JP2009213266A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機が有する２つの回転子の相対変位角を調整する手段の稼動時間の影響を受けずに、要求されたトルクを電動機が出力可能な電動機の制御装置を提供すること。
【解決手段】永久磁石界磁型の電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子の相対変位角を制御する電動機の制御装置は、第１回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部と、要求されたトルク値及び回転数検出部によって検出された回転数に基づいて、相対変位角又は当該相対変位角に相関する変数の指令値を決定する指令値決定部と、指令値決定部によって決定された指令値に応じて相対変位角を制御する制御部とを備える。指令値決定部は、電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域では、回転数における電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を指令値として決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石界磁型の電動機の界磁弱め制御を、回転軸の周囲に同心円状に設けられた２つの回転子の相対変位角を変更することによって行う電動機の制御装置に関する。

永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備え、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更することで界磁弱め制御を行う電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、２重ロータを備えた電動機の断面図である。図１２に示す電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配設された内側ロータ１１と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配設された外側ロータ１２と、内側ロータ１１及び外側ロータ１２に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備える。

内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配設されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配設されている。

外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差（以下「ロータ位相差」という。）は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更することができる。このため、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態との間で、適宜設定可能である。

ロータ位相差は、電動機１の内部に設けられたロータ位相差変更部によって変更される。図１３は、電動機１が有するロータ位相差変更部の内部構造を示す図である。図１３に示すように、ロータ位相差変更部３０は、内側ロータ１１の内周側の中空部に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構であり、外側ロータ１２と同軸且つ一体に形成された第１リングギアＲ１、内側ロータ１１と同軸且つ一体に形成された第２リングギアＲ２、第１リングギアＲ１と噛合する第１プラネタリギア３１、第２リングギアＲ２に噛合する第２プラネタリギア３２、第１プラネタリギア３１及び第２プラネタリギア３２と噛合するアイドルギアであるサンギアＳ、第１プラネタリギア３１を回転自在に支持すると共に回転軸２に回転可能に軸支された第１プラネタリキャリアＣ１、及び第２プラネタリギア３２を回転自在に支持すると共にステータ１０に固定された第２プラネタリキャリアＣ２を備える。

第１リングギアＲ１及び第２リングギアＲ２は略同等のギア形状であり、第１プラネタリギア３１及び第２プラネタリギア３２も略同等のギア形状である。また、サンギアＳの回転軸３３は電動機１の回転軸２と同軸に配置されると共に、軸受け３４により回転可能に軸支されている。このため、第１プラネタリギア３１及び第２プラネタリギア３２がサンギアＳと噛合し、外側ロータ１２と内側ロータ１１が同期して回転する。さらに、第１プラネタリキャリアＣ１の回転軸３５は、電動機１の回転軸２と同軸に配置されると共にアクチュエータ２５に接続されており、第２プラネタリキャリアＣ２はステータ１０に固定されている。

アクチュエータ２５は、制御装置の位相差制御系から入力される制御信号に応じて、油圧により第１プラネタリキャリアＣ１を正転方向又は逆転方向に回転させ、或いは回転軸２回りの第１プラネタリキャリアＣ１の回転を規制する。アクチュエータ２５によって第１プラネタリキャリアＣ１が回転すると、外側ロータ１２と内側ロータ１１間の相対的な位置関係（位相差）が変化する。

図１４は、電動機１の界磁強め状態（ａ）及び界磁弱め状態（ｂ）を示す図である。図１４（ａ）に示す界磁強め状態では、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３は大きい。一方、図１４（ｂ）に示す界磁弱め状態では、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３は小さい。

このように、２重ロータを備えた電動機１では、ロータ位相差を変更して界磁の磁束を増減させることにより、誘起電圧定数Ｋｅを変化させることができる。図１５は、誘起電圧定数Ｋｅに応じて変化する電動機１の回転数及びトルクに応じた運転可能領域を示す図である。図１５に示すように、ロータ位相差が小さく誘起電圧定数Ｋｅが大きいとき（界磁強め状態）、電動機１の運転可能な回転数は低下するが、大きなトルクを出力可能である。一方、ロータ位相差が大きく誘起電圧定数Ｋｅが小さいとき（界磁弱め状態）、電動機１の出力可能なトルクは低下するが、高い回転数まで運転可能となる。このように、回転数及びトルクに対する電動機１の運転可能領域は、誘起電圧定数Ｋｅに応じて変化する。

以上説明したように、ロータ位相差を変更すると電動機１の誘起電圧定数Ｋｅが変化し、電動機１の運転可能領域が図１５に示したように変化する。このため、電動機１の運転可能領域及び電動機１の運転効率が最適となるロータ位相差は、図１６のように表すことができる。従来、電動機１の制御装置が有する位相差制御系は、図１６に示したグラフに基づいて、電動機１の運転効率が最大となるようロータ位相差を制御する。

特開２００２−２０４５４１号公報 特開２００７−１５９２１９号公報 特開２００７−２５９５４９号公報

図１６に示されたグラフを用いる電動機１の制御装置は、要求されたトルク値及び電動機１の回転数に応じて、電動機１の運転効率が最大となるようロータ位相差を制御する。上述したように、ロータ位相差は、制御装置からの制御信号によってアクチュエータ２５が機械的に動作し、電動機１の内部に設けられたロータ位相差変更部３０が機能することによって変化する。したがって、例えばロータ位相差が１００°かつ低トルク状態のときに最大トルク値が要求されると、制御装置は、ロータ位相差を１００°から０°に変えるよう制御する。但し、アクチュエータ２５及びロータ位相差変更部３０は油圧等によって機械的に動作するため、ロータ位相差が１００°遅角するまでには例えば１秒程度の時間を要する。

電動機１が車両の駆動源として用いられている場合、車両が回生制動されている状態であれば、ロータ位相差の進角又は遅角に要する時間が秒単位であっても特に問題はない。しかし、ドライバによって急激な加速操作等が行われた際にロータ位相差の調整に１秒かかると、車両の走行性能としては満足な結果が得られない場合がある。

本発明の目的は、電動機が有する２つの回転子の相対変位角を調整する手段の稼動時間の影響を受けずに、要求されたトルクを電動機が出力可能な電動機の制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機の制御装置は、永久磁石界磁型の電動機（例えば、実施の形態での電動機１）の回転軸（例えば、実施の形態での回転軸２）の周囲に同心円状に設けられた第１回転子（例えば、実施の形態での外側ロータ１２）及び第２回転子（例えば、実施の形態での内側ロータ１１）の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差）を制御する電動機の制御装置であって、前記第１回転子又は前記第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部（例えば、実施の形態でのレゾルバ１０１及び回転数算出部１０３）と、要求されたトルク値（例えば、実施の形態でのトルク指令値Ｔ）及び前記回転数検出部によって検出された回転数（例えば、実施の形態での回転数Ｎｍ）に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差の指令値θｃ）又は当該相対変位角に相関する変数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ＿ｃの指令値θｃ）の指令値を決定する指令値決定部（例えば、実施の形態での指令値決定部１２１，３２１）と、前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部（例えば、実施の形態でのロータ位相差制御部１２３，３２３）と、を備え、前記指令値決定部は、前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域（例えば、実施の形態での直交領域Ｘ）では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の電動機の制御装置では、前記指令値決定部は、前記直交領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角の中間の値を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の電動機の制御装置では、前記指令値決定部は、前記直交領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に相関する変数と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角に相関する変数の中間の値を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の電動機の制御装置では、永久磁石界磁型の電動機（例えば、実施の形態での電動機１）の回転軸（例えば、実施の形態での回転軸２）の周囲に同心円状に設けられた第１回転子（例えば、実施の形態での外側ロータ１２）及び第２回転子（例えば、実施の形態での内側ロータ１１）の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差）を制御する電動機の制御装置であって、前記第１回転子又は第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部（例えば、実施の形態でのレゾルバ１０１及び回転数算出部１０３）と、要求されたトルク値（例えば、実施の形態でのトルク指令値Ｔ）及び前記回転数検出部によって検出された回転数（例えば、実施の形態での回転数Ｎｍ）に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差の指令値θｃ）又は当該相対変位角に相関する変数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ＿ｃの指令値θｃ）の指令値を決定する指令値決定部（例えば、実施の形態での指令値決定部２２１，３２１）と、前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部（例えば、実施の形態でのロータ位相差制御部２２３，３２３）と、を備え、前記指令値決定部は、前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域（例えば、実施の形態での直交領域Ｘ）と、前記電動機に対して界磁弱め制御が必要な領域内の、前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に固定した状態で前記電動機を駆動した際に発生する誘起電圧が、前記電動機又は前記電動機に関係する電子部品の耐圧を超える回転数よりも低い所定回転数以下の特定領域（例えば、実施の形態での領域Ｚ）とでは、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の電動機の制御装置では、前記指令値決定部は、前記直交領域及び前記特別領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角の中間の値を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項６に記載の発明の電動機の制御装置では、前記指令値決定部は、前記直交領域及び前記特別領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に相関する変数と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角に相関する変数の中間の値を前記指令値として決定することを特徴としている。

さらに、請求項７に記載の発明の電動機の制御装置では、永久磁石界磁型の電動機（例えば、実施の形態での電動機１）の回転軸（例えば、実施の形態での回転軸２）の周囲に同心円状に設けられた第１回転子（例えば、実施の形態での外側ロータ１２）及び第２回転子（例えば、実施の形態での内側ロータ１１）の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差）を制御する電動機の制御装置であって、前記第１回転子又は第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部（例えば、実施の形態でのレゾルバ１０１及び回転数算出部１０３）と、要求されたトルク値（例えば、実施の形態でのトルク指令値Ｔ）及び前記回転数検出部によって検出された回転数（例えば、実施の形態での回転数Ｎｍ）に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差の指令値θｃ）又は当該相対変位角に相関する変数（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ＿ｃの指令値θｃ）の指令値を決定する指令値決定部（例えば、実施の形態での指令値決定部１２１，２２１，３２１）と、前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部（例えば、実施の形態でのロータ位相差制御部１２３，２２３，３２３）と、を備え、前記指令値決定部は、前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定する領域を、前記電動機の運転状態に応じて、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域（例えば、実施の形態での直交領域Ｘ）、又は、前記電動機に対して界磁弱め制御が必要な領域内の、前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に固定した状態で前記電動機を駆動した際に発生する誘起電圧が、前記電動機又は前記電動機に関係する電子部品の耐圧を超える回転数よりも低い所定回転数以下の特定領域（例えば、実施の形態での領域Ｚ）及び前記直交領域に設定することを特徴としている。

請求項１〜７に記載の発明の電動機の制御装置によれば、運転効率は多少犠牲になるが、急に最高トルクが要求された場合であってもロータ位相差は変更されない。その結果、電動機は、２つの回転子の相対変位角を調整する手段の稼動時間の影響を受けずに、要求されたトルクを出力することができる。

また、請求項２、３、５又は６に記載の発明の電動機の制御装置によれば、運転効率をより良い状態に保ちつつ、急に最高トルクが要求された場合であっても、２つの回転子の相対変位角を調整する手段の稼動時間の影響をあまり受けずに、要求されたトルクを出力することができる。

また、請求項７に記載の発明の電動機の制御装置によれば、最適な運転効率及び急な最高トルク要求に応じたトルク出力の特性を、電動機の運転状態に応じて変更することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

以下説明する実施形態で用いられる電動機は、図１２及び図１３に示した永久磁石界磁型の電動機１と同様であり、回転軸２の周囲に同心円状に設けた内側ロータ１１及び外側ロータ１２と、電機子１０ａを有するステータ１０と、ロータ位相差変更部３０とを備える。当該電動機は、例えばハイブリッド車両や電動車両の駆動源として使用され、ハイブリッド車両に搭載されたときは、電動機及び発電機として動作する。また、電動機１の制御装置（以下、単に「制御装置」という。）は、トルク指令値等に基づいて電動機１に供給する電流を制御する電流制御系と、トルク指令値及び回転数等に応じて電動機１の２重ロータの位相差を制御する位相差制御系とから構成される。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態の電動機１の制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態の制御装置は、レゾルバ１０１と、回転数算出部１０３と、電流制御系に含まれる電流指令算出部１０５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０７、３相−ｄｐ変換部１０９、電流ＦＢ制御部１１１、ｒθ変換部１１３及びＰＷＭ演算部１１５と、上記説明したアクチュエータ２５と、Ｋｅ算出部１１９と、位相差制御系に含まれる指令値決定部１２１及びロータ位相差制御部１２３とを備える。

レゾルバ１０１は、外側ロータ１２の機械角度を検出し、検出した機械角度に応じた電気角度θｍを出力する。レゾルバ１０１から出力された電気角度θｍは、３相−ｄｑ変換部１０９及び回転数算出部１０３に送られる。回転数算出部１０３は、レゾルバ１０１から入力された電気角度θｍから、外側ロータ１２の角速度ω及び外側ロータ１２の単位時間当たりの回転数Ｎｍを算出する。回転数算出部１０３によって算出された回転数Ｎｍは、電流指令算出部１０５及び指令値決定部１２１に送られる。また、回転数算出部１０３によって算出された角速度ωは、Ｋｅ算出部１１９に送られる。

電流指令算出部１０５は、外部から入力されたトルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１の回転数Ｎｍと、Ｋｅ算出部１１９によって算出された誘起電圧定数Ｋｅとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを決定する。

３相−ｄｑ変換部１０９は、電流センサ１３１，１３３により検出されＢＰＦ１０７により不要成分が除去された電流検出信号Ｉｕ，Ｉｗと、レゾルバ７３によって検出された外側ロータ１２の電気角度θｍとに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。

電流ＦＢ制御部１１１は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。なお、偏差ΔＩｄは、界磁制御部１４１によって制御される。また、偏差ΔＩｑは、電力制御部１４３によって制御される。

ｒθ変換部１１３は、ｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃを大きさＶ１と角度θの成分に変換する。ＰＷＭ演算部１１５は、大きさＶ１と角度θの成分をＰＷＭ制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧に変換する。

Ｋｅ算出部１１９は、以下の式（１）から誘起電圧定数Ｋｅを算出する。
Ｋｅ＝（Ｖｑ−ω・Ｌｄ・Ｉｄ−Ｒ・Ｉｑ）／ω …（１）
（ω：電動機１の角速度、Ｒ：ｑ軸電機子及びｄ軸電機子の抵抗、Ｉq：ｑ軸電流、Ｖq：ｑ軸電機子の端子間電圧、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｉd：ｄ軸電流）

指令値決定部１２１は、外部から入力されたトルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１の回転数Ｎｍと、外部から入力された図示しない蓄電器のバッテリ電圧Ｖｄｃとに基づいて、誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃを決定する。指令値決定部１２１は、誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃを決定する際に、図示しないメモリに格納された図２に示す第１Ｋｅマップを利用する。第１Ｋｅマップは、図３に示すグラフに基づき予め作成され、メモリに格納される。図３は、電動機１の回転数Ｎｍとトルクとの関係及び第１の実施形態で設定される誘起電圧定数を示すグラフである。

図４は、電動機１の界磁弱め制御が必要な領域を示すグラフである。図３と同様に、当該グラフの縦軸はトルク、横軸は回転数Ｎｍを示す。また、図中の符号ｕは、電動機１の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機１を作動させたとき、回転数Ｎｍとトルクの組合わせにより電動機１の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだ線）を示す。また、符号Ｘは、界磁弱め制御が不要な領域（直交領域）を示し、符号Ｙは界磁弱め制御が必要な領域（非直交領域）を示す。

本実施形態では、指令値決定部１２１によって、直交領域Ｘでは誘起電圧定数が最大に設定され、非直交領域Ｙでは回転数Ｎｍとトルクとの関係に応じて誘起電圧定数が適宜設定される。図３に示した例では、誘起電圧定数がＫｅ１＞Ｋｅ２＞Ｋｅ３＞Ｋｅ４＞Ｋｅ５の関係を有するとき、直交領域Ｘでは誘起電圧定数Ｋｅ１に設定され、非直交領域Ｙではトルクとの関係に応じて適した誘起電圧定数（Ｋｅ１〜Ｋｅ５）が適宜設定される。

なお、電動機１の回転数とトルクの関係は、蓄電器のバッテリ電圧Ｖｄｃに応じて変化する。このため、第１Ｋｅマップには、バッテリ電圧Ｖｄｃに応じて異なる複数のテーブルが設けられている。例えば、図２に示すように、バッテリ電圧ＶｄｃがＶ１程度のときに用いられるテーブル、Ｖ２程度のときに用いられるテーブルといった複数のテーブルが第１Ｋｅマップに設けられている。

指令値決定部１２１は、図５に示すように、外部から入力されたバッテリ電圧Ｖｄｃに対応するテーブルの第１Ｋｅマップを用いて、トルク指令値Ｔ及び回転数Ｎｍに応じた誘起電圧定数Ｋｅを決定し、誘起電圧定数の指令値ｋｅ＿ｃを出力する。

ロータ位相差制御部１２３は、指令値決定部１２１から出力された誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃとＫｅ算出部１１９によって算出された誘起電圧定数Ｋｅの偏差ΔＫｅが減少するよう制御信号を出力し、アクチュエータ２５を制御する。なお、アクチュエータ２５によってロータ位相差が変わると界磁の磁束が変化するため、電動機１の誘起電圧定数Ｋｅも変化する。

以上説明したように、本実施形態の制御装置によれば、直交領域Ｘでは、要求されたトルク値Ｔ及び回転数Ｎｍにかかわらず誘起電圧定数が最大に設定されるため、電動機１のロータ位相差は一定に保たれ、非直交領域Ｙでは、従来と同様に、電動機１の運転効率が最大となるよう要求されたトルク値Ｔ及び回転数Ｎｍに応じてロータ位相差が調整される。したがって、直交領域Ｘでは、運転効率は多少犠牲になるが、ドライバによって急激な加速操作等が行われた場合であってもロータ位相差は変更されない。その結果、電動機１は、ロータ位相差の進角又は遅角時におけるアクチュエータ２５及びロータ位相差変更部３０の稼動時間の影響を受けることなく、要求されたトルクを出力することができる。

なお、指令値決定部１２１は、誘起電圧定数を直交領域ＸでＫｅ１以上Ｋｅ２の半分程度以下の値に設定しても良い。すなわち、図１６のグラフに示したように、直交領域Ｘには、ロータ位相差を１００°〜１２０°進角させた方が電動機１の運転効率が良い領域がある。上記説明では、この領域でもロータ位相差を進角させない、すなわち誘起電圧定数を一定に保つと説明したが、ロータ位相差を５０°〜６０°程度進角させても良い。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の指令値決定部２２１は、第１の指令値決定部１２１と同様に、外部から入力されたトルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１の回転数Ｎｍと、外部から入力された図示しない蓄電器のバッテリ電圧Ｖｄｃとに基づいて、誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃを決定する。但し、指令値決定部２２１は、誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃを決定する際に、図示しないメモリに格納された図６に示す第２Ｋｅマップを利用する。第２Ｋｅマップは、図７に示すグラフに基づき予め作成され、メモリに格納される。図７は、電動機１の回転数Ｎｍとトルクとの関係及び第２の実施形態で設定される誘起電圧定数を示すグラフである。

本実施形態では、指令値決定部２２１によって、直交領域Ｘ及び非直交領域Ｙ内の図７中の点線ｖが示す回転数以下の領域Ｚでは、誘起電圧定数が最大に設定され、非直交領域Ｙの領域Ｚ以外の領域では回転数Ｎｍとトルクとの関係に応じて誘起電圧定数が適宜設定される。図７に示した例では、誘起電圧定数がＫｅ１＞＞Ｋｅ４＞Ｋｅ５の関係を有するとき、直交領域Ｘ及び領域Ｚでは、誘起電圧定数Ｋｅ１に設定され、非直交領域Ｙの領域Ｚ以外の領域では、トルクとの関係に応じて適した誘起電圧定数（Ｋｅ４又はＫｅ５）が適宜設定される。

図７中の点線ｖが示す回転数は、最大の誘起電圧定数Ｋｅ１に設定した状態、すなわちロータ位相差を０°に固定した状態で電動機１を駆動した際に、電動機１で発生する誘起電圧（＝誘起電圧定数×回転数）が、電動機１に接続されたインバータのスイッチング素子等の耐圧を超えるときの回転数よりも低い回転数である。

なお、第２Ｋｅマップにも、第１の実施形態で説明した第１Ｋｅマップと同様に、バッテリ電圧Ｖｄｃに応じて異なる複数のテーブルが設けられている。例えば、図６に示すように、バッテリ電圧ＶｄｃがＶ１程度のときに用いられるテーブル、Ｖ２程度のときに用いられるテーブルといった複数のテーブルが第２Ｋｅマップに設けられている。

指令値決定部２２１は、外部から入力されたバッテリ電圧Ｖｄｃに対応するテーブルの第２Ｋｅマップを用いて、トルク指令値Ｔ及び回転数Ｎｍに応じた誘起電圧定数Ｋｅを決定し、誘起電圧定数の指令値ｋｅ＿ｃを出力する。

このように、本実施形態では、界磁弱め制御が必要な非直交領域Ｙの一部の領域Ｚでも、誘起電圧定数が最大に設定される。しかし、領域Ｚで誘起電圧定数を最大に設定する、すなわちロータ位相差を０°に固定すると、電動機１の運転効率が低下する。したがって、本実施形態の制御装置では、領域Ｚで、位相差制御系は誘起電圧定数を最大に設定するが、電動機１に供給する電流を制御する電流制御系は界磁弱め電流を電動機１に通電する。

なお、指令値決定部２２１は、誘起電圧定数を直交領域Ｘ及び領域ＺでＫｅ１以上Ｋｅ２、Ｋｅ３又はＫｅ４の半分程度以下の値に設定しても良い。すなわち、図１６のグラフに示したように、直交領域Ｘには、ロータ位相差を１００°〜１２０°進角させた方が電動機１の運転効率が良い領域があり、領域Ｚには、１００°〜１５０°進角させた方が電動機１の運転効率が良い領域がある。上記説明では、この領域でもロータ位相差を進角させない、すなわち誘起電圧定数を一定に保つと説明したが、ロータ位相差を５０°〜７５°程度進角させても良い。

本実施形態の制御装置は、以上説明した指令値決定部２２１及び電流制御系による界磁弱め電流の通電を除いて、第１の実施形態の制御装置と同様であるため、他の構成要素の説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態の制御装置によれば、直交領域Ｘ及び非直交領域Ｙの一部の領域Ｚでは、要求されたトルク値Ｔ及び回転数Ｎｍにかかわらず誘起電圧定数が最大に設定されるため、電動機１のロータ位相差は一定に保たれ、非直交領域Ｙの領域Ｚを除く領域では、従来と同様に、電動機１の運転効率が最大となるよう要求されたトルク値Ｔ及び回転数Ｎｍに応じてロータ位相差が調整される。したがって、直交領域Ｘ及び領域Ｚでは、運転効率は犠牲になるが、ドライバによって急激な加速操作等が行われた場合であってもロータ位相差は変更されない。その結果、電動機１は、ロータ位相差の進角又は遅角時におけるアクチュエータ２５及びロータ位相差変更部３０の稼動時間の影響を受けることなく、要求されたトルクを出力することができる。

なお、上記実施形態では、指令値決定部１２１が第１Ｋｅマップを利用し，指令値決定部２２１が第２Ｋｅマップを利用すると説明したが、指令値決定部１２１，２２１は、電動機１の運転状態に応じて、図１６に示したグラフに基づくＫｅマップ、第１Ｋｅマップ及び第２Ｋｅマップのいずれかを選択し、選択したＫｅマップを利用しても良い。

また、以上説明した第１の実施形態及び第２の実施形態では、指令値決定部１２１，２２１が、要求されたトルク値Ｔ及び回転数Ｎｍに応じて誘起電圧定数を決定し、ロータ位相差制御部１２３は、指令値決定部１２１，２２１から出力された誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃとＫｅ算出部１１９によって算出された誘起電圧定数Ｋｅの偏差ΔＫｅが減少するようアクチュエータ２５に制御信号を出力している。他の実施形態として、図８に示すように、指令値決定部１２１，２２１の代わりに指令値決定部３２１を設け、ロータ位相差制御部１２３の代わりにロータ位相差制御部３２３を設けても良い。

指令値決定部３２１は、外部から入力されたトルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１の回転数Ｎｍと、外部から入力された図示しない蓄電器のバッテリ電圧Ｖｄｃとに基づいて、ロータ位相差の指令値θｃを決定する。指令値決定部３２１は、ロータ位相差の指令値θｃを決定する際に、図示しないメモリに格納された図９に示すθマップを利用する。θマップは、図３又は図７に示すグラフに基づき予め作成され、メモリに格納される。なお、θマップには、図３及び図７中の各誘起電圧定数Ｋｅに括弧書きで付された角度がロータ位相差として設定される。

ロータ位相差制御部３２３は、指令値決定部３２１から出力されたロータ位相差の指令値θｃとロータ位相差検出部１１７によって検出された実際のロータ位相差θｓの偏差Δθが減少するよう制御信号を出力し、アクチュエータ２５を制御する。

また、第１の実施形態で説明した式（１）に基づいて誘起電圧定数Ｋｅを算出するＫｅ算出部１１９の代わりに、ロータ位相差検出部１１７によって得られた実際のロータ位相差θｓから誘起電圧定位数Ｋｅを算出するＫｅ算出部３１９を備えても良い。

さらに、上記実施形態では、要求されたトルク指令値Ｔが力行トルクの場合について説明したが、回生トルクの場合についても同様に適用できる。図１０に、電動機１の回転数Ｎｍと力行トルク又は回生トルクとの関係及び設定される誘起電圧定数を示すグラフの変形例を示す。また、図１１に、力行トルク及び回生トルクの双方に適用可能な第１Ｋｅマップの変形例を示す。

本発明に係る第１の実施形態又は第２の実施形態の電動機１の制御装置を示すブロック図 第１の実施形態の制御装置で用いられる第１Ｋｅマップを示す図 電動機１の回転数Ｎｍとトルクとの関係及び第１の実施形態で設定される誘起電圧定数を示すグラフ 電動機１の界磁弱め制御が必要な領域を示すグラフ 第１の実施形態の制御装置が備える指令値決定部１２１の動作を示すフローチャート 第２の実施形態の制御装置で用いられる第２Ｋｅマップを示す図 電動機１の回転数Ｎｍとトルクとの関係及び第２の実施形態で設定される誘起電圧定数を示すグラフ 本発明に係る他の実施形態の電動機１の制御装置を示すブロック図 他の実施形態の制御装置で用いられるθマップを示す図 電動機１の回転数Ｎｍと力行トルク又は回生トルクとの関係及び設定される誘起電圧定数を示すグラフ 力行トルク及び回生トルクの双方に適用可能な第１Ｋｅマップの変形例を示す図 ２重ロータを備えた電動機の断面図 電動機１が有するロータ位相差変更部の内部構造を示す図 電動機１の界磁強め状態（ａ）及び界磁弱め状態（ｂ）を示す図 誘起電圧定数Ｋｅに応じて変化する電動機１の回転数及びトルクに応じた運転可能領域を示す図 電動機１の回転数Ｎｍとトルクとの関係及び従来設定される誘起電圧定数を示すグラフ

符号の説明

１ 電動機
２ 回転軸
１１ 内側ロータ
１２ 外側ロータ
１０ａ 電機子
１０ ステータ
３０ ロータ位相差変更部
Ｒ１ 第１リングギア
Ｒ２ 第２リングギア
３１ 第１プラネタリギア
３２ 第２プラネタリギア
３３，３５ 回転軸
３４ 軸受け
Ｓ サンギア
Ｃ１ 第１プラネタリキャリア
Ｃ２ 第２プラネタリキャリア
１０１ レゾルバ
１０３ 回転数算出部
１０５ 電流指令算出部
１０７ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１０９ ３相−ｄｐ変換部
１１１ 電流ＦＢ制御部
１１３ ｒθ変換部
１１５ ＰＷＭ演算部
２５ アクチュエータ
１１７ ロータ位相差検出部
１１９，３１９ Ｋｅ算出部
１２１，２２１，３２１ 指令値決定部
１２３，３２３ ロータ位相差制御部

Claims (7)

1. 永久磁石界磁型の電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子の相対変位角を制御する電動機の制御装置であって、
   前記第１回転子又は前記第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部と、
   要求されたトルク値及び前記回転数検出部によって検出された回転数に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角又は当該相対変位角に相関する変数の指令値を決定する指令値決定部と、
   前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部と、を備え、
   前記指令値決定部は、
   前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記指令値決定部は、
   前記直交領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角の中間の値を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記指令値決定部は、
   前記直交領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に相関する変数と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角に相関する変数の中間の値を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
4. 永久磁石界磁型の電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子の相対変位角を制御する電動機の制御装置であって、
   前記第１回転子又は第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部と、
   要求されたトルク値及び前記回転数検出部によって検出された回転数に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角又は当該相対変位角に相関する変数の指令値を決定する指令値決定部と、
   前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部と、を備え、
   前記指令値決定部は、
   前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域と、前記電動機に対して界磁弱め制御が必要な領域内の、前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に固定した状態で前記電動機を駆動した際に発生する誘起電圧が、前記電動機又は前記電動機に関係する電子部品の耐圧を超える回転数よりも低い所定回転数以下の特定領域とでは、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機の制御装置であって、
   前記指令値決定部は、
   前記直交領域及び前記特別領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角の中間の値を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
6. 請求項４に記載の電動機の制御装置であって、
   前記指令値決定部は、
   前記直交領域及び前記特別領域内の、前記相対変位角を前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角よりも進角させた方が前記電動機の運転効率が良い領域では、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に相関する変数と前記電動機の運転効率が最も良い相対変位角に相関する変数の中間の値を前記指令値として決定することを特徴とする電動機の制御装置。
7. 永久磁石界磁型の電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子の相対変位角を制御する電動機の制御装置であって、
   前記第１回転子又は第２回転子の単位時間当たりの回転数を検出する回転数検出部と、
   要求されたトルク値及び前記回転数検出部によって検出された回転数に基づいて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角又は当該相対変位角に相関する変数の指令値を決定する指令値決定部と、
   前記指令値決定部によって決定された指令値に応じて、前記電動機の前記第１回転子及び前記第２回転子の相対変位角を制御する制御部と、を備え、
   前記指令値決定部は、
   前記電動機のトルクと回転数との関係を示すグラフ上の、前記回転数における前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角又は当該相対変位角に関係する変数を前記指令値として決定する領域を、前記電動機の運転状態に応じて、前記電動機に対して界磁弱め制御が不要な直交領域、又は、前記電動機に対して界磁弱め制御が必要な領域内の、前記電動機の誘起電圧が最大となる相対変位角に固定した状態で前記電動機を駆動した際に発生する誘起電圧が、前記電動機又は前記電動機に関係する電子部品の耐圧を超える回転数よりも低い所定回転数以下の特定領域及び前記直交領域に設定することを特徴とする電動機の制御装置。

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