JP2017131043A - Controller for rotary electric machine - Google Patents

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守屋 一成
Kazunari Moriya
一成 守屋
平本 健二
Kenji Hiramoto
健二 平本
中井 英雄
Hideo Nakai
英雄 中井
伊藤 嘉昭
Yoshiaki Ito
嘉昭 伊藤
三浦 徹也
Tetsuya Miura
徹也 三浦
山田 堅滋
Katashige Yamada
堅滋 山田
清隆 松原
Kiyotaka Matsubara
清隆 松原
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve precise control of a rotor-to-rotor phase angle.SOLUTION: The controller for rotary electric machine includes: a torque command generation part 102 for generating a torque command of changing a rotor-to-rotor phase angle between a first rotor element and a second rotor element; a current command generation part 110 for converting the torque command into a current command. The current command generation part 110 changes the current command according to a rotor rotating speed or a rotor-to-rotor phase angle, or both of the rotor rotating speed and the rotor-to-rotor phase angle.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置に関する。   The present invention includes a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face each other in the direction of the rotation axis, the first and second rotor elements being relatively rotatable, a stator that generates a magnetic field for the rotor, The control apparatus of the rotary electric machine which controls a rotary electric machine provided with.

1つのシャフトに、永久磁石を備えるロータを2つ相対移動可能に設ける回転電機が知られている。この回転電機によれば、2つのロータの相対位置を調整することによって、ロータによる界磁を変更することができる。   2. Description of the Related Art A rotating electric machine is known in which two rotors each having a permanent magnet are provided on one shaft so as to be relatively movable. According to this rotating electrical machine, the field by the rotor can be changed by adjusting the relative position of the two rotors.

例えば、特許文献1では、ロータに対するステータの電気角を進角させることによって、2つのロータの相対位置(位相差:ロータ間位相角)を変更することが示されている。   For example, Patent Document 1 shows that the relative position (phase difference: inter-rotor phase angle) of two rotors is changed by advancing the electrical angle of the stator with respect to the rotor.

特開2009-38860号公報JP 2009-38860 A

特許文献1では2つのロータのロータ間位相角を0〜90°の範囲で移動できることが記載されているが、0〜180°の範囲で変更することについて記載はない。また、回転数に応じて発生する誘起電圧にロータ間位相角制御に対する影響などを考慮していない。   Patent Document 1 describes that the phase angle between the rotors of the two rotors can be moved in the range of 0 to 90 °, but there is no description about changing the phase angle in the range of 0 to 180 °. In addition, the effect on the phase angle control between the rotors is not considered in the induced voltage generated according to the rotation speed.

本発明は、回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、ことを特徴とする。   The present invention includes a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face each other in the direction of the rotation axis, the first and second rotor elements being relatively rotatable, a stator that generates a magnetic field for the rotor, A rotating electrical machine control device for controlling a rotating electrical machine comprising: a torque command generating unit that generates a torque command for changing a rotor phase angle between the first rotor element and the second rotor element; A current command generator that converts a torque command into a current command, the current command generator according to the rotor rotation speed or the phase angle between the rotors, or both the rotor rotation speed and the phase angle between the rotors. The current command is changed.

また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記トルク指令生成部は、ロータ回転数に応じて前記トルク指令を変更し、前記電流指令生成部は、前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、ことを特徴とする。   In addition, the present invention includes a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face each other in the rotation axis direction, the first and second rotor elements being relatively rotatable, and a stator that generates a magnetic field for the rotor. A controller for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine, and changes a phase angle between the rotors between the first rotor element and the second rotor element over time based on a pre-recorded map. A torque command generating unit that generates a torque command for performing, and a current command generating unit that converts the torque command into a current command based on a pre-recorded map, the torque command generating unit rotating the rotor The torque command is changed according to the number, and the current command generation unit changes the current command according to both the rotor rotational speed and the inter-rotor phase angle. The features.

また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変化させる、ことを特徴とする。   In addition, the present invention includes a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face each other in the rotation axis direction, the first and second rotor elements being relatively rotatable, and a stator that generates a magnetic field for the rotor. A controller for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine, and changes a phase angle between the rotors between the first rotor element and the second rotor element over time based on a pre-recorded map. A torque command generating unit that generates a torque command for performing, and a current command generating unit that converts the torque command into a current command based on a pre-recorded map, the current command generating unit rotating the rotor The current command is changed according to the number or the phase angle between the rotors, or both the rotor rotational speed and the phase angle between the rotors.

また、前記トルク指令生成部は、前記トルク指令が正側か負側かでそれぞれ異なる係数を乗算する、ことが好適である。   Further, it is preferable that the torque command generation unit multiplies a different coefficient depending on whether the torque command is a positive side or a negative side.

また、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記ロータ間位相角の推定値を生成する位相角生成部を備え、前記推定値を前記電流指令生成部に供給する、ことが好適である。   In addition, it is preferable that a phase angle generation unit that generates an estimated value of the inter-rotor phase angle according to the passage of time based on a pre-recorded map is provided, and the estimated value is supplied to the current command generation unit. It is.

また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づいて、時間の経過に応じて電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて回転電機の電流を制御する電流制御部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数に応じて、前記電流指令を変化させる、ことを特徴とする。   In addition, the present invention includes a first rotor element and a second rotor element that are arranged to face each other in the rotation axis direction, the first and second rotor elements being relatively rotatable, and a stator that generates a magnetic field for the rotor. A control device for a rotating electrical machine that controls a rotating electrical machine comprising: a current command generating unit that generates a current command as time elapses based on a pre-recorded map; and based on the current command A current control unit that controls a current of the rotating electrical machine, wherein the current command generation unit changes the current command in accordance with a rotor rotational speed.

本発明によれば、ロータの回転数または第1ロータ要素と第2ロータ要素のロータ間位相角に応じて、適切なロータ間位相角の制御が行える。   According to the present invention, it is possible to appropriately control the phase angle between the rotors according to the rotational speed of the rotor or the phase angle between the rotors of the first rotor element and the second rotor element.

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. フィードバック制御の構成図である。It is a block diagram of feedback control. 逆極(180°)から同極(0°)に遷移する場合の電流パターン図である。It is a current pattern figure in the case of making a transition from the opposite pole (180 °) to the same pole (0 °). 同極から逆極に遷移する場合の電流パターン図である。It is a current pattern figure in the case of making a transition from the same polarity to the opposite polarity. 電圧制限を加えたトルク電流テーブルの点列(ロータ間位相角γ=0deg)を示す図である。It is a figure which shows the point sequence (inter-rotor phase angle (gamma) = 0deg) of the torque current table which added the voltage restriction | limiting. 電圧制限を加えたトルク電流テーブルの点列(ロータ間位相角γ=90deg)を示す図である。It is a figure which shows the point sequence (inter-rotor phase angle (gamma) = 90deg) of the torque current table which applied the voltage restriction | limiting. ロータ間位相角に応じたトルク電流テーブル(4000rpm)を示す図である。It is a figure which shows the torque current table (4000 rpm) according to the phase angle between rotors. ロータ間位相角に応じたトルク電流テーブル(8000rpm)を示す図である。It is a figure which shows the torque current table (8000 rpm) according to the phase angle between rotors. 電流マップを用いるフィードフォワード制御の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the feedforward control using an electric current map. トルクマップを用いるフィードフォワード制御の構成(ロータ間位相角計測)を示す図である。It is a figure which shows the structure (phase angle measurement between rotors) of the feedforward control using a torque map. トルクマップを用いるフィードフォワード制御の構成(ロータ間位相角推定)を示す図である。It is a figure which shows the structure (phase angle estimation between rotors) of the feedforward control using a torque map. 係数調整なしの場合の回転数と目標とするロータ位相角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation speed in the case of no coefficient adjustment, and a target rotor phase angle. 係数調整ありの場合の回転数と目標とするロータ位相角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation speed at the time of coefficient adjustment, and a target rotor phase angle. ロータ位相角を変更した場合の各部の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each part at the time of changing a rotor phase angle.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described herein.

「基本構成」
まず、本発明に係るシステムの基本構成について説明する。なお、本出願人は、本件に関連して特願2015-008939号(先願)を出願しており、基本的な構成は同様である。
Basic configuration
First, the basic configuration of the system according to the present invention will be described. The applicant has applied for Japanese Patent Application No. 2015-008939 (prior application) in relation to this case, and the basic configuration is the same.

図1は、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。回転電機は、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。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U相、V相、W相の3相のステータコイル38u,38v,38wを含み、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24周方向に回転する回転磁界が生じる。   FIG. 1 is a cross-sectional view seen from a direction orthogonal to the rotation axis direction of the rotating electrical machine. The rotating electrical machine includes 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. 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 disposed on the stator core 36 along the circumferential direction thereof, and the stator coils 38u, 38v, and 38w. When a three-phase alternating current flows through the rotor, a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction of the stator 24 is generated.

ロータ28は、回転軸方向に隣接した状態で、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とは、回転軸方向にギャップを空けて対向配置され、相対移動可能である。   The rotor 28 includes a main rotor (first rotor element) 40 and a sub-rotor (second rotor element) 42 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 direction of the rotation axis, and are relatively movable.

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および拘束板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および拘束板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のロータ間位相角(位相差)のとり得る範囲に応じてロータ間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 between the rotors may be provided in accordance with the range that can be taken by the phase angle (phase difference) between the sub-rotor 42 and the main rotor 40.

主ロータ40と副ロータ42の位相関係が変化することで、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°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 relationship between 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 °. The field magnetic flux is minimized or zero.

図2は、主ロータ40および副ロータ42のみを取り出した斜視図である。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、ロータ間位相角をγとすると、γ=0°(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°(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. FIG. 2A shows a state in which the main rotor 40 and the sub-rotor 42 face each other with the same polarity, and the phase angle between the rotors is γ = 0 ° (deg). 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 ° (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を相対回転させてロータ間位相角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 relatively to change the inter-rotor phase angle γ. 24 functions as a variable field type rotating electrical machine that changes the field magnetic flux of the rotor 28 acting on the rotor 24.

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のロータ間位相角γが0°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のロータ間位相角γが180°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 on-vehicle electronic control unit (ECU) 70 operates the MG, the inter-rotor phase angle γ of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is controlled to be 0 ° to maximize the interlinkage magnetic flux of the stator 24. When the MG is not operated, the inter-rotor phase angle γ of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is controlled to be 180 ° to minimize the linkage flux of the stator 24.

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

「主ロータ40と副ロータ42のロータ間位相角γの制御」
次に、ECU70におけるロータ間位相角γの制御について説明する。ここで、この例では、副ロータ42の回転のみを考慮してステータ電流の電流指令Iを生成する。
“Control of the phase angle γ between the rotors of the main rotor 40 and the sub-rotor 42”
Next, the control of the inter-rotor phase angle γ in the ECU 70 will be described. In this example, the current command I * for the stator current is generated in consideration of only the rotation of the sub-rotor 42.

<ロータ間位相角γのフィードバック制御>
図3は、主ロータ40に対して副ロータ42を相対的に回転させてロータ間位相角γを所望の値に制御するためのECU70が備えるフィードバック制御構成図である。フィードバック制御器は、差分器100,104,118、微分器106、増幅器102,108、トルク・電流変換マップ記憶部110、電流制御器112を備える。
<Feedback control of rotor phase angle γ>
FIG. 3 is a feedback control configuration diagram provided in the ECU 70 for controlling the phase angle γ between the rotors to a desired value by rotating the sub-rotor 42 relative to the main rotor 40. The feedback controller includes differentiators 100, 104, 118, differentiator 106, amplifiers 102, 108, torque / current conversion map storage unit 110, and current controller 112.

ロータ間位相角γの指令値γと現在のロータ間位相角γの差分は差分器100で算出され、増幅器102で係数Kγが乗じられる。他方、現在のロータ間位相角γの変化速度が微分器106で算出され、増幅器108で係数Kfが乗じられる。両者の差分が差分器104で算出され、この差分が副ロータ42のトルク指令τとなる。 The difference between the command value γ * of the inter-rotor phase angle γ * and the current inter-rotor phase angle γ is calculated by the differentiator 100, and the amplifier 102 multiplies the coefficient Kγ. On the other hand, the change speed of the current rotor phase angle γ is calculated by the differentiator 106 and multiplied by the coefficient Kf by the amplifier 108. The difference between the two is calculated by the differentiator 104, and this difference becomes the torque command τ * of the auxiliary rotor 42.

トルク・電流変換マップ記憶部110は、副ロータ42のトルク指令τと電流指令Iとの対応関係を規定するテーブルであり、予め実験あるいはシミュレーションで定めてECU70のメモリに格納される。トルク・電流変換マップ記憶部110は、例えば電流当たりのトルクが最大となるように規定される。ECU70は、トルク・電流変換マップ記憶部110を用いて副ロータ42のトルク指令τ、すなわちロータ間位相角の指令値γと現在のロータ間位相角γとの差分に基づきこの差分を解消するためのトルク指令τに対応する電流指令Iを生成し、さらに電流制御器112で電流指令Iを電圧指令Vに変換してステータコイル38u、38v、38wにステータ電流を供給して回転電機(モータ)114を駆動する。主ロータ40の回転角(位相角)θmと副ロータ42の回転角(位相角)θsのロータ間位相角γ=θs−θmがロータ間位相角検出器としての差分器118で検出され、指令値γにフィードバックされる。また、モータ電流の検出値は、電流制御器112にフィードバックされ、電流制御器112がモータ電流をフィードバック制御する。 The torque / current conversion map storage unit 110 is a table that defines the correspondence relationship between the torque command τ * of the sub-rotor 42 and the current command I *, and is determined in advance through experiments or simulations and stored in the memory of the ECU 70. The torque / current conversion map storage unit 110 is defined such that, for example, the torque per current is maximized. The ECU 70 uses the torque / current conversion map storage unit 110 to eliminate the difference based on the difference between the torque command τ * of the sub-rotor 42, that is, the command value γ * of the inter-rotor phase angle and the current inter-rotor phase angle γ. Current command I * corresponding to torque command τ * for generating the current command I * is converted into voltage command V * by current controller 112, and stator current is supplied to stator coils 38u, 38v, 38w. Then, the rotating electric machine (motor) 114 is driven. The inter-rotor phase angle γ = θs−θm between the rotation angle (phase angle) θm of the main rotor 40 and the rotation angle (phase angle) θs of the sub-rotor 42 is detected by a subtractor 118 as an inter-rotor phase angle detector. It is fed back to the value γ * . The detected value of the motor current is fed back to the current controller 112, and the current controller 112 performs feedback control of the motor current.

図4は、図3に示すフィードバック制御器で制御した場合の、副ロータ42から見たときの電流パターンである。逆極(180°)から同極(0°)に遷移させる場合の電流パターンであり、d軸電流idおよびq軸電流iqの時間変化を示す。   FIG. 4 is a current pattern when viewed from the auxiliary rotor 42 when controlled by the feedback controller shown in FIG. It is a current pattern in the case of transition from the opposite pole (180 °) to the same pole (0 °), and shows time changes of the d-axis current id and the q-axis current iq.

また、図5は、図3に示すフィードバック制御器で制御した場合の、副ロータ42から見たときの電流パターンである。図4の場合と逆に、同極(0°)から逆極(180°)に遷移させる場合の電流パターンである。   FIG. 5 shows a current pattern when viewed from the sub-rotor 42 when controlled by the feedback controller shown in FIG. Contrary to the case of FIG. 4, it is a current pattern in the case of transition from the same polarity (0 °) to the opposite polarity (180 °).

ここで、増幅器102、108での係数、すなわちゲインを調整することで、電流実効値が所定値を超えないように制御することができる。   Here, it is possible to control the effective current value so as not to exceed a predetermined value by adjusting a coefficient, that is, a gain in the amplifiers 102 and 108.

ここで、上述したフィードバック制御では、主ロータ40および副ロータ42の位相角を検出するセンサが必要となる。   Here, in the feedback control described above, a sensor for detecting the phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is required.

そこで、図4および図5に示す電流パターンを予め検出、あるいはシミュレーションで求めてマップ化する。これにより、逆極から同極に遷移する場合の副ロータ42のid電流およびiq電流の時間変化を示すマップと、同極から逆極に遷移する場合の副ロータ42のid電流およびiq電流の時間変化を示すマップが得られる。そして、得られた電流マップをメモリに記憶し、これらのマップを参照してフィードフォワード制御により副ロータ42を相対的に回転させてロータ間位相角γを所望の値に制御する。フィードフォワード制御とすることで、現在のロータ間位相角γをフィードバックする必要がなくなり、検出器数が削減される。   Therefore, the current patterns shown in FIGS. 4 and 5 are previously detected or obtained by simulation and mapped. As a result, a map showing temporal changes in the id current and iq current of the sub-rotor 42 when transitioning from the reverse polarity to the same polarity, and the id current and iq current of the sub-rotor 42 when transitioning from the same polarity to the reverse polarity are performed. A map showing the change over time is obtained. The obtained current map is stored in the memory, and the subrotor 42 is relatively rotated by feedforward control with reference to these maps to control the inter-rotor phase angle γ to a desired value. By using feedforward control, it is not necessary to feed back the current rotor phase angle γ, and the number of detectors is reduced.

なお、主ロータ40と、副ロータ42の慣性を異ならせることで、回転中に所定の方向の相対的な回転力を付与することができ、ロータ間位相角γが0°、180°においても相対的な駆動が可能となっている。   In addition, by making the inertias of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 different, a relative rotational force in a predetermined direction can be applied during the rotation, and even when the inter-rotor phase angle γ is 0 ° or 180 °. Relative driving is possible.

「回転数の考慮」
上述したように、図3に示すフィードバック制御器を用いることによって、ロータ間位相角γを0°→180°、180°→0°に制御することができる。また、特定のロータ間位相角γを目標として、そのロータ間位相角に制御することもできる。
"Consideration of rotation speed"
As described above, the inter-rotor phase angle γ can be controlled from 0 ° to 180 ° and from 180 ° to 0 ° by using the feedback controller shown in FIG. Further, it is possible to control the phase angle between the rotors with a target phase angle γ as a target.

そして、そのフィードバック制御時のデータを収集することによって、ロータ間位相角を目標とする場合における、d、q軸電流(Id,Iq)を決定することができ、フィードフォワード制御することができる。   Then, by collecting data at the time of feedback control, d and q axis currents (Id, Iq) can be determined when the phase angle between the rotors is targeted, and feedforward control can be performed.

ここで、図4,5のd、q軸電流は時間に対して決定しているが、各時間におけるトルク指令τに対して、決定されているともいえる。 Here, although the d and q axis currents in FIGS. 4 and 5 are determined with respect to time, it can be said that they are determined with respect to the torque command τ * at each time.

図6(a)には、副ロータ42のトルクマップを濃淡で示してある。基本的にq軸電流が大きくなるに従ってトルクが大きくなる。そして、図6(a)には、0rpm,γ=0°のときの所定のトルクを得るために決定されたq軸、d軸電流として、白丸の連続で示してある(ECUmapと表示)。これにより、トルクと電流の関係が得られ、図8、図9に示された線のうちの1本が決まる。   In FIG. 6A, the torque map of the sub-rotor 42 is shown in shades. Basically, the torque increases as the q-axis current increases. In FIG. 6A, white circles are continuously displayed as q-axis and d-axis currents determined to obtain a predetermined torque when 0 rpm and γ = 0 ° (indicated as ECU map). Thereby, the relationship between torque and current is obtained, and one of the lines shown in FIGS. 8 and 9 is determined.

ここで、回転電機は、回転数が高くなると誘起電流が大きくなる。従って、目標とするd、q軸電流を得るための電圧が高くなる。図6(b)には、d,q軸電流を得るための相電圧(V/rpm)を色分けで示してある。d軸電流が負側(弱め界磁)で必要な相電圧は低く、d軸電流−50〜−100A辺りのq軸電流0A付近が必要な相電圧が最も低くなる。電源電圧が650V程度であればPWM制御における上限相電圧は228V程度となる。そこで、回転数が10000rpmの場合、相電圧0.0228V/rpm以下とする必要がある。このような制限を加えると、回転数が10000rpmの場合には、図6(b)において、黒丸を結んだ線の内側のd,q軸電流を選択する必要がある。このd,q軸電流の制限を図6(a)にも黒丸を結んだ線として示してある。回転数が10000rpmの場合には、図6(a)の黒丸を結んだ線によってトルク指令τに対応するd,q軸電流を決定することができる。このような回転数による制限を回転数に応じてマップとして持つことによって、回転数に応じて適切なd、q軸電流を選択することが可能になる。なお、回転数による制限がECUmapと書いた線より高い相電圧側に位置する場合には、このような制限は不要である。 Here, in the rotating electrical machine, the induced current increases as the rotational speed increases. Therefore, the voltage for obtaining the target d and q axis currents is increased. In FIG. 6 (b), the phase voltage (V / rpm) for obtaining the d and q-axis currents is shown in different colors. The required phase voltage is low when the d-axis current is on the negative side (weak field), and the required phase voltage near the q-axis current 0A around d-axis current −50 to −100 A is the lowest. If the power supply voltage is about 650V, the upper limit phase voltage in PWM control is about 228V. Therefore, when the rotational speed is 10,000 rpm, the phase voltage needs to be 0.0228 V / rpm or less. When such a restriction is added, when the rotational speed is 10,000 rpm, it is necessary to select d and q axis currents inside the line connecting the black circles in FIG. 6B. This limitation on the d and q axis currents is also shown as a line connecting black circles in FIG. When the rotational speed is 10,000 rpm, the d and q axis currents corresponding to the torque command τ * can be determined by the line connecting the black circles in FIG. By having such a limitation on the number of rotations as a map according to the number of rotations, it is possible to select appropriate d and q-axis currents according to the number of rotations. In addition, when the restriction | limiting by rotation speed is located in the phase voltage side higher than the line written ECUmap, such a restriction | limiting is unnecessary.

また、誘起電圧に対しては、限られた直流電圧で駆動していると電流を制御するための電圧が不足してくる。これに対して、誘起電圧が小さい場合は弱め界磁電流を考慮した電流指令Iを生成することで対処できるが、大きくなってくると必要な電流が流せなくなるので、大きなトルク指令τ出ないように元のトルク指令τの値を制限して制御する必要がある。予めこの制限を掛けたトルク指令τを生成することで電圧制限内で制御することが可能となる。 In addition, with respect to the induced voltage, when driving with a limited DC voltage, the voltage for controlling the current becomes insufficient. On the other hand, if the induced voltage is small, this can be dealt with by generating a current command I * that takes into account the field weakening current. However, if the induced voltage increases, the necessary current cannot flow, so a large torque command τ * Therefore, it is necessary to control by limiting the value of the original torque command τ * so as not to occur. It is possible to control within the voltage limit by generating the torque command τ * to which this limit is applied in advance.

「位相角の考慮」
図7(a)には、ロータ間位相角γ=90°の場合のd、q軸電流と、トルクの関係、図7(b)には、ロータ間位相角γ=90°の場合のd、q軸電流と、相電圧の関係を示してある。
"Consideration of phase angle"
FIG. 7A shows the relationship between d, q-axis current and torque when the inter-rotor phase angle γ = 90 °, and FIG. 7B shows d when the inter-rotor phase angle γ = 90 °. The relationship between the q-axis current and the phase voltage is shown.

このように、ロータ間位相角γに応じて、d、q軸電流とトルクの関係が変化する。従って、ロータ間位相角γに応じて所定トルクを得るためのd、q軸電流を変更する必要があり、トルク指令τに対しd、q軸電流を決定するマップをロータ間位相角γに応じて変更することが好ましい。 Thus, the relationship between the d and q-axis currents and the torque changes according to the rotor phase angle γ. Therefore, it is necessary to change the d and q axis currents for obtaining a predetermined torque in accordance with the interrotor phase angle γ, and a map for determining the d and q axis currents for the torque command τ * is set as the interrotor phase angle γ. It is preferable to change accordingly.

さらに、ロータ間位相角γにより、d、q軸電流と相電圧の関係も変化する。従って、回転数に応じたトルクの制限についても変更する必要がある。図7(b)に示すように、回転数が10000rpmの場合に必要なd、q軸電流の制限についてもロータ間位相角γに応じて変更する必要がある。   Furthermore, the relationship between the d and q axis currents and the phase voltage also changes depending on the rotor phase angle γ. Accordingly, it is necessary to change the torque limit in accordance with the rotational speed. As shown in FIG. 7 (b), the limitation on the d and q axis currents required when the rotational speed is 10,000 rpm also needs to be changed according to the inter-rotor phase angle γ.

図6、図7により、各回転数と各ロータ間位相角γのd,q軸電流、トルクの関係が得られ、これを回転数毎にまとめて、γの違いによる線を重ねて示すと、図8、図9が得られる。
図8には、回転数4000rpmの場合の、ロータ間トルクと最適なd,q軸電流の関係を示してあり、図9には、回転数8000rpmの場合の、ロータ間トルクと最適なd,q軸電流の関係を示してある。
6 and 7, the relationship between each rotation speed and the d, q-axis current and torque of each rotor phase angle γ can be obtained. 8 and 9 are obtained.
FIG. 8 shows the relationship between the rotor torque and the optimum d and q axis currents when the rotational speed is 4000 rpm, and FIG. 9 shows the rotor torque and the optimum d, q when the rotational speed is 8000 rpm. The relationship of q-axis current is shown.

このように、ロータ間位相角γに応じて、d、q軸電流に応じて発生するトルクも異なる。従って、トルク指令τに応じてd、q軸電流を決定するマップについてロータ間位相角γに応じて用意し、そのときどきでd、q軸電流を、トルク指令τおよびロータ間位相角γに応じて決定することが好ましい。 Thus, the torque generated according to the d- and q-axis currents varies depending on the rotor phase angle γ. Therefore, a map for determining the d and q axis currents according to the torque command τ * is prepared according to the phase angle γ between the rotors. At that time, the d and q axis currents are converted into the torque command τ * and the phase angle γ between the rotors. It is preferable to decide according to.

さらに、上述したように、回転数に応じてd、q軸電流については制限が掛かる。従って、図8,9に示すように、ロータ間トルクと最適なd,q軸電流の関係もロータ回転数に応じて変化する。   Furthermore, as described above, the d and q axis currents are limited according to the number of rotations. Therefore, as shown in FIGS. 8 and 9, the relationship between the rotor torque and the optimum d and q axis currents also changes according to the rotor speed.

図8,9に示される関係を所定数の回転数に応じて持つことにより、トルク指令τに応じたd、q軸電流を適切に決定することができる。すなわち、主ロータ40と副ロータ42のロータ間位相角γの目標値が決定された場合に、時間の経過に応じたトルク指令τを生成し、その時の回転数、ロータ間位相角γに応じて適切なd、q軸電流指令Iを生成する。これによって、主ロータ40と副ロータ42のロータ間位相角γを適切に制御することができる。このデータをトルク・電流変換マップ記憶部110のマップデータとして格納する。 By having the relationship shown in FIGS. 8 and 9 according to a predetermined number of rotations, d and q axis currents corresponding to the torque command τ * can be appropriately determined. That is, when the target value of the phase angle γ between the rotors of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 is determined, a torque command τ * corresponding to the passage of time is generated, and the rotational speed at that time is set as the phase angle γ between the rotors. Accordingly, an appropriate d and q axis current command I * is generated. Thereby, the inter-rotor phase angle γ of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 can be appropriately controlled. This data is stored as map data in the torque / current conversion map storage unit 110.

「フィードフォワードによる制御装置について」
<電流マップ>
図10は、ECU70が備えるフィードフォワード制御構成図である。フィードフォワード制御器は、電流マップを記憶する電流マップ記憶部120、増幅器122、電流制御器124を備え、電流制御器124からの電流によってモータ114を駆動する。
"Control device using feedforward"
<Current map>
FIG. 10 is a configuration diagram of the feedforward control provided in the ECU 70. The feedforward controller includes a current map storage unit 120 that stores a current map, an amplifier 122, and a current controller 124, and drives the motor 114 with the current from the current controller 124.

電流マップ記憶部120は、図4および図5に示す電流パターンのマップを記憶し、時間毎の電流値を出力する。すなわち、ロータ間位相角γ=180°→0°という目標に対しては、図4に示される電流指令I(d軸電流値、q軸電流値)を時間に応じて出力するマップが記憶されている。ロータ間位相角γ=0°→180°という目標に対しては、図5に示される電流指令I(d軸電流値、q軸電流値)を時間に応じて出力するマップが記憶されている。また、電流マップ記憶部120には、回転数が供給されており、回転数に応じて使用すべき電流指令Iマップを選択する。 The current map storage unit 120 stores the current pattern maps shown in FIGS. 4 and 5 and outputs a current value for each time. That is, for the target rotor phase angle γ = 180 ° → 0 °, a map for outputting the current command I * (d-axis current value, q-axis current value) shown in FIG. 4 according to time is stored. Has been. For the target rotor phase angle γ = 0 ° → 180 °, a map for outputting the current command I * (d-axis current value, q-axis current value) shown in FIG. 5 according to time is stored. Yes. The current map storage unit 120 is supplied with the rotation speed, and selects a current command I * map to be used according to the rotation speed.

増幅器122は、係数Kを乗じて電流指令Iを出力する。電流制御器112は、図3の電流制御器112と同様に、電流指令Iを電圧指令Vに変換して出力する。これによってモータ114におけるロータ間位相角γが目標に応じて変更される。ここで、電流制御器112には、モータ114の主ロータ40の位相角θmと、モータ電流が供給されており、位相角θmに応じてモータ電流が指令値に合致するように制御する。なお、電流制御器112は、位相角θm,θsの両方からフィードバック制御してもよいし、θm,θsの一方から他方を推定することができるため、一方より制御してもよい。 The amplifier 122 multiplies the coefficient K and outputs a current command I * . The current controller 112 converts the current command I * into a voltage command V * and outputs the same as the current controller 112 in FIG. As a result, the inter-rotor phase angle γ in the motor 114 is changed according to the target. Here, the current controller 112 is supplied with the phase angle θm of the main rotor 40 of the motor 114 and the motor current, and controls the motor current to match the command value according to the phase angle θm. Note that the current controller 112 may perform feedback control from both of the phase angles θm and θs, or may estimate from the other one of θm and θs, and thus may be controlled from one.

<トルクマップ(ロータ間位相角検出)>
図11は、ECU70が備える別のフィードフォワード制御構成図である。フィードフォワード制御器は、トルクマップを記憶するトルクマップ記憶部130、増幅器132、トルク・電流変換マップ記憶部134、電流制御器124、差分器136を備え、電流制御器124からの電流によってモータ114を駆動する。
<Torque map (detection of rotor phase angle)>
FIG. 11 is another feedforward control configuration diagram included in the ECU 70. The feedforward controller includes a torque map storage unit 130 that stores a torque map, an amplifier 132, a torque / current conversion map storage unit 134, a current controller 124, and a differentiator 136, and a motor 114 according to a current from the current controller 124. Drive.

トルクマップ記憶部130には、時間の経過に応じたトルク指令τが記憶されている。ここで、このトルクマップ記憶部130にも、回転数が供給されており、回転数に応じて使用すべきトルク指令τマップを選択する。 The torque map storage unit 130 stores a torque command τ * corresponding to the passage of time. Here, the torque map storage unit 130 is also supplied with the rotation speed, and a torque command τ * map to be used is selected according to the rotation speed.

トルクマップ記憶部130の出力にKを乗算してトルク指令τが得られ、これがトルク・電流変換マップ記憶部134に供給される。このトルク・電流変換マップ記憶部134は、トルク指令τに応じて電流指令Iを出力するが、ここにはロータ間位相角γ、および回転数が供給されている。なお、ロータ間位相角γは、主ロータ40,副ロータ42の位相角θm,θsを検出して、この差分を差分器136で計算することによって得られる。 A torque command τ * is obtained by multiplying the output of the torque map storage unit 130 by K, and this is supplied to the torque / current conversion map storage unit 134. The torque / current conversion map storage unit 134 outputs a current command I * in response to the torque command τ * , to which the inter-rotor phase angle γ and the rotation speed are supplied. The inter-rotor phase angle γ is obtained by detecting the phase angles θm and θs of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 and calculating the difference by the differentiator 136.

トルク・電流変換マップ記憶部134からは、回転数に応じて、図8,9などのマップが記憶されており、トルク指令τ、回転数、ロータ間位相角γに基づき、d軸電流、q軸電流が決定され、これが電流指令Iとして出力される。すなわち、ロータ間位相角γに応じて、図7に示すように、d軸電流、q軸電流の制限が変化するが、この実施形態によれば、この変化に対応して適切な制御が行える。 From the torque / current conversion map storage unit 134, maps such as FIGS. 8 and 9 are stored according to the number of revolutions, and based on the torque command τ * , the number of revolutions, and the rotor phase angle γ, the d-axis current, The q-axis current is determined and output as a current command I * . That is, depending on the phase angle γ between the rotors, the limits of the d-axis current and the q-axis current change as shown in FIG. 7, but according to this embodiment, appropriate control can be performed in response to this change. .

<トルクマップ(ロータ間位相角推定)>
図12は、ECU70が備える別のフィードフォワード制御構成図であり、図11の例に比べる。フィードフォワード制御器は、トルクマップを記憶するトルクマップ記憶部130、増幅器132、トルク・電流変換マップ記憶部134、電流制御器124、位相角マップ記憶部140を備え、電流制御器124からの電流によってモータ114を駆動する。
<Torque map (estimation of phase angle between rotors)>
FIG. 12 is another feedforward control configuration diagram provided in the ECU 70, and is compared with the example of FIG. The feedforward controller includes a torque map storage unit 130 that stores a torque map, an amplifier 132, a torque / current conversion map storage unit 134, a current controller 124, and a phase angle map storage unit 140, and a current from the current controller 124. To drive the motor 114.

上述の図11の例では、主ロータ40、副ロータ42の位相角を検出し、これの差分からロータ間位相角γを検出した。図12の例では、制御通りのロータ間位相角制御が行えることを前提として、時間に従って位相角マップ記憶部140からロータ間位相角γの推定値が出力され、これがトルク・電流変換マップ記憶部134に供給される。従って、主ロータ40、副ロータ42の位相角を検出するセンサを省略することができる。なお、一方のロータの位相角からロータ間位相角γを推定してもよい。   In the example of FIG. 11 described above, the phase angles of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 are detected, and the inter-rotor phase angle γ is detected from the difference between them. In the example of FIG. 12, on the premise that the inter-rotor phase angle control can be performed as controlled, an estimated value of the inter-rotor phase angle γ is output from the phase angle map storage unit 140 according to time, and this is the torque / current conversion map storage unit. 134. Therefore, a sensor for detecting the phase angle of the main rotor 40 and the sub-rotor 42 can be omitted. The inter-rotor phase angle γ may be estimated from the phase angle of one rotor.

「係数の調整」
上述のようなフィードフォワード制御の構成では、係数Kを乗算する増幅器122,132を有している。この係数Kは、実際に制御してみた結果から決定することが好適であり、係数Kを、K>1となるように設定することで、確実にロータ間位相角γを所望の値、すなわち同極(0°)あるいは逆極(180°)に制御することができる。
"Coefficient adjustment"
In the configuration of the feedforward control as described above, the amplifiers 122 and 132 that multiply the coefficient K are provided. This coefficient K is preferably determined from the result of actual control, and by setting the coefficient K so that K> 1, the inter-rotor phase angle γ is reliably set to a desired value, that is, It can be controlled to the same polarity (0 °) or the opposite polarity (180 °).

また、図7および図8を比較すればわかるように、フィードフォワード制御において、逆極(180°)から同極(0°)に遷移させる場合と、同極(0°)から逆極(180°)に遷移させる場合とで、係数Kの値による変化は異なる。すなわち、逆極から同極に遷移させる場合の方が、同極から逆極に遷移させる場合よりも、係数Kの値の大小が遷移の度合いに与える影響が相対的に大きい。従って、逆極から同極に遷移させる場合の係数Kと、同極から逆極に遷移させる場合の係数Kを同一とするのではなく、互いに異なる値とすることも可能である。例えば、逆極から同極に遷移させる場合の係数KをK=1.4とし、同極から逆極に遷移させる場合の係数KをK=1.2とする等である。   Further, as can be seen by comparing FIG. 7 and FIG. 8, in the feedforward control, the transition from the reverse pole (180 °) to the same pole (0 °) and the case where the same pole (0 °) is changed to the reverse pole (180 °). The change depending on the value of the coefficient K differs depending on the transition to (°). That is, when the transition is made from the opposite pole to the same pole, the influence of the magnitude of the coefficient K on the degree of transition is relatively greater than when the transition is made from the same pole to the opposite pole. Therefore, the coefficient K for the transition from the opposite pole to the same pole and the coefficient K for the transition from the same pole to the opposite pole are not the same, but can be different from each other. For example, the coefficient K for transition from the opposite pole to the same pole is K = 1.4, and the coefficient K for transition from the same pole to the opposite pole is K = 1.2.

さらに、回転数によって、ロータの回転数を維持するためのトルク(引き摺りトルク:摩擦トルク)は異なり、回転数が大きいほど引き摺りトルクは大きくなる。そこで、回転数に応じて、係数Kを変更することが好ましい。すなわち、係数Kの値を大きくすれば、ロータ間位相角γの移動量が大きくなるので、回転数が大きくなるほど係数Kを大きくして引き摺りトルク分を相殺するとよい。   Furthermore, the torque (drag torque: friction torque) for maintaining the rotation speed of the rotor differs depending on the rotation speed, and the drag torque increases as the rotation speed increases. Therefore, it is preferable to change the coefficient K in accordance with the rotational speed. That is, if the value of the coefficient K is increased, the amount of movement of the inter-rotor phase angle γ increases. Therefore, the coefficient K should be increased as the rotational speed increases to cancel the drag torque.

このとき、ロータ間位相角γの変更の際に、前半が副ロータ42を(相対的に)加速し、後半が(相対的に)減速する。従って、トルク指令τも前半と後半で、正と負にわかれる。そして、引き摺りトルクは、その回転方向に応じて回転数が大きい方が大きくなる。 At this time, when changing the inter-rotor phase angle γ, the first half (relatively) accelerates the sub-rotor 42 and the second half (relatively) decelerates. Therefore, the torque command τ * is also divided into positive and negative in the first half and the second half. The drag torque increases as the rotation speed increases according to the rotation direction.

また、回転が正方向であると、副ロータ42の加速に対し引き摺りトルクが減算され、副ロータ42の減速に対し引き摺りトルクが加算される。従って、正回転の場合には、前半に引き摺りトルク分をトルク指令τに加算するように係数Kを決定し、後半に引き摺りトルク分をトルク指令τから減算するように係数Kを決定すればよい。 If the rotation is in the positive direction, the drag torque is subtracted from the acceleration of the sub-rotor 42, and the drag torque is added to the deceleration of the sub-rotor 42. Therefore, in the case of normal rotation, the coefficient K is determined so that the drag torque is added to the torque command τ * in the first half, and the coefficient K is determined so as to subtract the drag torque from the torque command τ * in the second half. That's fine.

図13には、係数Kを調整しない場合の、回転数とロータ間位相角γの関係を示してある。回転が正方向であると、引き摺りトルクが減速側に働き最終のロータ間位相角γが目標より小さくなる。回転が負方向であると、反対に最終のロータ間位相角γが目標より小さくなる。   FIG. 13 shows the relationship between the rotational speed and the inter-rotor phase angle γ when the coefficient K is not adjusted. If the rotation is in the positive direction, drag torque acts on the deceleration side, and the final rotor phase angle γ becomes smaller than the target. If the rotation is in the negative direction, the final inter-rotor phase angle γ is smaller than the target.

そこで、誤差が0に近づくような調整量を見いだし、正負で分けて直線補間することで各回転数の係数Kを決定するとよい。   Therefore, it is preferable to find the adjustment amount such that the error approaches 0, and determine the coefficient K of each rotational speed by linearly interpolating with positive and negative.

このように、トルク指令τの正負で区別して別々の係数Kを掛けることにより、副ロータ42の加速と減速における引き摺りトルクを別々に調整することが可能となり、正確なロータ間位相角制御が可能になる。 In this way, by multiplying the torque command τ * by the positive and negative values and multiplying them by different coefficients K, it becomes possible to separately adjust the drag torque in acceleration and deceleration of the sub-rotor 42, and accurate phase angle control between the rotors can be performed. It becomes possible.

このようにして、係数を調整したところ、図14のように、各回転数においてロータ間位相角γを目標に制御でき、誤差を解消することができた。   Thus, when the coefficient was adjusted, as shown in FIG. 14, the inter-rotor phase angle γ could be controlled to the target at each rotational speed, and the error could be eliminated.

「各部の波形」
図15には、上述したような制御により、ロータ間位相角γを0°から180°に変更した場合の各部の波形が示してある。トルクマップを利用した場合の例である。
"Waveform of each part"
FIG. 15 shows waveforms of respective parts when the inter-rotor phase angle γ is changed from 0 ° to 180 ° by the control as described above. This is an example when a torque map is used.

このように、時間に応じて、トルク指令τが決定される。トルク指令τに基づき、d軸、q軸電流の指令値が決定され、これに応じてモータ電流制御が行われた、ロータ間位相角γが目標通り0°から180°に変更されている。 Thus, the torque command τ * is determined according to the time. Based on the torque command τ * , the command values for the d-axis and q-axis currents are determined, and the motor current control is performed accordingly. The inter-rotor phase angle γ is changed from 0 ° to 180 ° as desired. .

そして、ロータ間位相角を0°→180°に変更する際に、前半のトルク指令τが正、後半のトルク指令τが負であることがわかる。 When the phase angle between the rotors is changed from 0 ° to 180 °, it can be seen that the first half torque command τ * is positive and the second half torque command τ * is negative.

このような制御によって、d軸電流、q軸電流とも、指令値通りのものとなり、ロータ間位相角γについて所望の制御が達成できる。すなわち、回転数が大きくなり誘起電圧が大きくなった場合や、引き摺りトルクが大きくなった場合にも適切な制御が行える。   By such control, both the d-axis current and the q-axis current are as instructed, and desired control can be achieved for the inter-rotor phase angle γ. That is, appropriate control can be performed even when the rotational speed increases and the induced voltage increases, or when drag torque increases.

24 ステータ、26 主ロータシャフト、28 ロータ、36 ステータコア、38u,38v,38w ステータコイル、40 主ロータ、42 副ロータ、46 主ロータコア、48n,48s 主永久磁石、50 ベアリング、52 副ロータシャフト、54 副ロータコア、56n,56s 副永久磁石、61,62,63,64 拘束板、100,104,118 差分器、102,108,122,132、136 増幅器、106 微分器、110,134 トルク・電流変換マップ記憶部、112,124 電流制御器、114 モータ、120 電流マップ記憶部、130 トルクマップ記憶部、140 位相角マップ記憶部。

24 Stator, 26 Main rotor shaft, 28 Rotor, 36 Stator core, 38u, 38v, 38w Stator coil, 40 Main rotor, 42 Sub rotor, 46 Main rotor core, 48n, 48s Main permanent magnet, 50 Bearing, 52 Sub rotor shaft, 54 Sub rotor core, 56n, 56s Sub permanent magnet, 61, 62, 63, 64 Restraint plate, 100, 104, 118 Differentiator, 102, 108, 122, 132, 136 Amplifier, 106 Differentiator, 110, 134 Torque / current conversion Map storage unit, 112, 124 Current controller, 114 motor, 120 Current map storage unit, 130 Torque map storage unit, 140 Phase angle map storage unit.

Claims (6)

回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、
回転電機の制御装置。
A rotor including a first rotor element and a second rotor element disposed to face each other in a rotation axis direction, wherein the first and second rotor elements are relatively rotatable;
A stator that generates a magnetic field for the rotor;
A control device for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine comprising:
A torque command generator for generating a torque command for changing the inter-rotor phase angle between the first rotor element and the second rotor element;
A current command generator for converting the torque command into a current command;
With
The current command generation unit changes the current command according to the rotor rotational speed or the inter-rotor phase angle, or both the rotor rotational speed and the inter-rotor phase angle.
Control device for rotating electrical machines.
回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記トルク指令生成部は、ロータ回転数に応じて前記トルク指令を変更し、
前記電流指令生成部は、前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、
回転電機の制御装置。
A rotor including a first rotor element and a second rotor element disposed to face each other in a rotation axis direction, wherein the first and second rotor elements are relatively rotatable;
A stator that generates a magnetic field for the rotor;
A control device for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine comprising:
A torque command generator for generating a torque command for changing a phase angle between the rotors of the first rotor element and the second rotor element as time elapses, based on a pre-recorded map;
A current command generator for converting the torque command into a current command based on a pre-recorded map;
With
The torque command generator changes the torque command according to the rotor rotational speed,
The current command generation unit changes the current command according to both the rotor rotational speed and the inter-rotor phase angle.
Control device for rotating electrical machines.
回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第1ロータ要素および第2ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変化させる、
回転電機の制御装置。
A rotor including a first rotor element and a second rotor element disposed to face each other in a rotation axis direction, wherein the first and second rotor elements are relatively rotatable;
A stator that generates a magnetic field for the rotor;
A control device for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine comprising:
A torque command generator for generating a torque command for changing a phase angle between the rotors of the first rotor element and the second rotor element as time elapses, based on a pre-recorded map;
A current command generator for converting the torque command into a current command based on a pre-recorded map;
With
The current command generation unit changes the current command according to the rotor rotational speed or the inter-rotor phase angle, or both the rotor rotational speed and the inter-rotor phase angle.
Control device for rotating electrical machines.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の回転電機の制御装置であって、
前記トルク指令生成部は、前記トルク指令が正側か負側かでそれぞれ異なる係数を乗算する、
回転電機の制御装置。
A control device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The torque command generation unit multiplies a different coefficient depending on whether the torque command is a positive side or a negative side,
Control device for rotating electrical machines.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記ロータ間位相角の推定値を生成する位相角生成部を備え、
前記推定値を前記電流指令生成部に供給する、
回転電機の制御装置。
A control device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4,
A phase angle generation unit that generates an estimated value of the phase angle between the rotors as time elapses based on a pre-recorded map,
Supplying the estimated value to the current command generator;
Control device for rotating electrical machines.
回転軸方向に対向配置された第1ロータ要素および第2ロータ要素を含み、前記第1および第2ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づいて、時間の経過に応じて電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令に基づいて回転電機の電流を制御する電流制御部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数に応じて、前記電流指令を変化させる、
回転電機の制御装置。
A rotor including a first rotor element and a second rotor element disposed to face each other in a rotation axis direction, wherein the first and second rotor elements are relatively rotatable;
A stator that generates a magnetic field for the rotor;
A control device for a rotating electrical machine that controls the rotating electrical machine comprising:
Based on a pre-recorded map, a current command generation unit that generates a current command according to the passage of time,
A current control unit for controlling the current of the rotating electrical machine based on the current command;
With
The current command generator changes the current command according to the rotor rotational speed.
Control device for rotating electrical machines.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020532274A (en) * 2017-08-29 2020-11-05 ジーケーエヌ オートモーティブ リミテッド A method for controlling the magnetic field direction of a permanent excitation type synchronous reluctance machine

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