JP4754407B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石をそれぞれ備えた外ロータと内ロータとの間の位相差を変化させることによって、界磁を変化させるように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（外ロータおよび内ロータ）のそれぞれに永久磁石を備えた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、外ロータおよび内ロータは、それらの軸心回りに相対回転可能とされる。そして、外ロータと内ロータとの間の位相差を変更することによって、両ロータの永久磁石により発生するトータルの界磁の強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外ロータと内ロータとの間の位相差が変化するようになっている。すなわち、外ロータと内ロータとが、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。そして、この部材の変位に伴い、外ロータが内ロータに対して相対的に回し、外ロータと内ロータとの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、外ロータに備えた永久磁石の磁極の向きと内ロータに備えた永久磁石の磁極の向きとが同一となって、それらの永久磁石により生成されるトータルの界磁の磁束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拡大して、トータルの界磁の磁束が減少する（界磁が弱められる）。

ここで、図１０は縦軸を電動機の出力トルクＴrとし、横軸を電動機の回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁を一定として電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクとの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだライン）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。

図１０に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは、電動機の回転数Ｎだけでなく、出力トルクＴrにも依存する。このため、特許文献１に見られるように、電動機の回転数のみに応じて界磁の強さが変化するように構成された電動機では、その運転状態によって、界磁の過不足を生じやすいという不都合がある。

また、本来、界磁弱め制御は、電動機の回転により電機子に生じる逆起電力を減少させて電機子の端子間電圧が電源電圧よりも大きくなることを抑制し、これにより、電動機をより高回転域で使用できるようにするものである。そして、電動機の回転数や遠心力で外ロータと内ロータとの間の位相差を変更する特許文献１の技術では、界磁の強さを操作するためのパラメータが回転数のみであるため、電動機の出力トルクや回転数の制御範囲を柔軟に変更することができないという不都合がある。

また、発電機としても作動する電動機においては、一般的に、駆動時（出力トルクが正の時）と発電時（出力トルクが負の時）とでは、同一回転数に対する界磁の強さを変えた方が運転効率が高くなる。しかるに、回転数や遠心力で外ロータと内ロータとの間の位相差を変更する特許文献１の技術では、駆動時と発電時とで界磁の強さを変えることができないという不都合がある。

さらに、特許文献１に見られる電動機では、該電動機の通電制御を行なう制御装置側では外ロータと内ロータとの間の実際の位相差、ひいては、実際の界磁状態を検知する手段を備えないため、電動機の通電制御が、実際の界磁状態に整合しないものとなる場合がある。そして、その場合には、電動機の出力トルクがトルク指令値に対して誤差を生じたり、電動機の運転効率の低下、電動機の振動などの不具合が生じやすい。
特開２００２−２０４５４１号公報

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、外ロータと内ロータとの間の位相差を種々様々の要求に応じて変化させることを可能としつつ、実際の位相差に適した電動機の運転を行なうことを可能とする制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の電動機の制御装置は、周方向に配列された複数の永久磁石を有する外ロータと、周方向に配列された複数の永久磁石を有し、前記外ロータと同軸に設けられた内ロータと、前記外ロータおよび内ロータのいずれか一方を他方に対して両ロータの軸心まわりに相対回転させるロータ間相対回転手段とを備え、前記外ロータおよび内ロータの間の相対回転によって両ロータの間の位相差を変化させることにより、両ロータの永久磁石の合成界磁を変更可能とした電動機の制御装置であって、前記ロータ間相対回転手段は、前記外ロータと一体に内ロータに対して相対回転可能に設けられた第１部材と、前記内ロータと一体に外ロータに対して相対回転可能に設けられた第２部材と、両ロータの間の位相差の変化に伴い体積が変化するように該第１部材および第２部材により構成された圧力室とを有し、この圧力室の圧力を、該圧力室に供給する作動流体によって操作することにより、両ロータの間の相対回転を行なわせる手段であり、前記圧力室の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力を基に、前記両ロータの間の実際の位相差と、該位相差に対して所定の相関関係を有する電動機の特性パラメータとのうちのいずれか一方を位相差パラメータとして、該位相差パラメータの値を推定する位相差パラメータ推定手段と、該位相差パラメータ推定手段により推定された位相差パラメータの値に基づいて前記電動機の通電制御を行なう通電制御手段とを備えたことを特徴とする（第１発明）。

かかる第１発明によれば、前記ロータ間相対回転手段の第１部材および第２部材により構成される圧力室の圧力を操作する（増減させる）ことによって、前記両ロータ間の位相差（外ロータと内ロータとの回転角度との差）を所要の位相差（目標とする位相差）に制御できる。この場合、所要の位相差は、種々様々の要求に応じて任意に決定できる。例えば、電動機のエネルギー効率を高める場合には、エネルギー効率ができるだけ高効率となるような動作点で電動機を動作させ得るように目標とする位相差を決定すればよい。

そして、第１発明では、上記の如く圧力室の圧力の操作によって両ロータ間の位相差（外ロータと内ロータとの回転角度との差）を制御できるので、該圧力室の圧力は、両ロータ間の位相差を規定するものとなる。従って、前記圧力検出手段により検出される圧力室の圧力を基に、両ロータ間の位相差、あるいは、この位相差と所定の相関関係（例えば位相差の変化に対して単調に増加または減少するような関係）を有する電動機の特性パラメータである前記位相差パラメータの値を推定できる。

そこで、第１発明では、前記位相差パラメータ推定手段は、圧力検出手段により検出された圧力室の圧力に基づいて前記位相差パラメータの値を推定する。そして、第１発明は、この推定された位相差パラメータに応じて電動機の通電制御を行なう。これにより、両ロータの永久磁石による合成界磁の状態に適した電動機の運転を行なうことが可能となる。

よって、第１発明によれば、外ロータと内ロータとの間の位相差を種々様々の要求に応じて変化させることを可能としつつ、実際の位相差に適した電動機の運転を行なうことが可能となる。

補足すると、本発明では、電動機の出力軸（トルクを外部に出力する回転軸）は、外ロータと内ロータとのうちのいずれか一方と一体に回転自在に設けられる。この場合、外ロータと内ロータとのうちの他方は、出力軸に対して相対回転可能であるが、両ロータの間の位相差を一定に維持した状態では、両ロータが出力軸と一体に回転することとなる。

また、外ロータの永久磁石と内ロータの永久磁石との間に作用する磁力によって、両ロータの一方に対して他方を回転させようとする回転力が発生する。なお、この磁力による回転力の大きさおよび向きは、両ロータ間の位相差に応じたものとなる。従って、両ロータ間の位相差を、ある値に維持するときには、上記磁力による回転力に釣り合う回転力を前記圧力室の圧力によって両ロータ間に発生させるように該圧力を操作すればよい。

また、前記圧力検出手段は、前記圧力室の圧力をセンサにより直接的に検出する手段でなくてもよく、該圧力室の圧力と相関性を有する物理量の検出値から該圧力を推定する（該圧力を間接的に検出する）手段であってもよい。

かかる第１発明では、より具体的には、前記圧力室は、前記外ロータに対して内ロータを第１の向きに相対回転させようとする圧力を発生する第１の圧力室と、前記外ロータに対して内ロータを前記第１の向きと逆向きの第２の向きに相対回転させようとする圧力を発生する第２の圧力室とから構成され、前記圧力検出手段は、前記第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれの圧力を検出する第１圧力検出手段および第２圧力検出手段から構成される。そして、この場合には、前記位相差パラメータ推定手段は、前記第１圧力検出手段および第２圧力検出手段によりそれぞれ検出された圧力を基に、前記位相差パラメータの値を推定することが好ましい（第２発明）。

この第２発明では、第１の圧力室の圧力と第２の圧力室の圧力との差圧によって、両ロータの間の相対回転（位相差の変更）が行なわれることとなる。従って、前記第１圧力検出手段および第２圧力検出手段によりそれぞれ検出された圧力を基に、前記位相差パラメータの値を推定することで、その推定を適切に行なうことができる。なお、この場合、両ロータ間の位相差を、ある値に維持するときには、前記した磁力による回転力に釣り合う回転力を、前記差圧によって両ロータ間に発生させるように第１および第２の圧力室のそれぞれの圧力を操作すればよい。

前記第２発明における前記第１部材および第２部材は、例えば次のように構成される。すなわち、前記第１部材は、前記外ロータと同軸に設けられて該外ロータと一体に前記内ロータに対して相対回転可能に設けられた軸部と、該軸部の外周面から放射状に突設された複数の第１部材側突起部とを有する部材であり、前記第２部材は、前記第１部材の軸部と同軸に設けられて前記第１部材側突起部の先端部を内周面に摺接させた環状部と、該環状部の内周面から、前記軸部の周方向で互いに隣り合う各対の第１部材側突起部の間の箇所にそれぞれ突設され、その先端部を前記軸部の外周面に摺接させた複数の第２部材側突起部とからなる部材であり、前記軸部の周方向で互いに隣り合う各対の第１部材側突起部の一方と、該対の第１部材側突起部の間の箇所に存する前記第２部材側突起部との間の空間が前記第１の圧力室として構成され、該対の第１部材側突起部の他方と、該対の第１部材側突起部の間の箇所に存する前記第２部材側突起部との間の空間が前記第２の圧力室として構成される（第３発明）。

この第３発明によれば、第１部材の軸部の外周面と前記第２部材の環状部の内周面との間で、前記第１部材側突起部と第２部材側突起部とが周方向に交互に配列されることとなる。そして、このとき、周方向で互いに隣り合う第１部材側突起部と第２部材側突起部との間の空間が第１または第２の圧力室となると共に、これらの第１および第２の圧力室は、第１部材の軸部の外周面と前記第２部材の環状部の内周面との間で周方向に交互に並んで形成されることとなる。このような構成によって、第１の圧力室の圧力と、第２の圧力室とは、外ロータに対して内ロータを互いに逆向きに回転させようとする圧力となり、それらの圧力差によって、両ロータ間の相対回転を行なうことができる。なお、両ロータ間の相対回転（第１部材および第２部材の間の相対回転）に伴い、第１および第２の圧力室の一方の圧力室の体積が増加しつつ、他方の圧力室の体積が減少することとなる。

かかる第３発明によれば、第１部材と第２部材との簡易な構成で、両ロータ間の相対回転を行なわせることができる。

前記第１〜第３発明においては、前記外ロータおよび内ロータのうちのいずれか一方と一体に回転自在に設けられた電動機の出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記位相差パラメータ推定手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度とに基づいて、前記位相差パラメータの値を推定する手段であることが好ましい（第４発明）。

すなわち、電動機の出力軸の回転時、特に高速回転時には、両ロータ間の位相差が一定であっても、慣性力の影響で、両ロータ間の位相差をある値に保持するための前記圧力室の圧力の値が多少変動する。従って、圧力検出手段により検出された圧力だけでなく、前記回転速度検出手段により検出された回転速度も使用して、前記位相差パラメータの値を推定するようにすることで、その推定値の精度を高めることができる。

また、前記第１〜第４発明において、前記電動機の特性パラメータとしては、例えば該電動機の誘起電圧定数が挙げられる（第５発明）。

この誘起電圧定数は、電動機の出力軸の回転速度と、電動機の電機子に発生する誘起電圧との関係を規定する定数であり、前記合成界磁の磁束に依存する。そして、該合成界磁は、両ロータ間の位相差に対応して定まるので、前記誘起電圧定数は、両ロータ間の位相差と所定の相関関係を有する。この場合、例えば前記合成界磁の磁束が最大となる両ロータ間の位相差を基準とすると、両ロータ間の実際の位相差と基準の位相差との差の絶対値が大きくなるに伴い、誘起電圧定数の値は、単調に減少する。従って、この誘起電圧定数の値を前記位相差パラメータ推定手段により推定し、その推定値に応じて、電動機の通電制御を行なうことで、両ロータ間の実際の位相差に応じて電動機の通電制御を行なう場合と同等の制御を行なうことができる。

前記第１〜第５発明では、前記位相差パラメータの指令値を出力する位相差パラメータ指令値出力手段と、該位相パラメータの指令値と前記推定された位相差パラメータの値との偏差に応じて、前記ロータ間相対回転手段の動作指令値を決定する動作指令値決定手段とを備え、前記ロータ間相対回転手段は、該動作指令値に応じて前記圧力室の圧力を操作することが好ましい（第６発明）。

この第６発明によれば、位相差パラメータの指令値と前記推定された位相差パラメータの値との偏差に応じて、前記ロータ間相対回転手段の動作指令値を決定するので、両ロータ間の実際の位相差を、前記位相差パラメータの指令値により規定される位相差に適切にフィードバック制御することができる。

補足すると、ロータ間相対回転手段の動作指令値を決定するとき、上記偏差だけでなく、位相差パラメータの指令値を使用してもよい。例えば、位相差パラメータの指令値に応じて動作指令値のフィードフォワード値（基本動作指令値）を決定し、このフィードフォワード値を、上記偏差に応じて補正して、動作指令値を決定するようにしてもよい。

また、前記動作指令値としては、前記圧力室の圧力の指令値、あるいは、両ロータ間の位相差の指令値が挙げられる。この場合、動作指令値が、両ロータ間の位相差の指令値である場合には、その位相差の指令値を、ロータ間相対回転手段で、圧力室の圧力の指令値に変換すればよい。

また、前記位相差パラメータ指令値出力手段は、例えば、電動機の出力トルクの指令値と、該電動機の出力軸の回転速度の検出値と、電動機の電源電圧の目標値とから、マップ等により、位相差パラメータの指令値を決定して出力するようにすればよい。この場合、例えば、電動機の電機子の発生電圧が電動機の電源電圧の目標値を越えないようにしつつ、電動機をそのエネルギー効率が高効率となるような状態で動作させ得るように、位相差パラメータの指令値を決定できる。なお、位相差パラメータの指令値は、例えば電動機の過熱防止などの要求を考慮して決定するようにしてもよい。位相差パラメータの指令値は、電動機の運転形態に関する要求に応じて種々様々の設定が可能である。

前記第６発明では、前記動作指令値が、前記圧力室の圧力の指令値である場合には、前記通電制御手段は、該圧力の指令値と、前記圧力検出手段により検出された圧力との偏差（以下、圧力偏差ということがある）に応じて、前記電動機の通電電流を操作する手段を備えることが好ましい（第７発明）。

あるいは、前記動作指令値が、前記両ロータ間の位相差の指令値である場合には、前記通電制御手段は、該位相差の指令値と、前記位相差パラメータ推定手段により推定された位相差パラメータの値に対応する両ロータ間の位相差の値との偏差（以下、位相差偏差ということがある）に応じて、前記電動機の通電電流を操作する手段を備えることが好ましい（第８発明）。

これらの第７発明、第８発明によれば、前記通電制御手段は、前記圧力偏差または位相差偏差に応じて、前記電動機の通電電流を操作する手段を備える。このため、両ロータ間の実際の位相差が、前記位相差パラメータの指令値に対応する位相差に達していない段階において、前記動作指令値により要求される両ロータ間の位相差（これは最終的には、位相差パラメータの指令値に対応する位相差に収束する）における前記永久磁石の合成界磁と、実際の合成界磁とのずれ分を前記電動機の通電電流によって補償することが可能となる。すなわち、前記動作指令値により要求される両ロータ間の位相差に対する実際の位相差の遅れに伴う永久磁石の合成界磁の上記ずれ分を電動機の通電電流による界磁によって補うことができる。その結果、両ロータ間の実際の位相差が、前記位相差パラメータの指令値に対応する位相差に達する前から、位相差パラメータの指令値に対応する両ロータ間の位相差で要求される電動機の運転と同等の運転を行なうことが可能となり、電動機の応答性を高めることができる。

なお、前記第７発明または第８発明で、前記通電制御手段が、いわゆるｄ−ｑベクトル制御（電動機の出力軸に対して固定された回転座標系（ｄ−ｑ座標系）で、該電動機の電気子の通電電流を、界磁方向の電流成分としてのｄ軸電流（界磁電流）と界磁方向と直交する電流成分としてのｑ軸電流（トルク電流）との合成電流として扱う制御手法）によって、電動機の通電制御を行なう場合には、ｄ軸電流を前記圧力偏差または位相差偏差に応じて操作すればよい。

また、前記第７発明または第８発明では、より具体的には、前記通電制御手段は、例えば、前記電動機の出力トルクの指令値と前記電動機の出力軸の回転速度の検出値と前記推定された位相差パラメータの値とが入力されて、それらの入力値に基づき前記電動機の通電電流の指令値（基本指令値）を決定する電流指令値決定手段を備える。そして、前記電動機の通電電流を操作する手段は、前記圧力偏差または位相差偏差に応じて前記通電電流の指令値（例えば前記ｄ軸電流の指令値）を補正し、その補正後の通電電流の指令値に応じて電動機の通電電流を制御すればよい。

また、前記第１〜８発明では、前記圧力検出手段により検出された圧力を基に、前記ロータ間相対回転手段の異常の有無を判断する異常検出手段を備えることが好ましい（第９発明）。

すなわち、ロータ間相対回転手段が正常に動作しているときには、圧力検出手段により検出される圧力は、ある範囲内で変化するので、その検出された圧力に基づいてロータ間相対回転手段の異常（例えば前記作動流体の漏れや第１部材もしくは第２部材の動作不良など）の有無を判断することが可能となる。なお、この第９発明を前記第２発明と組合わせた場合には、前記第１圧力検出手段および第２圧力検出手段のそれぞれにより検出される圧力の組を基に、ロータ間相対回転手段の異常の有無が判断されることとなる。

本発明の一実施形態を図１〜図９を参照して以下に説明する。図１は、本実施形態における電動機の要部の断面図、図２は図１の電動機のドライブプレート１９を外した状態で該電動機の軸心方向で見た図である。

図１を参照して、この電動機１は、２重ロータ構造のＤＣブラシレスモータであり、出力軸２、外ロータ３、および内ロータ４とを同軸に備える。外ロータ３の外側には、電動機１のハウジング（図示省略）に固定されたステータ５を有し、このステータ５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。なお、電動機１は、例えば、ハイブリッド車両や電動自動車の走行用動力源として車両に搭載され、電動機としての動作（力行動作）と、発電機としての動作（回生動作）とが可能とされている。

外ロータ３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６を備える。この永久磁石６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３の軸方向に向け、且つ、法線方向を外ロータ３の径方向に向けた状態で、外ロータ３に埋め込まれている。また、外ロータ３には、その軸心と平行な軸心を有する複数のネジ穴７が穿設されている。これらのネジ穴７は、外ロータ３の周方向に等間隔で配列されている。

内ロータ４も環状に形成されている。この内ロータ４は、その外周面を外ロータ３の内周面に摺接させた状態で、外ロータ３の内側に該外ロータ３と同軸に配置されている。なお、内ロータ４の外周面と外ロータ３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４の軸心部を、該内ロータ４および外ロータ３と同軸に出力軸２が貫通している。この場合、内ロータ４の内径は、出力軸２の外径よりも大きく、出力軸２の外周面と内ロータ４の内周面との間に間隔を有する。

また、内ロータ４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８を備える。この永久磁石８は、外ロータ３の永久磁石６と同形状で、外ロータ３の場合と同様の形態で、内ロータ４に埋め込まれている。内ロータ４の永久磁石８の個数は、外ロータ３の永久磁石８の個数と同じである。

ここで、図２を参照して、外ロータ３の永久磁石６のうちの白抜きで示す永久磁石６ａと、点描を付した永久磁石６ｂとは、外ロータ３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６ａは、その外側（外ロータ４の外周面側）の面がＮ極、内側（外ロータ３の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石６ｂ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４の永久磁石８のうちの白抜きで示す永久磁石８ａと、点描を付した永久磁石８ｂとは、内ロータ４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８ａは、その外側（内ロータ４の外周面側）の面がＮ極、内側（内ロータ４の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石８ｂ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４においては、図２に示す如く、互いに隣り合された永久磁石６ａ，６ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石６ｂ，６ｂの対とが、外ロータ３の周方向に交互に配列されている。同様に、内ロータ４においては、互いに隣り合された永久磁石８ａ，８ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石８ｂ，８ｂの対とが、内ロータ４の周方向に交互に配列されている。

内ロータ４の内側には、出力軸２の外周面との間で、第１部材９と第２部材１０とが設けられている。

第２部材１０は、環状部１１と、この環状部１１の内周面から該環状部１１の中心部に向かって径方向に突設された複数の突起部（第２部材側突起部）１２とを有する。第２部材１０は、その環状部１１を内ロータ４に同軸に嵌入することにより、該内ロータ４に同軸に固定されている。また、第２部材１０の突起部１２は、周方向に等間隔で設けられている。

第１部材９は、ベーンロータ状のものであり、その軸部としての環状部１３と、この環状部１３の外周面から径方向に突設された複数の突起部（第１部材側突起部）１４とを有する。第１部材９の環状部１３は、第２部材１０の環状部１１の内側に該環状部１１と同軸に設けられ、その外周面に、第２部材１０の各突起部１２の先端部がシール部材１５を介して摺接されている。また、第１部材９の環状部１３は、出力軸２に外挿されており、その内周面が出力軸２の外周面に形成されたスプライン１６に嵌合されている。このスプライン嵌合により第１部材９が出力軸２と一体に回転可能とされている。

第１部材９の突起部１４の個数は、第２部材１０の突起部１２の個数と同数であり、周方向に等間隔で配列されている。この場合、この第１部材９の各突起部１４は、第２部材１０の、周方向に隣り合う２つの突起部１２，１２の間の箇所に介装されている。換言すれば、第１部材９と第２部材１０とは、それらの突起部１４，１２が周方向で交互に並ぶように係合されている。そして、第１部材９の各突起部１４の先端部は、シール部材１７を介して第２部材１０の環状部１１の内周面に摺接されている。また、第１部材９の各突起部１４には、環状部１３の軸心と平行な軸心を有するネジ穴１８が穿設されている。

図１を参照して、外ロータ３の軸心方向の両端面部には、円板状のドライブプレート１９，１９が該外ロータ３と同軸に装着されている。これらのドライブプレート１９，１９は、それぞれ、その中心部（軸心部）に出力軸２の外径よりも大径の穴２０を有し、この穴２０を出力軸２が同軸に貫通していると共に、該穴２０に第１部材９の環状部１３の各端部が嵌入されている。そして、各ドライブプレート１９は、外ロータ３の各ネジ穴７と、第１部材９の各突起部１４のネジ穴１８とにそれぞれボルト２１により締結されている。これにより、外ロータ３および第１部材９は、一体に回転可能に連結されている。この場合、前記したように第１部材９は、スプライン嵌合により出力軸２と一体に回転可能であるので、外ロータ３も出力軸２と一体に回転可能とされている。

また、ドライブプレート１９，１９は、それらの間に、前記内ロータ４および第２部材１０を支承している。具体的には、ドライブレート１９，１９の互いに相対する面には、それぞれ、同軸に環状溝２２が形成されている。そして、この環状溝２２に前記第２部材１０の環状部１１の各端部が摺動自在に挿入されている。これにより、内ロータ４および第２部材１０は、環状部１１を介してドライブプレート１９，１９に支承されると共に、ドライブプレート１９，１９の環状溝２２に沿って、外ロータ３、第１部材９および出力軸２に対して相対回転可能とされている。

前記第１部材９と第２部材１０とは、内ロータ３を外ロータ４に対して相対的に回転させるロータ間相対回転手段２３の構成要素である。このロータ間相対回転手段２３は、前記第１部材９と第２部材１０とによって、第１部材９の環状部１３と、第２部材１０の環状部１１と、ドライブプレート１９，１９とで囲まれた空間内に、図２に示す如く形成された複数対（突起部１２，１４と同数の対）の圧力室２４，２５を有する。これらの圧力室２４，２５は、本発明における第１の圧力室および第２の圧力室に相当するものである。さらに詳細には、第２部材１０の環状部１１と第１部材９の環状部１３との間の空間のうち、第２部材１０の各突起部１２と、該突起部１２の両側（周方向での両側）に存する第１部材９の２つの突起部１４，１４との間の空間が、それぞれ、作動流体としての作動油を流入・流出させる圧力室２４，２５となっている。この場合、第２部材１０の各突起部１２の一方の側の圧力室２４は、出力軸２の内部に設けられた油通路２６に、第１部材９の環状部１３に穿設されている図示しない油通路を介して連通されて、作動油が充填されている。同様に、第２部材１０の各突起部１２の他方の側の圧力室２５は、出力軸２の内部に油通路２６とは別に設けられた油通路２７に、第１部材９の環状部１３に穿設されている図示しない油通路を介して連通されて、作動油が充填されている。この場合、圧力室２４の圧力（油圧）は、それを増圧したとき、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の時計まわり方向に相対回転させようとする圧力となる。また、圧力室２４の圧力（油圧）は、それを増圧したとき、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の反時計まわり方向に相対回転させようとする圧力となる。

また、図１に示す如く、ロータ間相対回転手段２３は、出力軸２の油通路２６，２７に、電動機１の外部で接続された油圧源装置３０を備えている。この油圧源装置３０は、各圧力室２４，２５への作動油の供給を制御することで、各圧力室２４，２５の圧力を増減させる。この場合、圧力室２４，２５の圧力差によって、第２部材１０と共に内ロータ４を外ロータ３および第１部材９に対して回転させようとする回転力が発生する。すなわち、圧力室２４の圧力を圧力室２５よりも大きくすることで、それらの圧力差によって、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の時計まわり方向に回転させようとする回転力が発生する。逆に圧力室２５の圧力を圧力室２３よりも大きくすることで、それらの圧力差によって、内ロータ４を外ロータ３に対して図２の反時計まわり方向に回転させようとする回転力が発生する。従って、ロータ間相対回転手段２３は、各圧力室２４，２５の圧力を増減させて、それらの圧力差を操作することによって、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させる（両ロータ３，４間の位相差を変化させる）。

補足すると、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとの間に作用する磁力によって、内ロータ４は、その永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとが異極同士を対向させた状態（永久磁石８ａ，８ｂがそれぞれ永久磁石６ａ，６ｂに対向する状態）で平衡しようとする。このため、その平衡状態から、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させると、内ロータ４を平衡状態に戻そうとするトルク（以下、磁力トルクということがある）が発生する。このため、前記圧力室２４，２５の圧力差によって、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させるときには、前記磁力トルクに抗する回転力を第２部材１０を介して内ロータ４に作用させるように、圧力室２４，２５の圧力を操作する必要がある。なお、磁力トルクは、内ロータ４と外ロータ３との間の位相差に応じて変化する。

また、油圧源装置３０と出力軸２の油通路２６とを接続する油通路２６ａには、圧力室２４の圧力Ｐ１を検出する第１圧力検出手段としての第１圧力センサ２８が設けられている。さらに、油圧装置２３と出力軸２の油通路２７とを接続する油通路２７ａには、圧力室２５の圧力Ｐ２を検出する第２圧力検出手段としての第２圧力センサ２９が設けられている。

以上が、電動機１およびロータ間相対回転手段２３の機構的な構成である。

なお、本実施形態では、電動機１の出力軸２と外ロータ３とが一体に回転するように構成したが、出力軸と内ロータとが一体に回転するようにして、これらの出力軸および内ロータに対して外ロータが相対回転し得るように構成してもよい。また、第１部材および第２部材の構成は、上記した構成に限られるものではない。

前記ロータ間相対回転手段２３によって、内ロータ４を外ロータ３に対して回転させ、両ロータ３，４間の位相差を変化させることで、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂによって発生する界磁と外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂによって発生する界磁との合成界磁の磁束（ステータ５に向かう径方向の磁束）の強さが変化することとなる。以降、その合成界磁の磁束を合成磁束、その合成磁束の強さが最大となる状態を界磁強め状態、該合成磁束の強さが最小となる状態を界磁弱め状態という。図３（ａ）は界磁強め状態での内ロータ４と外ロータ３との位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁弱め状態での内ロータ４と外ロータ３との位相関係を示す図である。

図３（ａ）に示す如く、界磁強め状態は、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとが異極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁強め状態では、内ロータ４の永久磁石８ａが外ロータ３の永久磁石６ａに対向すると共に、内ロータ４の永久磁石８ｂが外ロータ３の永久磁石６ｂに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂ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の強さが最大となる。なお、この界磁強め状態は、前記平衡状態である。

また、図３（ｂ）に示す如く、界磁弱め状態は、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂと、外ロータ３の永久磁石６ａ，６ｂとが同極同士を対向させた状態である。より詳しくは、この界磁強め状態では、内ロータ４の永久磁石８ａが外ロータ３の永久磁石６ｂに対向すると共に、内ロータ４の永久磁石８ｂが外ロータ３の永久磁石６ａに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ４の永久磁石８ａ，８ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ３の永久磁石６ｂ，６ａ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の強さが最小となる。

本実施形態では、前記界磁強め状態における内ロータ４と外ロータ３との間の位相差（外ロータ３に対する内ロータ４の位相。以下、ロータ間位相差という）を０［ｄｅｇ］、前記界磁弱め状態におけるロータ間位相差を１８０［ｄｅｇ］と定義する。

図４は、前記界磁強め状態と界磁弱め状態とにおいて、電動機１の出力軸２を所定回転数で作動させた場合に、ステータ５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２の回転角度［度］である。参照符号ａを付したグラフが、界磁強め状態（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、界磁弱め状態（ロータ間位相差＝１８０［ｄｅｇ］の状態）でのグラフである。図４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、合成磁束が減少していき、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、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋｅを変化させることができる。なお、誘起電圧定数Ｋｅは、電動機１の出力軸２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Ｋｅの値は、後述する如く、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。

次に、図５〜図９を参照して、本実施形態における電動機１の制御装置（制御システム）を説明する。図５は、電動機１の制御装置（以下、単に制御装置という）の機能的構成を示すブロック図、図６〜図８は制御装置に備えたＫｅ算出部４７の処理を説明するための図、図９は該Ｋｅ算出部４７の処理を示すフローチャートである。なお、図５では、電動機１を模式化して記載し、前記第１部材９および第２部材１０から構成される機構を「位相可変機構」と表現している。

本実施形態の制御装置は、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により電動機１の通電を制御する。すなわち、制御装置は、電動機１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１の出力軸２に対して固定された座標系である。そして、制御装置は、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１の出力軸２から出力させるように電動機１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１の誘起電圧定数Ｋｅの指令値Ｋe_cを決定すると共に、電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋｅを推定し、このＫｅの推定値を指令値Ｋe_cに一致させるようにロータ間相対回転手段２３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、前記第１および第２圧力センサ２８，２９が備えられるほか、電動機１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１の出力軸２の回転角度（本実施形態ではこれは外ロータ３の回転角度に等しい）を検出するレゾルバ４３（回転角度検出手段）とが備えられている。

制御装置は、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、制御装置の機能的な手段を具体的に説明する。

制御装置は、その機能的な手段として、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、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４４と、該電流検出値Ｉｕ，Ｉｗと前記レゾルバ４３により検出された出力軸２の回転角度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４５と、前記レゾルバ４３により検出された回転角度θｍを微分することにより電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍを検出する微分演算部４６と、電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋｅを推定するＫｅ算出部４７とを備える。

本実施形態では、本発明における位相差パラメータとして、電動機１の特性パラメータの１つである誘起電圧定数Ｋｅを使用する。従って、Ｋｅ算出部４７は、本発明における位相差パラメータ推定手段に相当するものである。なお、このＫｅ算出部４７については詳細を後述する。また、微分演算部４６は、本発明における回転速度検出手段に相当するものである。

制御装置は、さらに、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを決定するＫｅ指令算出部４９と、このＫｅ指令算出部４９で決定された誘起電圧定数の指令値Ｋe_cと前記Ｋｅ算出部４７で求められた誘起電圧定数Ｋｅの推定値との偏差ΔＫｅ（＝Ｋe_c−Ｋｅ）を求める演算部５７と、その偏差ΔＫｅと誘起電圧定数の指令値Ｋe_cとを基に、圧力Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの指令値である圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを決定し、その決定した圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを前記油圧源装置３０に出力する油圧制御部５８とを備える。

前記Ｋｅ指令算出部４９は、制御装置の外部から与えられるトルク指令値Ｔｃと、前記微分演算部４６の処理により検出された電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍ（検出値）と、電動機１の電源電圧Ｖｄｃ（目標値）とから、あらかじめ設定されたマップに基づいて、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを決定する。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Ｖｄｃとの組に対して、電動機１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Ｖｄｃを超えないようにしつつ、電動機１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指令値Ｋe_c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Ｋｅ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１の出力軸２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１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Ｋｅ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１で発生可能なトルクを大きくすることができる。従って、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cは、上記のような誘起電圧定数Ｋｅに対する電動機１の特性と、電動機１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。

なお、電動機１を車両の走行用動力源として車両に搭載した場合、トルク指令値Ｔｃは、例えば車両のアクセル操作量や走行速度などに応じて設定される。また、上記マップは、電動機１のエネルギー効率以外に、電動機１の過熱防止などの要求を考慮して設定してもよい。

また、油圧制御部５８は、本発明における動作指令値決定手段に相当するものであり、前記圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを前記ロータ間相対回転手段２３に対する動作指令値として決定する。なお、この油圧制御部５８の処理の詳細は後述する。

制御装置は、さらに、ｄ軸電流の指令値であるｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流の指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq_cとを決定する電流指令値決定手段としての電流指令算出部４８を備える。

この電流指令算出部４８は、前記トルク指令値Ｔｃと、前記微分演算部４６の処理により検出された電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍと、前記Ｋｅ算出分４７で求められた電動機１の誘起電圧定数Ｋｅの推定値とから、あらかじめ設定されたマップに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定する。

そして、制御装置は、電流指令算出部４８により決定されたｄ軸電流指令値Ｉd_cおよびｑ軸電流指令値Ｉd_cのうちのｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正する補正値ΔＩd_volを求める界磁制御部５２と、該補正値ΔＩd_volをｄ軸電流指令値Ｉd_cに加えることで、補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_c’を求める演算部５０と、該補正後ｄ軸電流指令値Ｉd_cおよび前記ｑ軸電流指令値Ｉd_cのそれぞれと、前記３相−ｄｑ変換部４５で求められたｄ軸電流の検出値Ｉｄおよびｑ軸電流の検出値Ｉｑのそれぞれとの偏差ΔＩｄ（＝Ｉd_c−Ｉｄ），ΔＩｑ（＝Ｉq_c−Ｉｑ）をそれぞれ求める演算部５３，５１とを備える。

ここで、界磁制御部５２は、本実施形態では、前記圧力センサ２８，２９によりそれぞれ検出された圧力Ｐ１，Ｐ２と、前記油圧制御部５８で決定された圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cとが入力され、Ｐ１とＰ1_cとの偏差、並びに、Ｐ２とＰ2_cとの偏差に応じて、これらの偏差を０に近づけるように、フィードバック制御則などにより、補正値ΔＩd_volを算出する。この補正値ΔＩd_volは、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cが変更されたときに、実際のロータ間位相差が誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差に達するまでに、圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cにより要求されるロータ間位相差での永久磁石６，８の合成界磁と、実際のロータ間位相差Ｋｅに対応するロータ間位相差での合成界磁とのずれ分を補償する（その合成界磁のずれ分をｄ軸電流（界磁電流）による界磁で補う）ためのｄ軸電流の操作量を意味する。

また、制御装置は、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軸電機子の電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖd_cと、ｑ軸電機子の電圧指令値であるｑ軸電圧指令値Ｖq_cと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Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_c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Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cを求めることが好ましい。

さらに、制御装置は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cとを成分とするベクトルを、その大きさＶ１の成分と、角度θの成分とに変換するｒθ変換部５５と、その大きさＶ１および角度θ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１の各相の電機子に通電するＰＷＭ演算部５６とを備える。

補足すると、前記電流指令算出部４８、演算部５０，５１，５３、界磁制御部５２、電流フィードバック制御部５４、ｒθ変換部５５、およびＰＷＭ演算部５６により、すなわち、図５の破線で囲んだ部分により本発明における通電制御手段が構成される。

なお、前記界磁制御部５２では、簡易的な手法として、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cとから求まる相電圧が、前記電源電圧Ｖdc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、Ｖd_c，Ｖq_c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ΔＩd_volを決定するようにしてもよい。

次に、前記Ｋｅ算出分４７をさらに詳細に説明する。このＫｅ算出部４７には、位相差パラメータとしての誘起電圧定数Ｋｅを推定するために、前記微分演算部４６により求められた回転速度Ｎｍの検出値と、第１および第２圧力センサ３８，３９でそれぞれ検出された圧力Ｐ１，Ｐ２とが入力される。

ここで、本実施形態では、前記ロータ間位相差を制御するとき、基本的には、前記圧力室２４，２５の圧力Ｐ１，Ｐ２を、それぞれ図６のグラフｃ，ｄに沿うような形態で変化させる。すなわち、圧力Ｐ１については、グラフｃで示すように、ロータ間位相差θが、界磁強め状態での位相差（＝０度）と、界磁弱め状態での位相差（＝１８０度）との間の所定値θdx以下であるときには、ロータ間位相差θｄが大きくなるに従って、Ｐ１が単調に増加される。そして、ロータ間位相差θｄが所定値θdxりも大きくなると、Ｐ１が、所定値θdxにおけるＰ１の値にほぼ等しい値に維持される。

一方、圧力Ｐ２については、グラフｄで示すように、ロータ間位相差θｄが、上記所定値θdx以下であるときには、Ｐ２がほぼ０に維持される。そして、ロータ間位相差θが、所定値θdxよりも大きくなると、ロータ間位相差θｄが大きくなるに従ってＰ２が単調に増加される。なお、Ｐ２の増加は、ロータ間位相差θｄが１８０度であるときにＰ１に一致するように行なわれる。このように、圧力Ｐ１，Ｐ２を変化させることにより、その圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は、図６のグラフｅで示すように、上記所定値θdx付近でピーク値をもつような形態（上に凸の形態）で変化することとなる。このように圧力Ｐ１，Ｐ２をロータ間位相差θｄに対して変化させるのは、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によって内ロータ４に作用するトルクと逆向きになる前記磁力トルクが、ロータ間位相差θｄに対して、図６のグラフｅと同様の形態で変化するからである。つまり、圧力Ｐ１，Ｐ２は、その圧力差Ｐ１−Ｐ２によって内ロータ４に作用するトルクが磁力トルクに概ね釣り合うように、ロータ間位相差θｄに対して変化させられる。

本実施形態では、上記グラフｃ，ｄで示すような、ロータ間位相差θｄとＰ１，Ｐ２との関係を表す相関データ（テーブル）が、あらかじめ定められて制御装置のメモリに記憶保持されている。この場合、内ロータ４や外ロータ３の回転時の慣性力などの影響で、ロータ間位相差θとＰ１，Ｐ２との間の関係は、電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍに依存して、多少変化する。このため、本実施形態では、電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍ毎に（より正確には複数の回転速度Ｎｍの値のそれぞれに対応して）、上記相関データが備えられている。そして、前記Ｋｅ算出部４７は、入力された回転速度Ｎｍの検出値と圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値とから、上記相関データを基に、ロータ間位相差θｄを推定する。例えば、ある回転速度Ｎｍにおける圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値がそれぞれ図６に示すＰ１ａ，Ｐ２ａであるとすると、図４に示すθdaがロータ間位相差θｄの推定値として得られる。なお、回転速度Ｎｍの検出値と圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値とロータ間位相差θｄと間の相関関係をマップ化しておき、そのマップに基づいてロータ間位相差θｄの推定値を求めるようにしてもよい。また、電動機１を低速域だけで動作させるような場合には、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値だけから、ロータ間位相差θｄを推定するようにしてもよい。

上記のように推定されるロータ間位相差θｄは、電動機１の誘起電圧定数Ｋｅと密接な相関関係を有する。すなわち、ロータ間位相差θｄと誘起電圧定数Ｋｅとは、図７のグラフｆで示すような相関関係を有し、ロータ間位相差θｄが大きくなるに伴って、誘起電圧定数Ｋｅが減少する。これは、ロータ間位相差θｄが大きくなると、前記合成磁束の強さが減少するからである。

そこで、本実施形態では、図７のグラフｆで示すような、ロータ間位相差θｄと誘起電圧定数Ｋｅとの関係を表す相関データが、制御装置のメモリに記憶保持されている。そして、Ｋｅ算出部４７は、上記の如く求めたロータ間位相差θｄの推定値から、この相関データを基に誘起電圧定数Ｋｅの推定値を求める。

なお、回転速度Ｎｍと圧力Ｐ１，Ｐ２と誘起電圧定数Ｋｅとの相関関係（あるいは圧力Ｐ１，Ｐ２と誘起電圧定数Ｋｅとの相関関係）をマップ化しておき、そのマップに基づいて、Ｎｍの検出値とＰ１，Ｐ２の検出値とから（あるいはＰ１，Ｐ２の検出値から）、直接的に誘起電圧定数Ｋｅの推定値を求めるようにしてもよい。

以上のように圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値を使用することで、実際のロータ間位相差θｄを適切に推定し、ひいては、実際の誘起電圧定数Ｋｅを適切に推定することができる。

また、本実施形態では、Ｋｅ算出部４７は、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値を基に、前記ロータ間相対回転手段２３を構成する油圧系の異常（油圧源装置３０や第１部材９、第２部材１０の動作不良、油漏れなどの異常）をチェックする機能も備えている。具体的には、Ｋｅ算出部４７は、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが、図８に示す破線で囲まれた領域ＡＲ（横軸をＰ１、縦軸をＰ２とした座標系での領域）にあるときには、ロータ間相対回転手段２３が正常に機能していると判断する。領域ＡＲは、前記図６のグラフｃ，ｄで示すような形態でＰ１，Ｐ２を変化させたときにとり得るＰ１，Ｐ２の値の組により定まる点の存在可能領域である。また、Ｋｅ算出部４７は、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが、領域ＡＲから逸脱している場合には、ロータ間相対回転手段２３の異常が生じていると判断する。そして、その異常判断時には、その旨を示すエラー信号を外部に出力する。例えば、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが図８の点Ａ１で表される場合には、ロータ間相対回転手段２３が正常であると判断される。また、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが図８の点Ａ２で表される場合には、ロータ間相対回転手段２３の異常が生じていると判断され、エラー信号がＫｅ算出部４７から出力される。なお、そのエラー信号は、異常発生の報知や、電動機１の動作停止処理などに使用される。

以上説明したＫｅ算出部４７の処理は、図９のフローチャートで示す如く実行される。すなわち、ＳＴＥＰ１において、Ｋｅ算出部４７は、回転速度Ｎｍ、圧力Ｐ１，Ｐ２の検出値を取得する。次いで、Ｋｅ算出部４７は、前記図８の領域ＡＲに、Ｐ１，Ｐ２の検出値の組が存在するか否かによって、Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが正常であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ２）。このとき、Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが正常であると判断したときには、Ｋｅ算出部４７は、Ｐ１，Ｐ２，Ｎｍの検出値から、前記した如く、ロータ間位相差θの推定値を求める（ＳＴＥＰ３）。さらに、Ｋｅ算出部４７は、ロータ位相差θの推定値から、前記した如く、誘起電圧定数Ｋｅの推定値を求める（ＳＴＥＰ４）。

また、ＳＴＥＰ２において、Ｐ１，Ｐ２の検出値の組み合わせが異常であると判断した場合には、Ｋｅ算出部４７は、エラー信号を出力する（ＳＴＥＰ５）。この場合には、ロータ間位相差θや誘起電圧定数Ｋｅを適正に推定することができないので、Ｋｅ算出部４７は、前記ＳＴＥＰ３，４の処理は実行しない。

以上がＫｅ算出部４７の処理の詳細である。補足すると、Ｋｅ算出部４７が実行する前記ＳＴＥＰ２の判断処理は、本発明における異常検出手段に相当するものである。

次に、前記油圧制御部５８の処理を説明する。この油圧制御部５８では、まず、Ｋｅ指令算出部４９から入力される誘起電圧定数の指令値Ｋe_cから、前記図７に示した、誘起電圧定数Ｋｅとロータ間位相差θｄとの間の相関データに基づいて、指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差θｄの指令値が求められる（指令値Ｋe_cをロータ間位相差θｄの指令値に変換する）。そして、この求めたロータ間位相差θｄの指令値から、図６のグラフｃ，ｄで示すようにあらかじめ定められた相関データに基づいて、圧力Ｐ１，Ｐ２のそれぞれのフィードフォワード指令値を決定する。さらに、この各フィードフォワード指令値を、前記演算部５７から入力される偏差ΔＫｅに応じて補正する（例えばΔＫｅに、あるゲインを乗じてなる値をフィードフォワード指令値に加える）ことにより、圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを決定する。これにより、偏差ΔＫｅを０に近づけるように（実際の誘起電圧定数Ｋｅを指令値Ｋe_cに一致させるように）、圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cが決定される。

なお、ロータ間相対回転手段２３の油圧源装置３０は、圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cに従って、圧力Ｐ１，Ｐ２を操作する。すなわち、圧力室２４，２５のそれぞれの圧力Ｐ１，Ｐ２を現在圧力から圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cに変化させるように、各圧力室２４，２５への作動油の供給を制御する。

以上説明した本実施形態の制御装置によれば、圧力センサ２８，２９によりそれぞれ検出される圧力Ｐ１，Ｐ２と、電動機１の出力軸２の回転速度Ｎｍとに基づいて誘起電圧定数Ｋｅを推定することで、その推定を適切に行なうことができる。そして、この誘起電圧定数Ｋｅの推定値を使用して、電動機１の通電電流の指令値Ｉd_c，Ｉq_cを決定して、該通電電流の制御を行なうので、実際の誘起電圧定数Ｋｅに対応するロータ間位相差での合成界磁に適した電動機１の通電制御を行なうことができる。

また、油圧制御部５８は、前記Ｋｅ指令算出部４９で決定される誘起電圧定数の指令値Ｋｅに、実際の誘起電圧定数Ｋｅ（Ｋｅ算出部４７で推定された誘起電圧定数Ｋｅ）を一致させるように、圧力室２４，２５のそれぞれの圧力Ｐ１，Ｐ２の指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを決定し、この指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cでロータ間相対回転手段２３の動作を制御するので、ロータ間位相差を、電動機１のエネルギー効率に関する要求などを満たす上で好適なロータ間位相差に制御することができる。

さらに、電動機１の通電制御では、前記界磁制御部５２と演算部５０とにより、ｄ軸電流指令値Ｉd_cを補正して、ｄ軸電流を操作するので、実際のロータ間位相差が、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差に達するまでに、実際のロータ間位相差での合成界磁と、圧力指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cにより要求されるロータ間位相差での合成界磁とのずれ分をｄ軸電流による界磁で補償することができる。その結果、実際のロータ間位相差が、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差に達する前から、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差で要求されるトルクを電動機１の出力軸２に支障なく円滑に発生させることができ、電動機２の応答性を高い応答性に保つことができる。

なお、以上説明した実施形態では、位相差パラメータとして、誘起電圧定数Ｋｅを使用し、それをＫｅ算出部４７で推定するようにしたが、誘起電圧定数Ｋｅの代わりに、ロータ間位相差θｄを使用してもよい。その場合には、Ｋｅ算出部４７で前記したように求められるロータ間位相差θｄの推定値を、電流指令算出部４８に入力するようにして、該電流指令算出部４８で、電流指令値Ｉd_c，Ｉq_cを決定するときに、Ｋｅの代わりにロータ間位相差θｄを使用するようにすればよい。

また、Ｋｅ指令算出部４９では、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cの代わりに、この指令値Ｋe_cを前記図７に示したグラフｆにより表される相関データに従ってロータ間位相差θｄの指令値に変換し、そのロータ間位相差θｄの指令値を出力するようにしてもよい。あるいは、トルク指令値Ｔｃ、回転速度Ｎｍ、電源電圧Ｖdcからマップなどにより直接的にロータ間位相差θｄの指令値を決定して出力するようにしてもよい。このようにした場合には、油圧制御部５８には、ロータ間位相差の指令値、並びに、この指令値とＫｅ算出部４７で前記したように求められるロータ間位相差θｄの推定値との偏差を入力する。そして、油圧制御部５８では、例えば、入力されたロータ間位相差の指令値から、前記した実施形態の場合と同様に、圧力Ｐ１，Ｐ２のフィードフォワード指令値を決定し、このフィードフォワード指令値を、入力されたロータ間位相差の偏差に応じて補正することにより圧力Ｐ１，Ｐ２ロータ間相対回転手段２３に対する動作指令値を決定するようにすればよい。

また、前記油圧制御部５８では、ロータ間相対回転手段２３に対する動作指令値として、圧力Ｐ１，Ｐ２の指令値Ｐ1_c，Ｐ2_cを決定して出力するようにしたが、その代わりに、ロータ間位相差θｄの指令値を決定して出力するようにしてもよい。この場合、Ｋe_cとΔＫｅとを油圧制御部５８に入力する場合には、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを、前記図７のグラフに従って、ロータ間位相差θｄに変換してなる値を、偏差ΔＫｅに応じて補正することで、ロータ間相対回転手段２３に対するロータ間位相差θｄの指令値を決定するようにすればよい。また、Ｋe_c，ΔＫｅの代わりに、これらの対応するロータ間位相差θｄの指令値と、ロータ間位相差の偏差とを油圧制御部５８に入力する場合には、入力されたロータ間位相差θｄの指令値を、入力された偏差に応じて補正することで、ロータ間相対回転手段２３に対するロータ間位相差の指令値を決定するようにすればよい。そして、このように、油圧制御部５８で、ロータ間位相差の指令値を決定して出力する場合には、ロータ間相対回転手段２３では、入力されたロータ間位相差の指令値から、前記図６のグラフｃ，ｄで表される相関データに基づいて、圧力Ｐ１，Ｐ２を決定し、これに応じて、圧力Ｐ１，Ｐ２を操作するようにすればよい。

本発明の一実施形態における電動機の要部の断面図。 図１の電動機のドライブプレート１９を外した状態で該電動機の軸心方向で見た図。 図３（ａ）は界磁強め状態での電動機の内ロータと外ロータとの位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁弱め状態での電動機の内ロータと外ロータとの位相関係を示す図。 界磁強め状態と界磁弱め状態とにおける電動機の電機子の誘起電圧を示すグラフ。 図１の電動機の制御装置の機能的構成を示すブロック図。 制御装置に備えたＫｅ算出部４７の処理を説明するための図。 制御装置に備えたＫｅ算出部４７の処理を説明するための図。 制御装置に備えたＫｅ算出部４７の処理を説明するための図。 制御装置に備えたＫｅ算出部４７の処理を示すフローチャート。 駆動側と回生側における電動機の動作特性を示す図。

符号の説明

１…電動機、２…出力軸、３…外ロータ、４…内ロータ、６（６ａ，６ｂ）…外ロータの永久磁石、８（８ａ，８ｂ）…内ロータの永久磁石、９…第１部材、１０…第２部材、１１…第２部材の環状部、１２…第２部材の突起部、１３…第２部材の環状部（軸部）、１４…第２部材の突起部、２３…ロータ間相対回転手段、２４…第１の圧力室、２５…第２の圧力室、２８…圧力センサ（第１圧力検出手段）、２９…圧力センサ（第２圧力検出手段）、４６…微分演算部（回転速度検出手段）、４７…Ｋｅ算出部（位相差パラメータ推定手段）、４９…Ｋｅ指令算出部（位相差パラメータ指令値出力手段）、４８，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６…通電制御手段、５８…油圧制御部（動作指令値決定手段）、ＳＴＥＰ２…異常検出手段。

Claims (9)

1. 周方向に配列された複数の永久磁石を有する外ロータと、周方向に配列された複数の永久磁石を有し、前記外ロータと同軸に設けられた内ロータと、前記外ロータおよび内ロータのいずれか一方を他方に対して両ロータの軸心まわりに相対回転させるロータ間相対回転手段とを備え、前記外ロータおよび内ロータの間の相対回転によって両ロータの間の位相差を変化させることにより、両ロータの永久磁石の合成界磁を変更可能とした電動機の制御装置であって、
   前記ロータ間相対回転手段は、前記外ロータと一体に内ロータに対して相対回転可能に設けられた第１部材と、前記内ロータと一体に外ロータに対して相対回転可能に設けられた第２部材と、両ロータの間の位相差の変化に伴い体積が変化するように該第１部材および第２部材により構成された圧力室とを有し、この圧力室の圧力を、該圧力室に供給する作動流体によって操作することにより、両ロータの間の相対回転を行なわせる手段であり、
   前記圧力室の圧力を検出する圧力検出手段と、
   該圧力検出手段により検出された圧力を基に、前記両ロータの間の実際の位相差と、該位相差に対して所定の相関関係を有する電動機の特性パラメータとのうちのいずれか一方を位相差パラメータとして、該位相差パラメータの値を推定する位相差パラメータ推定手段と、
   該位相差パラメータ推定手段により推定された位相差パラメータの値に基づいて前記電動機の通電制御を行なう通電制御手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記圧力室は、前記外ロータに対して内ロータを第１の向きに相対回転させようとする圧力を発生する第１の圧力室と、前記外ロータに対して内ロータを前記第１の向きと逆向きの第２の向きに相対回転させようとする圧力を発生する第２の圧力室とから構成され、
   前記圧力検出手段は、前記第１の圧力室および第２の圧力室のそれぞれの圧力を検出する第１圧力検出手段および第２圧力検出手段から構成され、
   前記位相差パラメータ推定手段は、前記第１圧力検出手段および第２圧力検出手段によりそれぞれ検出された圧力を基に、前記位相差パラメータの値を推定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。
3. 前記第１部材は、前記外ロータと同軸に設けられて該外ロータと一体に前記内ロータに対して相対回転可能に設けられた軸部と、該軸部の外周面から放射状に突設された複数の第１部材側突起部とを有する部材であり、
   前記第２部材は、前記第１部材の軸部と同軸に設けられて前記第１部材側突起部の先端部を内周面に摺接させた環状部と、該環状部の内周面から、前記軸部の周方向で互いに隣り合う各対の第１部材側突起部の間の箇所にそれぞれ突設され、その先端部を前記軸部の外周面に摺接させた複数の第２部材側突起部とからなる部材であり、
   前記軸部の周方向で互いに隣り合う各対の第１部材側突起部の一方と、該対の第１部材側突起部の間の箇所に存する前記第２部材側突起部との間の空間が前記第１の圧力室として構成され、該対の第１部材側突起部の他方と、該対の第１部材側突起部の間の箇所に存する前記第２部材側突起部との間の空間が前記第２の圧力室として構成されていることを特徴とする請求項２記載の電動機の制御装置。
4. 前記外ロータおよび内ロータのうちのいずれか一方と一体に回転自在に設けられた電動機の出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記位相差パラメータ推定手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度とに基づいて、前記位相差パラメータの値を推定する手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
5. 前記電動機の特性パラメータは、該電動機の誘起電圧定数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
6. 前記位相差パラメータの指令値を出力する位相差パラメータ指令値出力手段と、該位相パラメータの指令値と前記推定された位相差パラメータの値との偏差に応じて、前記ロータ間相対回転手段の動作指令値を決定する動作指令値決定手段とを備え、前記ロータ間相対回転手段は、該動作指令値に応じて前記圧力室の圧力を操作することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
7. 前記動作指令値は、前記圧力室の圧力の指令値であり、前記通電制御手段は、該圧力の指令値と、前記圧力検出手段により検出された圧力との偏差に応じて、前記電動機の通電電流を操作する手段を備えることを特徴とする請求項６載の電動機の制御装置。
8. 前記動作指令値は、前記両ロータ間の位相差の指令値であり、前記通電制御手段は、該位相差の指令値と、前記位相差パラメータ推定手段により推定された位相差パラメータの値に対応する両ロータ間の位相差の値との偏差に応じて、前記電動機の通電電流を操作する手段を備えることを特徴とする請求項６記載の電動機の制御装置。
9. 前記圧力検出手段により検出された圧力を基に、前記ロータ間相対回転手段の異常の有無を判断する異常検出手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。

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