JP2012239302A - Rotary electric machine controller - Google Patents

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勲 藤原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of limiting the adjustment amount of phase between rotors for field adjustment, while controlling the adjustment of a field magnetic flux optimally by taking account of the operational state of a variable magnetic flux rotary electric machine or the change in magnetic resistance on the rotor surface due to adjustment of the field magnetic flux.SOLUTION: The rotary electric machine controller has: a low rotational speed range phase map 7L where a phase command γindicating the relative position of a first rotor 41 and a second rotor 42 is defined as a phase map 70 defined depending on a target torque Tand a rotational speed ω, within a phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux is maximized; and a high rotational speed range phase map 7H where the phase command γis defined within a phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux is minimized. A relative phase control unit 7 switches the low rotational speed range phase map 7L and the high rotational speed range phase map 7H on the basis of the rotational speed ω, determines the phase command γwith reference to the phase map thus switched, and adjusts the relative position.

Description

本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ及び第2ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に関する。   The present invention includes a rotor unit having a first rotor and a second rotor capable of adjusting a circumferential relative position within a certain range, and a stator having a stator coil, and a permanent magnet provided in the rotor unit. The present invention relates to a rotating electrical machine control device that controls a variable magnetic flux type rotating electrical machine that can adjust a field magnetic flux generated and interlinked with a stator coil according to a relative position.

今日、永久磁石型の回転電機(PMSM:permanent magnet synchronous motor)が広く用いられている。PMSMでは、通常、永久磁石はロータコアに固定されているため、ロータから発生する磁束は一定である。このため、PMSMでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、ある回転速度以上では、トルクに寄与しない電流をステータコイルに流して永久磁石からの磁束を相殺し、ロータからの磁界を実質的に弱める弱め界磁制御が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと回転電機から出力されるトルクに対してステータコイルに流れる電流が大きくなるため、銅損が大きくなり効率が低下する。また、永久磁石からステータに到達する磁束が一定のままでは、ロータの回転速度が高い領域において、ステータコアに生じる鉄損も大きくなり効率が低下する。そこで、ロータが備える永久磁石からステータに到達する磁束をロータの回転速度に応じて変化させる可変磁束型の回転電機が提案されている。特開2007−159219号公報(特許文献1)には、同軸に配置された内周側ロータ(11)、外周側ロータ(12)、遊星歯車機構(14)とにより構成した可変磁束型の回転電機(10)が開示されている(図1〜図4、要約等参照。括弧内の符号は、特許文献1のもの。)。   Today, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is widely used. In PMSM, since the permanent magnet is usually fixed to the rotor core, the magnetic flux generated from the rotor is constant. For this reason, in PMSM, the induced voltage generated in the stator coil increases as the rotational speed of the rotor increases, but it is necessary to control the induced voltage so as not to exceed the drive voltage. For this reason, at a certain rotational speed or higher, field weakening control is performed in which a current that does not contribute to torque is passed through the stator coil to cancel the magnetic flux from the permanent magnet, and the magnetic field from the rotor is substantially weakened. However, if field-weakening control is performed, the current flowing through the stator coil increases with respect to the torque output from the rotating electrical machine, resulting in increased copper loss and reduced efficiency. Further, if the magnetic flux reaching the stator from the permanent magnet remains constant, the iron loss generated in the stator core also increases in the region where the rotational speed of the rotor is high, and the efficiency decreases. Therefore, a variable magnetic flux type rotating electrical machine has been proposed in which the magnetic flux reaching the stator from the permanent magnet provided in the rotor is changed according to the rotational speed of the rotor. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-159219 (Patent Document 1) discloses a variable magnetic flux type rotation constituted by an inner circumferential rotor (11), an outer circumferential rotor (12), and a planetary gear mechanism (14) arranged coaxially. An electric machine (10) is disclosed (see FIGS. 1 to 4, abstracts and the like. Reference numerals in parentheses are those of Patent Document 1).

ところで、埋込磁石型の回転電機(IPMSM : interior PMSM)では、ロータ表面の磁気抵抗がロータ回転方向の位置によって異なることが多い。このためIPMSMでは、ステータコイルを流れる電流により生じる電機子磁束と永久磁石の界磁磁束との吸引反発力によるマグネットトルクの他、電機子磁束とロータの鉄心との吸引反発力によるリラクタンストルクも回転電機のトルクとして利用することができる。可変磁束型ではない回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布がほぼ一定であるが、可変磁束型の回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布が変化する。つまり、可変磁束型の回転電機では、界磁磁束の調整によって、マグネットトルクだけではなくリラクタンストルクも変化することになる。従って、可変磁束型の回転電機の界磁磁束を調整するに際しては、リラクタンストルクに影響するロータ表面の磁気抵抗も考慮することが好ましい。また、回転電機は、電動機(力行運転)及び発電機(回生運転)として機能させることが可能であり、界磁磁束の調整に際しては、回転電機の運転状態(力行運転状態又は回生運転状態)なども考慮されることが好ましい。   By the way, in an interior magnet type rotating electrical machine (IPMSM: interior PMSM), the magnetic resistance of the rotor surface often differs depending on the position in the rotor rotating direction. For this reason, in IPMSM, in addition to the magnet torque due to the attractive repulsive force between the armature magnetic flux generated by the current flowing through the stator coil and the field magnetic flux of the permanent magnet, the reluctance torque due to the attractive repulsive force between the armature magnetic flux and the rotor core also rotates. It can be used as the torque of the electric machine. In a rotating electrical machine that is not a variable magnetic flux type, the distribution of the magnetic resistance on the rotor surface is substantially constant, whereas in the variable magnetic flux type rotating electrical machine, the distribution of the magnetic resistance on the rotor surface changes. That is, in the variable magnetic flux type rotating electric machine, not only the magnet torque but also the reluctance torque is changed by adjusting the field magnetic flux. Therefore, when adjusting the field magnetic flux of the variable magnetic flux type rotating electrical machine, it is preferable to consider the magnetic resistance of the rotor surface that affects the reluctance torque. The rotating electrical machine can function as an electric motor (power running operation) and a generator (regenerative operation). When adjusting the field magnetic flux, the operating state of the rotating electrical machine (power running operation state or regenerative operation state), etc. Is also preferably taken into account.

しかし、単純にトルク及び回転速度に応じて界磁磁束の調整を行なうだけでは、このような回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することができない場合がある。また、これらを考慮して界磁磁束の調整を行なう際に、2つのロータ間の位相の調整量が大きくなる状況が生じると、必要な界磁磁束を得られるまでの時間が長くなり、応答性が悪化したり、機械損の増加によって回転電機の損失が増加したりする可能性がある。   However, simply adjusting the field magnetic flux according to the torque and rotation speed takes into consideration the change in the magnetic resistance of the rotor surface due to the operating state of the rotating electrical machine and the adjustment of the field magnetic flux. In some cases, the adjustment of the magnetic flux cannot be optimally controlled. Also, when adjusting the field magnetic flux in consideration of these, if a situation occurs in which the amount of phase adjustment between the two rotors becomes large, the time required to obtain the required field magnetic flux becomes longer, and the response There is a possibility that the loss of the rotating electrical machine may increase due to the deterioration of the performance or the increase in mechanical loss.

特開2007−159219号公報JP 2007-159219 A

上記背景に鑑みて、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることができる技術の提供が望まれる。   In view of the above background, it is possible to optimally control the adjustment of the field magnetic flux in consideration of the operating state of the variable magnetic flux type rotating electrical machine and the change in the magnetic resistance of the rotor surface due to the adjustment of the field magnetic flux, It is desired to provide a technique capable of suppressing the amount of adjustment of the phase between the rotors for field adjustment.

上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ及び第2ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第1位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第2位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する点にある。
In view of the above problems, the characteristic configuration of the rotating electrical machine control device according to the present invention is as follows.
A rotor unit having a first rotor and a second rotor capable of adjusting a relative position in a circumferential direction within a certain range; and a stator having a stator coil; and the stator generated by a permanent magnet provided in the rotor unit. A rotating electrical machine control device for controlling a variable magnetic flux type rotating electrical machine capable of adjusting a field magnetic flux linked to a coil according to the relative position,
The phase command indicating the relative position for adjusting the field magnetic flux is determined on the basis of a phase map defined according to a target torque and a rotational speed, and the first rotor and the second rotor are determined. A relative phase control unit that adjusts the relative position with the rotor is provided.
The phase map includes a low rotational speed region phase map in which the phase command is defined within a first phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux is maximum, and the field magnetic flux is minimum. A high rotational speed region phase map in which the phase command is defined within a second phase range set to include the relative position
The relative phase control unit switches and refers to the low rotational speed range phase map and the high rotational speed range phase map based on the rotational speed, and determines the phase command.

上述したように、PMSMでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、回転速度に応じてロータからの界磁磁界が調整される。但し、界磁磁束の調整によってロータ表面の磁気抵抗も変化するため、界磁磁束の調整はマグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクにも影響を与える。このため、本特徴構成のように、目標トルクと回転速度とに応じて規定された位相マップに基づいて、第1ロータと第2ロータとの相対位置を示す位相指令が決定されると好適である。ここで、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されていない可能性が高いので、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第1位相範囲内で位相指令が規定された低回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。一方、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されている可能性が高くなるので、界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第2位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。本特徴構成によれば、相対位相制御部は、回転速度に基づいて低回転速度域位相マップと高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、位相指令を決定する。これにより、相対位相制御部は、それぞれの回転速度域に応じて、ロータ間位相の調整量が抑制された位相指令を決定することが可能となる。このように、本特徴構成によれば、位相マップを用いることによって、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることが可能となる。   As described above, in PMSM, the induced voltage generated in the stator coil increases as the rotational speed of the rotor increases. It is necessary to control the induced voltage so as not to exceed the drive voltage. For this reason, the field magnetic field from a rotor is adjusted according to a rotational speed. However, since the magnetic resistance of the rotor surface also changes due to the adjustment of the field magnetic flux, the adjustment of the field magnetic flux affects not only the magnet torque but also the reluctance torque. For this reason, it is preferable that the phase command indicating the relative position between the first rotor and the second rotor is determined based on the phase map defined in accordance with the target torque and the rotational speed as in this feature configuration. is there. Here, when the rotating electrical machine is operating in a low rotational speed range, it is highly likely that the field magnetic flux is not greatly limited, so that the relative position where the field magnetic flux is maximized is set. It is preferable that the phase command is determined based on a low rotational speed region phase map in which the phase command is defined within the first phase range. On the other hand, when the rotating electrical machine is operating in a high rotational speed range, it is highly possible that the field magnetic flux is greatly restricted, so that the relative position at which the field magnetic flux is minimized is set. It is preferable that the phase command is determined based on a high rotational speed region phase map in which the phase command is defined within the second phase range. According to this feature configuration, the relative phase control unit switches and refers to the low rotational speed region phase map and the high rotational speed region phase map based on the rotational speed, and determines the phase command. Accordingly, the relative phase control unit can determine a phase command in which the adjustment amount of the inter-rotor phase is suppressed according to each rotation speed region. As described above, according to this feature configuration, by using the phase map, the operating state of the variable magnetic flux type rotating electrical machine and the change in the magnetic resistance of the rotor surface due to the adjustment of the field magnetic flux are taken into account. While making it possible to optimally control the adjustment, it is possible to reduce the amount of adjustment of the phase between the rotors for field adjustment.

ところで、回転電機の回転速度が低回転速度域から高回転速度域に移行した場合、力行運転状態であれば逆起電力を抑制するために、回生運転状態であれば発電量を調整するために、界磁磁束を制限する必要が生じる可能性が高くなる。一方、回転電機の回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行した場合は、逆に界磁磁束を制限する必要性が低下する可能性が高くなる。従って、上述したように、各回転速度域に適した位相マップが回転速度に基づいて参照され、位相指令が決定されると好ましい。ここで、回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の1つの形態を考えると、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行する場合がある。例えば、回転電機が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機の運転状態が回生運転状態となり、回転速度が低下するような事例である。この際、再び加速手段が操作されることによって、回転電機が力行運転状態に切り替わる場合がある。そして、力行運転が再開されると回転速度が上昇し、再び低回転速度域から高回転速度域へと回転速度が移行する可能性がある。このような場合には、回転速度及び目標トルクの双方が変化し、例えば、力行運転状態で高回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域、回生運転状態で低回転速度域、力行運転状態で低回転速度域、そして、力行運転状態で高回転速度域と、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性がある。一方、単純に回転速度が上昇する場合には、力行運転状態で低回転速度域から、力行運転状態で高回転速度域への切り替わりや、回生運転状態で低回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域への切り替わりとなるから、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性は比較的低い。運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わると、制御の安定性が低下したり、両ロータの相対位置の調整量が増加して損失が増加したりする可能性がある。   By the way, when the rotational speed of the rotating electrical machine shifts from the low rotational speed range to the high rotational speed range, to suppress the back electromotive force in the powering operation state and to adjust the power generation amount in the regenerative operation state There is a high possibility that the field magnetic flux needs to be limited. On the other hand, when the rotation speed of the rotating electrical machine shifts from the high rotation speed region to the low rotation speed region, the necessity for limiting the field magnetic flux decreases. Therefore, as described above, it is preferable that a phase map suitable for each rotation speed region is referred to based on the rotation speed and the phase command is determined. Here, considering one form in which the rotational speed shifts from the high rotational speed range to the low rotational speed range, when the power running operation in the high rotational speed range is stopped and the regenerative operation is performed by inertial force. In some cases, the rotational speed decreases to shift to a low rotational speed range. For example, when the rotating electrical machine is a vehicle driving force source or the like, the operating state of the rotating electrical machine becomes a regenerative operating state by loosening acceleration means such as an accelerator pedal, and the rotational speed is reduced. At this time, the rotating electric machine may be switched to the power running operation state by operating the acceleration means again. Then, when the power running operation is resumed, the rotational speed increases, and there is a possibility that the rotational speed again shifts from the low rotational speed region to the high rotational speed region. In such a case, both the rotational speed and the target torque change. For example, from the high rotational speed range in the power running state, the high rotational speed range in the regenerative operation state, the low rotational speed range in the regenerative operation state, and the power running operation. There is a possibility that the low rotational speed region is switched in the state, the high rotational speed region is switched in the power running state, and the operation state and the rotational speed region are switched in combination. On the other hand, when the rotational speed simply increases, switching from the low rotational speed range in the power running state to the high rotational speed range in the power running state, or from the low rotational speed range in the regenerative operation state, to the regenerative operation state. Since switching to the high rotation speed range is performed, the possibility that the operating state and the rotation speed range are switched in a complex manner is relatively low. If the operating state and the rotational speed range are switched in combination, the stability of the control may decrease, or the amount of adjustment of the relative position of both rotors may increase, resulting in an increase in loss.

このように運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性及びできるだけ少ない調整量で相対位置の制御を実行するために、本発明に係る回転電機制御装置が以下のように構成されると好適である。つまり、1つの好適な態様として、本発明に係る回転電機制御装置の前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える構成とするとよい。   In order to suppress the switching between the operating state and the rotational speed range in this way as much as possible, and to control the relative position with high stability and as little adjustment as possible, the rotating electrical machine control device according to the present invention is as follows. It is preferable to be configured as follows. That is, as one preferable aspect, the relative phase control unit of the rotating electrical machine control device according to the present invention is configured such that the rotation speed changes from a low rotation speed to a high rotation speed and becomes equal to or greater than a predetermined rotation speed threshold value. In this case, the phase map of the reference destination is switched from the low rotational speed range phase map to the high rotational speed range phase map, and the rotational speed is changed from the high rotational speed to the low rotational speed and the rotational speed is increased. When the threshold value is less than the threshold value, the phase map to be referred to is switched from the high rotational speed region phase map to the low rotational speed region phase map on condition that the rotating electrical machine is in a power running state. It may be configured.

上述したように、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は低い。一方、回転電機が高速で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、上述したように、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第1位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。一方、高回転速度域に対応する回転速度域位相マップは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第2位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。さらに、これら第1位相範囲及び第2位相範囲は、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。1つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記第1位相範囲が、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、前記第2位相範囲が、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されていると好適である。   As described above, when the rotating electrical machine is operating in the low rotational speed region, the necessity for greatly limiting the field magnetic flux is low. On the other hand, when the rotating electrical machine is operating at a high speed, the necessity of greatly limiting the field magnetic flux becomes relatively high. Therefore, as described above, the low rotational speed region phase map corresponding to the low rotational speed region has the phase command defined within the first phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux becomes maximum. It is preferable. On the other hand, the rotational speed region phase map corresponding to the high rotational speed region preferably has a phase command defined within a second phase range set so as to include a relative position where the field magnetic flux is minimized. Furthermore, when the first phase range and the second phase range are quantitatively set on the basis of the relative position where the field magnetic flux is maximized or the relative position where the field magnetic flux is minimized, the reproducibility is good, Deployment to various types of rotating electrical machines becomes easy. As one aspect, in the rotating electrical machine control device according to the present invention, the first phase range is such that the field magnetic flux on both sides in the circumferential direction is minimum with the relative position at which the field magnetic flux is maximized as the center. The relative position is set to a range having the outer edge as the outer edge, and the second phase range is set to maximize the field flux on both sides in the circumferential direction around the relative position where the field flux is minimized. It is preferable that the relative position is set in a range having an outer edge.

上述したように、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第2位相範囲内で位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定される。界磁磁束が最小となる相対位置は、回転電機の力行運転状態及び回生運転状態でのトルクが最小となる相対位置である。第2位相範囲は、この相対位置をほぼ中央として、一方の外縁へ行くほど回転電機の力行運転状態の時のトルクが大きくなり、他方の外縁へ行くほど回生運転状態でのトルクが大きくなるように設定されると、回転電機の運転状態に応じて最適な位相指令が規定できて好適である。つまり、第2位相範囲が、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクに応じた相対位置を基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。   As described above, when the rotating electrical machine is operating in a high rotational speed range, the phase command is defined within the second phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux is minimized. A phase command is determined based on the rotation speed region phase map. The relative position at which the field magnetic flux is minimized is a relative position at which the torque in the power running operation state and the regenerative operation state of the rotating electrical machine is minimized. The second phase range is such that the relative position is substantially in the center, and the torque in the powering operation state of the rotating electrical machine increases as it goes to one outer edge, and the torque in the regenerative operation state increases as it goes to the other outer edge. When set to, an optimum phase command can be defined according to the operating state of the rotating electrical machine, which is preferable. In other words, when the second phase range is quantitatively set based on the relative position according to the torque in the power running state and the regenerative operation state, the reproducibility is good and the development to various types of rotating electrical machines is easy. It becomes.

ところで、可変磁束型ではない回転電機では、ロータ(ロータユニット)の表面の磁気抵抗に変化は生じないが、可変磁束型の回転電機では、ロータ(ロータユニット)の表面の磁気抵抗も変化する。そして、このようなロータ(ロータユニット)の表面の磁気抵抗が変化する回転電機では、ロータ(ロータユニット)の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ(ロータユニット)の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。回転電機を制御する手法として、永久磁石により構成される磁極の中心を通る軸と、この軸に対して電気的に直交する軸とを、永久磁石基準の直交軸としたベクトル空間におけるベクトル制御が知られている。しかし、ロータ(ロータユニット)の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ(ロータユニット)の表面における磁束密度最大位置とが異なる場合には、このような永久磁石基準のベクトル空間に対して電気角上の回転偏差を有した回転ベクトル空間においてベクトル制御が実施される場合がある。この回転ベクトル空間において回転電機を制御すると、回転偏差の影響により、例えばマグネットトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機に対する損失ともなる。従って、特に界磁磁束を制限する場合の多い高回転速度域での動作に対応する第2位相範囲は、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクや損失の少なさに応じて定量的に設定されると好適である。このような定量的な設定は、例えば、第1ロータ及び第2ロータの周方向の相対位置を示す位相の可変範囲の全域を、原点を中心とする360°の描画範囲で表すグラフにおける位相範囲によって規定することができる。力行運転に適した位相範囲、回生運転に適した位相範囲は、当該グラフにおける90°の描画範囲ごとに現れるので、これらの位相範囲は、当該グラフに適切な直交軸を設定した場合における象限として規定されてもよい。   By the way, in the rotating electric machine that is not a variable magnetic flux type, the magnetic resistance on the surface of the rotor (rotor unit) does not change, but in the variable magnetic flux type rotating electric machine, the magnetic resistance on the surface of the rotor (rotor unit) also changes. In such a rotating electrical machine in which the magnetic resistance of the surface of the rotor (rotor unit) changes, a position electrically orthogonal to the center of the magnetic pole constituted by the permanent magnet on the surface of the rotor (rotor unit); In some cases, the armature magnetic flux induced by the current flowing through the stator coil has a different magnetic flux density maximum position on the surface of the rotor (rotor unit). As a method for controlling a rotating electrical machine, vector control in a vector space in which an axis passing through the center of a magnetic pole constituted by a permanent magnet and an axis electrically orthogonal to the axis is an orthogonal axis based on a permanent magnet is used. Are known. However, the position of the rotor (rotor unit) on the surface of the rotor (rotor unit) that is electrically orthogonal to the center of the magnetic pole constituted by the permanent magnet and the surface of the rotor (rotor unit) of the armature magnetic flux induced by the current flowing through the stator coil When the magnetic flux density maximum position in is different, vector control may be performed in a rotation vector space having a rotation deviation in electrical angle with respect to the permanent magnet-based vector space. When the rotating electrical machine is controlled in this rotation vector space, a phenomenon occurs in which, for example, a regenerative torque is generated in a part of the magnet torque due to the influence of the rotation deviation. This is also a loss for the rotating electrical machine. Therefore, the second phase range corresponding to the operation in the high rotation speed region, which often limits the field magnetic flux, is quantitatively set according to the torque and loss in the power running state and the regenerative operation state. Is preferred. Such a quantitative setting is, for example, a phase range in a graph in which the entire variable range of the phase indicating the relative position in the circumferential direction of the first rotor and the second rotor is represented by a 360 ° drawing range centered on the origin. Can be defined by Since the phase range suitable for power running and the phase range suitable for regenerative operation appear for each 90 ° drawing range in the graph, these phase ranges are quadrants when an appropriate orthogonal axis is set in the graph. It may be specified.

具体的な1つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記回転電機が、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、前記第2位相範囲が、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されていると好適である。   As a specific aspect, the rotating electrical machine control device according to the present invention is configured such that the rotating electrical machine is electrically connected to the center of the magnetic pole formed by the permanent magnet on the surface of the rotor unit by adjusting the relative position. And the position where the armature magnetic flux induced by the current flowing through the stator coil is different from the maximum magnetic flux density position on the surface of the rotor unit, and the second phase range is the rotation The relative position where the field magnetic flux in the phase range suitable for the power running operation is minimized from the relative position where the field magnetic flux in the phase range suitable for the power running operation of the electric machine is maximum, and the phase suitable for the regenerative operation. The range is set to a range up to the relative position where the field magnetic flux in the phase range suitable for the regenerative operation is maximized through the relative positions where the field magnetic flux in the range is minimum. It is preferable to have that.

可変磁束型の回転電機の構成の一例を示すスケルトン図Skeleton diagram showing an example of configuration of variable magnetic flux type rotating electrical machine 電気角1周期分における磁極及び突極の関係の一例を示す図The figure which shows an example of the relationship between the magnetic pole and the salient pole in one electrical angle period 界磁磁束が最大となる相対位相(0度)の磁束分布の一例を示す図The figure which shows an example of magnetic flux distribution of the relative phase (0 degree) in which field magnetic flux becomes the maximum 界磁磁束が最小となる相対位相(90度)の磁束分布の一例を示す図The figure which shows an example of magnetic flux distribution of the relative phase (90 degree | times) where field magnetic flux becomes the minimum 相対位相90度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図The figure which shows an example of magnetic flux distribution of the armature magnetic flux of relative phase 90 degrees 相対位相45度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図The figure which shows an example of magnetic flux distribution of the armature magnetic flux of relative phase 45 degree | times 回転電機制御装置の構成の一例を模式的に示すブロック図Block diagram schematically showing an example of the configuration of a rotating electrical machine control device ベクトル空間の相対関係を示す図Diagram showing relative relationship in vector space 第1位相範囲及び第2位相範囲の一例を示す図The figure which shows an example of a 1st phase range and a 2nd phase range 低回転速度域位相マップの一例を示す図Figure showing an example of a low rotation speed region phase map 高回転速度域位相マップの一例を示す図Figure showing an example of a high rotation speed region phase map 界磁磁束調整時の相対位置の調整幅(位相差)の一例を示す図The figure which shows an example of the adjustment width (phase difference) of the relative position at the time of field magnetic flux adjustment 相対位相0度の時のトルク特性の一例を示すグラフGraph showing an example of torque characteristics when the relative phase is 0 degree 相対位相45度の時のトルク特性の一例を示すグラフGraph showing an example of torque characteristics when the relative phase is 45 degrees 相対位相67度の時のトルク特性の一例を示すグラフGraph showing an example of torque characteristics when the relative phase is 67 degrees 第1位相範囲及び第2位相範囲の他の例を示す図The figure which shows the other example of a 1st phase range and a 2nd phase range

以下、本発明の実施形態を、可変磁束型の回転電機を制御対象とする回転電機制御装置を例として説明する。はじめに、図1〜図6を利用して、本実施形態において例示する可変磁束型の回転電機の構造、及び電気的な特性(特に、ロータの非対称突極性)について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by way of an example of a rotating electrical machine control device that controls a variable magnetic flux rotating electrical machine. First, the structure and electrical characteristics (particularly, the asymmetric saliency of the rotor) of the variable magnetic flux type rotating electrical machine exemplified in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施形態で例示する可変磁束型の回転電機100は、回転機構部20と、相対位置調整機構50とを有して構成される。回転機構部20は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ41及び第2ロータ42を有するロータユニット40と、ステータコイル32を有するステータ30とを備えて構成されている。本例では、回転機構部20は、相対的にステータ30の内側にロータユニット40が備えられたインナーロータ型の構造である。ロータユニット40は、相対的に内側に配置される内側ロータ(第1ロータ41)と相対的に外側に配置される外側ロータ(第2ロータ42)とを有して構成されている。第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置は、相対位置調整機構50により調整可能である。ステータコイル32に鎖交する界磁磁束は、この相対位置の調整により、つまり、第1ロータ41と第2ロータ42との周方向(ロータ回転方向)の相対位置に応じて変化する。即ち、回転電機100は、ロータユニット40に備えられた永久磁石により生じてステータコイル32に鎖交する界磁磁束を、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機である。   As shown in FIG. 1, the variable magnetic flux type rotating electrical machine 100 exemplified in this embodiment includes a rotating mechanism unit 20 and a relative position adjusting mechanism 50. The rotation mechanism unit 20 includes a rotor unit 40 having a first rotor 41 and a second rotor 42 capable of adjusting a relative position in the circumferential direction within a certain range, and a stator 30 having a stator coil 32. Yes. In this example, the rotation mechanism unit 20 has an inner rotor type structure in which the rotor unit 40 is relatively provided inside the stator 30. The rotor unit 40 includes an inner rotor (first rotor 41) disposed relatively inside and an outer rotor (second rotor 42) disposed relatively outside. The relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42 can be adjusted by the relative position adjustment mechanism 50. The field magnetic flux interlinked with the stator coil 32 changes according to the adjustment of the relative position, that is, according to the relative position in the circumferential direction (rotor rotation direction) between the first rotor 41 and the second rotor 42. That is, the rotating electrical machine 100 can adjust the field magnetic flux generated by the permanent magnet provided in the rotor unit 40 and interlinked with the stator coil 32 in accordance with the relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42. This is a variable magnetic flux type rotating electrical machine.

ロータユニット40を構成する第1ロータ41及び第2ロータ42の少なくとも一方には永久磁石が備えられる。本実施形態では、第1ロータ41のみに永久磁石が備えられる。図2、図3等に示すように、第1ロータ41は、ロータコア(第1ロータコア43)の内部に埋め込まれて、ステータコイル32と鎖交する界磁磁束を提供する永久磁石24(24N,24S)を備えて構成される。一方、第2ロータ42は、界磁磁束に対して磁気抵抗となる磁気抵抗部としての空隙48をロータコア(第2ロータコア44)に備えて構成される。これら2つのロータ41,42の周方向の相対位置に応じてステータコイル32に鎖交する界磁磁束が変化し、可変磁束型の回転機構部20が実現される。図1に示すように、回転機構部20は、第1ロータ41と第2ロータ42との周方向の相対位置を調整する相対位置調整機構50と共に可変磁束型の回転電機100を構成する。回転電機100の駆動力(トルクと同義)は出力軸Xに伝達可能に構成されている。   At least one of the first rotor 41 and the second rotor 42 constituting the rotor unit 40 is provided with a permanent magnet. In the present embodiment, only the first rotor 41 is provided with a permanent magnet. As shown in FIGS. 2, 3, etc., the first rotor 41 is embedded in the rotor core (first rotor core 43) and provides a permanent magnet 24 (24 N, 24 N, which provides a field magnetic flux interlinking with the stator coil 32. 24S). On the other hand, the second rotor 42 is configured by providing the rotor core (second rotor core 44) with an air gap 48 as a magnetic resistance portion that becomes a magnetic resistance against the field magnetic flux. The field magnetic flux interlinking with the stator coil 32 changes according to the relative positions of the two rotors 41 and 42 in the circumferential direction, so that the variable magnetic flux type rotating mechanism 20 is realized. As shown in FIG. 1, the rotating mechanism unit 20 constitutes a variable magnetic flux type rotating electrical machine 100 together with a relative position adjusting mechanism 50 that adjusts the relative position of the first rotor 41 and the second rotor 42 in the circumferential direction. The driving force (synonymous with torque) of the rotating electrical machine 100 is configured to be transmitted to the output shaft X.

回転機構部20の電機子を構成するステータ30は、ステータコア31とステータコア31に巻装されたステータコイル32とを備えている。ステータコア31は、本例では、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されており、円筒状に形成されてケース(図示は省略)に固定されている。界磁を構成するロータユニット40は、ステータ30の径内方向R1側において、ステータ30に対して回転軸周りに回転可能に上記ケースに支持されている(図示は省略)。第1ロータ41の第1ロータコア43及び第2ロータ42の第2ロータコア44は、本例では、ステータコア31と同様に複数枚の電磁鋼板を積層して構成されている。ロータユニット40を構成する第2ロータ42は、一定の径方向厚さを有する円筒状に形成され、内側に第1ロータ41を備えている。第1ロータ41と第2ロータ42とは、同軸に配置される。図1に示すように、第1ロータコア43及び第2ロータコア44は、径方向R視において重複するように配置されている。本例では、第1ロータコア43及び第2ロータコア44は、軸方向Lに同じ長さ(軸方向長さ)を有し、径方向R視において完全に重複するように配置されている。第1ロータ41は、第1ロータコア43を支持すると共に第1ロータコア43と一体回転する第1ロータコア支持部材45を備えている。また、第2ロータ42は、第2ロータコア44を支持すると共に第2ロータコア44と一体回転する、第2ロータコア支持部材46を備えている。   The stator 30 constituting the armature of the rotation mechanism unit 20 includes a stator core 31 and a stator coil 32 wound around the stator core 31. In this example, the stator core 31 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, is formed in a cylindrical shape, and is fixed to a case (not shown). The rotor unit 40 constituting the field is supported by the case (not shown) so as to be rotatable about the rotation axis with respect to the stator 30 on the radial inner side R1 side of the stator 30. In the present example, the first rotor core 43 of the first rotor 41 and the second rotor core 44 of the second rotor 42 are configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the same manner as the stator core 31. The second rotor 42 constituting the rotor unit 40 is formed in a cylindrical shape having a certain radial thickness, and includes a first rotor 41 on the inner side. The first rotor 41 and the second rotor 42 are arranged coaxially. As shown in FIG. 1, the first rotor core 43 and the second rotor core 44 are arranged so as to overlap in the radial direction R view. In this example, the first rotor core 43 and the second rotor core 44 have the same length (axial length) in the axial direction L, and are disposed so as to completely overlap in the radial direction R view. The first rotor 41 includes a first rotor core support member 45 that supports the first rotor core 43 and rotates integrally with the first rotor core 43. The second rotor 42 includes a second rotor core support member 46 that supports the second rotor core 44 and rotates integrally with the second rotor core 44.

本実施形態では、図2及び図3に示すように、第2ロータコア44は、両ロータ41,42の相対位置が所定の基準位置(相対位相γ=0度)にある状態で、周方向に隣接する磁極Fの磁極端部FTの間(即ち、磁極間)に配置され、界磁磁束に対して磁気抵抗となる空隙(磁極間空隙、磁気抵抗部)48を備えている。この空隙48により、第1ロータ41と第2ロータ42との間の周方向の相対位置に応じてステータコイル32に到達する鎖交磁束が変化する。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the second rotor core 44 is arranged in the circumferential direction in a state where the relative positions of the rotors 41 and 42 are at a predetermined reference position (relative phase γ = 0 degrees). It is disposed between the magnetic pole ends FT of the adjacent magnetic poles F (that is, between the magnetic poles), and includes a gap (magnetic gap between magnetic poles, magnetoresistive portion) 48 that becomes a magnetic resistance against the field magnetic flux. The gap 48 changes the interlinkage magnetic flux that reaches the stator coil 32 according to the circumferential relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42.

図3及び図4は、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置(相対位相γ)に応じた、マグネットトルクに関係する界磁磁束(d軸磁束)を破線により例示している。相対位相γは、電気角で示されている。図3及び図4は、ロータユニット40の軸直交断面を示しており、おおよそ電気角の1周期に相当する部分断面図である。例えば、図3は、永久磁石24から第2ロータコア44内を通る漏れ磁束が抑制されてステータ30に到達する磁束(界磁磁束)が多くなる状態を例示している。一方、図4は、第2ロータコア44内を通る漏れ磁束が多くなってステータ30に到達する磁束が少なくなる状態を例示している。このように、永久磁石24及び空隙48は、ステータ30に到達する磁束(界磁磁束)が多くなる状態(図3:γ=0度)と、ステータ30に到達する磁束が少なくなる状態(図4:γ=90度)との間で遷移可能に配置されている。つまり、第1ロータ41と第2ロータ42との間の周方向の相対位置を調整することによって、ステータコイル32に到達する鎖交磁束が調整可能である。   3 and 4 exemplify the field magnetic flux (d-axis magnetic flux) related to the magnet torque corresponding to the relative position (relative phase γ) between the first rotor 41 and the second rotor 42 by broken lines. The relative phase γ is indicated by an electrical angle. 3 and 4 show a cross-section perpendicular to the axis of the rotor unit 40, and are partial cross-sectional views corresponding approximately to one cycle of an electrical angle. For example, FIG. 3 illustrates a state in which the magnetic flux (field magnetic flux) reaching the stator 30 is increased by suppressing the leakage magnetic flux from the permanent magnet 24 through the second rotor core 44. On the other hand, FIG. 4 illustrates a state in which the leakage magnetic flux passing through the second rotor core 44 increases and the magnetic flux reaching the stator 30 decreases. As described above, the permanent magnet 24 and the air gap 48 are in a state where the magnetic flux reaching the stator 30 (field magnetic flux) increases (FIG. 3: γ = 0 degrees) and in a state where the magnetic flux reaching the stator 30 decreases (FIG. 4: γ = 90 degrees). That is, the linkage flux reaching the stator coil 32 can be adjusted by adjusting the relative position in the circumferential direction between the first rotor 41 and the second rotor 42.

図1に示すように、相対位置調整機構50は、第1ロータコア43と一体回転する第1ロータコア支持部材45と、第2ロータコア44と一体回転する第2ロータコア支持部材46との間の周方向の相対位置を調整する機構である。本実施形態では、相対位置調整機構50は、第1差動歯車装置51及び第2差動歯車装置52の2つの差動歯車装置(差動歯車機構)を備えて構成される。第1差動歯車装置51及び第2差動歯車装置52は、本実施形態では、3つの回転要素を備えたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。第1差動歯車装置51は、複数のピニオンギヤを支持する第1キャリヤ51bと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第1サンギヤ51a及び第1リングギヤ51cとを回転要素として有している。また、第2差動歯車装置52は、複数のピニオンギヤを支持する第2キャリヤ52bと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第2サンギヤ52a及び第2リングギヤ52cとを回転要素として有している。   As shown in FIG. 1, the relative position adjusting mechanism 50 has a circumferential direction between a first rotor core support member 45 that rotates integrally with the first rotor core 43 and a second rotor core support member 46 that rotates integrally with the second rotor core 44. This is a mechanism for adjusting the relative position. In the present embodiment, the relative position adjusting mechanism 50 is configured to include two differential gear devices (differential gear mechanisms), a first differential gear device 51 and a second differential gear device 52. In the present embodiment, the first differential gear device 51 and the second differential gear device 52 are configured by a single pinion type planetary gear mechanism including three rotating elements. The first differential gear device 51 includes a first carrier 51b that supports a plurality of pinion gears, and a first sun gear 51a and a first ring gear 51c that mesh with the pinion gears, respectively, as rotating elements. The second differential gear device 52 includes a second carrier 52b that supports a plurality of pinion gears, and a second sun gear 52a and a second ring gear 52c that mesh with the pinion gears, respectively, as rotating elements.

第1サンギヤ51aは、第1ロータコア支持部材45と一体回転するように駆動連結され、第2サンギヤ52aは、第2ロータコア支持部材46と一体回転するように駆動連結されている。第1キャリヤ51b及び第2キャリヤ52bは、出力軸Xと一体回転するように駆動連結されている。これにより、第1ロータコア支持部材45及び第2ロータコア支持部材46は、相対位置調整機構50を介して出力軸Xに駆動連結される。即ち、本例では、第1ロータコア支持部材45と第2ロータコア支持部材46との双方が、相対位置調整機構50を介して共通の出力軸Xに駆動連結されている。また、第2リングギヤ52cは、リング状部材を介してケースの内壁80に固定されている。   The first sun gear 51a is drive-coupled to rotate integrally with the first rotor core support member 45, and the second sun gear 52a is drive-coupled to rotate integrally with the second rotor core support member 46. The first carrier 51b and the second carrier 52b are drivingly connected so as to rotate integrally with the output shaft X. Thus, the first rotor core support member 45 and the second rotor core support member 46 are drivingly connected to the output shaft X via the relative position adjustment mechanism 50. That is, in this example, both the first rotor core support member 45 and the second rotor core support member 46 are drivingly connected to the common output shaft X via the relative position adjustment mechanism 50. The second ring gear 52c is fixed to the inner wall 80 of the case via a ring-shaped member.

第1リングギヤ51cの外周面(径外方向R2を向く面、以下同様)にはウォームホイール54bが設けられている。このウォームホイール54bは、第1リングギヤ51cの回転位置(周方向位置)を調整するためのウォームギヤ54aと噛み合っている。ウォームギヤ54aは、モータなどの駆動力源(アクチュエータ)56と接続されている(図7参照)。この駆動力源56によりウォームギヤ54aを回転させることで、ウォームホイール54bを介して第1リングギヤ51cの回転位置(周方向位置)を変えることができる。第1リングギヤ51cの回転位置の調整時には駆動力源56によりウォームギヤ54aが回転駆動され、調整時以外では停止した駆動力源56を介してウォームギヤ54aが固定される。つまり、第1リングギヤ51cは、回転位置の調整時を除いて固定された状態となる。   A worm wheel 54b is provided on the outer peripheral surface of the first ring gear 51c (the surface facing the radially outward direction R2, hereinafter the same). The worm wheel 54b meshes with a worm gear 54a for adjusting the rotational position (circumferential position) of the first ring gear 51c. The worm gear 54a is connected to a driving force source (actuator) 56 such as a motor (see FIG. 7). By rotating the worm gear 54a by the driving force source 56, the rotational position (circumferential position) of the first ring gear 51c can be changed via the worm wheel 54b. When the rotational position of the first ring gear 51c is adjusted, the worm gear 54a is rotationally driven by the driving force source 56, and the worm gear 54a is fixed via the stopped driving force source 56 except during the adjustment. That is, the first ring gear 51c is in a fixed state except when the rotational position is adjusted.

本実施形態では、第1キャリヤ51bと第2キャリヤ52bとは一体的に一体キャリヤ53を構成しており、一体キャリヤ53が出力軸Xと一体回転するように駆動連結されている。また、本実施形態では、第1差動歯車装置51と第2差動歯車装置52とは互いに同径に構成され、第1差動歯車装置51の歯数比(=第1サンギヤ51aの歯数/第1リングギヤ51cの歯数)と第2差動歯車装置52の歯数比(=第2サンギヤ52aの歯数/第2リングギヤ52cの歯数)とは互いに等しく設定されている。そして、第1リングギヤ51cの回転位置の調整時を除いて、第1リングギヤ51c及び第2リングギヤ52cの双方は固定された状態となる。よって、第1サンギヤ51aに駆動連結された第1ロータコア支持部材45と、第2サンギヤ52aに駆動連結された第2ロータコア支持部材46とは、互いに同じ回転速度(ロータ回転速度)で回転する。本実施形態では、出力軸Xの回転速度は、ロータ回転速度に対して減速されたものとなり、出力軸Xには、回転機構部20のトルクが増幅されて伝達される。   In the present embodiment, the first carrier 51b and the second carrier 52b integrally form an integral carrier 53, and the integral carrier 53 is drivingly connected so as to rotate integrally with the output shaft X. In the present embodiment, the first differential gear device 51 and the second differential gear device 52 are configured to have the same diameter, and the gear ratio of the first differential gear device 51 (= the teeth of the first sun gear 51a). Number / the number of teeth of the first ring gear 51c) and the ratio of the number of teeth of the second differential gear device 52 (= the number of teeth of the second sun gear 52a / the number of teeth of the second ring gear 52c) are set to be equal to each other. Then, except when adjusting the rotational position of the first ring gear 51c, both the first ring gear 51c and the second ring gear 52c are in a fixed state. Therefore, the first rotor core support member 45 drivingly connected to the first sun gear 51a and the second rotor core support member 46 drivingly connected to the second sun gear 52a rotate at the same rotational speed (rotor rotational speed). In the present embodiment, the rotation speed of the output shaft X is reduced with respect to the rotor rotation speed, and the torque of the rotation mechanism unit 20 is amplified and transmitted to the output shaft X.

上述したように、本実施形態では、第2リングギヤ52cがケースの内壁80に固定されているのに対し、第1リングギヤ51cは回転位置が調整可能となっている。即ち、キャリヤが一体的に形成された2つの遊星歯車機構において、一方のリングギヤを他方のリングギヤに対して周方向に相対移動(すなわち相対回転)させることが可能となっている。この相対回転に伴い、一方のサンギヤが他方のサンギヤに対して相対回転する。よって、第1リングギヤ51cの回転位置を調整することで、第1サンギヤ51aと第2サンギヤ52aとの間の周方向の相対位置を調整することができる。その結果、第1ロータコア支持部材45と第2ロータコア支持部材46との間の周方向の相対位置を調整することができる。   As described above, in the present embodiment, the second ring gear 52c is fixed to the inner wall 80 of the case, whereas the rotational position of the first ring gear 51c can be adjusted. That is, in two planetary gear mechanisms in which carriers are integrally formed, one ring gear can be relatively moved (that is, relatively rotated) in the circumferential direction with respect to the other ring gear. With this relative rotation, one sun gear rotates relative to the other sun gear. Therefore, the relative position in the circumferential direction between the first sun gear 51a and the second sun gear 52a can be adjusted by adjusting the rotational position of the first ring gear 51c. As a result, the circumferential relative position between the first rotor core support member 45 and the second rotor core support member 46 can be adjusted.

上述したように、本実施形態の回転機構部20は、第1ロータ41と第2ロータ42との間の周方向の相対位置を調整して、ステータコイル32に到達する鎖交磁束を調整することが可能である。回転機構部20を制御する好適な手法として、永久磁石の磁束(界磁磁束)の方向であるd軸と、このd軸に対して電気角で直交する方向であるq軸とのd−qベクトル空間を用いたベクトル制御が知られている。図2に示すように、d軸は、ロータユニット40の回転軸心からロータユニット40の表面における磁極Fの中心の位置である磁極中心位置PDへ向かう方向に沿った磁極中心軸FC(磁極軸)である。q軸は、ロータユニット40の回転軸心から、ロータユニット40の表面において磁極Fの中心に対して電気的に直交する位置である磁極中心直交位置PQへ向かう方向に沿った磁極中心直交軸FXである。   As described above, the rotation mechanism unit 20 of the present embodiment adjusts the interlinkage magnetic flux reaching the stator coil 32 by adjusting the relative position in the circumferential direction between the first rotor 41 and the second rotor 42. It is possible. As a suitable method for controlling the rotation mechanism unit 20, d-q between the d-axis which is the direction of the magnetic flux (field magnetic flux) of the permanent magnet and the q-axis which is the direction orthogonal to the d-axis by an electrical angle. Vector control using a vector space is known. As shown in FIG. 2, the d-axis is a magnetic pole center axis FC (magnetic pole axis) along the direction from the rotational axis of the rotor unit 40 toward the magnetic pole center position PD that is the position of the center of the magnetic pole F on the surface of the rotor unit 40. ). The q axis is a magnetic pole center orthogonal axis FX along a direction from the rotation axis of the rotor unit 40 toward a magnetic pole center orthogonal position PQ that is a position electrically orthogonal to the center of the magnetic pole F on the surface of the rotor unit 40. It is.

図5及び図6は、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置に応じた電機子磁束(q軸磁束)を破線により例示している。つまり、図示される磁束は、ステータコイル32を流れる電流によって励磁されたものである。尚、図5及び図6も、界磁磁束を例示する図3及び図4と同様に、おおよそ電気角の1周期に相当するロータユニット40の軸直交方向の部分断面図である。図5に示す相対位置は、図4と同様に基準位置に対して電気角で90度ずれた相対位置(γ=90度)であり、図6に示す相対位置は、基準位置に対して電気角で45度ずれた相対位置(γ=45度)である。γ=90度の場合、空隙48はほぼ磁極中心位置PDに位置する。隣接する磁極Fの間のいわゆる突極、例えば図2の符号M2あるいはM3の範囲には空隙48が存在せず、磁性体の第1ロータコア43及び第2ロータコア44でほぼ満たされている。従って、ステータ30と対向する側であるロータユニット40の表面における突極のロータ回転方向の中心に対して対称に電機子磁束が分布する。   5 and 6 illustrate the armature magnetic flux (q-axis magnetic flux) corresponding to the relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42 by broken lines. That is, the illustrated magnetic flux is excited by the current flowing through the stator coil 32. 5 and 6 are also partial cross-sectional views in the direction perpendicular to the axis of the rotor unit 40 corresponding to approximately one cycle of the electrical angle, similarly to FIGS. 3 and 4 illustrating the field magnetic flux. The relative position shown in FIG. 5 is a relative position (γ = 90 degrees) shifted by 90 degrees in electrical angle with respect to the reference position as in FIG. 4, and the relative position shown in FIG. It is a relative position (γ = 45 degrees) shifted by 45 degrees in the corner. When γ = 90 degrees, the air gap 48 is located substantially at the magnetic pole center position PD. A so-called salient pole between adjacent magnetic poles F, for example, in the range of the symbol M2 or M3 in FIG. 2, there is no air gap 48, and is almost filled with the first rotor core 43 and the second rotor core 44 made of magnetic material. Accordingly, the armature magnetic flux is distributed symmetrically with respect to the center of the salient pole in the rotor rotation direction on the surface of the rotor unit 40 on the side facing the stator 30.

ロータユニット40の表面における突極のロータ回転方向の中心は、磁極Fの間(突極)における電機子磁束の磁束密度最大位置(電機子磁束最大位置PL)に相当する。そして、電機子磁束最大位置PLは、上述した磁極中心直交位置PQに一致する。上述したように、界磁磁束を基準とした場合のd軸は、磁極中心位置PDを通る磁極中心軸FCであり、q軸は、磁極中心直交位置PQを通る磁極中心直交軸FXである。電機子磁束を基準とした場合のq軸は、ロータユニット40の回転軸心から電機子磁束最大位置PLへ向かう方向に沿った磁束密度最大軸(電機子磁束最大軸FL)である。図5に示すように、γが90度となる相対位置の場合には、界磁磁束を基準とした場合のq軸(磁極中心直交軸FX)と、電機子磁束を基準とした場合のq軸(電機子磁束最大軸FL)とが一致し、両軸の偏差δはゼロとなる。   The center of the salient poles on the surface of the rotor unit 40 in the rotor rotation direction corresponds to the maximum magnetic flux density position (armature magnetic flux maximum position PL) between the magnetic poles F (the salient poles). The armature magnetic flux maximum position PL coincides with the magnetic pole center orthogonal position PQ described above. As described above, the d axis when the field magnetic flux is used as a reference is the magnetic pole center axis FC passing through the magnetic pole center position PD, and the q axis is the magnetic pole center orthogonal axis FX passing through the magnetic pole center orthogonal position PQ. When the armature magnetic flux is used as a reference, the q axis is a magnetic flux density maximum axis (armature magnetic flux maximum axis FL) along the direction from the rotation axis of the rotor unit 40 toward the armature magnetic flux maximum position PL. As shown in FIG. 5, in the relative position where γ is 90 degrees, the q-axis (magnetic pole center orthogonal axis FX) when the field magnetic flux is used as a reference and the q-axis when the armature magnetic flux is used as a reference. The axis (the armature magnetic flux maximum axis FL) coincides, and the deviation δ of both axes becomes zero.

一方、図6に示すように、γ=45度の場合には、空隙48が突極の一部において磁気抵抗となる。このため、ロータユニット40の表面における電機子磁束の分布は、突極のロータ回転方向の中心に対して非対称となる。つまり、電機子磁束最大位置PLは、上述した磁極中心直交位置PQと一致しなくなる。従って、電機子磁束を基準とした場合のq軸である電機子磁束最大軸FLと、界磁磁束を基準とした場合のq軸である磁極中心直交軸FXとの間には、図6に示すように偏差δが生じる。   On the other hand, as shown in FIG. 6, when γ = 45 degrees, the air gap 48 becomes a magnetic resistance in a part of the salient pole. For this reason, the distribution of the armature magnetic flux on the surface of the rotor unit 40 is asymmetric with respect to the center of the salient pole in the rotor rotation direction. That is, the armature magnetic flux maximum position PL does not coincide with the magnetic pole center orthogonal position PQ described above. Therefore, between the armature magnetic flux maximum axis FL, which is the q axis when the armature magnetic flux is the reference, and the magnetic pole center orthogonal axis FX, which is the q axis when the field magnetic flux is the reference, FIG. As shown, a deviation δ occurs.

本発明の回転電機制御装置は、このようにロータユニット40の表面において、磁極Fの中心(磁極中心位置PD)に対して電気的に直交する位置PQと、ステータコイル32を流れる電流により励磁される電機子磁束の隣接する磁極F間における電機子磁束最大位置PLとが異なり、非対称突極性を有する可変磁束型の回転電機を制御対象とする。そして、本発明の回転電機制御装置は、このような回転機構部20をロータユニット40と同速度で回転する回転座標系に設定された直交ベクトル空間におけるベクトル制御によって制御する。また、本発明の回転電機制御装置は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ41及び第2ロータ42を有するロータユニット40の、当該相対位置を制御する。以下、図7〜図15も利用して、そのような回転電機制御装置の好適な実施形態について説明する。   The rotating electrical machine control device of the present invention is thus excited on the surface of the rotor unit 40 by the position PQ electrically orthogonal to the center of the magnetic pole F (magnetic pole center position PD) and the current flowing through the stator coil 32. Unlike the armature magnetic flux maximum position PL between the adjacent magnetic poles F of the armature magnetic flux to be controlled, a variable magnetic flux type rotating electrical machine having an asymmetrical saliency is controlled. The rotating electrical machine control apparatus according to the present invention controls such a rotating mechanism 20 by vector control in an orthogonal vector space set in a rotating coordinate system that rotates at the same speed as the rotor unit 40. The rotating electrical machine control device of the present invention controls the relative position of the rotor unit 40 having the first rotor 41 and the second rotor 42 that can adjust the relative position in the circumferential direction within a certain range. Hereinafter, a preferred embodiment of such a rotating electrical machine control device will be described with reference to FIGS.

図7に示すように、回転電機制御装置は、主として相対位置調整機構50を制御する機能部として、相対位相制御部7と、γマップ70(位相マップ)と、座標偏差マップ7aとを備えて構成されている。そして、駆動回路75を介して駆動力源56が駆動されることによって差動歯車装置51,52(特に第1差動歯車装置51)が駆動制御される。また、回転電機制御装置は、主として回転機構部20を制御する機能部として、トルク制御部(電流指令演算部)1と、電流指令マップ1aと、空間座標変換部2と、電流制御部(電圧指令演算部)3と、フィードバック電流座標変換部4と、電圧制御部(駆動指令演算部)5と、位置検出部93と、速度検出部94とを備えて構成されている。そして、直流電圧源8とステータコイル32との間で直流交流変換を行うインバータ6が駆動制御される。尚、本実施形態では、相対位相制御部7により演算された直交ベクトル空間の偏差δを用いて回転機構部20が駆動制御され、相対位置を示す相対位相γに基づいて電流指令マップ1aから電流指令が取得されるので、相対位相制御部7も回転機構部20を制御する機能部に含めてよい。   As shown in FIG. 7, the rotating electrical machine control apparatus includes a relative phase control unit 7, a γ map 70 (phase map), and a coordinate deviation map 7a as functional units that mainly control the relative position adjustment mechanism 50. It is configured. The differential gear devices 51 and 52 (particularly the first differential gear device 51) are driven and controlled by driving the driving force source 56 via the drive circuit 75. The rotating electrical machine control device mainly functions as a functional unit that controls the rotation mechanism unit 20 as a torque control unit (current command calculation unit) 1, a current command map 1 a, a spatial coordinate conversion unit 2, and a current control unit (voltage). (Command calculation unit) 3, feedback current coordinate conversion unit 4, voltage control unit (drive command calculation unit) 5, position detection unit 93, and speed detection unit 94. The inverter 6 that performs DC / AC conversion between the DC voltage source 8 and the stator coil 32 is driven and controlled. In the present embodiment, the rotation mechanism unit 20 is driven and controlled using the deviation δ of the orthogonal vector space calculated by the relative phase control unit 7, and the current command map 1a determines the current based on the relative phase γ indicating the relative position. Since the command is acquired, the relative phase control unit 7 may be included in the functional unit that controls the rotation mechanism unit 20.

回転機構部20及び相対位置調整機構50を制御する各機能部は、好適にはマイクロコンピュータやDSP(digital signal processor)などのハードウェアと、当該ハードウェア上で実行されるプログラムなどのソフトウェアとの協働によって実現される。従って、各機能部は、一部又は全てにおいて、同一のハードウェアや、同一のプログラムモジュールが兼用されるものであってよい。   Each functional unit that controls the rotation mechanism unit 20 and the relative position adjustment mechanism 50 preferably includes hardware such as a microcomputer or a DSP (digital signal processor) and software such as a program executed on the hardware. Realized by collaboration. Accordingly, some or all of the functional units may share the same hardware or the same program module.

ここで、本実施形態の回転電機制御装置におけるベクトル制御に用いられるベクトル空間について説明する。図8に示すα軸及びβ軸は、ステータ30に設定される固定軸であり、α−βベクトル空間は固定座標系である。ステータ30に対するロータユニット40の位置が所定の基準位置である場合、α軸はd軸と一致し、β軸はq軸と一致する。つまり、固定座標系のα−βベクトル空間と、回転座標系のd−qベクトル空間とが一致する。本実施形態の場合、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位相γが変動するので、何れかのロータ、例えば第1ロータ41の位置を基準としてd軸及びq軸を規定する。ここでは、永久磁石24を備える第1ロータ41の回転軸心から磁極Fの中心に向かう方向をdM軸とし、dM軸に対して電気的に90度進んだ方向をqM軸とする。このdM軸とqM軸とを直交軸とする直交ベクトル空間を、第1ベクトル空間とする。つまり、第1ベクトル空間は、ロータユニット40の回転軸心から磁極Fの中心(磁極中心位置PD)に向かう方向に設定された磁極軸(磁極中心軸FC)に沿った方向を一方の軸(dM軸)とし、磁極Fの中心に対して電気的に直交する位置(磁極中心直交位置PQ)に向かう方向を他方の軸(qM軸)とした空間である。   Here, a vector space used for vector control in the rotating electrical machine control apparatus of the present embodiment will be described. The α axis and β axis shown in FIG. 8 are fixed axes set in the stator 30, and the α-β vector space is a fixed coordinate system. When the position of the rotor unit 40 with respect to the stator 30 is a predetermined reference position, the α axis coincides with the d axis, and the β axis coincides with the q axis. That is, the α-β vector space of the fixed coordinate system matches the dq vector space of the rotating coordinate system. In the present embodiment, since the relative phase γ of the first rotor 41 and the second rotor 42 varies, the d-axis and the q-axis are defined based on the position of any one of the rotors, for example, the first rotor 41. Here, a direction from the rotation axis of the first rotor 41 including the permanent magnet 24 toward the center of the magnetic pole F is defined as a dM axis, and a direction electrically advanced 90 degrees with respect to the dM axis is defined as a qM axis. An orthogonal vector space having the dM axis and the qM axis as orthogonal axes is defined as a first vector space. That is, the first vector space has a direction along the magnetic pole axis (magnetic pole central axis FC) set in a direction from the rotation axis of the rotor unit 40 toward the center of the magnetic pole F (magnetic pole center position PD) as one axis ( dM axis), and the direction toward the position (magnetic pole center orthogonal position PQ) that is electrically orthogonal to the center of the magnetic pole F is the other axis (qM axis).

ロータユニット40がステータ30に対して回転すると、固定座標系のα軸と回転座標系のdM軸との間には、電気角における回転角度θが生じる(β軸とqM軸との間も同様)。ロータユニット40の回転角度θは、レゾルバなどの回転センサ92を利用して計測され、位置検出部93においてα軸とdM軸との角度として検出される(図7参照)。当然ながら、回転センサ92が回転角度θを出力するように構成されていてもよい。この回転角度θを用いて、3相のステータコイル32と、2相のベクトル空間との間における電気信号の座標変換が行われる。   When the rotor unit 40 rotates with respect to the stator 30, a rotation angle θ in electrical angle is generated between the α axis of the fixed coordinate system and the dM axis of the rotary coordinate system (the same is true between the β axis and the qM axis). ). The rotation angle θ of the rotor unit 40 is measured using a rotation sensor 92 such as a resolver, and is detected by the position detection unit 93 as an angle between the α axis and the dM axis (see FIG. 7). Of course, the rotation sensor 92 may be configured to output the rotation angle θ. Using this rotational angle θ, coordinate conversion of the electrical signal is performed between the three-phase stator coil 32 and the two-phase vector space.

dM軸及びqM軸により規定される第1ベクトル空間に対して、図8に示すdL軸及びqL軸により規定されるベクトル空間を第2ベクトル空間とする。第2ベクトル空間も回転座標系であり、第1ベクトル空間と同じ速度で同じ方向に回転する。図8に示すように、dL軸及びqL軸は、それぞれdM軸及びqM軸に対して偏差δを有する。図6に基づいて上述したように、電機子磁束を基準とした場合のq軸に相当する電機子磁束最大軸FLと、界磁磁束を基準とした場合のq軸に相当する磁極中心直交軸FXとの間には、偏差δが生じる場合がある。第2ベクトル空間は、第1ベクトル空間に対して、この偏差δが補正され、dL軸及びqL軸を直交軸とするベクトル空間である。つまり、第2ベクトル空間は、ロータユニット40の回転軸心から磁束密度最大位置(電機子磁束最大位置PL)に向かう方向に沿った方向を一方の軸(qL軸)とし、当該軸(qL軸)に直交する方向(ここでは、電気的に90度遅れた方向)を他方の軸(dL軸)とした空間である。本実施形態においては、この偏差δは、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位相γに応じて定まる。後述するように、相対位相制御部7は、相対位相γと偏差δとの関係が実験やシミュレーションによって予め設定された座標偏差マップ7aに基づいて偏差δを演算する。   With respect to the first vector space defined by the dM axis and the qM axis, the vector space defined by the dL axis and the qL axis shown in FIG. 8 is defined as a second vector space. The second vector space is also a rotating coordinate system, and rotates in the same direction at the same speed as the first vector space. As shown in FIG. 8, the dL axis and the qL axis have a deviation δ from the dM axis and the qM axis, respectively. As described above with reference to FIG. 6, the armature magnetic flux maximum axis FL corresponding to the q axis when the armature magnetic flux is used as a reference, and the magnetic pole center orthogonal axis corresponding to the q axis when the field magnetic flux is used as a reference. There may be a deviation δ between FX. The second vector space is a vector space in which the deviation δ is corrected with respect to the first vector space, and the dL axis and the qL axis are orthogonal axes. That is, in the second vector space, a direction along the direction from the rotation axis of the rotor unit 40 toward the magnetic flux density maximum position (armature magnetic flux maximum position PL) is one axis (qL axis), and the axis (qL axis) ) Is a space having the other axis (dL axis) as a direction orthogonal to (in this case, a direction electrically delayed by 90 degrees). In the present embodiment, the deviation δ is determined according to the relative phase γ between the first rotor 41 and the second rotor 42. As will be described later, the relative phase control unit 7 calculates the deviation δ based on a coordinate deviation map 7a in which the relationship between the relative phase γ and the deviation δ is set in advance through experiments and simulations.

以下、図7のブロック図を参照しながら、回転電機制御装置の各機能部について説明する。相対位相制御部7は、界磁磁束を調整するための相対位置(相対位相γ)を示す位相指令γが目標トルクT及び回転速度ωに応じて規定されたγマップ70(位相マップ)に基づいて、位相指令γを決定して、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置を調整する機能部である。このγマップ70は、界磁磁束が最大となる相対位置(相対位相γ)を含むように設定された第1位相範囲内で位相指令γが規定された低回転速度域位相マップ7Lと、界磁磁束が最小となる相対位置(相対位相γ)を含むように設定された第2位相範囲内で位相指令γが規定された高回転速度域位相マップ7Hとを有している。相対位相制御部7は、回転速度ωに基づいて、低回転速度域位相マップ7Lと高回転速度域位相マップ7Hとを切り換えて参照し、位相指令γを決定する。 Hereinafter, each functional unit of the rotating electrical machine control device will be described with reference to the block diagram of FIG. The relative phase control unit 7 includes a γ map 70 (phase map) in which a phase command γ * indicating a relative position (relative phase γ) for adjusting a field magnetic flux is defined according to a target torque T * and a rotational speed ω. Is a functional unit that determines the phase command γ * based on the above and adjusts the relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42. The γ map 70 includes a low rotational speed region phase map 7L in which a phase command γ * is defined within a first phase range set so as to include a relative position (relative phase γ) at which the field magnetic flux is maximum, A high rotational speed region phase map 7H in which a phase command γ * is defined within a second phase range set so as to include a relative position (relative phase γ) at which the field magnetic flux is minimized. The relative phase control unit 7 switches and refers to the low rotational speed region phase map 7L and the high rotational speed region phase map 7H based on the rotational speed ω, and determines the phase command γ * .

図9は、上述した第1位相範囲及び第2位相範囲の概念を示しており、ロータユニット40における電気角に対応した相対位相γを示している。γ=0°の軸は、図3に示した第1ロータ41と第2ロータ42との相対位相γ(=0°)に対応している。同様に、γ=90°の軸は、図4に示した第1ロータ41と第2ロータ42との相対位相γ(=90°)に対応している。図3及び図4を参照して上述したように、γ=0°は、界磁磁束が最大となる相対位置(相対位相γ)であり、γ=90°は、界磁磁束が最小となる相対位置(相対位相γ)である。例えば、図9において、γ=0°を内部に含むように設定された位相範囲(符号YLで示す位相範囲)は、第1位相範囲に相当する。同様に、図9において、γ=90°を内部に含むように設定された位相範囲(符号YHで示す位相範囲)は、第2位相範囲に相当する。第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHが図9において破線部分を含む位相範囲に設定される場合、第1ロータ41及び第2ロータ42は、少なくとも相対位相γ=−90°(270°)〜+180°の範囲を周方向の一定の範囲として、この一定の範囲内で相対位置を調整可能に構成されている。   FIG. 9 shows the concept of the first phase range and the second phase range described above, and shows the relative phase γ corresponding to the electrical angle in the rotor unit 40. The axis of γ = 0 ° corresponds to the relative phase γ (= 0 °) between the first rotor 41 and the second rotor 42 shown in FIG. Similarly, the axis of γ = 90 ° corresponds to the relative phase γ (= 90 °) between the first rotor 41 and the second rotor 42 shown in FIG. As described above with reference to FIGS. 3 and 4, γ = 0 ° is the relative position (relative phase γ) at which the field magnetic flux is maximum, and γ = 90 ° is the minimum field magnetic flux. Relative position (relative phase γ). For example, in FIG. 9, a phase range (phase range indicated by a symbol YL) set so as to include γ = 0 ° corresponds to the first phase range. Similarly, in FIG. 9, the phase range (phase range indicated by symbol YH) set so as to include γ = 90 ° corresponds to the second phase range. When the first phase range YL and the second phase range YH are set to a phase range including a broken line portion in FIG. 9, the first rotor 41 and the second rotor 42 have at least a relative phase γ = −90 ° (270 °). The range of ˜ + 180 ° is defined as a certain range in the circumferential direction, and the relative position can be adjusted within the certain range.

例えば、回転電機100が低回転速度域で力行動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は比較的低い。一方、回転電機100が高回転速度域で力行動作している場合には、逆起電力を抑制する観点から、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップ7Lは、界磁磁束が最大となる相対位置を内部に含むように設定された第1位相範囲YL内で位相指令γが規定されると好ましい。一方、高回転速度域に対応する高回転速度域位相マップ7Hは、界磁磁束の制限を優先して、界磁磁束が最小となる相対位置を内部に含むように設定された第2位相範囲YH内で位相指令γが規定されると好ましい。尚、本実施形態では、図9に破線で示した部分も含めて、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHが、それぞれ約180°の位相範囲を有する例を示しているが、当然ながら180°未満の範囲に設定されていてもよい。つまり、第1位相範囲YLは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定されていれば充分であり、第2位相範囲YHは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定されていれば充分である。 For example, when the rotating electrical machine 100 is performing a power running operation in a low rotational speed region, the necessity for greatly limiting the field magnetic flux is relatively low. On the other hand, when the rotating electrical machine 100 is performing a power running operation in a high rotational speed region, the necessity of greatly limiting the field magnetic flux is relatively high from the viewpoint of suppressing the counter electromotive force. Therefore, in the low rotational speed region phase map 7L corresponding to the low rotational speed region, the phase command γ * is defined within the first phase range YL set so as to include the relative position where the field magnetic flux is maximum. It is preferable. On the other hand, the high rotational speed region phase map 7H corresponding to the high rotational speed region gives priority to the restriction of the field magnetic flux, and the second phase range is set to include the relative position where the field magnetic flux is minimized. It is preferable that the phase command γ * is defined in YH. In the present embodiment, an example in which the first phase range YL and the second phase range YH each include a phase range of about 180 ° including the portion indicated by the broken line in FIG. 9 is shown. It may be set in a range of less than 180 °. That is, it is sufficient that the first phase range YL is set so as to include a relative position where the field magnetic flux becomes maximum, and the second phase range YH includes a relative position where the field magnetic flux becomes minimum. Is sufficient.

但し、これら第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。好適な態様として、第1位相範囲YLは、界磁磁束が最大となる相対位置(相対位相γ=0°)を中心として設定されると好適である。また、第2位相範囲YHは、界磁磁束が最小となる相対位置(相対位相γ=90°)を中心として設定されると好適である。このように、中心位置を定めて位相範囲を設定する場合においても、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは、それぞれ約180°の位相範囲を有することなく、180°未満の範囲に設定されていてもよい。尚、本実施形態では、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHが、それぞれγ=0°及び90°を中心として設定される例を示したが、当然ながらこれらの角度からずれた角度(5°及び95°など)を中心として設定してもよい。   However, when the first phase range YL and the second phase range YH are quantitatively set based on the relative position where the field magnetic flux is maximum or the relative position where the field magnetic flux is minimum, the reproducibility is also improved. It is easy to develop into various types of rotating electrical machines. As a preferred aspect, the first phase range YL is preferably set around a relative position (relative phase γ = 0 °) at which the field magnetic flux is maximum. The second phase range YH is preferably set around the relative position (relative phase γ = 90 °) at which the field magnetic flux is minimized. As described above, even when the phase range is set by determining the center position, the first phase range YL and the second phase range YH are set to a range of less than 180 ° without having a phase range of about 180 °. May be. In the present embodiment, an example in which the first phase range YL and the second phase range YH are set around γ = 0 ° and 90 °, respectively. It may be set around 5 ° and 95 °).

但し、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHが、それぞれ約180°の位相範囲を有していれば、低回転速度域位相マップ7L及び高回転速度域位相マップ7Hの何れを用いても、界磁磁束の調整範囲の全てをカバーすることが可能となる。つまり、隣接する磁極Fは、逆極性であるから、隣接する磁極Fの間隔は電気角の半周期、即ち180°に相当する。従って、例えば、相対位相γ=180°は、図4に示した例からさらに90°相対回転して、空隙48が実質的に図3に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。従って、冗長性を持たせることによるフェールセーフ機能の付加や、制御の柔軟性を考慮すれば、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHのそれぞれが、約180°の位相範囲を有していることが好適である。さらに、上述したように、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは、再現性や展開性を考慮すれば、定量的な基準を定めて設定されることが好ましい。従って、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは、1つの態様として、以下のように設定されると好適である。   However, as long as the first phase range YL and the second phase range YH each have a phase range of about 180 °, either the low rotational speed region phase map 7L or the high rotational speed region phase map 7H can be used. It becomes possible to cover the entire adjustment range of the field magnetic flux. That is, since the adjacent magnetic poles F have opposite polarities, the interval between the adjacent magnetic poles F corresponds to a half cycle of the electrical angle, that is, 180 °. Thus, for example, the relative phase γ = 180 ° corresponds to a state in which the air gap 48 has substantially reached the same relative position as in the example shown in FIG. 3 by further rotating by 90 ° from the example shown in FIG. . Therefore, considering the addition of the fail-safe function by providing redundancy and the flexibility of control, each of the first phase range YL and the second phase range YH has a phase range of about 180 °. It is preferable that Furthermore, as described above, it is preferable that the first phase range YL and the second phase range YH are set with a quantitative reference in consideration of reproducibility and developability. Therefore, the first phase range YL and the second phase range YH are preferably set as follows as one aspect.

即ち、1つの態様として、第1位相範囲YLは、界磁磁束が最大となる相対位置(相対位相γ=0°)を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最小となる相対位置(相対位相γ=90°及び−90°)を外縁とする範囲に設定されているとよい。図9において破線部分を含む第1位相範囲YLは、この範囲に対応する。尚、電気角の一周期は360°であるから、図9における相対位相γ=270°は、−90°に相当する。また、相対位相γ=−90°は、図4に示した例とは逆方向へ90°相対回転した場合を示している。後述するように、相対位相γ=0°〜90°の位相範囲Y1は、位相範囲Y4に比べて回転電機100が力行動作する際に損失(鉄損、銅損、機械損などを総合した損失、以下同様。)が少ない位相範囲である。回転電機100が力行動作する際には、この範囲から位相指令γが選択される。また、相対位相γ=−90°〜0°の位相範囲Y4は、位相範囲Y1に比べて回転電機100が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機100が回生動作する際には、この範囲から位相指令γが選択される。 That is, as one aspect, the first phase range YL is centered on the relative position where the field magnetic flux is maximum (relative phase γ = 0 °), and the relative position where the field magnetic flux on both sides in the circumferential direction is minimum ( Relative phase γ = 90 ° and −90 °) may be set in a range having an outer edge. In FIG. 9, the first phase range YL including the broken line portion corresponds to this range. Since one cycle of the electrical angle is 360 °, the relative phase γ = 270 ° in FIG. 9 corresponds to −90 °. Further, the relative phase γ = −90 ° indicates a case where the relative rotation is 90 ° in the opposite direction to the example shown in FIG. As will be described later, the phase range Y1 of the relative phase γ = 0 ° to 90 ° is a loss (total loss of iron loss, copper loss, mechanical loss, etc.) when the rotating electrical machine 100 performs a power running operation compared to the phase range Y4. , The same applies hereinafter)). When the rotating electrical machine 100 performs a power running operation, the phase command γ * is selected from this range. In addition, the phase range Y4 of the relative phase γ = −90 ° to 0 ° is a phase range with less loss when the rotating electrical machine 100 performs a regenerative operation compared to the phase range Y1. When the rotating electrical machine 100 performs a regenerative operation, the phase command γ * is selected from this range.

同様に好適な態様として、第2位相範囲YHは、界磁磁束が最小となる相対位置(相対位相γ=90°)を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最大となる相対位置相対位相(γ=0°及び180°)を外縁とする範囲に設定されているとよい。図9において破線部分を含む第2位相範囲YHは、この範囲に対応する。上述したように、相対位相γ=180°は、図4に示した例からさらに90°相対回転して、空隙48が実質的に図3に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。上述したように、相対位相γ=0°〜90°の位相範囲Y1は、位相範囲Y2に比べて回転電機100が力行動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機100が力行動作する際には、この範囲から位相指令γが選択される。また、相対位相γ=90°〜180°の位相範囲Y2は、位相範囲Y1に比べて回転電機100が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機100が回生動作する際には、この範囲から位相指令γが選択される。 Similarly, as a preferable aspect, the second phase range YH is relative to the relative position where the field magnetic flux on both sides in the circumferential direction is the maximum, with the relative position (relative phase γ = 90 °) at which the field magnetic flux is minimum. It is good to set to the range which makes a phase ((gamma) = 0 degrees and 180 degrees) an outer edge. In FIG. 9, the second phase range YH including the broken line portion corresponds to this range. As described above, the relative phase γ = 180 ° corresponds to a state in which the air gap 48 has substantially reached the same relative position as in the example shown in FIG. 3 by further rotating by 90 ° from the example shown in FIG. To do. As described above, the phase range Y1 of the relative phase γ = 0 ° to 90 ° is a phase range with less loss when the rotating electrical machine 100 performs a power running operation compared to the phase range Y2. When the rotating electrical machine 100 performs a power running operation, the phase command γ * is selected from this range. Further, the phase range Y2 of the relative phase γ = 90 ° to 180 ° is a phase range in which the loss is less when the rotating electrical machine 100 performs the regenerative operation than the phase range Y1. When the rotating electrical machine 100 performs a regenerative operation, the phase command γ * is selected from this range.

ここで、図9に示す相対位相γのグラフにおける各象限S1〜S4と、回転電機100の運転状態との関係について補足する。図9に示す相対位相γのグラフは、第1ロータ41及び第2ロータ42の周方向の相対位置を示す相対位相γの可変範囲の全域を、原点を中心とする360°の描画範囲で表す位相範囲によって規定したものとも言える。図8を参照して説明したように、ロータユニット40の表面の磁気抵抗が変化する場合、ロータユニット40の表面において永久磁石24により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル32を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット40の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。つまり、永久磁石24を基準とした第1ベクトル空間と、後述するように実際に電流フィードバック制御が実施される空間である第2ベクトル空間との間に偏差δが生じる場合がある。この偏差δの影響により、例えば回転電機100が力行運転状態でのトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機100に対する損失となる。このため、図9に示す相対位相γのグラフにおける各象限S1〜S4は、力行又は回生の運転状態との関係で他の象限に比べて損失が少なくなる象限という観点から、力行運転と回生運転との何れに適しているかによって分類することが可能である。本実施形態においては、第1象限S1及び第3象限S3は、力行運転に適した象限(位相範囲)であり、第2象限S2及び第4象限S4は、回生運転に適した象限(位相範囲)である。   Here, it supplements about the relationship between each quadrant S1-S4 in the graph of the relative phase (gamma) shown in FIG. The relative phase γ graph shown in FIG. 9 represents the entire range of the relative phase γ variable range indicating the relative positions in the circumferential direction of the first rotor 41 and the second rotor 42 as a 360 ° drawing range centered on the origin. It can be said that it is defined by the phase range. As described with reference to FIG. 8, when the magnetic resistance of the surface of the rotor unit 40 changes, a position electrically orthogonal to the center of the magnetic pole formed by the permanent magnet 24 on the surface of the rotor unit 40 In some cases, the armature magnetic flux induced by the current flowing through the stator coil 32 differs from the maximum magnetic flux density position on the surface of the rotor unit 40. That is, there may be a deviation δ between the first vector space based on the permanent magnet 24 and the second vector space, which is a space where current feedback control is actually performed as will be described later. Due to the influence of the deviation δ, for example, a phenomenon occurs in which the regenerative side torque is generated as a part of the torque when the rotating electrical machine 100 is in the power running state. This is a loss for the rotating electrical machine 100. For this reason, each quadrant S1-S4 in the graph of the relative phase γ shown in FIG. 9 is a power running operation and a regenerative operation from the viewpoint of a quadrant in which the loss is smaller than other quadrants in relation to the power running or regenerative operation state. It is possible to classify according to which one is suitable. In the present embodiment, the first quadrant S1 and the third quadrant S3 are quadrants (phase ranges) suitable for power running, and the second quadrant S2 and the fourth quadrant S4 are quadrants (phase ranges) suitable for regenerative operation. ).

このような各象限S1〜S4と回転電機100の運転状態との関係から導かれる1つの好適な態様として、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは下記のように設定されてもよい。ここで、回転電機100は、相対位置の調整により、ロータユニット40の表面において永久磁石24により構成される磁極Fの中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル32を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット40の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものである。そして、第1位相範囲YLは、回転電機100の回生運転に適した位相範囲(第4象限S4)での界磁磁束が最小となる相対位置(例えばγ=−90°)から、回生運転に適した位相範囲(第4象限S4)での界磁磁束が最大となる相対位置(例えばγ=0°)及び力行運転に適した位相範囲(第1象限S1)での界磁磁束が最大となる相対位置(例えばγ=0°)を順に経由して、力行運転に適した位相範囲(第1象限S1)での界磁磁束が最小となる相対位置(例えばγ=90°)までの範囲に設定されると好適である。また、第2位相範囲YHは、回転電機100の力行運転に適した位相範囲(第1象限S1)での界磁磁束が最大となる相対位置(例えばγ=0°)から、力行運転に適した位相範囲(第1象限S1)での界磁磁束が最小となる相対位置(例えばγ=90°)及び回生運転に適した位相範囲(第2象限S2)での界磁磁束が最小となる相対位置(例えばγ=90°)を順に経由して、回生運転に適した位相範囲(第2象限S2)での界磁磁束が最大となる相対位置(例えばγ=180°)までの範囲に設定されると好適である。   As one preferred mode derived from the relationship between each of the quadrants S1 to S4 and the operating state of the rotating electrical machine 100, the first phase range YL and the second phase range YH may be set as follows. Here, the rotating electrical machine 100 is induced by a position that is electrically orthogonal to the center of the magnetic pole F formed by the permanent magnet 24 on the surface of the rotor unit 40 and a current flowing through the stator coil 32 by adjusting the relative position. Thus, the armature magnetic flux is different from the maximum magnetic flux density position on the surface of the rotor unit 40. The first phase range YL is used for the regenerative operation from the relative position (for example, γ = −90 °) at which the field magnetic flux is minimum in the phase range (fourth quadrant S4) suitable for the regenerative operation of the rotating electrical machine 100. The relative position (for example, γ = 0 °) at which the field magnetic flux in the suitable phase range (fourth quadrant S4) is maximized and the field magnetic flux in the phase range (first quadrant S1) suitable for power running are maximized. The range up to the relative position (for example, γ = 90 °) at which the field magnetic flux in the phase range (first quadrant S1) suitable for powering operation is minimized through the relative positions (for example, γ = 0 °). It is preferable to set to. The second phase range YH is suitable for powering operation from the relative position (for example, γ = 0 °) at which the field magnetic flux is maximum in the phase range (first quadrant S1) suitable for powering operation of the rotating electrical machine 100. The relative position (for example, γ = 90 °) at which the field magnetic flux in the phase range (first quadrant S1) is minimum and the field magnetic flux in the phase range suitable for regenerative operation (second quadrant S2) are minimized. Through the relative position (for example, γ = 90 °) in order, the relative field position (for example, γ = 180 °) in which the field magnetic flux in the phase range (second quadrant S2) suitable for the regenerative operation is maximized. Preferably it is set.

図10は低回転速度域位相マップ7Lの一例を示しており、図11は高回転速度域位相マップ7Hの一例を示している。それぞれ、正方向のトルクは力行運転状態におけるトルクを示し、負方向のトルクは回生運転状態におけるトルクを示している。上述したように、低回転速度域位相マップ7Lには、γ=−90°〜90°を第1位相範囲YLとして位相指令γが規定されている。また、高回転速度域位相マップ7Hには、γ=0°〜180°を第2位相範囲YHとして位相指令γが規定されている。 FIG. 10 shows an example of the low rotational speed region phase map 7L, and FIG. 11 shows an example of the high rotational speed region phase map 7H. The positive torque indicates the torque in the powering operation state, and the negative torque indicates the torque in the regenerative operation state. As described above, the phase command γ * is defined in the low rotational speed region phase map 7L with γ = −90 ° to 90 ° as the first phase range YL. The high rotational speed region phase map 7H defines a phase command γ * with γ = 0 ° to 180 ° as the second phase range YH.

図10及び図11における符号THは、高回転速度域と低回転速度域との境界となる回転速度ω(所定の回転速度しきい値)を示している。つまり、実質的に、回転速度しきい値TH以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ7Hが選択され、回転速度しきい値TH未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ7Lが選択される。これ以外の選択、例えば、回転速度しきい値TH未満の回転速度ωにおいて高回転速度域位相マップ7Hが選択される場合も有り得るが、これについては後述する。基本的には、相対位相制御部7は、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値TH以上となった場合には、参照先のγマップ70(位相マップ)を低回転速度域位相マップ7Lから高回転速度域位相マップ7Hに切り変える。また、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値TH未満となった場合には、相対位相制御部7は、参照先のγマップ70(位相マップ)を高回転速度域位相マップ7Hから低回転速度域位相マップ7Lに切り変える。   10 and 11 indicates the rotational speed ω (predetermined rotational speed threshold) that is a boundary between the high rotational speed region and the low rotational speed region. That is, the high rotational speed region phase map 7H is substantially selected at the rotational speed ω equal to or higher than the rotational speed threshold TH, and the low rotational speed region phase map 7L is selected at the rotational speed ω less than the rotational speed threshold TH. Is selected. Other selections, for example, the high rotational speed region phase map 7H may be selected at a rotational speed ω less than the rotational speed threshold TH, which will be described later. Basically, when the rotational speed ω changes from the low rotational speed to the high rotational speed and becomes equal to or higher than the predetermined rotational speed threshold value TH, the relative phase control unit 7 refers to the reference destination γ map 70 ( The phase map) is switched from the low rotational speed region phase map 7L to the high rotational speed region phase map 7H. When the rotational speed ω changes from the high rotational speed to the low rotational speed and becomes less than the rotational speed threshold TH, the relative phase control unit 7 increases the reference destination γ map 70 (phase map). The rotational speed range phase map 7H is switched to the low rotational speed range phase map 7L.

図10と図11とを比較すれば、回転速度しきい値TH未満の回転速度域において、低回転速度域位相マップ7Lの方が高回転速度域位相マップ7Hに比べて相対位相γの変化が緩やかである。例えば矢印A1の回転速度ωにおいて、図11の高回転速度域位相マップ7Hに比べて、図10の低回転速度域位相マップ7Lの方が相対位相γの変化を示す線数が少なく、相対位相γの変化が緩やかである。従って、低回転速度域においては、低回転速度域位相マップ7Lに基づいて、相対位置調整機構50が制御されると好適である。一方、回転速度しきい値TH以上の回転速度域においては、高回転速度域位相マップ7Hの変化が連続的であるのに対して、低回転速度域位相マップ7Lの変化には不連続点が生じる。例えば矢印A2の回転速度ωにおいて、図11の高回転速度域位相マップ7Hに比べて、図10の低回転速度域位相マップ7Lの方が相対位相γの変化を示す線数が多くなっている。詳細な相対位相γの値の変化を全て図10の図中に表現することができていないが、特にトルクが0[Nm]の近傍において、相対位相γの変化が不連続となる場合がある。例えば、図10の低回転速度域位相マップ7Lでは、矢印A2の回転速度ωにおいて、正トルクから0[Nm]を挟んで負トルクへ移行する際に、相対位相γがγ=60°からγ=−60°へと不連続に変化する。   Comparing FIG. 10 with FIG. 11, in the rotational speed region below the rotational speed threshold TH, the low rotational speed region phase map 7L changes in the relative phase γ compared to the high rotational speed region phase map 7H. It is moderate. For example, at the rotational speed ω of the arrow A1, the low rotational speed region phase map 7L in FIG. 10 has fewer lines indicating changes in the relative phase γ than the high rotational speed region phase map 7H in FIG. The change of γ is gradual. Therefore, in the low rotational speed region, it is preferable that the relative position adjusting mechanism 50 is controlled based on the low rotational speed region phase map 7L. On the other hand, in the rotational speed range above the rotational speed threshold TH, the change in the high rotational speed range phase map 7H is continuous, whereas the change in the low rotational speed range phase map 7L has discontinuous points. Arise. For example, at the rotational speed ω indicated by the arrow A2, the number of lines indicating the change in the relative phase γ is larger in the low rotational speed region phase map 7L in FIG. 10 than in the high rotational speed region phase map 7H in FIG. . Although it is not possible to express all the detailed changes in the relative phase γ in the diagram of FIG. 10, the change in the relative phase γ may be discontinuous particularly in the vicinity of the torque of 0 [Nm]. . For example, in the low rotational speed region phase map 7L of FIG. 10, at the rotational speed ω of the arrow A2, the relative phase γ changes from γ = 60 ° to γ when shifting from positive torque to negative torque across 0 [Nm]. = Discontinuously changes to -60 °.

このような相対位相γの変化の緩やかさや、連続性は、位相調整の応答性や相対位置調整機構50を駆動する際の機械損にも影響する。従って、回転速度しきい値TH以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ7Hが選択され、回転速度しきい値TH未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ7Lが選択されると、位置調整の応答性の悪化や、回転電機100の損失(鉄損、銅損、機械損などを総合した損失)を効果的に抑制することができて好適である。   Such gradual change and relative continuity of the relative phase γ affect the response of phase adjustment and mechanical loss when driving the relative position adjustment mechanism 50. Therefore, the high rotational speed region phase map 7H is selected at the rotational speed ω equal to or higher than the rotational speed threshold TH, and the low rotational speed region phase map 7L is selected at the rotational speed ω less than the rotational speed threshold TH. Therefore, it is possible to effectively suppress the deterioration of the position adjustment responsiveness and the loss of the rotating electrical machine 100 (loss including iron loss, copper loss, mechanical loss, etc.).

図12は、本発明のように2種類のγマップ70を切り換えて用いた場合と、回転速度ωに関係なく共通した1種類のγマップ70を用いた場合との、界磁磁束調整時の相対位置の調整幅(位相差)の一例を示している。図12のグラフは、シミュレーション結果であり、回転速度とトルクとを定義した動作パターンを与えて、適時最適な相対位相γを演算した場合の調整幅(位相差)の変化を調べたものである。図12の下段の実線は、本発明のように2種類のγマップ70を切り換えて用いた場合を示しており、破線は、回転速度ωに関係なく共通した1種類のγマップ70を用いた場合を示している。本発明のように2種類のγマップ70を切り換えて用いた場合の方が、位相の変化が少なく、より低損失な制御が実現可能であることが判る。損失をシミュレーションにより演算した結果によると、1種類のγマップ70を用いた場合の損失を100%として、2種類のγマップ70を切り換えて用いた場合の損失は96.5%に低減された。   FIG. 12 shows a case where field flux adjustment is performed when two types of γ maps 70 are switched and used, as in the present invention, and when one type of γ map 70 is used regardless of the rotational speed ω. An example of the adjustment width (phase difference) of the relative position is shown. The graph of FIG. 12 is a simulation result, in which an operation pattern defining the rotational speed and the torque is given, and the change in the adjustment width (phase difference) when the optimal relative phase γ is calculated in a timely manner is examined. . The solid line in the lower part of FIG. 12 shows a case where two types of γ maps 70 are switched and used as in the present invention, and the broken line uses one type of γ map 70 regardless of the rotational speed ω. Shows the case. It can be seen that when two types of γ maps 70 are switched and used as in the present invention, the change in phase is small and control with lower loss can be realized. According to the result of calculating the loss by simulation, the loss when using one type of γ map 70 is 100%, and the loss when using two types of γ maps 70 is reduced to 96.5%. .

ところで、回転電機100の主たる用途が発電機の場合には、界磁磁束を制限して発電量を抑制する必要性は比較的低い。このため、可変磁束型の回転電機は、相対的に主たる用途が電動機であって、力行運転を休止した際の機械的な慣性力を利用して回生運転を行い、発電機として機能させる場合が多くなる。このような用途では、回生動作中には回転速度が上昇する可能性は高くなく、回転速度ωが上昇するのは専ら力行動作中となる。上述したように、相対位相制御部7は、回転速度ωに基づいて参照するγマップ70(位相マップ)を切り換える。例えば、回転速度ωが上昇し、低回転速度域から高回転速度域に移行する際には、力行運転状態である可能性が高い。従って、回転速度のさらなる上昇に伴って界磁磁束を制限する必要が生じる可能性も高くなる。このため、回転速度ωが上昇している状況では、速やかに低回転速度域位相マップ7Lから高回転速度域位相マップ7Hへと参照するγマップ70が切り換えられることが好ましい。   By the way, when the main use of the rotary electric machine 100 is a generator, the necessity for restricting the field magnetic flux and suppressing the power generation amount is relatively low. For this reason, the variable magnetic flux type rotating electrical machine has a relatively main use as an electric motor, and may perform a regenerative operation using a mechanical inertia force when the power running operation is stopped to function as a generator. Become more. In such an application, the possibility that the rotational speed increases during the regenerative operation is not high, and the rotational speed ω increases exclusively during the power running operation. As described above, the relative phase control unit 7 switches the γ map 70 (phase map) to be referred to based on the rotational speed ω. For example, when the rotational speed ω increases and shifts from the low rotational speed range to the high rotational speed range, there is a high possibility that the power running state is present. Therefore, there is a high possibility that the field magnetic flux needs to be limited as the rotational speed further increases. For this reason, in a situation where the rotational speed ω is increasing, it is preferable that the γ map 70 referred to from the low rotational speed region phase map 7L to the high rotational speed region phase map 7H is quickly switched.

一方、回転速度ωが高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の1つの形態としては、上述したように、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行した場合が考えられる。この場合、休止した力行運転が再開されると回転速度ωが上昇して、再び低回転速度域から高回転速度域へ回転速度ωが移行する可能性がある。例えば、回転電機100が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機100の運転状態が回生運転状態となり、再び加速手段が操作されることによって、力行運転状態に切り替わる場合がある。つまり、運転状態と参照先のγマップ70とが複合的に切り替わる可能性がある。これに対して、回転電機100が力行運転している状態で回転速度ωが低下し、高回転速度域から低回転速度域に移行した場合には、回転電機100は意図的に回転速度ωを低下させる制御を施されている可能性が高い。この状態から再度回転速度ωが上昇しても運転状態は同一であるから、運転状態と参照先のγマップ70とが複合的に切り替わることはない。   On the other hand, as one form of the case where the rotational speed ω shifts from the high rotational speed range to the low rotational speed range, as described above, the power running operation in the high rotational speed range is suspended and the regenerative operation by the inertial force is performed. It is conceivable that the rotational speed decreases during the process and shifts to a low rotational speed range. In this case, when the stopped power running operation is resumed, the rotational speed ω increases, and the rotational speed ω may shift from the low rotational speed range to the high rotational speed range again. For example, when the rotating electrical machine 100 is a vehicle driving force source or the like, the operating state of the rotating electrical machine 100 becomes a regenerative operating state by loosening an acceleration means such as an accelerator pedal, and the acceleration means is operated again, thereby causing a powering operating state. May be switched to. That is, there is a possibility that the driving state and the reference destination γ map 70 are switched in a composite manner. On the other hand, when the rotational speed ω decreases while the rotating electrical machine 100 is in a power running operation, and the transition is made from the high rotational speed range to the low rotational speed range, the rotating electrical machine 100 intentionally increases the rotational speed ω. There is a high possibility that it is controlled to be lowered. Even if the rotational speed ω rises again from this state, the operation state is the same, so the operation state and the γ map 70 of the reference destination do not switch in combination.

このように運転状態と参照先のγマップ70とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性で相対位置の制御を実行するための1つの好適な態様として、相対位相制御部7が以下のように、低回転速度域位相マップ7Lと高回転速度域位相マップ7Hとを切り換えられるとよい。つまり、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値TH以上となった場合、相対位相制御部7は、参照先のγマップ70を低回転速度域位相マップ7Lから高回転速度域位相マップ7Hに切り変える。一方、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値TH未満となった場合は、相対位相制御部7は、さらに回転電機100が力行運転状態であることを条件として、参照先のγマップ70を高回転速度域位相マップ7Hから低回転速度域位相マップ7Lに切り変える。   Thus, as one suitable mode for suppressing the switching between the operating state and the γ map 70 of the reference destination as much as possible and executing the control of the relative position with high stability, the relative phase control unit 7 includes: The low rotation speed region phase map 7L and the high rotation speed region phase map 7H may be switched as follows. That is, when the rotational speed ω changes from the low rotational speed to the high rotational speed and becomes equal to or greater than the predetermined rotational speed threshold value TH, the relative phase control unit 7 sets the reference γ map 70 to the low rotational speed region phase. The map 7L is switched to the high rotation speed region phase map 7H. On the other hand, when the rotational speed ω changes from the high rotational speed to the low rotational speed and becomes less than the rotational speed threshold TH, the relative phase control unit 7 further provides that the rotating electrical machine 100 is in a power running operation state. As described above, the reference γ map 70 is switched from the high rotational speed region phase map 7H to the low rotational speed region phase map 7L.

尚、図9から明らかなように、本実施形態においては、第1位相範囲YLと、第2位相範囲YHとは、力行動作状態において第2象限S2及び第4象限S4に比べて低損失な象限である第1象限S1を共通に含んでいる。当然ながら、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHは、第1象限S1〜第4象限S4の何れを共通な象限としても設定可能である。しかし、上述したように、γマップ70の切換は、力行運転状態であることも条件として実施される場合がある。本実施形態においては、低回転速度域位相マップ7Lも、高回転速度域位相マップ7Hも、力行運転状態においては共に第1象限S1における相対位相γが位相指令γとして規定されているから、円滑な切換及び円滑な制御が実現でき、損失も低減される。尚、力行動作状態においてより低損失な象限を共通に含むという観点からは、第3象限S3を共通な象限として、第1位相範囲YLが第2象限S2及び第3象限S3に設定され、第2位相範囲YHが第3象限S3及び第4象限S4に設定されてもよい。 As is apparent from FIG. 9, in the present embodiment, the first phase range YL and the second phase range YH are lower in loss than the second quadrant S2 and the fourth quadrant S4 in the powering operation state. The first quadrant S1, which is a quadrant, is included in common. Naturally, the first phase range YL and the second phase range YH can be set with any of the first quadrant S1 to the fourth quadrant S4 as a common quadrant. However, as described above, the switching of the γ map 70 may be performed on the condition that it is in a power running state. In the present embodiment, since the low rotational speed region phase map 7L and the high rotational speed region phase map 7H are both in the power running state, the relative phase γ in the first quadrant S1 is defined as the phase command γ * . Smooth switching and smooth control can be realized, and loss is also reduced. From the viewpoint of commonly including a lower-loss quadrant in the power running operation state, the first phase range YL is set to the second quadrant S2 and the third quadrant S3 with the third quadrant S3 as a common quadrant, The two-phase range YH may be set in the third quadrant S3 and the fourth quadrant S4.

相対位相制御部7は、このようにして設定した位相指令γに基づいて、好適にはフィードバック制御により駆動力源56を制御し、相対位置調整機構50を駆動制御する。相対位置調整機構50の実際の移動量は、センサ等によって検出された実際の相対位相、あるいは駆動回路75に与えた駆動信号から予測される推測値として、相対位相制御部7により取得される。相対位相制御部7は、検出された相対位相や推測値としての相対位相を、相対位相γとしてトルク制御部1に伝達する。 Based on the phase command γ * set in this way, the relative phase control unit 7 controls the driving force source 56, preferably by feedback control, and drives and controls the relative position adjustment mechanism 50. The actual movement amount of the relative position adjusting mechanism 50 is acquired by the relative phase control unit 7 as an estimated value predicted from an actual relative phase detected by a sensor or the like or a drive signal given to the drive circuit 75. The relative phase control unit 7 transmits the detected relative phase and the relative phase as an estimated value to the torque control unit 1 as a relative phase γ.

トルク制御部1(電流指令演算部)は、目標トルクT及び回転速度ωに基づき、相対位相γに対応するトルクマップ(電流指令マップ1a)を参照してステータコイル32に流す電流の指令である電流指令id_M,iq_Mを演算する。これらの電流指令id_M,iq_Mは、dM軸及びqM軸によって規定される第1ベクトル空間において演算される。電流指令マップ1aは、図13〜図15に例示するようなトルク特性(トルクマップ)に基づいて予め生成されたマップである。尚、必要に応じてトルク制御部1は、直流電圧源8の正極Pと負極Nとの間の直流電圧に対するステータコイル32の3相交流電圧の実効値の比率であり、変換率を示す変調率MIも用いて電流指令id_M,iq_Mを演算する。 The torque control unit 1 (current command calculation unit) is a command for a current to flow through the stator coil 32 with reference to a torque map (current command map 1a) corresponding to the relative phase γ based on the target torque T * and the rotational speed ω. A certain current command id_M * , iq_M * is calculated. These current commands id_M * and iq_M * are calculated in the first vector space defined by the dM axis and the qM axis. The current command map 1a is a map generated in advance based on torque characteristics (torque map) as exemplified in FIGS. If necessary, the torque control unit 1 is a ratio of the effective value of the three-phase AC voltage of the stator coil 32 to the DC voltage between the positive electrode P and the negative electrode N of the DC voltage source 8 and indicates a conversion rate. The current commands id_M * and iq_M * are calculated using the rate MI.

可変磁束型である回転機構部20は、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位置によって界磁磁束の特性が変化する。このため、回転電機制御装置は、図13〜図15に例示するように、相対位置(相対位相γ)に応じた複数のトルクマップを有している。図13は、第1ロータ41と第2ロータ42との相対位相γが0度の状態での両ベクトル空間でのトルク特性の一例を示している。同様に、図14は相対位相γが45度の状態、図15は相対位相γが67度の状態でのトルク特性を示している。図13〜図15の各分図(a)は、第1ベクトル空間におけるトルク特性を示しており、図13〜図15の各分図(b)は第2ベクトル空間におけるトルク特性を示している。トルク制御部1は、相対位相制御部7から伝達された相対位相γに対応するトルクマップ(電流指令マップ1a)を用いて電流指令id_M,iq_Mを演算する。 In the rotation mechanism unit 20 that is a variable magnetic flux type, the characteristics of the field magnetic flux change depending on the relative position between the first rotor 41 and the second rotor 42. For this reason, the rotary electric machine control device has a plurality of torque maps corresponding to the relative position (relative phase γ) as illustrated in FIGS. 13 to 15. FIG. 13 shows an example of torque characteristics in both vector spaces when the relative phase γ between the first rotor 41 and the second rotor 42 is 0 degrees. Similarly, FIG. 14 shows the torque characteristics when the relative phase γ is 45 degrees, and FIG. 15 shows the torque characteristics when the relative phase γ is 67 degrees. Each part (a) of FIGS. 13 to 15 shows the torque characteristics in the first vector space, and each part (b) of FIGS. 13 to 15 shows the torque characteristics in the second vector space. . The torque control unit 1 calculates current commands id_M * and iq_M * using a torque map (current command map 1a) corresponding to the relative phase γ transmitted from the relative phase control unit 7.

本実施形態の回転機構部20(回転電機100)のような可変磁束型の回転電機は、界磁磁束を電気的に増減するためにトルクに寄与しないd軸電流を流すことによる効率低下を抑制することを1つの目的として採用される。しかし、実際には、相対位置調整機構50を用いた構造的な界磁磁束の調整と、弱め界磁制御や強め界磁制御などの電気的な界磁磁束の調整とが併用される場合も多い。弱め界磁制御や強め界磁制御などの界磁調整制御においては、界磁磁束と同方向の磁束を発生させるd軸電流を増減させることによって、電気的に界磁磁束が調整される。後述するように、電気的な界磁調整制御に際して、第1ベクトル空間においては、ほぼd軸電流のみを考慮すれば充分であるが、第2ベクトル空間では、d軸電流とq軸電流との双方を考慮する必要が生じる。このため、制御が容易な第1ベクトル空間において電気的な界磁調整制御を行うことが好ましく、トルク制御部(電流指令演算部)1は、第1ベクトル空間において電流指令を演算する。   A variable magnetic flux type rotating electrical machine such as the rotating mechanism unit 20 (the rotating electrical machine 100) of the present embodiment suppresses a decrease in efficiency due to flowing a d-axis current that does not contribute to torque in order to increase or decrease the field magnetic flux electrically. It is adopted as one purpose. In practice, however, the adjustment of the structural field magnetic flux using the relative position adjusting mechanism 50 and the adjustment of the electric field magnetic flux such as field weakening control and field strengthening control are often used in combination. In field adjustment control such as field weakening control and field strengthening control, the field magnetic flux is electrically adjusted by increasing or decreasing the d-axis current that generates a magnetic flux in the same direction as the field magnetic flux. As will be described later, in the electric field adjustment control, it is sufficient to consider only the d-axis current in the first vector space, but in the second vector space, the difference between the d-axis current and the q-axis current is sufficient. Both need to be considered. For this reason, it is preferable to perform the electric field adjustment control in the first vector space that is easy to control, and the torque control unit (current command calculation unit) 1 calculates the current command in the first vector space.

図13〜図15において、細い実線は所定のトルクを出力可能なd軸電流とq軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す等トルク線である。点線は、ロータユニット40の回転速度ωと直流電圧に応じて設定され、設定可能なd軸電流とq軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す電圧制限楕円(電圧速度楕円)である。MTで示す太い実線は、最も高い効率で各トルクを出力可能なd軸電流とq軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す最大トルク線である。尚、この最大トルク線は一例であり、電圧制限楕円の内側で実行される標準的な基本制御の際の電流指令として設定され、トルクに応じた基本制御の際のベクトル軌跡を示したもの(基本制御線)であれば、最大トルク線に限定されるものではない。LTで示す太い実線は、各等トルク線が電圧制限楕円の接線となる際の接点のベクトル軌跡に相当し、各トルクを出力可能な限界のd軸電流とq軸電流との組み合わせのベクトル軌跡である限界トルク線である。   13 to 15, thin solid lines are isotorque lines showing a vector locus of a combination of d-axis current and q-axis current that can output a predetermined torque. A dotted line is a voltage limit ellipse (voltage speed ellipse) that is set according to the rotational speed ω and the DC voltage of the rotor unit 40 and indicates a vector locus of a combination of d-axis current and q-axis current that can be set. A thick solid line indicated by MT is a maximum torque line indicating a vector locus of a combination of d-axis current and q-axis current that can output each torque with the highest efficiency. This maximum torque line is an example, and is set as a current command for standard basic control executed inside the voltage limit ellipse, and shows a vector locus for basic control according to torque ( Basic control line) is not limited to the maximum torque line. A thick solid line denoted by LT corresponds to a vector locus of a contact when each equal torque line becomes a tangent of a voltage limit ellipse, and a vector locus of a combination of a limit d-axis current and q-axis current capable of outputting each torque. This is the limit torque line.

図13〜図15に示すトルク特性において、電気的な界磁調整制御が不要な場合には、標準的な基本制御が実施され、電流指令は、トルク指令Tに応じた等トルク線と最大トルク線(基本制御線)との交点のd軸電流及びq軸電流の値となる。電気的に界磁磁束を調整する場合、例えば弱め界磁制御を実施する際には、等トルク線と最大トルク線MTとの交点から限界トルク線に向かって等トルク線上を進む点におけるd軸電流及びq軸電流の値が電流指令となる。 In the torque characteristics shown in FIGS. 13 to 15, when the electric field adjustment control is not required, standard basic control is performed, and the current command includes an isotorque line and a maximum corresponding to the torque command T *. It becomes the value of the d-axis current and the q-axis current at the intersection with the torque line (basic control line). When the field magnetic flux is electrically adjusted, for example, when performing field weakening control, the d-axis current at the point traveling on the equal torque line from the intersection of the equal torque line and the maximum torque line MT toward the limit torque line, and The value of the q-axis current becomes the current command.

図13〜図15の各分図(a)を参照すれば、第1ベクトル空間においては、相対位相γに拘わらず、弱め界磁制御の際に電流はd軸に沿って変化して電流量が増加するが、q軸電流はほぼ一定で変化しない。一方、図13〜図15の各分図(b)を参照すれば、第2ベクトル空間においては、弱め界磁制御の際に、相対位相γが大きくなると、d軸電流のみでなくq軸電流も変化する。例えば、図13(b)に示すように相対位相γが0度の場合には、第2ベクトル空間においても第1ベクトル空間と同様に、ほぼd軸電流のみが変化してq軸電流は一定であるが、相対位相γが45度の図14(b)では、第1ベクトル空間に比べてq軸電流の変化が大きい。相対位相γが67度の図15(b)では、さらにq軸電流の変化が大きくなっている。   13A to 15B, in the first vector space, regardless of the relative phase γ, the current changes along the d-axis during field weakening control and the amount of current increases. However, the q-axis current is almost constant and does not change. On the other hand, referring to the respective partial diagrams (b) of FIGS. 13 to 15, in the second vector space, when the relative phase γ increases during the field weakening control, not only the d-axis current but also the q-axis current changes. To do. For example, as shown in FIG. 13B, when the relative phase γ is 0 degree, in the second vector space, only the d-axis current changes and the q-axis current is constant as in the first vector space. However, in FIG. 14B in which the relative phase γ is 45 degrees, the change in the q-axis current is larger than that in the first vector space. In FIG. 15B where the relative phase γ is 67 degrees, the change in the q-axis current is further increased.

このように、弱め界磁制御など、界磁磁束を調整するために変化させる電流指令が2つの軸を対象とすると、電流指令を決定するための演算が煩雑となる。第1ベクトル空間では、ほぼd軸電流のみを考慮することで、電気的な界磁調整制御を含めて電流指令を決定することができるので、本実施形態では、トルク制御部1は、第1ベクトル空間における電流指令id_M,iq_Mを演算する。 As described above, when the current command to be changed for adjusting the field magnetic flux, such as field weakening control, is applied to two axes, the calculation for determining the current command becomes complicated. In the first vector space, it is possible to determine the current command including the electric field adjustment control by considering only the d-axis current. Therefore, in the present embodiment, the torque control unit 1 includes the first The current commands id_M * and iq_M * in the vector space are calculated.

一方、後段の電流制御部(電圧指令演算部)3では、第2ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令vd_L,vq_Lが演算される。上述したように、第1ベクトル空間と第2ベクトル空間とは、その座標軸に偏差δが存在する。電流制御部3は、第2ベクトル空間において電圧指令を演算するので、電流指令も第2ベクトル空間の指令に変換する必要がある。そこで、空間座標変換部2は、公知の座標変換演算によって、第1ベクトル空間において演算された電流指令id_M,iq_Mを、偏差δを用いて、第2ベクトル空間における電流指令id_L(=id_M・cosδ+iq_M・sinδ),iq_L(=iq_M・cosδ−id_M・sinδ)に座標変換する。 On the other hand, the current control unit (voltage command calculation unit) 3 at the subsequent stage performs current feedback control in the second vector space to calculate the voltage commands vd_L * and vq_L * . As described above, the first vector space and the second vector space have a deviation δ on their coordinate axes. Since the current control unit 3 calculates a voltage command in the second vector space, it is necessary to convert the current command into a command in the second vector space. Therefore, the space coordinate conversion unit 2 uses the current command id_M * and iq_M * calculated in the first vector space by a known coordinate conversion calculation and the current command id_L * (= in the second vector space using the deviation δ. coordinate conversion into id_M * .cosδ + iq_M * .sinδ), iq_L * (= iq_M * .cosδ−id_M * .sinδ).

電流制御部3は、第2ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令vd_L,vq_Lを演算する。具体的には、電流センサ91によって測定された、実際にステータコイル32を流れる実電流iu,iv,iwをフィードバックし、電流指令id_L,iq_Lとの偏差を取って比例積分(PI)制御や比例微積分(PID)制御を実施する。尚、本実施形態では、ホール効果を利用してバスバーなどの電流配線に近接して非接触で電流を検出する電流センサ91を例示している。また、本実施形態では、3相全ての電流を検出する例を示しているが、3相は平衡しているので、2相のみを検出して残りの1相は演算により求めてもよい。 The current control unit 3 performs current feedback control in the second vector space and calculates voltage commands vd_L * and vq_L * . Specifically, the actual currents iu, iv, iw actually flowing through the stator coil 32 measured by the current sensor 91 are fed back, and the deviation from the current commands id_L * , iq_L * is taken to perform proportional integration (PI) control. And proportional calculus (PID) control. In the present embodiment, the current sensor 91 that detects the current in a non-contact manner near the current wiring such as a bus bar using the Hall effect is illustrated. In the present embodiment, an example is shown in which the currents of all three phases are detected. However, since the three phases are balanced, only two phases may be detected and the remaining one phase may be obtained by calculation.

uvw相の3相のステータコイル32を流れる実電流iu,iv,iwは、3相交流であるからフィードバック電流座標変換部4において2相のフィードバック電流に変換される。フィードバック電流を用いる電流制御部3は、第2ベクトル空間においてPI制御やPID制御を実施するので、フィードバック電流座標変換部4は、公知の変換式を用いて、3相電流を第2ベクトル空間における2相のフィードバック電流id_L,iq_Lに変換する。一般的には、3相から2相への変換に際しては、固定座標系であるα−βベクトル空間と回転座標系との角度、例えば、図8に示すロータユニット40の回転角度θに基づいて座標変換される。しかし、図8に示すように回転角度θは第1ベクトル空間に対する回転角度であり、第2ベクトル空間に対する回転角度φは、(θ+δ)となる。フィードバック電流座標変換部4は、一例として、3相フィードバック電流iu,iv,iwをα−β軸ベクトル空間の2相電流iα,iβに変換し、さらに第2ベクトル空間のフィードバック電流id_L,iq_Lに変換する。   Since the actual currents iu, iv, iw flowing through the three-phase stator coil 32 of the uvw phase are three-phase alternating current, the feedback current coordinate conversion unit 4 converts them into two-phase feedback currents. Since the current control unit 3 using the feedback current performs PI control and PID control in the second vector space, the feedback current coordinate conversion unit 4 uses a known conversion formula to convert the three-phase current in the second vector space. Conversion into two-phase feedback currents id_L and iq_L. In general, when converting from three phases to two phases, based on the angle between the α-β vector space, which is a fixed coordinate system, and the rotational coordinate system, for example, the rotational angle θ of the rotor unit 40 shown in FIG. The coordinates are converted. However, as shown in FIG. 8, the rotation angle θ is a rotation angle with respect to the first vector space, and the rotation angle φ with respect to the second vector space is (θ + δ). As an example, the feedback current coordinate conversion unit 4 converts the three-phase feedback currents iu, iv, iw into the two-phase currents iα, iβ in the α-β axis vector space, and further converts them into the feedback currents id_L, iq_L in the second vector space. Convert.

電流制御部3では、第2ベクトル空間における電圧方程式(下記に示す式(1))に基づいて電流フィードバック制御を実施する。ここで、vdL:dL軸電圧、vqL:qL軸電圧、idL:dL軸電流、iqL:qL軸電流、Ra:ステータコイルの抵抗成分、Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス、Ψa:ステータコイルの鎖交磁束、ω:ロータの回転速度、p:微分演算子である。   The current control unit 3 performs current feedback control based on a voltage equation (equation (1) shown below) in the second vector space. Here, vdL: dL axis voltage, vqL: qL axis voltage, idL: dL axis current, iqL: qL axis current, Ra: resistance component of stator coil, Ld: d axis inductance, Lq: q axis inductance, Ψa: stator Coil flux linkage, ω: rotational speed of rotor, p: differential operator.

Figure 2012239302
Figure 2012239302

電流制御部3による電流制御は、変化させたい電流にインダクタンスを乗じて電圧(電圧指令)を得ることによって実現される。上記式(1)から、電流変化を生じさせるための電圧指令の変化量のみを取り出して変形すると、下記式(2)となる。ここで、K及びKは、PI制御やPID制御におけるゲイン係数である。 Current control by the current control unit 3 is realized by obtaining a voltage (voltage command) by multiplying the current to be changed by an inductance. If only the change amount of the voltage command for causing the current change is extracted from the above equation (1) and transformed, the following equation (2) is obtained. Here, K L and K M is the gain factor in the PI control or PID control.

Figure 2012239302
Figure 2012239302

詳細な説明は省略するが、第2ベクトル空間における電圧方程式を用いると、d軸(dL軸)とq軸(qL軸)との2つの軸が独立する。つまり、d軸電流はd軸電圧のみで変化し、q軸電流はq軸電圧のみで変化する。これに対して、第1ベクトル空間における電圧方程式では、d軸(dM軸)及びq軸(qM軸)が独立しておらず、d軸電流及びq軸電流は、d軸電圧とq軸電圧との双方の影響で変化する。このため、電圧指令を決定するための演算が煩雑となり、演算負荷も増大することになる。本実施形態では、電流を変化させるために、第2ベクトル空間における電圧指令vd_L及びvq_Lを演算するので、非対称突極性を有する回転電機であっても演算負荷を軽減することが可能となる。 Although detailed description is omitted, when the voltage equation in the second vector space is used, the two axes of the d axis (dL axis) and the q axis (qL axis) are independent. That is, the d-axis current changes only with the d-axis voltage, and the q-axis current changes only with the q-axis voltage. On the other hand, in the voltage equation in the first vector space, the d-axis (dM-axis) and the q-axis (qM-axis) are not independent, and the d-axis current and the q-axis current are the d-axis voltage and the q-axis voltage. It changes under the influence of both. For this reason, the calculation for determining the voltage command becomes complicated and the calculation load increases. In the present embodiment, since the voltage commands vd_L * and vq_L * in the second vector space are calculated in order to change the current, it is possible to reduce the calculation load even for a rotating electrical machine having asymmetric saliency. .

電圧制御部(駆動指令演算部)5は、電圧指令vd_L及びvq_Lに基づいてインバータ6を構成するIGBTなどのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、インバータ6をスイッチング制御する。インバータ6は、よく知られているように、3相それぞれに対応する3レッグのブリッジ回路により構成される。直流電圧源8の正極Pと負極Nとの間に2つのIGBTが直列に接続され、この直列回路が3回線並列接続される。つまり、モータのu相、v相、w相に対応するステータコイル32のそれぞれに1組の直列回路(アーム)が対応したブリッジ回路が構成される。対となる各相のIGBTによる直列回路の中間点、つまり、IGBTの接続点はステータコイル32にそれぞれ接続される。尚、IGBTには、それぞれフリーホイールダイオード(回生ダイオード)が並列に接続される。フリーホイールダイオードは、カソード端子がIGBTのコレクタ端子に接続され、アノード端子がIGBTのエミッタ端子に接続される形で、IGBTに対して並列に接続される。 The voltage control unit (drive command calculation unit) 5 generates a drive signal for driving a switching element such as an IGBT constituting the inverter 6 based on the voltage commands vd_L * and vq_L * , and performs switching control of the inverter 6. As is well known, the inverter 6 includes a three-leg bridge circuit corresponding to each of the three phases. Two IGBTs are connected in series between the positive electrode P and the negative electrode N of the DC voltage source 8, and this series circuit is connected in parallel in three lines. That is, a bridge circuit in which one set of series circuits (arms) corresponds to each of the stator coils 32 corresponding to the u phase, the v phase, and the w phase of the motor is configured. The intermediate point of the series circuit composed of the IGBTs of each phase as a pair, that is, the connection point of the IGBT is connected to the stator coil 32. A free wheel diode (regenerative diode) is connected in parallel to each IGBT. The freewheel diode is connected in parallel to the IGBT, with the cathode terminal connected to the collector terminal of the IGBT and the anode terminal connected to the emitter terminal of the IGBT.

駆動信号は、例えば各IGBTのゲート駆動信号として生成される。一般的に、インバータを駆動するパワー系の電気回路と、マイクロコンピュータなどの電子回路とは、電源電圧が大きく異なる。このため、低電圧の電子回路により生成されたIGBTのゲート駆動信号は、ドライバ回路を介して高電圧のパワー系の電気回路に配置された各IGBTに供給される。図7では、このドライバ回路もインバータ6に含むものとして図示している。尚、電圧制御部5における演算は、第1ベクトル空間及び第2ベクトル空間の何れで実施してもよい。   The drive signal is generated as a gate drive signal of each IGBT, for example. In general, a power system voltage for driving an inverter and an electronic circuit such as a microcomputer are greatly different from each other. For this reason, the gate drive signal of the IGBT generated by the low voltage electronic circuit is supplied to each IGBT arranged in the high voltage power system electric circuit via the driver circuit. In FIG. 7, this driver circuit is also shown as being included in the inverter 6. Note that the calculation in the voltage controller 5 may be performed in either the first vector space or the second vector space.

〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Other Embodiments]
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. Note that the configuration of each embodiment described below is not limited to being applied independently, and can be applied in combination with the configuration of other embodiments as long as no contradiction arises.

(1)上記実施形態においては、一定の範囲内(例えばγ=−90°〜180°)で周方向の相対位置を調整する場合を例として説明したが、360°を超えて相対位置を調整するようにしてもよい。つまり、第1ロータ41と第2ロータ42とが、周方向の両方向に際限なく相対回転可能な場合には、一定の範囲を無限域に設定してもよい。例えば、現在の相対位置がγ=30°であり、目標となる相対位置がγ=170°の場合、この目標となる相対位置をγ=−10°と読み替える。30°と170°とでは、調整幅(位相差)が140°であるが、30°と−10°とでは、調整幅は40°となり、少ない調整幅による相対位置の調整が可能となる。同様に、目標となる相対位置はγ=170°のままで、現在の相対位置をγ=210°と読み替えてもよい。これにより、位相調整の応答性を向上させ、相対位置調整機構50の機械損などの損失を低減することが可能となる。但し、リミッタが無いために、調整に誤差が生じた場合には、その誤差が累積されてしまう可能性がある。従って、このように一定の範囲を無限域に設定する場合には、リセット機構などが付加されると好適である。 (1) In the above embodiment, the case where the circumferential relative position is adjusted within a certain range (for example, γ = −90 ° to 180 °) has been described as an example, but the relative position is adjusted beyond 360 °. You may make it do. In other words, when the first rotor 41 and the second rotor 42 are relatively rotatable indefinitely in both circumferential directions, the certain range may be set to an infinite range. For example, when the current relative position is γ = 30 ° and the target relative position is γ = 170 °, the target relative position is read as γ = −10 °. At 30 ° and 170 °, the adjustment width (phase difference) is 140 °. However, at 30 ° and −10 °, the adjustment width is 40 °, and the relative position can be adjusted with a small adjustment width. Similarly, the current relative position may be read as γ = 210 ° while the target relative position remains γ = 170 °. As a result, the response of the phase adjustment can be improved, and the loss such as mechanical loss of the relative position adjustment mechanism 50 can be reduced. However, if there is an error in adjustment because there is no limiter, the error may be accumulated. Therefore, when a certain range is set to an infinite range as described above, it is preferable to add a reset mechanism or the like.

(2)上記実施形態では、可変磁束型の回転機構部20として、第1ロータ41のみに永久磁石24が備えられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第1ロータ41及び第2ロータ42の双方に永久磁石24が備えられてもよい。また、第2ロータ42のみに永久磁石24が備えられ、第1ロータ41に空隙が形成された構成とすることもできる。また、それぞれのロータ41,42が、永久磁石を備えると共に空隙を有していてもよい。当然ながら、永久磁石24の配置方向及び形状、空隙の方向及び形状等も、本実施形態に限定されるものではない。尚、界磁磁束を変更するための機構は、上記各形態に限定されることなく、様々な形態及び方式を用いることが可能である。例えば、ロータ内の永久磁石の位置や向きを変更することによって可変磁束型の回転電機が実現されてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the variable magnetic flux type rotation mechanism unit 20 has been described as an example in which only the first rotor 41 is provided with the permanent magnet 24. However, the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the permanent magnet 24 may be provided in both the first rotor 41 and the second rotor 42. Alternatively, only the second rotor 42 may be provided with the permanent magnet 24 and a gap may be formed in the first rotor 41. Each rotor 41 and 42 may include a permanent magnet and a gap. Of course, the arrangement direction and shape of the permanent magnet 24, the direction and shape of the air gap, and the like are not limited to the present embodiment. In addition, the mechanism for changing the field magnetic flux is not limited to the above-mentioned forms, and various forms and systems can be used. For example, a variable magnetic flux type rotating electrical machine may be realized by changing the position and orientation of the permanent magnet in the rotor.

(3)上述した本発明の実施形態では、回転機構部20として、第1ロータ41のみに永久磁石24が備えられており、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差は、電気角で90°である。しかし、上述したように、回転機構部20は、第1ロータ41及び第2ロータ42の双方に永久磁石24が備えられる構成であってもよい。例えば、特許文献1の図4には、そのような回転機構部の一例が示されている。この場合には、特許文献1の図4からも明らかなように、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差が、電気角で180°となる。上述した本発明の実施形態の回転機構部20のように、第1ロータ41のみに永久磁石24が備えられている場合には、2つのロータの相対位置は、図9に例示したように電気角360°で元の相対位置と等価な相対位置となる。しかし、第1ロータ41及び第2ロータ42の双方に永久磁石24が備えられる構成の場合には、図16に例示するように、2つのロータの相対位置は、電気角720°で元の相対位置と等価な相対位置となる。従って、第1位相範囲YL及び第2位相範囲YHも、この関係に基づいて、例えばそれぞれ360°の範囲に設定される。中心となる相対位相γなどについては、上述した本発明の実施形態を適用可能であるから、詳細な説明は省略する。 (3) In the embodiment of the present invention described above, the permanent magnet 24 is provided only in the first rotor 41 as the rotation mechanism unit 20, and the relative position where the field magnetic flux is the maximum and the relative position where the field magnetic flux is the minimum. Is 90 ° in electrical angle. However, as described above, the rotation mechanism unit 20 may have a configuration in which the permanent magnets 24 are provided in both the first rotor 41 and the second rotor 42. For example, FIG. 4 of Patent Document 1 shows an example of such a rotation mechanism unit. In this case, as is clear from FIG. 4 of Patent Document 1, the phase difference between the relative position where the field magnetic flux is maximum and the relative position where the field magnetic flux is minimum is 180 ° in electrical angle. When the permanent magnet 24 is provided only in the first rotor 41 as in the rotation mechanism unit 20 according to the embodiment of the present invention described above, the relative positions of the two rotors are electric as illustrated in FIG. A relative position equivalent to the original relative position is obtained at an angle of 360 °. However, in the case where the permanent magnet 24 is provided in both the first rotor 41 and the second rotor 42, the relative position of the two rotors is an original relative angle of 720 ° as illustrated in FIG. The relative position is equivalent to the position. Therefore, the first phase range YL and the second phase range YH are also set to a range of 360 °, for example, based on this relationship. Since the above-described embodiment of the present invention can be applied to the central relative phase γ and the like, detailed description thereof will be omitted.

(4)上記実施形態においては、ロータユニットとステータとが径方向に重複して設置される構成を例示した。しかし、この構成に限定されることなく、ロータユニットとステータとが軸方向に重複して設置されるアキシャル型の回転電機であってもよい。また、上記実施形態では、インナロータ型の回転電機を例として説明したが、当然ながらアウタロータ型の回転電機に適用することもできる。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本発明及び本発明と均等な構成を備え、発明の要旨を逸脱しなければ、上記実施形態の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。 (4) In the above embodiment, the configuration in which the rotor unit and the stator are installed overlapping in the radial direction is illustrated. However, the present invention is not limited to this configuration, and an axial type rotating electrical machine in which the rotor unit and the stator are installed overlapping in the axial direction may be used. In the above-described embodiment, the inner rotor type rotating electrical machine has been described as an example, but the present invention can naturally be applied to an outer rotor type rotating electrical machine. Regarding other configurations as well, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects, and the embodiments of the present invention are not limited thereto. That is, the present invention and a configuration equivalent to the present invention are provided, and a configuration in which a part of the above embodiment is appropriately modified belongs to the technical scope of the present invention without departing from the gist of the invention.

本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ及び第2ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に適用することができる。   The present invention includes a rotor unit having a first rotor and a second rotor capable of adjusting a circumferential relative position within a certain range, and a stator having a stator coil, and a permanent magnet provided in the rotor unit. The field magnetic flux generated and interlinked with the stator coil can be applied to a rotating electrical machine control device that controls a variable magnetic flux type rotating electrical machine that can be adjusted according to a relative position.

γ :相対位相(相対位置)
7 :相対位相制御部
7H :高回転速度域位相マップ
7L :低回転速度域位相マップ
24 :永久磁石
30 :ステータ
32 :ステータコイル
40 :ロータユニット
41 :第1ロータ
42 :第2ロータ
70 :γマップ(位相マップ)
100 :回転電機
F :磁極
PD :磁極中心位置
PL :電機子磁束最大位置
PQ :磁極中心直交位置
YH :第2位相範囲
YL :第1位相範囲
γ: Relative phase (relative position)
7: Relative phase controller 7H: High rotational speed region phase map 7L: Low rotational speed region phase map 24: Permanent magnet 30: Stator 32: Stator coil 40: Rotor unit 41: First rotor 42: Second rotor 70: γ Map (phase map)
100: Rotating electric machine F: Magnetic pole PD: Magnetic pole center position PL: Armature magnetic flux maximum position PQ: Magnetic pole center orthogonal position YH: Second phase range YL: First phase range

Claims (4)

一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第1ロータ及び第2ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第1ロータと前記第2ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第1位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第2位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する回転電機制御装置。
A rotor unit having a first rotor and a second rotor capable of adjusting a relative position in a circumferential direction within a certain range; and a stator having a stator coil; and the stator generated by a permanent magnet provided in the rotor unit. A rotating electrical machine control device for controlling a variable magnetic flux type rotating electrical machine capable of adjusting a field magnetic flux linked to a coil according to the relative position,
The phase command indicating the relative position for adjusting the field magnetic flux is determined on the basis of a phase map defined according to a target torque and a rotational speed, and the first rotor and the second rotor are determined. A relative phase control unit that adjusts the relative position with the rotor is provided.
The phase map includes a low rotational speed region phase map in which the phase command is defined within a first phase range set so as to include the relative position where the field magnetic flux is maximum, and the field magnetic flux is minimum. A high rotational speed region phase map in which the phase command is defined within a second phase range set to include the relative position
The relative phase control unit is a rotating electrical machine control device that determines the phase command by switching and referring to the low rotational speed region phase map and the high rotational speed region phase map based on the rotational speed.
前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える請求項1に記載の回転電機制御装置。   When the rotational speed changes from a low rotational speed to a high rotational speed and becomes equal to or greater than a predetermined rotational speed threshold, the relative phase control unit displays the phase map as a reference destination in the low rotational speed region phase. When the map is switched from the map to the high rotational speed range phase map and the rotational speed changes from the high rotational speed to the low rotational speed and becomes less than the rotational speed threshold value, the rotating electrical machine is further in a power running operation state. 2. The rotating electrical machine control device according to claim 1, wherein the phase map of the reference destination is switched from the high rotation speed region phase map to the low rotation speed region phase map on the condition that 前記第1位相範囲は、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、
前記第2位相範囲は、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されている請求項1又は2に記載の回転電機制御装置。
The first phase range is set to a range in which the relative position where the field magnetic flux on both sides of the circumferential direction is the minimum is the outer edge, with the relative position where the field magnetic flux is maximum as the center.
The second phase range is set to a range in which the relative position where the field magnetic flux on both sides in the circumferential direction is the maximum is the outer edge with the relative position where the field magnetic flux is minimum as the center. Item 3. The rotating electrical machine control device according to Item 1 or 2.
前記回転電機は、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、
前記第2位相範囲は、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されている請求項1から3の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
The rotating electric machine is an electric machine induced by a current flowing through the stator coil and a position electrically orthogonal to the center of the magnetic pole formed by the permanent magnet on the surface of the rotor unit by adjusting the relative position. The magnetic flux density maximum position on the surface of the rotor unit of the child magnetic flux is in a different state,
In the second phase range, the field magnetic flux in the phase range suitable for the power running operation is minimized from the relative position where the field magnetic flux in the phase range suitable for the power running operation of the rotating electrical machine is maximized. The relative position and the relative position at which the field magnetic flux in the phase range suitable for the regenerative operation is minimized to the relative position at which the field magnetic flux in the phase range suitable for the regenerative operation is maximized. The rotating electrical machine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating electrical machine control device is set to a range.
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