１^２＝（Ｒｉ１）^２＋（ω１λ１）^２＋２Ｒω１τ１、
Ｖ２^２＝（Ｒｉ２）^２＋（ω２λ２）^２＋２Ｒω２τ２、
ここで、Ｒ：複合回転電機のコイル抵抗、ｉ１：ロータ１の電流値、ω１：ロータ１の電気角速度、λ１：ロータ１の鎖交磁束、τ１：ロータ１のトルク、ｉ２：ロータ２の電流値、ω２：ロータ２の電気角速度、λ２：ロータ２の鎖交磁束、τ２：ロータ２のトルク、である。

上述した式において、Ｖ１^２＝（Ｒｉ１）^２＋（ω１λ１）^２＋２Ｒω１τ１、および、Ｖ２^２＝（Ｒｉ２）^２＋（ω２λ２）^２＋２Ｒω２τ２の式は、以下のようにして導出することができる。なお、以上の関係を図５に示す。

Ｖ１ｄ＝Ｒｉｌｄ−ω１λ１ｄ、Ｖ１ｑ＝Ｒｉ１ｑ＋ω１λ１ｑより、
Ｖ１^２＝Ｖ１ｄ^２＋Ｖ１ｑ^２
＝（Ｒｉ１ｄ−ω１λ１ｄ）^２＋（Ｒｉ１ｑ＋ω１λ１ｑ）^２
＝（Ｒ^２ｉｌｄ^２−２Ｒω１ｉ１ｄλ１ｄ＋ω１^２λ１ｄ^２）＋
（Ｒ^２ｉ１ｑ^２＋２Ｒω１ｉｌｑλ１ｑ＋ω１^２λ１ｑ^２）
＝Ｒ^２（ｉｌｄ^２＋ｉｌｑ^２）＋ω１^２（λ１ｄ^２＋λ１ｑ^２）＋
２Ｒω１（λ１ｑｉ１ｑ−λ１ｄｉ１ｄ）
＝（Ｒｉ１）^２＋（ω１λ１）^２＋２Ｒω１τ１
ここで、Ｒ：コイル抵抗、Ｖ１ｄ：ロータ１のｄ軸電圧、Ｖ１ｑ：ロータ１のｑ軸電圧、Ｖ１：ロータ１の相電圧、ｉ１ｄ：ロータ１のｄ軸電流、ｉ１ｑ：ロータ１のｑ軸電流、ｉ１：ロータ１の相電流、ω１：ロータ１の電気角速度、λ１ｄ：ロータ１のｄ軸鎖交磁束、λ１ｑ：ロータ１のｑ軸鎖交磁束、λ１：ロータ１の総鎖交磁束、τ１：ロータ１のトルク、である。
なお、Ｖ２についても同様に求めることができる。

次に、上述した好適例のより具体的な一例を図６〜図８に基づき説明する。
図６は本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出の一例を示すブロック図である。図６に示す例では、複合回転電機の二つのロータのどちらか一方のロータをロータ１とし、もう一方のロータをロータ２とし、ロータ１のトルクτ１と回転数ω１、ロータ２のトルクτ２と回転数ω２を入力とし、ロータ１およびロータ２の電流指令値を出力している。

図６に示す例では、ロータ１のトルク指令値τ１より、ロータ１による鎖交磁束Φ１を算出する。これにロータ１の回転数ω１を乗じて、ロータ１の誘起電圧Ｖ１を算出する。同様にして、ロータ２の誘起電圧Ｖ２も算出される。次に、複合回転電機の誘起電圧Ｖを算出し、この誘起電圧Ｖを直流電源電圧より決定されるインバータ供給可能出力電圧と比較し、誘起電圧Ｖがインバータ供給可能出力電圧を超過している場合、ロータ１及びロータ２のトルク指令値τ１、τ２に補正係数Ｋ１、Ｋ２を乗じて、トルク指令値を制限し、制限されたトルク指令値をトルク−電流変換マップに基づき電流に変換し、最終的な電流指令値を求めている。なお、補正係数Ｋ１、Ｋ２については、以下の例でも共通であり、その説明は後述する。

図７は本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出の他の例を示すブロック図である。図７に示す例では、図６に示す例では、補正係数Ｋ１、Ｋ２をトルク指令値に対した乗じてトルク指令値を制限しているのに対し、トルク指令値τ１、τ２を先にトルク−電流変換マップに基づき電流に変換し、変換した電流に補正係数Ｋ１、Ｋ２を乗ずることで、最終的な電流指令値を求めている。

図８は本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出のさらに他の例を示すブロック図である。図８に示す例では、図６に示す例に加えて、各ロータ回転数を比較し、電機角周波数の高いロータのトルク指令値をより多く制限するよう補正係数Ｋ１、Ｋ２を求めている。

次に、上述した好適例のより具体的な他の例を説明する。
すなわち、複合回転電機の電圧がインバータの供給可能電圧より大きくなる場合は、以下の式に示す制限された各ロータの鎖交磁束Φ１’、Φ２’によりトルク指令値を制限することができる：
Φ１’＝ｋ１・Φｍａｘ、
Φ２’＝ｋ２・Φｍａｘ；
ｋ１＝Φ１／（Φ１＋Φ２）、
ｋ２＝Φ２／（Φ１＋Φ２）、
Φｍａｘ＝（Φ１＋Φ２）・ＶＤＣ／Ｖ、
Ｖ＝ω１・Φ１＋ω２・Φ２、
ここで、Φ１’：制限されたロータ１の鎖交磁束、Φ２’：制限されたロータ２の鎖交磁束、Φｍａｘ：計算される最大鎖交磁束、ｋ１：ロータ１の制限係数、ｋ２：ロータ２の制限係数、Φ１：算出されるロータ１の鎖交磁束、Φ２：算出されるロータ２の鎖交磁束、ＶＤＣ：電源電圧、Ｖ：複合回転電機の電圧、である。

上述した好適例を図９を用いて説明する。図９において、波線が複合回転電機の電圧が電源電圧を一致する軌跡を示しており、鎖交磁束Φとトルクτの間には、τ∝Φの関係があるとすると、インバータ通電負荷領域のモータ動作点α（τ１α、τ２α）が指令値として与えられたとき、図９の関係を用いて各ロータのトルク指令値を制限すると、
τ１β＝ｋ１・τ１α
τ２β＝ｋ２・τ２β
となる。従って、モータ動作点は、β（τ１β、τ２β）に遷移されるので、インバータ通電可能となる。

なお、上述したロータ１の制限係数ｋ１とロータ２の制限係数を、図６〜図８に示す例における補正係数Ｋ１、Ｋ２としてそのまま使用することができる。

上述した例では、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過した場合の制御について、主に、各ロータのトルクを制限する例について説明したが、各ロータのトルクを制限する例だけでなく、各ロータの回転数を制限する例や、各ロータのトルク及び回転数の両者を制限する例にも、本発明を好適に適用できる。

本発明の複合回転電機の駆動制御方法は、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルクまたは回転数、あるいはトルクおよび回転数の両者を制限することで、各ロータのトルクやパワーの出力範囲を狭めないようにする用途に好適に用いることができる。

複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、本発明の駆動制御方法の対象となる複合回転電機の一例としての複軸多層モータを示す縦断面図である。２つの回転電機を単一インバータで駆動した際、および、複合回転電機を単一インバータで駆動した際、の２つのロータのトルクτ１、τ２によるトルク領域を説明するためのグラフである。各ロータの電気角速度がω１＜＜ω２の場合のトルク領域を説明するためのグラフである。本発明の複合回転電機の駆動制御方法における好適例の一例を説明するためのグラフである。本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出の一例を示すブロック図である。本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出の他の例を示すブロック図である。本発明の複合回転電機の駆動制御方法における電流指令値算出のさらに他の例を示すブロック図である。本発明の複合回転電機の駆動制御方法における好適例の他の例を説明するためのグラフである。

符号の説明

１０１ステータ
１０２インナーロータ
１０３アウターロータ

Claims

永久磁石を有する二つのロータと一つのステータとを有し、ステータのコイルに複合電流を通電する回転電機（以下、複合回転電機という）をインバータにより駆動制御する方法において、複合回転電機の電圧が電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、各ロータのトルクまたは回転数、あるいはトルクおよび回転数の両者を制限することを特徴とする複合回転電機の駆動制御方法。
複合回転電機の電圧をＶ、二つのロータの電圧をＶ１、Ｖ２としたとき、以下の式で表される複合回転電機の電圧Ｖが電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、二つのロータのトルクτ１及びτ２を制限することを特徴とする請求項１に記載の複合回転電機の駆動制御方法：
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２；
Ｖ１^２＝（Ｒｉ１）^２＋（ω１λ１）^２＋２Ｒω１τ１、
Ｖ２^２＝（Ｒｉ２）^２＋（ω２λ２）^２＋２Ｒω２τ２、
ここで、Ｒ：複合回転電機のコイル抵抗、ｉ１：ロータ１の電流値、ω１：ロータ１の電気角速度、λ１：ロータ１の鎖交磁束、τ１：ロータ１のトルク、ｉ２：ロータ２の電流値、ω２：ロータ２の電気角速度、λ２：ロータ２の鎖交磁束、τ２：ロータ２のトルク、である。
複合回転電機の電圧をＶ、二つのロータの電圧をＶ１、Ｖ２としたとき、以下の式で表される複合回転電機の電圧Ｖが電源電圧で決定されるインバータの供給可能電圧を超過しないように、二つのロータのトルク及びを制限することを特徴とする請求項１に記載の複合回転電機の駆動制御方法：
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２
ここで、Ｖ１、Ｖ２は、各ロータのトルク指令値よりそれぞれの鎖交磁束を算出し、これに各ロータの回転数を乗じて求めた各ロータの電圧である。
複合回転電機の電圧がインバータの供給可能電圧より大きくなる場合は、各ロータの回転数を比較し、電気角周波数の高いロータのトルク指令値をより多く制限することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合回転電機の駆動制御方法。
複合回転電機の電圧がインバータの供給可能電圧より大きくなる場合は、以下の式に示す制限された各ロータの鎖交磁束Φ１’、Φ２’によりトルク指令値を制限することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合回転電機の駆動制御方法：
Φ１’＝ｋ１・Φｍａｘ、
Φ２’＝ｋ２・Φｍａｘ；
ｋ１＝Φ１／（Φ１＋Φ２）、
ｋ２＝Φ２／（Φ１＋Φ２）、
Φｍａｘ＝（Φ１＋Φ２）・ＶＤＣ／Ｖ、
Ｖ＝ω１・Φ１＋ω２・Φ２、
ここで、Φ１’：制限されたロータ１の鎖交磁束、Φ２’：制限されたロータ２の鎖交磁束、Φｍａｘ：計算される最大鎖交磁束、ｋ１：ロータ１の制限係数、ｋ２：ロータ２の制限係数、Φ１：算出されるロータ１の鎖交磁束、Φ２：算出されるロータ２の鎖交磁束、ＶＤＣ：電源電圧、Ｖ：複合回転電機の電圧、である。
複合回転電機の各ロータの鎖交磁束により、電流指令値を制限することを特徴とする請求項４または５に記載の複合回転電機の駆動制御方法。