JP2008271624A - 電動機システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機に備えた２つのロータ間の位相差を適切に制御しながら、その両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を容易に判定する。
【解決手段】電動機１は、２つのロータ３，４を有し、両ロータ３，４間の位相差を位相差変更駆動手段２３により変更可能である。制御装置５０は、電動機１の誘起電圧定数パラメータの目標値Ｋe_cと観測値Ｋe_eとの偏差に応じて、該偏差を解消するように位相差変更駆動手段２３を制御すると共に、該偏差に基づいて両ロータ間の位相差の変更動作の異常の有無を判定する手段５５を備える。異常の有無の判定には、偏差の積分値を用いる。
【選択図】図４

Description

本発明は、永久磁石により界磁磁束を発生する２つのロータを備えた電動機と、それらのロータ間の相対回転を行なわせるアクチュエータ装置とを有する電動機システムの制御装置に関する。

従来、この種の電動機システムとしては、特許文献１に見られるものが知られている。この電動機システムは、永久磁石により界磁磁束を発生する２つのロータを備え、それらのロータのうちの一方のロータは、電動機の出力軸と一体に回転可能とされている。また、他方のロータは、一方のロータに対して、ある角度範囲内で相対回転可能とされ、その相対回転が、サーボ圧を出力するアクチュエータによってなされるようになっている。そして、この電動機システムでは、出力軸の回転速度に応じて２つのロータ間の位相差を変化させ、これにより、両ロータの永久磁石の合成界磁磁束の強さを変更するようにしている。
特開昭５５−１５３３００号公報

この種の電動機システムでは、両ロータの永久磁石の合成界磁磁束の強さ（電機子巻き線に作用する磁束の強さ）を変更できる（ひいては、電動機の誘起電圧定数を変更できる）ことから、両ロータ間の位相差をアクチュエータを介して適切に制御することによって、電動機の運転（力行運転または発電運転）を幅広い速度域で効率よく行なうことが可能となる。

しかしながら、一方のロータに対して他方のロータを相対回転させる機構や、その相対回転を行わせるアクチュエータの異常が発生すると、両ロータ間の位相差を所望の位相差に制御できなくなる。このため、そのような異常の有無を判断する技術が望まれていた。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、電動機に備えた２つのロータ間の位相差を適切に制御しながら、その両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を容易に判定することができる電動機システムの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電動機システムの制御装置は、かかる目的を達成するために、永久磁石によりそれぞれ界磁磁束を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられた電動機と、前記第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生して両ロータ間に付与する位相差変更駆動手段とを備え、該位相差変更駆動手段の駆動力により前記第２ロータを第１ロータに対して相対回転させて、両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁磁束を合成してなる合成界磁磁束の強さを変更可能とした電動機システムの制御装置であって、前記電動機の誘起電圧定数を規定するパラメータである誘起電圧定数パラメータの目標値を設定する目標値設定手段と、前記電動機の実際の誘起電圧定数に対応する前記誘起電圧定数パラメータの観測値を出力する観測値出力手段と、少なくとも前記誘起電圧定数パラメータの目標値と観測値との偏差に応じて、該偏差を解消するように前記位相差変更駆動手段を制御する位相差変更制御手段と、前記偏差に基づいて前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、「両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常」は、位相差変更駆動手段などの故障により、前記第２ロータを第１ロータに対して正常に相対回転させることができなくなる異常を意味する。

この第１発明によれば、前記位相差変更制御手段は、少なくとも前記誘起電圧定数パラメータの目標値と観測値との偏差に応じて、該偏差を解消するように前記位相差変更駆動手段を制御するので、位相差変更駆動手段などが正常であれば、電動機の誘起電圧定数が前記目標値に対応する値になるように、両ロータ間の位相差が制御される。このとき、位相差変更駆動手段などの故障により、前記第２ロータを第１ロータに対して正常に相対回転させることができなくなる異常、すなわち、両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が発生すると、前記偏差を継続的に解消できないか、もしくは、その偏差の解消に要する時間が長くなる。従って、該偏差に基づいて、両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を判定することができる。

よって、第１発明によれば、２つのロータ間の位相差を適切に制御しながら、その両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を容易に判定することができる。

なお、第１発明では、前記誘起電圧定数パラメータとしては、電動機の誘起電圧定数の値そのもの、あるいは、該誘起電圧定数と一定の相関性を有するパラメータが挙げられる。この場合、電動機の誘起電圧定数は、基本的には、両ロータ間の位相差に応じて規定されるので、該誘起電圧定数と一定の相関性を有するパラメータとして、例えば、両ロータ間の位相差を用いることができる。

また、誘起電圧定数パラメータの観測値は、適宜のセンサを使用した検出値でよいことはもちろんであるが、電動機の１つ以上の状態量から推定した値でもよい。誘起電圧定数パラメータとして、例えば誘起電圧定数の値そのものを使用した場合には、電動機の電機子の通電電流の検出値や、該電機子の電圧の目標値もしくは検出値、電動機の出力軸の回転速度の検出値などから、誘起電圧定数を推定することが可能である。また、誘起電圧定数パラメータとして、例えば両ロータ間の位相差を使用した場合には、該位相差と誘起電圧定数との相関性と、該誘起電圧定数の推定値とから該位相差を推定することが可能である。また、両ロータ間の位相差は、例えば、レゾルバなどのセンサを使用して、検出するようにすること可能である。

かかる第１発明では、より具体的には、例えば前記偏差を積分する積分手段を備え、前記異常判定手段は、該積分手段により前記偏差を積分してなる積分値に基づいて前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を判定する（第２発明）。

すなわち、両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が生じた場合には、前記偏差を継続的に解消できないか、もしくは、その偏差の解消に要する時間が長くなるので、該偏差の積分値の大きさが継続的に過大なものとなる。従って、該積分値に基づいて両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を適切に判定できる。

この第２発明では、前記異常判定手段は、前記積分値が所定の範囲を逸脱する状態が所定時間以上継続したとき、前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が有ると判定すればよい（第３発明）。

この第３発明によれば、両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が発生した場合に、それを的確に検知することが可能となる。なお、前記積分値が所定の範囲を逸脱していないか、あるいは、該積分値が所定の範囲を逸脱する状態が所定時間に満たない一時的なものである場合には、両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が無いと判定すればよい。

前記第２発明または第３発明においては、前記位相差変更制御手段は、前記偏差を解消するための前記位相差変更駆動手段の操作量（制御入力）を少なくとも前記積分値に応じたフィードバック制御則を含む制御則により決定しつつ、該操作量に応じて前記位相差変更駆動手段を制御する手段であることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、前記積分手段を、前記位相差変更制御手段の処理と前記異常判定手段の処理とで共用できるので、電動機システムの制御装置の演算処理負荷を軽減できる。なお、前記フィードバック制御則としては、比例・積分制御則（ＰＩ制御則）や、比例・積分・微分制御則（ＰＩＤ制御則）などが挙げられる。

この第４発明では、前記位相差変更駆動手段の急激な動作変化が生じるのを防止するために、前記位相差変更制御手段は、前記制御則により決定した操作量を所定の許容範囲に制限してなる制御用操作量に応じて前記位相差変更駆動手段を制御する手段であることが好ましい。すなわち、前記制御則により決定した操作量が所定の許容範囲に存するときには、その操作量をそのまま制御用操作量として、位相差変更駆動手段を制御する。また、前記制御則により決定した操作量が所定の許容範囲を逸脱しているときには、その操作量を該許容範囲の上限値または下限値（より詳しくは、該上限値および下限値のうち、該操作量に近い方の値）に制限してなる制御用操作量に応じて位相差変更駆動手段を制御する。

そして、この場合、前記異常判定手段は、少なくとも前記制御則により決定された操作量が前記許容範囲を逸脱している場合に、前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無の判定を実行すべきか否かを、前記目標値と所定値との比較に基づいて判断する異常判定可否判断手段を備えることが好ましい（第５発明）。

すなわち、両ロータ間の位相差は、一般に機構的に制約されたある範囲内で変更可能である。そして、例えば、前記誘起電圧定数パラメータの目標値が比較的大きく変更され、その変更後の目標値に対応する両ロータ間の位相差が、その変更可能範囲の境界に近いような場合には、該位相差の変更動作が正常であっても、両ロータ間の実際の位相差が該変更可能範囲の境界に近づくにつれて機構的な制約を受け、前記積分値の大きさが大きくなりやすい。ひいては、前記制御則により決定される操作量が前記許容範囲を逸脱する状況が発生しやすい。そこで、第５発明では、少なくとも前記制御則により決定された操作量が前記許容範囲を逸脱している場合に、前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無の判定を実行すべきか否かを、前記目標値と所定値との比較に基づいて判断する。

これにより、両ロータ間の位相差の変更動作が正常である場合に、前記積分値に基づいて異常が有ると判定されるのを防止することが可能となる。

この場合、より具体的には、例えば、前記目標値と比較する所定値を、両ロータ間の位相差の変更可能範囲の境界近傍の値（変更可能範囲内の値）に対応する誘起電圧定数パラメータの値に設定しておき、前記目標値に対応する両ロータ間の位相差が、前記所定値に対応する位相差の値よりも、該位相差の変更可能範囲の境界に近い値である場合に、異常の有無の判定を実行すべきでないと判断すればよい。また、前記目標値に対応する両ロータ間の位相差が、前記所定値に対応する位相差の値よりも、該位相差の変更可能範囲の境界に近い値でない場合、あるいは、前記操作量が前記許容範囲内に存する場合には、異常の有無の判定を実行すべきであると判断すればよい。

本発明の一実施形態を図１〜図９を参照して説明する。

まず、図１および図２を参照して、本実施形態における電動機の機構的な構成を説明する。図１は、本実施形態における電動機の要部の断面図、図２は図１の電動機のドライブプレート１９を外した状態で該電動機の軸心方向で見た図である。

この電動機１は、２重ロータ構造のＤＣブラシレスモータであり、出力軸２、外ロータ３、および内ロータ４を同軸に備える。外ロータ３および内ロータ４はそれぞれ本発明における第１ロータ、第２ロータに相当する。外ロータ３の外側には、電動機１のハウジング（図示省略）に固定されたステータ５を有し、このステータ５には図示を省略する電機子（３相分の電機子）が装着されている。なお、電動機１は、例えば、ハイブリッド車両や電動車両の推進力発生源として車両に搭載され、電動機としての動作（力行動作）と、発電機としての動作（回生動作）とが可能とされている。

外ロータ３は環状に形成されており、その周方向にほぼ等間隔で配列された複数の永久磁石６を備える。この永久磁石６は、長尺の方形板状に形成されており、その長手方向を外ロータ３の軸方向に向け、且つ、法線方向を外ロータ３の径方向に向けた状態で、外ロータ３に埋め込まれている。また、外ロータ３には、その軸心と平行な軸心を有する複数のネジ穴７が穿設されている。これらのネジ穴７は、外ロータ３の周方向に等間隔で配列されている。

内ロータ４も環状に形成されている。この内ロータ４は、その外周面を外ロータ３の内周面に摺接させた状態で、外ロータ３の内側に該外ロータ３と同軸に配置されている。なお、内ロータ４の外周面と外ロータ３の内周面との間に若干のクリアランスが設けられていてもよい。さらに、この内ロータ４の軸心部を、該内ロータ４および外ロータ３と同軸に出力軸２が貫通している。この場合、内ロータ４の内径は、出力軸２の外径よりも大きく、出力軸２の外周面と内ロータ４の内周面との間に間隔を有する。

また、内ロータ４は、その周方向にほぼ等間隔で配列された複数の永久磁石８を備える。この永久磁石８は、外ロータ３の永久磁石６と同形状で、外ロータ３の場合と同様の形態で、内ロータ４に埋め込まれている。内ロータ４の永久磁石８の個数は、外ロータ３の永久磁石８の個数と同じである。

ここで、図２を参照して、外ロータ３の永久磁石６のうちの白抜きで示す永久磁石６ａと、点描を付した永久磁石６ｂとは、外ロータ３の径方向における磁極の向きが互いに逆になっている。例えば、永久磁石６ａは、その外側（外ロータ３の外周面側）の面がＮ極、内側（外ロータ３の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石６ｂは、その外側の面がＳ極、内側の面がＮ極とされている。同様に、内ロータ４の永久磁石８のうちの白抜きで示す永久磁石８ａと、点描を付した永久磁石８ｂとは、内ロータ４の径方向での磁極の向きが互いに逆になっている。例えば、永久磁石８ａは、その外側（内ロータ４の外周面側）の面がＮ極、内側（内ロータ４の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石８ｂは、その外側の面がＳ極、内側の面がＮ極とされている。

そして、本実施形態では、外ロータ３においては、図２に示す如く、互いに隣り合された永久磁石６ａ，６ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石６ｂ，６ｂの対とが、外ロータ３の周方向に交互に配列されている。同様に、内ロータ４においては、互いに隣り合された永久磁石８ａ，８ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石８ｂ，８ｂの対とが、内ロータ４の周方向に交互に配列されている。

内ロータ４の内側には、出力軸２の外周面との間で、第１部材９と第２部材１０とが設けられている。これらの第１部材９および第２部材１０は、内ロータ４の内側に複数の油圧室２４，２５を形成するものである。

第２部材１０は、環状部１１と、この環状部１１の内周面から該環状部１１の中心部に向かって径方向に突設された複数の突起部１２（以下、第２部材側突起部１２ということがある）とを有する。第２部材１０は、その環状部１１を内ロータ４に同軸に嵌入することにより、該内ロータ４に同軸に固定されている。また、第２部材側突起部１２は、周方向に等間隔で設けられている。

第１部材９は、ベーンロータ状のものであり、その軸部としての環状部１３と、この環状部１３の外周面から径方向に突設された複数の突起部１４（以下、第１部材側突起部１４ということがある）とを有する。第１部材９の環状部１３は、第２部材１０の環状部１１の内側に該環状部１１と同軸に設けられ、その外周面に、第２部材１０の各突起部１２の先端部がシール部材１５を介して摺接されている。また、第１部材９の環状部１３は、出力軸２に外挿されており、その内周面が出力軸２の外周面に形成されたスプライン１６に嵌合されている。このスプライン嵌合により第１部材９が出力軸２と一体に回転可能とされている。

第１部材側突起部１４の個数は、第２部材側突起部１２の個数と同数であり、周方向に等間隔で配列されている。この場合、この各第１部材側突起部１４は、周方向に隣り合う２つの第２部材側突起部１２，１２の間の箇所に介装されている。換言すれば、第１部材９と第２部材１０とは、それらの突起部１４，１２が周方向で交互に並ぶように係合されている。そして、各第１部材側突起部１４の先端部は、シール部材１７を介して第２部材１０の環状部１１の内周面に摺接されている。また、各第１部材側突起部１４には、環状部１３の軸心と平行な軸心を有するネジ穴１８が穿設されている。

図１を参照して、外ロータ３の軸心方向の両端面部には、円板状のドライブプレート１９，１９が該外ロータ３と同軸に装着されている。これらのドライブプレート１９，１９は、それぞれ、その中心部（軸心部）に出力軸２の外径よりも大径の穴２０を有し、この穴２０を出力軸２が同軸に貫通していると共に、該穴２０に第１部材９の環状部１３の各端部が嵌入されている。そして、各ドライブプレート１９は、外ロータ３の各ネジ穴７と、第１部材９の各突起部１４のネジ穴１８とにそれぞれボルト２１により締結されている。これにより、外ロータ３および第１部材９は、一体に回転可能に連結されている。この場合、前記したように第１部材９は、スプライン嵌合により出力軸２と一体に回転可能であるので、外ロータ３も出力軸２と一体に回転可能とされている。

また、ドライブプレート１９，１９は、それらの間に、前記内ロータ４および第２部材１０を支承している。具体的には、ドライブレート１９，１９の互いに相対する面には、それぞれ、同軸に環状溝２２が形成されている。そして、この環状溝２２に前記第２部材１０の環状部１１の各端部が摺動自在に挿入されている。これにより、内ロータ４および第２部材１０は、環状部１１を介してドライブプレート１９，１９に支承されると共に、ドライブプレート１９，１９の環状溝２２に沿って、外ロータ３、第１部材９および出力軸２に対して相対回転可能とされている。

前記第１部材９と第２部材１０とは、内ロータ４を外ロータ３に対して相対的に回転させる駆動力を発生して両ロータ３，４間に付与する位相差変更駆動手段２３の構成要素である。この位相差変更駆動手段２３は、前記第１部材９と第２部材１０とによって、第１部材９の環状部１３と、第２部材１０の環状部１１と、ドライブプレート１９，１９とで囲まれた空間内に、図２に示す如く形成された複数対（突起部１２，１４と同数の対）の油圧室２４，２５を有する。さらに詳細には、第２部材１０の環状部１１と第１部材９の環状部１３との間の空間のうち、各第２部材側突起部１２と、該突起部１２の両側（周方向での両側）に存する２つの第１部材側突起部１４，１４との間の空間が、それぞれ、作動油を流入・流出させる油圧室２４，２５となっている。この場合、各第２部材側突起部１２の一方の側の油圧室２４は、出力軸２の内部に設けられた油通路２６に、第１部材９の環状部１３に穿設されている図示しない油通路を介して連通されて、作動油が充填されている。同様に、各第２部材側突起部１２の他方の側の油圧室２５は、出力軸２の内部に油通路２６とは別に設けられた油通路２７に、第１部材９の環状部１３に穿設されている図示しない油通路を介して連通されて、作動油が充填されている。この場合、油圧室２４の油圧は、それを増圧したとき、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の時計まわり方向に相対回転させようとする圧力となる。また、油圧室２４の圧力（油圧）は、それを増圧したとき、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の反時計まわり方向に相対回転させようとする圧力となる。

また、図１に示す如く、位相差変更駆動手段２３は、出力軸２の油通路２６，２７に、電動機１の外部で四方弁２８を介して接続された油圧ポンプ２９を備えている。四方弁２８は、電磁式の４ポート弁であり、そのソレノイド２８ａの印加電圧（平均印加電圧）をＰＷＭ制御により制御することで、油圧ポンプ２９から油圧室２４，２５への作動油の供給流量が調整され、それらの油圧室２４，２５の圧力差が制御されるようになっている。この場合、四方弁２８のソレノイド２８ａのＰＷＭ制御におけるデューティの変化（ソレノイド２８ａの印加電圧の変化）に応じて、油圧室２４，２５の圧力差がほぼリニアに変化するようになっている。

ここで、油圧室２４，２５の圧力差によって、第２部材１０と共に内ロータ４を外ロータ３および第１部材９に対して回転させようとするトルクが発生する。すなわち、油圧室２４の圧力を油圧室２５よりも大きくすることで、それらの圧力差によって、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の時計まわり方向に回転させようとするトルクが両ロータ３，４間に発生する。逆に油圧室２５の圧力を油圧室２４よりも大きくすることで、それらの圧力差によって、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の反時計まわり方向に回転させようとするトルクが両ロータ３，４間に発生する。そして、このように発生するトルクは、油圧室２４，２５の圧力差に比例する。従って、本実施形態における位相差変更駆動手段２３は、油圧室２４，２５の圧力差を四方弁２８を介して操作することによって、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させる（両ロータ４，５間の位相差を変更させる）トルクを発生する。このように、油圧室２４，２５の圧力差に応じて両ロータ４，５の間に作用するトルクを以降、位相差変更駆動トルクという。

補足すると、前記第１部材９、第２部材１０、および油圧室２４，２５によって、位相差変更駆動手段２３のアクチュエータ（油圧式ロータリーアクチュエータ）が構成される。

以上が、電動機１および位相差変更駆動手段２３の機構的な構成である。

なお、本実施形態では、電動機１の出力軸２と外ロータ３とが一体に回転するように構成したが、出力軸と内ロータとが一体に回転するようにして、これらの出力軸および内ロータに対して外ロータが相対回転し得るように構成してもよい。また、位相差変更駆動手段２３の構成は、上記した構成に限られるものではない。例えば直動シリンダのピストンの直動運動を回転運動に変換する機構を介して内ロータを外ロータに対して相対回転させるようにしてもよい。また、例えば、内ロータを外ロータに対して回転させる駆動力をロータリーアクチュエータなどのアクチュエータから遊星歯車機構を介して内ロータに伝達するように位相差変更駆動手段を構成してもよい。

前記位相差変更駆動手段２３によって、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させ、両ロータ３，４間の位相差（以下、ロータ間位相差θdという）を変化させることで、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂによって発生する界磁磁束と外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂによって発生する界磁磁束とを合成してなる合成界磁磁束の強さ（ステータ５に向かう径方向の磁束の強さ）が変化することとなる。以降、その合成界磁磁束の強さが最大となる状態を界磁最大状態、該合成界磁磁束の強さが最小となる状態を界磁最小状態という。図３（ａ）は界磁最大状態での内ロータ４と外ロータ３との位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁最小状態での内ロータ４と外ロータ３との位相関係を示す図である。

図３（ａ）に示す如く、界磁最大状態は、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとが異極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁最大状態では、内ロータ４の永久磁石８ａが外ロータ３の永久磁石６ａに対向すると共に、内ロータ４の永久磁石８ｂが外ロータ３の永久磁石６ｂに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂのそれぞれの磁束Ｑ２の向きとが同一となるため、それらの磁束Ｑ１，Ｑ２の合成磁束Ｑ３の強さ（合成界磁の強さ）が最大となる。

また、図３（ｂ）に示す如く、界磁最小状態は、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとが同極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁最小状態では、内ロータ４の永久磁石８ａが外ロータ３の永久磁石６ｂに対向すると共に、内ロータ４の永久磁石８ｂが外ロータ３の永久磁石６ａに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ３の永久磁石６ｂ，６ａのそれぞれの磁束Ｑ２の向きとが逆向きとなるため、それらの磁束Ｑ１，Ｑ２の合成磁束Ｑ３の強さ（合成界磁の強さ）が最小となる。

本実施形態では、前記内ロータ４は、外ロータ３に対して、前記合成界磁磁束が界磁最大状態となる回転位置と、界磁最小状態となる回転位置との間の範囲内で相対回転可能とされている。この場合、本実施形態では、界磁最小状態と最大界磁状態とでは、第１部材側突起部１４と第２部材側突起部１２とが当接し、これにより、内ロータ４の外ロータ３に対する相対回転可能範囲（第２部材１０の第１部材１１に対する相対回転可能範囲）が規制される。その相対回転可能範囲、すなわち、ロータ間位相差θdの変更可能範囲は、電気角で１８０［ｄｅｇ］の範囲である。そして、本実施形態では、前記界磁最大状態におけるロータ間位相差θdを０［ｄｅｇ］、前記界磁最小状態におけるロータ間位相差θdを１８０［ｄｅｇ］と定義する。ただし、最大界磁状態におけるロータ間位相差θdを０［ｄｅｇ］と定義する必要はなく、ロータ間位相差θdの零点やスケールは、任意に設定してよい。

補足すると、ロータ間位相差θdを変化させて、合成界磁磁束の強さを増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋｅが変化することとなる。該誘起電圧定数Ｋｅは、電動機１の出力軸２の角速度と、この角速度に応じて電機子に生じる誘起電圧（実効値）との関係を規定する比例定数である。該誘起電圧定数Ｋｅの値は、後述する如く、ロータ間位相差θdを０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくに伴い、小さくなる。これは、θdの増加に伴い、合成界磁磁束の強さが弱くなり、ひいては、出力軸２の回転角速度を一定とした場合における電機子の誘起電圧（逆起電圧）が小さくなるからである。

次に、図４〜図９を参照して、本実施形態における電動機１および位相差変更駆動手段２３を有する電動機システムの制御装置５０を説明する。図４は、この制御装置５０の機能的構成を示すブロック図である。なお、図４では、電動機１および位相差変更駆動手段２３を模式化して記載し、前記第１部材９および第２部材１０から構成される機構（すなわち、位相差変更駆動手段２３のアクチュエータ）を「位相可変機構」と表現している。

図４を参照して、本実施形態の制御装置５０は、基本的には、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により電動機１の電機子の通電を制御する。すなわち、制御装置５０は、電動機１を、界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とする座標系であるｄ−ｑ座標系での等価回路に変換して取り扱う。その等価回路は、ｄ軸上の電機子（以下、ｄ軸電機子という）と、ｑ軸上の電機子（以下、ｑ軸電機子という）とを有する。ｄ−ｑ座標系は、電動機１の出力軸２に対して固定された回転座標系である。そして、制御装置５０は、外部から与えられるトルク指令値Ｔr_c（電動機１の出力軸２に発生させるトルクの指令値）のトルクを電動機１の出力軸２に発生させるように電動機１の電機子（３相分の電機子）の通電電流を制御する。また、制御装置５０は、この通電制御と並行して、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを所要の目標値に一致させるように、ロータ間位相差θdを前記位相差変更駆動手段２３を介して制御する。

これらの制御を行なうために、本実施形態の電動機システムには、電動機１の電機子の３相のうちの２つの相、例えばＵ相およびＷ相のそれぞれの電流を検出する電流検出手段としての電流センサ４１，４２と、電動機１の出力軸２または外ロータ３の回転角度（電動機１のステータ５に対して固定された座標系での回転角度）を検出する回転角度検出手段としてのレゾルバ４３とが備えられている。そして、それらの電流センサ４１，４２およびレゾルバ４３の出力（検出値）が制御装置５０に入力される。以降、電流センサ４１で検出されたＵ相電機子の電流値をＵ相電流検出値Ｉu_s、電流センサ４２で検出されたＷ相電機子の電流値をＷ相電流検出値Ｉw_s、レゾルバ４３で検出された出力軸２の回転角度（＝外ロータ３の回転角度）の値を角度検出値θm_sという。

制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリ等を含む電子回路ユニットであり、その制御処理が所定の演算処理周期で逐次実行される。以下に、制御装置５０の機能的な手段を具体的に説明する。

制御装置５０は、レゾルバ４３による角度検出値θm_sを微分することで、電動機１の出力軸２の回転速度（＝外ロータ３の回転速度）の検出値としての速度検出値Ｎm_sを求める回転速度算出部５１と、電動機１の各相の電機子の通電電流をインバータ回路（図示省略）を介して制御する通電制御部５２とを備える。

通電制御部５２は、前記電流センサ４１，４２によるＵ相電流検出値Ｉu_sおよびＷ相電流検出値Ｉw_sと、前記レゾルバ４３による角度検出値θm_sとから、３相−ｄｑ変換によりｄ軸電機子の電流（以下、ｄ軸電流という）の検出値Ｉd_sおよびｑ軸電機子の電流（以下、ｑ軸電流という）の検出値Ｉq_sを算出する３相−ｄｑ変換部６１を備える。なお、３相−ｄｑ変換は、Ｕ相電流検出値Ｉu_sと、Ｗ相電流検出値Ｉw_sと、これらから求められるＶ相電流検出値（＝−Ｉu_s−Ｉw_s）との組を、角度検出値θm_s（より詳しくは電気角での出力軸２の回転角度）に応じた変換行列により変換する処理である。

また、通電制御部５２は、ｄ軸電流の指令値であるｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流の指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq_cとを決定する電流指令算出部６２と、ｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正するための補正値ΔＩdaを求める界磁制御部６３と、この補正値ΔＩdaによりｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正したもの（Ｉd_c＋ΔＩda）とｄ軸電流の検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩd（＝Ｉd_c＋ΔＩda−Ｉd_s。以下、ｄ軸電流偏差ΔＩdという）を求める演算部６４と、ｑ軸電流指令値Ｉq_cを補正するための補正値ΔＩqaを求める電力制御部６５と、この補正値ΔＩqaによりｑ軸電流指令値Ｉq_cを補正したもの（Ｉq_c＋ΔＩqa）とｑ軸電流の検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩq（＝Ｉq_c＋ΔＩqa−Ｉq_s。以下、ｑ軸電流偏差ΔＩqという）を求める演算部６６とを備える。

ここで、電流指令算出部６２には、制御装置５０に外部から与えられるトルク指令値Ｔr_cと、前記回転速度算出部５１で求められた速度検出値Ｎm_sと、後述するＫe推定部５３で求められた電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋeの推定値Ｋe_e（以下、誘起電圧定数推定値Ｋe_eという）とが入力される。そして、電流指令算出部６２は、これらの入力値から、あらかじめ設定されたマップに基づいて、前記ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定する。このｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cは、トルク指令値Ｔr_cのトルクを電動機１の出力軸２に発生させるためのｄ軸電流およびｑ軸電流のフィードフォワード指令値としての意味を持つ。

なお、トルク指令値Ｔr_cは、例えば電動機１を推進力発生源として搭載した車両（ハイブリッド車両や電動車両）のアクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）や走行速度に応じて決定される。また、トルク指令値Ｔr_cには、力行トルクの指令値と回生トルクの指令値とがあり、それらの指令値は、正負の極性が異なるものとされる。

また、前記界磁制御部６３で決定される補正値ΔＩdaは、ｄ軸電機子の電圧とｑ軸電機子の電圧との合成ベクトルの大きさが電動機１の電源電圧Ｖdc（より詳しくは、インバータ回路の電源電圧）に応じた電圧円内に収まるようにするためのｄ軸電流の操作量（フィードバック操作量）を意味する。この補正値ΔＩdaは、後述する電流フィードバック制御部６７で決定されたｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_c（前回の演算処理周期で決定された値）と、電源電圧Ｖdcの値とに応じて決定される。例えば、前回の演算処理周期で決定されたＶd_cおよびＶd_qの合成ベクトルの大きさと、電源電圧Ｖdcに応じて決定した目標値（電圧円の半径）との偏差に応じて、適宜のフィードバック制御則により、補正値ΔＩdaが決定される。

また、前記電力制御部６５で決定される補正値ΔＩqaは、、電動機３の運転時における前記永久磁石６，８の温度変化と電機子の温度変化とが、電動機３の出力トルクに及ぼす影響を補償するためのものである。永久磁石６，８の温度が変化すると、一般には、ロータ間位相差θdが一定であっても電動機１の誘起電圧定数Ｋeが変化し、また、電機子のコイル抵抗（電機子を構成する巻き線の抵抗）が変化する。このため、ｑ軸電流指令値Ｉq_cが一定であっても、永久磁石６，８や電機子の温度変化の影響で、電動機１の出力トルクが変化する。そこで、本実施形態では、この影響をｑ軸電流補正値ΔＩq_aにより補償する。このｑ軸電流補正値ΔＩq_aは、Ｕ相電流検出値Ｉu_sまたはＷ相電流検出値Ｉw_sのサンプリング値から推定されるコイル抵抗や、後述するＫe推定部５３で求められた誘起電圧定数推定値Ｋe_e等に基づいて決定される。なお、電力制御部６５は省略してもよい。その場合には、前記演算部６６の処理では、ｑ軸電流指令値Ｉq_cと、ｑ軸電流の検出値Ｉq_sとの偏差（＝Ｉq_c−Ｉq_s）をｑ軸電流偏差ΔＩqとして求めるようにすればよい。

通電制御部５２はさらに、前記演算部６４，６６でそれぞれ求められたｄ軸電流偏差ΔＩdおよびｑ軸電流偏差ΔＩqに応じて、ｄ軸電機子の電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖd_cと、ｑ軸電機子の電圧指令値であるｑ軸電圧指令値Ｖq_cとを決定する電流フィードバック制御部（電流ＦＢ制御部）６７を備える。この電流フィードバック制御部６７は、ｄ軸電流偏差ΔＩdに応じて、該偏差ΔＩdを０に近づけるようにＰＩ制御則（比例・積分制御則）などのフィードバック制御則によりｄ軸電圧指令値Ｖd_cを決定する。同様に、電流フィードバック制御部６８は、ｑ軸電流偏差ΔＩqに応じて、該偏差ΔＩqを０に近づけるようにＰＩ制御則などのフィードバック制御則によりｑ軸電圧指令値Ｖq_cを決定する。

なお、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cとを決定するとき、ｄ軸電流偏差ΔＩｄ、ｑ軸電流偏差ΔＩｑからフィードバック制御則によりそれぞれ求められるｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値に、ｄ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消すための非干渉成分を付加することで、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cを求めることが好ましい。

さらに、通電制御部５２は、電流フィードバック制御部６７で決定したｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cと、前記レゾルバ４３による電動機１の出力軸２の角度検出値θm_sとから、ｄｑ−３相変換によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを求めるｄｑ−３相変換部６８と、これらの相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて、電動機１の各相の電機子にＰＷＭ制御によりインバータ回路（図示省略）を介して通電するＰＷＭ制御部６９とを備える。この場合、ＰＷＭ制御部６９は、インバータ回路の各スイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦを制御することで、各相の電機子に通電する。なお、ｄｑ−３相変換は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cの組を、角度検出値θm_s（より詳しくは電気角での出力軸２の回転角度）に応じた変換行列により座標変換する処理である。

以上説明した通電制御部５２の機能によって、ｄ軸電圧とｑ軸電圧との合成電圧が、電源電圧Ｖdcに応じた目標値を超えないようにしつつ、電動機１の出力軸２に発生するトルク（電動機１の出力トルク）をトルク指令値Ｔr_cに従わせるように（ΔＩd，ΔＩqが０に収束するように）、電動機１の各相の電機子の通電電流が制御される。

制御装置５０は、前記回転角度算出部５１および通電制御部５２のほか、前記誘起電圧定数推定値Ｋe_sを求めるＫe推定部５３と、電動機１の誘起電圧定数の目標値である誘起電圧定数指令値Ｋe_cを決定するＫe指令算出部５４と、前記位相差変更駆動手段２３を制御すると共に該位相差変更駆動手段２３などの異常の有無を判定する位相差制御／異常判定部５５とを備える。

なお、本実施形態では、本発明における誘起電圧定数パラメータとして、誘起電圧定数Ｋeの値そのものを用いる。従って、Ｋe指令算出部５４で決定される誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、本発明における誘起電圧定数パラメータの目標値に相当し、該Ｋe指令算出部５４は、本発明における目標値設定手段に相当する。また、Ｋe推定部５３で求められる誘起電圧定数推定値Ｋe_sは、本発明における誘起電圧定数パラメータの観測値に相当し、該Ｋe推定部５３は、本発明における観測値出力手段に相当する。

Ｋe推定部５３には、前記電流フィードバック制御部６７で決定されたｑ軸電圧指令値Ｖq_cと、前記３相−ｄｑ変換部６１で求められたｄ軸電流検出値Ｉd_sおよびｑ軸電流検出値Ｉq_sと、前記回転速度算出部５１で求められた速度検出値Ｎm_sとが逐次入力される。そして、Ｋe推定部５３は、これらの入力値から誘起電圧定数推定値Ｋe_eを算出する。

ここで、電動機１のｄ軸電圧Ｖdとｑ軸電圧Ｖqとｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqとの間には、一般に、次の関係式（１）が成立する。なお、ωは電動機１の電気角速度（電気角での回転角速度）、Ｒは電機子のコイル抵抗、Ｌdはｄ軸電機子のインダクタンスである。

Ｋe・ω＋Ｒ・Ｉq＝Ｖq−ω・Ｌd・Ｉd ……（１）

そこで、本実施形態では、Ｋe推定部５３は、上記式（１）を変形した次式（２）により、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを算出する。

Ｋe＝（Ｖq−ω・Ｌd・Ｉd−Ｒ・Ｉq）／ω ……（２）

この場合、本実施形態では、式（２）の演算に必要なＶqの値として、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cを用いる。また、Ｉd，Ｉqの値として、それぞれｄ軸電流検出値Ｉd_s、ｑ軸電流検出値Ｉq_sを用いる。また、Ｌdの値として、あらかじめ定められた値（固定値）、あるいは、ｄ軸電流指令値Ｉd_cからあらかじめ設定されたマップなどにより求められる値が用いられる。また、Ｒの値として、あらかじめ定められた値（固定値）、あるいは、Ｕ相電流検出値Ｉu_sもしくはＷ相電流検出値Ｉw_sのサンプリング値から推定された値が用いられる。また、ωの値として、速度検出値Ｎm_sに対応する電気角速度（Ｎm_sを機械角の角速度で表したものに電動機１の極対数を乗じてなる値）が用いられる。

Ｋe指令算出部５４には、トルク指令値Ｔr_cと速度検出値Ｎm_sと電動機１の電源電圧Ｖdcの値とが逐次入力される。そして、Ｋe指令算出部５４は、これらの入力値Ｔr_c，Ｎm，Ｖdcからあらかじめ設定されたマップに従って、電動機１の誘起電圧定数指令値Ｋe_cを逐次決定する。

この場合、上記マップは、例えば、電動機１の実際の誘起電圧定数が該マップにより決定される誘起電圧定数指令値Ｋe_cに一致しているときに、トルク指令値Ｔr_cと速度検出値Ｎm_sと電源電圧Ｖdcの値との組に対して、電動機１のｄ軸電圧とｑ軸電圧との合成電圧（ベクトル和）の大きさが電源電圧Ｖdcに応じた電圧円内に収まるようにしつつ、電動機１のエネルギー効率（入力エネルギーに対する出力エネルギーの割合）をできるだけ高めることができるように設定されている。

ここで、一般的には、誘起電圧定数を小さくするほど（換言すれば、ロータ間位相差θdを大きくするほど）、電動機１の出力軸２をより高速域で回転させることが可能となると共に、電動機１のエネルギー効率が高効率となる領域を高速回転側にずらすことができる。また、誘起電圧定数を大きくするほど（換言すれば、ロータ間位相差θdを小さくするほど）電動機１の出力トルクを大きくすることができる。従って、誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、上記のような電動機１の特性と、電動機１の要求される運転形態とを考慮して設定すればよく、種々様々な設定の仕方が可能である。

本実施形態では、Ｋe指令算出部５４では、速度検出値Ｎm_sと電源電圧Ｖdcの値とを一定としたとき、誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、基本的には、トルク指令値Ｔr_cの絶対値｜Ｔr_c｜が大きくなるほど、Ｋe_cの値が大きくなるように設定される。

また、トルク指令値Ｔr_cと電源電圧Ｖdcの値とを一定としたとき、誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、基本的には、速度検出値Ｎm_sが高速となる領域で、該速度検出値Ｎm_sが大きくなるほど、Ｋe_cの値が小さくなるように設定される。また、トルク指令値Ｔr_cと速度検出値Ｎm_sとを一定としたとき、誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、基本的には、電源電圧Ｖdcの値が小さくなるほど、Ｋe_cの値が小さくなるように設定される。

補足すると、誘起電圧定数指令値Ｋe_cを設定するとき、電動機１の過熱防止などの要求を考慮して設定してもよい。

位相差制御／異常判定部５５は、本発明における位相差変更制御手段および異常判定手段として機能を有するものである。この位相差制御／異常判定部５５には、Ｋe指令算出部５４で設定された誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、Ｋe推定部５３で求められた誘起電圧定数推定値Ｋe_eと、回転速度算出部５１で求められた速度検出値Ｎm_sとが入力される。そして、位相差制御／異常判定部５５は、これらの入力値を基に、前記位相差変更駆動手段２３に対する制御指令（操作量）を決定する。その制御指令は、位相差変更駆動手段２３によって、外ロータ３に対して内ロータ４に付与する前記位相差変更駆動トルクの値を規定する操作量（制御入力）である。本実施形態では、位相差変更駆動トルクは、前記したように、位相差変更駆動手段２３の四方弁２８のソレノイド２８ａの印加電圧（平均印加電圧）によって規定され、その印加電圧は、ＰＷＭ制御により制御される。そこで、本実施形態では、位相差制御／異常判定部５５は、四方弁２８のソレノイド２８ａの印加電圧（以下、ソレノイド電圧という）の指令値Ｖcmdを位相差変更駆動手段２３を制御するための操作量（制御入力）として逐次決定する。そして、その指令値ＶcmdをＰＷＭ制御におけるデューティの指令値（以下、デューティ指令という）に変換し、そのデューティ指令を位相差変更駆動手段２３に出力する。

また、位相差制御／異常判定部５５は、入力された誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとの偏差に基づいて位相差変更駆動手段２３の異常（換言すれば、ロータ間位相差θdの変更動作の異常）の有無を判定し、その判定結果を示す異常有無情報を出力する。

図５は、この位相差制御／異常判定部５５の処理機能を示すブロック図である。図示の如く、位相差制御／異常判定部５５は、ロータ間位相差θdを制御するための機能（デューティ指令を生成する機能）として、フィードバック制御部７１、磁力トルク補償部７２、慣性力補償部７３、演算部７４、リミッタ７５および操作量変換部７６を位相差変更制御手段８２の構成要素として備える。

フィードバック制御部（ＦＢ制御部）７１には、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとが逐次入力される。そして、フィードバック制御部７１は、入力された誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとの偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe_e）を０に収束させるためのソレノイド電圧の要求値としてのフィードバック操作量Ｖfbを、偏差ΔＫeからフィードバック制御則により求める。本実施形態では、そのフィードバック制御則として、比例・積分制御則（ＰＩ制御則）が用いられる。すなわち、フィードバック制御部７１は、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとからそれらの偏差ΔＫeを求める演算部７７と、この偏差ΔＫeに所定の比例ゲインＫ１を乗じてなる値Ｖfb1を求める乗算部７８と、偏差ΔＫeを積分してなる値Ｖfb2を求める積分器７９と、乗算部７８および積分器７９によりそれぞれ求められた値Ｖfb1，Ｖfb2の和を求める演算部８０とを備える。この場合、積分器７９は、ΔＫeを逐次累積加算し、その累積加算値に所定のゲイン（積分ゲイン）を乗じることで、ΔＫeの積分値Ｖfb2を逐次求める。そして、フィードバック制御部７１は、演算部８０の演算結果（＝Ｖfb1＋Ｖfb2）をフィードバック操作量Ｖfbとして得る。従って、フィードバック操作量Ｖfbは、偏差ΔＫeを０に収束させるように、比例・積分制御則により求められることとなる。

なお、積分器７９は、本発明における積分手段に相当するものである。

磁力トルク補償部７２は、外ロータ３の永久磁石６と、内ロータ４の永久磁石８との間に作用する磁力（吸引力または反発力）に起因して両ロータ３，４間に作用するトルク（以下、磁力トルクという）の影響を補償するためのソレノイド電圧の要求値としての第１フィードフォワード操作量Ｖff1を求めるものである。該第１フィードフォワード操作量Ｖff1は、より詳しくは、磁力トルクに抗する位相差変更駆動トルクを発生させるために要求されるソレノイド電圧を意味するものである。そして、磁力トルク補償部７２には、Ｖff1を求めるために、誘起電圧定数推定値Ｋe_eが逐次入力される。

ここで、磁力トルクは、ロータ間位相差θdに応じて変化する。図６は、その磁力トルクとロータ間位相差θdとの関係を例示するグラフである。図６に示す如く、磁力トルクは、ロータ間位相差θdが、０［ｄｅｇ］および１８０［ｄｅｇ］であるときに０となり、且つ、０［ｄｅｇ］と１８０［ｄｅｇ］との間のある位相差θdxで極大値（最大値）となるような特性で、ロータ間位相差θdに応じて変化する。また、電動機１の誘起電圧定数Ｋeは、ロータ間位相差θdに応じて図７に示す如く変化する。図７は、該誘起電圧定数Ｋeとロータ間位相差θdとの関係を例示するグラフである。図７に示す如く、誘起電圧定数Ｋeは、ロータ間位相差θdを０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくに伴い、単調に小さくなるような特性で、ロータ間位相差θdに応じて変化する。

そこで、本実施形態では、例えば、ロータ間位相差θdと、磁力トルクとの関係を示すマップ（以下、磁力トルクマップという）と、ロータ間位相差θdと誘起電圧定数Ｋeとの関係を示すマップ（以下、誘起電圧定数マップという）とをあらかじめ実験等に基づいて作成しておく。そして、磁力トルク補償部７２は、入力される誘起電圧定数推定値Ｋe_eから、誘起電圧定数マップに基づいてＫe_eに対応するロータ間位相差θdの値を求め、そのθdの値から、磁力トルクマップに基づいて、該θdの値に対応する磁力トルクの値を求める。さらに、磁力トルク補償部７２は、求めた磁力トルクに抗する位相差変更駆動トルクに対応するソレノイド電圧の値を第１フィードフォワード操作量Ｖff1として求める。

なお、誘起電圧定数Ｋeと磁力トルクとの関係をマップ化しておき、そのマップに基づいて誘起電圧定数推定値Ｋe_eに対応する磁力トルクを求めるようにしてもよい。あるいは、誘起電圧定数Ｋeと、磁力トルクに抗する位相差変更駆動トルクに対応するソレノイド電圧との関係をマップ化しておき、そのマップに基づいて誘起電圧定数推定値Ｋe_eに対応するソレノイド電圧の値を第１フィードフォワード操作量Ｖff1として直接的に求めるようにしてもよい。また、マップの代わりに、そのマップを近似する演算式を用いるようにしてもよい。

慣性力補償部７３は、内ロータ４の回転速度（ステータ５に対して固定された座標系での回転速度）の変化に起因する慣性力トルク（内ロータ４の回転加速度に応じて発生する慣性力トルク）の影響を補償するためのソレノイド電圧の要求値としての第２フィードフォワード操作量Ｖff2を求めるものである。該第２フィードフォワード操作量Ｖff2は、より詳しくは、内ロータ３の慣性力トルクに抗する位相差変更駆動トルクを発生させるために要求されるソレノイド電圧を意味するものである。そして、慣性力補償部７３には、Ｖff2を求めるために、速度検出値Ｎm_sが逐次入力される。

ここで、一般的には、内ロータ３の慣性力トルクは、内ロータ４の回転加速度（ステータ５に対して固定された座標系で見た回転加速度（角加速度））に比例して変化する。そして、ロータ間位相差θdの変化の加速度（θdの２階微分値）は、一般に十分に小さいので、内ロータ４の慣性力トルクは、出力軸２および外ロータ３の回転加速度（角加速度）に比例して変化する。

そこで本実施形態では、慣性力補償部７３は、入力された速度検出値Ｎm_sを微分することによって求められる出力軸２の角加速度（回転加速度）に、あらかじめ同定された内ロータ４（ここでは前記第２部材１０など、内ロータ４と一体に回転する部材を含む）のイナーシャを乗じることによって、慣性力トルクを求める。そして、慣性力補償部７３は、求めた慣性力トルクに抗する位相差変更駆動トルクに対応するソレノイド電圧の値を第２フィードフォワード操作量Ｖff2として求める。

演算部７４は、上記の如く求められたフィードバック操作量Ｖfbと、第１フィードフォワード操作量Ｖff1と、第２フィードフォワード操作量Ｖff2とを加え合わせることにより、要求操作量Ｖdmdを逐次算出する。これにより、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_cに一致させるために要求されるソレノイド電圧の値としての要求操作量Ｖdmdが算出される。

このように算出された要求操作量Ｖdmdは、リミッタ７５に入力される。このリミッタ７５は、ソレノイド電圧の指令値Ｖcmdの大きさが過大になるのを防止し、ひいては、ロータ間位相差θdが急激に変化するのを防止するためのものである。該リミッタ７５は、入力された要求操作量Ｖdmdが所定の許容範囲内に存する場合には、そのＶdmdをそのままソレノイド電圧の指令値Ｖcmdとして決定する。一方、リミッタ７５は、入力された要求操作量Ｖdmdが所定の許容範囲を逸脱している場合には、該許容範囲の上限値または下限値をソレノイド電圧の指令値Ｖcmdとして決定する。より詳しくは、Ｖdmdが該許容範囲の上限値よりも大きい場合には、該上限値を指令値Ｖcmdとし、Ｖdmdが許容範囲の下限値よりも小さい場合には、該下限値を指令値Ｖcmdとする。

このリミッタ７５により最終的に決定されたソレノイド電圧の指令値Ｖcmdは、操作量変換部７６に入力される。該操作量変換部７６は、指令値Ｖcmdを、あらかじめ設定されたマップや演算式などによりＰＷＭ制御におけるデューティ指令に変換する。

以上説明したフィードバック制御部７１、磁力トルク補償部７２、慣性力補償部７３、演算部７４、リミッタ７５および操作量変換部７６の処理（位相差変更制御手段８２の処理）により、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_cに一致させるように、位相差変更駆動手段２３の四方弁２８のソレノイド２８ａに対するデューティ指令が逐次決定されることとなる。

そして、位相差変更駆動手段２３では、そのデューティ指令に応じたＰＷＭ制御により、ソレノイド２８ａの通電が行なわれる。これにより、位相差変更駆動手段２３は、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_cに一致させるのに必要な位相差変更駆動トルクを発生する。その結果、ロータ間位相差θdは、電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋeが誘起電圧定数指令値Ｋe_cになるような位相差に制御されることとなる。この場合、ソレノイド電圧の要求値Ｖdmdは、磁力トルクおよび慣性力を補償する第１フィードフォワード操作量Ｖff1および第２フィードフォワード操作量Ｖff2を含むので、ロータ間位相差θdを安定に所要の位相差に制御できる。

位相差制御／異常判定部５５は、上記した機能に加えて、異常判定処理部８１を有する。該異常判定処理部８１は、本発明における異常判定手段に相当するものである。

この異常判定処理部８１には、前記演算部７４で求められたソレノイド電圧の要求値Ｖdmdと、積分器７９で求められた積分値Ｖfb2と、誘起電圧定数指令値Ｋe_cとが入力される。そして、異常判定処理部８１は、それらの入力値を使用して、以下に説明する処理によって、位相差変更駆動手段２３の異常の有無を判定する。

図８および図９は、異常判定処理部８１の処理を示すフローチャートである。

異常判定処理部８１は、図８の処理を逐次実行する。すなわち、異常判定処理部８１は、まず、ＳＴＥＰ１において、ソレノイド電圧の要求値としての前記要求操作量Ｖdmdが、リミッタ７５における許容範囲の上限値よりも大きいか否かを判断する。このＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的である場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ２において、誘起電圧定数指令値Ｋe_cが第１所定値よりも大きいか否かを判断する。この場合、第１所定値は、前記界磁最大状態における誘起電圧定数Ｋeの値（電動機１の誘起電圧定数Ｋeの最大値）よりも若干低い値に設定されている。従って、ＳＴＥＰ２の判断結果が肯定的であるということは、ロータ間位相差θdを、その変更可能範囲の一方の境界値である０［ｄｅｇ］近傍の値に近づけようとしている状態であることを意味する。

ここで、ロータ間位相差θdが、０［ｄｅｇ］近傍の値であるときには、外ロータ３に対する内ロータ４の回転が機構的に制限される。また、本実施形態では、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定の指標として、前記積分器７９により算出される偏差ΔＫeの積分値Ｖfb2を用いる。そして、外ロータ３に対する内ロータ４の回転が機構的に制限される状態では、位相差変更駆動手段２３が正常に動作していても、該積分値Ｖfb2の大きさが、増大しやすい。

そこで、本実施形態では、ＳＴＥＰ２の判断結果が肯定的である場合には、位相差変更駆動手段２３の異常の有無を適切に判定することが困難であることから、ＳＴＥＰ５において、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定を禁止し、図８の処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１の判断結果が否定的である場合には、異常判定処理部８１は、さらに、ＳＴＥＰ３において、ソレノイド電圧の要求値Ｖdmdがリミッタ７５における許容範囲の下限値よりも小さいか否かを判断する。そして、このＳＴＥＰ３の判断結果が肯定的である場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ４において、誘起電圧定数指令値Ｋe_cが第２所定値（＜第１所定値）よりも小さいか否かを判断する。この場合、第２所定値は、前記界磁最小状態における誘起電圧定数Ｋeの値（電動機１の誘起電圧定数Ｋeの最小値）よりも若干大きい値に設定されている。従って、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的であるということは、ロータ間位相差θdを、その変更可能範囲の他方の境界値である１８０［ｄｅｇ］近傍の値に近づけようとしている状態であることを意味する。

ここで、ロータ間位相差θdが、１８０［ｄｅｇ］近傍の値であるときには、０［ｄｅｇ］近傍の値である場合と同様に、外ロータ３に対する内ロータ４の回転が機構的に制限され。このため、位相差変更駆動手段２３が正常に動作していても、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定の指標として使用する積分値Ｖfb2の大きさが、増大しやすい。

そこで、本実施形態では、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合には、ＳＴＥＰ２の判断結果が肯定的である場合と同様に、ＳＴＥＰ５において、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定を禁止し、図８の処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ１，３の判断結果がいずれも否定的である場合（すなわち、要求操作量Ｖdmdがリミッタ７５の許容範囲内に存する場合）、あるいは、ＳＴＥＰ２もしくはＳＴＥＰ４の判断結果が否定的である場合（すなわち、誘起電圧定数指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差θdの目標値が、ロータ間位相差θdの変更可能範囲の境界値に対してある程度の余裕がある場合）には、位相差変更駆動手段２３が正常であれば、内ロータ４が外ロータ３に対して円滑に回転し得る状態、換言すれば、ロータ間位相差θdを誘起電圧定数指令値Ｋe_eに対応するロータ間位相差θdの目標値に向かって円滑に変化させ得る状態である。

そこで、これらの場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ６において、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定を許可する。そして、これに続いて、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ７において、位相差変更駆動手段２３の異常の有無を判定する具体的な処理を実行する。

なお、前記ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の処理により、本発明における異常判定可否判断手段が構成されることとなる。

前記ＳＴＥＰ７の処理は、図９のフローチャートで示すように実行される。

まず、ＳＴＥＰ１１において、異常判定処理部８１は、積分器７９により算出されたΔＫeの積分値Ｖfb2が所定の上限判定値（＞０）よりも大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定的となる状況は、Ｋe_c＞Ｋe_eとなる状態が継続している可能性が高い状況である。そこでＳＴＥＰ１１の判断結果が肯定的となる場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ１３において、Ｖfb2＞上限判定値となる状況が所定時間以上、継続したか否かを判断する。この場合にＳＴＥＰ１３の判断結果が肯定的となる状況は、Ｋe_c＞Ｋe_eとなる状態でＫe_eがＫe_cに向かって増加していかないか、もしくは、その増加が遅すぎる状況である。このような状況では、外ロータ３に対する内ロータ４の相対回転を阻害する要因が発生していると考えられる。そこで、ＳＴＥＰ１１，１３の判断結果がいずれも肯定的となる場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ１４において、位相差変更駆動手段２３の異常が有ると判定し、ＳＴＥＰ７の処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１１の判断結果が否定的である場合には、異常判定処理部８１は、さらに、ＳＴＥＰ１２において、積分値Ｖfb2が所定の下限判定値（＜０）よりも小さいか否かを判断する。この判断結果が肯定的となる状況は、Ｋe_c＜Ｋe_eとなる状態が継続している可能性が高い状況である。そこでＳＴＥＰ１２の判断結果が肯定的となる場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ１３において、Ｖfb2＜下限判定値となる状況が所定時間以上、継続したか否かを判断する。この場合にＳＴＥＰ１３の判断結果が肯定的となる状況は、Ｋe_c＜Ｋe_eとなる状態で、Ｋe_eがＫe_cに向かって低下していかないか、もしくは、その低下が遅すぎる状況である。このような状況では、外ロータ３に対する内ロータ４の相対回転を阻害する要因が発生していると考えられる。そこで、ＳＴＥＰ１２，１３の判断結果がいずれも肯定的となる場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ１４において、位相差変更駆動手段２３の異常が有ると判定し、ＳＴＥＰ７の処理を終了する。

以上説明した処理により、積分値Ｖfb2が前記上限判定値および下限判定値を境界とする許容範囲から逸脱した状態が、所定時間以上継続した場合に、位相差変更駆動手段２３の異常があると判定されることとなる。

一方、ＳＴＥＰ１２の判断結果が否定的である場合、すなわち、積分値Ｖfb2が、所定の上限判定値と下限判定値との間の範囲内の値である場合には、異常判定処理部８１は、ＳＴＥＰ１５において、位相差変更駆動手段２３の異常が無い（すなわち、位相差変更駆動手段２３が正常である）と判定して、ＳＴＥＰ７の処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ１３の判断結果が否定的である場合には、誘起電圧定数指令値Ｋe_cの変更直後などに一時的に、積分値Ｖfb2が前記上限判定値および下限判定値の間の範囲から逸脱している状況が考えられるので、異常判定処理部８１は、位相差変更駆動手段２３の異常の判定の有無を確定することなく、そのままＳＴＥＰ７の処理を終了する。

以上説明した異常判定処理部８１の処理により、位相差変更駆動手段２３の異常の有無を適切に判定することができることとなる。この場合、位相差変更駆動手段２３の異常の有無をフィードバック制御部７１の積分器７９の出力である積分値Ｖfb1に基づいて判定するので、ロータ間位相差θdの制御のための要素を活用して、異常の有無を判定できる。

また、要求操作量Ｖdmdがリミッタ７５の許容範囲から逸脱している状況で、誘起電圧定数指令値Ｋe_cが第１所定値よりも大きいか、もしくは、第２所定値よりも小さい場合に、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の判定を禁止するので、位相差変更駆動手段２３が正常である場合に、異常が有ると誤判定されるような事態を回避することができる。

補足すると、異常判定処理部８１により位相差変更駆動手段２３の異常が有ると判定され、その旨を示す異常有無情報が出力された場合には、制御装置５０は、例えば、電動機１の運転を停止し、あるいは、電動機１の運転制限を行なう。

なお、以上説明した実施形態では、誘起電圧定数パラメータとして、誘起電圧定数Ｋeの値そのものを用いたが、誘起電圧定数Ｋeの値以外のパラメータを使用してもよい。例えば、誘起電圧定数Ｋeとロータ間位相差θdとは、前記図７に示したような相関性があるので、ロータ間位相差θdを誘起電圧定数パラメータとして使用してもよい。この場合、ロータ間位相差θdの目標値（指令値）は、前記Ｋe指令算出部５４と同様に、トルク指令値Ｔr_cと、速度検出値Ｎm_sと、電源電圧Ｖdcの値とから、あらかじめ設定されたマプにより決定するようにすればよい。また、ロータ間位相差θdの観測値については、例えば前記Ｋe推定部５３の処理と同じ処理により誘起電圧定数Ｋeの推定値を求めた後、その推定値から、前記図７に示すようなマップに基づいてロータ間位相差θdの推定値（観測値）を求めるようにすればよい。あるいは、例えば、電動機１の出力軸２の回転角度（外ロータ３の回転角度）と、内ロータ４の回転角度とをそれぞれレゾルバなど回転角度センサにより検出し、それらの検出値の差をロータ間位相差θdの観測値として得るようにしてもよい。また、この場合、ロータ間位相差θdの制御は、その目標値と観測値との偏差を誘起電圧定数Ｋeの偏差ΔＫeの代わりに用いて、前記位相差変更制御手段８２と同様の処理により実行すればよい。

また、前記実施形態では、位相差変更駆動手段２３の異常の有無の指標として、偏差ΔＫeの積分値Ｖfb2を用いたが、例えば、偏差ΔＫeの絶対値の平均値、あるいは、該絶対値にローパス特性のフィルタリングを施したものを、積分値Ｖfb2の代わりに、異常の有無の指標として用いるようにしてもよい。

本発明の一実施形態における電動機の要部の断面図。 図１の電動機のドライブプレートを外した状態で該電動機の軸心方向で見た図。 図３（ａ）は界磁最大状態での電動機の内ロータと外ロータとの位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁最小状態での電動機の内ロータと外ロータとの位相関係を示す図。 実施形態の電動機システムの制御装置の機能的構成を示すブロック図。 図４の制御装置に備えた位相差制御／異常判定部の機能的構成を示すブロック図。 図５における磁力トルク補償部の処理を説明するためのグラフ。 図５における磁力トルク補償部の処理を説明するためのグラフ。 図５における異常判定処理部の処理を示すフローチャート。 図８におけるＳＴＥＰ７の処理を示すフローチャート。

符号の説明

１…電動機、２…出力軸、３…外ロータ（第１ロータ）、４…内ロータ（第２ロータ）、６，８…永久磁石、２３…位相差変更駆動手段、５０…制御装置、５３…Ｋe推定部（観測値出力手段）、５４…Ｋe指令算出部（目標値設定手段）、８１…異常判定処理部（異常判定手段）、８２…位相差変更制御手段、７９…積分器（積分手段）、ＳＴＥＰ１〜６…異常判定可否判断手段。

Claims (5)

1. 永久磁石によりそれぞれ界磁磁束を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられた電動機と、前記第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生して両ロータ間に付与する位相差変更駆動手段とを備え、該位相差変更駆動手段の駆動力により前記第２ロータを第１ロータに対して相対回転させて、両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁磁束を合成してなる合成界磁磁束の強さを変更可能とした電動機システムの制御装置であって、
   前記電動機の誘起電圧定数を規定するパラメータである誘起電圧定数パラメータの目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記電動機の実際の誘起電圧定数に対応する前記誘起電圧定数パラメータの観測値を出力する観測値出力手段と、
   少なくとも前記誘起電圧定数パラメータの目標値と観測値との偏差に応じて、該偏差を解消するように前記位相差変更駆動手段を制御する位相差変更制御手段と、
   前記偏差に基づいて前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする電動機システムの制御装置。
2. 前記偏差を積分する積分手段を備え、前記異常判定手段は、該積分手段により前記偏差を積分してなる積分値に基づいて前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の電動機システムの制御装置。
3. 前記異常判定手段は、前記積分値が所定の範囲を逸脱する状態が所定時間以上継続したとき、前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常が有ると判定することを特徴とする請求項２記載の電動機システムの制御装置。
4. 前記位相差変更制御手段は、前記偏差を解消するための前記位相差変更駆動手段の操作量を少なくとも前記積分値に応じたフィードバック制御則を含む制御則により決定しつつ、該操作量に応じて前記位相差変更駆動手段を制御する手段であることを特徴とする請求項２または３記載の電動機システムの制御装置。
5. 前記位相差変更制御手段は、前記制御則により決定した操作量を所定の許容範囲に制限してなる制御用操作量に応じて前記位相差変更駆動手段を制御する手段であり、
   前記異常判定手段は、少なくとも前記制御則により決定された操作量が前記許容範囲を逸脱している場合に、前記両ロータ間の位相差の変更動作に関する異常の有無の判定を実行すべきか否かを、前記目標値と所定値との比較に基づいて判断する異常判定可否判断手段を備えることを特徴とする請求項４記載の電動機システムの制御装置。

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