JP2010178564A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２重回転子を有する電動機を走行駆動源として備える車両が牽引されるとき、当該電動機を界磁弱め状態に設定可能な電動機の制御装置を提供すること。
【解決手段】 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回転子と、第１回転子及び第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構と、を有し、車両の駆動軸又は駆動輪に直接連結された永久磁石界磁型の電動機の制御装置は、位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部と、車両が被牽引状態か否かを判断する被牽引状態判断部と、被牽引状態判断部によって車両が被牽引状態であると判断されたとき、相対変位角を第１回転子及び第２回転子による合成磁束が最も弱められる角度とする指令を位相変更機構駆動部に行う位相指令部とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、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回転子と、第１回転子及び第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構とを有する永久磁石界磁型の電動機を備える車両の牽引時に、当該電動機の相対変位角を変更する電動機の制御装置に関する。

特許文献１に記載の電動機は、回転軸の周囲に周方向に沿って配置された内周側永久磁石を有する内周側回転子と、内周側回転子と同軸上に配置され、内周側回転子の外側に周方向に沿って配置された外周側永久磁石を有する外周側回転子と、内周側回転子と外周側回転子の周方向の相対変位角を変更可能な回動機構とを備える。なお、回動機構は、非圧縮性流体である作動油（作動液）の油圧（流体圧）によって、内周側回転子と外周側回転子との間の相対的な位相を変更する。回動機構への油圧の制御はアクチュエータを含む油圧制御装置が行う。

回動機構は、油圧制御装置による油圧制御に応じて、電動機が界磁強め状態又は界磁弱め状態となるよう内周側回転子と外周側回転子の相対変位角を変更する。界磁強め状態では、内周側回転子及び外周側回転子の対向する各永久磁石の磁化方向は同じである。一方、界磁弱め状態では、内周側回転子及び外周側回転子の対向する各永久磁石の磁化方向は逆である。界磁強め状態の電動機は、最大トルク出力が可能である。

特開２００８−１６７５１３号公報

上記説明した電動機は、内燃機関及び／又は電動機の駆動力によって走行するＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）や電動機の駆動力によって走行するＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）に、走行駆動源として搭載され得る。上記説明した電動機を走行駆動源として搭載した車両では、電動機の相対変位角を変更することによって出力トルクを調整可能である。

この電動機によって駆動される車輪が接地した状態で上記車両が他の車両によって牽引されるとき、電動機の内周側回転子及び外周側回転子は、固定子に対し車輪の回転に合わせて回転する。このとき、電動機には引き摺りトルクが発生する。したがって、このような電動機を備えた車両を牽引するためには、当該電動機に発生する引き摺りトルクを超える駆動力が牽引する側の車両に要求される。なお、引き摺りトルクは、電動機が界磁強め状態であれば大きく、界磁弱め状態であれば小さい。このため、当該電動機を備えた車両を牽引するときには、電動機が界磁弱め状態であることが望ましい。

また、車両が牽引されることにより、電動機の内周側回転子及び外周側回転子が固定子に対して回転すると、当該電動機は発電機として機能する。電動機で発生した電力は蓄電器に供給される。しかし、蓄電器がほぼ満充電に近い状態のときに電動機で発生した電力が蓄電器に供給され続けると、蓄電器が過充電状態となる場合がある。過充電状態は蓄電器の性能劣化を早める要因となるため好ましくない。したがって、車両の牽引時に電動機で発生する電力は小さい方が望ましい。車両の牽引時に電動機で発生する発電量は、電動機が界磁強め状態であれば大きく、界磁弱め状態であれば小さい。このため、当該電動機を備えた車両を牽引するときには、電動機が界磁弱め状態であることが望ましい。

本発明の目的は、２重回転子を有する電動機を走行駆動源として備える車両が牽引されるとき、当該電動機を界磁弱め状態に設定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、回転軸（例えば、実施の形態での回転軸１２）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（例えば、実施の形態での外周側回転子２１及び内周側回転子２２）と、前記第１回転子及び前記第２回転子の周方向の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差）を変更する位相変更機構（例えば、実施の形態での回動機構３０，３０′）と、を有し、車両の駆動軸又は駆動輪に直接連結された永久磁石界磁型の電動機（例えば、実施の形態での電動機１０）の制御装置であって、前記位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部（例えば、実施の形態での油圧制御部１５０及び蓄圧器１５５、並びに、アクチュエータ１２５）と、前記車両が被牽引状態か否かを判断する被牽引状態判断部（例えば、実施の形態での被牽引状態判断部１２９）と、前記被牽引状態判断部によって前記車両が被牽引状態であると判断されたとき、前記相対変位角を前記第１回転子及び前記第２回転子による合成磁束が最も弱められる角度とする指令を前記位相変更機構駆動部に行う位相指令部（例えば、実施の形態での指令値決定部１２１）と、を備えた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、前記位相変更機構駆動部は、前記位相変更機構を駆動する電動圧力調整部（例えば、実施の形態での油圧制御部１５０）と、当該電動圧力調整部よりも小さな消費電力で前記位相変更機構を駆動する蓄圧器（例えば、実施の形態での蓄圧器１５５）と、を含み、当該制御装置は、前記電動圧力調整部に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１３７）の残容量を導出する残容量導出部（例えば、実施の形態での指令値決定部１２１）と、前記蓄圧器の蓄圧力を検出する蓄圧力検出部（例えば、実施の形態での蓄圧力センサ）と、を備え、前記被牽引状態判断部によって前記車両が被牽引状態であると判断されたとき、前記位相指令部は、前記蓄電器の残容量が第１の所定値より大きく、かつ、前記蓄圧器の蓄圧力が所定値より大きい場合は、前記電動圧力調整部に前記指令を行い、前記蓄圧器の蓄圧力が前記所定値以下、かつ、前記蓄電器の残容量が前記第１の所定値よりも大きな値の第２の所定値より大きい場合は、前記蓄圧器に前記指令を行う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、前記駆動輪の回転速度を検出する車輪速検出部（例えば、実施の形態での車輪速センサ）と、前記車両の傾斜角度を検出する傾斜検出部（例えば、実施の形態での傾斜センサ）と、を備え、前記被牽引状態判断部は、前記傾斜検出部によって検出された傾斜角度を、前記車輪速検出部によって検出された回転速度の符号によって異なるしきい値と比較して、前記車両の進行方向に対して路面が所定勾配率以上の下り坂か否かの判断を行うことを特徴としている。

請求項１〜３に記載の発明の電動機の制御装置によれば、電動機によって駆動される車輪が接地した状態での牽引時に電動機で発生する引き摺りトルクは最小限に抑えられる。その結果、牽引する側の車両の負荷を低減できる。また、電動機によって駆動される車輪が接地した状態での牽引時に電動機で発生する電力の発電量も最小限に抑えられる。その結果、蓄電器の性能劣化を早める過充電状態を避けることができる。

請求項２〜３に記載の発明の電動機の制御装置によれば、蓄電器の残容量が低くても位相変更機構を駆動できる。

請求項３に記載の発明の電動機の制御装置によれば、被牽引状態判断部は、車両が被牽引状態であるかを確実に判断することができる。

電動機の断面図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面図に相当する図 図１に示す回転子ユニットを軸方向から見た図 図２に示す回転子ユニットの分解斜視図 図２に示す内周側回転子の分解斜視図 回転子ユニットの強め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図 回転子ユニットの弱め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図 図２に示すＢ−Ｂ線矢視断面図 誘起電圧定数Ｋｅに応じて変化する電動機の回転数及びトルクに応じた運転可能領域を示す図 プラネタリタイプの回動機構を備えた電動機の内部構成を示す図 本発明に係る一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図 電流制御部１０６の内部構成を示すブロック図 被牽引状態判断部１２９が行う処理を示すフローチャート （ａ）θ≦−α１及び（ｂ）θ＞−α１のときの車両の各傾斜状況を示す図 （ａ）θ≧＋α２及び（ｂ）θ＜＋α２のときの車両の各傾斜状況を示す図 車両が被牽引状態と判断した後に被牽引状態判断部１２９が行う処理を示すフローチャート 電動機１０が界磁弱め状態となるよう指令値決定部１２１が指令値Ｋｅ＿ｃを出力する際の処理を示すフローチャート 図１０に示した電動機の制御装置が搭載され得る車両の内部構成例を示す図 図１０に示した電動機の制御装置が搭載され得る車両の内部構成例を示す図

以下説明する実施形態で用いられる電動機は、例えばハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）の車両の走行駆動源として使用される。当該電動機は、クラッチを介さずに車両の駆動軸又は駆動輪に直接連結されている。

本実施形態の電動機１０は、図１〜図４に示すように、円環状の固定子１１の内周側に回転子ユニット２０が配置されるインナロータ型のブラシレスＤＣモータである。固定子１１は複数相の固定子巻線１１ａを有し、回転子ユニット２０は軸芯部に回転軸１２を有している。この電動機１０を車両の走行駆動源として用いる場合、電動機１０の回転力は車輪の駆動軸（図示せず）に伝達される。この場合、電動機１０を車両の減速時に発電機として機能させれば、発電電力を回生エネルギとして蓄電器に回収することができる。

回転子ユニット２０は、円環状の外周側回転子２１と、この外周側回転子２１の内側に同軸上に配置される円環状の内周側回転子２２と、を備え、外周側回転子２１と内周側回転子２２が設定角度の範囲で相対回動可能とされている。例えば、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対回転角度は、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される。なお、以下の説明では、外周側回転子２１と内周側回転子２２の周方向の相対変位角を「ロータ位相差」という。

外周側回転子２１と内周側回転子２２は、回転子本体である円環状のヨーク２３，２４が、例えば、複数の電磁鋼板を回転軸１２に沿う方向に積層してなる積層鋼板によって形成される。各ヨーク２３，２４には、軸方向に貫通するように形成される複数の磁石装着スロット２３ａ，２４ａが周方向に所定間隔（本実施形態では２２．５°）で配置される。

各磁石装着スロット２３ａ，２４ａには、厚み方向に磁化された平板状の外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂがそれぞれ装着される。そして、本実施形態では、図５に示すように、外周側永久磁石２５Ａは、着磁方向（厚み方向）が周方向に向くように配置され、内周側永久磁石２５Ｂは、着磁方向（厚み方向）が径方向に向くように配置される。従って、隣接する外周側永久磁石２５Ａ，２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとが略コの字状に配置される。

また、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂは同数（本実施形態では８極対）設けられており、図５に示すように、外周側回転子２１上において周方向に隣接する外周側永久磁石２５Ａの磁極の向きは逆に設定され、内周側回転子２２上において周方向に隣接する内周側永久磁石２５Ｂの磁極の向きも逆に設定される。

そして、図５に示すように、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間に、内周側永久磁石２５Ｂの同極つまりＮ極（またはＳ極）が対峙するように、外周側回転子２１と内周側回転子２２のロータ位相差を調整したときに、外周側回転子２１及び内周側回転子２２の各磁束が強め合って、回転子ユニット２０全体の界磁（合成磁束）が最も強められる「強め位相」の状態（界磁強め状態）となる。また、図６に示すように、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極（またはＳ極）間に、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極（またはＮ極）が対峙するように、外周側回転子２１と内周側回転子２２のロータ位相差を調整したときに、外周側回転子２１及び内周側回転子２２の各磁束が弱め合って、回転子ユニット２０全体の界磁（合成磁束）が最も弱められる「弱め位相」の状態（界磁弱め状態）となる。

また、回転子ユニット２０は、外周側回転子２１と内周側回転子２２を相対回動させるための回動機構３０を備える。この回動機構３０は、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対変位角を任意に変更するための位相変更機構１３を構成するものであり、非圧縮性の作動流体である作動油（作動液）の油圧（流体圧）によって駆動される。回動機構３０への油圧の制御は、回動機構３０に対して作動油を給排するアクチュエータを含む油圧制御装置（図示せず）が行う。

回動機構３０は、図１〜図３に示すように、回転軸１２の外周に一体回転可能にスプライン嵌合されるベーンロータ３１と、ベーンロータ３１の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング３２と、を備える。

ベーンロータ３１は、図１に示すように、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２の軸方向両端面を跨ぐ円板状の一対の第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、及び環状ハウジング３２の軸方向両端部の開口を閉塞する円板状の一対の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂを介して外周側回転子２１に連結される。従って、外周側回転子２１、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、ベーンロータ３１、及び回転軸１２が一体化されるので、外周側回転子２１の駆動力が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ及びベーンロータ３１を介して回転軸１２に伝達される。

なお、図中の符号１６は、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１を一体的に連結するボルトで、符号２６は、外周側回転子２１と第１ドライブプレート１４Ａとの間に介装されるロストモーション用の皿バネで、符号２７は、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１の位置決めを行う位置決めピンである。

環状ハウジング３２は、図１及び図４に示すように、その外周面に、内周側回転子２２と、内周側回転子２２を軸方向に挟むように配置され、磁石装着スロット２４ａから内周側永久磁石２５Ｂが抜け出ることを防止する一対の端面板３３，３３と、環状ハウジング３２の軸方向端部に形成される鍔部３２ａとの間に内周側回転子２２及び一対の端面板３３，３３を挟み込むカラー３４と、が一体的に嵌合固定される。従って、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２が一体化される。

また、ベーンロータ３１は、回転軸１２にスプライン嵌合される円筒状のボス部３５の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン３６が周方向等間隔で設けられる。環状ハウジング３２は、内周面に周方向等間隔に複数の凹部３７が設けられ、これら各凹部３７にベーンロータ３１の対応するベーン３６が収容配置される。各凹部３７は、ベーン３６の先端部の回転軌道にほぼ合致する円弧面を有する底壁３８と、隣接する凹部３７同士を画成する仕切壁３９と、によって構成され、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２の相対回動時に、ベーン３６が一方の仕切壁３９と他方の仕切壁３９の間を移動する。

また、各ベーン３６の先端部には、底壁３８と軸方向に沿うように摺接するシール４０ａと、シール４０ａを底壁３８に向けて押圧するスプリング４０ｂと、によって構成されるシール部材４０が設けられており、このシール部材４０は、ベーン３６と底壁３８との間を液密にシールする。また、各仕切壁３９の先端部には、ボス部３５の外周面と軸方向に沿うように摺接するシール４１ａと、シール４１ａをボス部３５の外周面に向けて押圧するスプリング４１ｂと、によって構成されるシール部材４１が設けられており、このシール部材４１は、仕切壁３９とボス部３５の外周面との間を液密にシールする。

第２ドライブプレート１５Ａ、１５Ｂは、環状ハウジング３２の軸方向端面に摺動自在に密接し、環状ハウジング３２の各凹部３７の側方をそれぞれ閉塞する。従って、環状ハウジング３２の各凹部３７は、ベーンロータ３１のボス部３５と両側の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂと共にそれぞれ独立した空間を形成し、この空間は、作動油が導入される導入空間となっている。各導入空間内は、ベーンロータ３１の対応する各ベーン３６によってそれぞれ２室に隔成され、一方の室が進角側作動室４２とされ、他方の室が遅角側作動室４３とされている。

進角側作動室４２は、内部に導入された作動油の圧力によって内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して進角方向に相対回動させ、遅角側作動室４３は、内部に導入された作動油の圧力によって内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して遅角方向に相対回動させる。この場合、「進角」とは、内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して図２中の矢印Ｒで示す電動機１０の主回転方向に進めることを言い、「遅角」とは、内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して電動機１０の主回転方向Ｒと逆側に進めることを言うものとする。

また、各進角側作動室４２と遅角側作動室４３に対する作動油の給排は回転軸１２を通して行われるようになっている。具体的には、進角側作動室４２は、回転軸１２に形成される通路孔４４ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４４ａと接続される環状溝４４ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４４ｃと、を介してアクチュエータを含む油圧制御装置に接続される。また、遅角側作動室４３は、回転軸１２に形成される通路孔４５ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４５ａと接続される環状溝４５ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４５ｃと、を介して油圧制御装置に接続される。

本実施形態では、外周側回転子２１と第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂとの連結は、図１〜図３及び図５に示すように、外周側回転子２１のヨーク２３の外周側永久磁石２５Ａ間のうちの均等間隔（本実施形態では１８０°間隔、図２の１２時及び６時方向）に位置する２箇所の外周側永久磁石２５Ａ間の周方向中央部にそれぞれ形成される長穴形状の第１貫通穴５１と、この２箇所の第１貫通穴５１にそれぞれ挿通され、その両端部が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂの内側面に形成されるピン保持穴１７に挿入又は圧入される円筒形状のトルク伝達ピン６１と、によって行われる。

また、本実施形態では、第１貫通穴５１は、径方向の幅Ｂ１がトルク伝達ピン６１の直径Ｄより大きく、周方向の幅Ｂ２がトルク伝達ピン６１の直径Ｄと略同一に設定される。このため、トルク伝達ピン６１と第１貫通穴５１とが周方向に接触するので、外周側回転子２１の駆動力が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂに伝達され、また、トルク伝達ピン６１と第１貫通穴５１との間に径方向のクリアランスが形成されるので、遠心力でヨーク２３が変形したとしても、トルク伝達ピン６１に変形荷重が作用することはない。

また、本実施形態では、外周側回転子２１のヨーク２３の外周側永久磁石２５Ａ間のうちの均等間隔（本実施形態では１８０°間隔、図２の３時及び９時方向）に位置する２箇所の外周側永久磁石２５Ａ間の周方向中央部に円形状の第２貫通穴５２が形成され、この第２貫通穴５２に円筒形状の剥離防止ピン６２が圧入される。このため、ヨーク２３を構成する積層鋼板が軸方向に一体的に固定されるので、ヨーク２３の積層鋼板の剥離が防止されると共に、ヨーク２３の一端側の上下左右方向の位置が規制されれば、外周側回転子２１の軸心が確保される。さらに、トルク伝達ピン６１及び剥離防止ピン６２は、交互に周方向に均等（９０°間隔で）に配置される。

また、本実施形態では、図２に示すように、剥離防止ピン６２の内径は、剥離防止ピン６２の内径側の面積と第１貫通穴５１の面積が同等となるように設定される。このため、遠心力によりヨーク２３に作用する応力が周方向に均等化される。

また、本実施形態では、図７に示すように、第１ドライブプレート１４Ａの内側面にヨーク２３の内径と同一径を有する段部１８が形成されており、この段部１８にヨーク２３が外嵌される。このため、第１ドライブプレート１４Ａの段部１８により外周側回転子２１の上下左右方向の位置が規制され、外周側回転子２１が第１ドライブプレート１４Ａと同一軸心に配置されるので、外周側回転子２１の軸心が確保されると共に、外周側回転子２１が内周側回転子２２と同軸上に配置される。

さらに、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂの内側面には、剥離防止ピン６２との間に所定のクリアランスを設ける凹部１９が形成される。このため、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂと剥離防止ピン６２とは径方向・周方向ともに接触することはない。

また、本実施形態では、図１及び図５に示すように、外周側回転子２１のヨーク２３の外周側永久磁石２５Ａ間のうちのトルク伝達ピン６１及び剥離防止ピン６２が配置される以外の外周側永久磁石２５Ａ間の周方向中央部には、上記第１貫通穴５１がそれぞれ形成される。このため、遠心力によりヨーク２３に作用する応力が周方向に均等化される。

このように構成された電動機１０では、界磁特性を変更する場合、油圧制御装置による作動油の給排により、進角側作動室４２と遅角側作動室４３の一方に作動油を供給すると共に他方から作動油を排出する。そして、こうして作動油の給排が制御されると、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対的に回動し、それにともなって外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が操作される。

外周側回転子２１と内周側回転子２２のロータ位相差が操作されると、図５に示す強め位相の状態（界磁強め状態）と、図６に示す弱め位相の状態（界磁弱め状態）の間で、固定子１１に及ぼす磁界の強さが変化する。磁界の強さが変化すると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機１０の特性が変更される。即ち、図８に示すように、強め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが大きくなると、電動機１０として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが小さくなると、電動機１０として出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。

上記説明した回動機構３０は、ベーンタイプの位相変更機構であるが、以下説明するプラネタリタイプの位相変更機構であっても良い。図９は、プラネタリタイプの回動機構を備えた電動機の内部構成を示す図である。図９に示す回動機構３０′は、内周側回転子２２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、外周側回転子２１と同軸且つ一体に形成された第１リングギアＲ１、内周側回転子２２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７１、第２リングギアＲ２に噛合する第２プラネタリギア７２、第１プラネタリギア７１及び第２プラネタリギア７２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７１を回転自在に支持すると共に回転軸１２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７２を回転自在に支持すると共に固定子１１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７１及び第２プラネタリギア７２も略同等のギア形状である。また、サンギアＳの回転軸７３は電動機１０の回転軸１２と同軸に配置されると共に、軸受け７４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７１及び第２プラネタリギア７２がサンギアＳと噛合し、外周側回転子２１と内周側回転子２２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７５は、電動機１０の回転軸１２と同軸に配置されると共にアクチュエータに接続されており、第２プラネタリキャリアＣ２は固定子１１に固定されている。

アクチュエータは、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。アクチュエータによって第１プラネタリキャリアＣ１が回転すると、外周側回転子２１と内周側回転子２２間のロータ位相差が変化する。

＜電動機１０の制御装置＞
図１０は、本発明に係る一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施形態の電動機の制御装置は、レゾルバ１０１と、回転数算出部１０３と、電流指令算出部１０５と、電流制御部１０６と、上記説明したアクチュエータ１２５と、アクチュエータ１２５を駆動する油圧制御部１５０と、蓄圧器（アキュムレータ）１５５と、切替部１５７と、ロータ位相差検出部１１７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、各種センサ１２７と、被牽引状態判断部１２９とを備える。なお、電動機１０は車両の駆動軸（図示せず）又は駆動輪（図示せず）に直接連結されている。また、電流制御部１０６には蓄電器１３７が接続されている。

レゾルバ１０１は、電動機１０の外周側回転子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、電流制御部１０６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、外周側回転子１２の角速度ω及び外周側回転子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。

電流指令算出部１０５は、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１０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。ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃは電流制御部１０６に入力される。

図１１は、電流制御部１０６の内部構成を示すブロック図である。図１１に示すように、電流制御部１０６は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０７と、３相−ｄｐ変換部１０９と、電流ＦＢ制御部１１１と、ｒθ変換部１１３と、インバータ（ＩＮＶ）１１５と、界磁制御部１４１と、電力制御部１４３とを有する。蓄電器１３７は、電流制御部１０６のインバータ１１５に接続されている。

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１０１によって検出された外周側回転子２１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。インバータ１１５は、大きさＶ１と角度θの成分に基づいてＰＷＭ信号を生成して、蓄電器１３７からの直流電流をＰＷＭ制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧に変換する。

ロータ位相差検出部１１７は、実際のロータ位相差θｓを検出する。ロータ位相差検出部１１７によって検出されたロータ位相差θｓは、Ｋｅ算出部１１９及び被牽引状態判断部１２９に送られる。上述したように、ロータ位相差に応じて界磁の磁束が変化すると、電動機１０の誘起電圧定数Ｋｅも変化する。したがって、Ｋｅ算出部１１９は、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から誘起電圧定位数Ｋｅを算出する。

指令値決定部１２１は、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１０の回転数Ｎｍと、外部から入力された蓄電器１３７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。なお、指令値決定部１２１は、被牽引状態判断部１２９から車両が被牽引状態であることを示す信号が入力されたとき、誘起電圧定数Ｋｅが最も小さくなるよう指令値Ｋｅ＿ｃを決定する。また、指令値決定部１２１には、蓄圧器１５５が有する蓄圧力Ｐを示す信号が入力される。なお、当該信号は、蓄圧器１５５の蓄圧力Ｐを検出する図示しない蓄圧力センサから出力される。

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、油圧制御部１５０又は蓄圧器１５５を制御する。なお、アクチュエータ１２５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１０の誘起電圧定数Ｋｅも変化する。

油圧制御部１５０は、アクチュエータ１２５に供給する作動油の量を調整するオイルポンプ１５１と、オイルポンプ１５１を駆動するモータ１５３とを有する。モータ１５３には、ロータ位相差制御部１２３から出力される制御信号が送られる。モータ１５３は、蓄電器１３７からの電力供給によって駆動する。

蓄圧器１５５は、蓄電器１３７の残容量がモータ１５３の駆動のために十分でないとき、油圧制御部１５０の代わりにアクチュエータ１２５を駆動する。なお、蓄電器１３７によるアクチュエータ１２５の駆動に要する電力は、油圧制御部１５０によるアクチュエータ１２５の駆動に要する電力よりも小さい。切替部１５７は、指令値決定部１２１からの指示に応じて、アクチュエータ１２５の駆動を油圧制御部１５０及び蓄電器１３７のいずれか一方が行うよう設定する。

各種センサ１２７には、駆動輪の回転速度（ＮＷ）を検出する車輪速センサと、車両の傾斜角度（θ）を検出する傾斜センサと、トランスミッションのシフトポジション（ＳＰ）を検出するシフトポジションセンサとが含まれる。各センサで得られた情報（ＮＷ，θ，ＳＰ）は被牽引状態判断部１２９に送られる。

被牽引状態判断部１２９は、図１２のフローチャートによって示される処理を行うことによって、車両が被牽引状態か否かを判断する。図１２は、被牽引状態判断部１２９が行う処理を示すフローチャートである。図１２に示すように、被牽引状態判断部１２９は、シフトポジションセンサから得られた情報（ＳＰ）がニュートラル（Ｎ）であるかを判断し（ステップＳ１０１）、当該情報がニュートラルの場合はステップＳ１０３に進み、ニュートラルでない場合はステップＳ１２１に進む。ステップＳ１２１では、被牽引状態判断部１２９は、車両が被牽引状態ではないと判断する。

ステップＳ１０３では、被牽引状態判断部１２９は、トルク指令値Ｔが０か否かを判断し、Ｔ＝０の場合はステップＳ１０５に進み、Ｔ≠０の場合はステップＳ１２１に進む。ステップＳ１０５では、被牽引状態判断部１２９は、車輪速センサから得られた駆動輪の回転速度（ＮＷ）が０か否かを判断し、ＮＷ＝０の場合はステップＳ１０７に進み、ＮＷ≠０の場合はステップＳ１２１に進む。

ステップＳ１０７では、被牽引状態判断部１２９は、駆動輪の回転速度（ＮＷ）が正値か否かを判断し、正値の場合はステップＳ１０９に進み、正値ではない場合はステップＳ１１１に進む。なお、車両が前向きに走行又は牽引されているときの駆動輪の回転速度（ＮＷ）は正値である。

ステップＳ１０９では、被牽引状態判断部１２９は、傾斜センサから得られた車両の傾斜角度（θ）と所定のしきい値（−α１）を比較し、図１３（ａ）に示すようにθ≦−α１であればステップＳ１１３に進み、図１３（ｂ）に示すようにθ＞−α１であればステップＳ１１５に進む。図１３は、（ａ）θ≦−α１及び（ｂ）θ＞−α１のときの車両の各傾斜状況を示す図である。

一方、ステップＳ１１１では、被牽引状態判断部１２９は、傾斜センサから得られた車両の傾斜角度（θ）と所定のしきい値（＋α２）を比較し、図１４（ａ）に示すようにθ≧＋α２であればステップＳ１１３に進み、図１４（ｂ）に示すようにθ＜＋α２であればステップＳ１１５に進む。図１４は、（ａ）θ≧＋α２及び（ｂ）θ＜＋α２のときの車両の各傾斜状況を示す図である。

なお、被牽引状態判断部１２９は、上記ステップＳ１０７〜Ｓ１１１の処理を行うことによって、車両の進行方向に対して路面が所定勾配率以上の下り坂か否かの判断を行っている。

ステップＳ１１３では、被牽引状態判断部１２９は、駆動輪の回転速度（ＮＷ）を微分して算出される回転角加速度ＮＡと所定のしきい値（β）を比較し、ＮＡ＞βであればステップＳ１１５に進み、ＮＡ≦βであればステップＳ１１７に進む。また、ステップＳ１１５では、被牽引状態判断部１２９は、車両が被牽引状態であると判断し、被牽引状態のフラグを立てる。ステップＳ１１７では、被牽引状態判断部１２９は、ステップＳ１０１〜Ｓ１１３で判断された状態の継続時間ｔを計測し、継続時間ｔとしきい値（ｔ０）を比較する。ｔ＞ｔ０であればステップＳ１１５に進み（被牽引状態であると判断）、ｔ≦ｔ０であればステップＳ１２１に進む（被牽引状態ではないと判断）。

被牽引状態判断部１２９は、ステップＳ１１５で車両が被牽引状態であると判断した後、図１５のフローチャートによって示される処理を行う。図１５は、車両が被牽引状態であると判断した後に被牽引状態判断部１２９が行う処理を示すフローチャートである。図１５に示すように、被牽引状態判断部１２９は、被牽引状態のフラグの状態に基づいて、車両が被牽引状態であるか否かを判断し（ステップＳ２０１）、被牽引状態であればステップＳ２０３に進み、被牽引状態でなければ処理を終了する。

ステップＳ２０３では、被牽引状態判断部１２９は、シフトポジションセンサから得られた情報（ＳＰ）がニュートラル（Ｎ）であるかを判断し、当該情報がニュートラルの場合はステップＳ２０５に進み、ニュートラルでない場合はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０５では、被牽引状態判断部１２９は、トルク指令値Ｔが０か否かを判断し、Ｔ＝０の場合はステップＳ２０９に進み、Ｔ≠０の場合はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、被牽引状態判断部１２９は、ステップＳ１１５で行った判断を取り消して、被牽引状態のフラグを降ろす。一方、ステップＳ２０９では、被牽引状態判断部１２９は、ステップＳ１１５で行った判断を維持し、被牽引状態のフラグを立てたままにする。

指令値決定部１２１は、上述したように、被牽引状態判断部１２９から車両が被牽引状態であることを示す信号が入力されると、誘起電圧定数Ｋｅが最も小さくなるよう指令値Ｋｅ＿ｃを決定する。このとき指令値決定部１２１から出力される指令値Ｋｅ＿ｃによって、電動機１０は、外周側回転子２１及び内周側回転子２２による合成磁束が最も弱められた界磁弱め状態となる。

図１６は、電動機１０が界磁弱め状態となるよう指令値決定部１２１が指令値Ｋｅ＿ｃを出力する際の処理を示すフローチャートである。図１６に示すように、指令値決定部１２１は、ロータ位相差検出部１１７が検出した実際のロータ位相差θｓに基づいて、電動機１０が界磁弱め状態か否かを判断し（ステップＳ３０１）、界磁弱め状態であれば処理を終了し、界磁弱め状態でなければステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３では、指令値決定部１２１は、被牽引状態のフラグの状態に基づいて、車両が被牽引状態であるか否かを判断し、被牽引状態であればステップＳ３０５に進み、被牽引状態でなければ処理を終了する。

ステップＳ３０５では、指令値決定部１２１は、外部から入力された蓄電器１３７のバッテリ電圧Ｖｄｃから蓄電器１３７の残容量ＳＯＣを算出し、残容量ＳＯＣと第１しきい値（γ１）を比較する。なお、第１しきい値γ１は、蓄電器１３７からの電力供給によって蓄圧器１５５が正常に駆動可能な値である。ＳＯＣ＞γ１であればステップＳ３０７に進み、ＳＯＣ≦γ１であれば処理を終了する。

ステップＳ３０７では、指令値決定部１２１は、外部から入力された信号が示す蓄圧器１５５の蓄圧力Ｐとしきい値（Ｐ０）を比較する。なお、しきい値Ｐ０は、蓄圧器１５５がアクチュエータ１２５を正常に駆動可能な値である。蓄圧力Ｐ＞Ｐ０であればステップＳ３０９に進み、蓄圧力Ｐ≦Ｐ０であればステップＳ３１１に進む。ステップＳ３０９では、指令値決定部１２１は、アクチュエータ１２５の駆動を蓄圧器１５５が行うよう切替部１５７を設定する。

ステップＳ３１１では、指令値決定部１２１は、残容量ＳＯＣと第２しきい値（γ２）を比較する。なお、第２しきい値γ２は、第１しきい値γ１よりも大きな値であって（γ２＞γ１）、蓄電器１３７からの電力供給によって油圧制御部１５０のモータ１５３がオイルポンプ１５１を正常に駆動可能な値である。ＳＯＣ＞γ２であればステップＳ３１３に進み、ＳＯＣ≦γ２であれば処理を終了する。ステップＳ３１３では、指令値決定部１２１は、アクチュエータ１２５の駆動を油圧制御部１５０が行うよう切替部１５７を設定する。

ステップＳ３０９又はＳ３１３を行った後、指令値決定部１２１は、電動機１０が界磁弱め状態となるよう指令値決定部１２１が指令値Ｋｅ＿ｃを出力する（ステップＳ３１５）。すなわち、指令値決定部１２１は、電動機１０の外周側回転子２１及び内周側回転子２２の合成磁束が最も弱められるロータ位相差となるよう、弱め界磁制御を行う。指令値決定部１２１は、ロータ位相差検出部１１７が検出した実際のロータ位相差θｓに基づいて、電動機１０が界磁弱め状態か否かを判断し（ステップＳ３１７）、界磁弱め状態であればステップＳ３１５に進み、界磁弱め状態でなければステップＳ３１５に戻る。ステップＳ３１９では、指令値決定部１２１は、指令値Ｋｅ＿ｃの出力を停止する。

以上説明したように、本実施形態では、駆動軸又は駆動輪に電動機１０が直接連結された車両が被牽引状態のとき、電動機１０が界磁弱め状態となるよう弱め界磁制御が行われる。このため、電動機１０によって駆動される車輪が接地した状態での牽引時に電動機１０で発生する引き摺りトルクは最小限に抑えられる。その結果、牽引する側の車両の負荷を低減できる。また、本実施形態による電動機１０の制御によれば、電動機１０によって駆動される車輪が接地した状態での牽引時に電動機１０で発生する電力の発電量も最小限に抑えられる。その結果、蓄電器１３７の性能劣化を早める過充電状態を避けることができる。

また、本実施形態では、蓄電器１３７の残容量が油圧制御部１５０のモータ１５３の駆動のために十分でないときは、モータ１５３よりも消費電力が小さい蓄圧器１５５によってアクチュエータ１２５が駆動される。したがって、本実施形態の電動機１０の制御装置は、蓄電器１３７の残容量が低くても弱め界磁制御を実行できる。

また、本実施形態では、車両が被牽引状態であるか否かを判断する際、図１２中のステップＳ１０７〜Ｓ１１１に示したように、被牽引状態判断部１２９は、駆動輪の回転速度の符号及び車両の傾斜角度に基づいて、車両の進行方向に対して路面が所定勾配率以上の下り坂か否かの判断を行う。したがって、本実施形態の電動機１０の制御装置は、車両が被牽引状態であるかを確実に判断することができる。

なお、上記説明した電動機１０は、上述したように、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）の車両の走行駆動源として使用され、クラッチを介さずに当該車両の駆動軸又は駆動輪に直接連結されている。図１７及び図１８は、本実施形態の電動機１０の制御装置が搭載され得る車両の内部構成例を示す図である。

１０ 電動機
１１ 固定子
１２ 回転軸
１３ 位相変更機構
１４Ａ 第１ドライブプレート
１４Ｂ 第１ドライブプレート
２０ 回転子ユニット
２１ 外周側回転子
２２ 内周側回転子
２３ ヨーク
２４ ヨーク
２５Ａ 外周側永久磁石
２５Ｂ 内周側永久磁石
３０，３０′ 回動機構
３１ ベーンロータ
３２ 環状ハウジング
５１ 第１貫通穴
５２ 第２貫通穴
５３ 第３貫通穴
６１ トルク伝達ピン
６２ 剥離防止ピン
Ｂ１ 第１貫通穴の径方向の幅
Ｂ２ 第１貫通穴の周方向の幅
Ｂ３ 第３貫通穴の周方向の幅
Ｄ トルク伝達ピンの直径
Ｒ１ 第１リングギア
Ｒ２ 第２リングギア
７１ 第１プラネタリギア
７２ 第２プラネタリギア
７３，７５ 回転軸
７４ 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
１０６ 電流制御部
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 インバータ（ＩＮＶ）
１１７ ロータ位相差検出部
１１９ Ｋｅ算出部
１２１ 指令値決定部
１２３ ロータ位相差制御部
１２７ 各種センサ
１２９ 被牽引状態判断部
１２５ アクチュエータ
１３７ 蓄電器
１４１ 界磁制御部
１４３ 電力制御部
１５０ 油圧制御部
１５１ オイルポンプ
１５３ モータ
１５５ 蓄圧器（アキュムレータ）
１５７ 切替部

Claims (3)

1. 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回転子と、前記第１回転子及び前記第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構と、を有し、車両の駆動軸又は駆動輪に直接連結された永久磁石界磁型の電動機の制御装置であって、
   前記位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部と、
   前記車両が被牽引状態か否かを判断する被牽引状態判断部と、
   前記被牽引状態判断部によって前記車両が被牽引状態であると判断されたとき、前記相対変位角を前記第１回転子及び前記第２回転子による合成磁束が最も弱められる角度とする指令を前記位相変更機構駆動部に行う位相指令部と、
   を備えた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、
   前記位相変更機構駆動部は、前記位相変更機構を駆動する電動圧力調整部と、当該電動圧力調整部よりも小さな消費電力で前記位相変更機構を駆動する蓄圧器と、を含み、
   当該制御装置は、前記電動圧力調整部に電力を供給する蓄電器の残容量を導出する残容量導出部と、前記蓄圧器の蓄圧力を検出する蓄圧力検出部と、を備え、
   前記被牽引状態判断部によって前記車両が被牽引状態であると判断されたとき、前記位相指令部は、前記蓄電器の残容量が第１の所定値より大きく、かつ、前記蓄圧器の蓄圧力が所定値より大きい場合は、前記電動圧力調整部に前記指令を行い、前記蓄圧器の蓄圧力が前記所定値以下、かつ、前記蓄電器の残容量が前記第１の所定値よりも大きな値の第２の所定値より大きい場合は、前記蓄圧器に前記指令を行うことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記駆動輪の回転速度を検出する車輪速検出部と、
   前記車両の傾斜角度を検出する傾斜検出部と、を備え、
   前記被牽引状態判断部は、前記傾斜検出部によって検出された傾斜角度を、前記車輪速検出部によって検出された回転速度の符号によって異なるしきい値と比較して、前記車両の進行方向に対して路面が所定勾配率以上の下り坂か否かの判断を行うことを特徴とする電動機の制御装置。

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