JP5171782B2

JP5171782B2 - 動力システム

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Publication number: JP5171782B2
Application number: JP2009232795A
Authority: JP
Inventors: 広太笠岡; 典行阿部; 重光圷; 秀暁岩下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-10-06
Also published as: JP2011079408A

Description

本発明は、複数のロータを有する回転機を用いた動力機構とその制御装置を備えた動力システムに関する。

従来より、複数のロータを有する回転機として、例えば、第１回転軸に連結された第１ロータと、第２回転軸に連結された第２ロータと、ステータとを備えた回転機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された回転機においては、第１回転軸と第２回転軸が同心状に配置されており、第１ロータ及び第２ロータとステータは、第１回転軸の径方向に内側からこの順で配置されている。そして、第１ロータは、周方向に並んだ複数の第１永久磁石及び第２永久磁石を有しており、第１永久磁石及び第２永久磁石は、第１ロータの軸線方向に並列して配置されている。

また、第２ロータは、各々が周方向に並んだ複数の第１コア及び第２コアを有している。第１コア及び第２コアは軟磁性体で構成されており、第１コアは第１ロータの第１永久磁石側の部分とステータの間に配置され、第２コアは第１ロータの第２永久磁石側の部分とステータの間に配置されている。

また、ステータは、周方向に回転する第１回転磁界及び第２回転磁界を生じさせるように構成され、第１回転磁界は第１ロータの第１永久磁石側の部分との間に発生し、第２回転磁界は第１ロータの第２永久磁石側の部分との間に発生する。第１永久磁石及び第２永久磁石の磁極の数と、第１回転磁界及び第２回転磁界の磁極の数と、第１コア及び第２コアの数とは、同一に設定されている。

そして、ステータへの電力供給による第１回転磁界及び第２回転磁界の発生に伴なって、第１回転磁界及び第２回転磁界の磁極と第１永久磁石及び第２永久磁石の磁極により、第１コア及び第２コアが磁化されることによって、これらの要素の間に磁力線が発生する。また、この磁力線の磁力による作用により、第１ロータ及び第２ロータが駆動されて、第１回転軸及び第２回転軸から動力が出力される。

特開２００８−６７５９２号公報

特許文献１に記載された回転機は、その構成上、複数の第１コアから成る第１軟磁性体列と複数の第２コアから成る第２軟磁性体列を備えることが必須であるため、回転機が大型化するという不都合があった。さらに、特許文献１に記載された電動機は、その構成上、第１回転磁界及び第２回転磁界の回転速度と第２ロータの回転速度との速度差と、第２ロータの回転速度と第１ロータの回転速度との速度差とが同じになる速度関係しか成立しないため、設計の自由度が低いという不都合があった。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができると共に、設計の自由度を高めることができる回転機を用いた動力機構と、この動力機構の作動を適切に制御する制御装置とを備えた動力システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、前記第２ロータと接続された原動機と、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機とを備えた動力システムに関する。

前記第１回転機においては、ステータの複数の電機子磁極による回転磁界が発生すると、第２ロータのコア部が電機子磁極と第１ロータの磁極によって磁化されて、磁極とコア部と電機子磁極を結ぶ磁力線が発生する。

この場合、前記第１回転機を例えば以下の条件(a)及び(b)の下で構成したときには、回転磁界、第１ロータ、及び第２ロータ間の速度と位置の関係は、次のように表される。また、第１回転機の等価回路は図１２のように示される。

(a) ステータ１００がＵ，Ｖ，Ｗの３相の電機子１０１，１０２，１０３を有する。

(b) 電機子磁極が２個、第１ロータ１１０の磁極１１１の数が４、すなわち、電機子磁極のＮ極及びＳ極を１組とする極対数が１、磁極のＮ極及び及びＳ極を１組とする極対数が２、第２ロータ１２０のコア部が３個（１２１，１２２，１２３）である。

なお、本明細書で用いる「極対」は、Ｎ極及びＳ極の１組を意味する。

この場合、３個のコア部のうちの第１コア１２１を通過する磁極の磁束Ψ_k1は、以下の式（１）で表される。

但し、Ψ_f：磁極の磁束の最大値、θ₁：Ｕ相コイルに対する磁極の回転角度位置、θ₂：Ｕ相コイルに対する第１コア１２１の回転角度位置。

そのため、第１コア１２１を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_u1は、上記式（１）にcosθ₂を乗じた以下の式（２）で表すことができる。

同様に、第２コア１２２を通過する磁極の磁束Ψ_u2は、次式（３）で表される。

Ｕ相コイルに対する第２コア１２２の回転角度位置は、第１コア１２１に対して２π／３だけ進んでいるため、上記式（３）では、θ₂に２π／３が加算されている。

したがって、第２コア１２２を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_u2は、上記式（３）にcos(θ+２π／３）を乗じた以下の式（４）で表される。

同様に、第３コア１２３のコア部１２３を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_u3は、以下の式（５）で表される。

図１２に示した第１回転機では、コア部１２１，１２２，１２３を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_uは、上記式（２），式（４），式（５）で表される磁束Ψ_u1，Ψ_u2，Ψ_u3を足し合わせた以下の式（６）で表される。

また、上記式（６）を一般化すると、第２ロータ１２０のコア部１２１，１２２，１２３を介してＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_uは、以下の式（７）で表される。

但し、ａ：第１ロータの磁極の極対数、ｂ：第２ロータのコア部の数、ｃ：ステータの電機子磁極の極対数。

また、上記式（７）を変形すると、以下の式（８）が得られる。

上記式（８）において、ｂ＝ａ＋ｃとすると共に、cos(θ+2π）＝cosθにより整理すると、以下の式（９）が得られる。

上記式（９）をさらに整理すると以下の式（１０）が得られる。

上記式（１０）の右辺の第２項の値は、ａ−ｃ≠０を条件として整理すると、以下の式（１１）に示したようにゼロとなる。

また、上記式（１０）の右辺の第３項の値も、ａ−ｃ≠０を条件として整理すると、以下の式（１２）に示したようにゼロとなる。

以上により、ａ−ｃ≠０のときには、第２ロータ１２０のコア部１２１，１２２，１２３を介してステータ１００のＵ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_Uは、以下の式（１３）で表される。

また、上記式（１３）において、ａ／ｃ＝αとすると、以下の式（１４）が得られる。

さらに、上記式（１４）において、ｃ・θ₂＝θ_e2とすると共に、ｃ・θ₁＝θ_e1とすると、以下の式（１５）が得られる。

ここで、θ_e2は、Ｕ相コイルに対するコア部の回転角度位置θ₂に、電機子磁極の極対数ｃを乗じていることから明らかなように、Ｕ相コイルに対するコア部の電気角度位置を表している。また、θ_e1は、Ｕ相コイルに対する第１ロータ１１０の磁極の回転角度位置θ₁に、電機子磁極の極対数ｃを乗じていることから明らかなように、Ｕ相コイルに対する磁極の電気角度位置を表している。

同様にして、コア部を介してＶ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_vは、Ｖ相コイルの電気角度位置がＵ相コイルに対して電気角２π／３だけ遅れていることから、以下の式（１６）で表される。

また、コア部を介してＷ相コイルを通過する磁極の磁束Ψ_wは、Ｗ相コイルの電気角度位置がＵ相コイルに対して電気角２π／３だけ進んでいることから、以下の式（１７）で表される。

また、上記式（１５）〜式（１７）で表される磁束Ψ_u，Ψ_v，Ψ_wを時間微分すると、以下の式（１８）〜式（２０）が得られる。

但し、ω_e1：θ_e1の時間微分値（ステータに対する第１ロータの角速度を電気角速度に変換した値）、ω_e2：θ_e2の時間微分値（ステータに対する第２ロータの角速度を電気角速度に変換した値）。

ここで、コア部１２１，１２２，１２３を介さずにＵ相〜Ｗ相のコイルを直接通過する磁束は極めて小さく、その影響は無視できる。そのため、コア部１２１，１２２，１２３を介してＵ相〜Ｗ相のコイルをそれぞれ通過する磁極の磁束Ψ_u，Ψ_v，Ψ_w（上記式（１８）〜式（２０））の時間微分値dΨ_u/dt，dΨ_v/dt，dΨ_w/dtは、ステータ１００の電機子列に対して、第１ロータ１１０の電極及び第２ロータ１２０のコア部が回転（移動）するのに伴なって、Ｕ相〜Ｗ相のコイルに発生する逆起電圧（誘導起電圧）をそれぞれ表す。

このことから、Ｕ相のコイルに流れる電流Ｉ_u，Ｖ相のコイルに流す電流Ｉ_v，Ｗ相のコイルに流れる電流Ｉ_wは、以下の式（２１），式（２２），式（２３）で表される。

但し、Ｉ：Ｕ相〜Ｗ相のコイルを流れる電流の振幅（最大値）である。

また、上記式（２１）〜式（２３）により、Ｕ相コイルに対する回転磁界のベクトルの電気角度位置θ_mfは以下の式（２４）で表され、Ｕ相コイルに対する回転磁界の電気角速度ω_mfは以下の式（２５）で表される。

よって、Ｕ相のコイルに電流Ｉ_u、Ｖ相のコイルに電流Ｉ_v、Ｗ相のコイルに電流Ｉ_wが流れることによって、第１ロータ及び第２ロータに出力される機械的出力（動力）Ｗは、リラクタンス分を除くと、以下の式（２６）で表される。

上記式（２６）に、上記式（１８）〜式（２３）を代入して整理すると、以下の式（２７）が得られる。

さらに、この機械的出力Ｗと、磁極を介して第１ロータに伝達されるトルク（以下、第１トルクという）Ｔ₁と、コア部を介して第２ロータに伝達されるトルク（以下、第２トルクという）Ｔ₂と、第１ロータの電気角速度ω_e1及び第２ロータの電気角速度ω_e2との関係は、以下の式（２８）で表される。

上記式（２７）と式（２８）とを比較することにより、第１トルクＴ₁と第２トルクＴ₂は、以下の式（２９），式（３０）で表される。

また、電機子列に供給された電力及び回転磁界の電気角速度ω_ｍｆと等価のトルクを駆動用等価トルクＴ_eとすると、電機子列に供給された電力と機械的出力Ｗは、損失を無視すれば等しくなるため、上記式（２５）と式（２７）の関係から、駆動用等価トルクＴ_eは以下の式（３１）で表される。

さらに、上記式（２９）〜式（３１）より、以下の式（３２）が得られる。

上記式（３２）で表されるトルクの関係、及び上記式（２５）で表される電気角速度の関係は、遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤ及びキャリアにおける回転速度及びトルクの関係と全く同じである。

さらに、上述したように、ｂ＝ａ＋ｃ及びａ−ｃ≠０を条件として、上記式（２５）の電気角速度の関係及び上記式（３２）のトルクの関係が成立する。この条件ｂ＝ａ＋ｃは、磁極の数をｐ、電気子磁極の数をｑとすると、ｂ＝（ｐ＋ｑ）／２、すなわち、ｂ／ｑ＝（１＋ｐ／ｑ）／２で表される。

ここで、ｐ／ｑ＝ｍとすると、ｂ／ｑ＝（１＋ｍ）／２となることから、上述したｂ＝ａ＋ｃという条件が成立していることは、電機子磁極の数と磁極の数とコア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２であることを示している。また、上述したａ−ｃ≠０という条件が成立していることは、ｍ≠１．０であることを示している。

本発明の第１回転機機においては、所定回転方向の所定区間で、電機子磁極の数と磁極の数とコア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（ｍ≠１．０）に設定されているので、上記式（２５）に示した電気角速度の関係、及び上記式（３２）に示したトルクの関係が成立し、第１回転機が適正に作動することがわかる。

また、上述した従来の場合と異なり、第２ロータが単一のコア部の列だけで構成されているため、第１回転機の小型化を図ることができる。さらに、上記式（２５）及び式（３２）から明らかなように、α＝ａ／ｃ、すなわち、電機子磁極の極対数に対する磁極の極対数の比を設定することによって、回転磁界、第１ロータ、及び第２ロータ間の電気角速度の関係と、ステータ、第１ロータ、及び第２ロータ間のトルクの関係を任意に設定することができる。

したがって、第１回転機の設計の自由度を高めることができる。そして、これらの効果は、複数の電機子のコイルの相数が上述した３相以外の場合であっても同様に得ることができる。そして、その上で、前記第２ロータと接続された前記原動機と、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力及び前記第１回転機との間での電力の授受が可能な前記第２回転機とを備えることで、前記駆動軸と前記原動機と前記第１回転機と前記第２回転機を１共線３要素の態様で動作させる動力機構を、小型化と設計の自由度を高めて構成することができる。

［第１発明］
第１発明は、上述した前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機とを有する動力機構と、所定の要求出力又は要求トルクが前記駆動軸に出力されるように、前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機のうちの少なくとも前記第２回転機を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

第１発明において、前記第２回転機は、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成されている。そのため、前記制御装置によって、少なくとも前記第２回転機を制御することにより、前記駆動軸に直接的に動力を伝達するか、或いは前記第１回転機との電力の入出力を介して前記第１回転機を作動させることにより、前記駆動軸に前記要求出力又は前記要求トルクを生じさせることができる。

［第２発明］
第２発明は、上述した前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機とを有する動力機構と、所定の要求出力又は要求トルクに対して、前記第１回転機と前記原動機から前記駆動軸に出力される出力又はトルクの過不足分を、前記第２回転機の出力又はトルクで補うように、前記第２回転機を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

第２発明において、前記第２回転機は、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成されている。そのため、前記要求出力又は要求トルクに対して、前記第１回転機と前記原動機から前記駆動軸に出力される出力又はトルクが不足するときに、前記制御装置により前記第２回転機を制御して、前記駆動軸に直接的に動力を伝達するか、或いは前記第１回転機との電力の入出力を介して前記第１回転機を作動させることにより、前記駆動軸に前記要求出力又は前記要求トルクを生じさせることができる。

［第３発明］
第３発明は、上述した前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機とを有する動力機構と、前記駆動軸の要求トルクに応じて前記第１回転機を制御することによって前記第１ロータに出力されるトルクと、該駆動軸の要求トルクとの差に基づいて、前記第２回転機により前記回転軸に出力させるトルクを設定する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

第３発明においては、前記第１ロータは前記駆動軸に接続され、前記第２回転機は、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成されている。

そのため、前記要求トルクに応じて前記第１回転機を制御することにより前記第１ロータに出力されるトルクと、前記要求トルクとの差に基づいて、前記第２回転機により前記駆動軸に出力するトルクを設定することにより、前記駆動軸の出力トルクを前記要求トルクに近づけることができる。

［第４発明］
第４発明は、上述した前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機とを有する動力機構と、前記駆動軸の要求トルクに応じて設定された前記原動機の目標回転速度と、前記原動機の実回転速度との差を減少させるように前記第１回転機を制御し、該制御により前記第１回転機の第１ロータに出力されるトルクと、前記要求トルクとの差を減少させるように、前記第２回転機により前記駆動軸に出力させるトルクを制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

第４発明においては、前記第１ロータは前記駆動軸に接続され、前記第２回転機は、前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成されている。そのため、前記原動機の目標回転速度と実回転速度との差を減少させるように前記第１回転機を制御すると共に、前記第１回転機の第１ロータに出力されるトルクと前記駆動軸の要求トルクとの差を減少させるように、前記第２回転機により前記駆動軸に出力するトルクを制御することによって、前記駆動軸の回転速度と出力トルクを制御することができる。

［第５発明］
第５発明は、上述した前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機とを有する動力機構と、前記駆動軸の要求出力に応じて前記原動機の要求出力を設定し、該原動機の要求出力に基づいて設定した前記原動機の目標回転速度と、前記原動機の実回転速度との差を減少させるように、前記第１回転機を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

第５発明においては、前記第１回転機の前記第１ロータが前記駆動軸に接続されている。そのため、前記原動機の目標回転速度と前記原動機の実回転速度との差を減少させるように、前記制御装置により前記第１回転機を制御することによって、前記原動機の実回転速度を前記目標回転速度に速やかに収束させることができる。

［第６発明］
第６発明は、第５発明において、前記第１回転機又は前記第２回転機に駆動用電力を供給すると共に、前記原動機の出力軸の回転により前記第１回転機又は前記第２回転機で生じる発電電力により充電される蓄電手段を備え、前記制御装置は、前記駆動軸要求出力と前記蓄電手段に対する電力の入出力要求とに基づいて、前記原動機に対する要求出力を設定することを特徴とする。

第６発明においては、前記蓄電手段に対する電力の入力要求に応じて前記原動機の出力を増加させる必要がある。また、前記蓄電手段に対する電力の出力要求に応じて前記原動機の出力を減少させることが可能である。そこで、前記制御装置によって、前記要求出力と前記蓄電手段に対する電力の入出力要求とに基づいて、前記原動機の目標出力を設定することにより、該電力の入出力要求に適合した出力を前記原動機に出力させることができる。

［第７発明］
第７発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの速度を検出する第１速度検出手段と、前記第２ロータの速度を検出する第２速度検出手段と、前記電機子電極により発生する回転磁界の速度が、前記第２ロータの速度に（１＋ｍ）を乗じた値と前記第１ロータにｍを乗じた値との差に、同期するように前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

上記式（２５）のαはａ（磁極の極対数）／ｃ（電機子磁極の極対数）であるため、ｍ（＝磁極の数／電機子磁極の数）と等しくなる。そのため、上記式（２５）は以下の式（３３）で表される。

但し、ω_mf：回転磁界の電気角速度、ω_e2：第２ロータの電気角速度、ω_e1：第１ロータの電気角速度、ｃ：電機子磁極の極対数、ω₂：第２ロータの速度（機械角速度）、ω₁：第１ロータの速度（機械角速度）。

そこで、前記制御装置により、前記電機子電極により発生する回転磁界の速度が、前記第２ロータの速度に（ｍ＋１）を乗じた値と前記第１ロータの速度との差に、同期するように前記第１回転機を制御することによって、前記第１回転機における前記ステータの電機子電極により発生する回転磁界の速度と前記第１ロータの速度と前記第２ロータの速度との相対的な速度関係を制御することができる。

［第８発明］
第８発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、前記電機子電極により発生する回転磁界の位置が、前記第２ロータの位置に（１＋ｍ）を乗じた値と前記第１ロータの位置にｍを乗じた値との差で表される位置となるように、前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

上記式（２４）のαはａ（磁極の極対数）／ｃ（電機子磁極の極対数）であるため、ｍ（＝磁極の数／電機子磁極の数）と等しくなる。そのため、上記式（２４）は以下の式（３４）で表される。

但し、θ_mf：回転磁界の電気角度位置、θ_e2：第２ロータの電気角度位置、θ_e1：第１ロータの電気角度位置、ｃ：電機子磁極の極対数、θ₂：第２ロータの位置（機械角度位置）、θ₁：第１ロータの位置（機械角度位置）。

そこで、前記制御装置により、前記電機子電極により発生する回転磁界の電気角度位置が、前記第２ロータの電気角度位置に（ｍ＋１）を乗じた値と、前記第１ロータの電気角度位置にｍを乗じた値との差を用いて表される値となるように、前記第１回転機を制御することによって、前記第１回転機における前記ステータの電機子磁極により発生する回転磁界の電気角度位置と前記第１ロータの位置と前記第２ロータの位置との間の相対的な位置関係を制御することができる。

［第９発明］
第９発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、前記第２ロータの検出位置に（１＋ｍ）を乗じた値と、前記第１ロータの検出位置にｍを乗じた値との差に、回転磁界の極対数を乗じた値で表される位置を、通電位相角として前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

第９発明において、前記第２ロータの検出位置に（１＋ｍ）を乗じた値と、前記第１ロータの検出位置にｍを乗じた値との差は、前記第２ロータと前記第１ロータの機械的な相対位置を示すものとなる。そして、この差に前記電機子磁極の対極数を乗じることで、上記式（３４）で示したように、前記第１ロータと前記第２ロータの電気角度位置に対応した、回転磁界の位置を算出することができる。そのため、このようにして算出した回転磁界の位置を通電位相角として前記第１回転機を制御することにより、前記ステータの電機子磁極により発生する回転磁界の電気角度位置と前記第１ロータの位置と前記第２ロータの位置との間の相対的な位置関係を制御することができる。

［第１０発明］
第１０発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、前記ステータに対する前記第１ロータ位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第１ロータの電気角位置を設定すると共に、前記ステータに対する前記第２ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第２ロータの電気角位置を設定し、前記第１ロータの電気角位置に（ｍ＋１）を乗じた値と、前記第２ロータの電気角位置にｍを乗じた値との差で表される位置を、通電位相角として前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

第１０発明によれば、上記第９発明と同様に、上記式（３４）の関係を満たすように、前記ステータの電機子磁極により発生する回転磁界の電気角度位置と前記第１ロータの位置と前記第２ロータの位置との間の相対的な位置関係を制御することができる。

［第１１発明］
第１１発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、前記電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ステータに対する前記第１ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第１ロータの電気角位置を設定すると共に、前記ステータに対する前記第２ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第２ロータの電気角位置を設定し、前記第１ロータの電気角位置に（ｍ＋１）を乗じた値と、前記第２ロータの電気角位置にｍを乗じた値との差で表される電気角検知位置に基づいて、前記第１回転機を、直交２軸の回転座標系の等価回路に変換して扱い、各軸の電機子に流れる電流の目標値と検出値との差を減少させるように、各軸の電機子に供給する電圧の目標値を決定し、該決定した電圧の目標値を、前記電気角検知位置に基づいて多相交流電圧に変換して前記第１回転機の電機子に供給する多相交流電圧の目標値を設定する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

第１１発明によれば、上記式（３４）の関係を満たす電気角度位置である前記回転角度位置に基づいて、前記第１回転機を直交２軸の回転座標系の等価回路に変換して扱うことで、前記第１回転機を、１個のロータを有する一般的な第１回転機と同様に扱って通電制御を行うことができる。

［第１２発明］
第１２発明は、第１発明から第６発明において、前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、前記電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記第１回転機を、前記第１ロータの検出位置及び前記第２ロータの検出位置に基づいて、直交２軸の回転座標系の等価回路に変換して扱い、各軸の電機子に流れる電流の目標値と検出値との差を減少させるように、各軸の電機子に供給する電圧を制御すると共に、一方の軸の電機子に供給する電圧を、他方の電機子に流れる電流により該一方の軸の電機子に生じる電圧分を相殺する補正を行って、前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする。

第６発明によれば、前記直交２軸の各軸の電機子の通電制御を行うときに、一方の軸の電機子に流れる電流により他方の軸の電機子に生じる電圧分を相殺する補正を行って、各軸の電機子に供給する電圧を設定することにより、各軸の電機子間で生じる干渉を回避して、各軸の電機子の通電制御を独立して行うことができる。

第１回転機の概略構造を縦断面により示した図。図１に示した第１回転機に備えられたステータ、第１ロータ、及び第２ロータを、これらの周方向に展開して示した図。図１に示した第１回転機を用いて構成された動力機構と、その制御装置とを備えた動力システムの構成図。図３に示した動力機構の速度共線図。図３に示した制御装置の第１実施形態の構成図。図３に示した制御装置の第２実施形態の構成図。第１回転機制御部の構成図。第１回転機のモデルのブロック図。図９に示した電流制御部の第１態様の構成図。図９に示した電流制御部の第２態様の構成図。回転機の等価回路を示した図。

本発明の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

先ず、図１〜図２を参照して、本実施の形態で用いられる第１回転機３の構成と機能について説明する。

図１を参照して、第１回転機３はＰＤＵ（Power Drive Unit）１０と接続され、ＰＤＵ１０及びＶＣＵ（Voltage Control Unit）１３を介して、バッテリ１１（本発明の蓄電手段に相当する）との間で電力の授受を行う。また、後述する第１回転機制御部６０により、第１回転機３の作動が制御される。

第１回転機３は、そのハウジング６内に回転自在に支承された第１ロータ５１、及び第２ロータ５３を同軸心に備えている。また、第１回転機３のハウジング６内に、ステータ５３が固定されている。

この場合、ステータ５３は、第１ロータ５１に対向して第１ロータ５１の周囲に配置されている。また、第２ロータ５２は、第１ロータ５１とステータ５３との間に、これらと非接触状態で回転するように配置されている。そのため、第１ロータ５１、第２ロータ５２、及びステータ５３は、同心円状に配置されている。

なお、以下では、特に断らない限り、「周方向」は第１回転機３の軸心部（第１ロータ５１の軸心部）から延在している主軸２５の軸心周り方向を意味し、「軸心方向」は主軸２５の軸心方向を意味するものとする。

ステータ５３は、その内側の第１ロータ５１及び第２ロータ５２に対して作用させる回転磁界を発生する複数の電機子５３３を有し、複数の鋼板を積層して円筒状に形成された鉄芯（電機子鉄芯）５３１と、この鉄芯５３１の内周面部に装着された３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）分のコイル（電機子巻線）５３２とを備えている。鉄芯５３１は主軸２５と同軸心に外挿されて、ハウジング６に固定されている。

Ｕ，Ｖ，Ｗの各相のコイル５３２は、各コイル５３２と鉄芯５３１とにより個々の電機子５３３を構成している。これらのＵ，Ｖ，Ｗの３相分のコイル５３２は、周方向に並ぶようにして鉄芯５３１に装着されている（図２参照）。これにより、複数（３の倍数個）の電機子５３３を周方向に並べた電機子列が構成されている。

この電機子列の３相分のコイル５３２は、３相の交流電流を通電したときに、鉄芯５３１の内周面部に、周方向に等間隔で並び、且つ周方向に回転する複数（偶数）の電機子磁極が発生するように配列されている。この電機子磁極の列は、周方向で、Ｎ極及びＳ極が交互に並ぶ配列（互いに隣り合う任意の２つの電機子磁極が異なる極性となる配列）である。ステータ５３は、この電機子磁極列の回転によって、鉄芯５３１の内側に回転磁界を発生するものである。

３相分のコイル５３２は、ＰＤＵ１０及びＶＣＵ１３を介してバッテリ１１に接続され、ＰＤＵ１０を介してコイル５３２とバッテリ１１との間の電力の授受（コイル５３２に対する電気エネルギーの入出力）が行われる。また、第１回転機制御部６０により、ＰＤＵ１０を介してコイル５３２の通電を制御することによって、回転磁界の発生形態（回転磁界の回転速度や磁束強度）を制御することができる。

図２に示したように、第１ロータ５１は、軟磁性体から成る円筒状の基体５１１と、基体５１１の外周面に固着された複数（偶数）の永久磁石（磁石磁極，本発明の磁極に相当する）とを備えている。基体５１１は、例えば鉄板又は鋼板を積層して形成されている。そして、この基体５１１がステータ５３の鉄芯５３１の内側で主軸２５に外挿され、主軸２５と一体に回転するように主軸２５に固定されている。

また、第１ロータ５１の複数の永久磁石５１２は、周方向に等間隔で配列されている。この永久磁石５１２の配列によって、第１ロータ５１の外周面部に、ステータ５３の鉄芯５３１の内周面部に対向して周方向に並ぶ複数の磁極からなる磁極列が構成されている。この場合、図２中の（Ｎ），（Ｓ）で示したように、周方向で互いに隣り合う２つの永久磁石５１２，５１２の外表面部（ステータ５３の鉄芯５３１の内周面部に対応する面部）の磁極は、互いに異なる磁性の磁極となっている。すなわち、第１ロータ５１の複数の永久磁石５１２の配列によって、第１ロータ５１の外周面部に形成される磁極列は、Ｎ極及びＳ極が交互に並ぶ配列となっている。

なお、第１ロータ５１の基体５１１及び永久磁石５１２の長さ（主軸２５の軸心方向の長さ）は、ステータ５３の鉄芯５３１の軸心方向の長さと同程度とされている。

第２ロータ５２は、軟磁性体から成る複数のコア５２１（本発明のコア部に相当する）を、ステータ５３と第１ロータ５１との間に、これらと非接触状態で配列して構成された軟磁性体列を備えている。この軟磁性体列を構成する複数のコア５２１は、コア５２１よりも透磁率が低い部分５２２を挟んで周方向に等間隔で配列されている。

各コア５２１は、例えば複数の鋼板を積層して形成されている。そして、これらのコア５２１から成る軟磁性体列は、主軸２５に形成された環状のフランジ２７に固定されている。これにより、第２ロータ５２は、主軸２５と一体に回転するようになっている。

なお、上記軟磁性体列を構成する各コア５２１の長さ（主軸２５の軸心方向の長さ）は、ステータ５３の鉄芯５３１の軸心方向の長さと同程度とされている。

また、第１回転機３のステータ５３の電機子磁極の個数をｐ、第１ロータ５１の磁極の個数（永久磁石５１２の個数）をｑ、第２ロータ５２の軟磁性体のコア５２１の個数をｒとしたときに、これらのｐ，ｑ，ｒは、以下の式（３５）の関係を満たすように設定されている。

但し、ｍ≠１。なお、ｐ，ｑは偶数であり、ｍは正の有理数である。

この場合、例えば、ｐ＝４、ｑ＝８、ｒ＝６、ｍ＝２に設定すれば、上記式（３５）の関係が満たされる。

以上のように第１回転機３のステータ５３の電機子磁極の個数ｐと、第２ロータ５２のコア５２１の個数ｑと、第１ロータ５１の磁極の個数（永久磁石５１２の個数）ｒとが、上記式（３５）の関係を満たすように構成された第１回転機３では、第１ロータ５１及び第２ロータ５２の両方又は一方の回転時に、第１ロータ５１の磁極から第２ロータ５２のコア５２１を経由してステータ５３の各相のコイル５３２に作用する磁束（鎖交磁束）の時間的変化率ｄΨ_u／dt，ｄΨ_v／dt，ｄΨ_w／dt（但し、Ψ_uはＵ相、Ψ_vはＶ相、Ψ_wはＷ相の各コイルに作用する鎖交磁束）は、以下の式（３６）、式（３７）、式（３８）により表される。

但し、Ψ_f：第１ロータ５１の磁極の磁束の最大値、θ_e2：ステータ５３の３相コイル５３２のうちの１つの基準コイル（例えば、Ｕ相のコイル）に対する第２ロータ５２の電気角度位置、ω_e2：第２ロータ５２の電気角速度、θ_e1：上記基準コイルに対する第１ロータ５１の電気角度位置、ω_e1：第１ロータ５１の電気角速度。

なお、上記式（３６）〜式（３８）では、第１ロータ５１の１つの磁極が上記基準コイルに対向する状態でのθ_e1の値を“０”とし、第２ロータ５２の１つのコア５２１が上記基準コイルに対応する状態でのθ_e2の値を“０”としている。また、上記“電気角度”は、機械角に電機子磁極の極対数（Ｎ極及びＳ極の対の個数（＝ｐ／２））を乗じた角度を意味する。

この場合、第１ロータ５１の磁極から、第２ロータ５２のコア５２１を経由せずに直接的に各コイル５３２に作用する磁束は、コア５２１を経由する磁束に対して微小であるので、上記式（３６）〜式（３８）のｄΨ_u／dt，ｄΨ_v／dt，ｄΨ_w／dtは、ステータ５３に対する第１ロータ５１や第２ロータ５２の回転に伴なって、各相のコイル５３２に発生する逆起電力（誘起電圧）を表すものとなる。

そこで、本実施形態では、ステータ５３のコイル５３２の通電によって発生する回転磁界の磁束ベクトルの回転角度位置θ_mf（電気角での回転角度位置）と、その時間的変化率（微分値）である角速度ω_mf（電気角速度）とが、それぞれ、以下の式（３９），式（４０）の関係を満たすように、ステータ５３のコイル５３２の通電電流を第１回転機制御部６０によりＰＤＵ１０を介して制御する。

但し、θ_mf：回転磁界の磁束ベクトルの回転角度位置、θ_e2：第２ロータ５２の電気角度位置、θ_e1：第１ロータ５１の電気角度位置、ｃ：電機子磁極の対極数、θ₂：第２ロータ５２の機械角度位置、θ₁：第１ロータ５１の機械角度位置。

但し、ω_mf：回転磁界の磁束ベクトルの角速度、ω_e2：第２ロータ５２の電気角速度、ω_e1：第１ロータ５１の電気角速度、ｃ：電機子磁極の対極数、ω₂：第２ロータ５２の機械角速度、ω₁：第１ロータ５１の機械角速度。

上記のように、ステータ５３に回転磁界を発生させることにより、第１回転機３の運転を適切に行なって、第１ロータ５１及び第２ロータ５２にトルクを発生させることができる。このとき、ステータ５３のコイル５３２への供給電力（入力電力）又はコイル５３２からの出力電力を、回転磁界の電気角での角速度ω_mfで除したものを、この回転磁界の等価トルクＴ_mf（以下、回転界磁等価トルクＴ_mfという）と定義し、第１ロータ５１に発生するトルクをＴ1、第２ロータ５２に発生するトルクをＴ2としたときに、Ｔ_mf，Ｔ1，Ｔ2の間には、以下の式（４１）の関係が成立する。なお、ここでは、銅損、鉄損等によるエネルギー損失は無視し得る程度に微小であるとする。

上記式（４０）により示される角速度の相互関係、及び上記式（４１）により示されるトルクの相互関係は、シングルピニオン型の遊星歯車装置のサンギヤ，リングギヤ，キャリアの回転速度の相互関係、及びトルクの相互関係と同じ関係となる。すなわち、電機子磁極及び第１ロータ５１の一方がサンギヤ、他方がリングギヤに対応し、第２ロータ５２がキャリアに対応する。

したがって、第１回転機３は、遊星歯車装置としての機能（より一般的には、差動装置としての機能）を持つことになり、電機子磁極と第１ロータ５１と第２ロータ５２の回転が、式（４１）で示される共線関係を保って行われる。

そして、この場合、第１回転機３は、一般の遊星歯車機構と同様にエネルギーの分配・合成機能を持つ。すなわち、ステータ５３と第２ロータ５２のコア５２１（軟磁性体）と第１ロータ５１の永久磁石５１２との間で形成される磁気回路を介して、ステータ５３のコイル５３２と第２ロータ５２と第１ロータ５１との間でのエネルギーの分配・合成が可能となる。

例えば、第１ロータ５１及び第２ロータ５２に負荷を与えた状態で、ステータ５３のコイル５３２に電力（電気エネルギー）を供給して回転磁界を発生させることにより、コイル５３２に供給した電気エネルギーを、上記磁気回路を介して第１ロータ５１及び第２ロータ５２の回転運動エネルギーに変換して、第１ロータ５１及び第２ロータ５２を回転駆動する（第１ロータ５１及び第２ロータ５２にトルクを発生させる）ことができる。この場合、コイル５３２に入力される電気エネルギーは、第１ロータ５１及び第２ロータ５２に分配される。

また、例えば、第１ロータ５１を外部から回転駆動する（第１ロータ５１に外部から回転運動エネルギーを与える）と共に、第２ロータ５２に負荷を与えた状態で、ステータ５３のコイル５３２から電気エネルギーを出力させる（コイル５３２による発電を行う）ように回転磁界を発生させることにより、上記磁気回路を介して第２ロータ５２の回転運動エネルギーとコイル５３２の発電エネルギーとに変換し、第２ロータを回転駆動すると共に、コイル５３２による発電を行うことができる。この場合、第１ロータ５１に入力されるエネルギーが、第２ロータ５２とコイル５３２とに分配される。

さらに、例えば、第１ロータ５１を外部から回転駆動する（第１ロータ５１に外部から回転運動エネルギーを与える）と共に、第２ロータ５２に負荷を与えた状態で、ステータ５３のコイル５３２に電気エネルギーを供給して回転磁界を発生させることにより、第１ロータ５１に供給した回転運動エネルギーとコイル５３２に供給した電気エネルギーとを、上記磁気回路を介して第２ロータの回転運動エネルギーに変換し、第２ロータ５２を回転駆動することができる。この場合、第１ロータ５１に入力されるエネルギーとコイル５３２に供給されるエネルギーとが合成されて、第２ロータ５２に伝達される。

このように、第１回転機３においては、第１ロータ５１及び第２ロータ５２の各回転運動エネルギーと、コイル５３２の電気エネルギーとの間の相互変換を行いつつ、第１ロータ５１、第２ロータ５２、及びコイル５３２との間で、エネルギーの分配と合成を行うことが可能である。

次に、図３，４を参照して、上述した第１回転機３を用いて構成された動力システムの構成と機能について説明する。

図３を参照して、本実施の形態の動力システムは、車両（図示しない）の左右の駆動輪２４，２４を駆動するものであり、動力原であるエンジン２０（本発明の原動機に相当する）と、動力機構３０と、動力機構３０における協調制御を行う制御装置２００とを備えている。

制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等により構成された電子ユニットであり、該ＣＰＵに動力機構の制御用プログラムを実行させることによって、該ＣＰＵが、第１回転機３の作動を制御する第１回転機制御部６０、第２回転機４の作動を制御する第２回転機制御部２５０、エンジン２６０の作動を制御するエンジン制御部２６０、及び、第１回転機３と第２回転機４とエンジン２０の協調制御を行う協調制御部２１０として機能する。

また、制御装置２００は、バッテリ１１（本発明の蓄電手段に相当する）に入出される電圧を変圧するＶＣＵ（Voltage Control Unit）、第１回転機３に対する駆動電力の供給と第１回転機で生じる発電電力の回収を行うＰＤＵ（Power Drive Unit）、及び、第２回転機４に対する駆動電力の供給と第２回転機で生じる発電電力の回収を行うＰＤＵを備えている。

動力機構３０は、２個のロータ（第１ロータ５１及び第２ロータ５２）を有する第１回転機３と、１個のロータ（ロータ４１）を有する第２回転機４を用いて構成されている。エンジン２０の出力軸２６は軸受け２６ａにより回転自在に支持されている。また、主軸２５は軸受け２５ａ，２５ｂにより回転自在に支持されて、出力軸２６と同一軸線上に配置されている。

第１回転機３の第１ロータ５１及び第２回転機４のロータ４２は、主軸２５と一体に回転自在に連結されている。また、第１回転機３の第２ロータ５２は、エンジン２０の出力軸２６と一体に回転自在に連結されている。また、主軸２５は伝達機構２１を介して差動ギヤ機構２２と連結されている。

第１回転機３は上述したように遊星歯車装置としての機能を有している。そのため、動力機構３０は、図４に示した１共線３要素の共線の関係を保って作動する構成となっている。

図４は、第２回転機４の回転速度ＭＧ2（＝駆動輪２４，２４の回転速度）と、エンジン２０の回転速度ＥＮＧと、第１回転機３の回転速度ＭＧ1との速度線図である。この場合、第１回転機３の回転速度ＭＧ1及び第２回転機４の回転速度ＭＧ2を制御することによって、エンジン２０の回転速度ＥＮＧに対する駆動輪２４，２４の回転速度ＯＵＴＰＵＴを無段階に変速することができる。

また、図４に示したように、第１動力システムの第１回転機３と第２回転機４の間、及び第２動力システムの第１回転機３と第２回転機５の間では、発電電力の授受（電気パス）によるエネルギーの分配も可能である。

次に、図５を参照して、図３に示した協調制御部２１０の第１の実施形態の構成（図中２１０ａで示す）と機能について説明する。

協調制御部２１０ａには、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量Ap、駆動軸２３の回転速度（車両の走行速度）Vcar、バッテリ１１の要求電力Bat_req（バッテリ１１の充電状態等により決定される）、及びエンジン２０の回転速度Vengが入力される。そして、協調制御部２１０は、これらの入力に基いて、第１回転機３に対するトルク指令値Mg1Tr_cと、第２回転機３に対するトルク指令値Mg2Tr_cと、エンジン２０に対する出力要求値EngPw_reqとを決定する。

協調制御部２１０ａは、アクセルペダルの踏み込み量Apと駆動軸２３の回転速度Vcarに対して、最適な駆動軸要求トルクDrvTr_reqを選択する駆動軸要求トルクマップ２１１、駆動軸要求トルクDrvTr_reqに駆動軸２３の回転速度Vcarを乗じて、駆動軸要求出力DrvPw_reqを出力する乗算器２１２、駆動軸要求出力DrvPw_reqにバッテリ１１の要求電力Bat_reqを加えて、エンジン要求出力EngPw_reqを出力する加算器２１３、エンジン要求出力EngPw_reqに対して、エンジン２０の最適な目標回転速度EngV_tgtを選択するエンジン効率マップ２２０、エンジン２０の目標回転速度EngV_tgtと実回転速度Vengとの差を算出する減算器２２１、及びエンジン２０の目標回転速度EngV_tgtと実回転速度Vengとの差を減少させるための第１回転機３の第２ロータ５２に対するトルク指令値Mg1R2Tr_cを算出する回転速度制御器２２２を備えている。

さらに、協調制御部２１０ａは、第１回転機３の第２ロータ５２に対するトルク指令値Mg1R2Tr_cに、１／（１＋α）（αは、第１回転機３のステータ４３の電機子磁極の極対数に対する第１ロータ５１の磁極の極対数の比）を乗じて、第１回転機３のステータ５３に対するトルク指令値である第１回転機トルク指令値Mg1Tr_cを出力する分配器２２４、第１回転機３の第２ロータ５２に対するトルク指令値Mg1R2Tr_cに、α／（１＋α）を乗じて、第１回転機３の第１ロータ５１に対するトルク指令値Mg1R1Tr_cを出力する分配器２２３、及び、駆動軸要求トルクDrvTr_reqから第１回転機３の第１ロータ５１に対するトルク指令値Mg1R1Tr_cを減じて、第２回転機４に対するトルク指令値Mg2Tr_cを出力する減算器２１４を備えている。

なお、駆動軸要求トルクマップ２１１及びエンジン効率マップ２２０は、実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基づいて作成され、これらのマップのデータは予めメモリ（図示しない）に保持されている。また、駆動軸要求トルクマップ２１１に代えて、アクセルペダルの踏み込み量Ap及び駆動軸２３の回転速度Vcarを入力して、駆動軸要求トルクDrvTr_reqを算出する相関式を用いてもよい。また、エンジン効率マップ２２０に代えて、エンジン要求出力EngPw_reqを入力して、エンジン２０の目標回転速度EngV_tgtを算出する相関式を用いてもよい。

以上の構成により、協調制御部２１０ａは、アクセルの踏み込み量Apと、車両の状況（駆動軸２３の回転速度Vcar，エンジン２０の回転速度Veng，バッテリ１１の要求電力Bat_req）とに応じて、エンジン２０を効率良く運転させるように、第１回転機３に対するトルク指令値Mg1Tr_cと、第２回転機３に対するトルク指令値Mg2Tr_cと、エンジン２０に対する出力要求値EngPw_reqとを適切に決定することができる。

次に、図６を参照して、図３に示した協調制御部２１０の第２の実施形態の構成（図中、２１０ｂで示す）と機能について説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の協調制御部２１０ｂは、図６に示した駆動軸要求トルクマップ２１１に代えて、駆動軸要求出力マップ２３０を備えている。駆動軸要求出力マップ２３０は、アクセルペダルの踏み込み量Apと駆動軸２３の回転速度Vcarに対して、最適な駆動軸要求出力DrvPw_reqを出力する。そして、協調制御部２１０ｂは、駆動軸要求出力DrvPw_reqを駆動軸２３の回転速度Vcarで除して駆動軸要求トルクDrvTr_reqを出力する除算器２３１を備えている。

このようにして、駆動軸要求出力DrvPw_reqと駆動軸要求トルクDrvTr_reqが出力された後の処理は、上述した第１の実施形態の協調制御部２１０ａと同様である。

なお、駆動軸要求出力マップ２３０は、実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基づいて作成され、駆動軸要求出力マップ２３０のデータは予めメモリ（図示しない）に保持されている。また、駆動軸要求出力マップ２３０に代えて、アクセルペダルの踏み込み量Ap及び駆動軸２３の回転速度Vcarを入力して、駆動軸要求出力DrvPw_reqを算出する相関式を用いてもよい。

なお、上述した第１の実施形態の協調制御部２１０ａと第２の実施形態の協調制御部２１０ｂにおいて、バッテリ１１の要求電力Bat_reqを考慮しない場合、及びエンジン２０の回転速度Vengを考慮しない場合、すなわち、第２回転機４のみを制御する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、上述した第１の実施形態の協調制御部２１０ａと第２の実施形態の協調制御部２１０ｂでは、エンジン２０の実回転速度Vengと目標回転速度EngV_tgtとの差を減少させる回転速度のフィードバック制御を行う構成としたが、エンジン２０の目標回転速度と、他の回転要素の速度共線図での関係から、第１回転機の回転磁界の目標回転速度を設定し、この目標回転速度と第１回転機の実回転速度との差を減少させる回転速度のフィードバック制御を行う構成としてもよい。

また、上記記載における「接続」や「連結」は、減速機、増速機、変速機、クラッチ等を介して行ってもよい。

また、上記各種の演算処理で使用される変数に対して、マップやフィルタ等を用いて適宜の補正を行うようにしてもよい。

また、図６の乗算器２１２や図７の除算器２３１に代えて、マップを用いて駆動軸出力や駆動軸トルクを求める構成としてもよい。

また、トルク要求値ではなく、駆動輪の半径等を考慮して、平進方向の力の要求値を用いてもよい。

また、第１回転機及び第２回転機のトルクは電機子コイルの通電量で制御されるため、トルク要求として電流要求を用いてもよい。

また、車両の運転者のフィーリングを考慮する等の目的を果たすために、アクセルの踏み込み量になまし処理等の補正を適宜行ってもよい。

また、第１回転機及び第２回転機に、ロータの内側にステータを配置したアウターロータ構成の回転機を用いてもよい。

また、回転速度は、所定時間あたり移動角度で表してもよく、所定時間あたりの回転数で表してもよい。

次に、図７〜図１０を参照して、第１回転機制御部６０の構成と動作について説明する。図８を参照して、第１回転機制御部６０は、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により第１回転機３のステータ５３の各相のコイルの通電電流（相電流）を制御する。すなわち、第１回転機制御部６０は、第１回転機３のステータ５３の３相分のコイルを、２相直流の回転座標であるｄ−ｑ座標系での等価回路に変換して取り扱う。

ステータ５３に対応する等価回路は、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。そして、ｄ−ｑ座標系は、３相コイルのうちの基準コイルに対するｄ軸の位相を、上記式（３９）により算出される回転角度位置θ_mfとし、ｄ軸と直交する方向をｑ軸として、第１ロータ５１及び第２ロータ５２と共に回転する回転座標系となる。

第１回転機制御部６０は、位置センサ７０（レゾルバ、エンコーダ等）により検出される第１ロータ５１の機械角度位置θ₁と、位置センサ７１により検出される第２ロータ５２の機械角度位置θ₂とにより、上記式（３９）により、回転角度位置θ_mfを算出する電気角変換器６７と、相電流センサ７２，７３により検出されるＵ相電流検出値ｉ_u_sとＷ相電流検出値ｉ_w_sを、回転角度位置θ_mfに基づいて、ｄ軸電機子のコイルに流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の検出値であるｄ軸電流検出値ｉ_d_s、及びｑ軸電機子のコイルに流れる電流（以下、ｑ軸電流という）の検出値であるｑ軸電流検出値ｉ_q_sに変換する３相／ｄｑ変換器６５と、回転角度位置θ_mfを微分して電気角速度ω_mfを算出する電気角速度算出器６６とを備えている。

さらに、第１回転機制御部６０は、外部から与えられるｄ軸電流の指令値であるｄ軸電流指令値ｉ_d_cとｄ軸電流検出値ｉ_d_sとの差Δｉ_dを求める減算器６１と、外部から与えられるｑ軸電流の指令値であるｑ軸電流指令値ｉ_q_cとｑ軸電流検出値ｉ_q_sとの差Δｉ_qを求める減算器６２と、Δｉ_dを減少させるようにｄ軸電機子のコイルの端子間電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖ_d_c、及びΔｉ_qを減少させるようにｑ軸電機子のコイルの端子間電圧の指令値であるｑ軸電圧指令値Ｖ_q_cを決定する電流制御器６３と、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d_c及びｑ軸電圧指令値Ｖ_q_cを、回転角度位置θ_mfに基づいて、３相電圧の指令値であるＵ相電圧指令値Ｖ_u_c，Ｖ相電圧指令値Ｖ_v_c，Ｗ相電圧指令値Ｖ_w_cに変換するｄｑ／３相変換器６４とを備えている。

また、ＰＤＵ１０は、Ｖ_u_c，Ｖ_v_c，Ｖ_w_cに応じて、インバータを構成するスイッチング素子（トランジスタ等）をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、第１回転機３のステータ５３の３相コイルの通電制御を実行する。

次に、ｄ−ｑ座標系における第１回転機３のモデルの電圧方程式は、以下の式（４２）で表される。

但し、Ｖ_d：ｄ軸電圧、Ｖ_q：ｑ軸電圧、ｉ_d：ｄ軸電流、ｉ_q：ｑ軸電流、Ｒ_a：ｄ軸電機子及びｑ軸電機子のコイルの抵抗、Ｌ_d：ｄ軸電機子のコイルのインダクタンス、Ｌ_q：ｑ軸電機子のコイルのインダクタンス、Ψ_a：誘起電圧定数、ω：回転磁界の磁束ベクトルの角速度。

図９は、上記式（４２）の関係をブロック線図で表したものである。図９に示したように、ｄ軸電流ｉ_dにより生じる電圧成分８１（ｉ_d・（ωＬ_d＋ωΨ_a））が、減算器８２でｑ軸電圧Ｖ_qから減じられる。また、ｑ軸電流ｉ_qにより生じる電圧成分８３（ｉ_q・ωＬ_q）が、加算器８０でｄ軸電圧Ｖ_dに加えられる。

このように、ｄ軸電圧Ｖ_dはｑ軸電流ｉ_qの影響を受け、また、ｑ軸電圧Ｖ_qはｄ軸電流ｉ_dの影響を受ける。そのため、ｄ軸電流ｉ_dとｑ軸電流ｉ_qを独立して制御することができない。

そこで、電流制御器６３は、図１０に示したように、ｄ軸とｑ軸間の干渉を回避するための非干渉制御器９０ａを備えている。非干渉制御器９０ａは、以下の式（４３）で示したように、ＰＩ（比例・積分）制御器９１によりΔｉ_dを減少させるように決定されるｄ軸電圧Ｖ_daから、減算器９２で干渉成分を減じて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d_cを算出する。

また、非干渉制御器９０ａは、以下の式（４４）で示したように、ＰＩ（比例・積分）制御器９１によりΔｉ_qを減少させるように決定されるｑ軸電圧Ｖ_qaから、加算器９３で干渉成分を加えて、ｑ軸電圧指令値Ｖ_q_cを算出する。

ここで、上記式（４２）から、ｉ_dとｉ_qは以下の式（４５），式（４６）で表される。

そして、上記式（４３）のＶ_d_cを上記式（４５）のＶ_dに代入し、また、上記式（４４）のＶ_q_cを上記式（４６）に代入して、ω＝ω_mfとすると、以下の式（４７），式（４８）の形になる。

上記式（４７），式（４８）により、ｄ軸電流及びｄ軸電圧の制御と、ｑ軸電流及びｑ軸電圧の制御を、１次系の伝達関数により独立して行うことができることがわかる。

次に、図１１は、図１０に示した非干渉制御器９０ａを非干渉制御器９０ｂに置き換えて構成したものである。

非干渉制御器９０ａは、ｄ軸電流検出値ｉ_d_s及びｑ軸電流検出値ｉ_q_sを用いて、干渉成分を算出したが、非干渉制御器９０ｂは、以下の式（４９），式（５０）で示したように、ｄ軸電流指令値ｉ_d_c及びｑ軸電流指令値ｉ_q_cを用いて干渉成分を算出する。

但し、ｉ_q_c：ｑ軸電流指令値。

但し、ｉ_d_c：ｄ軸電流指令値。

ここで、電流制御器６３は、ｄ軸電流指令値ｉ_d_cとｄ軸電流検出値ｉ_d_sとの差Δｉ_dを減少させるようにｄ軸電圧指令値Ｖ_d_cを決定すると共に、ｑ軸電流指令値ｉ_q_cとｑ軸電流検出値ｉ_q_cとの差Δｉ_qを減少させるようにｑ軸電圧指令値Ｖ_q_cを決定する。そのため、ｉ_d_c≒ｉ_d_sに制御され、また、ｉ_q_c≒ｉ_q_sに制御されている。

したがって、上述した非干渉制御器９０ａを用いる場合と同様に、ｄ軸とｑ軸間に生じる干渉を回避して、ｄ軸電流及びｄ軸電圧の制御と、ｑ軸電流及びｑ軸電圧の制御を、１次系の伝達関数により独立して行うことができる。

なお、本実施の形態では、電流制御器６３に非干渉制御器９０ａ，９０ｂを備えた構成を示したが、非干渉制御器９０ａ，９０ｂを備えない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、第１回転機３のステータ５３にＵ，Ｖ，Ｗの３相のコイルを備えたが、３相以外の相数のコイルによって、回転磁界（移動磁界）を発生させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、第１回転機制御部６０により、第１回転機３をｄ−ｑ座標系での等価回路に変換して制御したが、このような変換を行わない場合であっても、上記式（３９）又は上記式（４０）関係を維持するように、第１回転機３のステータ５３の３相コイル５３２の通電制御を行うことで、本発明の効果を得ることができる。

３…第１回転機、４…第２回転機、１１…バッテリ、２０…エンジン、２３…駆動軸、５１…第１回転機の第１ロータ、５２…第１回転機の第２ロータ、５３…第１回転機のステータ、６０…第１回転機制御部、６３…電流制御器、９０ａ，９０ｂ…非干渉制御器、２００…制御装置、２１０…協調制御部、２５０…第２回転機制御部、２６０…エンジン制御部、５１２…永久磁石、５２１…コア（軟磁性体）、５３２…コイル、５３３…電機子。

Claims

所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、
前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、
前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、
前記第２ロータと接続された原動機と、
前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機と、
所定の要求出力又は要求トルクが前記駆動軸に出力されるように、前記第１回転機と前記第２回転機と前記原動機のうちの少なくとも前記第２回転機を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする動力システム。
所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、
前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、
前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、
前記第２ロータと接続された原動機と、
前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機と、
所定の要求出力又は要求トルクに対して、前記第１回転機と前記原動機から前記駆動軸に出力される出力又はトルクの過不足分を、前記第２回転機の出力又はトルクで補うように、前記第２回転機を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする動力システム。
所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、
前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、
前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、
前記第２ロータと接続された原動機と、
前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機と、
前記駆動軸の要求トルクに応じて前記第１回転機を制御することによって前記第１ロータに出力されるトルクと、該駆動軸の要求トルクとの差に基づいて、前記第２回転機により前記回転軸に出力させるトルクを設定する制御装置と、
を備えたことを特徴とする動力システム。
所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、
前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、
前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、
前記第２ロータと接続された原動機と、
前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機と、
前記駆動軸の要求トルクに応じて設定された前記原動機の目標回転速度と、前記原動機の実回転速度との差を減少させるように前記第１回転機を制御し、該制御により前記第１回転機の第１ロータに出力されるトルクと、前記要求トルクとの差を減少させるように、前記第２回転機により前記駆動軸に出力させるトルクを制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする動力システム。
所定回転方向に並んだ複数の磁極で構成された磁極列を有する第１ロータと、
前記回転方向に並んだ複数の電機子を有して、前記磁極列と対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記回転方向に回転する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有するステータと、
前記磁極列と前記電機子列との間に位置し、コア部と該コア部よりも透磁率が低い部分が前記回転方向に交互に配置された第２ロータとを備え、
前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記コア部の数との比が、１：ｍ：（１＋ｍ）／２（但し、ｍ≠１．０）に設定され、前記第１ロータが駆動軸に接続された第１回転機と、
前記第２ロータと接続された原動機と、
前記駆動軸又は他の駆動部との間での動力の入出力と、前記第１回転機との間での電力の授受とが可能に構成された第２回転機と、
前記駆動軸の要求出力に応じて前記原動機の要求出力を設定し、該原動機の要求出力に基づいて設定した前記原動機の目標回転速度と、前記原動機の実回転速度との差を減少させるように、前記第１回転機を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする動力システム。
請求項５記載の動力システムにおいて、
前記第１回転機又は前記第２回転機に駆動用電力を供給すると共に、前記原動機の出力軸の回転により前記第１回転機又は前記第２回転機で生じる発電電力により充電される蓄電手段を備え、
前記制御装置は、前記駆動軸要求出力と前記蓄電手段に対する電力の入出力要求とに基づいて、前記原動機に対する要求出力を設定することを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの速度を検出する第１速度検出手段と、
前記第２ロータの速度を検出する第２速度検出手段と、
前記電機子電極により発生する回転磁界の速度が、前記第２ロータの速度に（１＋ｍ）を乗じた値と前記第１ロータにｍを乗じた値との差に、同期するように前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、
前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、
前記電機子電極により発生する回転磁界の位置が、前記第２ロータの位置に（１＋ｍ）を乗じた値と前記第１ロータの位置にｍを乗じた値との差で表される位置となるように、前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、
前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、
前記第２ロータの検出位置に（１＋ｍ）を乗じた値と、前記第１ロータの検出位置にｍを乗じた値との差に、回転磁界の極対数を乗じた値で表される位置を、通電位相角として前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、
前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、
前記ステータに対する前記第１ロータ位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第１ロータの電気角位置を設定すると共に、前記ステータに対する前記第２ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第２ロータの電気角位置を設定し、前記第１ロータの電気角位置に（ｍ＋１）を乗じた値と、前記第２ロータの電気角位置にｍを乗じた値との差で表される位置を、通電位相角として前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、
前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、
前記電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記ステータに対する前記第１ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第１ロータの電気角位置を設定すると共に、前記ステータに対する前記第２ロータの位置に前記回転磁界の極対数を乗じることによって、前記第２ロータの電気角位置を設定し、前記第１ロータの電気角位置に（ｍ＋１）を乗じた値と、前記第２ロータの電気角位置にｍを乗じた値との差で表される電気角検知位置に基づいて、前記第１回転機を、直交２軸の回転座標系の等価回路に変換して扱い、各軸の電機子に流れる電流の目標値と検出値との差を減少させるように、各軸の電機子に供給する電圧の目標値を決定し、該決定した電圧の目標値を、前記電気角検知位置に基づいて多相交流電圧に変換して前記電動機の電機子に供給する多相交流電圧の目標値を設定する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の動力システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１回転機を制御するための構成として、
前記第１ロータの位置を検出する第１位置検出手段と、
前記第２ロータの位置を検出する第２位置検出手段と、
前記電機子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記第１回転機を、前記第１ロータの検出位置及び前記第２ロータの検出位置に基づいて、直交２軸の回転座標系の等価回路に変換して扱い、各軸の電機子に流れる電流の目標値と検出値との差を減少させるように、各軸の電機子に供給する電圧を制御すると共に、一方の軸の電機子に供給する電圧を、他方の電機子に流れる電流により該一方の軸の電機子に生じる電圧分を相殺する補正を行って、前記第１回転機を制御する第１回転機制御部とを備えたことを特徴とする動力システム。