JP4745158B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する２つのロータを有し、両ロータ間の位相差を変更可能とした電動機の制御装置に関する。

永久磁石型の電動機においては、同軸に配置された２つのロータのそれぞれに界磁を発生する永久磁石を備えた２重ロータ構造の電動機が従来より知られている（例えば特許文献１を参照）。この種の電動機では、２つのロータは、それらの軸心回りに相対回転可能とされ、その相対回転によって、両ロータ間の位相差を変更可能としている。そして、両ロータ間の位相差を変更することによって、各ロータの永久磁石により発生する界磁を合成してなる合成界磁の強さ（磁束の大きさ）を変化させることが可能となる。

前記特許文献１に見られる電動機では、該電動機の回転速度に応じて機構的に両ロータ間の位相差が変化するようになっている。すなわち、両ロータが遠心力の作用により電動機の径方向に変位する部材を介して接続されている。なお、両ロータのうちの一方のロータは、電動機の発生トルクを外部に出力する出力軸と一体に回転可能とされている。そして、上記部材の変位に伴い、他方のロータが、出力軸と一体に回転可能な一方のロータに対して相対的に回転し、両ロータ間の位相差が変化するように構成されている。この場合、電動機が停止状態にあるときに、両ロータにそれぞれ備えた永久磁石の磁極の向き（磁束の向き）が互いに同一となって、それらの永久磁石の合成界磁の強さが最大となるように、各ロータの永久磁石が配列されている。そして、電動機の回転速度が高くなるに従って、遠心力により両ロータの間の位相差が変化して、両ロータの永久磁石の合成界磁の強さが弱くなる。
特開２００２−２０４５４１号公報

ところで、例えば電動機を車両の推進力発生源として該車両に搭載した車両（電動車両）では、特に低速域で該電動機に要求されるトルクの最大値が高いことから、大トルクを発生し得るように、ロータの永久磁石による界磁の強さが高い電動機が一般に使用される。

ところが、このようにロータの永久磁石による界磁の強さが高い電動機では、特に、該電動機の出力軸の回転速度が低く、且つ発生トルクが低いものとなる該電動機の運転状態（以下、低速・低トルク運転状態ということがある）において、発生トルクの周期的な変動（いわゆるトルクリプル）が顕著に現れやすい。例えば図１０に破線で示す如く、発生トルクの大きさに比して変動幅の大きなトルク変動を生じやすい。なお、図１０の横軸は、電動機の出力軸の回転位置（回転角度）、縦軸はトルクである。

そして、このような電動機を推進力発生源として搭載した車両では、渋滞、徐行運転、車両の発進初期段階等の状況で該車両のクリープ走行（車両のアクセル操作を解除した状態における電動機のアイドリングトルクとして該電動機に発生させる微小なトルクによる車両の走行）が行なわれるときなどに、車両の振動が発生しやすい。補足すると、電動機の出力軸の回転速度が比較的高速となる運転状態では、発生トルクが比較的低い場合であっても、一般に、出力軸の回転に伴う慣性力によって電動機の発生トルクの変動が十分に抑制される。

従って、前記低速・低トルク運転状態における電動機の発生トルクの変動（トルクリプル）を低減することが望まれる。

しかるに、前記電動機として、単一のロータを有する通常の永久磁石型電動機では、永久磁石による界磁の強さを変更できないので、低速・低トルク運転状態における電動機の発生トルクの変動を低減することは困難である。

また、前記電動機として、前記特許文献１に見られるような２重ロータ構造の電動機を使用した場合であっても、低速・低トルク運転状態における両ロータの永久磁石による合成界磁の強さは実質的に最大の強さに維持される。これは、前記特許文献１に見られる電動機は、遠心力を利用して機構的に両ロータ間の相対回転を行なうものであるため、遠心力がほとんど発生しない低速・低トルク運転状態では、両ロータ間の位相差は、合成界磁の強さが最大となる位相差に実質的に維持されてしまうからである。従って、前記特許文献１に見られる電動機では、低速・低トルク運転状態での発生トルクの変動を低減することはできないものとなっていた。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、２つのロータを有する電動機を使用し、該電動機の低速・低トルク運転時における該電動機の発生トルクの変動を低減することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。また、本発明は、車両の推進力発生源として電動機を搭載した車両のクリープ走行時に、該電動機の発生トルクの変動を低減し、ひいては、車両の振動を低減することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電動機の制御装置は、かかる目的を達成するために、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生するアクチュエータを有する位相差変更駆動手段と、前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組を、該トルクの値と回転速度の値とを座標成分とする２軸座標平面上の点として表現した場合における当該点が、該２軸座標平面上の原点を含む該原点の近傍の領域としてあらかじめ設定された所定領域内に存在するとき、両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが強くなる位相差に設定されていることを特徴とする（第１発明）。

なお、前記「原点」は、トルクの値が０で、且つ、回転速度の値が０となる点を意味する。

あるいは、本発明の電動機の制御装置は、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生するアクチュエータを有する位相差変更駆動手段と、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が所定の設定トルク以下であり、且つ、前記出力軸の回転速度の値が所定の設定速度以下であるとき、両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが高くなる位相差に設定されていることを特徴とする（第２発明）。

かかる第１発明および第２発明によれば、前記位相差変更駆動手段を備えるので、前記両ロータ間の位相差を、該位相差変更駆動手段を介して所望の位相差に制御できる。

そして、第１発明では、前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組に対応する前記２軸座標平面上の点が前記所定領域内に存在するときに、前記位相差制御手段によって、電動機の両ロータ間の位相差が、前記位相差変更駆動手段を介して前記所定の位相差に制御される。また、第２発明では、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が前記所定の設定トルク以下であり、且つ、前記出力軸の回転速度の値が前記所定の設定速度以下であるときに、前記位相差制御手段によって、電動機の両ロータ間の位相差が、前記位相差変更駆動手段を介して前記所定の位相差に制御される。

ここで、前記第１発明における前記所定領域は、前記２軸座標平面上の原点の近傍の領域である。従って、前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組に対応する前記２軸座標平面上の点が、該所定領域に存在するということは、該トルクの値と回転速度の値とが共に、０に近い値であることを意味する。換言すれば、電動機の運転状態が、前記低速・低トルク運転状態であることを意味する。同様に、第２発明では、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が前記所定の設定トルク以下であり、且つ、前記出力軸の回転速度の値が前記所定の設定速度以下であるということは、電動機の運転状態が、前記低速・低トルク運転状態であることを意味する。

また、前記第１発明および第２発明のいずれにおいても、前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる位相差である。

このため、前記低速・低トルク運転状態での前記合成界磁の強さを低めに抑えることができる。その結果、第１発明あるいは第２発明によれば、低速・低トルク運転状態での電動機の発生トルクの変動を低減することができる。

補足すると、低速・低トルク運転状態では、電動機の出力軸の発生トルクは小さいので、前記合成界磁の強さが比較的小さくても、必要なトルクを支障なく電動機に発生させることができる。

また、前記第１発明における前記所定領域は、一例として、例えば、電動機の出力軸の回転速度が所定値以下で、且つ、発生トルクの大きさ（絶対値）が所定値以下となる領域、すなわち、前記２軸座標平面上で、四角形となる領域に設定すればよい。ただし、前記所定領域は、このような四角形の領域に限定されるものではない。例えば、該所定領域を、前記２軸座標平面上で半円となるような領域、四角形以外の多角形となるような領域に設定してもよい。該所定領域は、一般的に言えば、任意のトルクの値と回転速度の値との組のうち、発生トルクの変動を低減することが要求される組に対応する前記２軸座標平面上での点が、該所定領域内に存在にするように設定されていればよい。

前記第１発明あるいは第２発明では、前記電動機の発生トルクの変動を十分に抑制するために、前記所定の位相差を、仮に、例えば前記合成界磁の強さが最小となる位相差に設定した場合には、電動機に大トルクの発生が要求される状況（ひいては前記合成界磁の強さが高いことが要求される状況）で、前記両ロータ間の位相差を、前記位相差変更駆動手段により前記合成界磁の強さが高くなる位相差に変化させるために要する時間的な遅れによって、要求される大トルクを迅速に電動機の出力軸に発生させることが困難となる恐れがある。

そこで、第１発明あるいは第２発明では、前記所定の位相差を、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが高くなる位相差に設定した。

これによれば、前記低速・低トルク運転状態での電動機の運転中に、該電動機に大トルクの発生が要求される状況が発生したときに、前記位相差変動駆動手段を介して速やかに前記両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さがより高くなる位相差に変化させることが可能となる。

なお、この場合、前記所定の位相差は、前記低速・低トルク運転状態での電動機の発生トルクの変動の低減の程度と、前記位相差変動駆動手段を介した前記両ロータ間の位相差の変更の応答性とのバランスを考慮して設定すればよい。

前記第１発明においては、前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組に対応する前記２軸座標平面上の点が前記所定領域から逸脱しているとき、前記位相差制御手段は、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間位相差を前記位相差変更駆動装置を介して制御することが好ましい（第３発明）。

同様に、第２発明においては、前記出力軸に発生されるトルクの値の絶対値が前記所定の設定トルクを超えているか、または、前記出力軸の回転速度が前記所定の設定速度を超えているとき、前記位相差制御手段は、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間位相差を前記位相差変更駆動装置を介して制御することが好ましい（第４発明）。

前記第３発明によれば、電動機の出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組に対応する前記２軸座標平面上の点が前記所定領域から逸脱しているとき、すなわち、前記低速・低トルク運転状態以外の電動機の運転状態では、前記位相差制御手段によって、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間の位相差が位相差変更駆動装置を介して制御される。同様に、前記第４発明によれば、電動機の出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が前記所定の設定トルクを超えているか、または、該出力軸の回転速度が前記所定の設定速度を超えているとき、すなわち、前記低速・低トルク運転状態以外の電動機の運転状態では、前記位相差制御手段によって、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間の位相差が位相差変更駆動装置を介して制御される。

このため、電動機の出力軸に発生させるトルクに適した合成界磁を発生させることができる。

また、本発明の電動機の制御装置は、前記の目的を達成するために、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機が推進力発生源として搭載された車両における電動機の制御装置であって、前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる位相差変更駆動手段と、少なくとも前記電動機の発生トルクによる車両のクリープ走行時に、前記電動機の両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、
前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが強くなる位相差に設定されていることを特徴とする（第５発明）。

なお、前記「クリープ走行」は、前記した如く、車両のアクセル操作を解除した状態における電動機のアイドリングトルクとして該電動機に発生させる微小なトルクによる車両の走行を意味する。

かかる第５発明によれば、前記位相差変更駆動手段を備えるので、前記第１発明または第２発明と同様に、前記両ロータ間の位相差を、該位相差変更駆動手段を介して所望の位相差に制御できる。ここで、前記車両のクリープ走行時における電動機の運転状態は、前記低速・低トルク運転状態に相当する。そこで、第５発明では、少なくとも該クリープ走行時に、前記位相差制御手段によって、電動機の両ロータ間の位相差を、前記位相差変更駆動手段を介して前記所定の位相差に制御する。

この場合、前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる位相差であるので、前記クリープ走行時に、前記合成界磁の強さを低めに抑えることができる。その結果、第５発明によれば、車両のクリープ走行時に、電動機の発生トルクの変動を低減することができ、ひいては、車両の振動を低減することができる。

かかる第５発明では、前記第１発明及び第２発明と同様の理由によって、前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが高くなる位相差に設定されている。

これによれば、車両のクリープ走行時に、車両のアクセルが大きく操作されて、該電動機に大トルクの発生が要求される状況が発生したときに、前記位相差変動駆動手段を介して速やかに前記両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さがより高くなる位相差に変化させることが可能となる。

なお、前記第１〜第５発明において、前記トルクの値としては、電動機のトルクの指令値（目標値）を使用すればよい。ただし、電動機の出力軸の発生トルクを適宜のセンサにより検出する場合には、その検出値を使用してもよい。また、前記回転速度の値としては、適宜のセンサによる検出値を使用すればよい。ただし、該回転速度を直接的に検出する手段を備えない場合には、モデルなどを使用した推定値を用いてもよい。

本発明の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。

図１は本実施形態の装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。

図示の如く、車両１は、電動車両であり、該車両１の推進力発生源としての電動機３を備えると共に、該電動機３の発生トルクを車両１の駆動輪７，７に伝達するトランスミッション５を備えている。

電動機３は、その出力軸３ａが、トランスミッション５の入力側に接続されている。そして、トランスミッション５の出力側は、差動歯車装置６を介して車両１の駆動輪７，７に接続されている。従って、電動機３の出力軸３ａに発生するトルク（力行トルクまたは回生トルク）は、トランスミッション５および差動歯車装置６を介して駆動輪７，７に伝達されるようになっている。

なお、トランスミッション５は、トルクコンバー付きの自動変速機や、ＣＶＴなどにより構成される。

次に、電動機３の概略構成を図２および図３を参照して説明する。図２は、電動機３の内部構成の要部を該電動機３の軸心方向で示す図、図３は該電動機３の２つのロータの間の位相差を変更するための駆動機構を示すスケルトン図である。なお、図２では駆動機構に関する図示は省略している。

図２を参照して、電動機３は、２重ロータ構造のＤＣブラシレスモータであり、第１ロータとしての外ロータ１０と第２ロータとしての内ロータ１１とを出力軸３ａと同軸に備える。外ロータ１０の外側には、電動機３のハウジング（図示省略）に固定されたステータ１２を有し、このステータ１２には図示を省略する電機子（３相分の電機子）が装着されている。

外ロータ１０は環状に形成されており、その周方向にほぼ等間隔で配列された複数の永久磁石１３を備える。この永久磁石１３は、長尺の方形板状に形成されており、その長手方向を外ロータ１０の軸方向に向け、且つ、法線方向を外ロータ１０の径方向に向けた状態で、外ロータ１０に埋め込まれている。

内ロータ１１も環状に形成されている。この内ロータ１１は、その外周面を外ロータ１０の内周面に摺接させた状態で、外ロータ１０の内側に該外ロータ１０と同軸に配置されている。なお、内ロータ１１の外周面と外ロータ１０の内周面との間に若干のクリアランスが設けられていてもよい。さらに、この内ロータ１１の軸心部を、該内ロータ１１および外ロータ１０と同軸に出力軸３ａが貫通している。

また、内ロータ１１は、その周方向にほぼ等間隔で配列された複数の永久磁石１４を備える。この永久磁石１４は、外ロータ１０の永久磁石１３と同形状で、外ロータ１０の場合と同様の形態で、内ロータ１１に埋め込まれている。内ロータ１１の永久磁石１４の個数は、外ロータ１０の永久磁石１３の個数と同じである。

ここで、図２において、外ロータ１０の永久磁石１３のうちの白抜きで示す永久磁石１３ａと、点描を付した永久磁石１３ｂとは、外ロータ１０の径方向における磁極の向きが互いに逆になっている。例えば、永久磁石１３ａは、その外側（外ロータ１０の外周面側）の面がＮ極、内側（外ロータ１０の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石１３ｂは、その外側の面がＳ極、内側の面がＮ極とされている。同様に、内ロータ１１の永久磁石１４のうちの白抜きで示す永久磁石１４ａと、点描を付した永久磁石１４ｂとは、内ロータ１１の径方向での磁極の向きが互いに逆になっている。例えば、永久磁石１４ａは、その外側（内ロータ１１の外周面側）の面がＮ極、内側（内ロータ１１の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石１４ｂは、その外側の面がＳ極、内側の面がＮ極とされている。

そして、本実施形態では、外ロータ１０においては、互いに隣り合された永久磁石１３ａ，１３ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石１３ｂ，１３ｂの対とが、外ロータ１０の周方向に交互に配列されている。同様に、内ロータ１１においては、互いに隣り合された永久磁石１４ａ，１４ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石１４ｂ，１４ｂの対とが、内ロータ１１の周方向に交互に配列されている。

図３を参照して、外ロータ１０は、電動機３の出力軸３ａと一体に回転可能なように該出力軸３ａに連結されている。そして、内ロータ１１は、該外ロータ１０および出力軸３ａに対して相対回転可能に設けられている。この内ロータ１１の相対回転によって、外ロータ１０との間の位相差を変更可能とされている。本実施形態では、内ロータ１１の相対回転を行なわせる（両ロータ１０，１１間の位相差を変化させる）ための位相差変更駆動手段として、例えば遊星歯車機構３０を有する位相差変更装置１５が備えられている。

この位相差変更装置１５の遊星歯車機構３０は、内ロータ１１の内側の中空部に配置されている。該遊星歯車機構３０は、本実施形態では、シングルピニオン型のものであり、外ロータ１０と一体に回転可能なように該外ロータ１０に固定された第１リングギヤＲ１と、内ロータ１０と一体に回転可能なように該内ロータ１０に固定された第２リングギヤＲ２とを内ロータ１０および外ロータ１１と同軸に備える。両リンクギヤＲ１，Ｒ２は、それらの軸心方向に配列されている。両リングギヤＲ１，Ｒ２の軸心部には、その両者について共通のサンギヤＳが設けられ、このサンギヤＳを一体に有するサンギヤ軸３３が複数のベアリング３４により回転自在に支持されている。

サンギヤＳと第１リングギヤＲ１との間には、これらと噛合する複数の第１プラネタリギヤ３１が設けられ、これらの第１プラネタリギヤ３１が、第１キャリアＣ１に自転自在に保持されている。この場合、第１キャリアＣ１は、サンギヤＳの軸心まわりに回転可能とされ、該第１キャリアＣ１の回転によって、各第１プラネタリギヤ３１がサンギヤＳのまわりで公転可能とされている。

また、サンギヤ３３と第２リングギヤＲ２との間には、これらと噛合する複数の第２プラネタリギヤ３２が設けられ、これらの第２プラネタリギヤ３２が第２キャリアＣ２に自転自在に保持されている。この場合、第２キャリアＣ２は、電動機３のステータ１２（あるいはハウジング）に固定され、回転不能とされている。

なお、第１リングギヤＲ１と第１プラネタリギヤ３１とサンギヤＳとのギヤ比は、第２リングギヤＲ２と第２プラネタリギヤ３２とサンギヤＳとのギヤ比と同じである。

上記のように構成された遊星歯車機構１５では、第１キャリアＣ１を回転不能に保持した状態では、電動機３の出力軸３ａおよび外ロータ１０が回転すると、これらと同一の回転速度で且つ同方向に内ロータ１１が第２リングギヤＲ２と一体に回転することとなる。従って、内ロータ１１が外ロータ１０と一体に回転することとなる。そして、第１キャリアＣ１を回転駆動すると、内ロータ１１が外ロータ１０に対して相対的に回転することとなる。これにより、内ロータ１１と外ロータ１０との間の位相差（以下、ロータ間位相差という）が変化するここととなる。

そこで、本実施形態の位相差変更装置１５は、電動機もしくは油圧アクチュエータなどのアクチュエータ２５（回転駆動力発生源）により、遊星歯車機構３０の第１キャリアＣ１を回転駆動することで、ロータ間位相差を変更する。この場合、アクチュエータ２５は、第１キャリアＣ１と一体に回転可能に設けられた駆動軸３５を介して該第１キャリアＣ１に接続され、該駆動軸３５を介して第１キャリアＣ１に回転力（トルク）を付与するようにしている。

以上が、本実施形態における電動機３とこの電動機３に対する位相差変更装置１５の機構的な構成である。

なお、本実施形態では、シングルピニオン型の遊星歯車機構３０を使用したが、例えばダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用するようにしてもよい。また、本実施形態では、電動機３の出力軸３ａと外ロータ１０とが一体に回転するように構成したが、電動機３の出力軸３ａと内ロータ１１とが一体に回転するようにして、これらの出力軸３ａおよび内ロータ１１に対して外ロータ１０が相対回転し得るように構成してもよい。また、位相差変更装置１５の構成は、上記した構成に限られるものではない。例えば、内ロータ１１の内側にベーンロータなどにより油圧室を形成し、その油圧室の圧力を操作することで、内ロータ１１を外ロータ１０に対して相対回転させるようにしてもよい。

前記位相差変更装置１５によって、内ロータ１１を外ロータ１０に対して回転させ、ロータ間位相差を変化させることで、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂによって発生する界磁と外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂによって発生する界磁との合成界磁の（ステータ１２に向かう径方向の界磁）の強さ（合成界磁の磁束の強さ）が変化することとなる。以降、その合成界磁の強さが最大となる状態を界磁最大状態、該合成界磁の強さが最小となる状態を界磁最小状態という。図４（ａ）は界磁最大状態での内ロータ１１と外ロータ１０との位相関係を示す図であり、図４（ｂ）は界磁最小状態での内ロータ１１と外ロータ１０との位相関係を示す図である。

図４（ａ）に示す如く、界磁最大状態は、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂとが異極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁最大状態では、内ロータ１１の永久磁石１４ａが外ロータ１０の永久磁石１３ａに対向すると共に、内ロータ１１の永久磁石１４ｂが外ロータ１０の永久磁石１３ｂに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂのそれぞれの磁束Ｑ２の向きとが同一となるため、それらの磁束Ｑ１，Ｑ２の合成磁束Ｑ３の強さ（合成界磁の強さ）が最大となる。なお、電動機３の運転停止状態で、内ロータ１１が自由に回転し得る状態（前記遊星歯車機構３０の第１キャリアＣ１にアクチュエータ２５から回転力を付与していない状態）では、通常、ロータ間位相差は、界磁最大状態の位相差で平衡する。

また、図４（ｂ）に示す如く、界磁最小状態は、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂとが同極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁最小状態では、内ロータ１１の永久磁石１４ａが外ロータ１０の永久磁石１３ｂに対向すると共に、内ロータ１１の永久磁石１４ｂが外ロータ１０の永久磁石１３ａに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ１０の永久磁石１３ｂ，１３ａのそれぞれの磁束Ｑ２の向きとが逆向きとなるため、それらの磁束Ｑ１，Ｑ２の合成磁束Ｑ３の強さ（合成界磁の強さ）が最小となる。

本実施形態では、前記界磁最大状態におけるロータ間位相差を０［ｄｅｇ］、前記界磁最小状態におけるロータ間位相差を１８０［ｄｅｇ］と定義する。

図５は、前記界磁最大状態と界磁最小状態とにおいて、電動機３の出力軸３ａを所定の回転速度で作動させた場合に、ステータ１２の電機子に誘起される誘起電圧を比較したグラフである。このグラフの縦軸と横軸とは、それぞれ、誘起電圧［Ｖ］、電気角での出力軸３ａの回転角度［度］である。参照符号ａを付したグラフが、界磁最大状態（ロータ間位相差＝０［ｄｅｇ］の状態）でのグラフであり、参照符号ｂを付したグラフが、界磁最小状態（ロータ間位相差＝１８０［ｄｅｇ］の状態）でのグラフである。図５から判るように、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］と１８０［ｄｅｇ］との間で変化させることで、誘起電圧のレベル（振幅レベル）を変化させることができる。なお、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］と１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくと、合成界磁の強さが低下していき、これに伴い、誘起電圧のレベルが減少していく。

このようにロータ間位相差を変化させて、界磁の強さを増減させることにより、電動機３の誘起電圧定数を変化させることができる。なお、誘起電圧定数は、電動機３の出力軸３ａの角速度と、この角速度に応じて電機子に生じる誘起電圧との関係を規定する比例定数である。誘起電圧定数の値は、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくに伴い、小さくなる。

補足すると、例えば、前記界磁最小状態でのロータ間位相差（最小界磁位相差）を０［ｄｅｇ］、界磁最大状態でのロータ間位相差（最大界磁位相差）を１８０［ｄｅｇ］と定義してもよいことはもちろんである。より一般的に言えば、ロータ間位相差の零点は任意に設定してよい。

次に、図６〜図９を参照して、本実施形態における電動機３の制御装置５０を説明する。図６は、電動機３の制御装置５０（以下、単に制御装置５０という）の機能的構成を示すブロック図、図７は該制御装置５０のＫe指令算出部５４の処理を説明するためのグラフ、図８は該制御装置５０のトルクリプル低減制御部５５の処理を説明するためのグラフ、図９は該制御装置５０による電動機３のロータ間位相差の制御処理を示すフローチャートである。なお、図６では、電動機３を模式化して記載し、前記遊星歯車機構３０を「位相可変機構」と表現している。

図６を参照して、本実施形態の制御装置５０は、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により電動機３の通電を制御する。すなわち、制御装置５０は、電動機３を、界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とする２相直流の回転座標系であるｄ−ｑ座標系での等価回路に変換して取り扱う。その等価回路は、ｄ軸上の電機子（以下、ｄ軸電機子という）と、ｑ軸上の電機子（以下、ｑ軸電機子という）とを有する。ｄ−ｑ座標系は、電動機３の出力軸３ａに対して固定された座標系である。そして、制御装置５０は、外部から与えられるトルク指令値Ｔｃに応じたトルクを電動機３の出力軸３ａから出力させるように電動機３の電機子（３相分の電機子）の通電電流を制御する。また、制御装置５０は、この通電制御と並行して、トルク指令値Ｔｃなどに応じて電動機３の誘起電圧定数の指令値Ｋecを決定すると共に、電動機３の実際の誘起電圧定数を推定し、この誘起電圧定数の推定値Ｋeを指令値Ｋecに一致させるように前記位相差変更装置１５を介してロータ間位相差を制御する。

これらの制御を行なうために、本実施形態では、センサとして、電動機３の電機子の３相のうちの２つの相、例えばＵ相およびＷ相のそれぞれの電流を検出する電流センサ４１，４２（電流検出手段）と、電動機３の出力軸３ａの回転位置θm（回転角度）（＝外ロータ１０の回転角度）を検出する位置センサ４３（回転位置検出用センサ）と、ロータ間位相差を検出する位相差検出器４４とが備えられている。位置センサ４３は、例えばレゾルバから構成される。また、位相差検出器４４は、例えば前記位相差変更装置１５のアクチュエータ２５による前記第１キャリアＣ１の回転位置（目標値または検出値）を基に、ロータ間位相差を検出する。

制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリ等により構成される電子ユニットであり、その制御処理が所定の演算処理周期で逐次実行される。以下に、制御装置５０の機能的な手段を具体的に説明する。

制御装置５０は、その主要な機能的手段として、電動機３の各相の電機子の通電電流を制御する通電制御部５１と、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎmを求める回転速度算出部５２と、電動機３の実際の誘起電圧定数の推定値Ｋe（以下、誘起電圧定数推定値Ｋeという）を求めるＫe算出部５３と、該誘起電圧定数の第１指令値Ｋec1（以下、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1という）を決定するＫe指令算出部５４とを備える。

さらに、制御装置５０は、車両１のクリープ走行時など、電動機３の低速・低トルク運転状態での誘起電圧定数の第２指令値Ｋec2（以下、第２誘起電圧定数指令値Ｋec2という）を決定して出力する処理や、前記第１誘起電圧指令値Ｋec1および第２誘起電圧定数指定値Ｋec2のうちのいずれの指令値をロータ間位相差の制御のために使用すべきかを規定するＫe指令選択フラグの値を決定して出力する処理を実行するトルクリプル低減制御部５５を備える。

さらに制御装置５０は、ロータ間位相差を制御するための制御指令を決定して位相差変更装置１５に出力する位相制御部５６と、前記第１誘起電圧定数指令値Ｋec1および第２誘起電圧定数指令値Ｋec2のうちの、位相制御部５６によるロータ間位相差の制御のために実際に使用する誘起電圧定数の指令値Ｋec（以下、誘起電圧定数実指令値Ｋecという）を選択的に出力する誘起電圧定数指令選択部５８と、この誘起電圧定数実指令値Ｋecと前記誘起電圧定数推定値Ｋeとの偏差ΔＫe（＝Ｋec−Ｋe）を求める演算部５９とを備える。

回転速度算出部５２には、位置センサ４３で検出された電動機３の出力軸３ａの回転位置θm（外ロータ１０の回転位置）の検出値が逐次入力される。そして、該回転速度算出部５２は、入力された回転位置θmの検出値を微分することにより、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎｍを算出する。

Ｋe算出部５３には、位相差検出器４４からロータ間位相差の検出値θが逐次入力される。そして、Ｋe算出部５３は、入力されたロータ間位相差の検出値θから、あらかじめ定められたデータテーブルによって、誘起電圧定数推定値Ｋeを求める。本実施形態では、前記した如く、ロータ間位相差が０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加するに伴い、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さが単調に小さくなる。従って、電動機３の誘起電圧定数は、ロータ間位相差の増加に伴い、単調に減少する。このため、上記データテーブルは、ロータ間位相差の増加に伴い、誘起電圧定数推定値Ｋeが単調に小さくなるように設定されている。

Ｋe指令算出部５４には、トルク指令値Ｔc（電動機３の出力軸３ａに発生させる出力トルクの指令値）と、電動機３の電源電圧Ｖsc（目標値）と、前記Ｋe算出部５３で求められた回転速度Ｎmとが逐次入力される。トルク指令値Ｔcおよび電源電圧Ｖscは、本実施形態の制御装置５０の外部で決定されるものである。トルク指令値Ｔcは、例えば車両１のアクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）や走行速度などに応じて設定される。なお、本実施形態では、力行トルクのトルク指令値Ｔcは、正の値であり、回生トルクのトルク指令値Ｔcは負の値である。また、電源電圧Ｖscは、車両１に電動機３の電源として搭載された蓄電器（図示省略）の出力電圧の検出値などに応じて設定される。

そして、Ｋe指令算出部５４は、上記の入力値Ｔc，Ｎm，Ｖscからあらかじめ定められたマップに従って、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1を逐次決定する。

この場合、上記マップは、例えば、トルク指令値Ｔｃと回転速度Ｎｍ（検出値）と電源電圧Ｖscとの組に対して、電動機３のｄ軸電機子の発生電圧とｑ軸電機子の発生電圧との合成電圧（ベクトル和）の大きさが電源電圧Ｖscを超えないようにしつつ、電動機３のエネルギー効率（入力エネルギーに対する出力エネルギーの割合）をできるだけ高めることができる第１誘起電圧定数指令値Ｋec1が決定されるように設定されている。

ここで、一般的には、誘起電圧定数を小さくするほど（換言すれば、ロータ間位相差を大きくするほど）、電動機３の出力軸３ａをより高速域で回転させることが可能となると共に、電動機３のエネルギー効率が高効率となる領域を高速回転側にずらすことができる。また、誘起電圧定数を大きくするほど（換言すれば、ロータ間位相差を小さくするほど）、電動機３で発生可能なトルクを大きくすることができる。従って、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1は、上記のような誘起電圧定数に対する電動機３の特性と、電動機３の要求される運転形態とを考慮して設定すればよく、種々様々な設定の仕方が可能である。

本実施形態では、Ｋe指令算出部５４では、出力軸３ａの回転速度Ｎmと電源電圧Ｖscとを一定としたとき、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1は、例えば図７のグラフに示す如く、前記最小界磁状態に対応する最小誘起電圧定数Ｋeminと前記最大界磁状態に対応する最大誘起電圧定数Ｋemaxとの間で、トルク指令値Ｔcの絶対値｜Ｔc｜が大きくなるほど、Ｋec1の値が大きくなるように（換言すれば、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さを高くするように）設定される。

なお、回転速度Ｎmに対する第１誘起電圧定数指令値Ｋec1の変化については、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1は、基本的には、トルク指令値Ｔcと電源電圧Ｖscとを一定としたとき、回転速度Ｎmが高速となる領域で、該回転速度Ｎmが大きくなるほど、Ｋec1が小さくなるように（換言すれば、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さを低くするように）設定される。また、電源電圧Ｖscに対する第１誘起電圧定数指令値Ｋec1の変化については、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1は、基本的には、トルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとを一定としたとき、電源電圧Ｖscが小さくなるほど、Ｋec1が小さくなるように設定される。

補足すると、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1を設定するとき、電動機３の過熱防止などの要求を考慮して設定してもよい。

トルクリプル低減制御部５５には、トルク指令値Ｔcと、前記回転速度算出部５２で求められた回転速度Ｎmとが逐次入力される。そして、トルクリプル低減制御部５５は、入力されたトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとを基に、電動機３の要求される運転状態が、電動機３の発生トルクの変動（トルクリプル）を低減すべき低速・低トルク運転状態であるか否かを判断する。そして、電動機３の運転状態が低速・低トルク運転状態であるか否かに応じて前記Ｋe指令選択フラグの値を設定し、該Ｋe指令選択フラグを誘起電圧定数指令選択部５８に出力する。また、トルクリプル低減制御部５５は、電動機３の運転状態が低速・低トルク運転状態であるときの誘起電圧定数の指令値である前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を決定し、そのＫec2を誘起電圧定数指令選択部５８に出力する。

ここで、図８を参照して、本実施形態では、トルクリプル低減制御部５５は、入力されるトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとを成分とする２軸座標平面上の点（Ｔc，Ｎm）が、該２軸座標平面上の所定領域ＡＲ１に存在するとき、電動機３の発生トルクの変動（トルクリプル）を低減すべき低速・低トルク運転状態であると判断する。以降、領域ＡＲ１をトルクリプル低減領域という。なお、図８の２軸座標平面は、トルクを縦軸、回転速度を横軸とする座標平面である。また、図８の領域ＡＲ２（ＡＲ１を含む領域）は、電動機３の運転可能領域を示しており、電動機３の運転は、この運転可能領域ＡＲ２内の動作点で行なわれる。この運転可能領域ＡＲ２の境界の曲線部分は、電動機３の出力が最大となるラインを示している。

図８に示す如く、トルクリプル低減領域ＡＲ１は、２軸座標平面の原点（０，０）を含む、該原点（０，０）の近傍の領域に設定されている。本実施形態では、トルクリプル低減領域ＡＲ１は、トルクの大きさ（絶対値）が所定の閾値Ｔth以下となり、且つ、回転速度が所定の閾値Ｎmth以下となる領域（四角形状の領域）とされている。なお、閾値Ｔth、Ｎmthは、それぞれ前記第２発明における設定トルク、設定速度に相当する。

そして、トルクリプル低減制御部５５は、入力されたトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとの組に対応する２軸座標平面上の点（Ｔc，Ｎm）が、例えば図８の点Ｐ１で示す如く、トルクリプル低減領域ＡＲ１内に存在するとき（換言すれば、｜Ｔc｜≦Ｔth且つＮm≦Ｎmthであるとき）に、電動機３の要求される運転状態が、トルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態であると判断する。そして、この場合には、前記Ｋe指令選択フラグの値を「１」に設定する。また、トルクリプル低減制御部５５は、入力されたトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとの組に対応する２軸座標平面上の点（Ｔc，Ｎm）が、例えば図８の点Ｐ２で示す如く、トルクリプル低減領域ＡＲ１内に存在しないとき（換言すれば、｜Ｔc｜＞ＴthまたはＮm＞Ｎmthであるとき）に、電動機３の要求される運転状態が、トルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態でないと判断する。そして、この場合には、前記Ｋe指令選択フラグの値を「０」に設定する。また、トルクリプル低減制御部５５は、前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2として、あらかじめ定められた所定値を設定する。その所定値は、本実施形態では、前記最大誘起電圧定数Ｋemaxよりも小さく、且つ、最小誘起電圧定数Ｋeminよりも大きい値（ＫemaxとＫeminとの間の中間の値）である。

なお、本実施形態では、トルクリプル低減領域ＡＲ１を四角形状に設定したが、半円状などの領域に設定してもよい。トルクリプル低減領域ＡＲ１は、一般的には、電動機３のロータ間位相差を最小にして（換言すれば、永久磁石１３，１４の合成界磁を最大にして）、該領域ＡＲ１内の動作点で電動機３の運転を行なったときに、電動機３のトルクリプルが顕著に現れるような領域に設定すればよい。

補足すると、本実施形態では、車両１のアクセル操作量が０で、且つ走行速度がほぼ０であるときに、トルク指令値Ｔcは所定のアイドリングトルクに設定される。このアイドリングトルクは、微小な力行トルク（正の値のトルク）である。そして、このアイドリングトルクの値は、前記トルクリプル低減領域ＡＲ１に含まれる。

誘起電圧定数指令選択部５８には、Ｋe指令算出部５４で決定される第１誘起電圧定数指令値Ｋec1と、トルクリプル低減制御部５５で決定される第２誘起電圧定数指令値Ｋec2およびＫe指令選択フラグの値とが入力される。そして、誘起電圧定数指令選択部５８は、Ｋe指令選択フラグの値に応じて、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1および第２誘起電圧定数指令値Ｋec2のうちのいずれか一方を、前記誘起電圧定数実指令値Ｋeとして前記演算部５９に出力する。すなわち、Ｋe指令選択フラグの値が「０」であるとき（電動機３の運転状態がトルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態でないとき）には、前記第１誘起電圧定数指令値Ｋec1を誘起電圧定数実指令値Ｋecとして出力する。また、Ｋe指令選択フラグの値が「１」であるとき（電動機３の運転状態がトルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態でないとき）には、前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を誘起電圧定数実指令値Ｋecとして出力する。

位相制御部５６には、演算部５９で算出される前記偏差ΔＫe（＝Ｋec−Ｋe）が入力されると共に、誘起電圧定数指令選択部５８から出力された誘起電圧定数実指令値Ｋecが入力される。そして、位相制御部５６は、これらの入力値を基に、ΔＫeを０に収束させるように位相差変更装置１５に対する制御指令を決定し、該制御指令を位相差変更装置１５に出力する。本実施形態では、該制御指令として、例えばロータ間位相差の指令値θc（以下、ロータ間位相差指令値θcという）が決定される。この場合、ロータ間位相差指令値θcは、Ｋecに応じて定めたフィードフォワード値を、ΔＫeに応じて定めたフィードバック補正量で補正することにより決定される。該フィードフォワード値は、Ｋe算出部５３で使用するデータテーブルと同様のデータテーブルを用いて決定すればよい。また、フィードバック補正量は、ΔＫeから比例則、ＰＩＤ則などのフィードバック制御則によって決定すればよい。

なお、位相差変更装置１５は、位相制御部５６から入力されるロータ間位相差指令値θcに従って、アクチュエータ２５を介してロータ間位相差θを制御する。

補足すると、本実施形態では、位相差変更装置１５に対する制御指令としてロータ間位相差指令値θcを使用したが、例えば位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の動作量の指令値であってもよい。該制御指令は、位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の動作を規定できるものであればよい。

なお、本実施形態では、前記トルクリプル低減制御部５５、Ｋe指令算出部５４、誘起電圧定数指令選択部５８、演算部５９、Ｋe算出部５３および位相制御部５６により、本発明における位相差制御手段が構成される。

前記通電制御部５１は、電動機３の出力トルク（出力軸３ａの発生トルク）をトルク指令値Ｔcに従わせるように電動機３の各相の電機子の通電電流を制御するものである。

この制御を行なうために、通電制御部５１は、前記電流センサ４１，４２の出力信号から不要成分を除去することで、電動機３の電機子のＵ相、Ｗ相のそれぞれの電流検出値Ｉｕ，Ｉｗを得るバンドパスフィルタ６１と、該電流検出値Ｉｕ，Ｉｗと前記位置センサ４３により検出された出力軸３ａの回転位置θmとに基づいて、３相−ｄｑ変換によりｄ軸電機子の電流（以下、ｄ軸電流という）の検出値Ｉdおよびｑ軸電機子の電流（以下、ｑ軸電流という）の検出値Ｉqを算出する３相−ｄｑ変換部６２とを備える。

また、通電制御部５１は、ｄ軸電流の指令値であるｄ軸電流指令値Ｉdcとｑ軸電流の指令値であるｑ軸電流指令値Ｉqcとを決定する電流指令算出部６３と、該電流指令算出部６３により決定されたｄ軸電流指令値Ｉdcを補正する補正値ΔＩdvolを求める界磁制御部６４と、該補正値ΔＩdvolをｄ軸電流指令値Ｉdcに加えてなる値（ＩdcをΔＩdvolにより補正してなる値）と前記３相−ｄｑ変換部６２で求められたｄ軸電流の検出値Ｉdとの偏差ΔＩd（＝Ｉdc＋ΔＩdvol−Ｉd）を求める演算部６５と、前記ｑ軸電流指令値Ｉqcと前記３相−ｄｑ変換部６２で求められたｑ軸電流の検出値Ｉqとの偏差ΔＩq（＝Ｉqc−Ｉq）を求める演算部６６とを備える。

ここで、界磁制御部５２は、電動機３の電機子の相電圧（誘起電圧）の大きさが、前記電源電圧Ｖscに一致するようにｄ軸電流を操作するものである。このため、界磁制御部５２には、電動機３の電源電圧Ｖscと、後述する電流フィードバック制御部６７で決定されたｄ軸電機子およびｑ軸電機子のそれぞれの電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖdcおよびｑ軸電圧指令値Ｖqcとが入力される。なお、入力されるＶdc，Ｖqcの値は、前回値（前回の演算処理周期で求められた値）である。そして、界磁制御部５２は、入力されたｄ軸電圧指令値Ｖdcおよびｑ軸電圧指令値Ｖqcとから求まる相電圧が、前記電源電圧Ｖscから求められる目標電圧円をトレースするように（換言すれば、Ｖdc，Ｖqcの合成ベクトルの大きさが目標電圧円の半径としてのＶdcに一致するように）、ｄ軸電流Ｉdを操作するための前記補正値ΔＩdvolを決定する。

さらに、通電制御部５１は、上記の如く算出された偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに応じて、それらの偏差ΔＩｄ，Ｉｑを０に近づけるように、ＰＩ制御則などのフィードバック制御則により、ｄ軸電圧指令値Ｖdcおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cを決定する電流フィードバック制御部５４を備える。なお、ｄ軸電圧指令値Ｖdcとｑ軸電圧指令値Ｖqcとを決定するとき、偏差ΔＩｄ，ＩｑからＰＩ制御則などのフォードバック制御則によりそれぞれ求められるｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値に、ｄ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消すための非干渉成分を付加することで、ｄ軸電圧指令値Ｖdcとｑ軸電圧指令値Ｖqcを求めることが好ましい。

さらに、制御装置５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖdcとｑ軸電圧指令値Ｖqcとを成分とするベクトルを、その大きさＶ１の成分と、角度θ1の成分とに変換するｒθ変換部６８と、その大きさＶ１および角度θ1の成分をＰＷＭ制御により３相の交流電圧に変換して、電動機３の各相の電機子に通電するＰＷＭ演算部６９とを備える。なお、図６では図示を省略しているが、ＰＷＭ演算部６９には、上記Ｖ1、θ1を電動機３の各相の電機子の交流電圧に変換するために、前記位置センサ４３で検出された出力軸３ａの回転位置θmが入力される。

通電制御部５１の上記の如き機能によって、電動機３の出力トルクをトルク指令値Ｔcに従わせるように（ΔＩd，ΔＩqが０に収束するように）、電動機３の各相の電機子の通電電流が制御される。

次に、制御装置５０による電動機３のロータ間位相差の制御に関する全体的な処理を図９のフローチャートを参照して説明する。

制御装置５０は、各制御処理周期において、図９のフローチャートに示す処理を実行することで、前記位相差変更装置１５を介して電動機３のロータ間位相差を制御する。

まず、制御装置５０は、トルク指令値Ｔc、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎm、電源電圧Ｖsc、ロータ間位相差の検出値θを取得する（ＳＴＥＰ１）。Ｔc，Ｎm，Ｖscは、前記Ｋe指令算出部５４の入力値として使用され、Ｔc，Ｎｍはトルクリプル低減制御部５５の入力値として使用される。また、θはＫe算出部５３の入力値として使用される。

次いで、制御装置５０は、前記Ｋe算出部５３によって、電動機３の現在の実際の誘起電圧定数の推定値Ｋeを算出する（ＳＴＥＰ２）。また、前記Ｋe指令算出部５４によって、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1を決定する（ＳＴＥＰ３）。

さらに、制御装置５０は、前記トルクリプル低減制御部５５により、ＳＴＥＰ４〜７の処理を実行する。このとき、トルクリプル低減制御部５５は、まず、入力されたトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとの組（Ｔc，Ｎm)が前記トルクリプル低減領域ＡＲ１に存在するか否かを前記した如く判断する（ＳＴＥＰ４）。この判断結果が肯定的である場合、すなわち、電動機３の要求される運転状態がトルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態である場合には、トルクリプル低減制御部５５は、第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を前記した如く最大誘起電圧定数Ｋemaxと最小誘起電圧定数Ｋeminとの間の所定値に決定する（ＳＴＥＰ５）。さらに、トルクリプル低減制御部５５は、前記Ｋe指令選択フラグの値を「１」に設定する（ＳＴＥＰ６）。また、ＳＴＥＰ４の判断結果が否定的である場合、すなわち、電動機３の要求される運転状態がトルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態でない場合には、トルクリプル低減制御部５５は、Ｋe指令選択フラグを「０」に設定する（ＳＴＥＰ７）。

なお、Ｋe算出部５３の処理（ＳＴＥＰ２）と、Ｋe指令算出部５４の処理（ＳＴＥＰ３）と、トルクリプル低減制御部５５の処理（ＳＴＥＰ４〜７）とは、それらの実行順番を変更してもよい。

上記の如くＳＴＥＰ１〜７の処理を実行した後、制御装置５０は、誘起電圧定数指令選択部５８の処理をＳＴＥＰ８〜１０で実行する。このとき、誘起電圧定数指令選択５８は、Ｋe指令選択フラグの値が「１」であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ８）、この判断結果が肯定的である場合（電動機３の要求される運転状態が低速・低トルク運転状態である場合）には、前記誘起電圧定数実指令値Ｋecとして、第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を設定する（ＳＴＥＰ９）。また、ＳＴＥＰ８の判断結果が否定的である場合（電動機３の要求される運転状態が低速・低トルク運転状態でない場合）には、誘起電圧定数実指令値Ｋecとして、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1を設定する（ＳＴＥＰ９）。

なお、本実施形態では、Ｋe指令選択フラグを用いたが、ＳＴＥＰ６，７，８の処理を省略し、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合に、ＳＴＥＰ９の処理を実行し、否定的である場合に、ＳＴＥＰ１０の処理を実行するようにしてもよい。

次いで、制御装置５０は、前記演算部５９により、誘起電圧定数実指令値Ｋecと、実際の誘起電圧定数の推定値Ｋeとの偏差ΔＫe（＝Ｋec−Ｋe）を算出する（ＳＴＥＰ１１）。

そして、制御装置５０は、前記位相制御部５３によって、位相変更装置１５に対する制御指令としての前記ロータ間位相差指令値θcを決定する（ＳＴＥＰ１２）。

以上が、ロータ間位相差の制御のための制御処理である。

上記のように逐次決定されるロータ間位相差指令値θcは、前記位相差変更装置１５に出力される。そして、該位相差変更装置１５は、該ロータ間位相差指令値θcに従って、ロータ間位相差を制御する。すなわち、電動機３の実際のロータ間位相差がロータ間位相差指令値θcになるようにアクチュエータ２５を介して前記遊星歯車機構１５の第２キャリアＣ２を回転駆動する。

なお、前記通電制御部５１の処理は、図９のフローチャートの処理と並行して（あるいは時分割処理により）、前記した如く実行される。これにより、トルク指令値Ｔcのトルクを電動機３に出力軸３ａに発生させるように、電動機３の各相の電機子の通電電流が制御される。

以上説明した本実施形態の装置によれば、電動機３のトルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとの組が、前記トルクリプル低減領域に存在するような低速・低トルク運転状態では、誘起電圧定数実指令値Ｋeが、最大誘起電圧定数Ｋemaxよりも小さい値（＝第２誘起電圧定数指令値Ｋec2）に設定される。そして、前記したロータ間位相差の制御によって、ロータ間位相差が、この第２誘起電圧定数指令値Ｋec2に対応する位相差（これは本発明における所定の位相差に相当する）に制御される。このため、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さが、前記最大界磁状態よりも低めの強さになる。その結果、低速・低トルク運転状態での電動機３の発生トルクの変動（トルクリプル）を低減できる。

この低減の様子を図１０を参照して説明する。図１０の破線のグラフは、ロータ間位相差を１８０［ｄｅｇ］に維持した場合（合成界磁を前記界磁最大状態にした場合）における、出力軸３ａの回転位置（回転角度）の変化に伴う電動機３の発生トルクの変化の様子を示すグラフ、図１０の実線のグラフは、ロータ間位相差を、前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2に対応する位相差に維持した場合における、出力軸３ａの回転位置（回転角度）の変化に伴う電動機３の発生トルクの変化の様子を示すグラフである。なお、これらのグラフでは、トルク指令値Ｔcと、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎmとは、前記トルクリプル低減領域内の一定値である。

図示の破線のグラフで示す如く、前記界磁最大状態では、変動幅が比較的大きいトルクリプルが発生する。これに対して、ロータ間位相差を前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2に対応する位相差に制御して、合成界磁の強さを低くした場合には、図示の実線のグラフで示す如く、トルクリプルの変動幅が小さくなり、該トルクリプルが低減されている。

ここで、本実施形態では、前記した如く、車両１のアクセル操作量が０で、且つ走行速度がほぼ０であるときに、トルク指令値Ｔcは前記所定のアイドリングトルクに設定される。このため、車両１のブレーキ操作（ブレーキペダルの踏み込み）によって該車両１を一時的に停車しているときに、そのブレーキ操作を解除するか、もしくは、ブレーキペダルの踏力を弱めると、該アイドリングトルクが、前記トランスミッション５を介して車両１の駆動輪７，７に伝達される。このため、車両１のいわゆるクリープ走行が行なわれる。このクリープ走行時のトルク指令値Ｔcと電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎmとは、前記トルクリプル低減領域に存在する。従って、車両１のクリープ走行時を含む電動機３の低速・低トルク運転状態において、トルクリプルが低減されることとなる。

また、本実施形態では、第２誘起電圧定数指令値Ｋec2は、最小誘起電圧定数Ｋeminよよりも大きく、該最小誘起電圧定数Ｋeminと最大誘起電圧定数Ｋemaxとの間の中間的な値に設定される。このため、トルクリプルを低減すべき低速・低トルク運転状態では、ロータ間位相差は、前記合成界磁が、最大界磁状態と最小界磁状態との中間的な強さを有する界磁になるように制御されることとなる。その結果、低速・低トルク運転状態での電動機３の運転中に、車両１のアクセルペダルの踏み込みに応じて、トルク指令値Ｔcが増加し、そのトルク指令値Ｔcのトルクを円滑に電動機３に発生させる上で必要な合成界磁の強さを速やかに確保し得るように、ロータ間位相差を変化させることができる。すなわち、低速・低トルク運転状態でのロータ間位相差（第２誘起電圧定数指令値Ｋec2に対応する位相差）から、合成界磁の強さがより高くなるロータ間位相差（０［ｄｅｇ］に近い位相差）に変化させるときの、前記位相差変更装置１５の動作によるロータ間位相差の変化の遅れを小さくできる。換言すれば、本実施形態では、クリープ走行時など、電動機３の低速・低トルク運転状態でのトルクリプルを十分に低減できるとと同時に、その低速・低トルク運転状態での運転中に、トルク指令値Ｔcが大きく増加されたときのロータ間位相差の変更の制御の遅れが極力小さくなるように前記第２誘起電圧定数指令値Ｋec2が設定される。このため、トルクリプルの低減とロータ間位相差の制御の応答性とを良好に両立できる。

また、本実施形態では、トルク指令値Ｔcと回転速度Ｎmとの組がトルクリプル低減領域ＡＲ１から逸脱している場合には、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1が誘起電圧定数実指令値Ｋeとして設定される。この場合、第１誘起電圧定数指令値Ｋec1は、特に、トルク指令値Ｔcが大きくなるほど、大きくなるように設定されるので、電動機３の合成界磁をトルク指令値Ｔcに適した強さの界磁にすることができる。

なお、以上説明した実施形態では、誘起電圧定数指令値Ｋec1，Ｋec2を決定して、この指令値Ｋec1，Ｋec2の一方に誘起電圧定数推定値Ｋeを追従させるように、ロータ間位相差を制御するようにした。ただし、例えば、誘起電圧定数指令値Ｋec1，Ｋec2にそれぞれ対応するロータ間位相差の指令値を決定し、この指令値の一方に実際のロータ間位相差（前記位相差検出器４４による検出値）を追従させるように該ロータ間位相差を制御するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、Ｋe指令算出部５４と、トルクリプル低減制御部５５とで各別に誘起電圧定数指令値Ｋec1，Ｋec2を決定するようにしたが、Ｋe指令算出部５４において、低速・低トルク運転状態での誘起電圧定数指令値とそれ以外の運転状態での誘起電圧定数指令値とを合わせて設定するようにしてもよい。その場合には、図６のトルクリプル低減制御部５５と誘起電圧指令選択部５８とは不要である。

また、前記実施形態では、電動機３の出力軸３ａの回転位置（回転角度）を備えたが、いわゆるセンサレスの制御手法によって、該回転位置を推定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、トルク指令値Ｔcと、回転速度Ｎmとの組が前記トルクリプル低減領域ＡＲ１に存在するときに、常に、誘起電圧定数実指令値Ｋeとして第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を使用するようにしたが、車両１のクリープ走行時にだけ、誘起電圧定数実指令値Ｋeとして第２誘起電圧定数指令値Ｋec2を使用するようにしてもよい。この場合、車両１のクリープ走行時であるか否かの判断は、車両１のブレーキ操作量（ブレーキペダルの踏力）や、アクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）などに応じて判断すればよい。

また、前記実施形態では、電動機３を推進力発生源とする電動車両１に本発明を適用した場合を例に採って説明したが、例えばエンジンと電動機とを車両の推進力発生源とするパラレル型のハイブリッド車両についても本発明を適用できる。

本発明の一実施形態の装置を搭載した車両の概略構成を示す図。 実施形態における電動機の内部構成の要部を該電動機の軸心方向で示す図。 図２の電動機の２つのロータの間の位相差を変更するための駆動機構を示すスケルトン図。 図４（ａ）は界磁最大状態での図２の電動機の２つのロータ位相関係を示す図であり、図４（ｂ）は界磁最小状態での図２の電動機の２つのロータの位相関係を示す図。 界磁最大状態と界磁最小状態とにおける図２の電動機の電機子の誘起電圧を示すグラフ。 実施形態における電動機の制御装置の機能的構成を示すブロック図。 図６の制御装置に備えたＫe指令算出部の処理を説明するためのグラフ。 図６の制御装置に備えたトルクリプル低減制御部の処理を説明するためのグラフ。 図６の制御装置による電動機のロータ間位相差の制御処理を示すフローチャート。 低速・低トルク運転状態での電動機の発生トルクの変動（トルクリプル）を示すグラフ。

符号の説明

１…車両、３…電動機、３ａ…電動機の出力軸、１０…外ロータ（第１ロータ）、１１…内ロータ（第２ロータ）、１３，１４…永久磁石、１５…位相差変更装置（位相差変更駆動手段）、２５…アクチュエーータ、５０…制御装置、５３，５４，５５，５６，５８，５９…位相差制御手段。

Claims (5)

1. 永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、
   前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生するアクチュエータを有する位相差変更駆動手段と、
   前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組を、該トルクの値と回転速度の値とを座標成分とする２軸座標平面上の点として表現した場合における当該点が、該２軸座標平面上の原点を含む該原点の近傍の領域としてあらかじめ設定された所定領域内に存在するとき、両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、
   前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが高くなる位相差に設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、
   前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる駆動力を発生するアクチュエータを有する位相差変更駆動手段と、
   前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が所定の設定トルク以下であり、且つ、前記出力軸の回転速度の値が所定の設定速度以下であるとき、両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、
   前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが高くなる位相差に設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。
3. 前記出力軸に発生させるトルクの値と該出力軸の回転速度の値との組に対応する前記２軸座標平面上の点が前記所定領域から逸脱しているとき、前記位相差制御手段は、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間位相差を前記位相差変更駆動装置を介して制御することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
4. 前記出力軸に発生されるトルクの値の絶対値が前記所定の設定トルクを超えているか、または、前記出力軸の回転速度が前記所定の設定速度を超えているとき、前記位相差制御手段は、前記出力軸に発生させるトルクの値の絶対値が大きいほど、前記合成界磁の強さが高くなるように前記両ロータ間位相差を前記位相差変更駆動装置を介して制御することを特徴とする請求項２記載の電動機の制御装置。
5. 永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第１ロータおよび第２ロータと、両ロータのうちの第１ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第２ロータが前記第１ロータに対して相対回転可能に設けられ、該第２ロータの相対回転によって両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機が、推進力発生源として搭載された車両における電動機の制御装置であって、
   前記第１ロータに対する第２ロータの相対回転を行なわせる位相差変更駆動手段と、
   少なくとも前記電動機の発生トルクによる車両のクリープ走行時に、前記電動機の両ロータ間の位相差を、前記合成界磁の強さが最大となる位相差よりも該合成界磁の強さが低くなる所定の位相差に前記位相差変更駆動手段を介して制御する位相差制御手段とを備え、
   前記所定の位相差は、前記合成界磁の強さが最小となる位相差よりも該合成界磁の強さが強くなる位相差に設定されていることを特徴とする電動機の制御装置。

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