JP5063943B2 - Electric motor and electric motor phase control method - Google Patents
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Description
この発明は、回転子の永久磁石の界磁特性を変更できる電動機および電動機の位相制御方法に関するものである。 The present invention relates to an electric motor capable of changing the field characteristics of a permanent magnet of a rotor and a phase control method for the electric motor.
電動機として、夫々個別に永久磁石を備える内周側回転子と外周側回転子とが同軸に配設され、この両回転子を周方向に相対的に回動させる(両回転子の相対的な位相を変更する)ことにより、回転子全体としての界磁特性を変更できるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an electric motor, an inner circumferential rotor and an outer circumferential rotor each having a permanent magnet are arranged coaxially, and both rotors are rotated relative to each other in the circumferential direction (relative to both rotors). It is known that the field characteristics of the entire rotor can be changed by changing the phase) (see, for example, Patent Document 1).
この電動機では、電動機の回転速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材によって、外周側回転子と内周側回転子との何れか一方を他方に対して周方向に回動させる。また、固定子に発生する回転磁界の速度に応じて両回転子における相対的な位相を変更する場合には、各回転子が慣性により回転速度を維持する状態で固定子巻線に制御電流を通電して回転磁界速度を変更することによって、外周側回転子および内周側回転子の周方向の相対位置を変更する。 In this electric motor, when the relative phase of both rotors is changed according to the rotational speed of the electric motor, the outer rotor and the inner rotor are rotated by a member that is displaced along the radial direction by the action of centrifugal force. Either one of the children is rotated in the circumferential direction with respect to the other. In addition, when the relative phase of both rotors is changed according to the speed of the rotating magnetic field generated in the stator, a control current is applied to the stator winding in a state where each rotor maintains the rotation speed due to inertia. By energizing and changing the rotating magnetic field speed, the relative positions in the circumferential direction of the outer peripheral rotor and the inner peripheral rotor are changed.
この電動機においては、外周側回転子と内周側回転子の永久磁石を互いに異極同士で対向させる(同極配置にする)ことで、回転子全体の界磁を強めて誘起電圧を増大させ、逆に、外周側回転子と内周側回転子の永久磁石を互いに同極同士で対向させる(対極配置にする)ことで、回転子全体の界磁を弱めて誘起電圧を減少させる。
しかし、この従来の電動機の場合、外周側回転子と内周側回転子の相対位相を変更できる条件が限られており、電動機の運転停止時や任意の回転時に自由に相対位相を変更することができない。特に、ハイブリッド車や電動車両の駆動用として用いる場合には、車両の運転状況に応じて瞬時に所望の電動機特性に変更することが望まれ、この要望に応えるためにも相対位相の変更制御の自由度を高めることが重要となる。このため、本出願人は、作動油を用いる位相変更手段を組み込むことを発案し、現在、この位相変更手段の効率的な制御手法について検討している。 However, in the case of this conventional electric motor, the conditions under which the relative phase between the outer peripheral rotor and the inner peripheral rotor can be changed are limited, and the relative phase can be freely changed when the motor is stopped or rotated arbitrarily. I can't. In particular, when used for driving a hybrid vehicle or an electric vehicle, it is desired to instantaneously change to a desired motor characteristic according to the driving situation of the vehicle. It is important to increase the degree of freedom. For this reason, the present applicant has conceived of incorporating a phase changing means using hydraulic oil, and is currently examining an efficient control method for the phase changing means.
具体的には、外周側回転子と一体に回転する第1部材と内周側回転子と一体に回転する第2部材の間に作動油が給排される圧力室を設け、この圧力室と、圧力室に作動油を給排する油圧制御装置によって位相変更手段を構成することを検討している。 Specifically, a pressure chamber in which hydraulic oil is supplied and discharged is provided between a first member that rotates integrally with the outer circumferential rotor and a second member that rotates integrally with the inner circumferential rotor. Therefore, it is considered that the phase changing means is constituted by a hydraulic control device that supplies and discharges hydraulic oil to and from the pressure chamber.
しかし、外周側回転子と内周側回転子の相対的な回転位相を任意の位置に制御しようとすると、両回転子の相対回動位置によって変化する永久磁石の磁気反力の関係で、油圧の制御が複雑になるという不具合が生じる。 However, if the relative rotation phase of the outer rotor and the inner rotor is controlled to an arbitrary position, the hydraulic pressure changes due to the magnetic reaction force of the permanent magnet that changes depending on the relative rotation position of both rotors. This causes a problem that the control becomes complicated.
即ち、両回転子の永久磁石間に作用する磁気反力は、図20に示すように、電気角で0°と180°のときに最小になり、そのほぼ中間の角度で最大になる。このため、反力が最大になる位相角以外では、ある制御圧(例えば、図20中のPA,PB参照。)に釣り合う位相角が夫々2つ(図20の黒塗り点と白抜き点の対参照。)でき、位相角と制御圧が1対1で対応しないことから、単純な圧力の増減制御では、両回転子の位相角を任意に制御することができない。 That is, as shown in FIG. 20, the magnetic reaction force acting between the permanent magnets of both rotors becomes minimum when the electrical angle is 0 ° and 180 °, and becomes maximum at an almost intermediate angle. Therefore, except when the phase angle of the reaction force is maximized, it is the control pressure (e.g., P A, reference P B. In Figure 20) the phase angle respectively two commensurate with (black point in FIG. 20 and white Since the phase angle does not correspond to the control pressure on a one-to-one basis, the phase angle of both rotors cannot be arbitrarily controlled by simple pressure increase / decrease control.
さらに具体的に説明すると、例えば、図20に示すA点からB点に移動するときに、図21中の破線で示すように制御圧をPAからPBに単純に増加させた場合には、位相角がωAからωBとは逆の方向に変位してしまうため、図21中の実線で示すように制御圧を一旦PAよりも低圧にして圧力室の容積を減らし、その後に制御圧をPBまで上昇させるようにしなければならない。また、図20に示すB点からA点に移動するときに、図22中の破線で示すように制御圧をPBからPAに単純に減少させた場合には、この場合も位相角がωBからωAとは逆の方向に変位してしまうため、図22中の実線で示すように制御圧を一旦PBよりも高圧にして圧力室の容積を増やし、その後に制御圧をPAまで低下させるようにしなければならない。 More specifically, for example, when moving from point A shown in FIG. 20 to point B, when simply increased to P B the control pressure as indicated by the broken line in FIG. 21 P A is , the phase angle will be displaced in the opposite direction of the omega B from omega a, reduce the volume of the pressure chamber to the low pressure than once P a control pressure as shown by the solid line in FIG. 21, thereafter the control pressure must be such increased to P B. Also, when moving to the point A from the point B shown in FIG. 20, when simply reducing the control pressure from P B to P A as indicated by the broken line in FIG. 22, the phase angle also in this case is Since the displacement from ω B to the opposite direction to ω A is performed, the control pressure is once higher than P B to increase the volume of the pressure chamber as shown by the solid line in FIG. It must be reduced to A.
そこでこの発明は、制御の複雑化を招くことなく、位相変更制御の自由度の向上と、位相変更時の作動応答性の向上を図ることのできる電動機および電動機の位相制御方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention seeks to provide an electric motor and an electric motor phase control method capable of improving the degree of freedom of phase change control and improving the operation responsiveness at the time of phase change without causing complication of control. Is.
上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、円周方向に沿うように永久磁石(例えば、後述の実施形態における永久磁石9)が配設された内周側回転子(例えば、後述の実施形態における内周側回転子6)と、この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように永久磁石(例えば、後述の実施形態における永久磁石9)が配設された外周側回転子(例えば、後述の実施形態における外周側回転子5)と、前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段(例えば、後述の実施形態における位相変更手段12)と、を備えた電動機(例えば、後述の実施形態における電動機1)であって、前記位相変更手段は、作動油が導入されて前記内周側回転子と外周側回転子に相対的な位相操作力を付与する位相制御室(例えば、後述の実施形態における位相制御室24)と、作動油が導入されて前記内周側回転子と外周側回転子に前記位相操作力に抗する反力を付与する反力制御室(例えば、後述の実施形態における反力制御室25)と、前記位相制御室と反力制御室に導入する作動油の圧力を制御する制御手段(例えば、後述の実施形態における位相コントローラ36)と、を備え、前記制御手段は、前記相対的な位相の操作が可能な領域において、前記内周側回転子および前記外周側回転子に配設された永久磁石同士の磁気反力と、前記反力制御室の作動油による前記反力との合力が、前記相対的な位相の変化に対して単調増加、若しくは、単調減少するように前記反力制御室の圧力を制御するようにした。
これにより、反力制御室に導入される制御圧によって反力が調整され、位相操作力に抗する全体的としての反力が内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相変化に対して単調増加、若しくは、単調減少する特性となる。この結果、位相制御室の制御圧に対応する内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相が一義的に決定される。
As means for solving the above-mentioned problems, the invention according to
As a result, the reaction force is adjusted by the control pressure introduced into the reaction force control chamber, and the overall reaction force against the phase operation force is changed in the relative phase change between the inner and outer rotors. On the other hand, the characteristic increases monotonously or decreases monotonously . As a result, the relative phases of the inner and outer rotors corresponding to the control pressure in the phase control chamber are uniquely determined.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記制御手段が前記位相制御室の制御圧を決定するパラメータに基づいて前記反力制御室の圧力を制御するようにした。
これにより、例えば、位相制御室の制御圧を制御する電磁弁の電流値(パラメータ)を基に現在の両回転子の相対的な位相を予測し、微少時間後の相対的な位相に対応した反力制御室の圧力が得られるように反力制御室の制御圧を制御することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control means controls the pressure of the reaction force control chamber based on a parameter that determines the control pressure of the phase control chamber.
Thus, for example, the current relative phase of both rotors is predicted based on the current value (parameter) of the solenoid valve that controls the control pressure in the phase control chamber, and corresponds to the relative phase after a minute time. The control pressure of the reaction force control chamber can be controlled so that the pressure of the reaction force control chamber can be obtained.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を検出する位相角検出手段が設けられ、前記制御手段が、この位相角検出手段の検出値に基づいて前記反力制御室の圧力を制御するようにした。
これにより、位相角検出手段によって現在の位相角が検出されると、その位相角に応じた反力が得られるように反力制御室の圧力が制御されるようになる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a phase angle detection unit that detects a relative phase between the inner peripheral rotor and the outer peripheral rotor is provided, and the control unit includes: The pressure in the reaction force control chamber is controlled based on the detection value of the phase angle detection means.
Thus, when the current phase angle is detected by the phase angle detection means, the pressure in the reaction force control chamber is controlled so that a reaction force corresponding to the phase angle is obtained.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3に記載の発明において、前記位相制御室と反力制御室の制御圧が、前記永久磁石の温度に応じて補正されるようにした。
これにより、永久磁石の磁気反力が温度の変化に応じて変化しても、その変化に対応して位相制御室と反力制御室の制御圧が補正されるようになる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the control pressures of the phase control chamber and the reaction force control chamber are corrected according to the temperature of the permanent magnet.
As a result, even if the magnetic reaction force of the permanent magnet changes according to a change in temperature, the control pressures in the phase control chamber and the reaction force control chamber are corrected in accordance with the change.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記外周側回転子と一体に回転する第1部材(例えば、後述の実施形態におけるベーンロータ14,ドライブプレート16)と前記内周側回転子と一体に回転する第2部材(例えば、後述の実施形態における環状ハウジング15)の間に作動油の導入空間(例えば、後述の実施形態における導入空間23)が設けられ、前記第1部材と第2部材のうちの一方に、前記導入空間に摺動自在に配置されて前記導入空間内を2室に隔成するベーン(例えば、後述の実施形態におけるベーン18)が突設され、前記ベーンで隔成される2室によって前記位相制御室と反力制御室が構成されるようにした。
これにより、ベーンの一方の面に、外周側回転子と内周側回転子の相対的な位相を制御する制御圧が作用し、ベーンの他方の面に、位相操作力に抗する反力を制御する制御圧が作用するようになる。
A fifth aspect of the present invention is the first aspect of the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first member rotates integrally with the outer peripheral rotor (for example, a
As a result, a control pressure that controls the relative phase of the outer rotor and the inner rotor acts on one surface of the vane, and a reaction force that resists the phase operation force is applied to the other surface of the vane. The control pressure to control comes into play.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記外周側回転子と一体に回転する第1部材(例えば、後述の実施形態における内筒部材112,ドライブプレート114)と前記内周側回転子と一体に回転する第2部材(例えば、後述の実施形態における外筒部材113)のうちの一方に軸部(例えば、後述の実施形態における軸部112a)が設けられるとともに、前記第1部材と第2部材のうちの他方に、前記軸部の外側を囲繞する筒部(例えば、後述の実施形態における肉厚部113a)が設けられ、内周面と外周面が前記軸部と筒部に夫々ヘリカルスプライン係合するリングギヤ(例えば、後述の実施形態におけるリングギヤ118)が設けられ、前記第1部材と第2部材の間に作動油の導入空間が設けられ、この導入空間に摺動自在に収容されて前記導入空間内を2室に隔成するピストン(例えば、後述の実施形態におけるピストン122)が設けられるとともに、このピストンが前記リングギヤと一体変位可能に連結され、前記ピストンで隔成される2室によって前記位相制御室と反力制御室が構成されるようにした。
この場合、ピストンの一方の面に、外周側回転子と内周側回転子の相対的な位相を制御する制御圧が作用し、ピストンの他方の面に、位相操作力に抗する反力を制御する制御圧が作用するようになり、これらの制御圧が、相互にスプライン係合する軸部と筒部を介して外周側回転子と内周側回転子に作用するようになる。
A sixth aspect of the present invention is the first aspect of the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first member rotates integrally with the outer peripheral rotor (for example, an
In this case, a control pressure that controls the relative phase of the outer rotor and the inner rotor acts on one surface of the piston, and a reaction force that resists the phase operation force acts on the other surface of the piston. Control pressures to be controlled act, and these control pressures act on the outer peripheral side rotor and the inner peripheral side rotor via the shaft portion and the cylindrical portion that are spline engaged with each other.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記外周側回転子と一体に回転する第1部材と前記内周側回転子と一体に回転する第2部材のうちの一方に、回転軸線を中心とする円周の略接線方向に沿い互いに相反する回転方向に向く第1のシリンダ(例えば、後述の実施形態における第1のシリンダ214)と第2のシリンダ(例えば、後述の実施形態における第2のシリンダ215)が設けられるとともに、この第1のシリンダと第2のシリンダに第1のピストン(例えば、後述の実施形態における第1のピストン216)と第2のピストン(例えば、後述の実施形態における第2のピストン217)が夫々進退自在に設けられ、前記第1部材と第2部材のうちの他方に、前記両回転子の略半径方向に沿い夫々前記第1のピストンと第2のピストンの頂部に当接する第1の荷重伝達壁(例えば、後述の実施形態における第1の荷重伝達壁218)と第2の荷重伝達壁(例えば、後述の実施形態における第2の荷重伝達壁219)が設けられ、前記第1のシリンダと第1のピストンの間と、前記第2のシリンダと第2のピストンの間で前記位相制御室と反力制御室が夫々構成されるようにした。
この場合、一方のシリンダとピストンの対に、外周側回転子と内周側回転子の相対的な位相を制御する制御圧が作用し、他方のシリンダとピストンの対に、位相操作力に抗する反力を制御する制御圧が作用するようになり、これらの制御圧が、ピストンと荷重伝達壁を介して外周側回転子と内周側回転子に作用するようになる。
The invention according to
In this case, a control pressure for controlling the relative phase between the outer rotor and the inner rotor acts on one cylinder / piston pair, and the other cylinder / piston pair resists phase operation force. The control pressure for controlling the reaction force is applied, and these control pressures are applied to the outer rotor and the inner rotor via the piston and the load transmission wall.
請求項8に記載の発明は、円周方向に沿うように永久磁石が配設された内周側回転子と、この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように永久磁石が配設された外周側回転子を備え、前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する電動機の位相制御方法にあって、前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させるべき目標位相角を決定する目標位相角決定ステップと、前記内周側回転子と外周側回転子の現在の相対的な位相角を検出する現在位相角検出ステップと、前記目標位相角と現在の位相角に応じて、前記内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を変化させるための位相操作力を付与するように作動油を供給する位相制御圧供給ステップと、前記目標位相角と現在の位相角に応じて、前記位相操作力に抗する反力を付与し、前記相対的な位相の操作が可能な領域において、前記内周側回転子および前記外周側回転子に配設された永久磁石同士の磁気反力と、前記位相操作力に抗する前記反力との合力が、前記相対的な位相の変化に対して単調増加、若しくは、単調減少するように作動油を供給する反力制御圧供給ステップと、を有することを特徴とする。
これにより、目標位相角と現在の位相角に応じて、両回転子の位相を操作する制御圧と反力を調整する制御圧が逐次制御されるようになる。
According to the eighth aspect of the present invention, an inner peripheral rotor in which permanent magnets are disposed along the circumferential direction, and an outer peripheral side of the inner peripheral rotor are coaxially and relatively rotatable. In addition, an outer peripheral rotor having permanent magnets arranged along the circumferential direction is provided, and the inner rotor and the outer rotor are rotated relative to each other to change the relative phases of the two. A target phase angle determining step for determining a target phase angle for relatively rotating the inner rotor and the outer rotor, and the inner rotor and the outer rotor. A current phase angle detecting step for detecting a current relative phase angle of the child, and changing a relative phase between the inner and outer rotors according to the target phase angle and the current phase angle; a phase control pressure supply step of supplying hydraulic fluid to apply a phase operation force for, Serial according to the target phase angle and the current phase angle, the grant reaction force against the phase operating force, in the relative phase operation available space, the inner periphery side rotor and the outer circumference side rotating The resultant force of the magnetic reaction force between the permanent magnets arranged on the child and the reaction force against the phase operation force is monotonously increased or monotonously decreased with respect to the relative phase change. And a reaction force control pressure supply step for supplying hydraulic oil.
Thereby, the control pressure for manipulating the phases of both rotors and the control pressure for adjusting the reaction force are sequentially controlled according to the target phase angle and the current phase angle.
請求項1に記載の発明によれば、位相変更手段に、油圧によって両回転子に相対的な位相操作力を付与する位相制御室と、油圧によって両回転子に反力を付与する反力制御室を設け、相対的な位相の操作が可能な領域において、両回転子に配設された永久磁石同士の磁気反力と、反力制御室の作動油による反力との合力が、両回転子の相対的な位相の変化に対して単調増加、若しくは、単調減少する反力特性となるように反力制御室の圧力を制御するようにしたため、位相制御室の制御圧に対応する両回転子の相対的な位相が一義的に決定され、比較的簡単な油圧制御によって両回転子の相対的な位相を安定的に制御することが可能になる。
したがって、この発明によれば、油圧制御の複雑化を招くことなく両回転子の相対的な位相を任意のタイミングで自由に変更することができるため、製造コストの低減と位相制御の安定性を高めることが可能になる。
According to the first aspect of the present invention, the phase control chamber that applies relative phase operation force to both rotors by hydraulic pressure and the reaction force control that applies reaction force to both rotors by hydraulic pressure to the phase changing means. In the region where relative phases can be operated, the resultant force of the magnetic reaction force between the permanent magnets arranged on both rotors and the reaction force due to the hydraulic fluid in the reaction force control chamber is Since the reaction force control chamber pressure is controlled so that the reaction force characteristic is monotonously increasing or monotonously decreasing with respect to the relative phase change of the child, both rotations corresponding to the control pressure of the phase control chamber The relative phases of the rotors are uniquely determined, and the relative phases of the two rotors can be stably controlled by relatively simple hydraulic control.
Therefore, according to the present invention, the relative phases of the two rotors can be freely changed at an arbitrary timing without complicating the hydraulic control, thereby reducing the manufacturing cost and the stability of the phase control. It becomes possible to increase.
請求項2に記載の発明によれば、両回転子の相対的な位相角を検出するセンサを設けることなく、反力制御室の制御圧を適切に制御することができるため、部品点数の削減と構造の簡素化によって製造コストの低減を図ることが可能になる。 According to the second aspect of the present invention, since the control pressure of the reaction force control chamber can be appropriately controlled without providing a sensor for detecting the relative phase angle of both rotors, the number of parts can be reduced. And the simplification of the structure makes it possible to reduce the manufacturing cost.
請求項3に記載の発明によれば、実際に検出した現在の位相角に基づいて反力制御室の圧力を制御するため、両回転子の相対的な位相をより高い精度で制御することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the pressure of the reaction force control chamber is controlled based on the actually detected current phase angle, the relative phase of both rotors can be controlled with higher accuracy. it can.
請求項4に記載の発明によれば、温度によって永久磁石の磁気反力が変化しても、この変化に対応させて位相制御圧と反力制御圧を適切に補正することができるため、温度の変化の影響を受けることなく常に安定した位相制御を行うことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, even if the magnetic reaction force of the permanent magnet changes depending on the temperature, the phase control pressure and the reaction force control pressure can be appropriately corrected in accordance with this change. It is possible to always perform stable phase control without being affected by the change of.
請求項5〜7に記載の発明によれば、いずれも比較的簡単な構成により、位相制御圧と反力制御圧に応じた力を外周側回転子と内周側回転子の間に作用させることができるため、両回転子間の相対位相の変更制御の自由度を高めつつ、電動機の小型化を図ることができる。 According to the fifth to seventh aspects of the present invention, a force corresponding to the phase control pressure and the reaction force control pressure is applied between the outer rotor and the inner rotor with a relatively simple configuration. Therefore, it is possible to reduce the size of the electric motor while increasing the degree of freedom in changing the relative phase between the two rotors.
請求項8に記載の発明によれば、目標位相角と現在の位相角に応じて、位相制御圧と反力制御圧が逐次制御されるため、両回転子間の相対位相の制御精度を高めることができる。 According to the eighth aspect of the invention, since the phase control pressure and the reaction force control pressure are sequentially controlled according to the target phase angle and the current phase angle, the control accuracy of the relative phase between the two rotors is improved. be able to.
以下、この発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。最初に、図1〜図17に示す第1の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the first embodiment shown in FIGS. 1 to 17 will be described.
この実施形態の電動機1は、図1〜図4に示すように円環状の固定子2の内周側に回転子ユニット3が配置されたインナロータ型のブラシレスモータであり、例えばハイブリッド車や電動車両等の走行駆動源として用いられる。固定子2は複数相の固定子巻線2aを有し、回転子ユニット3は軸芯部に回転軸4を有している。車両の走行駆動源として用いる場合には、電動機1の回転力はトランスミッション(図示せず)を介して車輪の駆動軸(図示せず)に伝達される。この場合、電動機1は車両の減速時に発電機として機能させれば、回生エネルギーとして蓄電器に回収することもできる。また、ハイブリッド車においては、電動機1の回転軸4をさらに内燃機関のクランクシャフト(図示せず)に連結することにより、内燃機関による発電にも利用することができる。
The
図6は、この電動機1を車両の走行駆動源として用いる場合の電動機1の制御系の一例を示すものである。この制御系では、電動機1の駆動作動および回生作動は電動機コントローラ40から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット41(以下、「PDU41」と呼ぶ)により行われる。
PDU41は、トランジスタのスイッチング素子がブリッジ接続されたブリッジ回路を用いてパルス幅変調(PWM)を行うPWMインバータを備えるとともに、電動機1と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ42に接続されている。
PDU41は、電動機1の駆動時等において電動機コントローラ40から入力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、PWMインバータにおいて各相毎に対を成す各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り換えることによって、バッテリ42から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、電動機1の固定子巻線2aへの通電を順次転流させることによって、各相の固定子巻線2aに交流のU相電流Iu、V相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。
FIG. 6 shows an example of a control system of the
The
Based on a gate signal (that is, a PWM signal) that is a switching command input from the
回転子ユニット3は、図1〜図4に示すように、円環状の外周側回転子5と、この外周側回転子5の内側に同軸に配置される円環状の内周側回転子6を備え、外周側回転子5と内周側回転子6が設定角度の範囲で回動可能とされている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
外周側回転子5と内周側回転子6は、回転子本体である円環状のロータ鉄心7,8が例えば焼結金属によって形成され、その各ロータ鉄心7,8の外周側に偏寄した位置に、複数の磁石装着スロット7a,8aが円周方向等間隔に形成されている。各磁石装着スロット7a,8aには、厚み方向に磁化された2つの平板状の永久磁石9,9が並列に並んで装着されている。同じ磁石装着スロット7a,8a内に装着される2つの永久磁石9,9は同方向に磁化され、各隣接する磁石装着スロット7a,7a、および、8a,8aに装着される永久磁石9の対同士は磁極の向きが逆向きになるように設定されている。即ち、各回転子5,6においては、外周側がN極とされた永久磁石9の対と、S極とされた永久磁石9の対が円周方向に交互に並んで配置されている。なお、各回転子5,6の外周面の隣接する磁石装着スロット7a,7a、および、8a,8aの各間には、永久磁石9の磁束の流れを制御するための切欠き部10が回転子5,6の軸方向に沿って形成されている。
The
外周側回転子5と内周側回転子6の磁石装着スロット7a,8aは夫々同数設けられ、両回転子5,6の永久磁石9…が夫々1対1で対応するようになっている。したがって、外周側回転子5と内周側回転子6の各磁石装着スロット7a,8a内の永久磁石9の対を互いに同極同士で対向させる(異極配置にする)ことにより、回転子ユニット3全体の界磁が最も弱められる弱め界磁の状態(図4,図5(b)参照)を得ることができるとともに、外周側回転子5と内周側回転子6の各磁石装着スロット7a,8a内の永久磁石9の対を互いに異極同士で対向させる(同極配置にする)ことにより、回転子ユニット3全体の界磁が最も強められる強め界磁の状態(図2,図5(a)参照)を得ることができる。
The same number of
また、回転子ユニット3は、外周側回転子5と内周側回転子6を相対回動させるための回動機構11を備えている。この回動機構11は、両回転子5,6の相対位相を任意に変更するための位相変更手段12の一部を構成するものであり、非圧縮性の作動流体である作動油の圧力によって操作されるようになっている。位相変更手段12は、上記の回動機構11と、この回動機構11に供給する作動油の圧力を制御する図7に示す油圧制御装置13と、を主要な要素として構成されている。
The
回動機構11は、図1〜図4に示すように回転軸4の外周に一体回転可能にスプライン嵌合されるベーンロータ14(第1部材)と、ベーンロータ14の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング15(第2部材)とを備え、この環状ハウジング15が内周側回転子6の内周面に一体に嵌合固定されるとともに、ベーンロータ14が、環状ハウジング15と内周側回転子6の両側の側端部を跨ぐ円板状の一対のドライブプレート16,16(第1部材)を介して外周側回転子5に一体に結合されている。したがって、ベーンロータ14は回転軸4と外周側回転子5に一体化され、環状ハウジング15は内周側回転子6に一体化されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
ベーンロータ14は、回転軸4にスプライン嵌合される円筒状のボス部17の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン18が円周方向等間隔に設けられている。一方、環状ハウジング15は、内周面に円周方向等間隔に複数の凹部19が設けられ、この各凹部19にベーンロータ14の対応するベーン18が収容配置されるようになっている。各凹部19は、ベーン18の先端部の回転軌道にほぼ合致する円弧面を有する底壁20と、隣接する凹部19,19同士を隔成する略三角形状の仕切壁21によって構成され、ベーンロータ14と環状ハウジング15の相対回動時に、ベーン18が一方の仕切壁21と他方の仕切壁21の間を変位し得るようになっている。この実施形態の場合、仕切壁21はベーン18と当接することにより、ベーンロータ14と環状ハウジング15の相対回動を規制するストッパとしても機能する。なお、各ベーン18の先端部と仕切壁21の先端部には、軸方向に沿うようにシール部材22が設けられ、これらのシール部材22によってベーン18と凹部19の底壁20、仕切壁21とボス部17の外周面の各間が液密にシールされている。
In the
また、内周側回転子6に固定される環状ハウジング15のベース部15aは一定厚みの円筒状に形成されるとともに、図1に示すように内周側回転子6や仕切壁21に対して軸方向外側に突出している。このベース部15aの外側に突出した各端部は、ドライブプレート16に形成された環状のガイド溝16aに摺動自在に保持され、環状ハウジング15と内周側回転子6が、外周側回転子5や回転軸4にフローティング状態で支持されるようになっている。
Further, the
外周側回転子5とベーンロータ14を連結する両側のドライブプレート16,16は、環状ハウジング15の両側面(軸方向の両端面)に摺動自在に密接し、環状ハウジング15の各凹部19の側方を夫々閉塞する。したがって、各凹部19は、ベーンロータ14のボス部17と両側のドライブプレート16,16によって夫々独立した空間部を形成し、この空間部は、作動油が導入される導入空間23となっている。各導入空間23内は、ベーンロータ14の対応する各ベーン18によって夫々2室に隔成され、一方の部屋が位相制御室24、他方の部屋が反力制御室25とされている。位相制御室24は、内部に導入される作動油によって内周側回転子6と外周側回転子5に進角方向または遅角方向の位相操作力を付与し、反力制御室25は、内部に導入される作動油によって位相操作力に抗する反力を発生する。
なお、この実施形態の説明においては、「進角」とは、内周側回転子6を外周側回転子5に対して、図2,図4中の矢印Rで示す電動機1の回転方向に進めることを言い、「遅角」とは、内周側回転子6を外周側回転子5に対して、電動機1の回転方向Rと逆側に進めることを言うものとする。
The
In the description of this embodiment, “advance” refers to the rotation direction of the
また、各位相制御室24と反力制御室25に対する作動油の給排は回転軸4を通して行われるようになっている。具体的には、位相制御室24は、図7に示す油圧制御装置13の位相制御側給排通路26に接続され、反力制御室25は同油圧制御装置13の反力制御側給排通路27に接続されているが、位相制御側給排通路26と反力制御側給排通路27の一部は、図1に示すように、夫々回転軸4に軸方向に沿って形成させた通路孔26a,27aによって構成されている。そして、各通路孔26a,27aの端部は、回転軸4の外周面の軸方向にオフセットした2位置に形成された環状溝26bと環状溝27bに夫々接続され、その各環状溝26b,27bは、ベーンロータ14のボス部17に略半径方向に沿って形成された複数の導通孔26c…,27c…に接続されている。位相制御側給排通路26の各導通孔26cは環状溝26bと各位相制御側作動室24とを接続し、反力制御側給排通路27の各導通孔27cは環状溝27bと各反力制御室25とを接続している。
The hydraulic oil is supplied to and discharged from the
ところで、この実施形態の電動機1の場合、内周側回転子6が外周側回転子5に対して最遅角位置にあるときに、外周側回転子5と内周側回転子6の永久磁石9が異極同士で対向して強め界磁の状態(図2,図5(a)参照)になり、内周側回転子6が外周側回転子5に対して最進角位置にあるときに、外周側回転子5と内周側回転子6の永久磁石9が同極同士で対向して弱め界磁の状態(図4,図5(b)参照)になるように設定されている。
なお、この電動機1は、位相制御室24に対する作動油の給排制御によって、強め界磁の状態と弱め界磁の状態を任意に変更し得るものであるが、こうして磁界の強さが変更されると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機1の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数が大きくなると、電動機1として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数が小さくなると、電動機1の出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。
By the way, in the case of the
The
一方、油圧制御装置13は、図7に示すように、オイルタンク(図示せず)から作動油を吸い上げて通路に吐出するオイルポンプ32(流体供給源)と、オイルポンプ32と位相制御側給排通路26を接続する通路に介装されて位相制御室24に供給する作動油の圧力を制御する位相制御用電磁弁34と、オイルポンプ32と反力制御側給排通路27を接続する通路に介装されて反力制御室25に供給する作動油の圧力を制御する反力制御用電磁弁35と、両電磁弁34,35の操作によって位相制御室24と反力制御室25に導入する作動油の圧力を制御する位相コントローラ36(制御手段)と、を備え、位相コントローラ36には電動機コントローラ40が接続されて信号の授受が行われるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the
ここで、図6に示す電動機コントローラ40の構成について説明する。
Here, the configuration of the
電動機コントローラ40は、回転直交座標をなすdq座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度等に応じて設定されるトルク指令Tqに基づきd軸電流指令Idcおよびq軸電流指令Iqcを演算し、d軸電流指令Idcおよびq軸電流指令Iqcに基づいて各相出力電圧Vu,Vv,Vwを算出し、各相出力電圧Vu,Vv,Vwに応じてPDU41にゲート信号であるPWM信号を出力するとともに、実際にPDU41から電動機1に供給される各相電流Iu,Iv,Iwの何れか2つの相電流をdq座標上の電流に変換して得たd軸電流Idおよびq軸電流Iqと、d軸電流指令Idcおよびq軸電流指令Iqcとの各偏差がゼロとなるように電流制御を行う。
The
また、この電動機コントローラ40は、トルク指令Tq等の要求指令に応じて電動機1で必要とする誘起電圧定数Kecを演算し、その結果を位相コントローラ36で目標位相角ωtの決定するのに利用できるように同コントローラ36に出力すると同時に、位相コントローラ36で位相変更完了までの目標時間Ttを決定するための信号を同コントローラ36に出力する。
The
電動機コントローラ40は、具体的には、目標電流設定部51と、電流偏差算出部52と、界磁制御部53と、電力制御部54と、電流制御部55と、dq−3相変換部56と、PWM信号生成部57と、フィルタ処理部58と、3相−dq変換部59と、回転数演算部60と、誘起電圧定数指令出力部61と、誘起電圧定数算出部62と、を備えている。
Specifically, the
そして、電動機コントローラ40には、PDU41から電動機1に出力される3相の各相電流Iu,Iv,Iwのうち、2相のU相電流IuおよびW相電流Iwを検出する各電流センサ71,71から出力される各検出信号Ius,Iwsと、バッテリ42の端子電圧(電源電圧)VBを検出する電圧センサ72から出力される検出信号と、電動機1の回転子ユニット3の回転角θM(つまり、所定の基準回転位置からの回転子ユニット3の磁極の回転角度)を検出するレゾルバ73(回転センサ)から出力される検出信号と、外部の制御装置(図示略)から出力されるトルク指令TqおよびトランスミッションT/Mの変速比に対する制御指令である変速指令とが入力される。
The
目標電流設定部51は、例えば外部の制御装置(図示略)から入力されるトルク指令Tq(例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量に応じて必要とされるトルクを電動機1に発生させるための指令値)と、回転数演算部60から入力される電動機1の回転数NMと、誘起電圧定数Keとに基づき、PDU41から電動機1に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのd軸目標電流Idcおよびq軸目標電流Iqcとして電流偏差算出部52へ出力される。
この回転直交座標をなすdq座標は、例えば回転子ユニット3の永久磁石9による界磁極の磁束方向をd軸(界磁軸)とし、このd軸と直交する方向をq軸(トルク軸)としており、電動機1の回転位相に同期して回転している。これにより、PDU41から電動機1の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるd軸目標電流Idcおよびq軸目標電流Iqcを与えるようになっている。
The target
The dq coordinates forming the rotation orthogonal coordinates are, for example, the field magnetic flux direction of the
電流偏差算出部52は、界磁制御部53から入力されるd軸補正電流が加算されたd軸目標電流Idcと、d軸電流Idとの偏差ΔIdを算出するd軸電流偏差算出部52aと、電力制御部54から入力されるq軸補正電流が加算されたq軸目標電流Iqcと、q軸電流Iqとの偏差ΔIqを算出するq軸電流偏差算出部52bとを備えて構成されている。
なお、界磁制御部53は、例えば電動機1の回転数NMの増大に伴う逆起電圧の増大を抑制するためにロータ23の界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御の弱め界磁電流に対する目標値をd軸補正電流として出力する。
また、電力制御部54は、例えばバッテリ18の残容量等に応じた適宜の電力制御に応じてq軸目標電流Iqcを補正するためのq軸補正電流を出力する。
The current
The
Further, the
電流制御部55は、例えばモータ回転数NMに応じたPI(比例積分)動作により、偏差ΔIdを制御増幅してd軸電圧指令値Vdを算出し、偏差ΔIqを制御増幅してq軸電圧指令値Vqを算出する。
The
dq−3相変換部56は、回転数演算部60から入力されるロータの回転角θMを用いて、dq座標上でのd軸電圧指令値Vdおよびq軸電圧指令値Vqを、静止座標である3相交流座標上での電圧指令値であるU相出力電圧Vu、V相出力電圧VvおよびW相出力電圧Vwに変換する。
The dq-3
PWM信号生成部57は、例えば、正弦波状の各相出力電圧Vu,Vv,Vwと、三角波からなるキャリア信号と、スイッチング周波数とに基づくパルス幅変調により、PDU13のPWMインバータの各スイッチング素子をオン/オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成する。
For example, the PWM
フィルタ処理部58は、各電流センサ71,71により検出された各相電流に対する検出信号Ius,Iwsに対して、高周波成分の除去等のフィルタ処理を行い、物理量としての各相電流Iu,Iwを抽出する。
The
3相−dq変換部59は、フィルタ処理部58により抽出された各相電流Iu,Iwと、回転数演算部60から入力される回転子ユニット3の回転角θMとにより、電動機1の回転位相による回転座標すなわちdq座標上でのd軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。
The three-phase-
回転数演算部60は、レゾルバ73から出力される検出信号から電動機1の回転子ユニット3の回転角θMを抽出するとともに、この回転角θMに基づき、電動機1の回転数NMを算出する。
The rotation
誘起電圧定数指令出力部61は、例えばトルク指令Tqと、電動機1の回転数NMと、変速指令Vdcとに基づいて誘起電圧定数指令値Kecを位相コントローラ36に出力する。
The induced voltage constant
つづいて、位相コントローラ36について説明する。
この位相コントローラ36は、電動機コントローラ40の誘起電圧定数指令出力部61から誘起電圧定数Kecの出力指令を受け、その指令を基にして目標位相角ωtを決定するとともに、電動機コントローラ40を経由して入力される情報(バッテリ電圧、電動機回転数、トルク指令等)を基にして位相変更完了までの目標時間Ttを決定する。
Next, the
The
位相コントローラ36は、目標位相角が得られるように位相制御室24の供給圧(位相制御圧)を制御し、その一方で反力制御室25の供給圧(反力制御圧)を制御する(図7および図8のイメージ図参照)。
位相制御圧については、最小位相角位置(ωMIN)と最大位相角位置(ωMAX)の間で位相角の増大に略比例して圧力が増大するように制御を行い(図9中の位相制御圧特性図C参照)、反力制御圧については、位相角がほぼ中間の位相角位置を超えて最大位相角位置(ωMAX)に向かって変化するときに圧力が略比例的に急激に立ち上がるように制御する(図9中の反力制御圧特性図D参照)。
The
The phase control pressure is controlled so that the pressure increases approximately in proportion to the increase of the phase angle between the minimum phase angle position (ω MIN ) and the maximum phase angle position (ω MAX ) (the phase in FIG. 9). As for the reaction pressure control pressure, when the phase angle exceeds the intermediate phase angle position and changes toward the maximum phase angle position (ω MAX ), the pressure increases substantially proportionally. Control is performed so as to stand up (see reaction force control pressure characteristic diagram D in FIG. 9).
内周側回転子6と外周側回転子5に作用する反力制御圧による力は、図9中のBの特性図で示す永久磁石9の磁気反力と合成され、全体として図9中のAの比例的な反力特性(内周側回転子6と外周側回転子5の相対的な位相の増加に対して反力の合力が単調増加する反力特性)が得られるようになっている。このため、位相制御用電磁弁34の電流制御によって位相制御室24の圧力を増大させていくと、位相角の増加とともに全体の反力が略比例的に増加し、この反力と位相制御圧がバランスした時点で位相角の移動が停止する。
The force by the reaction force control pressure acting on the inner
位相コントローラ36では、図15に示すような位相制御用のI1−P1マップおよびω−P1マップと、反力制御用のI2−P2マップおよびω−P2マップがメモリに記憶されている。これらのマップは、後述する電磁弁34,35の制御において参照される。
I1−P1マップは、位相制御用電磁弁34に加える電流と位相制御室24の圧力の対応関係を示すマップであり、I2−P2マップは、反力制御用電磁弁35に加える電流と反力制御室25の圧力の対応関係を示すマップである。また、ω−P1マップは、位相角と位相制御室24の圧力の対応関係を示すマップであり、ω−P2マップは、位相角と反力制御室25の圧力の対応関係を示すマップである。なお、ω−P1マップは、図9の位相制御圧特性図Cに対応し、ω−P2マップは、図9の反力制御圧特性図Dに対応している。
In the
The I 1 -P 1 map is a map showing the correspondence between the current applied to the phase
以下、位相コントローラ36による電磁弁34,35の電流制御を、図10〜図14のフローチャートにしたがって説明する。
Hereinafter, the current control of the
まず、図10のステップS101においては、制御フラグαが1であるか(制御が進行中であるか)どうかの判定を行い、αが1のときにはステップS110に進み、αが1でないときにはステップS102へと進む。ステップS102においては、目標位相角ωtと目標時間Ttを決定し、その後にステップ103に進んで位相角初期値ω0の算出処理を行う。 First, in step S101 of FIG. 10, it is determined whether or not the control flag α is 1 (control is in progress). If α is 1, the process proceeds to step S110, and if α is not 1, the process proceeds to step S102. Proceed to In step S102, the target phase angle ω t and the target time T t are determined, and then the process proceeds to step 103 to perform the calculation process of the phase angle initial value ω 0 .
位相角初期値ω0の算出は、図11のステップS201において、位相制御用電磁弁34に対する現在の通電電流値Iの読み込みを行い、つづくステップS202で、I1−P1マップを参照して電流値Iに対応する位相制御室24の圧力P1を求め、さらにその圧力P1に対応する位相角(位相角初期値ω0)を、ω−P1マップを参照して求める。
The phase angle initial value ω 0 is calculated by reading the current energization current value I for the phase
こうして位相角初期値ω0を求めた後には、ステップS104において、目標位相角ωtと位相角初期値ω0の差を目標時間で割って単位時間当たりの位相角変化量Δωtを求め、つづく、ステップS105において、次回目標位相角ω2を、位相角初期値ω0に位相角変化量Δωtを加算して求め、その値を次回目標位相角ω2として設定する。この後ステップS106に進んで、位相制御用電磁弁34の目標電流値I1の算出とその出力を行うとともに、ステップS107において、反力制御用電磁弁35の目標電流値I2の算出とその出力を行う。
After obtaining the phase angle initial value ω 0 in this way, in step S104, the difference between the target phase angle ω t and the phase angle initial value ω 0 is divided by the target time to obtain a phase angle change amount Δω t per unit time. Subsequently, in step S105, the next target phase angle ω 2 is obtained by adding the phase angle change amount Δω t to the initial phase angle value ω 0 , and the value is set as the next target phase angle ω 2 . Proceeds thereafter to step S106, calculation of the target current value I 1 of the phase
目標電流値I1の算出処理は、図12のステップS211において、ω−P1マップを参照して次回目標位相角ω2に対応する位相制御室24の圧力P1を求め、さらにステップS212で、その圧力P1に対応する位相制御用電磁弁34の制御電流値I1をI1−P1マップを参照して求め、その電流値I1の出力指令を、ステップS213において位相制御用電磁弁34に出力する。
Calculation of the target current value I 1 in step S211 of FIG. 12, obtains the pressure P 1 of the
目標電流値I2の算出処理は、図13のステップS221において、ω−P2マップを参照して次回目標位相角ω2に対応する反力制御室25の圧力P2を求め、さらにステップS222で、その圧力P2に対応する反力制御用電磁弁35の制御電流値I2をI2−P2マップを参照して求め、その電流値I2の出力指令を、ステップS223において反力制御用電磁弁35に出力する。
Calculation of the target current value I 2 is determined in step S221 of FIG. 13, the pressure P 2 of the reaction
また、図10のステップS107の処理の後にはステップS108に進んで制御フラグαを1にし、その後にステップS110に進んで現在位相角ω1の算出処理を行う。 In addition, after the process of step S107 in FIG. 10, the process proceeds to step S108 to set the control flag α to 1, and then the process proceeds to step S110 to calculate the current phase angle ω 1 .
現在位相角ω1の算出処理は、図14のステップS231において、位相制御用電磁弁34の現在の通電電流値Iを読み込み、つづくステップS232で、I1−P1マップを参照して電流値Iに対応する位相制御室24の圧力P1を求め、さらにω−P1マップを参照してその圧力P1に対応する位相角(現在位相角ω1)を求める。
Calculation of the current phase angle omega 1 in step S231 of FIG. 14, reads the current flowing current value I of the phase
こうして現在位相角ω1を算出した後には、ステップS111において、現在位相角ω1と目標位相角ωtが一致するかどうかを判断し、一致する場合には、ステップS113に進んで制御フラグαを0にしてリターンし、一致しない場合にはステップS112に進む。
ステップS112においては、現在位相角ω1と次回目標位相角ω2が一致するかどうかを判断し、一致しない場合にはそのままリターンし、一致する場合には、ステップS114に進んで次回目標位相角ω2を再設定する。ここでは、現在位相角ω1に位相角変化量Δωtを加算して、その値を新たな次回目標位相角ω2として再設定する。
この後ステップS115に進んで、位相制御用電磁弁34の目標電流値I1の算出処理と電流の出力を行うとともに、ステップS116において、反力制御用電磁弁35の目標電流値I2の算出処理と電流の出力を行う。このステップS115とS116の処理は、夫々ステップS106とS107で行われる処理と同様である。
After calculating the current phase angle ω 1 in this way, in step S111, it is determined whether or not the current phase angle ω 1 and the target phase angle ω t match. If they match, the process proceeds to step S113 and the control flag α Is set to 0 and the process returns. If they do not match, the process proceeds to step S112.
In step S112, it is determined whether or not the current phase angle ω 1 and the next target phase angle ω 2 are the same, as it is return if it does not match, if there is a match, the next target phase angle proceeds to step S114 to re-set the ω 2. Here, the phase angle change amount Δω t is added to the current phase angle ω 1 , and the value is reset as the new next target phase angle ω 2 .
Proceeds to step S115 thereafter, performs output calculation process and the current of the target current value I 1 of the phase
したがって、以上のように両電磁弁34,35が制御されると、永久磁石9の磁気反力と反力制御圧による力が合成されて、位相角の操作が可能な全領域において略比例的な反力特性が得られるようになり、電動機1は所望の位相角に変更されることとなる(図16,図17参照)。
Therefore, when both the
以上のように、この実施形態の電動機1においては、内周側回転子6と外周側回転子5の位相角を変更する位相変更手段12が油圧によって操作されるため、両回転子6,5の位相角を任意のタイミングで迅速に、かつ自由に変更することができる。
そして、この電動機1においては、位相制御室24に供給する圧力に対して位相角が1対1で決まるように反力制御室25の圧力が制御されるため、位相制御室24に対する供給圧の比較的簡単な制御によって位相角を任意の位置に正確に変位させることができる。
As described above, in the
In this
また、この電動機1で採用する位相制御方法においては、目標の位相角と現在の位相角を基にして両電磁弁34,35に通電する電流を逐次制御するようにしているため、位相制御の制御精度を高めることができる。
Further, in the phase control method employed in the
さらに、この実施形態においては、位相制御用電磁弁34の通電電流を基にして現在の位相角を求めるようにしているため、ベーンロータ14と環状ハウジング15の相対回動角を求めるためのセンサを設けなくて良い分、部品点数の削減と構造の簡素化が可能である。
Further, in this embodiment, since the current phase angle is obtained based on the energization current of the phase
勿論、ベーンロータ14と環状ハウジング15の相対回動角を求めるための専用のセンサを設け、そのセンサの検出値を基にして位相制御室24と反力制御室25の供給圧を制御するようにしても良い。この場合には、センサによってベーンロータ14と環状ハウジング15の相対回動角をより直接的に検出することができるため、位相角の制御精度をさらに高めることができる。
Of course, a dedicated sensor for obtaining the relative rotation angle between the
図18,図19は、この発明の第2の実施形態と第3の実施形態を夫々示すものである。
これらの実施形態の電動機1は、いずれも位相変更手段12の回動機構111,211の構成が第1の実施形態のものと異なっており、他の構成は第1の実施形態のものとほぼ同様とされている。したがって、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。
18 and 19 show a second embodiment and a third embodiment of the present invention, respectively.
The
図18に示す第2の実施形態の回動機構111は、回転軸4の外面に一体回転可能にスプライン嵌合されたボビン状の内筒部材112(第1部材)と、内筒部材112の外周側に配置された円筒状の外筒部材113(第2部材)とを備え、この外筒部材113が内周側回転子6の内周面に一体に嵌合固定されるとともに、内筒部材112の軸方向外側の両側壁112a,112aが、外筒部材113と内周側回転子6の両側の側端部を跨ぐ一対のドライブプレート114,114(第1部材)を介して外周側回転子5に一体に結合されている。この回動機構111の場合、内筒部材112は回転軸4と外周側回転子5に一体化され、外筒部材113は内周側回転子6に一体化されている。
The
内筒部材112の両側壁112aの外周面には外筒部材113が摺動自在に嵌合され、内筒部材112と外筒部材113の間に、作動油が導入される円筒状の導入空間115が形成されている。外筒部材113の内周面の軸方向略中間位置には、径方向内側に突出する肉厚部113a(筒部)が形成され、この肉厚部113aの内周面と内筒部材112の軸部112bの略半部(図中左側領域)の外周面には夫々逆向きのヘリカルスプライン116,117が形成されている。そして、内筒部材112の軸部112aと外筒部材113の間には、両者の内周と外周の各ヘリカルスプライン117,116に係合されるリングギヤ118が介装されている。なお、リングギヤ118の内周面と外周面には内筒部材112と外筒部材113のヘリカルスプライン117,116に噛合されるヘリカルスプラインが形成されているが、これらのヘリカルスプラインは図中符号を省略するものとする。
A cylindrical introduction space into which the
また、リングギヤ118は一端が封止壁119で連結された二重円筒状に形成され、リングギヤ118の封止壁119のある側の外周壁の一端は筒状に延出し、その延出端には径方向外側に突出するフランジ部120が設けられている。このフランジ部120の外周面は、外筒部材113のヘリカルスプライン116の形成されていない略半部の内周面にシールリング121を介して摺動自在に嵌合されている。このリングギヤ118の一端の封止壁119からフランジ部120にかけては導入空間115内を前後2室に隔成するピストン122を構成し、こうしてピストン122で隔成された一方の部屋が位相制御室24、他方の部屋が反力制御動室25とされている。そして、位相制御室24と反力制御室25は、内筒部材112から回転軸4に亘って形成された位相制御側給排通路26と反力制御側給排通路27に夫々接続されている。位相制御側給排通路26と反力制御側給排通路27は第1の実施形態と同様の油圧制御装置(図示省略)に接続されている。
Further, the
この実施形態の回動機能111の場合、位相角の変更に際しては、第1の実施形態と同様にして位相制御室24と反力制御室25の圧力が制御される。この各圧力制御については、重複する内容であるため説明を一部省略するものとする。この点に関しては第3の実施形態についても同様である。
位相制御室24に作動油が供給された場合には、ピストン122を含むリングギヤ118が導入空間115内を一方から他方に移動し、このとき、リングギヤ118にヘリカルスプライン117,116で係合される内筒部材112と外筒部材113が一方に相対回転して、内周側回転子6を外周側回転子5に対して進角側若しくは遅角側に回転させる。また、逆に、位相制御室24から作動油が排出された場合には、ピストン122を含むリングギヤ118が導入空間115内を他方から一方に移動し、同様にして内周側回転子6を外周側回転子5に対して遅角側若しくは進角側に回転させる。
In the case of the
When hydraulic oil is supplied to the
この回動機構111の場合、簡単な構造でありながら油圧制御装置によって制御された油圧によって内周側回転子5と外周側回転子6とを所望の位置に確実に相対回動させることができる。
なお、ここで説明した図9に示す実施形態においては、導入空間115を2室に隔成するピストン122がリングギヤ118と一体に形成されているが、ピストンとリングギヤは夫々別体で形成し、両者を連結部材で結合するようにしても良い。
In the case of the
In the embodiment shown in FIG. 9 described here, the
また、図19に示す第3の実施形態の回動機構211は、回転軸4の外面に一体回転可能にスプライン嵌合された内側ブロック212(第1部材)と、この内側ブロック212の外周側に配置される略筒状の外側ブロック213(第2部材)とを備え、この外側ブロック213が内周側回転子6の内周面に一体に嵌合固定されるとともに、内側ブロック212の軸方向の端部が、外側ブロック213と内周側回転子6の側端部を跨ぐ図示しないドライブプレート(第1部材)を介して外周側回転子5に一体に結合されている。この回動機構211の場合、内側ブロック212は回転軸4と外周側回転子5に一体化され、外側ブロック213は内周側回転子6に一体化されている。
Further, the
内側ブロック212には、径方向外側に張り出す一対のアーム部212aが設けられ、この各アーム部212aの先端に、回転軸4を中心とする円周の略接線方向に沿い互いに相反する回転方向に開口する第1のシリンダ214と第2のシリンダ215が形成されている。そして、両アーム部212aの第1のシリンダ214と第2のシリンダ215には第1のピストン216と第2のピストン217が進退自在に嵌合され、これらの各シリンダ214,215には対応するピストン216,217を進退作動させるための作動油が給排されるようになっている。第1のシリンダ214は電動機1の主回転方向に向かって開口して、第1のピストン216との間で位相制御室24を形成し、第2シリンダ215は主回転方向と逆向きに開口して、第2のピストン217との間で反力制御室25を形成している。そして、位相制御室24と反力制御室25は、内側ブロック212から回転軸4に亘って形成された給排通路を介して第1の実施形態と同様の油圧制御装置に接続されている。また、各ピストン216,217は頂部216a,217aが封止された略円筒状に形成され、頂部216a,217aの外側面が球面状に形成されている。
The
一方、外側ブロック213は、内周側回転子6に嵌合固定される円筒状のベース部213aと、このベース部213aの内周面から径方向内側に膨出する一対の隆起部213b,213bが設けられている。各隆起部213bには、回転軸4の略半径方向に沿い、内側ブロック212の第1のピストン216の頂部216aに当接する第1の荷重伝達壁218と、同様に回転軸4の半径方向に沿い、内側ブロック212の第2のピストン217の頂部217aに当接する第2の荷重伝達壁219が形成されている。
On the other hand, the
この実施形態の場合、例えば、進角側作動室24に作動油が供給されると、図19に示すように内側ブロック212の第1のピストン216が突出する一方で第2のピストン217が後退し、このとき、第1のピストン216が外側ブロック213の第1の荷重伝達壁218を押圧し、外側ブロック213を内側ブロック212に対して進角方向に回転させる。これにより、外側ブロック213と一体の内周側回転子6が、内側ブロック212と一体の外周側回転子5に対して進角方向に回転する。また、この状態から逆に遅角側作動室25に作動油が供給されて進角側作動室24から作動油が排出されると、第2のピストン217が突出する一方で第1のピストン216が後退し、第2のピストン217が外側ブロック213の第2の荷重伝達壁219を押圧することによって内側回転子6を外側回転子5に対して遅角方向に回転させる。
In the case of this embodiment, for example, when hydraulic oil is supplied to the advance
この回動機構211の場合にも、やはり簡単な構造でありながら、油圧によって内周側回転子5と外周側回転子6とを確実に相対回動させることができる。
Even in the case of the
なお、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
上記の各実施形態においては、温度による磁気反力の特性変化について特別な対策を講じていないが、例えば、永久磁石の近傍に温度センサを設置し、その温度センサの検出値に応じて位相制御室と反力制御室の制御圧を補正するようにしても良い。このように温度に応じて制御圧を補正するようにした場合には、温度変化の影響を受けることなく常に正確に位相角を制御することができる。温度センサの検出値に応じた位相制御室と反力制御室の制御圧の補正は、例えば、温度に応じて制御マップを変える等によって行うことができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention.
In each of the above embodiments, no special measures are taken for the change in the characteristics of the magnetic reaction force due to temperature. For example, a temperature sensor is installed in the vicinity of the permanent magnet, and phase control is performed according to the detection value of the temperature sensor. You may make it correct | amend the control pressure of a chamber and a reaction force control chamber. Thus, when the control pressure is corrected according to the temperature, the phase angle can always be accurately controlled without being affected by the temperature change. Correction of the control pressure of the phase control chamber and the reaction force control chamber according to the detection value of the temperature sensor can be performed, for example, by changing the control map according to the temperature.
1…電動機
5…外周側回転子
6…内周側回転子
9…永久磁石
12…位相変更手段
14…ベーンロータ(第1部材)
15…環状ハウジング(第2部材)
16…ドライブプレート(第1部材)
18…ベーン
23…導入空間
24…位相制御室
25…反力制御室
36…位相コントローラ(制御手段)
112…内筒部材(第1部材)
112a…軸部
113…外筒部材(第2部材)
113a…肉厚部(筒部)
114…ドライブプレート(第1部材)
115…導入空間
118…リングギヤ
122…ピストン
212…内側ブロック(第1部材)
213…外側ブロック(第2部材)
214…第1のシリンダ
215…第2のシリンダ
216…第1のピストン
217…第2のピストン
218…第1の荷重伝達壁
219…第2の荷重伝達壁
DESCRIPTION OF
15 ... Annular housing (second member)
16 ... Drive plate (first member)
18 ...
112 ... Inner cylinder member (first member)
112a ...
113a ... Thick part (cylinder part)
114 ... Drive plate (first member)
115:
213 ... Outer block (second member)
214 ...
Claims (8)
この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように永久磁石が配設された外周側回転子と、
前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段と、を備えた電動機であって、
前記位相変更手段は、
作動油が導入されて前記内周側回転子と外周側回転子に相対的な位相操作力を付与する位相制御室と、
作動油が導入されて前記内周側回転子と外周側回転子に前記位相操作力に抗する反力を付与する反力制御室と、
前記位相制御室と反力制御室に導入する作動油の圧力を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記相対的な位相の操作が可能な領域において、前記内周側回転子および前記外周側回転子に配設された永久磁石同士の磁気反力と、前記反力制御室の作動油による前記反力との合力が、前記相対的な位相の変化に対して単調増加、若しくは、単調減少するように前記反力制御室の圧力を制御することを特徴とする電動機。 An inner rotor on which permanent magnets are arranged along the circumferential direction;
An outer peripheral rotor disposed coaxially and relatively rotatably on the outer peripheral side of the inner peripheral rotor, and a permanent magnet disposed along the circumferential direction;
A phase changing means for changing the relative phase of the inner and outer rotors by relatively rotating the inner rotor and the outer rotor,
The phase changing means includes
A phase control chamber in which hydraulic oil is introduced to give a relative phase operation force to the inner and outer rotors;
A reaction force control chamber in which hydraulic oil is introduced to apply a reaction force against the phase operation force to the inner and outer rotors;
Control means for controlling the pressure of hydraulic oil introduced into the phase control chamber and the reaction force control chamber;
With
In the region where the relative phase operation is possible , the control means includes a magnetic reaction force between permanent magnets disposed on the inner rotor and the outer rotor, and a reaction force control chamber. An electric motor characterized by controlling the pressure in the reaction force control chamber so that a resultant force with the reaction force due to hydraulic oil monotonously increases or monotonously decreases with respect to the relative phase change .
前記制御手段は、この位相角検出手段の検出値に基づいて前記反力制御室の圧力を制御することを特徴とする請求項1に記載の電動機。 Phase angle detection means for detecting a relative phase angle between the inner rotor and outer rotor is provided,
2. The electric motor according to claim 1, wherein the control unit controls the pressure in the reaction force control chamber based on a detection value of the phase angle detection unit.
前記第1部材と第2部材のうちの一方に、前記導入空間に摺動自在に配置されて前記導入空間内を2室に隔成するベーンが突設され、
前記ベーンで隔成される2室によって前記位相制御室と反力制御室が構成されてい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。 A hydraulic oil introduction space is provided between a first member that rotates integrally with the outer circumferential rotor and a second member that rotates integrally with the inner circumferential rotor,
One of the first member and the second member is provided with a vane that is slidably disposed in the introduction space and separates the introduction space into two chambers,
5. The electric motor according to claim 1, wherein the phase control chamber and the reaction force control chamber are configured by two chambers separated by the vane.
前記第1部材と第2部材のうちの他方に、前記軸部の外側を囲繞する筒部が設けられ、
内周面と外周面が前記軸部と筒部に夫々ヘリカルスプライン係合するリングギヤが設けられ、
前記第1部材と第2部材の間に作動油の導入空間が設けられ、
この導入空間に摺動自在に収容されて前記導入空間内を2室に隔成するピストンが設けられるとともに、
このピストンが前記リングギヤと一体変位可能に連結され、
前記ピストンで隔成される2室によって前記位相制御室と反力制御室が構成されてい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。 A shaft portion is provided on one of a first member that rotates integrally with the outer circumferential rotor and a second member that rotates integrally with the inner circumferential rotor,
The other of the first member and the second member is provided with a cylindrical portion surrounding the outside of the shaft portion,
A ring gear is provided in which an inner peripheral surface and an outer peripheral surface are helically spline-engaged with the shaft portion and the cylindrical portion, respectively.
An introduction space for hydraulic oil is provided between the first member and the second member,
A piston that is slidably accommodated in the introduction space and that separates the introduction space into two chambers is provided,
This piston is connected to the ring gear so as to be integrally displaceable,
5. The electric motor according to claim 1, wherein the phase control chamber and the reaction force control chamber are configured by two chambers separated by the piston.
この第1のシリンダと第2のシリンダに第1のピストンと第2のピストンが夫々進退自在に設けられ、
前記第1部材と第2部材のうちの他方に、前記両回転子の略半径方向に沿い夫々前記第1のピストンと第2のピストンの頂部に当接する第1の荷重伝達壁と第2の荷重伝達壁が設けられ、
前記第1のシリンダと第1のピストンの間と、前記第2のシリンダと第2のピストンの間で前記位相制御室と反力制御室が夫々構成されてい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。 One of the first member that rotates integrally with the outer circumferential rotor and the second member that rotates integrally with the inner circumferential rotor is mutually reciprocal along a substantially tangential direction of the circumference around the rotation axis. A first cylinder and a second cylinder facing the rotating direction are provided,
A first piston and a second piston are respectively provided in the first cylinder and the second cylinder so as to freely advance and retract,
The other of the first member and the second member is provided with a first load transmission wall and a second load abutting on tops of the first piston and the second piston, respectively, along a substantially radial direction of the two rotors. A load transmission wall is provided,
2. The phase control chamber and the reaction force control chamber are formed between the first cylinder and the first piston and between the second cylinder and the second piston, respectively. The electric motor of any one of -4.
この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿うように永久磁石が配設された外周側回転子を備え、
前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する電動機の位相制御方法であって、
前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させるべき目標位相角を決定する目標位相角決定ステップと、
前記内周側回転子と外周側回転子の現在の相対的な位相角を検出する現在位相角検出ステップと、
前記目標位相角と現在の位相角に応じて、前記内周側回転子と外周側回転子の相対的な位相を変化させるための位相操作力を付与するように作動油を供給する位相制御圧供給ステップと、
前記目標位相角と現在の位相角に応じて、前記位相操作力に抗する反力を付与し、前記相対的な位相の操作が可能な領域において、前記内周側回転子および前記外周側回転子に配設された永久磁石同士の磁気反力と、前記位相操作力に抗する前記反力との合力が、前記相対的な位相の変化に対して単調増加、若しくは、単調減少するように作動油を供給する反力制御圧供給ステップと、を有することを特徴とする電動機の位相制御方法。 An inner rotor on which permanent magnets are arranged along the circumferential direction;
The outer peripheral side rotor is provided coaxially and relatively rotatably on the outer peripheral side of the inner peripheral side rotor, and a permanent magnet is provided along the circumferential direction.
A phase control method for an electric motor in which the inner rotor and the outer rotor are rotated relative to each other to change the relative phase between the rotor and the rotor.
A target phase angle determination step for determining a target phase angle to relatively rotate the inner circumferential rotor and the outer circumferential rotor;
A current phase angle detection step of detecting a current relative phase angle of the inner and outer rotors;
In accordance with the phase angle of the target phase angle and current, the phase control pressure for supplying the hydraulic fluid to apply a phase operating force for changing a relative phase of the inner periphery side rotor and the outer periphery side rotor A supply step;
A reaction force against the phase operation force is applied according to the target phase angle and the current phase angle, and the inner circumferential rotor and the outer circumferential rotation are performed in a region where the relative phase operation is possible. The resultant force of the magnetic reaction force between the permanent magnets arranged on the child and the reaction force against the phase operation force is monotonously increased or monotonously decreased with respect to the relative phase change. And a reaction force control pressure supply step for supplying hydraulic oil.
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