JP2016149895A - Control device for rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the acceleration/deceleration of connection equipment from being disturbed when executing a variable magnetic field in a variable magnetic field type rotary electric machine.SOLUTION: The variable magnetic field type rotary electric machine comprises a main rotor 40 and a sub rotor 42. The main rotor 40 is fixed to a rotor shaft and the rotor shaft is connected to an inertia load such as an engine. The sub rotor 42 is rotated relatively to the main rotor 40 and its phase angle is changed. When rotating the inertia load from a stopped state, the sub rotor 42 is relatively rotated in such a manner that a rotation direction of the main rotor 40 is matched with a rotation direction of the connection equipment.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、可変界磁型の回転電機の制御装置に関する。   The present invention relates to a control apparatus for a variable field type rotating electrical machine.

特許文献1には、ロータの構成および磁気回路の制約を抑制しつつ磁石磁束を適切に可変にすることを目的とした回転機が記載されている。回転軸の方向で対向する第1ロータおよび第2ロータと、第2ロータの回転トルクを第1ロータに伝達するトルク伝達状態とトルク非伝達状態とを切り替え可能なトルク伝達部と、第2ロータをケースに磁気的に結合可能な磁気結合部を備える。第1ロータは回転軸に固定され、第2ロータは回転軸に非固定であり、コイルに流れる電流が所定値未満の場合には磁気結合部によってケースに磁気的に結合され、電流が所定値以上の場合には回転し、トルク伝達部は第2ロータが回転するときにはトルク伝達状態になる構成が記載されている。   Patent Document 1 describes a rotating machine for the purpose of appropriately changing a magnetic flux while suppressing restrictions on the configuration of a rotor and a magnetic circuit. A first rotor and a second rotor facing each other in the direction of the rotation axis; a torque transmission unit capable of switching between a torque transmission state for transmitting the rotational torque of the second rotor to the first rotor and a torque non-transmission state; and a second rotor Is provided with a magnetic coupling portion that can be magnetically coupled to the case. The first rotor is fixed to the rotating shaft, the second rotor is not fixed to the rotating shaft, and when the current flowing through the coil is less than a predetermined value, the first rotor is magnetically coupled to the case, and the current is set to a predetermined value. In the above case, the structure is described in which it rotates, and the torque transmitting portion is in a torque transmitting state when the second rotor rotates.

特開2014−27705号公報JP 2014-27705 A

しかしながら、従来技術では、ロータは相対的にどちらにも回転できる構成であるため、例えば主軸がエンジンに連結されている場合、停止状態で第1ロータと第2ロータの位相角を変更すると、許容し得ないエンジン逆回転のおそれが生じ得る。そして、このような逆回転は、特にエンジン始動時やエンジン停止時に問題となり得る。   However, in the prior art, since the rotor can be rotated relatively in either direction, for example, when the main shaft is connected to the engine, changing the phase angle between the first rotor and the second rotor in a stopped state is acceptable. There is a risk of reverse engine rotation that cannot be achieved. Such reverse rotation can be a problem particularly when the engine is started or when the engine is stopped.

本発明は、可変界磁型の回転電機において、位相角度の変更に伴うエンジン等の慣性負荷の逆回転、あるいは正回転に対する逆方向トルクの発生を防止する装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a device that prevents reverse rotation of an inertial load of an engine or the like accompanying the change of a phase angle or generation of reverse torque with respect to forward rotation in a variable field type rotating electric machine.

本発明は、ステータと、前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第1ロータ要素及び第2ロータ要素を含み、前記第2ロータ要素は前記第1ロータ要素に対して相対回転可能なロータとを備える回転電機を制御する制御装置であって、前記第1ロータ要素は慣性負荷に接続され、前記第2ロータ要素を前記第1ロータ要素に対して相対回転させることで前記第1ロータ要素と第2ロータ要素の位相角度を変更する場合に、前記慣性負荷を停止状態から回転状態に移行させるときは、第1ロータ要素の回転方向が前記慣性負荷の回転方向と一致するように前記第2ロータ要素を相対回転させる制御手段を備えることを特徴とする。   The present invention includes a stator, and a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face the stator and are arranged to face each other in the rotation axis direction, and the second rotor element is relative to the first rotor element. A control device for controlling a rotating electrical machine including a rotor that is relatively rotatable, wherein the first rotor element is connected to an inertial load, and the second rotor element is rotated relative to the first rotor element. When the phase angle between the first rotor element and the second rotor element is changed, the rotational direction of the first rotor element is the rotational direction of the inertial load when the inertial load is shifted from the stopped state to the rotational state. Control means for relatively rotating the second rotor element so as to coincide with each other is provided.

本発明では、第1ロータ要素及び第2ロータ要素はともにステータに対向配置されており、ステータを共有しているため、第2ロータ要素を第1ロータ要素に対して相対回転させる場合に、第2ロータ要素のみならず第1ロータ要素も同時に回転トルクを受けることになる。そこで、慣性負荷を停止状態から回転状態に移行させるときは、第1ロータ要素の回転方向が接続機器の回転方向と一致するように第2ロータ要素を相対回転させることで、慣性負荷の逆回転、あるいは正回転に対する逆方向トルクを発生させることなく位相角度を所望の角度に変更する。   In the present invention, since the first rotor element and the second rotor element are both arranged opposite to the stator and share the stator, when the second rotor element is rotated relative to the first rotor element, The first rotor element as well as the two rotor elements are simultaneously subjected to the rotational torque. Therefore, when the inertial load is shifted from the stopped state to the rotating state, the inertial load is reversely rotated by relatively rotating the second rotor element so that the rotating direction of the first rotor element matches the rotating direction of the connected device. Alternatively, the phase angle is changed to a desired angle without generating reverse torque with respect to forward rotation.

本発明の1つの実施形態では、前記制御手段は、前記慣性負荷を停止状態から回転状態に移行させるときは、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が逆極対向状態にあり前記位相角度が180度の状態から、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が同極対向状態にあり前記位相角度が0度の状態まで変更する。   In one embodiment of the present invention, when the control means shifts the inertial load from a stopped state to a rotating state, the first rotor element and the second rotor element are in the opposite polar state, and the phase angle Is changed from 180 degrees to the state where the first rotor element and the second rotor element are in the same pole opposing state and the phase angle is 0 degrees.

本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、前記慣性負荷を回転状態から停止状態に移行させるときは、第1ロータ要素の回転方向が前記慣性負荷の回転方向と一致するように前記第2ロータ要素を相対回転させる。   In another embodiment of the present invention, when the inertial load is shifted from the rotation state to the stop state, the control means is configured to make the rotation direction of the first rotor element coincide with the rotation direction of the inertial load. Two rotor elements are rotated relative to each other.

本発明のさらに他の実施形態では、前記制御手段は、前記慣性負荷を回転状態から停止状態に移行させるときは、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が同極対向状態にあり前記位相角度が0度の状態から、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が逆極対向状態にあり前記位相角度が180度の状態まで変更する。   In still another embodiment of the present invention, when the inertial load is shifted from the rotation state to the stop state, the control means is configured such that the first rotor element and the second rotor element are in the same pole opposing state and the phase. The state is changed from the state where the angle is 0 degree to the state where the first rotor element and the second rotor element are in the opposite polar state and the phase angle is 180 degrees.

本発明のさらに他の実施形態では、前記制御手段は、前記ステータに流れる電流を制御することにより、前記第2ロータ要素を前記第1ロータ要素に対して相対回転させる。   In still another embodiment of the present invention, the control means rotates the second rotor element relative to the first rotor element by controlling a current flowing through the stator.

前記慣性負荷は、例えばハイブリッド自動車等のエンジンとすることができる。   The inertia load can be an engine of a hybrid vehicle, for example.

本発明によれば、可変界磁型の回転電機において、エンジン等の慣性負荷の正回転に対する逆方向トルクの発生を防止しつつ位相角度を変更できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a variable field type rotary electric machine, a phase angle can be changed, preventing generation | occurrence | production of the reverse direction torque with respect to forward rotation of inertia loads, such as an engine.

回転電機の基本構成図である。It is a basic lineblock diagram of a rotation electrical machinery. 主ロータと副ロータの位相関係説明図である。It is phase explanatory drawing of a main rotor and a subrotor. 主ロータと副ロータの回転方向説明図である。It is explanatory drawing of the rotation direction of a main rotor and a subrotor. 逆極対向状態から同極対向状態に変更する場合のタイミングチャートである。It is a timing chart in the case of changing from a reverse pole facing state to a same pole facing state. 逆極対向状態から同極対向状態に変更する場合のタイミングチャートである。It is a timing chart in the case of changing from a reverse pole facing state to a same pole facing state. 電子制御装置(ECU)の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an electronic control unit (ECU). 同極対向状態から逆極対向状態に変更する場合のタイミングチャートである。It is a timing chart in the case of changing from the same pole facing state to the opposite pole facing state.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<回転電機の基本構成>
まず、可変界磁型の回転電機の基本構成について説明する。
<Basic configuration of rotating electrical machine>
First, the basic configuration of a variable field type rotating electrical machine will be described.

図1は、本実施形態における回転電機の基本構成図であり、回転電機の回転軸方向と直交する方向から見た断面図である。   FIG. 1 is a basic configuration diagram of a rotating electrical machine according to the present embodiment, and is a cross-sectional view seen from a direction orthogonal to the rotation axis direction of the rotating electrical machine.

回転電機は、ケーシングに固定されたステータ24と、径方向においてステータ24と所定のギャップを空けて対向し、ステータ24に対して相対回転可能なロータ28を備える。図1の例では、ロータ28がステータ24の内周側の位置でステータ24と対向配置される。   The rotating electrical machine includes a stator 28 fixed to a casing and a rotor 28 that is opposed to the stator 24 in the radial direction with a predetermined gap and is rotatable relative to the stator 24. In the example of FIG. 1, the rotor 28 is disposed to face the stator 24 at a position on the inner peripheral side of the stator 24.

ステータ24は、ステータコア36と、ステータコア36にその周方向に沿って配設された複数相であるU相、V相、W相の3相のステータコイル38u,38v,38wを含む。3相のステータコイル38u,38v,38wに3相の交流電流が流れることで、ステータ周方向に回転する回転磁界が生じる。   The stator 24 includes a stator core 36 and three-phase stator coils 38u, 38v, and 38w of U phase, V phase, and W phase, which are a plurality of phases disposed on the stator core 36 along the circumferential direction thereof. When a three-phase alternating current flows through the three-phase stator coils 38u, 38v, and 38w, a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction of the stator is generated.

ロータ28は、回転軸方向に隣接した状態でステータ24と径方向に対向配置された主ロータ(第1ロータ要素)40と副ロータ(第2ロータ要素)42を含む。主ロータ40と副ロータ42は、回転軸方向にギャップを空けて対向配置される。図1では、主ロータ40が副ロータ42よりも回転軸方向一方側(図の左側)に配置され、主ロータ40がステータコア36の回転軸方向一方側と径方向に対向し、副ロータ42がステータコア36の回転軸方向他方側(図の右側)と径方向に対向する。   The rotor 28 includes a main rotor (first rotor element) 40 and a sub-rotor (second rotor element) 42 which are disposed to face the stator 24 in the radial direction in a state adjacent to the rotation axis direction. The main rotor 40 and the sub-rotor 42 are arranged to face each other with a gap in the rotation axis direction. In FIG. 1, the main rotor 40 is disposed on one side (left side in the drawing) in the rotation axis direction relative to the sub-rotor 42, the main rotor 40 is radially opposed to one side in the rotation axis direction of the stator core 36, and the sub-rotor 42 is It faces the other side (right side in the drawing) of the stator core 36 in the radial direction.

主ロータ40は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された主ロータコア46と、主ロータコア46にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の主永久磁石48n,48sを含む。主永久磁石48nは外周側がN極であり、主永久磁石48sは外周側がS極である。主永久磁石48n,48sが周方向に交互に配置されることで、主永久磁石48n,48sの極性が周方向に交互に異なる。   The main rotor 40 includes a main rotor core 46 in which a plurality of electromagnetic steel plates are stacked in the rotation axis direction, and a plurality of main permanent magnets 48n and 48s disposed on the main rotor core 46 at equal intervals along the circumferential direction. . The main permanent magnet 48n has an N pole on the outer peripheral side, and the main permanent magnet 48s has an S pole on the outer peripheral side. Since the main permanent magnets 48n and 48s are alternately arranged in the circumferential direction, the polarities of the main permanent magnets 48n and 48s are alternately different in the circumferential direction.

副ロータ42は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された副ロータコア54と、副ロータコア54にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の副永久磁石56n,56sを含む。副永久磁石56nは外周側がN極であり、副永久磁石56sは外周側がS極である。副永久磁石56n,56sが周方向に交互に配置されることで、副永久磁石56n,56sの極性が周方向に交互に異なる。副永久磁石56n,56sの周方向間隔は、主永久磁石48n,48sの周方向間隔に等しい。   The sub-rotor 42 includes a sub-rotor core 54 in which a plurality of electromagnetic steel plates are stacked in the rotation axis direction, and a plurality of sub-permanent magnets 56n and 56s disposed on the sub-rotor core 54 at equal intervals along the circumferential direction. . The auxiliary permanent magnet 56n has an N pole on the outer peripheral side, and the auxiliary permanent magnet 56s has an S pole on the outer peripheral side. Since the secondary permanent magnets 56n and 56s are alternately arranged in the circumferential direction, the polarities of the secondary permanent magnets 56n and 56s are alternately different in the circumferential direction. The circumferential interval between the sub permanent magnets 56n and 56s is equal to the circumferential interval between the main permanent magnets 48n and 48s.

主ロータシャフト26には、拘束板61,62が溶接等により固定される。拘束板61,62は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板62が拘束板61より回転軸方向一方側に配置され、主ロータ40が回転軸方向に拘束板61,62の間に挟持される。主ロータ40は、主ロータシャフト26とキー溝やスプライン等により係合し、主ロータシャフト26及び拘束板61,62と一体回転する。   Restraint plates 61 and 62 are fixed to the main rotor shaft 26 by welding or the like. The restraint plates 61 and 62 are arranged at intervals in the rotational axis direction, the restraint plate 62 is disposed on one side of the restraint plate 61 in the rotational axis direction, and the main rotor 40 is disposed on the restraint plates 61 and 62 in the rotational axis direction. Sandwiched between. The main rotor 40 is engaged with the main rotor shaft 26 by a keyway, a spline, or the like, and rotates integrally with the main rotor shaft 26 and the restraining plates 61 and 62.

副ロータシャフト52には、拘束板63,64が溶接等により固定される。拘束板63,64は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板63が拘束板64より回転軸方向一方側に配置され、副ロータ42が回転軸方向において拘束板63,64の間に挟持される。副ロータ42は、副ロータシャフト52とキー溝やスプライン等により係合し、副ロータシャフト52及び拘束板63,64と一体回転する。副ロータシャフト52は、ベアリング50により主ロータシャフト26に対して相対回転可能に支持され、副ロータ42が主ロータ40に対して相対回転可能である。副ロータ42と主ロータ40の位相角のとり得る範囲に応じて位相角を制限するストッパを設けてもよい。   Restraint plates 63 and 64 are fixed to the sub-rotor shaft 52 by welding or the like. The restraint plates 63 and 64 are arranged at a distance from each other in the rotational axis direction, the restraint plate 63 is disposed on one side of the restraint plate 64 in the rotational axis direction, and the auxiliary rotor 42 is disposed on the restraint plates 63 and 64 in the rotational axis direction. Sandwiched between. The sub-rotor 42 is engaged with the sub-rotor shaft 52 by a keyway, a spline, or the like, and rotates integrally with the sub-rotor shaft 52 and the restraining plates 63 and 64. The auxiliary rotor shaft 52 is supported by the bearing 50 so as to be rotatable relative to the main rotor shaft 26, and the auxiliary rotor 42 is rotatable relative to the main rotor 40. A stopper that limits the phase angle may be provided in accordance with the possible range of the phase angle between the sub-rotor 42 and the main rotor 40.

主ロータ40と副ロータ42の位相角が変化することで、ステータ24に作用するロータ28の界磁磁束が変化する。主ロータ40と副ロータ42で同一極性の主永久磁石48nと副永久磁石56n(あるいは主永久磁石48sと副永久磁石56s)が周方向の同位相に配置される同極対向状態の場合、界磁磁束は最大となる。他方、副ロータ42が主ロータ40に対して相対回転し、主永久磁石48nと副永久磁石56n(あるいは主永久磁石48sと副永久磁石56s)が電気角で180度ずれる逆極対向状態の場合、界磁磁束は最小あるいはゼロとなる。   As the phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 changes, the field magnetic flux of the rotor 28 acting on the stator 24 changes. When the main rotor 40 and the sub rotor 42 have the same polarity of the main permanent magnet 48n and the sub permanent magnet 56n (or the main permanent magnet 48s and the sub permanent magnet 56s) arranged in the same phase in the circumferential direction, Magnetic flux is maximized. On the other hand, when the sub-rotor 42 rotates relative to the main rotor 40, the main permanent magnet 48n and the sub-permanent magnet 56n (or the main permanent magnet 48s and the sub-permanent magnet 56s) are in the opposite polar state where the electrical angle is shifted by 180 degrees. The field magnetic flux is minimized or zero.

図2は、主ロータ40及び副ロータ42のみを取り出した斜視図である。主ロータ40の主永久磁石48n、48sと、副ロータ42の副永久磁石56n、56sも併せて示す。図2(a)は、主ロータ40と副ロータ42が同極対向状態であり、位相角をγとすると、γ=0度(deg)の状態である。このとき、ステータ24に作用するロータ28の界磁磁束は最大となる。図2(b)は、主ロータ40と副ロータ42が逆極対向状態であり、γ=180度(deg)の状態である。このとき、ステータ24に作用するロータ28の界磁磁束は最小となる。   FIG. 2 is a perspective view in which only the main rotor 40 and the sub-rotor 42 are taken out. The main permanent magnets 48n and 48s of the main rotor 40 and the sub permanent magnets 56n and 56s of the sub rotor 42 are also shown. In FIG. 2A, the main rotor 40 and the sub-rotor 42 are in the same pole facing state, and γ = 0 degrees (deg), where γ is the phase angle. At this time, the field magnetic flux of the rotor 28 acting on the stator 24 is maximized. FIG. 2B shows a state in which the main rotor 40 and the sub-rotor 42 are opposite to each other and γ = 180 degrees (deg). At this time, the field magnetic flux of the rotor 28 acting on the stator 24 is minimized.

このように、本実施形態の回転電機は、主ロータ40と副ロータ42の位相関係を変化させる、つまり主ロータ40と副ロータ42を相対回転させて位相角γを変化させることでステータ24に作用するロータ28の界磁磁束を変化させる可変界磁型の回転電機として機能する。   As described above, the rotating electrical machine according to the present embodiment changes the phase relationship between the main rotor 40 and the sub-rotor 42, that is, by rotating the main rotor 40 and the sub-rotor 42 relative to each other to change the phase angle γ. It functions as a variable field type rotating electrical machine that changes the field magnetic flux of the acting rotor 28.

可変界磁型の回転電機は、例えばハイブリッド自動車等の電動車両のモータジェネレータ(MG)として用いられる。そして、車載の電子制御装置(ECU)70によってMGを動作させる場合に主ロータ40と副ロータ42の位相角が0度となるように制御してステータ24の鎖交磁束を最大化し、MGを動作させない場合に主ロータ40と副ロータ42の位相角が180度となるように制御してステータ24の鎖交磁束を最小化する。   The variable field type rotating electrical machine is used as a motor generator (MG) of an electric vehicle such as a hybrid vehicle. When the MG is operated by the on-vehicle electronic control unit (ECU) 70, the phase angle between the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is controlled to be 0 degree to maximize the linkage flux of the stator 24. When not operating, the linkage flux of the stator 24 is minimized by controlling the phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 to be 180 degrees.

本実施形態では、ECU70により主ロータ40と副ロータ42の位相角を所望の値に制御する際に、位相角は0度あるいは180度のいずれかに制御されるが、0度と180度の間の任意の角度に制御する場合にも適用し得る。   In this embodiment, when the ECU 70 controls the phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 to a desired value, the phase angle is controlled to either 0 degrees or 180 degrees. The present invention can also be applied to control at an arbitrary angle between them.

具体的には、主ロータシャフト26を車両のエンジンのクランク軸に接続した場合において、エンジンが停止中に回転電機が回転してもその鉄損を最小とするように主ロータ40と副ロータ42の位相角を180度に設定して逆極対向状態とし、他方、エンジンを始動する場合には所望のクランキングコイルを出力するための主ロータ40と副ロータ42の位相角を0度に設定して同極対向状態とする。従って、エンジン始動時及びエンジン停止時において、位相角は0度と180度との間で変更される。   Specifically, when the main rotor shaft 26 is connected to the crankshaft of the engine of the vehicle, the main rotor 40 and the sub-rotor 42 are minimized so that the iron loss is minimized even if the rotating electrical machine rotates while the engine is stopped. The phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 for outputting a desired cranking coil is set to 0 degree when the engine is started. Then, it is in the same pole facing state. Therefore, the phase angle is changed between 0 degrees and 180 degrees when the engine is started and when the engine is stopped.

図3は、主ロータシャフト26を車両のエンジンのクランク軸に接続した場合の構成を示す。図3において、回転方向αは、エンジンの回転方向(正回転方向)を示す。   FIG. 3 shows a configuration when the main rotor shaft 26 is connected to the crankshaft of the vehicle engine. In FIG. 3, the rotation direction α indicates the rotation direction (forward rotation direction) of the engine.

主ロータ40と副ロータ42の位相角γを変更する場合、エンジン等の慣性負荷に接続されていない副ロータ42を主に主ロータ40に対して相対的に回転させるが、その回転方向としては、図3に示すA方向とB方向の2方向がある。副ロータ42を回転させるために印加するステータコイルの電流により、ステータ24を共有する主ロータ40にも同時にトルクが発生し、主ロータ40も回転することになる。   When changing the phase angle γ between the main rotor 40 and the sub-rotor 42, the sub-rotor 42 that is not connected to an inertial load such as an engine is mainly rotated relative to the main rotor 40. There are two directions, A direction and B direction shown in FIG. Due to the stator coil current applied to rotate the sub-rotor 42, torque is simultaneously generated in the main rotor 40 sharing the stator 24, and the main rotor 40 also rotates.

図4は、逆極対向状態(位相角γ=180度)から同極対向状態(位相角γ=0度)に変更する場合であって、図3のA方向に副ロータ42を回転させる場合(180度から徐々に減少させて0度に至る場合)の位相角度(a)、ロータ角度(b)、及びコイル電流Id、Iq(c)の時間変化をそれぞれ示す。図4(b)に示すように、副ロータ42をA方向に回転させると、ステータ24を副ロータ42と共有する主ロータ40は図3のC方向、すなわち副ロータ42とは逆向きに回転する。このとき、エンジンの正回転方向αと主ロータ40の回転方向は一致する。   FIG. 4 shows a case where the opposite pole facing state (phase angle γ = 180 degrees) is changed to the same pole facing state (phase angle γ = 0 degrees), and the sub-rotor 42 is rotated in the direction A in FIG. Changes in the phase angle (a), the rotor angle (b), and the coil currents Id and Iq (c) over time (when gradually decreasing from 180 ° to 0 °) are shown. As shown in FIG. 4B, when the sub-rotor 42 is rotated in the A direction, the main rotor 40 sharing the stator 24 with the sub-rotor 42 rotates in the C direction of FIG. To do. At this time, the normal rotation direction α of the engine coincides with the rotation direction of the main rotor 40.

図5は、逆極対向状態(位相角γ=180度)から同極対向状態(位相角γ=0度)に変更する場合であって、図3のB方向に副ロータ42を回転させる場合(180度から徐々に増大させて360度に至る場合)の位相角度(a)、ロータ角度(b)、及びコイル電流Id、Iq(c)の時間変化をそれぞれ示す。図5(b)に示すように、副ロータ42をB方向に回転させると、ステータ24を副ロータ42と共有する主ロータ40は図3のD方向、すなわち副ロータ42とは逆向きに回転する。このとき、エンジンの正回転方向αと主ロータ40の回転方向は逆向きとなる。   FIG. 5 shows a case where the opposite-pole facing state (phase angle γ = 180 degrees) is changed to the same-pole facing state (phase angle γ = 0 degrees), and the sub-rotor 42 is rotated in the direction B in FIG. Changes in the phase angle (a), the rotor angle (b), and the coil currents Id and Iq (c) over time (when gradually increasing from 180 degrees to 360 degrees) are shown. As shown in FIG. 5B, when the sub-rotor 42 is rotated in the B direction, the main rotor 40 sharing the stator 24 with the sub-rotor 42 rotates in the D direction of FIG. To do. At this time, the normal rotation direction α of the engine and the rotation direction of the main rotor 40 are opposite to each other.

図4及び図5から分かるように、位相角γを変更するために副ロータ42を回転させると、主ロータ40も同時に回転し、副ロータ42の回転の方向により主ロータ40の回転の方向、すなわち回転トルクも変化する。従って、エンジン始動時にエンジンにクランキングトルクを出力すべく位相角を逆極状態から同極状態に変更する場合、単に副ロータ42を任意の方向(具体的にはB方向)に回転させてしまうと、主ロータ40にはエンジンの正回転方向αと逆向きのトルクが生じてしまい、効率が低下する。   As can be seen from FIGS. 4 and 5, when the sub-rotor 42 is rotated to change the phase angle γ, the main rotor 40 also rotates simultaneously, and the direction of rotation of the main rotor 40 depends on the direction of rotation of the sub-rotor 42. That is, the rotational torque also changes. Therefore, when the phase angle is changed from the reverse polarity state to the same polarity state so that cranking torque is output to the engine when the engine is started, the auxiliary rotor 42 is simply rotated in an arbitrary direction (specifically, the B direction). As a result, torque in the direction opposite to the normal rotation direction α of the engine is generated in the main rotor 40, and the efficiency is lowered.

そこで、本実施形態では、エンジンの始動に応じ、主トルク40の回転方向がエンジンの始動/停止を妨げないような向きとなるように副ロータ42の回転方向を切替制御する。   Therefore, in the present embodiment, the rotation direction of the sub-rotor 42 is switched and controlled so that the rotation direction of the main torque 40 is in a direction that does not hinder the start / stop of the engine according to the engine start.

図6は、本実施形態におけるECU70の機能ブロック図である。ECU70は、機能ブロックとして、エンジン始動判定部701と、目標ロータ位相角度演算部702と、ロータ位相角度制御部703を備える。   FIG. 6 is a functional block diagram of the ECU 70 in the present embodiment. The ECU 70 includes an engine start determination unit 701, a target rotor phase angle calculation unit 702, and a rotor phase angle control unit 703 as functional blocks.

エンジン始動判定部701は、アクセル開度、車速、電池SOC、充電要求等の検出値及び指令値を入力し、エンジンを始動するか否かを判定して判定結果を出力する。   The engine start determination unit 701 inputs detection values and command values such as the accelerator opening, the vehicle speed, the battery SOC, and the charge request, determines whether to start the engine, and outputs a determination result.

目標ロータ位相角度演算部702は、エンジン始動判定部701からエンジン始動の判定結果が出力された場合に、これに応じて目標位相角度を決定してロータ位相角度制御部703に出力する。   When the engine start determination unit 701 outputs the engine start determination result, the target rotor phase angle calculation unit 702 determines the target phase angle according to this and outputs it to the rotor phase angle control unit 703.

具体的には、目標ロータ位相角演算部702は、エンジン始動時に逆極対向状態から同極対向状態となるように位相角を変更するが、このとき、主ロータ40の回転方向がエンジンの正回転方向と一致するように副ロータ42をA方向に回転させるべく、目標位相角度を0度(360度でなく)に設定する。   Specifically, the target rotor phase angle calculation unit 702 changes the phase angle so that the opposite pole facing state is changed to the same pole facing state when the engine is started. At this time, the rotation direction of the main rotor 40 is the normal direction of the engine. In order to rotate the sub-rotor 42 in the A direction so as to coincide with the rotation direction, the target phase angle is set to 0 degrees (not 360 degrees).

ロータ位相角度制御部703は、目標位相角度となるように電流指令を出力し、ステータコイルの電流を制御する。   The rotor phase angle control unit 703 outputs a current command so that the target phase angle is obtained, and controls the current of the stator coil.

これにより、エンジン始動時に位相角を逆極対向状態から正極対向状態に変更するに際し、エンジンの正回転に対し逆方向トルクの発生を防止できる。   As a result, when the phase angle is changed from the reverse pole facing state to the positive electrode facing state when the engine is started, it is possible to prevent the generation of reverse torque with respect to the normal rotation of the engine.

以上は、エンジン始動時に逆極対向状態から同極対向状態に変更する場合の例であるが、エンジン停止時に同極対向状態から逆極対向状態に変更する場合にも、同様に副ロータ42の回転方向、つまり目標位相角度を設定することができる。   The above is an example of changing from the reverse pole facing state to the same pole facing state when the engine is started, but also when changing from the same pole facing state to the reverse pole facing state when the engine is stopped, The rotation direction, that is, the target phase angle can be set.

すなわち、図6の機能ブロック図において、エンジン始動判定部701は、エンジン始動に代えてエンジン停止か否かを判定して出力する。   That is, in the functional block diagram of FIG. 6, the engine start determination unit 701 determines whether or not the engine is stopped instead of starting the engine and outputs the result.

目標ロータ位相角度演算部702は、エンジン停止時に同極対向状態から逆極対向状態となるように位相角を変更するが、このとき、主ロータ40の回転方向がエンジンの正回転方向と一致するように副ロータ42を回転させるべく、目標位相角度を設定する。   The target rotor phase angle calculation unit 702 changes the phase angle so that the same-pole facing state is changed to the opposite-pole facing state when the engine is stopped. At this time, the rotation direction of the main rotor 40 matches the normal rotation direction of the engine. In order to rotate the sub-rotor 42 as described above, the target phase angle is set.

図7は、同極対向状態から逆極対向状態に変更する場合であって、図3のB方向に副ロータ42を回転させる場合の位相角度(a)、ロータ角度(b)、及びコイル電流Id、Iq(c)の時間変化をそれぞれ示す。図7(b)に示すように、副ロータ42をB方向に回転させると、ステータ24を副ロータ42と共有する主ロータ40は図3のC方向、すなわちエンジンの正回転方向αと一致する方向となる。   FIG. 7 shows a case where the same-pole facing state is changed to the opposite-pole facing state, and the phase angle (a), rotor angle (b), and coil current when the sub-rotor 42 is rotated in the direction B in FIG. The time changes of Id and Iq (c) are respectively shown. As shown in FIG. 7B, when the sub-rotor 42 is rotated in the direction B, the main rotor 40 sharing the stator 24 with the sub-rotor 42 coincides with the direction C in FIG. 3, that is, the forward rotation direction α of the engine. Direction.

従って、目標ロータ位相角度演算部702は、主ロータ40の回転方向がエンジンの正回転方向と一致するように副ロータ42をB方向に回転させるべく、目標位相角度を180度(−180度でなく)に設定する。   Accordingly, the target rotor phase angle calculation unit 702 sets the target phase angle to 180 degrees (−180 degrees) in order to rotate the sub-rotor 42 in the B direction so that the rotation direction of the main rotor 40 matches the normal rotation direction of the engine. Not).

逆極対向状態から同極対向状態に変更する場合と、同極対向状態から逆極対向状態に変更する場合とで、副ロータ42の回転方向及び目標位相角度が異なる点に留意されたい。   It should be noted that the rotation direction and the target phase angle of the sub-rotor 42 are different when changing from the opposite pole facing state to the same pole facing state and when changing from the same pole facing state to the opposite pole facing state.

このように、本実施形態では、主ロータ40と副ロータ42の位相角を変更する場合において、エンジン始動/停止に応じて位相角変更の態様、具体的には副ロータ42の回転方向、すなわち目標位相角度を切替制御することで、エンジンの逆回転を防止できる。エンジンの逆回転を防止することで、エンジンの排気ガスの逆流を抑制し、エミッションの悪化を防止できる。   As described above, in the present embodiment, when the phase angle of the main rotor 40 and the sub rotor 42 is changed, the phase angle is changed according to the engine start / stop, specifically, the rotation direction of the sub rotor 42, that is, By reverse-controlling the target phase angle, reverse rotation of the engine can be prevented. By preventing the reverse rotation of the engine, it is possible to suppress the reverse flow of the exhaust gas of the engine and prevent the emission from deteriorating.

本実施形態は、回転方向が一方向に定められている機器が主ロータ40に接続されている構成において、主ロータ40と副ロータ42の位相角を調整するためのステータコイル電流を流した場合に、当該ステータコイル電流で主ロータ40が回転したとしても、慣性負荷が正回転するように回転方向あるいは発生トルクの方向を制御するといえる。   In the present embodiment, when a device whose rotational direction is determined in one direction is connected to the main rotor 40, a stator coil current for adjusting the phase angle between the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is supplied. In addition, even if the main rotor 40 is rotated by the stator coil current, it can be said that the rotational direction or the direction of the generated torque is controlled so that the inertial load is rotated forward.

本実施形態では、回転電機の主ロータシャフト26がエンジンに連結されている場合について例示したが、本発明はエンジンに限定されず任意の慣性負荷に接続されている場合にも同様に適用することができる。すなわち、慣性負荷を停止した状態から回転を開始させる場合に位相角を変更するとき、及び慣性負荷を回転した状態から停止させる場合に位相角を変更するときに、本実施形態の制御を実行できる。   In the present embodiment, the case where the main rotor shaft 26 of the rotating electrical machine is coupled to the engine has been illustrated, but the present invention is not limited to the engine and is similarly applied to a case where it is connected to an arbitrary inertial load. Can do. That is, the control of this embodiment can be executed when the phase angle is changed when rotation is started from the state where the inertial load is stopped, and when the phase angle is changed when the inertial load is stopped from the state where the inertial load is rotated. .

24 ステータ、26 主ロータシャフト、28 ロータ、40 主ロータ(第1ロータ要素)、42 副ロータ(第2ロータ要素)、70 電子制御装置(ECU)。
24 Stator, 26 Main rotor shaft, 28 Rotor, 40 Main rotor (first rotor element), 42 Sub rotor (second rotor element), 70 Electronic control unit (ECU).

Claims (6)

ステータと、
前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第1ロータ要素及び第2ロータ要素を含み、前記第2ロータ要素は前記第1ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、
を備える回転電機を制御する制御装置であって、
前記第1ロータ要素は慣性負荷に接続され、
前記第2ロータ要素を前記第1ロータ要素に対して相対回転させることで前記第1ロータ要素と第2ロータ要素の位相角度を変更する場合に、前記慣性負荷を停止状態から回転状態に移行させるときは、第1ロータ要素の回転方向が前記慣性負荷の回転方向と一致するように前記第2ロータ要素を相対回転させる制御手段
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
A stator,
A first rotor element and a second rotor element that are arranged to face the stator and are arranged to face each other in the rotation axis direction, the second rotor element being a rotor that is rotatable relative to the first rotor element; ,
A control device for controlling a rotating electrical machine comprising:
The first rotor element is connected to an inertial load;
When the phase angle between the first rotor element and the second rotor element is changed by rotating the second rotor element relative to the first rotor element, the inertial load is shifted from a stopped state to a rotating state. In this case, the control apparatus for the rotating electrical machine includes a control unit that relatively rotates the second rotor element so that the rotation direction of the first rotor element coincides with the rotation direction of the inertia load.
前記制御手段は、前記慣性負荷を停止状態から回転状態に移行させるときは、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が逆極対向状態にあり前記位相角度が180度の状態から、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が同極対向状態にあり前記位相角度が0度の状態まで変更する
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の制御装置。
When the inertial load is shifted from the stopped state to the rotating state, the control means is configured such that the first rotor element and the second rotor element are in the opposite polar state and the phase angle is 180 degrees. 2. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the first rotor element and the second rotor element are in the same-pole facing state and the phase angle is changed to 0 degree.
前記制御手段は、前記慣性負荷を回転状態から停止状態に移行させるときは、第1ロータ要素の回転方向が前記慣性負荷の回転方向と一致するように前記第2ロータ要素を相対回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の制御装置。
When the inertial load is shifted from the rotation state to the stop state, the control means relatively rotates the second rotor element so that the rotation direction of the first rotor element coincides with the rotation direction of the inertial load. The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein:
前記制御手段は、前記慣性負荷を回転状態から停止状態に移行させるときは、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が同極対向状態にあり前記位相角度が0度の状態から、前記第1ロータ要素と前記第2ロータ要素が逆極対向状態にあり前記位相角度が180度の状態まで変更する
ことを特徴とする請求項3に記載の回転電機の制御装置。
When the inertial load is shifted from the rotation state to the stop state, the control means is configured such that the first rotor element and the second rotor element are in the same pole opposing state, and the phase angle is 0 degree. 4. The control device for a rotating electrical machine according to claim 3, wherein the first rotor element and the second rotor element are in an opposite-pole opposed state and the phase angle is changed to a state of 180 degrees.
前記制御手段は、前記ステータに流れる電流を制御することにより、前記第2ロータ要素を前記第1ロータ要素に対して相対回転させる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに回転電機の制御装置。
5. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the control unit rotates the second rotor element relative to the first rotor element by controlling a current flowing through the stator. Control device.
前記慣性負荷は、エンジンである
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の回転電機の制御装置。
The control device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the inertial load is an engine.
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