JP5172418B2 - Control device for electric motor system - Google Patents

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本発明は、界磁磁束を発生する永久磁石をそれぞれ有する2つのロータを備えた電動機と、それらのロータ間の相対回転を行わせる駆動力を両ロータ間に付与する位相差変更駆動手段とを備えた電動機システムの制御装置に関する。   The present invention includes an electric motor including two rotors each having a permanent magnet for generating a field magnetic flux, and phase difference change driving means for applying a driving force for performing relative rotation between the rotors between the rotors. The present invention relates to a control device for an electric motor system provided.

この種の電動機システムの制御装置としては、例えば特許文献1、2に見られるものが本願出願人により提案されている。   As the control device for this type of electric motor system, for example, those found in Patent Documents 1 and 2 have been proposed by the applicant of the present application.

これらの特許文献1,2に見られる電動機は、界磁磁束を発生する永久磁石をそれぞれ有する2つのロータである内ロータおよび外ロータと、出力軸とを同軸に備える。この場合、外ロータと出力軸とが一体に回転可能に連結されると共に、内ロータが外ロータおよび出力軸に対して相対回転可能に設けられている。そして、これらの特許文献1,2のものでは、遊星歯車機構を有するアクチュエータ装置によって(特許文献1)、あるいは、内ロータの内側に形成された油室を有する油圧式のアクチュエータ装置によって(特許文献2)、外ロータおよび出力軸に対する内ロータの相対回転を行わせ、両ロータ間の位相差を適宜変化させるようにしている。   The electric motors found in these Patent Documents 1 and 2 are coaxially provided with an inner rotor and an outer rotor, which are two rotors each having a permanent magnet for generating a field magnetic flux, and an output shaft. In this case, the outer rotor and the output shaft are integrally connected to be rotatable, and the inner rotor is provided to be rotatable relative to the outer rotor and the output shaft. And in these patent documents 1 and 2, by the actuator apparatus which has a planetary gear mechanism (patent document 1), or by the hydraulic actuator apparatus which has the oil chamber formed inside the inner rotor (patent document) 2) The inner rotor is rotated relative to the outer rotor and the output shaft, and the phase difference between the two rotors is changed as appropriate.

前記特許文献1,2のものでは、両ロータ間の位相差を推定し、その位相差の推定値を所要の目標値に一致させるようにように、アクチュエータ装置を動作させる。この場合、両ロータ間の位相差を推定するために、所謂d−qベクトル制御におけるdq座標系での電機子巻線の電流および電圧(d軸電流およびq軸電流の検出値とq軸電圧の指令値)と、電動機の出力軸の回転速度の観測値とから、これらの間に成立する関係式に基づいて電動機の誘起電圧定数の推定値が算出される。そして、この誘起電圧定数の推定値から、両ロータ間の位相差を推定するようにしている。
特開2007−288989号公報 特開2008−29123号公報
In Patent Documents 1 and 2, the phase difference between the rotors is estimated, and the actuator device is operated so that the estimated value of the phase difference matches the required target value. In this case, in order to estimate the phase difference between the two rotors, the current and voltage of the armature winding in the dq coordinate system in so-called dq vector control (the detected values of the d-axis current and the q-axis current and the q-axis voltage). Command value) and the observed value of the rotational speed of the output shaft of the motor, the estimated value of the induced voltage constant of the motor is calculated based on the relational expression established therebetween. The phase difference between the rotors is estimated from the estimated value of the induced voltage constant.
JP 2007-28889A JP 2008-29123 A

ところで、前記特許文献1,2のものでは、誘起電圧定数の推定値を求めるために、q軸電圧の指令値(目標値)を使用している。   By the way, in the said patent document 1, 2, in order to obtain | require the estimated value of an induced voltage constant, the command value (target value) of q-axis voltage is used.

しかしながら、電動機の通電制御は、通常、複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路を介して行われる。そして、各スイッチング素子の応答特性や導通時の抵抗など、各スイッチング素子の特性のばらつきに起因して、電動機の電機子巻線の実際の電圧は、一般に、目標値に対してばらつきを生じる。   However, the energization control of the electric motor is usually performed via an inverter circuit including a plurality of switching elements. The actual voltage of the armature winding of the motor generally varies with respect to the target value due to variations in characteristics of the switching elements such as response characteristics of the switching elements and resistance during conduction.

このため、前記特許文献1,2のものでは、誘起電圧定数の推定値に誤差を生じる場合がある。そして、このような場合には、電動機の出力トルクが目標とするトルクに対して過不足を生じたり、電動機の効率が低下するという不都合があった。   For this reason, in the thing of the said patent documents 1 and 2, an error may arise in the estimated value of an induced voltage constant. In such a case, the output torque of the motor is excessive or insufficient with respect to the target torque, and the efficiency of the motor is reduced.

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、2つのロータを備える電動機の誘起電圧定数や両ロータ間の位相差を精度よく推定しつつ、電動機システムの運転制御を良好に行うことができる電動機システムの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and can accurately perform operation control of an electric motor system while accurately estimating an induced voltage constant of an electric motor including two rotors and a phase difference between the two rotors. An object of the present invention is to provide a control device for an electric motor system.

さらに、該電動機システムの位相差変更駆動手段の動作異常の発生の有無を適切に検知することができる制御装置を提供することを目的とする。   Furthermore, it aims at providing the control apparatus which can detect appropriately the presence or absence of generation | occurrence | production of operation | movement abnormality of the phase difference change drive means of this electric motor system.

本発明の電動機システムの制御装置は、かかる目的を達成するために、界磁磁束を発生する永久磁石をそれぞれ有する第1ロータおよび第2ロータと、両ロータのうちの第1ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第2ロータが前記第1ロータに対して相対回転可能に設けられた電動機と、前記第2ロータの相対回転を行わせる駆動力を両ロータ間に付与することにより両ロータ間の位相差を変化させる位相差変更駆動手段とを備えた電動機システムにおいて、前記電動機の特性パラメータとしての該電動機の誘起電圧定数または前記両ロータ間の位相差の実際の値を推定し、その特性パラメータの推定値を用いて前記電動機システムの運転制御を行う制御装置であって、前記電動機の電機子巻線の電流を検出する電流検出手段と、前記電動機の電機子巻線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記電流検出手段、前記電圧検出手段および回転速度検出手段の出力を基に、前記特性パラメータの推定値を求める特性パラメータ推定手段とを備えたこと基本構成とする。 In order to achieve this object, the motor system control apparatus of the present invention rotates integrally with the first rotor and the second rotor each having a permanent magnet for generating a field magnetic flux, and the first rotor of the two rotors. And an output motor provided coaxially with each other, and an electric motor provided so that the second rotor can rotate relative to the first rotor, and a driving force for causing the second rotor to rotate relative to each other. And a phase difference change driving means for changing the phase difference between the two rotors by applying to the motor, an induced voltage constant of the motor as a characteristic parameter of the motor or an actual phase difference between the two rotors. A control device that controls the operation of the electric motor system using the estimated value of the characteristic parameter, and detects the current of the armature winding of the electric motor Current detection means, voltage detection means for detecting the voltage of the armature winding of the motor, rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft, the current detection means, the voltage detection means, and the rotation speed based on the output of the detection means, it shall be the basic configuration that includes a characteristic parameter estimating means for obtaining an estimated value of the characteristic parameter.

かかる基本構成によれば、前記特性パラメータ推定手段は、前記電流検出手段、前記電圧検出手段および回転速度検出手段の出力を基に、換言すれば、電機子巻線の実際の電流の検出値、実際の電圧の検出値、および出力軸の実際の回転速度の検出値を基に、前記特性パラメータの推定値を求める。このため、電動機の電機子巻線の通電制御用のインバータ回路のスイッチ素子の特性のばらつきなどに依存することなく、特性パラメータとしての前記誘起電圧定数または両ロータ間の位相差の推定値を精度よく求めることができる。 According to this basic configuration , the characteristic parameter estimation means is based on the outputs of the current detection means, the voltage detection means, and the rotation speed detection means, in other words, the detected value of the actual current of the armature winding, Based on the detected value of the actual voltage and the detected value of the actual rotational speed of the output shaft, the estimated value of the characteristic parameter is obtained. Therefore, the induced voltage constant or the estimated value of the phase difference between the two rotors as a characteristic parameter can be accurately determined without depending on variations in the characteristics of the switching elements of the inverter circuit for controlling the energization of the armature winding of the motor. You can often ask.

従って、前記基本構成によれば、2つのロータを備える電動機の誘起電圧定数や両ロータ間の位相差を精度よく推定しつつ、その推定値を用いて電動機システムの運転制御を良好に行うことができる。ひいては、電動機の所要の運転を安定且つ効率よく行うことができる。 Therefore, according to the basic configuration, it is possible to accurately control the operation of the motor system using the estimated value while accurately estimating the induced voltage constant of the motor including two rotors and the phase difference between the two rotors. it can. As a result, the required operation of the electric motor can be performed stably and efficiently.

なお、前記電流検出手段により検出する電流は、電動機の各相の電機子巻線の電流(相電流)でよいことはもちろんであるが、その相電流を、適宜の座標系(例えば、回転座標系であるd−q座標系や静止座標系であるα−β座標系など)に座標変換してなる電流であってもよい。同様に、前記電圧検出手段により検出する電圧は、電動機の各相の電機子巻線の電圧(相電圧)でよいことはもちろんであるが、その相電圧を、上記d−q座標系や、α−β座標系などの適宜の座標系に座標変換してなる電圧であってもよい。   Of course, the current detected by the current detecting means may be the current (phase current) of the armature winding of each phase of the motor, but the phase current is represented by an appropriate coordinate system (for example, rotational coordinates). Dq coordinate system that is a system, α-β coordinate system that is a stationary coordinate system, or the like). Similarly, the voltage detected by the voltage detection means may be the voltage (phase voltage) of the armature winding of each phase of the motor, but the phase voltage is expressed by the dq coordinate system, It may be a voltage obtained by coordinate conversion to an appropriate coordinate system such as an α-β coordinate system.

本発明では、より具体的には、次のような構成によって、特性パラメータの推定値を求めることができる。すなわち、前記電流検出手段が検出する前記電機子巻線の電流には、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束の方向をd軸、該d軸に直交する方向をq軸とするd−q座標系におけるd軸電流とq軸電流とが含まれると共に、前記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧には、前記d−q座標系におけるd軸電圧が含まれるようにする。そして、この場合には、前記特性パラメータ推定手段は、前記電流検出手段による前記d軸電流およびq軸電流のそれぞれの検出値と前記電圧検出手段による前記d軸電圧の検出値と前記回転速度検出手段による前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記d−q座標系におけるq軸上での前記電機子巻線のインダクタンスであるq軸インダクタンスと前記d軸電流およびq軸電流と前記d軸電圧と前記出力軸の回転速度との間の相関関係を表す所定の演算式に基づいて、前記q軸インダクタンスの推定値を求める手段と、該q軸インダクタンスの推定値と前記電流検出手段による前記q軸電流の検出値とから、前記特性パラメータとq軸インダクタンスとq軸電流との間の相関関係を表す所定の相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める手段とから構成することができる(第1発明)。 In the present invention , more specifically, the estimated value of the characteristic parameter can be obtained by the following configuration. That is, the current of the armature winding detected by the current detection means includes a d-axis as the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the two rotors, and a d-axis as a direction perpendicular to the d-axis. The d-axis current and the q-axis current in the −q coordinate system are included, and the voltage of the armature winding detected by the voltage detection unit includes the d-axis voltage in the dq coordinate system. To do. In this case, the characteristic parameter estimating means detects the detected value of the d-axis current and the q-axis current by the current detecting means, the detected value of the d-axis voltage by the voltage detecting means, and the rotational speed detection. From the detected value of the rotation speed of the output shaft by the means, the q-axis inductance which is the inductance of the armature winding on the q-axis in the dq coordinate system, the d-axis current, the q-axis current, and the d A means for obtaining an estimated value of the q-axis inductance based on a predetermined arithmetic expression representing a correlation between the shaft voltage and the rotation speed of the output shaft; and the estimated value of the q-axis inductance and the current detecting means. From the detected value of the q-axis current, based on predetermined correlation data representing the correlation between the characteristic parameter, the q-axis inductance, and the q-axis current, the characteristic parameter It can be composed of a means for obtaining an estimated value (first invention).

ここで、前記q軸インダクタンスと前記d軸電流およびq軸電流と前記d軸電圧と前記出力軸の回転速度との間との間には、ある演算式(前記所定の演算式)により表される相関関係が成立する。また、前記特性パラメータとq軸インダクタンスとq軸電流との間には、比較的顕著な相関性を有する。そこで、第1発明では、前記特性パラメータ推定手段は、前記d軸電流およびq軸電流のそれぞれの検出値と前記d軸電圧の検出値と前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記所定の演算式に基づいて、前記q軸インダクタンスの推定値を求める。そして、該特性パラメータ推定手段は、このq軸インダクタンスの推定値と前記q軸電流の検出値とから、前記相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める。これにより、該特性パラメータの推定値を適切に求めることができる。 Here, between the q-axis inductance, the d-axis current, the q-axis current, the d-axis voltage, and the rotation speed of the output shaft is expressed by a certain arithmetic expression (the predetermined arithmetic expression). A correlation is established. The characteristic parameter, the q-axis inductance, and the q-axis current have a relatively significant correlation. Therefore, in the first invention , the characteristic parameter estimation means is configured to determine the predetermined value from the detected values of the d-axis current and the q-axis current, the detected value of the d-axis voltage, and the detected value of the rotational speed of the output shaft. The estimated value of the q-axis inductance is obtained based on the following equation. The characteristic parameter estimation means obtains the estimated value of the characteristic parameter based on the correlation data from the estimated value of the q-axis inductance and the detected value of the q-axis current. Thereby, the estimated value of the characteristic parameter can be obtained appropriately.

あるいは、例えば次のような構成によって、特性パラメータの推定値を求めることもできる。すなわち、前記電流検出手段が検出する前記電機子巻線の電流には、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束の方向をd軸、該d軸に直交する方向をq軸とするd−q座標系におけるd軸電流とq軸電流とが含まれると共に、前記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧には、前記d−q座標系におけるq軸電圧が含まれるようにする。そして、この場合には、前記特性パラメータ推定手段は、前記電流検出手段による前記q軸電流の検出値と前記電圧検出手段による前記q軸電圧の検出値と前記回転速度検出手段による前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記d−q座標系におけるd軸上での前記電機子巻線のインダクタンスであるd軸インダクタンスと前記d軸電流との積と前記電動機の誘起電圧定数との総和を表す補助パラメータと、前記q軸電圧と、前記q軸電流と、前記出力軸の回転速度との間の相関関係を表す所定の演算式に基づいて、前記補助パラメータの推定値を求める手段と、該補助パラメータの推定値と前記電流検出手段による前記d軸電流の検出値とから、前記特性パラメータと補助パラメータとd軸電流との間の相関関係を表す所定の相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める手段とから構成することができる(第2発明)。 Or the estimated value of a characteristic parameter can also be calculated | required, for example with the following structures. That is, the current of the armature winding detected by the current detection means includes a d-axis as the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the two rotors, and a d-axis as a direction perpendicular to the d-axis. The d-axis current and the q-axis current in the −q coordinate system are included, and the voltage of the armature winding detected by the voltage detection unit includes the q-axis voltage in the dq coordinate system. To do. In this case, the characteristic parameter estimation unit is configured to detect the q-axis current detection value by the current detection unit, the q-axis voltage detection value by the voltage detection unit, and the output shaft of the rotation speed detection unit. From the detected rotational speed value, the sum of the product of the d-axis inductance and the d-axis current, which is the inductance of the armature winding on the d-axis in the dq coordinate system, and the induced voltage constant of the motor. Means for obtaining an estimated value of the auxiliary parameter based on a predetermined arithmetic expression representing a correlation among the auxiliary parameter representing the q-axis voltage, the q-axis current, and the rotation speed of the output shaft; Predetermined correlation data representing a correlation between the characteristic parameter, the auxiliary parameter, and the d-axis current from the estimated value of the auxiliary parameter and the detected value of the d-axis current by the current detection unit Based on, it can be comprised of a means for obtaining an estimated value of the characteristic parameter (second invention).

ここで、前記d軸インダクタンスと前記d軸電流との積と前記電動機の誘起電圧定数との総和を表すものとして前記補助パラメータを定義したとき、該補助パラメータと、前記q軸電圧と、前記q軸電流と、前記出力軸の回転速度との間には、ある演算式(前記所定の演算式)により表される相関関係が成立する。また、この補助パラメータと前記特性パラメータと前記d軸電流との間には、比較的顕著な相関性を有する。そこで、第2発明では、前記特性パラメータ推定手段は、前記q軸電流の検出値と前記q軸電圧の検出値と前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記所定の演算式に基づいて、前記補助パラメータの推定値を求める。そして、該特性パラメータ推定手段は、この補助パラメータの推定値と前記d軸電流の検出値とから、前記相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める。これにより、該特性パラメータの推定値を適切に求めることができる。 Here, when the auxiliary parameter is defined as representing the sum of the product of the d-axis inductance and the d-axis current and the induced voltage constant of the motor, the auxiliary parameter, the q-axis voltage, and the q Between the shaft current and the rotation speed of the output shaft, a correlation expressed by a certain arithmetic expression (the predetermined arithmetic expression) is established. Further, there is a relatively significant correlation among the auxiliary parameter, the characteristic parameter, and the d-axis current. Therefore, in the second aspect of the invention , the characteristic parameter estimation means is based on the predetermined calculation formula from the detected value of the q-axis current, the detected value of the q-axis voltage, and the detected value of the rotational speed of the output shaft. Then, an estimated value of the auxiliary parameter is obtained. Then, the characteristic parameter estimation means obtains an estimated value of the characteristic parameter based on the correlation data from the estimated value of the auxiliary parameter and the detected value of the d-axis current. Thereby, the estimated value of the characteristic parameter can be obtained appropriately.

なお、前記第1発明または第2発明における前記相関データとしては、マップデータや、前記相関関係を近似する演算式などが挙げられる。 The correlation data in the first invention or the second invention includes map data, an arithmetic expression that approximates the correlation, and the like.

また、前記電圧検出手段による電圧の検出値を使用して、前記位相差変更駆動手段の動作異常の有無を検知することもできる。 Further, by using the detection value of the voltage by the voltage detection hand stage, it is also possible to detect the presence or absence of abnormal operation of said phase difference changing driving means.

例えば、前記電流検出手段が検出する前記電機子巻線の電流に、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束の方向をd軸、該d軸に直交する方向をq軸とするd−q座標系におけるd軸電流とq軸電流とが含まれると共に、前記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧に、前記d−q座標系におけるd軸電圧とq軸電圧とが含まれ、さらに、前記d軸電流およびq軸電流のそれぞれの目標値を設定しつつ、前記電流検出手段による前記d軸電流の検出値およびq軸電流の検出値をそれぞれの目標値に一致させるように、前記d軸電圧およびq軸電圧の目標値を決定し、該d軸電圧およびq軸電圧の目標値に応じて前記電動機の電機子巻線の通電を制御する通電制御手段と、前記特性パラメータの目標値を設定し、該目標値に前記特性パラメータの推定値を一致させるように前記位相差変更駆動手段を制御するロータ間位相差制御手段とを備える場合において、前記d軸電圧の目標値と該d軸電圧の検出値との偏差であるd軸電圧偏差と、前記q軸電圧の目標値と該q軸電圧の検出値との偏差であるq軸電圧偏差とのうちの少なくともいずれか一方の偏差に基づいて、前記位相差変更駆動手段の動作異常の有無を検知する異常検知手段とを備える(第3発明)。 For example, the current of the armature winding detected by the current detecting means is d-, where the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the rotors is d-axis, and the direction orthogonal to the d-axis is q-axis. The d-axis current and q-axis current in the q-coordinate system are included, and the voltage of the armature winding detected by the voltage detection means includes the d-axis voltage and the q-axis voltage in the dq coordinate system. In addition, while setting the respective target values of the d-axis current and the q-axis current, the detected value of the d-axis current and the detected value of the q-axis current by the current detection unit are made to coincide with the respective target values. Energization control means for determining target values of the d-axis voltage and the q-axis voltage and controlling energization of the armature winding of the motor according to the target values of the d-axis voltage and the q-axis voltage; Set a target value for the parameter and add the target value to the target value. And an inter-rotor phase difference control means for controlling the phase difference change driving means so as to match the estimated values of the property parameters, the deviation between the target value of the d-axis voltage and the detected value of the d-axis voltage. The phase difference change drive based on a deviation of at least one of a certain d-axis voltage deviation and a q-axis voltage deviation which is a deviation between a target value of the q-axis voltage and a detected value of the q-axis voltage. An abnormality detecting means for detecting the presence or absence of an operation abnormality of the means ( third invention ).

ここで、前記誘電制御手段およびロータ間位相差制御手段を備える場合、前記位相差変更駆動手段の動作異常が発生して、前記特性パラメータの推定値を目標値に一致させるのに要する前記両ロータ間の相対回転が適切になされなくなると、前記q軸電圧の検出値、あるいは、d軸電圧の検出値が、それぞれに対応する目標値に対して定常的な誤差を生じる状態が発生する。従って、第3発明によれば、前記d軸電圧偏差とq軸電圧偏差とのうちの少なくともいずれか一方の偏差に基づいて、前記位相差変更駆動手段の動作異常の有無を検知することができる。 Here, when the dielectric control means and the inter-rotor phase difference control means are provided, the two rotors required to cause the estimated value of the characteristic parameter to coincide with a target value when an operation abnormality of the phase difference change driving means occurs. If the relative rotation is not properly performed, the detected value of the q-axis voltage or the detected value of the d-axis voltage causes a steady error with respect to the corresponding target value. Therefore, according to the third aspect of the present invention , it is possible to detect the presence / absence of an operation abnormality of the phase difference change drive unit based on at least one of the d-axis voltage deviation and the q-axis voltage deviation. .

この第3発明では、前記異常検知手段は、前記d軸電圧偏差と、該d軸電圧偏差の積分値と、前記q軸電圧電圧偏差と、該q軸電圧偏差の積分値とのうちの少なくともいずれか一つが所定範囲から逸脱する状態が所定時間以上、継続した場合に、前記位相差変更駆動手段の動作異常が発生したことを検知することが好ましい(第4発明)。 In the third invention , the abnormality detection means includes at least one of the d-axis voltage deviation, the integrated value of the d-axis voltage deviation, the q-axis voltage voltage deviation, and the integrated value of the q-axis voltage deviation. Preferably, when any one of the states deviates from the predetermined range continues for a predetermined time or more, it is detected that an operation abnormality of the phase difference change driving unit has occurred ( fourth invention ).

この第4発明によれば、前記位相差変更駆動手段の動作異常の有無の誤検知を防止しつつ、該動作異常の有無の検知を的確に行うことができる。 According to the fourth aspect of the invention , it is possible to accurately detect the presence or absence of the operation abnormality while preventing the erroneous detection of the presence or absence of the operation abnormality of the phase difference change driving unit.

補足すると、前記第3発明または第4発明は、前記第1発明または第2発明と組み合わせてもよい。また、前記第3発明または第4発明においては、前記電動機の電機子巻線の電流の目標値は、例えば、少なくとも電動機の出力トルクの目標値と、該電動機の出力軸の回転速度の観測値と、前記特性パラメータの推定値とに応じてマップなどにより設定すればよい。また、前記特性パラメータの目標値は、例えば、少なくとも電動機の出力トルクの目標値と、該電動機の出力軸の回転速度の観測値とに応じてマップなどにより設定すればよい。 Supplementally, the third invention or the fourth invention may be combined with the first invention or the second invention . In the third or fourth aspect of the invention , the target value of the current of the armature winding of the motor is, for example, at least the target value of the output torque of the motor and the observed value of the rotational speed of the output shaft of the motor. And a map or the like according to the estimated value of the characteristic parameter. The target value of the characteristic parameter may be set by a map or the like according to at least the target value of the output torque of the motor and the observed value of the rotational speed of the output shaft of the motor.

本発明の電動機システムの制御装置の第1実施形態を図1〜図6を参照して説明する。まず、図1を参照して、本実施形態の電動機システムに備えた電動機の要部の機構的な構成を説明する。図1は、該電動機の要部を該電動機の軸心方向で見た図である。   1st Embodiment of the control apparatus of the electric motor system of this invention is described with reference to FIGS. First, with reference to FIG. 1, the mechanical structure of the principal part of the electric motor with which the electric motor system of this embodiment was provided is demonstrated. FIG. 1 is a view of the main part of the electric motor as viewed in the axial direction of the electric motor.

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を同軸に備える。外ロータ3および内ロータ4はそれぞれ本発明における第1ロータ、第2ロータに相当する。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巻線(3相分の電機子巻線)が装着されている。なお、電動機1は、例えば、図示しないハイブリッド車両や電動車両の推進力発生源として該車両に搭載される。   The electric motor 1 is a DC brushless motor having a double rotor structure, and includes an output shaft 2, an outer rotor 3, and an inner rotor 4 coaxially. The outer rotor 3 and the inner rotor 4 correspond to the first rotor and the second rotor in the present invention, respectively. Outside the outer rotor 3, there is a stator 5 fixed to the housing (not shown) of the electric motor 1, and the stator 5 has armature windings (three-phase armature windings) not shown. It is installed. The electric motor 1 is mounted on the vehicle, for example, as a driving force generation source for a hybrid vehicle or an electric vehicle (not shown).

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。本実施形態では、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。   The outer rotor 3 is formed in an annular shape, and includes a plurality of permanent magnets 6 arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. In the present embodiment, the permanent magnet 6 is formed in a long rectangular plate shape, the longitudinal direction thereof is directed to the axial direction of the outer rotor 3, and the normal direction is directed to the radial direction of the outer rotor 3. And embedded in the outer rotor 3.

内ロータ4も環状に形成されている。この内ロータ4は、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。そして、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。   The inner rotor 4 is also formed in an annular shape. The inner rotor 4 is disposed coaxially with the outer rotor 3 inside the outer rotor 3. The output shaft 2 passes through the axial center portion of the inner rotor 4 coaxially with the inner rotor 4 and the outer rotor 3.

この場合、出力軸2は、内ロータ4の軸方向の一端側または両側に設けられる図示しない連結部材を介して外ロータ3に連結されており、外ロータ3と一体に回転可能とされている。そして、内ロータ4は、該外ロータ3および出力軸2に対して相対回転可能に設けられ、この相対回転によって、両ロータ3,4間の位相差が変更可能とされている。   In this case, the output shaft 2 is connected to the outer rotor 3 via a connecting member (not shown) provided on one end side or both sides of the inner rotor 4 in the axial direction, and is rotatable integrally with the outer rotor 3. . The inner rotor 4 is provided so as to be rotatable relative to the outer rotor 3 and the output shaft 2, and the phase difference between the rotors 3 and 4 can be changed by the relative rotation.

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。本実施形態では、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。そして、永久磁石8の個数は、外ロータ3の永久磁石6と同じである。   Further, the inner rotor 4 includes a plurality of permanent magnets 8 arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. In the present embodiment, the permanent magnet 8 has the same shape as the permanent magnet 6 of the outer rotor 3 and is embedded in the inner rotor 4 in the same manner as in the case of the outer rotor 3. The number of permanent magnets 8 is the same as that of the permanent magnets 6 of the outer rotor 3.

なお、本実施形態では、外ロータ3および内ロータ4は円筒型であるので、非突極型のロータである。   In the present embodiment, since the outer rotor 3 and the inner rotor 4 are cylindrical, they are non-salient rotors.

ここで、図1において、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3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。   Here, in FIG. 1, the permanent magnets 6 a shown in white among the permanent magnets 6 of the outer rotor 3 and the permanent magnets 6 b indicated by stippling are opposite in the direction of the magnetic poles in the radial direction of the outer rotor 3. It has become. For example, the permanent magnet 6a has an N pole on the outer side (outer peripheral surface side of the outer rotor 3) and an S pole on the inner side (inner peripheral surface side of the outer rotor 3), and the permanent magnet 6b has an outer side. This surface is the S pole and the inner surface is the N pole. Similarly, the permanent magnet 8a shown in white among the permanent magnets 8 of the inner rotor 4 and the dotted permanent magnet 8b are opposite to each other in the direction of the magnetic poles in the radial direction of the inner rotor 4. . For example, the permanent magnet 8a has an N-pole surface on the outer side (the outer peripheral surface side of the inner rotor 4) and an S-pole surface on the inner side (the inner peripheral surface side of the inner rotor 4). This surface is the S pole and the inner surface is the N pole.

そして、本実施形態では、外ロータ3においては、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。   In the present embodiment, in the outer rotor 3, a pair of permanent magnets 6 a and 6 a adjacent to each other and a pair of permanent magnets 6 b and 6 b adjacent to each other are alternately arranged in the circumferential direction of the outer rotor 3. It is arranged. Similarly, in the inner rotor 4, pairs of permanent magnets 8 a and 8 a adjacent to each other and pairs of permanent magnets 8 b and 8 b adjacent to each other are alternately arranged in the circumferential direction of the inner rotor 4. .

以上のように構成された電動機1にあっては、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(以下、ロータ間位相差θdという)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磁束と外ロータ3の永久磁石6a,6bによって発生する界磁磁束とを合成してなる合成界磁磁束の強さ(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、その合成界磁磁束の強さが最大となる状態を界磁最大状態、該合成界磁磁束の強さが最小となる状態を界磁最小状態という。   In the electric motor 1 configured as described above, the inner rotor 4 is rotated with respect to the outer rotor 3, and the phase difference between the rotors 3 and 4 (hereinafter referred to as inter-rotor phase difference θd) is changed. Thus, the strength of the combined field magnetic flux formed by combining the field magnetic flux generated by the permanent magnets 8a and 8b of the inner rotor 4 and the field magnetic flux generated by the permanent magnets 6a and 6b of the outer rotor 3 (in the stator 5). The strength of the magnetic flux in the radial direction is changed. Hereinafter, a state where the strength of the combined field magnetic flux is maximum is referred to as a field maximum state, and a state where the strength of the combined field magnetic flux is minimum is referred to as a field minimum state.

図2(a)は界磁最大状態での内ロータ4と外ロータ3との位相関係を示す図であり、図2(b)は界磁最小状態での内ロータ4と外ロータ3との位相関係を示す図である。   2A is a diagram showing a phase relationship between the inner rotor 4 and the outer rotor 3 in the maximum field state, and FIG. 2B is a diagram showing the relationship between the inner rotor 4 and the outer rotor 3 in the field minimum state. It is a figure which shows a phase relationship.

図2(a)に示す如く、界磁最大状態は、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、この界磁最大状態では、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(合成界磁磁束の強さ)が最大となる。   As shown in FIG. 2A, the field maximum state is a state in which the permanent magnets 8a and 8b of the inner rotor 4 and the permanent magnets 6a and 6b of the outer rotor 3 are opposed to each other. More specifically, in this field maximum state, the permanent magnet 8 a of the inner rotor 4 faces the permanent magnet 6 a of the outer rotor 3, and the permanent magnet 8 b of the inner rotor 4 faces the permanent magnet 6 b of the outer rotor 3. In this state, in the radial direction, the direction of the magnetic flux Q1 of the permanent magnets 8a and 8b of the inner rotor 4 and the direction of the magnetic flux Q2 of the permanent magnets 6a and 6b of the outer rotor 3 are the same. The strength of the combined magnetic flux Q3 of the magnetic fluxes Q1 and Q2 (the strength of the combined field magnetic flux) is maximized.

また、図2(b)に示す如く、界磁最小状態は、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、この界磁最小状態では、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(合成界磁磁束の強さ)が最小となる。   Further, as shown in FIG. 2B, the field minimum state is a state in which the permanent magnets 8a and 8b of the inner rotor 4 and the permanent magnets 6a and 6b of the outer rotor 3 face each other. More specifically, in this field minimum state, the permanent magnet 8 a of the inner rotor 4 faces the permanent magnet 6 b of the outer rotor 3, and the permanent magnet 8 b of the inner rotor 4 faces the permanent magnet 6 a of the outer rotor 3. In this state, the direction of the magnetic flux Q1 of the permanent magnets 8a and 8b of the inner rotor 4 and the direction of the magnetic flux Q2 of the permanent magnets 6b and 6a of the outer rotor 3 are opposite in the radial direction. The strength of the combined magnetic flux Q3 of these magnetic fluxes Q1 and Q2 (the strength of the combined field magnetic flux) is minimized.

本実施形態では、前記内ロータ4は、外ロータ3に対して、前記合成界磁磁束が界磁最大状態となる回転位置と、界磁最小状態となる回転位置との間の範囲内で相対回転可能とされている。その相対回転可能範囲、すなわち、ロータ間位相差θdの変更可能範囲は、例えば電気角で180[deg]の範囲である。なお、その範囲の境界は、例えば、内ロータ4と一体に回転可能な部材と、外ロータ3と一体に回転可能な部材との接触などによって機構的に規定される。   In this embodiment, the inner rotor 4 is relative to the outer rotor 3 within a range between a rotational position where the combined field magnetic flux is in the maximum field state and a rotational position where the field is in the minimum state. It can be rotated. The relative rotatable range, that is, the changeable range of the inter-rotor phase difference θd is, for example, an electric angle of 180 [deg]. The boundary of the range is mechanically defined by, for example, contact between a member that can rotate integrally with the inner rotor 4 and a member that can rotate integrally with the outer rotor 3.

そして、本実施形態では、前記界磁最大状態におけるロータ間位相差θdを0[deg]、前記界磁最小状態におけるロータ間位相差θdを180[deg]と定義する。ただし、最大界磁状態におけるロータ間位相差θdを0[deg]と定義する必要はなく、ロータ間位相差θdの零点やスケールは、任意に設定してよい。   In this embodiment, the inter-rotor phase difference θd in the maximum field state is defined as 0 [deg], and the inter-rotor phase difference θd in the minimum field state is defined as 180 [deg]. However, it is not necessary to define the inter-rotor phase difference θd in the maximum field state as 0 [deg], and the zero point and scale of the inter-rotor phase difference θd may be arbitrarily set.

上記のようにロータ間位相差θdを変化させて、合成界磁磁束の強さを増減させることにより、電動機1の誘起電圧定数Keが変化することとなる。該誘起電圧定数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(実効値)との関係を規定する比例定数である。図3は、本実施形態の電動機1の誘起電圧定数Keと、ロータ間位相差θdとの関係を例示するグラフである。図示のように、電動機1の誘起電圧定数Keの値は、ロータ間位相差θdを0[deg]から180[deg]まで増加させていくに伴い、小さくなる。これは、θdの増加に伴い、合成界磁磁束の強さが弱くなり、ひいては、出力軸2の回転角速度を一定とした場合における電機子の誘起電圧(逆起電圧)が小さくなるからである。従って、誘起電圧定数Keの値は、合成界磁磁束の強さの程度を示す指標となり、該合成界磁磁束の強さが大きいほど、誘電電圧定数Keの値が大きくなる。   As described above, the induced voltage constant Ke of the electric motor 1 is changed by changing the rotor phase difference θd to increase or decrease the strength of the combined field magnetic flux. The induced voltage constant Ke is a proportional constant that defines the relationship between the angular velocity of the output shaft 2 of the electric motor 1 and the induced voltage (effective value) generated in the armature according to the angular velocity. FIG. 3 is a graph illustrating the relationship between the induced voltage constant Ke of the electric motor 1 of the present embodiment and the inter-rotor phase difference θd. As illustrated, the value of the induced voltage constant Ke of the electric motor 1 becomes smaller as the inter-rotor phase difference θd is increased from 0 [deg] to 180 [deg]. This is because with the increase of θd, the strength of the combined field magnetic flux becomes weaker, and as a result, the induced voltage (counterelectromotive voltage) of the armature becomes smaller when the rotational angular velocity of the output shaft 2 is constant. . Therefore, the value of the induced voltage constant Ke serves as an index indicating the strength of the combined field magnetic flux, and the value of the dielectric voltage constant Ke increases as the strength of the combined field magnetic flux increases.

補足すると、前記永久磁石6,8の配列形態は、他の形態であってもよい。例えば、外ロータ3に備える方形板状の複数の永久磁石を、その法線方向(厚み方向)を外ロータ3の周方向に向けた状態で、該外ロータ3の周方向に等角度間隔で配列すると共に、該外ロータ3の周方向で互いに隣り合う2つの永久磁石の互いに対向する面の磁極が同極となるように(互いに隣り合う2つの永久磁石の磁化の向きが外ロータ3の周方向で互いに逆向きになるように)してもよい。また、ロータ間位相差θdの変更可能範囲は、必ずしも電気角で180[deg]の範囲である必要はなく、それよりも大きいか、もしくは小さい範囲であってもよい。   Supplementally, the permanent magnets 6 and 8 may be arranged in other forms. For example, a plurality of rectangular plate-like permanent magnets provided in the outer rotor 3 are arranged at equiangular intervals in the circumferential direction of the outer rotor 3 with the normal direction (thickness direction) directed in the circumferential direction of the outer rotor 3. The magnetic poles of two opposing permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction of the outer rotor 3 have the same polarity (the magnetization directions of the two permanent magnets adjacent to each other are It is also possible to reverse the directions in the circumferential direction). Further, the changeable range of the inter-rotor phase difference θd does not necessarily need to be in the range of 180 [deg] in terms of electrical angle, and may be a range that is larger or smaller than that.

また、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。   In the present embodiment, the output shaft 2 and the outer rotor 3 of the electric motor 1 are configured to rotate integrally. However, the output shaft and the inner rotor are configured to rotate integrally so that the output shaft and the inner rotor rotate. You may comprise so that an outer rotor can rotate relatively with respect to a rotor.

次に図4を参照して、前記電動機1のロータ間位相差θdを変化させる位相差変更駆動手段と、該電動機1および位相差変更駆動手段の動作制御を行う制御装置とを説明する。図4は、該制御装置の機能的構成を示すブロック図である。この場合、図4には、電動機1と位相差変更駆動手段とを簡略化して図示している。   Next, with reference to FIG. 4, the phase difference change drive means for changing the inter-rotor phase difference θd of the electric motor 1 and the control device for controlling the operation of the electric motor 1 and the phase difference change drive means will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the control device. In this case, FIG. 4 shows the electric motor 1 and the phase difference change driving means in a simplified manner.

図4を参照して、本実施形態の電動機システムは、電動機1の内ロータ4を外ロータ3に対して相対回転させる駆動力を両ロータ3,4間に付与する位相差変更駆動手段10を備える。詳細な図示は省略するが、この位相差変更駆動手段10は、駆動力を発生するアクチュエータ11と、このアクチュエータ11の駆動力を両ロータ3,4間に伝達する位相可変機構12とから構成される。   Referring to FIG. 4, the electric motor system of the present embodiment includes a phase difference change driving means 10 that applies a driving force for rotating the inner rotor 4 of the electric motor 1 relative to the outer rotor 3 between the rotors 3 and 4. Prepare. Although not shown in detail, the phase difference changing drive means 10 includes an actuator 11 that generates a driving force and a phase variable mechanism 12 that transmits the driving force of the actuator 11 between the rotors 3 and 4. The

このような位相差変更駆動手段10は、例えば、前記特許文献2に示したような油圧装置により構成することができる。この場合、前記位相可変機構12は、内ロータ4の内周面と出力軸2の外周面との間の空間に油室を形成し、その油室の体積の増減に連動してロータ間位相差θdが変化するように構成される。そして、その油室に対する作動油の供給・排出を行う油圧源装置(ポンプ、圧力制御弁などを含む装置)が前記アクチュエータ11として電動機1の外部に備えられる。   Such a phase difference change driving means 10 can be constituted by a hydraulic device as shown in Patent Document 2, for example. In this case, the phase variable mechanism 12 forms an oil chamber in a space between the inner peripheral surface of the inner rotor 4 and the outer peripheral surface of the output shaft 2, and the rotor position is interlocked with the increase / decrease in the volume of the oil chamber. The phase difference θd is configured to change. A hydraulic power source device (a device including a pump, a pressure control valve and the like) that supplies and discharges hydraulic oil to and from the oil chamber is provided outside the electric motor 1 as the actuator 11.

あるいは、位相差変更駆動手段10を、例えば、前記特許文献1に示したような装置により構成してもよい。この場合、位相可変機構12は、遊星歯車機構により構成され、この遊星歯車機構に回転駆動力を入力する電動式または油圧式のロータリアクチュエータが前記アクチュエータ11として電動機1の外部に備えられる。   Or you may comprise the phase difference change drive means 10 by an apparatus as shown to the said patent document 1, for example. In this case, the phase variable mechanism 12 is constituted by a planetary gear mechanism, and an electric or hydraulic rotary actuator that inputs a rotational driving force to the planetary gear mechanism is provided outside the electric motor 1 as the actuator 11.

かかる位相差変更駆動手段10および前記電動機1を備える本実施形態の電動機システムの動作制御を行う制御装置50は、基本的には、いわゆるd−qベクトル制御により電動機1の電機子巻線の通電を制御する。すなわち、制御装置50は、電動機1を、界磁方向(前記合成界磁磁束の方向)をd軸としてd軸と直交する方向をq軸とする座標系である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回転座標系である。そして、制御装置50は、外部から与えられるトルク指令値Tr_c(電動機1の出力トルクの目標値)のトルクを電動機1の出力軸2に発生させるように電動機1の電機子巻線(3相分の電機子巻線)の通電電流を制御する。また、制御装置50は、この通電制御と並行して、電動機1の誘起電圧定数Keを所要の目標値に一致させるように、ロータ間位相差θdを前記位相差変更駆動手段10を介して制御する。   The control device 50 that controls the operation of the motor system according to this embodiment including the phase difference change driving unit 10 and the motor 1 basically energizes the armature winding of the motor 1 by so-called dq vector control. To control. That is, the control device 50 is equivalent to the dq coordinate system in which the electric motor 1 is a coordinate system in which the field direction (the direction of the combined field magnetic flux) is the d axis and the direction orthogonal to the d axis is the q axis. Convert to circuit and handle. The equivalent circuit has an armature on the d-axis (hereinafter referred to as d-axis armature) and an armature on the q-axis (hereinafter referred to as q-axis armature). The dq coordinate system is a rotating coordinate system fixed with respect to the output shaft 2 of the electric motor 1. Then, the control device 50 generates an armature winding (for three phases) of the electric motor 1 so that the torque of the torque command value Tr_c (target value of the output torque of the electric motor 1) given from the outside is generated on the output shaft 2 of the electric motor 1. The armature winding) is controlled. Further, in parallel with the energization control, the control device 50 controls the inter-rotor phase difference θd via the phase difference change driving means 10 so that the induced voltage constant Ke of the electric motor 1 matches the required target value. To do.

これらの制御を行なうために、本実施形態の電動機システムには、電動機1の電機子巻線の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と、2つの相の電機子巻線の電圧の総和である相間電圧(U相−V相間、V相−W相間、W相−U相間の相関電圧)のうちの2つの相間電圧、例えばU相−V相間の相間電圧およびV相−W相間の相間電圧をそれぞれ検出する電圧センサ43,44と、電動機1の出力軸2または外ロータ3の回転角度(電動機1のステータ5に対して固定された座標系での回転角度)を検出する回転角度検出手段としてのレゾルバ45とが備えられている。そして、それらの電流センサ41,42、電圧センサ43,44およびレゾルバ45の出力(検出値)が制御装置50に入力される。以降、電流センサ41で検出されたU相電機子巻線の電流値をU相電流検出値Iu_s、電流センサ42で検出されたW相電機子巻線の電流値をW相電流検出値Iw_s、電圧センサ43で検出されたU相−V相間の相間電圧をU−V相関電圧検出値Vuv_s、電圧センサ44で検出されたV相−W相間の相間電圧をV−W相関電圧検出値Vvw_s、レゾルバ45で検出された出力軸2の回転角度(=外ロータ3の回転角度)の値を角度検出値θm_sという。   In order to perform these controls, the electric motor system of the present embodiment includes a current sensor 41 that detects currents in two phases of the armature windings of the electric motor 1, for example, currents in the U phase and the W phase. , 42 and two phase voltages (the correlation voltages between the U phase and the V phase, between the V phase and the W phase, and between the W phase and the U phase), which are the sum of the voltages of the armature windings of the two phases, For example, voltage sensors 43 and 44 that detect the phase voltage between the U phase and the V phase and the phase voltage between the V phase and the W phase, respectively, and the rotation angle of the output shaft 2 of the motor 1 or the outer rotor 3 (with respect to the stator 5 of the motor 1) And a resolver 45 as a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle in a fixed coordinate system. Then, outputs (detection values) of the current sensors 41 and 42, the voltage sensors 43 and 44, and the resolver 45 are input to the control device 50. Thereafter, the current value of the U-phase armature winding detected by the current sensor 41 is the U-phase current detection value Iu_s, the current value of the W-phase armature winding detected by the current sensor 42 is the W-phase current detection value Iw_s, The phase voltage between the U phase and the V phase detected by the voltage sensor 43 is the U-V correlation voltage detection value Vuv_s, and the phase voltage between the V phase and the W phase detected by the voltage sensor 44 is the VW correlation voltage detection value Vvw_s, The value of the rotation angle of the output shaft 2 (= the rotation angle of the outer rotor 3) detected by the resolver 45 is referred to as an angle detection value θm_s.

制御装置50は、CPU、メモリ等を含む電子回路ユニットであり、その制御処理が所定の演算処理周期で逐次実行される。以下に、制御装置50の機能的な手段を具体的に説明する。   The control device 50 is an electronic circuit unit including a CPU, a memory, and the like, and its control processing is sequentially executed at a predetermined arithmetic processing cycle. The functional means of the control device 50 will be specifically described below.

制御装置50は、レゾルバ45による角度検出値θm_sを微分することで、電動機1の出力軸2の回転速度(=外ロータ3の回転速度)の検出値(観測値)としての速度検出値Nm_sを求める回転速度算出部51と、電動機1の各相の電機子巻線の通電電流をインバータ回路(図示省略)を介して制御する通電制御部52とを備える。回転速度算出部51は、本発明における回転速度検出手段に相当し、通電制御部52は、本発明における通電制御手段に相当する。なお、回転速度算出部51が求める速度検出値Nm_sは、本実施形態では、出力軸2の機械角での回転速度の検出値であるが、これに電動機1の極対数を乗じることによって、電気角での回転速度の検出値を求めるようにしてもよい。   The control device 50 differentiates the angle detection value θm_s by the resolver 45 to obtain a speed detection value Nm_s as a detection value (observation value) of the rotation speed of the output shaft 2 of the electric motor 1 (= rotation speed of the outer rotor 3). A rotation speed calculation unit 51 to be obtained and an energization control unit 52 that controls the energization current of the armature windings of each phase of the electric motor 1 through an inverter circuit (not shown). The rotation speed calculation unit 51 corresponds to the rotation speed detection unit in the present invention, and the energization control unit 52 corresponds to the energization control unit in the present invention. The speed detection value Nm_s obtained by the rotation speed calculation unit 51 is a detection value of the rotation speed at the mechanical angle of the output shaft 2 in this embodiment, but by multiplying this by the number of pole pairs of the electric motor 1, You may make it obtain | require the detected value of the rotational speed in a corner | angular.

通電制御部52は、前記電流センサ41,42によるU相電流検出値Iu_sおよびW相電流検出値Iw_sと、前記レゾルバ45による角度検出値θm_sとから、3相−dq変換により、d軸方向の電流成分としてのd軸電機子の電流(以下、d軸電流という)の検出値Id_sとq軸方向の電流成分としてのq軸電機子の電流(以下、q軸電流という)の検出値Iq_sを算出する3相−dq変換部61を備える。なお、3相−dq変換は、U相電流検出値Iu_sと、W相電流検出値Iw_sと、これらから求められるV相電流検出値(=−Iu_s−Iw_s)との組を、角度検出値θm_s(より詳しくは電気角での出力軸2の回転角度)に応じた変換行列によりd軸電流の検出値Id_sとq軸電流の検出値Iq_sとの組に変換する処理である。また、本実施形態では3相−dq変換部61と前記電流センサ41,42とにより、本発明における電流検出手段が実現される。   The energization control unit 52 performs three-phase-dq conversion in the d-axis direction from the U-phase current detection value Iu_s and the W-phase current detection value Iw_s by the current sensors 41 and 42 and the angle detection value θm_s by the resolver 45. A detected value Id_s of a d-axis armature current (hereinafter referred to as d-axis current) as a current component and a detected value Iq_s of a q-axis armature current (hereinafter referred to as q-axis current) as a current component in the q-axis direction. A three-phase-dq converter 61 for calculation is provided. In the three-phase-dq conversion, a set of a U-phase current detection value Iu_s, a W-phase current detection value Iw_s, and a V-phase current detection value (= −Iu_s−Iw_s) obtained therefrom is used as an angle detection value θm_s. This is a process of converting into a set of a detected value Id_s of the d-axis current and a detected value Iq_s of the q-axis current by a conversion matrix according to (more specifically, the rotation angle of the output shaft 2 in electrical angle). In the present embodiment, the three-phase-dq converter 61 and the current sensors 41 and 42 implement the current detection means in the present invention.

また、通電制御部52は、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算出部62と、d軸電流指令値Id_cを補正するための補正値ΔIdaを求める界磁制御部63と、この補正値ΔIdaによりd軸電流指令値Id_cを補正したもの(Id_c+ΔIda)とd軸電流の検出値Id_sとの偏差ΔId(=Id_c+ΔIda−Id_s。以下、d軸電流偏差ΔIdという)を求める演算部64と、q軸電流指令値Iq_cを補正するための補正値ΔIqaを求める電力制御部65と、この補正値ΔIqaによりq軸電流指令値Iq_cを補正したもの(Iq_c+ΔIqa)とq軸電流の検出値Iq_sとの偏差ΔIq(=Iq_c+ΔIqa−Iq_s。以下、q軸電流偏差ΔIqという)を求める演算部66とを備える。本実施形態では、上記Id_c+ΔIda、Iq_c+ΔIqaが、それぞれ、d軸電流の目標値、q軸電流の目標値に相当する。   The energization control unit 52 includes a current command calculation unit 62 that determines a d-axis current command value Id_c that is a command value for the d-axis current and a q-axis current command value Iq_c that is a command value for the q-axis current, A field control unit 63 for obtaining a correction value ΔIda for correcting the current command value Id_c, and a deviation ΔId () between a value (Id_c + ΔIda) obtained by correcting the d-axis current command value Id_c by this correction value ΔIda and a detected value Id_s of the d-axis current = Id_c + ΔIda−Id_s (hereinafter referred to as d-axis current deviation ΔId)), a power control unit 65 for obtaining a correction value ΔIqa for correcting the q-axis current command value Iq_c, and a q-axis based on the correction value ΔIqa And an arithmetic unit 66 for obtaining a deviation ΔIq (= Iq_c + ΔIqa−Iq_s, hereinafter referred to as q-axis current deviation ΔIq) between the corrected current command value Iq_c (Iq_c + ΔIqa) and the detected value Iq_s of the q-axis current. In the present embodiment, Id_c + ΔIda and Iq_c + ΔIqa correspond to the target value of the d-axis current and the target value of the q-axis current, respectively.

ここで、電流指令算出部62には、制御装置50に外部から与えられるトルク指令値Tr_cと、前記回転速度算出部51で求められた速度検出値Nm_sと、後述するKe推定部55で求められた電動機1の実際の誘起電圧定数Keの推定値Ke_e(以下、誘起電圧定数推定値Ke_eという)とが入力される。そして、電流指令算出部62は、これらの入力値から、あらかじめ設定されたマップに基づいて、前記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。このd軸電流指令値Id_cおよびq軸電流指令値Iq_cは、トルク指令値Tr_cのトルクを電動機1の出力軸2に発生させるためのd軸電流およびq軸電流のフィードフォワード指令値としての意味を持つ。   Here, in the current command calculation unit 62, a torque command value Tr_c given to the control device 50 from the outside, a speed detection value Nm_s obtained by the rotation speed calculation unit 51, and a Ke estimation unit 55 described later are obtained. The estimated value Ke_e of the actual induced voltage constant Ke of the electric motor 1 (hereinafter referred to as the induced voltage constant estimated value Ke_e) is input. Then, the current command calculation unit 62 determines the d-axis current command value Id_c and the q-axis current command value Iq_c from these input values based on a preset map. The d-axis current command value Id_c and the q-axis current command value Iq_c have meanings as feed-forward command values for the d-axis current and the q-axis current for generating the torque command value Tr_c on the output shaft 2 of the electric motor 1. Have.

なお、トルク指令値Tr_cは、例えば電動機1を推進力発生源として搭載した車両(ハイブリッド車両や電動車両)のアクセル操作量(アクセルペダルの踏み込み量)や走行速度に応じて決定される。また、トルク指令値Tr_cには、力行トルクの指令値と回生トルクの指令値とがあり、それらの指令値は、正負の極性が異なるものとされる。   The torque command value Tr_c is determined in accordance with, for example, the accelerator operation amount (depressing amount of the accelerator pedal) and the traveling speed of a vehicle (hybrid vehicle or electric vehicle) equipped with the electric motor 1 as a propulsive force generation source. The torque command value Tr_c includes a power running torque command value and a regenerative torque command value, and these command values have different positive and negative polarities.

また、前記界磁制御部63で決定される補正値ΔIdaは、d軸電機子の電圧とq軸電機子の電圧との合成ベクトルの大きさが電動機1の電源電圧Vdc(より詳しくは、インバータ回路の電源電圧)に応じた電圧円内に収まるようにするためのd軸電流の操作量(フィードバック操作量)を意味する。この補正値ΔIdaは、後述する電流フィードバック制御部67で決定されたd軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_c(前回の演算処理周期で決定された値)と、電源電圧Vdcの値とに応じて決定される。例えば、前回の演算処理周期で決定されたVd_cおよびVd_qの合成ベクトルの大きさと、電源電圧Vdcに応じて決定した目標値(電圧円の半径)との偏差に応じて、適宜のフィードバック制御則により、補正値ΔIdaが決定される。   The correction value ΔIda determined by the field control unit 63 is such that the magnitude of the combined vector of the d-axis armature voltage and the q-axis armature voltage is the power supply voltage Vdc of the motor 1 (more specifically, the inverter circuit This means an operation amount (feedback operation amount) of the d-axis current so as to be within a voltage circle corresponding to the power supply voltage). The correction value ΔIda includes a d-axis voltage command value Vd_c and a q-axis voltage command value Vq_c (values determined in the previous calculation processing cycle) determined by a current feedback control unit 67, which will be described later, and the value of the power supply voltage Vdc. It is decided according to. For example, depending on the deviation between the magnitude of the combined vector of Vd_c and Vd_q determined in the previous calculation processing cycle and the target value (radius of the voltage circle) determined according to the power supply voltage Vdc, an appropriate feedback control law is used. The correction value ΔIda is determined.

また、前記電力制御部65で決定される補正値ΔIqaは、、電動機1の運転時における前記永久磁石6,8の温度変化と電機子の温度変化とが、電動機1の出力トルクに及ぼす影響を補償するためのものである。永久磁石6,8の温度が変化すると、一般には、ロータ間位相差θdが一定であっても電動機1の誘起電圧定数Keが変化し、また、電機子巻線の抵抗が変化する。このため、q軸電流指令値Iq_cが一定であっても、永久磁石6,8や電機子の温度変化の影響で、電動機1の出力トルクが変化する。そこで、本実施形態では、この影響をq軸電流補正値ΔIq_aにより補償する。このq軸電流補正値ΔIq_aは、U相電流検出値Iu_sまたはW相電流検出値Iw_sのサンプリング値から推定される電機子巻線の抵抗や、後述するKe推定部53で求められた誘起電圧定数推定値Ke_e等に基づいて決定される。なお、電力制御部65は省略してもよい。その場合には、前記演算部66の処理では、q軸電流指令値Iq_cと、q軸電流の検出値Iq_sとの偏差(=Iq_c−Iq_s)をq軸電流偏差ΔIqとして求めるようにすればよい。   Further, the correction value ΔIqa determined by the power control unit 65 is the effect of the temperature change of the permanent magnets 6 and 8 and the temperature change of the armature on the output torque of the electric motor 1 during the operation of the electric motor 1. It is for compensation. When the temperature of the permanent magnets 6 and 8 changes, generally, even if the inter-rotor phase difference θd is constant, the induced voltage constant Ke of the electric motor 1 changes, and the resistance of the armature winding also changes. For this reason, even if the q-axis current command value Iq_c is constant, the output torque of the electric motor 1 changes due to the temperature change of the permanent magnets 6 and 8 and the armature. Therefore, in this embodiment, this influence is compensated by the q-axis current correction value ΔIq_a. The q-axis current correction value ΔIq_a is the resistance of the armature winding estimated from the sampling value of the U-phase current detection value Iu_s or the W-phase current detection value Iw_s, or the induced voltage constant obtained by the Ke estimation unit 53 described later. It is determined based on the estimated value Ke_e and the like. The power control unit 65 may be omitted. In that case, in the processing of the calculation unit 66, the deviation (= Iq_c−Iq_s) between the q-axis current command value Iq_c and the q-axis current detection value Iq_s may be obtained as the q-axis current deviation ΔIq. .

通電制御部52はさらに、前記演算部64,66でそれぞれ求められたd軸電流偏差ΔIdおよびq軸電流偏差ΔIqに応じて、d軸電機子の電圧指令値(d軸電圧の目標値)であるd軸電圧指令値Vd_cと、q軸電機子の電圧指令値(q軸電圧の目標値)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(電流FB制御部)67を備える。この電流フィードバック制御部67は、d軸電流偏差ΔIdに応じて、該偏差ΔIdを0に近づけるようにPI制御則(比例・積分制御則)などのフィードバック制御則によりd軸電圧指令値Vd_cを決定する。同様に、電流フィードバック制御部67は、q軸電流偏差ΔIqに応じて、該偏差ΔIq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q軸電圧指令値Vq_cを決定する。   The energization control unit 52 further uses the d-axis armature voltage command value (target value of the d-axis voltage) according to the d-axis current deviation ΔId and the q-axis current deviation ΔIq obtained by the calculation units 64 and 66, respectively. A current feedback control unit (current FB control unit) 67 that determines a certain d-axis voltage command value Vd_c and a q-axis voltage command value Vq_c that is a voltage command value (q-axis voltage target value) of the q-axis armature is provided. . The current feedback control unit 67 determines the d-axis voltage command value Vd_c by a feedback control law such as a PI control law (proportional / integral control law) so that the deviation ΔId approaches 0 according to the d-axis current deviation ΔId. To do. Similarly, the current feedback control unit 67 determines the q-axis voltage command value Vq_c by a feedback control law such as a PI control law so that the deviation ΔIq approaches 0 according to the q-axis current deviation ΔIq.

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、d軸電流偏差ΔId、q軸電流偏差ΔIqからフィ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。   When determining the d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command respectively obtained from the d-axis current deviation ΔId and the q-axis current deviation ΔIq by the feedback control law. The d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c can be obtained by adding a non-interference component for canceling the influence of the speed electromotive force that interferes between the d-axis and the q-axis to the value. preferable.

さらに、通電制御部52は、電流フィードバック制御部67で決定したd軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_cと、前記レゾルバ45による電動機1の出力軸2の角度検出値θm_sとから、dq−3相変換によりU相、V相、W相の各相の相電圧指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cを求めるdq−3相変換部68と、これらの相電圧指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cに応じて、電動機1の各相の電機子巻線にPWM制御によりインバータ回路(図示省略)を介して通電するPWM制御部69とを備える。この場合、PWM制御部69は、インバータ回路の各スイッチング素子のON・OFFを制御することで、各相の電機子巻線に通電する。なお、dq−3相変換は、d軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_cの組を、角度検出値θm_s(より詳しくは電気角での出力軸2の回転角度)に応じた変換行列により相電圧指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cの組に変換する処理である。   Further, the energization control unit 52 calculates dq from the d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c determined by the current feedback control unit 67 and the detected angle θm_s of the output shaft 2 of the electric motor 1 by the resolver 45. A dq-3 phase conversion unit 68 for obtaining phase voltage command values Vu_c, Vv_c, Vw_c of each phase of U phase, V phase, and W phase by -3 phase conversion, and according to these phase voltage command values Vu_c, Vv_c, Vw_c In addition, the armature winding of each phase of the electric motor 1 is provided with a PWM control unit 69 that energizes via an inverter circuit (not shown) by PWM control. In this case, the PWM control unit 69 energizes the armature windings of each phase by controlling ON / OFF of each switching element of the inverter circuit. In the dq-3 phase conversion, a set of the d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c is converted into a conversion matrix corresponding to the detected angle value θm_s (more specifically, the rotation angle of the output shaft 2 in electrical angle). Is a process of converting into a set of phase voltage command values Vu_c, Vv_c, Vw_c.

以上説明した通電制御部52の機能によって、d軸電圧とq軸電圧との合成電圧が、電源電圧Vdcに応じた目標値(前記電圧円の半径)を超えないようにしつつ、電動機1の出力軸2に発生するトルク(電動機1の出力トルク)をトルク指令値Tr_cに従わせるように(ΔId,ΔIqが0に収束するように)、d軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_cの組が決定される。そして、このd軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_cに応じて、電動機1の各相の電機子巻線の通電電流が制御される。   With the function of the energization control unit 52 described above, the output of the electric motor 1 while preventing the combined voltage of the d-axis voltage and the q-axis voltage from exceeding the target value (radius of the voltage circle) corresponding to the power supply voltage Vdc. The d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c are set so that the torque generated on the shaft 2 (the output torque of the electric motor 1) follows the torque command value Tr_c (so that ΔId and ΔIq converge to 0). A set is determined. Then, in accordance with the d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c, the energization current of each phase armature winding of the electric motor 1 is controlled.

制御装置50は、前記回転角度算出部51および通電制御部52のほか、電動機1のロータ間位相差θdの目標値である位相差指令値θd_cを決定する位相差指令算出部53を備える。また、制御装置50は、前記電圧センサ43,44によるU−V相間電圧検出値Vuv_sおよびV−W相間電圧検出値Vvw_と前記レゾルバ45による電動機1の出力軸2の角度検出値θm_sとから、3相−dq変換により、d軸電機子の電圧の検出値としてのd軸電圧検出値Vd_sとq軸電機子の電圧の検出値としてのq軸電圧検出値Vq_sとを算出する3相−dq変換部54と、前記誘起電圧定数推定値Ke_sを求めるKe推定部55と、該誘起電圧定数推定値Ke_sを実際のロータ間位相差θdの推定値としての位相差推定値θd_eに変換する位相差推定部56と、その位相差推定値θd_eを前記位相差指令値θd_cに一致させるように前記位相差変更駆動手段10を制御する位相差制御部57とを備える。さらに、制御装置50は、前記位相差変更駆動手段10の動作異常の有無を判定する異常判定部58を備える。   In addition to the rotation angle calculation unit 51 and the energization control unit 52, the control device 50 includes a phase difference command calculation unit 53 that determines a phase difference command value θd_c that is a target value of the inter-rotor phase difference θd of the electric motor 1. Further, the control device 50 determines from the U-V phase voltage detection value Vuv_s and the V-W phase voltage detection value Vvw_ by the voltage sensors 43 and 44 and the angle detection value θm_s of the output shaft 2 of the electric motor 1 by the resolver 45. Three-phase-dq conversion calculates a d-axis voltage detection value Vd_s as a detected value of the d-axis armature voltage and a q-axis voltage detection value Vq_s as a detected value of the q-axis armature voltage. a dq converter 54, a Ke estimator 55 for obtaining the induced voltage constant estimated value Ke_s, and a position for converting the induced voltage constant estimated value Ke_s into a phase difference estimated value θd_e as an estimated value of the actual inter-rotor phase difference θd. A phase difference estimation unit 56 and a phase difference control unit 57 that controls the phase difference change driving means 10 so that the phase difference estimation value θd_e matches the phase difference command value θd_c. Furthermore, the control device 50 includes an abnormality determination unit 58 that determines whether or not the phase difference change driving unit 10 is operating abnormally.

ここで、前記3相−dq変換部54の3相−dq変換は、U相−V相間の相間電圧、V相−W相間の相間電圧、およびW相−U相間の相間電圧の組を、角度検出値θm_s(より詳しくは電気角での出力軸2の回転角度)に応じた変換行列によりd軸電圧およびq軸電圧の組に変換する処理である。この場合、U相、V相、W相の各相の電機子巻線の電圧の総和が“0”であること(ひいてはU相−V相間の相間電圧、V相−W相間の相間電圧、およびW相−U相間の相間電圧の総和が“0”であること)を考慮すると、前記3相−dq変換部54の3相−dq変換は、次式(1)により与えられる。   Here, the three-phase-dq conversion of the three-phase-dq conversion unit 54 is a set of the interphase voltage between the U phase and the V phase, the interphase voltage between the V phase and the W phase, and the interphase voltage between the W phase and the U phase. This is a process of converting into a set of d-axis voltage and q-axis voltage by a conversion matrix according to the detected angle value θm_s (more specifically, the rotation angle of the output shaft 2 in electrical angle). In this case, the sum of the voltages of the armature windings of each phase of the U phase, V phase, and W phase is “0” (as a result, the interphase voltage between the U phase and the V phase, the interphase voltage between the V phase and the W phase, And that the sum of the interphase voltages between the W phase and the U phase is “0”), the three-phase-dq conversion of the three-phase-dq conversion unit 54 is given by the following equation (1).

なお、式(1)におけるθeは、電気角での出力軸2の回転角度(θm_sに電動機1の極対数を乗じた値)である。   In Equation (1), θe is a rotation angle of the output shaft 2 in electrical angle (a value obtained by multiplying θm_s by the number of pole pairs of the electric motor 1).

補足すると、本実施形態では、前記3相−dq変換部54と、前記電圧センサ43,44とにより、本発明における電圧検出手段が実現される。また、本実施形態では、d軸電圧検出値Vd_sとq軸電圧検出値Vq_sとを得るために、U相−V相間の相間電圧およびV相−W相間の相間電圧を検出するようにしたが、U相−V相間の相間電圧およびV相−W相間の相間電圧のいずれか一方と、W相−U相間の相間電圧とを検出するようにしてもよい。あるいは、U相−V相間の相間電圧、V相−W相間の相間電圧、およびW相−U相間の相間電圧の全ての相間電圧を検出するようにしてもよい。   Supplementally, in the present embodiment, the three-phase-dq converter 54 and the voltage sensors 43 and 44 realize the voltage detection means in the present invention. In this embodiment, in order to obtain the d-axis voltage detection value Vd_s and the q-axis voltage detection value Vq_s, the interphase voltage between the U phase and the V phase and the interphase voltage between the V phase and the W phase are detected. The phase voltage between the U phase and the V phase, the phase voltage between the V phase and the W phase, and the phase voltage between the W phase and the U phase may be detected. Alternatively, all the interphase voltages of the interphase voltage between the U phase and the V phase, the interphase voltage between the V phase and the W phase, and the interphase voltage between the W phase and the U phase may be detected.

また、本実施形態では、本発明における「特性パラメータ」として、ロータ間位相差θdを用いる。従って、位相差指令算出部53で決定される位相差指令値θd_cは、本発明における特性パラメータの目標値に相当する。また、位相差推定部56で求められる位相差推定値θd_eは、本発明における特性パラメータの推定値に相当する。そして、Ke推定部55と位相差推定部56とにより、本発明における特性パラメータ推定手段が実現され、位相差指令算出部53と位相差制御部57とにより、本発明におけるロータ間位相差制御手段が実現される。さらに、異常判定部58により、本発明における異常検知手段が実現される。   In the present embodiment, the inter-rotor phase difference θd is used as the “characteristic parameter” in the present invention. Therefore, the phase difference command value θd_c determined by the phase difference command calculation unit 53 corresponds to the target value of the characteristic parameter in the present invention. The phase difference estimated value θd_e obtained by the phase difference estimating unit 56 corresponds to the estimated value of the characteristic parameter in the present invention. The Ke estimation unit 55 and the phase difference estimation unit 56 realize the characteristic parameter estimation unit in the present invention, and the phase difference command calculation unit 53 and the phase difference control unit 57 perform the rotor phase difference control unit in the present invention. Is realized. Furthermore, the abnormality determination part 58 implement | achieves the abnormality detection means in this invention.

位相差指令算出部53には、前記トルク指令値Tr_cと、速度検出値Nm_sと、電動機1の電源電圧Vdcの値とが逐次入力される。そして、位相差指令算出部54は、これらの入力値Tr_c,Nm,Vdcからあらかじめ設定されたマップに従って、電動機1の位相差指令値θd_cを逐次決定する。   The torque command value Tr_c, the speed detection value Nm_s, and the value of the power supply voltage Vdc of the motor 1 are sequentially input to the phase difference command calculation unit 53. Then, the phase difference command calculation unit 54 sequentially determines the phase difference command value θd_c of the electric motor 1 according to a map set in advance from these input values Tr_c, Nm, and Vdc.

この場合、上記マップは、例えば、電動機1の実際のロータ間位相差θdが該マップにより決定される位相差指令値θd_cに一致しているときに、トルク指令値Tr_cと速度検出値Nm_sと電源電圧Vdcの値との組に対して、電動機1のd軸電圧とq軸電圧との合成電圧(ベクトル和)の大きさが電源電圧Vdcに応じた電圧円内に収まるようにしつつ、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ように設定されている。   In this case, for example, when the actual rotor phase difference θd of the electric motor 1 coincides with the phase difference command value θd_c determined by the map, the above map shows the torque command value Tr_c, the speed detection value Nm_s, and the power supply. While the magnitude of the combined voltage (vector sum) of the d-axis voltage and the q-axis voltage of the motor 1 is within a voltage circle corresponding to the power supply voltage Vdc, the motor 1 The energy efficiency (ratio of output energy to input energy) can be increased as much as possible.

ここで、一般的には、誘起電圧定数を小さくするほど(換言すれば、ロータ間位相差θd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、誘起電圧定数を大きくするほど(換言すれば、ロータ間位相差θdを小さくするほど)電動機1の出力トルクを大きくすることができる。従って、位相差指令値θd_cは、上記のような電動機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。   Here, in general, the smaller the induced voltage constant (in other words, the greater the inter-rotor phase difference θd), the more the output shaft 2 of the motor 1 can be rotated in a higher speed range. The region where the energy efficiency of the electric motor 1 is high can be shifted to the high speed rotation side. Further, the output torque of the electric motor 1 can be increased as the induced voltage constant is increased (in other words, the rotor phase difference θd is decreased). Accordingly, the phase difference command value θd_c may be set in consideration of the characteristics of the electric motor 1 as described above and the operation mode required of the electric motor 1, and various setting methods are possible.

本実施形態では、位相差指令算出部53では、速度検出値Nm_sと電源電圧Vdcの値とを一定としたとき、位相差指令値θd_cは、基本的には、トルク指令値Tr_cの絶対値|Tr_c|が大きくなるほど、θd_cの値が小さくなるように(θd_cに対応する誘起電圧定数Keの値が大きくなるように)設定される。   In the present embodiment, when the speed difference value Nm_s and the power supply voltage Vdc are constant in the phase difference command calculation unit 53, the phase difference command value θd_c is basically the absolute value of the torque command value Tr_c | The larger the Tr_c |, the smaller the value of θd_c (the larger the value of the induced voltage constant Ke corresponding to θd_c).

また、トルク指令値Tr_cと電源電圧Vdcの値とを一定としたとき、位相差指令値θd_cは、基本的には、速度検出値Nm_sが高速となる領域で、該速度検出値Nm_sが大きくなるほど、θd_cの値が大きくなるように(θd_cに対応する誘起電圧定数Keの値が小さくなるように)設定される。また、トルク指令値Tr_cと速度検出値Nm_sとを一定としたとき、位相差指令値θd_cは、基本的には、電源電圧Vdcの値が小さくなるほど、θd_cの値が大きくなるように(θd_cに対応する誘起電圧定数Keの値が小さくなるように)設定される。   Further, when the torque command value Tr_c and the power supply voltage Vdc are constant, the phase difference command value θd_c is basically a region where the speed detection value Nm_s becomes high, and the speed detection value Nm_s increases. , Θd_c is set to be large (so that the value of the induced voltage constant Ke corresponding to θd_c is small). Further, when the torque command value Tr_c and the speed detection value Nm_s are constant, the phase difference command value θd_c is basically set so that the value of θd_c increases as the value of the power supply voltage Vdc decreases (θd_c The corresponding induced voltage constant Ke is set to be small).

補足すると、位相差指令値θd_cを設定するとき、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。   Supplementally, when setting the phase difference command value θd_c, the phase difference command value θd_c may be set in consideration of a request for preventing the motor 1 from overheating.

前記Ke推定部55には、誘起電圧定数Keを推定するために用いる電動機1の複数の状態量として、前記3相−dq変換部54で求められたd軸電圧検出値Vd_sおよびq軸電圧検出値Vq_sのうちのd軸電圧検出値Vd_sと、前記3相−dq変換部61で求められたd軸電流検出値Id_sおよびq軸電流検出値Iq_sと、前記回転速度算出部51で求められた速度検出値Nm_sとが逐次入力される。そして、Ke推定部54は、これらの入力値Vd_s、Id_s、Iq_s、Nm_sから誘起電圧定数推定値Ke_eを求める。   The Ke estimation unit 55 includes a d-axis voltage detection value Vd_s and a q-axis voltage detection obtained by the three-phase-dq conversion unit 54 as a plurality of state quantities of the electric motor 1 used for estimating the induced voltage constant Ke. Among the values Vq_s, the d-axis voltage detection value Vd_s, the d-axis current detection value Id_s and the q-axis current detection value Iq_s obtained by the three-phase-dq conversion unit 61, and the rotation speed calculation unit 51 The speed detection value Nm_s is sequentially input. Then, the Ke estimating unit 54 obtains an induced voltage constant estimated value Ke_e from these input values Vd_s, Id_s, Iq_s, and Nm_s.

なお、図4では、Ke推定部55に、q軸電圧検出値Vq_sが破線の矢印で示す如く入力されるようになっているが、これは、後述する第2実施形態に関するものである。本実施形態では、Ke推定部55に、q軸電圧検出値Vq_sを入力する必要はない。   In FIG. 4, the q-axis voltage detection value Vq_s is input to the Ke estimation unit 55 as indicated by a dashed arrow, but this relates to a second embodiment to be described later. In the present embodiment, it is not necessary to input the q-axis voltage detection value Vq_s to the Ke estimation unit 55.

ここで、電動機1のd軸電圧Vdとq軸電圧Vqとd軸電流Idとq軸電流Iqと誘起電圧定数Keとの間の関係に関して、一般に、次の関係式(2),(3)が成立する。なお、ωは電動機1の出力軸2の電気角での回転角速度、Rは電機子巻線の抵抗、Ldはd軸電機子のインダクタンス(以下、d軸インダクタンスLdとう)、Lqはq軸電機子のインダクタンス(以下、q軸インダクタンスLqという)である。   Here, regarding the relationship among the d-axis voltage Vd, the q-axis voltage Vq, the d-axis current Id, the q-axis current Iq, and the induced voltage constant Ke of the electric motor 1, generally, the following relational expressions (2), (3) Is established. Is the rotational angular velocity at the electrical angle of the output shaft 2 of the motor 1, R is the resistance of the armature winding, Ld is the inductance of the d-axis armature (hereinafter referred to as d-axis inductance Ld), and Lq is the q-axis electric machine. This is the inductance of the child (hereinafter referred to as q-axis inductance Lq).


Vd=R・Id−ω・Lq・Iq ……(2)
Vq=Ke・ω+R・Iq+ω・Ld・Id ……(3)

また、q軸インダクタンスLqは、q軸電流Iqと、誘起電圧定数Keとに高い相関性を有する。そこで、本実施形態では、Ke推定部55は、上記式(2)と、Lq、IqおよびKeの間の相関性とを利用して、誘起電圧定数Keを求める。

Vd = R · Id-ω · Lq · Iq (2)
Vq = Ke · ω + R · Iq + ω · Ld · Id (3)

The q-axis inductance Lq has a high correlation with the q-axis current Iq and the induced voltage constant Ke. Therefore, in the present embodiment, the Ke estimation unit 55 obtains the induced voltage constant Ke using the above formula (2) and the correlation between Lq, Iq, and Ke.

具体的には、Ke推定部55は、まず、式(2)を変形した次式(4)により、q軸インダクタンスLqの推定値を求める。   Specifically, the Ke estimating unit 55 first obtains an estimated value of the q-axis inductance Lq by the following equation (4) obtained by modifying the equation (2).


Lq=(R・Id−Vd)/(ω・Iq) ……(4)

この場合、Ke推定部55は、入力されたVd_s、Id_s、Iq_sをそれぞれ式(4)の右辺のVd、Id、Iqの値として用いると共に、入力されたNm_sに対応する電気角速度(Nm_sに電動機1の極対数を乗じてなる値)を式(4)の右辺のωの値として用いることによって、式(4)の右辺の演算を行う。この式(4)は、Lq、Vd、Id、Iqの間の相関関係を表す演算式としての意味を持ち、前記第2発明における所定の演算式に相当するものである。

Lq = (R · Id−Vd) / (ω · Iq) (4)

In this case, the Ke estimation unit 55 uses the input Vd_s, Id_s, and Iq_s as the values of Vd, Id, and Iq on the right side of the equation (4), respectively, and also uses the electric angular velocity (Nm_s as the electric motor) corresponding to the input Nm_s. The value obtained by multiplying the number of pole pairs of 1) as the value of ω on the right side of Equation (4) is used to calculate the right side of Equation (4). This expression (4) has a meaning as an arithmetic expression representing the correlation among Lq, Vd, Id, and Iq, and corresponds to the predetermined arithmetic expression in the second invention.

なお、本実施形態では、式(4)の右辺のRの値としては、あらかじめ定められた値(固定値)が用いられる。ただし、Rの値を、例えばU相電流検出値Iu_sもしくはW相電流検出値Iw_sのサンプリング値から推定するようにしてもよい。   In the present embodiment, a predetermined value (fixed value) is used as the value of R on the right side of Equation (4). However, the value of R may be estimated from the sampling value of the U-phase current detection value Iu_s or the W-phase current detection value Iw_s, for example.

次いで、Ke推定部55は、上記の如く式(4)により求めたq軸インダクタンスLqの推定値と、入力されたq軸電流検出値Iq_s(式(4)で使用した値と同じIq_s)とから、これらと誘起電圧定数Keとの相関関係を表すものとしてあらかじめ定められたマップ(相関データ)に基づいて、誘起電圧定数推定値Ke_eを求める。   Next, the Ke estimation unit 55 calculates the estimated value of the q-axis inductance Lq obtained by the equation (4) as described above, and the input q-axis current detection value Iq_s (the same Iq_s as the value used in the equation (4)). From this, an induced voltage constant estimated value Ke_e is obtained based on a map (correlation data) predetermined as representing the correlation between these and the induced voltage constant Ke.

以上説明したKe推定部55の処理が逐次実行され、誘起電圧定数推定値Ke_eが逐次求められる。   The processing of the Ke estimation unit 55 described above is sequentially executed, and the induced voltage constant estimated value Ke_e is sequentially obtained.

上記のようにしてKe推定部55で求められた誘起電圧定数推定値Ke_eが位相差推定部56に逐次入力される。該位相差推定部56は、前記図3に示した誘起電圧定数Keとロータ間位相差θdとの間の関係を表すマップ(あるいは演算式)に基づいて、入力された誘起電圧定数推定値Ke_eを位相差推定値θd_eに変換する。これにより、位相差推定値θd_eが逐次求められる。   The induced voltage constant estimated value Ke_e obtained by the Ke estimating unit 55 as described above is sequentially input to the phase difference estimating unit 56. The phase difference estimator 56 receives the input induced voltage constant estimated value Ke_e based on a map (or an arithmetic expression) representing the relationship between the induced voltage constant Ke and the rotor phase difference θd shown in FIG. Is converted into a phase difference estimated value θd_e. Thereby, the phase difference estimated value θd_e is obtained sequentially.

なお、誘起電圧定数Keとロータ間位相差θdとの間の関係を表すマップ(あるいは演算式)と、前記Ke推定部55で使用するマップとは、前記第2発明における相関データに相当するものである。   Note that the map (or arithmetic expression) representing the relationship between the induced voltage constant Ke and the inter-rotor phase difference θd and the map used in the Ke estimation unit 55 correspond to the correlation data in the second invention. It is.

補足すると、ロータ間位相差θdと誘起電圧定数Keとは、図3のグラフで示すような相関性があるので、q軸インダクタンスLqと、q軸電流Iqと、ロータ間位相差θdとの間にも相関性を有する。従って、その相関関係をマップ化しておき、q軸インダクタンスLqの推定値と、入力されたq軸電流検出値Iq_sとから、そのマップに基づいて、位相差推定値θd_eを直接的に求めるようにしてもよい。   Supplementally, since the inter-rotor phase difference θd and the induced voltage constant Ke have a correlation as shown in the graph of FIG. 3, there is a relationship between the q-axis inductance Lq, the q-axis current Iq, and the inter-rotor phase difference θd. Also have a correlation. Therefore, the correlation is mapped and the phase difference estimated value θd_e is directly obtained from the estimated value of the q-axis inductance Lq and the input q-axis current detection value Iq_s based on the map. May be.

上記のようにして位相差推定部56で求められた位相差推定値θd_eと、前記位相差指令算出部53で決定された位相差指令値θd_cとが、前記位相差制御部57に逐次入力される。   The phase difference estimation value θd_e obtained by the phase difference estimation unit 56 as described above and the phase difference command value θd_c determined by the phase difference command calculation unit 53 are sequentially input to the phase difference control unit 57. The

該位相差制御部57は、位相差推定値θd_eを位相差指令値θd_cに一致させるように(収束させるように)、前記位相差変更駆動手段10から両ロータ3,4間に付与する駆動力(トルク)を規定する操作量(制御入力)としてのアクチュエータ操作指令を逐次生成し、そのアクチュエータ操作指令を位相差変更駆動手段10のアクチュエータ11に出力することで、該位相差変更駆動手段10の動作を制御する。すなわち、位相差推定値θd_eを位相差指令値θd_cに一致させるのに必要なトルクが、位相差変更駆動手段10から両ロータ3,4間に付与されるように、位相差変更駆動手段10の動作を制御する。   The phase difference control unit 57 applies a driving force applied between the rotors 3 and 4 from the phase difference change driving means 10 so that the phase difference estimated value θd_e matches the phase difference command value θd_c. By sequentially generating an actuator operation command as an operation amount (control input) that defines (torque) and outputting the actuator operation command to the actuator 11 of the phase difference change drive unit 10, the phase difference change drive unit 10 Control the behavior. In other words, the phase difference change driving means 10 is configured so that the torque necessary to match the phase difference estimated value θd_e with the phase difference command value θd_c is applied between the rotors 3 and 4 from the phase difference change driving means 10. Control the behavior.

この場合、位相差制御部57は、例えば、次のようにアクチュエータ操作指令を生成する。すなわち、位相差制御部57は、位相差推定値θd_eと位相差指令値θd_cとの偏差を逐次求め、その偏差から、PI則などのフィードバック制御則により、アクチュエータ操作指令を生成する。   In this case, the phase difference control unit 57 generates an actuator operation command as follows, for example. That is, the phase difference control unit 57 sequentially obtains a deviation between the phase difference estimated value θd_e and the phase difference command value θd_c, and generates an actuator operation command from the deviation by a feedback control law such as a PI law.

なお、位相差指令値θd_cを逐次決定する代わりに、θd_cに対応する誘起電圧定数Keの指令値(目標値)を逐次生成し、あるいは、位相差指令値θd_cを図3のグラフの関係に従って誘起電圧定数Keの指令値(目標値)に変換し、Ke推定部55で求めた誘起電圧定数推定値Ke_eを、誘起電圧定数Keの指令値に一致させるように、アクチュエータ操作指令を生成するようにしてもよい。この場合には、位相差推定部56は不要である。そして、誘起電圧定数Keが本発明における特性パラメータに相当するものとなる。   Instead of sequentially determining the phase difference command value θd_c, a command value (target value) of the induced voltage constant Ke corresponding to θd_c is sequentially generated, or the phase difference command value θd_c is induced according to the relationship of the graph of FIG. It is converted into a command value (target value) of the voltage constant Ke, and an actuator operation command is generated so that the induced voltage constant estimated value Ke_e obtained by the Ke estimating unit 55 matches the command value of the induced voltage constant Ke. May be. In this case, the phase difference estimation unit 56 is not necessary. The induced voltage constant Ke corresponds to the characteristic parameter in the present invention.

さらに、例えば、位相差推定値θe_e(または誘起電圧定数推定値Ke_e)に応じて決定したアクチュエータ操作指令のフィードフォワード成分と、位相差推定値θd_eと位相差指令値θd_cとの偏差(または、誘起電圧定数推定値Ke_eと誘起電圧定数Keの指令値との偏差)に応じてフィードバック制御則により決定したフィードバック成分とを加え合わせることで、アクチュエータ操作指令を決定するようにしてもよい。   Further, for example, the feedforward component of the actuator operation command determined according to the phase difference estimated value θe_e (or the induced voltage constant estimated value Ke_e) and the deviation (or induced) between the phase difference estimated value θd_e and the phase difference command value θd_c. The actuator operation command may be determined by adding the feedback component determined by the feedback control law according to the deviation between the voltage constant estimated value Ke_e and the command value of the induced voltage constant Ke).

以上説明した位相差制御部57の処理により、位相差推定値θd_eを位相差指令値θd_cに一致させるように、あるいは、誘起電圧定数推定値Ke_eを位相差指令値θd_cに対応する誘起電圧定数Keの指令値に一致させるように、アクチュエータ操作指令が逐次生成される。そして、このアクチュエータ操作指令に応じて位相差変更駆動手段10から両ロータ3,4間に付与される駆動力(トルク)が制御される。   By the processing of the phase difference control unit 57 described above, the phase difference estimated value θd_e is matched with the phase difference command value θd_c, or the induced voltage constant estimated value Ke_e is induced voltage constant Ke corresponding to the phase difference command value θd_c. Actuator operation commands are sequentially generated so as to match the command values. The driving force (torque) applied between the rotors 3 and 4 from the phase difference change driving means 10 is controlled in accordance with the actuator operation command.

この場合、位相差推定値θeは、実際のd軸電流およびq軸電流を表すd軸電流検出値Id_sおよびq軸電流検出値Iq_sと、実際のd軸電圧を表すd軸電圧検出値Vd_sと、出力軸2の実際の回転速度を表す速度検出値Nm_sとから推定された誘起電圧定数である誘起電圧定数推定値Ke_eに対応するロータ間位相差θdの値である。このため、ロータ間位相差θdの推定値である位相差推定値θd_eを、前記PWM制御部69に備えるスイッチ素子の特性のばらつきに依存することなく、精度よく求めることができる。ひいては、ロータ間位相差θdを、位相差指令値θd_cに精度よく制御することができる。   In this case, the phase difference estimated value θe includes the d-axis current detection value Id_s and the q-axis current detection value Iq_s representing the actual d-axis current and the q-axis current, and the d-axis voltage detection value Vd_s representing the actual d-axis voltage. The rotor phase difference θd corresponding to the induced voltage constant estimated value Ke_e, which is an induced voltage constant estimated from the detected speed value Nm_s representing the actual rotational speed of the output shaft 2. For this reason, the phase difference estimated value θd_e, which is an estimated value of the inter-rotor phase difference θd, can be obtained with high accuracy without depending on variations in the characteristics of the switch elements included in the PWM control unit 69. As a result, the inter-rotor phase difference θd can be accurately controlled to the phase difference command value θd_c.

そして、このように、ロータ間位相差θdを所望の位相差(実際の誘起電圧定数Keが位相差指令値θd_cに対応する誘起電圧定数Keの目標値になるような位相差)に精度よく制御できるため、電動機1を効率よく運転させることができると共に、前記した通電制御部52による通電制御によって、電動機1の出力トルクを、目標とするトルク指令値Tr_cに適切に制御することができる。   In this way, the rotor phase difference θd is accurately controlled to a desired phase difference (a phase difference such that the actual induced voltage constant Ke becomes the target value of the induced voltage constant Ke corresponding to the phase difference command value θd_c). Therefore, the electric motor 1 can be operated efficiently, and the output torque of the electric motor 1 can be appropriately controlled to the target torque command value Tr_c by the energization control by the energization control unit 52 described above.

また、本実施形態では、前記異常判定部58には、前記電流フィードバック制御部67で決定されたd軸電圧指令値Vd_cおよびq軸電圧指令値Vq_cと、前記3相−dq変換部54で求められたd軸電圧検出値Vd_sおよびq軸電圧検出値Vq_sとが逐次入力される。そして、異常判定部58は、これらの入力値に基づいて、位相差変更駆動手段10の異常(換言すれば、ロータ間位相差θdの変更動作の異常)の有無を判定し、その判定結果を示す異常判定情報を出力する。   In the present embodiment, the abnormality determination unit 58 obtains the d-axis voltage command value Vd_c and the q-axis voltage command value Vq_c determined by the current feedback control unit 67 and the three-phase-dq conversion unit 54. The detected d-axis voltage detection value Vd_s and q-axis voltage detection value Vq_s are sequentially input. Based on these input values, the abnormality determination unit 58 determines whether there is an abnormality in the phase difference change driving means 10 (in other words, an abnormality in the operation of changing the inter-rotor phase difference θd), and the determination result is determined. The abnormality determination information shown is output.

以下に、この異常判定部58の詳細を図5および図6を参照して説明する。図5は、この異常判定部58の処理機能を示すブロック図、図6は、図5に示す判定処理部58eの処理を示すフローチャートである。   Details of the abnormality determination unit 58 will be described below with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing the processing function of the abnormality determination unit 58, and FIG. 6 is a flowchart showing the processing of the determination processing unit 58e shown in FIG.

図5に示す如く、異常判定部58は、d軸電圧指令値Vd_cとd軸電圧検出値Vd_sとの偏差ΔVdを算出する演算部58aと、q軸電圧指令値Vq_cとq軸電圧検出値Vq_sとの偏差ΔVqを算出する演算部58bと、偏差ΔVd,Vqをそれぞれ積分する(累積加算する)積分器58c,58dと、演算部58a,58bおよび積分器58c,58dのそれぞれの演算結果から、異常判定情報を決定して出力する判定処理部58eとから構成される。   As shown in FIG. 5, the abnormality determination unit 58 includes a calculation unit 58a that calculates a deviation ΔVd between the d-axis voltage command value Vd_c and the d-axis voltage detection value Vd_s, a q-axis voltage command value Vq_c, and a q-axis voltage detection value Vq_s. From the calculation results of the calculation unit 58b for calculating the deviation ΔVq, the integrators 58c and 58d for integrating (accumulating and adding) the deviations ΔVd and Vq, and the calculation units 58a and 58b and the integrators 58c and 58d, respectively. It is comprised from the determination process part 58e which determines and outputs abnormality determination information.

この場合、判定処理部58eは、図6のフローチャートに示す処理を所定の演算処理周期で逐次実行することにより異常判定情報を決定する。   In this case, the determination processing unit 58e determines abnormality determination information by sequentially executing the processing shown in the flowchart of FIG. 6 at a predetermined calculation processing cycle.

すなわち、判定処理部58eは、演算部58a,58bでそれぞれ算出した偏差ΔVd,ΔVqと、積分器58c,58dでそれぞれ算出した積分値∫ΔVd,∫ΔVqとをそれぞれに対応してあらかじめ定めた上限値と比較し、該上限値よりも大きいか否かを判断する(STEP1)。   That is, the determination processing unit 58e has predetermined upper limits corresponding to the deviations ΔVd and ΔVq calculated by the calculation units 58a and 58b and the integrated values 積分 ΔVd and ∫ΔVq calculated by the integrators 58c and 58d, respectively. It is compared with the value, and it is determined whether or not it is larger than the upper limit value (STEP 1).

このとき、偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれもが、上限値以下となっている場合(STEP1の判断結果が否定的である場合)には、判定処理部58eは、さらに、偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqを、それぞれに対応してあらかじめ定めた下限値と比較し、該下限値よりも小さいか否かを判断する(STEP2)。   At this time, if any of the deviations ΔVd, ΔVq and the integral values ∫ΔVd, ∫ΔVq is equal to or less than the upper limit value (when the determination result in STEP 1 is negative), the determination processing unit 58e further The deviations ΔVd and ΔVq and the integral values ∫ΔVd and ∫ΔVq are compared with the lower limit values determined in advance corresponding to the deviations, and it is determined whether or not they are smaller than the lower limit values (STEP 2).

そして、このSTEP2の判断結果が否定的である場合、すなわち、偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれもが、それぞれに対応する上限値と下限値との間の適正範囲に収まっている場合には、判定処理部58は、異常判定情報を、異常無しを示す情報に設定する(STEP6)。   If the determination result in STEP 2 is negative, that is, the deviations ΔVd and ΔVq and the integral values ∫ΔVd and ∫ΔVq are all within an appropriate range between the corresponding upper limit value and lower limit value. If so, the determination processing unit 58 sets the abnormality determination information to information indicating no abnormality (STEP 6).

一方、STEP1の判断結果が肯定的である場合(偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれかが上限値よりも大きい場合)、あるいは、STEP2の判断結果が肯定的である場合(偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれかが下限値よりも小さい場合)には、判定処理部58は、その状態が所定時間以上、継続したか否かを判断する(STEP3)。そして、このSTEP3の判断結果が否定的である場合、偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれかが、適正範囲から上限値側または下限値側に逸脱した状態が所定時間以上、継続した場合には、異常判定情報を、異常検知中を示す情報に設定する(STEP5)。   On the other hand, when the determination result of STEP1 is affirmative (when any of deviations ΔVd, ΔVq and integral values ∫ΔVd, ∫ΔVq is larger than the upper limit value), or when the determination result of STEP2 is affirmative ( If any of deviations ΔVd, ΔVq and integral values ∫ΔVd, ∫ΔVq is smaller than the lower limit value), determination processing unit 58 determines whether the state has continued for a predetermined time or more (STEP 3). . When the determination result in STEP 3 is negative, a state in which any one of the deviations ΔVd, ΔVq and the integral values ∫ΔVd, ∫ΔVq deviates from the appropriate range to the upper limit value side or the lower limit value side exceeds a predetermined time, If it continues, the abnormality determination information is set to information indicating that abnormality is being detected (STEP 5).

また、STEP3の判断結果が肯定的である場合には、判定処理部58は、異常判定情報を、異常有りを示す情報に設定する(STEP4)。   If the determination result in STEP 3 is positive, the determination processing unit 58 sets the abnormality determination information to information indicating the presence of abnormality (STEP 4).

以上のようにして、判定処理部58eにより設定された異常判定情報が、異常判定部58から外部に出力されう。   As described above, the abnormality determination information set by the determination processing unit 58e is output from the abnormality determination unit 58 to the outside.

ここで、前記位相差変更駆動手段10の動作異常が発生し、内ロータ3が外ロータ4に対して円滑に相対回転できないような状況になると、d軸電圧指令値Vd_cに対する実際のd軸電圧(d軸電圧検出値Vd_s)の誤差、または、q軸電圧指令値Vq_cに対する実際のq軸電圧(q軸電圧検出値Vq_s)の誤差が、定常的に生じる状況が多くなる。このため、前記偏差ΔVd,ΔVqおよび積分値∫ΔVd,∫ΔVqのいずれかが、それぞれに対応する上限値と下限値との間の適正範囲を逸脱する状況が多くなる。従って、前記した判定処理部58eの処理によって、位相差変更駆動手段10の異常の有無を適正に判断することができる。   Here, when an operation abnormality of the phase difference change driving means 10 occurs and the inner rotor 3 cannot smoothly rotate relative to the outer rotor 4, the actual d-axis voltage with respect to the d-axis voltage command value Vd_c. There are many situations in which an error in (d-axis voltage detection value Vd_s) or an error in the actual q-axis voltage (q-axis voltage detection value Vq_s) with respect to the q-axis voltage command value Vq_c occurs constantly. For this reason, there are many situations where any one of the deviations ΔVd and ΔVq and the integral values ∫ΔVd and ∫ΔVq deviates from an appropriate range between the corresponding upper limit value and lower limit value. Therefore, the presence / absence of abnormality of the phase difference change drive unit 10 can be appropriately determined by the processing of the determination processing unit 58e.

なお、異常判定部58が出力される異常判定情報は、電動機1の運転の制御に利用される。例えば、異常判定部58から、位相差変更駆動手段10の異常が発生したことを示す異常判定情報が出力された場合には、電動機1の運転を停止したり、電動機1の出力トルクを制限するなどの処理が実行される。   The abnormality determination information output by the abnormality determination unit 58 is used for controlling the operation of the electric motor 1. For example, when abnormality determination information indicating that an abnormality has occurred in the phase difference change drive unit 10 is output from the abnormality determination unit 58, the operation of the motor 1 is stopped or the output torque of the motor 1 is limited. Etc. are executed.

次に、本発明の第2実施形態を前記図4を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、Ke推定部55の処理と、該Ke推定部55に対する一部の入力だけが、第1実施形態と相違するものであるので、第1実施形態と同一の参照符号を使用して説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that this embodiment is different from the first embodiment only in the processing of the Ke estimation unit 55 and a part of the input to the Ke estimation unit 55, and therefore the same reference numerals as those in the first embodiment are used. Use and explain.

図4を参照して、本実施形態では、Ke推定部55には、d軸電圧検出値Vd_sの代わりに、図中の破線の矢印で示す如く、q軸電圧検出値Vq_sが3相−dq変換部54から入力される。従って、本実施形態では、Ke推定部55には、誘起電圧定数Keを推定するために用いる電動機1の複数の状態量として、前記3相−dq変換部54で求められたd軸電圧検出値Vd_sおよびq軸電圧検出値Vq_sのうちのd軸電圧検出値Vd_sと、前記3相−dq変換部61で求められたd軸電流検出値Id_sおよびq軸電流検出値Iq_sと、前記回転速度算出部51で求められた速度検出値Nm_sとが逐次入力される。そして、本実施形態のKe推定部55は、これらの入力値から、誘起電圧定数推定値Ke_eを求める。   Referring to FIG. 4, in this embodiment, Ke estimation unit 55 uses q-axis voltage detection value Vq_s as a three-phase-dq instead of d-axis voltage detection value Vd_s, as indicated by a dashed arrow in the figure. Input from the converter 54. Therefore, in the present embodiment, the Ke estimation unit 55 provides the d-axis voltage detection value obtained by the three-phase-dq conversion unit 54 as a plurality of state quantities of the electric motor 1 used for estimating the induced voltage constant Ke. Of the Vd_s and the q-axis voltage detection value Vq_s, the d-axis voltage detection value Vd_s, the d-axis current detection value Id_s and the q-axis current detection value Iq_s obtained by the three-phase-dq converter 61, and the rotation speed calculation The speed detection value Nm_s obtained by the unit 51 is sequentially input. Then, the Ke estimation unit 55 of the present embodiment obtains an induced voltage constant estimated value Ke_e from these input values.

ここで、前記式(3)における誘起電圧定数Keと、d軸インダクタンスLdとd軸電流Idとの積(=Ld・Id)との総和をΨとおく。すなわち、Ψを次式(5)により定義する。   Here, the sum of the induced voltage constant Ke in Equation (3) and the product (= Ld · Id) of the d-axis inductance Ld and the d-axis current Id is set to Ψ. That is, Ψ is defined by the following equation (5).


Ψ≡Ke+Ld・Id ……(5)

この場合、誘起電圧定数Keは、両ロータ3,4の永久磁石6,8による合成界磁磁束の強さの程度を示し、また、Ld・Idは、電動機1の電機子巻線の通電によって、上記合成界磁磁束の方向に発生する磁束(以下、巻線電流磁束という)の強さの程度を示す。従って、Ψは、上記合成界磁磁束と、巻線電流磁束との総和の磁束の強さの程度を示す指標となる。以下、Ψをq軸総磁束量という。なお、このq軸総磁束量Ψは、本発明における補助パラメータに相当するものである。

Ψ≡Ke + Ld · Id (5)

In this case, the induced voltage constant Ke indicates the degree of the strength of the combined field magnetic flux by the permanent magnets 6 and 8 of both rotors 3 and 4, and Ld · Id is determined by energization of the armature winding of the motor 1. , Shows the degree of strength of magnetic flux (hereinafter referred to as winding current magnetic flux) generated in the direction of the synthetic field magnetic flux. Therefore, Ψ is an index indicating the degree of the strength of the total magnetic flux of the combined field magnetic flux and the winding current magnetic flux. Hereinafter, Ψ is referred to as a q-axis total magnetic flux amount. The q-axis total magnetic flux Ψ corresponds to an auxiliary parameter in the present invention.

そして、式(5)におけるd軸インダクタンスLdは、d軸電流Idに応じて変化する傾向があるため、上記q軸総磁束量Ψは、誘起電圧定数Keおよびd軸電流Idとの間に高い相関性を有する。そこで、本実施形態では、Ke推定部55は、前記式(3)と、Ψ、KeおよびIdの間の相関性とを利用して、誘起電圧定数Keを求める。   Since the d-axis inductance Ld in the equation (5) tends to change according to the d-axis current Id, the q-axis total magnetic flux Ψ is high between the induced voltage constant Ke and the d-axis current Id. Correlation. Therefore, in the present embodiment, the Ke estimation unit 55 obtains the induced voltage constant Ke using the equation (3) and the correlation between Ψ, Ke, and Id.

具体的には、Ke推定部55は、まず、式(3)に式(5)を適用して変形した次式(6)により、q軸総磁束量Ψを求める(推定する)。   Specifically, the Ke estimation unit 55 first obtains (estimates) the q-axis total magnetic flux amount Ψ by the following formula (6) obtained by applying the formula (5) to the formula (3).


Ψ=(Vq−R・Iq)/ω ……(6)

この場合、Ke推定部55は、入力されたVq_s、Iq_sをそれぞれ式(6)の右辺のVq、Iqの値として用いると共に、入力されたNm_sに対応する電気角速度(Nm_sに電動機1の極対数を乗じてなる値)を式(6)の右辺のωの値として用いることによって、式(6)の右辺の演算を行う。

Ψ = (Vq−R · Iq) / ω (6)

In this case, the Ke estimation unit 55 uses the input Vq_s and Iq_s as the values of Vq and Iq on the right side of the equation (6), respectively, and the electrical angular velocity corresponding to the input Nm_s (Nm_s is the number of pole pairs of the motor 1). Is used as the value of ω on the right side of equation (6), and the calculation of the right side of equation (6) is performed.

なお、本実施形態では、式(6)の右辺のRの値としては、あらかじめ定められた値(固定値)が用いられる。ただし、Rの値を、例えばU相電流検出値Iu_sもしくはW相電流検出値Iw_sのサンプリング値から推定するようにしてもよい。また、式(6)は、前記第3発明における所定の演算式に相当するものである。   In the present embodiment, a predetermined value (fixed value) is used as the value of R on the right side of Equation (6). However, the value of R may be estimated from the sampling value of the U-phase current detection value Iu_s or the W-phase current detection value Iw_s, for example. Expression (6) corresponds to the predetermined arithmetic expression in the third invention.

次いで、Ke推定部55は、上記の如く式(6)により求めたq軸総磁束量Ψの推定値と、入力されたd軸電流検出値Id_sとから、これらと誘起電圧定数Keとの相関関係を表すものとしてあらかじめ定められたマップに基づいて、誘起電圧定数推定値Ke_eを求める。   Next, the Ke estimation unit 55 calculates the correlation between the estimated value of the q-axis total magnetic flux Ψ obtained by the equation (6) as described above and the input d-axis current detection value Id_s and the induced voltage constant Ke. An induced voltage constant estimated value Ke_e is obtained on the basis of a map predetermined as representing the relationship.

本実施形態では、以上説明したKe推定部55の処理が逐次実行され、誘起電圧定数推定値Ke_eが逐次求められる。補足すると、前記第1実施形態で説明した誘起電圧定数Keとロータ間位相差θdとの間の関係を表すマップ(あるいは演算式)と、前記Ke推定部55で使用するマップとは、前記第3発明における相関データに相当するものである。   In the present embodiment, the processing of the Ke estimation unit 55 described above is sequentially executed, and the induced voltage constant estimated value Ke_e is sequentially obtained. Supplementally, the map (or arithmetic expression) representing the relationship between the induced voltage constant Ke and the rotor phase difference θd described in the first embodiment and the map used by the Ke estimation unit 55 are the first This corresponds to the correlation data in the third invention.

以上説明した以外の構成および処理は、前記第1実施形態と同じである。   The configuration and processing other than those described above are the same as those in the first embodiment.

なお、本実施形態においても、第1実施形態に関して説明した如く、位相差指令値θd_cを逐次決定する代わりに、θd_cに対応する誘起電圧定数Keの指令値(目標値)を逐次生成し、あるいは、位相差指令値θd_cを図3のグラフの関係に従って誘起電圧定数Keの指令値(目標値)に変換し、Ke推定部55で求めた誘起電圧定数推定値Ke_eを、誘起電圧定数Keの指令値に一致させるように、アクチュエータ操作指令を生成するようにしてもよい。この場合には、位相差推定部56は不要である。そして、誘起電圧定数Keが本発明における特性パラメータに相当するものとなる。   In this embodiment as well, as described with respect to the first embodiment, instead of sequentially determining the phase difference command value θd_c, the command value (target value) of the induced voltage constant Ke corresponding to θd_c is sequentially generated, or The phase difference command value θd_c is converted into a command value (target value) of the induced voltage constant Ke according to the relationship of the graph of FIG. 3, and the induced voltage constant estimated value Ke_e obtained by the Ke estimating unit 55 is converted into a command of the induced voltage constant Ke. An actuator operation command may be generated so as to match the value. In this case, the phase difference estimation unit 56 is not necessary. The induced voltage constant Ke corresponds to the characteristic parameter in the present invention.

かかる本実施形態においても、第1実施形態と同様に、ロータ間位相差θdの推定値である位相差推定値θd_eを、前記PWM制御部69に備えるスイッチ素子の特性のばらつきに依存することなく、精度よく求めることができる。ひいては、ロータ間位相差θdを、位相差指令値θd_cに精度よく制御することができる。   In this embodiment as well, as in the first embodiment, the phase difference estimated value θd_e, which is an estimated value of the inter-rotor phase difference θd, does not depend on variations in the characteristics of the switch elements included in the PWM control unit 69. Can be obtained with high accuracy. As a result, the inter-rotor phase difference θd can be accurately controlled to the phase difference command value θd_c.

また、前記第1実施形態と全く同様に、位相差変更駆動手段10の動作異常の有無を的確に検知できる。   Also, exactly the same as in the first embodiment, it is possible to accurately detect the presence / absence of an operation abnormality of the phase difference change driving means 10.

次に本発明の第3実施形態を図7を参照して説明する。図7は、本発明における要部構成を示すブロック図である。なお、本実施形態は、前記第1実施形態または第2実施形態と、電圧検出手段のみが相違するので、第1実施形態または第2実施形態と同一部分については、第1実施形態または第2実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。また、図7における電動機1では、位相差変更駆動手段10および両ロータ3,4の図示を省略し、U相、V相、W相の電機子巻線1u,1v,1wを図示している。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration of the present invention. Since this embodiment is different from the first embodiment or the second embodiment only in the voltage detection means, the same parts as the first embodiment or the second embodiment are the same as those in the first embodiment or the second embodiment. The same reference numerals as in the embodiment are used to omit the description. Further, in the electric motor 1 in FIG. 7, illustration of the phase difference changing drive means 10 and the rotors 3 and 4 is omitted, and U-phase, V-phase, and W-phase armature windings 1u, 1v, and 1w are illustrated. .

図7を参照して、本実施形態では、U相、V相、W相の電機子巻線1u,1v,1wのうちの2つの相の電機子巻線、例えば、U相電機子巻線1uおよびV相電機子巻線1vのそれぞれの電圧を検出する電圧センサ43’,44’が備えられ、これらの電圧センサ43’,44’による電圧検出値が、制御装置50’に入力されるようになっている。以降、電圧センサ43’,44’によりそれぞれ検出された電圧をU相電圧検出値Vu_s、V相電圧検出値Vv_sという。   Referring to FIG. 7, in this embodiment, armature windings of two phases out of U-phase, V-phase, and W-phase armature windings 1u, 1v, 1w, for example, U-phase armature windings Voltage sensors 43 ′ and 44 ′ for detecting the voltages of 1u and the V-phase armature winding 1v are provided, and voltage detection values by these voltage sensors 43 ′ and 44 ′ are input to the control device 50 ′. It is like that. Hereinafter, the voltages detected by the voltage sensors 43 ′ and 44 ′ are referred to as a U-phase voltage detection value Vu_s and a V-phase voltage detection value Vv_s, respectively.

そして、本実施形態における制御装置50’には、上記U相電圧検出値Vu_sおよびV相電圧検出値Vv_sと、レゾルバ45による電動機1の出力軸2の角度検出値θm_sとから、3相−dq変換により、d軸電圧検出値Vd_sとq軸電圧検出値Vq_sとを算出する3相−dq変換部54’が備えられている。本実施形態では、この3相−dq変換部54’と、前記電圧センサ43’,44’とにより、本発明における電圧検出手段が実現される。   Then, the control device 50 ′ in the present embodiment uses the U-phase voltage detection value Vu_s, the V-phase voltage detection value Vv_s, and the angle detection value θm_s of the output shaft 2 of the electric motor 1 by the resolver 45 to obtain a three-phase-dq. A three-phase-dq converter 54 ′ that calculates the d-axis voltage detection value Vd_s and the q-axis voltage detection value Vq_s by conversion is provided. In the present embodiment, the three-phase-dq converter 54 ′ and the voltage sensors 43 ′ and 44 ′ realize the voltage detection means in the present invention.

この場合、3相−dq変換部54’の3相−dq変換は、U相、V相、W相の電機子巻線の電圧の組を、角度検出値θm_s(より詳しくは電気角での出力軸2の回転角度)に応じた変換行列によりd軸電圧およびq軸電圧の組に変換する処理である。この場合、U相、V相、W相の各相の電機子巻線の電圧の総和が“0”であることを考慮すると、前記3相−dq変換部54’の3相−dq変換は、次式(7)により与えられる。   In this case, the three-phase-dq conversion of the three-phase-dq conversion unit 54 ′ is performed by converting the voltage set of the U-phase, V-phase, and W-phase armature windings into an angle detection value θm_s (more specifically, an electrical angle This is a process of converting into a set of d-axis voltage and q-axis voltage by a conversion matrix corresponding to the rotation angle of the output shaft 2). In this case, considering that the sum of the voltages of the armature windings of the U-phase, V-phase, and W-phase is “0”, the 3-phase-dq conversion of the 3-phase-dq conversion unit 54 ′ is Is given by the following equation (7).

なお、式(7)におけるθeは、電気角での出力軸2の回転角度(θm_sに電動機1の極対数を乗じた値)である。   In Equation (7), θe is a rotation angle of the output shaft 2 in electrical angle (a value obtained by multiplying θm_s by the number of pole pairs of the electric motor 1).

補足すると、本実施形態では、d軸電圧検出値Vd_sとq軸電圧検出値Vq_sとを得るために、U相の電圧およびV相の電圧を検出するようにしたが、U相の電圧およびV相の相電圧のいずれか一方と、W相の電圧とを検出するようにしてもよい。あるいは、U相、V相、およびW相の電圧の全ての電圧を検出するようにしてもよい。   Supplementally, in this embodiment, in order to obtain the d-axis voltage detection value Vd_s and the q-axis voltage detection value Vq_s, the U-phase voltage and the V-phase voltage are detected. Either one of the phase voltages of the phase and the voltage of the W phase may be detected. Alternatively, all voltages of the U-phase, V-phase, and W-phase voltages may be detected.

以上説明した以外の構成および処理は、前記第1実施形態または第2実施形態と同じである。   Configurations and processes other than those described above are the same as those in the first embodiment or the second embodiment.

かかる本実施形態においても、第1実施形態と同様に、ロータ間位相差θdの推定値である位相差推定値θd_eを、前記PWM制御部69に備えるスイッチ素子の特性のばらつきに依存することなく、精度よく求めることができる。ひいては、ロータ間位相差θdを、位相差指令値θd_cに精度よく制御することができる。   In this embodiment as well, as in the first embodiment, the phase difference estimated value θd_e, which is an estimated value of the inter-rotor phase difference θd, does not depend on variations in the characteristics of the switch elements included in the PWM control unit 69. Can be obtained with high accuracy. As a result, the inter-rotor phase difference θd can be accurately controlled to the phase difference command value θd_c.

また、前記第1実施形態と全く同様に、位相差変更駆動手段10の動作異常の有無を的確に検知できる。   Also, exactly the same as in the first embodiment, it is possible to accurately detect the presence / absence of an operation abnormality of the phase difference change driving means 10.

なお、前記第1実施形態または第3実施形態において、前記式(4)を、各相電流と相電圧とを含む関係式に変換してなる式や、電動機1のステータ5に対して固定された静止座標系としての所謂α−β座標系での電圧および電流を含む関係式に変換してなる式を用いて、q軸インダクタンスLqを推定するようにしてもよい。同様に、前記第2実施形態または第3実施形態において、前記式(6)を、各相電流と相電圧とを含む関係式に変換してなる式や、電動機1のステータ5に対して固定された静止座標系としての所謂α−β座標系での電圧および電流を含む関係式に変換してなる式を用いて、q軸総磁束量Ψを推定するようにしてもよい。   In the first embodiment or the third embodiment, the equation (4) is fixed to the equation obtained by converting the equation (4) into a relational equation including each phase current and phase voltage, or to the stator 5 of the electric motor 1. Alternatively, the q-axis inductance Lq may be estimated by using an expression obtained by converting the relational expression including voltage and current in a so-called α-β coordinate system as a stationary coordinate system. Similarly, in the second embodiment or the third embodiment, the equation (6) is converted into a relational equation including each phase current and phase voltage, or fixed to the stator 5 of the electric motor 1. The q-axis total magnetic flux amount Ψ may be estimated using an expression obtained by converting the relational expression including the voltage and current in the so-called α-β coordinate system as the stationary coordinate system.

また、前記各実施形態では、両ロータ3,4を非突極型のロータとしたが、突極型のロータにしてもよい。   In the above embodiments, the rotors 3 and 4 are non-salient pole type rotors, but may be salient pole type rotors.

本発明の実施形態における電動機の要部を該電動機の軸心方向で見た図。The figure which looked at the important section of the electric motor in the embodiment of the present invention in the axial center direction of the electric motor. 図2(a)は界磁最大状態での内ロータと外ロータとの位相関係を示す図、図2(b)は界磁最小状態での内ロータ4と外ロータ3との位相関係を示す図。2A shows a phase relationship between the inner rotor and the outer rotor in the maximum field state, and FIG. 2B shows a phase relationship between the inner rotor 4 and the outer rotor 3 in the field minimum state. Figure. 実施形態の電動機の誘起電圧定数と、ロータ間位相差との関係を例示するグラフ。The graph which illustrates the relationship between the induced voltage constant of the electric motor of an embodiment, and the phase difference between rotors. 本発明の第1実施形態における電動機および位相差変更駆動手段の動作制御を行う制御装置の機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the control apparatus which performs operation | movement control of the electric motor and phase difference change drive means in 1st Embodiment of this invention. 図4に示す異常判定部の機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the abnormality determination part shown in FIG. 図5に示す判定処理部の処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the determination process part shown in FIG. 本発明の第2実施形態の要部構成を示すブロック図。The block diagram which shows the principal part structure of 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…電動機、2…出力軸、3…外ロータ、4…内ロータ、6,8…永久磁石、10…位相差変更駆動手段、41,42…電流センサ(電流検出手段)、43,44,43’,44’…電圧センサ(電圧検出手段)、50,50’…制御装置、52…通電制御部(通電制御手段)、53位相差指令算出部(ロータ間位相差制御手段)、54,54’…3相−dq変換部(電圧検出手段)、55…Ke推定部(特性パラメータ推定手段)、56…位相差推定部(特性パラメータ推定手段)、57…位相差制御部(ロータ間位相差制御手段)、58…異常判定部(異常検知手段)、61…3相−dq変換部(電流検出手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 2 ... Output shaft, 3 ... Outer rotor, 4 ... Inner rotor, 6, 8 ... Permanent magnet, 10 ... Phase difference change drive means, 41, 42 ... Current sensor (current detection means), 43, 44, 43 ', 44' ... voltage sensor (voltage detection means), 50, 50 '... control device, 52 ... energization control section (energization control means), 53 phase difference command calculation section (rotor phase difference control means), 54, 54 '... 3-phase-dq converter (voltage detection means), 55 ... Ke estimation part (characteristic parameter estimation means), 56 ... phase difference estimation part (characteristic parameter estimation means), 57 ... phase difference control part (inter-rotor position) (Phase difference control means), 58... Abnormality determination section (abnormality detection means), 61... Three-phase-dq conversion section (current detection means).
.

Claims (4)

界磁磁束を発生する永久磁石をそれぞれ有する第1ロータおよび第2ロータと、両ロータのうちの第1ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第2ロータが前記第1ロータに対して相対回転可能に設けられた電動機と、前記第2ロータの相対回転を行わせる駆動力を両ロータ間に付与することにより両ロータ間の位相差を変化させる位相差変更駆動手段とを備えた電動機システムにおいて、前記電動機の特性パラメータとしての該電動機の誘起電圧定数または前記両ロータ間の位相差の実際の値を推定し、その特性パラメータの推定値を用いて前記電動機システムの運転制御を行う制御装置であって、
前記電動機の電機子巻線の電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機の電機子巻線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記電流検出手段、前記電圧検出手段および回転速度検出手段の出力を基に、前記特性パラメータの推定値を求める特性パラメータ推定手段とを備えており、
前記電流検出手段が検出する前記電機子巻線の電流には、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束の方向をd軸、該d軸に直交する方向をq軸とするd−q座標系におけるd軸電流とq軸電流とが含まれると共に、前記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧には、前記d−q座標系におけるd軸電圧が含まれ、
前記特性パラメータ推定手段は、
前記電流検出手段による前記d軸電流およびq軸電流のそれぞれの検出値と前記電圧検出手段による前記d軸電圧の検出値と前記回転速度検出手段による前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記d−q座標系におけるq軸上での前記電機子巻線のインダクタンスであるq軸インダクタンスと前記d軸電流およびq軸電流と前記d軸電圧と前記出力軸の回転速度との間の相関関係を表す所定の演算式に基づいて、前記q軸インダクタンスの推定値を求める手段と、
該q軸インダクタンスの推定値と前記電流検出手段による前記q軸電流の検出値とから、前記特性パラメータとq軸インダクタンスとq軸電流との間の相関関係を表す所定の相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める手段とから構成されていることを特徴とする電動機システムの制御装置。
A first rotor and a second rotor, each having a permanent magnet for generating a field magnetic flux, and an output shaft rotatable integrally with the first rotor of the two rotors are coaxially provided, and the second rotor includes the A phase difference change drive that changes the phase difference between the two rotors by applying a driving force between the two motors and a motor that is provided to be relatively rotatable with respect to the first rotor. An estimated voltage constant of the motor as a characteristic parameter of the motor or an actual value of a phase difference between the rotors, and using the estimated value of the characteristic parameter, the motor system A control device for controlling the operation of
Current detection means for detecting the current of the armature winding of the motor;
Voltage detection means for detecting the voltage of the armature winding of the motor;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft;
Characteristic parameter estimating means for obtaining an estimated value of the characteristic parameter based on outputs of the current detecting means, the voltage detecting means and the rotation speed detecting means ,
The current of the armature winding detected by the current detecting means includes d-q where the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the two rotors is d-axis and the direction perpendicular to the d-axis is q-axis. In addition to the d-axis current and the q-axis current in the coordinate system, the voltage of the armature winding detected by the voltage detection means includes the d-axis voltage in the dq coordinate system,
The characteristic parameter estimation means includes
From the respective detected values of the d-axis current and q-axis current by the current detecting means, the detected value of the d-axis voltage by the voltage detecting means, and the detected value of the rotational speed of the output shaft by the rotational speed detecting means, Correlation between the q-axis inductance, which is the inductance of the armature winding on the q-axis in the dq coordinate system, the d-axis current, the q-axis current, the d-axis voltage, and the rotation speed of the output shaft. Means for obtaining an estimated value of the q-axis inductance based on a predetermined arithmetic expression representing the relationship;
Based on the estimated value of the q-axis inductance and the detected value of the q-axis current by the current detection unit, based on predetermined correlation data representing a correlation between the characteristic parameter, the q-axis inductance, and the q-axis current, A control device for an electric motor system, comprising: means for obtaining an estimated value of the characteristic parameter .
界磁磁束を発生する永久磁石をそれぞれ有する第1ロータおよび第2ロータと、両ロータのうちの第1ロータと一体に回転可能な出力軸とを互いに同軸に備えると共に、前記第2ロータが前記第1ロータに対して相対回転可能に設けられた電動機と、前記第2ロータの相対回転を行わせる駆動力を両ロータ間に付与することにより両ロータ間の位相差を変化させる位相差変更駆動手段とを備えた電動機システムにおいて、前記電動機の特性パラメータとしての該電動機の誘起電圧定数または前記両ロータ間の位相差の実際の値を推定し、その特性パラメータの推定値を用いて前記電動機システムの運転制御を行う制御装置であって、
前記電動機の電機子巻線の電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機の電機子巻線の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記電流検出手段、前記電圧検出手段および回転速度検出手段の出力を基に、前記特性パラメータの推定値を求める特性パラメータ推定手段とを備えており、
前記電流検出手段が検出する前記電機子巻線の電流には、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束の方向をd軸、該d軸に直交する方向をq軸とするd−q座標系におけるd軸電流とq軸電流とが含まれると共に、前記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧には、前記d−q座標系におけるq軸電圧が含まれ、
前記特性パラメータ推定手段は、
前記電流検出手段による前記q軸電流の検出値と前記電圧検出手段による前記q軸電圧の検出値と前記回転速度検出手段による前記出力軸の回転速度の検出値とから、前記d−q座標系におけるd軸上での前記電機子巻線のインダクタンスであるd軸インダクタンスと前記d軸電流との積と前記電動機の誘起電圧定数との総和を表す補助パラメータと、前記q軸電圧と、前記q軸電流と、前記出力軸の回転速度との間の相関関係を表す所定の演算式に基づいて、前記補助パラメータの推定値を求める手段と、
該補助パラメータの推定値と前記電流検出手段による前記d軸電流の検出値とから、前記特性パラメータと補助パラメータとd軸電流との間の相関関係を表す所定の相関データに基づいて、前記特性パラメータの推定値を求める手段とから構成されていることを特徴とする電動機システムの制御装置。
A first rotor and a second rotor, each having a permanent magnet for generating a field magnetic flux, and an output shaft rotatable integrally with the first rotor of the two rotors are coaxially provided, and the second rotor includes the A phase difference change drive that changes the phase difference between the two rotors by applying a driving force between the two motors and a motor that is provided to be relatively rotatable with respect to the first rotor. An estimated voltage constant of the motor as a characteristic parameter of the motor or an actual value of a phase difference between the rotors, and using the estimated value of the characteristic parameter, the motor system A control device for controlling the operation of
Current detection means for detecting the current of the armature winding of the motor;
Voltage detection means for detecting the voltage of the armature winding of the motor;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the output shaft;
Characteristic parameter estimating means for obtaining an estimated value of the characteristic parameter based on outputs of the current detecting means, the voltage detecting means and the rotation speed detecting means ,
The current of the armature winding detected by the current detecting means includes d-q where the direction of the field magnetic flux generated by the permanent magnets of the two rotors is d-axis and the direction perpendicular to the d-axis is q-axis. The d-axis current and the q-axis current in the coordinate system are included, and the voltage of the armature winding detected by the voltage detection unit includes the q-axis voltage in the dq coordinate system,
The characteristic parameter estimation means includes
From the detected value of the q-axis current by the current detecting means, the detected value of the q-axis voltage by the voltage detecting means, and the detected value of the rotational speed of the output shaft by the rotational speed detecting means, the dq coordinate system An auxiliary parameter representing the sum of the product of the d-axis inductance, which is the inductance of the armature winding on the d-axis, and the d-axis current, and the induced voltage constant of the motor, the q-axis voltage, and the q Means for obtaining an estimated value of the auxiliary parameter based on a predetermined arithmetic expression representing a correlation between a shaft current and a rotation speed of the output shaft;
Based on the estimated value of the auxiliary parameter and the detected value of the d-axis current by the current detection means, based on predetermined correlation data representing a correlation between the characteristic parameter, the auxiliary parameter, and the d-axis current, the characteristic An apparatus for controlling an electric motor system, characterized in that it comprises means for obtaining an estimated value of a parameter .
請求項1又は2記載の電動機システムの制御装置において
記電圧検出手段が検出する前記電機子巻線の電圧には、前記d−q座標系におけるd軸電圧とq軸電圧とが含まれ、
前記d軸電流およびq軸電流のそれぞれの目標値を設定しつつ、前記電流検出手段による前記d軸電流の検出値およびq軸電流の検出値をそれぞれの目標値に一致させるように、前記d軸電圧およびq軸電圧の目標値を決定し、該d軸電圧およびq軸電圧の目標値に応じて前記電動機の電機子巻線の通電を制御する通電制御手段と、
前記特性パラメータの目標値を設定し、該目標値に前記特性パラメータの推定値を一致させるように前記位相差変更駆動手段を制御するロータ間位相差制御手段と、
前記d軸電圧の目標値と該d軸電圧の検出値との偏差であるd軸電圧偏差と、前記q軸電圧の目標値と該q軸電圧の検出値との偏差であるq軸電圧偏差とのうちの少なくともいずれか一方の偏差に基づいて、前記位相差変更駆動手段の動作異常の有無を検知する異常検知手段とを備えたことを特徴とする電動機システムの制御装置。
In the control device of the electric motor system according to claim 1 or 2 ,
The voltage of the armature winding is pre SL voltage detecting means for detecting, includes a d-axis voltage and the q-axis voltage in the d-q coordinate system,
While setting the respective target values of the d-axis current and the q-axis current, the d-axis current detection value and the q-axis current detection value by the current detection means are matched with the respective target values. Energization control means for determining target values of the axial voltage and the q-axis voltage, and controlling energization of the armature winding of the motor according to the target values of the d-axis voltage and the q-axis voltage;
An inter-rotor phase difference control unit configured to set a target value of the characteristic parameter and control the phase difference change driving unit so as to match the estimated value of the characteristic parameter with the target value;
A d-axis voltage deviation that is a deviation between the target value of the d-axis voltage and the detected value of the d-axis voltage, and a q-axis voltage deviation that is a deviation between the target value of the q-axis voltage and the detected value of the q-axis voltage. And an abnormality detecting means for detecting whether or not the phase difference change driving means is operating abnormally based on at least one of the deviations.
請求項3記載の電動機システムの制御装置において、
前記異常検知手段は、前記d軸電圧偏差と、該d軸電圧偏差の積分値と、前記q軸電圧電圧偏差と、該q軸電圧偏差の積分値とのうちの少なくともいずれか一つが所定範囲から逸脱する状態が所定時間以上、継続した場合に、前記位相差変更駆動手段の動作異常が発生したことを検知することを特徴とする電動機システムの制御装置。
In the control apparatus of the electric motor system according to claim 3 ,
The abnormality detection means has at least one of the d-axis voltage deviation, the integrated value of the d-axis voltage deviation, the q-axis voltage voltage deviation, and the integrated value of the q-axis voltage deviation within a predetermined range. A control device for an electric motor system that detects that an operation abnormality of the phase difference change driving means has occurred when a state deviating from the state continues for a predetermined time or more.
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