WO2012043235A1 - 駆動装置の制御装置 - Google Patents

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WO2012043235A1
WO2012043235A1 PCT/JP2011/070977 JP2011070977W WO2012043235A1 WO 2012043235 A1 WO2012043235 A1 WO 2012043235A1 JP 2011070977 W JP2011070977 W JP 2011070977W WO 2012043235 A1 WO2012043235 A1 WO 2012043235A1
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WO
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field
rotor
flux
command value
drive device
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/070977
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
久田秀樹
石川雅美
Original Assignee
アイシン・エィ・ダブリュ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0086—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P23/009—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/24—Variable impedance in stator or rotor circuit

Definitions

  • the present invention relates to a variable magnetic flux type rotating electrical machine capable of adjusting a field flux provided by a rotor provided with a permanent magnet, and a control device for a driving device provided with a mechanism for adjusting the field flux.
  • IPMSM embedded magnet type rotating electrical machine
  • IPMSM interior-permanent-magnet-synchronous-motor
  • Patent Document 1 discloses a rotating electrical machine having a radially outer rotor (100) and a radially inner rotor (200) accommodated inside the rotor. (The symbols are those of Patent Document 1. Hereinafter, the same applies to the description of the background art.)
  • the radially outer rotor (100) that rotates while facing the inner peripheral surface of the stator core (301) has a permanent magnet (103) that forms a field flux.
  • the radially inner rotor (200) is composed of a yoke or magnet rotor having an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface of the radially outer rotor and rotatably arranged.
  • the relative phase in the circumferential direction of both rotors can be changed by a planetary reduction gear mechanism housed in the gear housing (4) (Patent Document 1: Paragraphs 27 to 37, FIGS. 1 to 3, abstracts, etc.).
  • variable magnetic flux type rotating electrical machine can increase the efficiency of the rotating electrical machine by suppressing these losses by mechanically changing the field flux.
  • a rotating electrical machine may be operated at a low rotation / high output (high torque) or may be operated at a high rotation / low output.
  • a strong field flux is required, and in the latter case, a weak field flux is required to suppress the counter electromotive force associated with high rotation.
  • a strong field flux may be required even when operating at a high speed. In such a case, there may be a case where high-rotation operation is performed under strong field flux together with field-weakening control for supplying field-weakening current to the stator coil.
  • the control circuit including the inverter also stops.
  • the rotor of the rotating electrical machine continues to rotate due to inertia, and regenerative power is supplied from the stator coil to the inverter.
  • an induced voltage exceeding the voltage of the DC power supply of the inverter may be generated.
  • the withstand voltage of the inverter is a realistic value considering mechanical adjustment of the field flux and field-weakening control that supplies field-weakening current to the stator coil. Specifically, a predetermined margin is given to the DC power supply of the inverter. The voltage is set.
  • the inverter when an induced voltage is generated that greatly exceeds the power supply voltage of the DC power supply, the inverter may be damaged beyond the withstand voltage of the inverter. Also, if the mechanical field flux adjustment mechanism is defective and the rotational speed of the rotating electrical machine becomes high without the field flux being reduced, an induced voltage exceeding the breakdown voltage of the inverter may be generated. . Although it is possible to increase the withstand voltage of the inverter or to provide a voltage limiting circuit, this leads to an increase in circuit scale and causes an increase in cost.
  • a driving apparatus comprising: a rotating electrical machine having a rotor having a permanent magnet and a stator having a coil; a field adjusting mechanism for changing a field flux supplied from the rotor; and an inverter connected to the coil.
  • the field flux is adjusted based on the field command value determined with the field limit value set according to the rotational speed of the rotor as the upper limit. For this reason, even if a sudden event such as the main switch being cut off occurs, the control system circuit including the inverter stops, and even if the rotor continues to rotate due to inertia, the field adjusted with the field limit value as the upper limit is adjusted.
  • the rotor rotates in the magnetic flux.
  • the field limit value is set according to the rotational speed of the rotor within a range where the induced voltage does not exceed the withstand voltage of the inverter. Therefore, even if such a sudden event occurs, the induced voltage exceeds the withstand voltage of the inverter. That is suppressed.
  • the induced voltage is kept within the limit of the withstand voltage of the inverter without increasing the withstand voltage of the inverter or providing a voltage limiting circuit, that is, without increasing the device scale. It becomes possible.
  • the loss affecting the efficiency of the rotating electrical machine copper loss and iron loss are well known, and control is preferably performed so that such loss is minimized.
  • a rotating electrical machine that has a field adjustment mechanism and can change the field flux can reduce the field-weakening current that flows through the coil to substantially weaken the field flux, thus suppressing copper loss and iron loss.
  • the field flux adjusted by the field adjustment mechanism is preferably determined so that the target torque of the rotating electrical machine can be output and the efficiency of the rotating electrical machine can be improved. Therefore, as one preferable aspect, the field command determination unit of the control device of the drive device according to the present invention is configured to respond to at least the target torque of the rotating electrical machine, the rotation speed, and the target torque and rotation speed.
  • the field flux may be determined with the field limit value as an upper limit based on the system loss of the driving device including the changing iron loss and copper loss.
  • the field command determination unit of the control device of the drive device includes the iron loss and the copper loss based on at least the target torque and the rotation speed.
  • An initial command value setting unit that sets the field flux that minimizes the system loss of the drive device as an initial field command value, and a limit that sets the field limit value as an upper limit for the initial field command value A field limiting unit for determining the field command value.
  • control device of the drive device further includes an estimated value of the actual field flux based on a detection result of an actual adjustment amount by the field adjustment mechanism controlled based on the field command value.
  • a field quantity deriving unit that obtains an estimated field quantity, and a current command that is a target value of a drive current supplied to the coil is determined based on at least the estimated field quantity, the target torque, and the rotation speed. It is preferable to include a current command determination unit that performs the operation.
  • the detection result of the actual adjustment amount by the field adjustment mechanism represents the state of the latest field adjustment mechanism as the actual state, so the field amount deriving unit accurately calculates the latest field amount. Can be estimated.
  • the current command generally determined based on the target torque and the rotation speed takes into account the estimated field quantity that is estimated with high accuracy in this way. And based on the target torque and the rotational speed. Therefore, according to this configuration, it is possible to control a drive device having a non-constant field flux by following the changing field flux satisfactorily.
  • the field adjustment mechanism of the control device for a drive device displaces at least a part of the rotor in a circumferential direction or a rotation axis direction of the rotor to thereby generate the field magnetic flux.
  • a drive source that adjusts and supplies a drive force for the displacement, and a power transmission mechanism that transmits the drive force from the drive source to the rotor.
  • the rotor includes a first rotor and a second rotor each having a rotor core and capable of adjusting a relative position, and at least one of the rotor cores is provided with the permanent magnet.
  • the field adjustment mechanism is a relative position adjustment mechanism that adjusts the field flux by displacing the relative position in the circumferential direction. Since the circumferential direction of the rotor is a direction corresponding to the electrical angle, the relative position (relative phase) on the electrical angle of the two rotors can be changed by displacing the relative position of the two rotors in the circumferential direction. it can. As a result, the magnetic circuit through which the magnetic flux of the permanent magnet passes changes, and the field magnetic flux supplied to the stator can be adjusted well.
  • a relative position adjusting mechanism as a field adjusting mechanism can be configured with a simple configuration.
  • the first rotor and the second rotor are both drive-coupled to the same output member, and the relative position adjustment mechanism includes a first rotation element including three rotation elements as the power transmission mechanism.
  • a differential gear mechanism and a second differential gear mechanism having three rotating elements, wherein the first differential gear mechanism is driven and connected to the first rotor as three rotating elements.
  • One is a displacement fixing element interlocked with the drive source and The other is a non-displacement fixing element fixed to the non-rotating member, and the rotational speed of the first rotor connecting element and the rotational speed of the second rotor connecting element in a state where the displacement fixing element is fixed
  • the gear ratio of the first differential gear mechanism and the gear ratio of the second differential gear mechanism may be set so as to be equal to each other.
  • the block diagram which shows typically the whole structure of a drive device and its control apparatus
  • the figure which shows typically the relationship between the induced voltage according to the rotational speed and the field limit value Torque map showing the control range for each field flux with field restrictions Map showing the relationship between the isotorque line and the current command value when the field flux is maximum Map showing the relationship between the isotorque line and the current command value when the field flux is intermediate Map showing the relationship between the isotorque line and the current command value when the field flux is minimum
  • Map showing the relationship between the isotorque line and the current command value when the field flux is maximum
  • Map showing the relationship between the isotorque line and the current command value when the field flux is intermediate
  • Axial sectional view of the drive unit Skeleton diagram of relative position adjustment mechanism
  • Block diagram showing another form of field command determination unit
  • FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a drive device 1 and a drive device control device 30 according to the present invention.
  • the drive device 1 includes a rotating electrical machine 2 and a field adjusting mechanism 50, an inverter 7 that drives the rotating electrical machine 2, and a drive circuit 8 that drives the field adjusting mechanism 50.
  • the rotating electrical machine 2 includes a rotor 4 having a permanent magnet and a stator 3 having a coil (stator coil) 3b.
  • the rotor 4 has a structure in which the field magnetic flux linked to the coil 3b that generates the rotating magnetic field changes according to the circumferential relative position between the first rotor 20 that is the inner rotor and the second rotor 10 that is the outer rotor. . That is, the rotary electric machine 2 is a variable magnetic flux type rotary electric machine.
  • the field adjustment mechanism 50 is configured as a relative position adjustment mechanism that changes the relative position between the first rotor 20 and the second rotor 10.
  • the relative position adjusting mechanism (field adjusting mechanism) 50 transmits an actuator 56 as a driving source for supplying a driving force for changing the relative positions of the rotors 10 and 20, and transmits the driving force to the rotors 10 and 20. And a power transmission mechanism 60.
  • the actuator 56 is a motor, for example, and is feedback-controlled based on the motor operation amount (rotation speed, rotation amount, etc.) detected by the sensor 58.
  • the control device 30 controls the rotating electrical machine 2 and the field adjustment mechanism 50 via the inverter 7 and the drive circuit 8. In other words, the control device 30 performs optimization control for controlling the drive device 1 including the rotating electrical machine 2 and the field adjustment mechanism 50 with high efficiency and safety while minimizing the loss as the drive device 1.
  • the control device 30 implements optimization control, and as a core functional unit, an adjustment mechanism control unit 31 that controls the field adjustment mechanism 50 and a rotary electric machine control unit 35 that controls the rotary electric machine 2, It is configured with.
  • the adjustment mechanism control unit 31 includes a field command determination unit 32, an adjustment command determination unit 33, and a drive control unit 34.
  • the field command determination unit 32 is a functional unit that determines a field command value B * that is a target of the field flux adjusted by the field adjustment mechanism 50.
  • the adjustment command determination unit 33 is a functional unit that determines an adjustment command ph * for driving the field adjustment mechanism 50 based on the field command value B * .
  • the drive control unit 34 is a functional unit that drives and controls the field adjustment mechanism 50 via the drive circuit 8 based on the adjustment command ph * .
  • a detection result of a sensor 58 that detects an operation amount (adjustment amount) PH of the actuator 56 of the field adjustment mechanism 50 is input to the drive control unit 34.
  • the drive control unit 34 performs feedback control based on the detection result.
  • the control device 30 of the present invention is characterized by a method for determining the field command value B * .
  • the field limit value B lmt (in accordance with the rotational speed ⁇ of the rotor 4) within a range in which the induced voltage induced in the coil 3 b does not exceed the withstand voltage of the inverter 7 connected to the coil 3 b (see FIG. the second reference) as an upper limit, field ⁇ command value based on at least rotational speed omega B * is determined.
  • this determination principle will be described.
  • the rotor 4 When the magnetic flux density of the field flux is the minimum value B min, the rotor 4 is induced voltage does not exceed the breakdown voltage V max of the inverter 7 even reach the maximum rotational speed. On the other hand, when the magnetic flux density is B max and B 50% , the withstand voltage V max of the inverter 7 is reached at the limiting speed ⁇ t of the rotational speeds ⁇ t100 and ⁇ t50 , respectively.
  • the upper limit field limit value B lmt is set according to the rotational speed ⁇ of the rotor 4. That is, the field limit value B 1mt is set to a value that decreases as the rotational speed ⁇ increases.
  • the field command determination unit 32 sets the field limit value B 1mt set according to the rotational speed ⁇ of the rotor 4 as an upper limit within the range where the induced voltage does not exceed the withstand voltage V max of the inverter 7, and at least the rotational speed ⁇ Based on this, field command value B * is determined.
  • the output (torque) of the rotating electrical machine 2 is generally controlled based on the target torque (torque command) T * and the rotational speed ⁇ . Therefore, the field command determination unit 32 preferably determines the field command value B * based on at least the target torque T * and the rotational speed ⁇ with the field limit value B 1mt as the upper limit.
  • FIG. 3 exemplifies a torque map showing a control region for each field flux provided with a field limit.
  • B 75% indicates a magnetic flux density of 75% of the maximum value B max
  • B 25% indicates a magnetic flux density of 25% of the maximum value B max .
  • Magnetic flux density B max In this torque map, B 75%, relative to the B 50% of the field magnetic flux, as mentioned above the speed limit ⁇ t ( ⁇ t100, ⁇ t75 % and omega t50) at limit is applied. In the control area of each of the speed limit omega t higher rotational speed omega, all circles flux becomes not set. In the field magnetic flux having a magnetic flux density of B 25% and B min , the induced voltage does not exceed the withstand voltage V max of the inverter 7 even when the rotor 4 reaches the maximum rotational speed, and the speed limit ⁇ t is not set. Therefore, the field magnetic flux can be set in the entire control region corresponding to the target torque regardless of the rotational speed ⁇ .
  • the field command determination unit 32 can determine the field command value B * by referring to such a torque map.
  • the speed limit omega t corresponding to stepwise field magnetic flux in FIG. 3, it is actually defined speed limit omega t corresponding to continuous or more finely divided stepwise field flux It is preferable to use a map.
  • the field command determination unit 32 appropriately reduces the loss of the drive device 1 as much as possible, and appropriately functions as a field adjustment mechanism as one function unit of the control device 30 that optimizes and controls the drive device 1 safely with high efficiency. It is preferable to determine a field command value B * for controlling 50.
  • the field command determination unit 32 preferably includes at least iron loss and copper that change according to the target torque T * and the rotational speed ⁇ of the rotating electrical machine 2. and system losses P LOS driving apparatus 1 including the loss, the target torque T *, which determines the field ⁇ command value B * on the basis of the rotation speed omega.
  • the field command determination unit 32 determines the field command value B * with the field limit value B 1mt as the upper limit. Since the optimum field flux may be different depending on the DC voltage Vdc of the inverter 7, as shown in FIG. 1, the field command determining unit 32 further takes the field command value B into consideration in consideration of the DC voltage Vdc. It is preferable to determine * .
  • the field command determination unit 32 includes an initial command value setting unit 32a and a field limiting unit 32b as shown in FIG. It is preferable.
  • the initial command value setting unit 32a is a functional unit that sets an initial field command value B 0 * .
  • Field limiting unit 32b is a functional portion to determine the initial field ⁇ command value B 0 * field ⁇ command value by adding a limit of up to field limits B lmt against B *.
  • the initial field command value B 0 * is set in consideration of the DC voltage Vdc.
  • the system loss PLOS preferably includes an electrical loss including copper loss and iron loss of the rotating electrical machine 2 and a mechanical loss of the field adjustment mechanism 50 configured as a relative position adjustment mechanism.
  • the mechanical loss is a loss typified by a gear loss of the relative position adjusting mechanism configured to include a differential gear mechanism as the power transmission mechanism 60.
  • the electrical loss includes an inverter loss which is a switching loss mainly in the switching element of the inverter 7 in addition to the copper loss and the iron loss.
  • the iron loss is a hysteresis loss or vortex lost when the magnetic flux passing through the stator core 3a (see FIGS.
  • the system loss P LOS can include various losses in the driving device 1 in addition to those exemplified here.
  • the system loss PLOS is prepared in advance as a map 32m.
  • the map 32m can be generated by performing data analysis and data optimization on the basis of loss data obtained by experiment or magnetic field analysis simulation for each rotation speed ⁇ and torque of the rotating electrical machine 2 (drive device 1).
  • the map 32m shows the relative position of the rotors 10 and 20 that realize the field magnetic flux that minimizes the system loss PLOS , the target torque T * and the rotational speed of the drive device 1 (or the rotating electrical machine 2).
  • the relationship with ⁇ is specified.
  • the initial command value setting unit 32a refers to the map 32m and sets a field flux that minimizes the system loss P LOS as the initial field command value B 0 * based on at least the target torque T * and the rotational speed ⁇ . .
  • the field limiting unit 32b determines an initial field ⁇ command value B 0 * field ⁇ command value by adding a limit of up to field limits B lmt against B *.
  • the other core functional unit of the control device 30 for realizing the optimization control is the rotating electrical machine control unit 35.
  • the rotating electrical machine control unit 35 detects the current flowing through the coil 3b by the current sensor 38, and controls the rotating electrical machine 2 by performing control based on current feedback. Therefore, the rotating electrical machine control unit 35 includes a current command determination unit 36 that determines a current command that is a target of the current flowing through the coil 3b, and an inverter control unit 37 that controls the inverter 7 based on the current command. Composed.
  • the rotating electrical machine control unit 35 controls the rotating electrical machine 2 by known vector control.
  • an alternating current flowing through each of the three-phase coils 3b is converted into a d-axis that is a direction of a magnetic field generated by a permanent magnet disposed in the rotor 4, and a q-axis that is electrically orthogonal to the d-axis
  • the feedback control is performed by converting the coordinates to the vector component.
  • the current command determination unit 36 determines two current commands id * and iq * corresponding to the d-axis and the q-axis.
  • the current command determination unit 36 determines the current commands id * and iq * with reference to an equal torque map showing the relationship between the equal torque line and the current command as shown in FIGS. 4 to 6, equal torque lines T2, T4, T6, T8, and T10 indicate torques having different magnitudes, and the larger the number, the larger the torque.
  • the symbol MT indicates a maximum torque control line that can output the target torque with maximum efficiency. Basically, the values of id and iq at the intersection of the equal torque line corresponding to the target torque T * and the maximum torque control line MT in the equal torque map are the current commands id * and iq * .
  • the current command determination unit 36 is induced in the coil 3b according to the rotational speed ⁇ with respect to the values of id and iq obtained by referring to the equal torque map.
  • the current commands id * and iq * are determined in consideration of additional control elements such as field weakening control and field strengthening control in consideration of the induced voltage.
  • FIG. 4 shows an equal torque map when the magnetic flux density of the field magnetic flux is B max
  • FIG. 5 shows an equal torque map when the magnetic flux density of the field magnetic flux is B 50%
  • FIG. An equal torque map when the magnetic flux density is B min is shown.
  • the current command determination unit 36 determines the current commands id * and iq * with reference to an equal torque map prepared in advance for each field flux.
  • the current command determination unit 36 can determine the current commands id * and iq * based on at least the field flux and the target torque T * . As described above, it is desirable to consider the rotational speed ⁇ related to the induced voltage induced in the coil 3b in determining the current commands id * and iq * , and the current command determining unit 36 has at least a field flux. It is preferable to determine the current commands id * and iq * based on the target torque T * and the rotational speed ⁇ . Further, similarly to the initial field command value B 0 * and the field command value B * described above, the current commands id * and iq * may be determined in consideration of the DC voltage Vdc.
  • the current command determination unit 36 may use the field command value B * as the value of the field magnetic flux.
  • the actuator 56 is driven, and the field adjustment mechanism 50.
  • the actual operation amount PH of the actuator 56 is used as the actual adjustment amount by the field adjustment mechanism 50, and the field flux is estimated from this adjustment amount (operation amount) PH.
  • the control device 30 estimates the estimated field that is an estimated value of the actual field flux based on the detection result of the actual adjustment amount PH by the field adjustment mechanism 50 controlled based on the field command value B *.
  • a field quantity deriving unit 39 for obtaining a magnetic quantity (estimated magnetic flux density) B is provided.
  • the current command determination unit 36 determines the current commands id * and iq * using the estimated field quantity B. That is, as one preferable aspect, the current command determination unit 36 determines the current commands id * and iq * based on at least the estimated field amount B, the target torque T *, and the rotation speed ⁇ .
  • the inverter control unit 37 performs proportional integral control (PI control) or proportional calculus control (PID control) based on the deviation between the current commands id * and iq * and the current of the coil 3b detected and fed back by the current sensor 38. To calculate the voltage command. Based on the voltage command, the inverter control unit 37 generates a control signal for driving a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) constituting the inverter 7 by PWM (pulse width modulation) control or the like. At this time, in order to perform coordinate conversion between the two-phase vector space of the vector control and the real space of the three-phase inverter 7, the rotor position (field angle / electricity) detected by the rotation sensor 5 is determined. Reference is made to (angle) ⁇ .
  • PI control proportional integral control
  • PID control proportional calculus control
  • the field adjusting mechanism 50 adjusts the field flux by displacing at least a part of the rotor 4 in the circumferential direction or the rotation axis direction of the rotor 4.
  • the field adjustment mechanism 50 includes a driving source (actuator) 56 that supplies a driving force for this displacement, and a power transmission mechanism 60 that transmits the driving force from the driving source 56 to the rotor 4.
  • the rotor 4 has the rotor cores 11 and 21 (see FIGS. 7 and 8), respectively, and the first rotor 20 and the second rotor 10 (FIGS. 1, 7, and 8) whose relative positions can be adjusted. See).
  • the rotor 4 includes a permanent magnet on at least one of the rotor cores 11 and 21 of the rotors 10 and 20.
  • the field adjustment mechanism 50 is configured as a relative position adjustment mechanism that adjusts the field flux by displacing the relative positions of the rotors 10 and 20 in the circumferential direction.
  • the first rotor 20 and the second rotor 10 are both drive-coupled to the same output member, and the relative position adjustment mechanism (field adjustment mechanism) 50 serves as the power transmission mechanism 60 and includes three rotation elements. And a first differential gear mechanism 51 and a second differential gear mechanism 52 as shown below (see FIG. 8).
  • the first differential gear mechanism 51 includes, as three rotating elements, a first rotor coupling element 51a that is drivingly coupled to the first rotor 20, and a first output coupling that is drivingly coupled to the output member.
  • An element 51b and a first fixing element 51c are provided.
  • the second differential gear mechanism 52 includes, as three rotating elements, a second rotor connecting element 52a that is drivingly connected to the second rotor 10, a second output connecting element 52b that is drivingly connected to the output member, and a second fixed element. And an element 52c.
  • One of the first fixing element 51c and the second fixing element 52c is a displacement fixing element interlocked with the drive source 56, and the other is a non-displacement fixing element fixed to the non-rotating member.
  • the first fixing element 51c is a displacement fixing element
  • the second fixing element 52c is a non-displacement fixing element.
  • the gear ratio of the first differential gear mechanism 51 is set so that the rotational speed of the first rotor coupling element 51a and the rotational speed of the second rotor coupling element 52 are equal to each other when the displacement fixing element is fixed. And the gear ratio of the second differential gear mechanism 52 are set.
  • the rotating electrical machine 2 is an inner rotor type rotating electrical machine having two rotors whose relative positions are variable.
  • the rotor 4 includes a second rotor 10 that is an outer rotor facing the stator 3, and a first rotor 20 that is an inner rotor.
  • the first rotor 20 includes a first rotor core 21 and a permanent magnet embedded in the first rotor core 21.
  • the second rotor 10 includes a gap as a flux barrier formed in the second rotor core 11 and the second rotor core 11.
  • the positional relationship between the permanent magnet and the flux barrier changes according to the relative position between the first rotor 20 and the second rotor 10, and the field flux is adjusted by changing the magnetic circuit.
  • the rotating electrical machine 2 is housed inside the case 80 and constitutes the drive device 1 together with a relative position adjusting mechanism (field adjusting mechanism) 50 that adjusts the relative positions of the first rotor 20 and the second rotor 10 in the circumferential direction.
  • the driving device 1 is configured to be able to transmit the driving force (synonymous with torque) of the rotating electrical machine 2 to the rotor shaft 6 as the output shaft via the relative position adjusting mechanism 50.
  • the “axial direction L”, “radial direction R”, and “circumferential direction” are the axes of the first rotor core 21 and the second rotor core 11 arranged coaxially (that is, the rotational axis X). Is used as a reference.
  • “axis first direction L1” represents the left side along the axial direction L in FIG. 7
  • “axis second direction L2” represents the right side along the axial direction L in FIG. Shall.
  • the “inner diameter direction R1” represents a direction toward the inner side (axial center side) of the radial direction R
  • the “outer diameter direction R2” represents a direction toward the outer side (stator side) of the radial direction R.
  • the stator 3 constituting the armature of the rotating electrical machine 2 includes a stator core 3a and a coil (stator coil) 3b wound around the stator core 3a, and is fixed to the inner surface of the peripheral wall portion 85 of the case 80.
  • the stator core 3a is formed in a cylindrical shape by laminating a plurality of electromagnetic steel plates.
  • a rotor 4 as a field magnet having a permanent magnet is disposed on the inner radial direction R1 side of the stator 3.
  • the rotor 4 is supported by the case 80 so as to be rotatable around the rotation axis X, and rotates relative to the stator 3.
  • 1st rotor 20 and 2nd rotor 10 which constitute rotor 4 are provided with the 1st rotor core 21 and the 2nd rotor core 11, respectively.
  • the first rotor core 21 and the second rotor core 11 are arranged coaxially so as to overlap in the radial direction R view.
  • the 1st rotor core 21 and the 2nd rotor core 11 have the length of the same axial direction L, and are arrange
  • the first rotor core 21 and the second rotor core 11 are configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the same manner as the stator core 3a.
  • the first rotor 20 is configured to include a permanent magnet that is embedded in the first rotor core 21 and provides a field flux interlinking with the coil 3b.
  • a gap serving as a flux barrier is formed in the second rotor core 11.
  • the permanent magnet and the flux barrier are arranged so that the field magnetic flux reaching the stator 3 changes in accordance with the circumferential relative positions of the first rotor 20 and the second rotor 10.
  • a magnetic circuit serving as a bypass path is formed in the second rotor core 11 in accordance with the relative positions of the rotors 10 and 20, the leakage flux increases, and the magnetic flux reaching the stator 3 is increased. It can arrange
  • the first rotor 20 includes a first rotor core support member 22 that supports the first rotor core 21 and rotates integrally with the first rotor core 21.
  • the first rotor core support member 22 is configured to abut and support the first rotor core 21 from the radial inner direction R1 side.
  • the first rotor core support member 22 has a bearing (bush in this example) arranged on the first axial direction L1 side with respect to the first rotor core 21 and on the second axial direction L2 side with respect to the first rotor core 21.
  • the second rotor core support member 12 is rotatably supported by the arranged bearing (in this example, a bush).
  • the first rotor core support member 22 has a first spline-coupled to the rotation element (the first sun gear 51a as the first rotor connecting element) provided in the relative position adjusting mechanism 50 on the outer peripheral surface of the first axial direction L1 side portion of the first rotor core support member 22. Spline teeth 23 are formed.
  • the second rotor 10 includes a second rotor core support member 12 that supports the second rotor core 11 and rotates integrally with the second rotor core 11.
  • the second rotor core support member 12 includes a first support portion 12a that supports the second rotor core 11 from the axial first direction L1 side, and a second support portion 12b that supports the second rotor core 11 from the axial second direction L2 side. I have.
  • the first support portion 12 a and the second support portion 12 b are fastened and fixed in the axial direction L by fastening bolts 14 inserted through insertion holes formed in the second rotor core 11. That is, the second rotor core 11 is sandwiched and held between the first support portion 12a and the second support portion 12b.
  • the first support portion 12a is supported in the radial direction R by a bearing (in this example, a rolling bearing) disposed on the first axial direction L1 side with respect to the second rotor core 11, and the second support portion 12b is a second rotor core.
  • 11 is supported in the radial direction R by a bearing (rolling bearing in this example) arranged on the second axial direction L2 side.
  • the second spline teeth 13 that are spline-coupled with the rotating element (in this embodiment, the second sun gear 52a) provided in the relative position adjusting mechanism 50. Is formed.
  • a sensor rotor of the rotation sensor 5 (resolver in this embodiment) is attached to the outer peripheral surface of the second support portion 12b on the side in the axial second direction L2 so as to rotate integrally.
  • the rotation sensor 5 detects the rotation position (electrical angle ⁇ ) and the rotation speed ⁇ of the rotor 4 with respect to the stator 3.
  • the rotor shaft 6 is an output shaft that outputs a driving force as the driving device 1.
  • the rotor shaft 6 is coaxially arranged with the first rotor core 21 and the second rotor core 11, and, like the first rotor core 21 and the second rotor core 11, the rotation element (as the first output connection element 51 b) of the relative position adjustment mechanism 50.
  • the first carrier 51b and the second carrier 52b) as the second output connecting element 52b are drivingly connected. Except when adjusting the relative position in the circumferential direction, the first rotor core 21 and the second rotor core 11 rotate at the same rotational speed (rotor rotational speed).
  • the rotational speed of the rotor shaft 6 is reduced with respect to the rotational speed of the rotor 4 by the differential gear mechanisms 51 and 52, and the torque of the rotating electrical machine 2 is amplified on the rotor shaft 6. Communicated.
  • a relative position adjusting mechanism 50 having a first differential gear mechanism 51 and a second differential gear mechanism 52 each including three rotating elements is disposed on the first axial direction L1 side with respect to the rotating electrical machine 2. . Further, the two differential gear mechanisms 51 and 52 as the power transmission mechanism 60 are arranged so that the first differential gear mechanism 51 is positioned on the side in the first axis direction L1 with respect to the second differential gear mechanism 52. They are arranged in the direction L.
  • the relative position adjusting mechanism 50 includes a first rotor core support member 22 drivingly connected to the first differential gear mechanism 51 and a second rotor core support member 12 drivingly connected to the second differential gear mechanism 52 in the circumferential direction.
  • the relative position in the circumferential direction between the first rotor core 21 that rotates integrally with the first rotor core support member 22 and the second rotor core 11 that rotates together with the second rotor core support member 12 is adjusted.
  • the first differential gear mechanism 51 and the second differential gear mechanism 52 are both constituted by a single pinion type planetary gear mechanism having three rotating elements.
  • the first differential gear mechanism 51 includes, as three rotating elements, a first sun gear (first rotor connecting element) 51 a that is drivingly connected to the first rotor 20, and a first carrier (first gear) that is drivingly connected to the rotor shaft 6. 1 output connecting element) 51b and a first ring gear (first fixed element) 51c. Both the first sun gear 51a and the first ring gear 51c are rotating elements that mesh with a plurality of pinion gears supported by the first carrier 51b.
  • the second differential gear mechanism 52 includes, as three rotating elements, a second sun gear (second rotor connecting element) 52a that is drivingly connected to the second rotor 10, and a second carrier (second driving gear) that is drivingly connected to the rotor shaft 6. 2 output connection element) 52b and a second ring gear (second fixed element) 52c. Both the second sun gear 52a and the second ring gear 52c are rotating elements that mesh with a plurality of pinion gears supported by the second carrier 52b.
  • the first sun gear 51a of the first differential gear mechanism 51 is drivingly connected to the first rotor 20 by being drivingly connected (splined) so as to rotate integrally with the first rotor core support member 22.
  • the second sun gear 52 a of the second differential gear mechanism 52 is drivingly connected to the second rotor 10 by being driven and connected (splined) so as to rotate integrally with the second rotor core support member 12.
  • the first carrier 51 b of the first differential gear mechanism 51 and the second carrier 52 b of the second differential gear mechanism 52 are both drive-coupled to rotate integrally with the rotor shaft 6, and constitute an integral carrier 53.
  • the second ring gear 52c of the second differential gear mechanism 52 is fixed to the side wall 81 (non-rotating member) of the case 80, and corresponds to the “non-displacement fixing element” in the present invention.
  • the rotation position of the first ring gear 51c is adjusted when the circumferential relative position between the first rotor 20 and the second rotor 10 is adjusted, and is fixed except during the adjustment. That is, the first ring gear 51c corresponds to the “displacement fixing element” of the present invention.
  • a worm wheel 54 is formed on the outer peripheral surface of the first ring gear 51c. That is, the worm wheel 54 is provided integrally with the first ring gear 51c, and the first ring gear 51c rotates integrally with the worm wheel 54 as a displacement member.
  • the relative position adjusting mechanism 50 includes a worm gear 55 that engages with the worm wheel 54.
  • the worm gear 55 When the worm gear 55 is rotated by the driving force of the actuator 56 as a driving source, the worm wheel 54 that meshes with the worm gear 55 moves in the circumferential direction, and the first ring gear 51c rotates.
  • the amount of movement of the worm wheel 54 in the circumferential direction that is, the amount of rotation of the first ring gear 51 c is proportional to the amount of rotation of the worm gear 55.
  • the relative position in the circumferential direction between the first rotor 20 and the second rotor 10 is determined according to the circumferential position of the worm wheel 54.
  • the size of the adjustment range of the circumferential relative position between the first rotor 20 and the second rotor 10 can be set by the circumferential length of the worm wheel 54.
  • the adjustment range of the relative position in the circumferential direction between the first rotor 20 and the second rotor 10 during the operation of the rotating electrical machine 2 is set to an electrical angle range of 90 degrees or 180 degrees, for example.
  • the first carrier (first output connecting element) 51b and the second carrier (second output connecting element) 52b constitute an integrated carrier 53 and are drivingly connected to rotate integrally. Since the second ring gear 52c is fixed to the case 80, when the first ring gear 51c is rotated, the first sun gear 51a rotates relative to the second sun gear 52a, and the first sun gear 51a and the second sun gear 52a. The relative position in the circumferential direction changes.
  • the first rotor core support member 22 is drivingly connected to the first sun gear 51a so as to integrally rotate, and the second rotor core support member 12 is drivingly connected to the second sun gear 52a so as to rotate integrally.
  • the gear ratio of the first differential gear mechanism 51 and the gear ratio of the second differential gear mechanism 52 are the rotational speeds of the first sun gear 51a and the second sun gear 52a when the first ring gear 51c is fixed.
  • the rotational speed is set to be equal to each other.
  • the number of teeth / the number of teeth of the second ring gear 52c) is set to be equal to each other.
  • the first carrier 51b and the second carrier 52b are integrally formed, and the first ring gear 51c and the second ring gear 52c are excluded except when the rotational position of the first ring gear 51c is adjusted. Both of them are fixed.
  • the rotation speed of the first sun gear 51a and the rotation speed of the second sun gear 52a are equal to each other, and the rotation of the first rotor core 21 (first rotor 20).
  • the speed and the rotation speed of the second rotor core 11 (second rotor 10) are equal to each other.
  • the rotor 4 composed of the two rotors 10 and 20 has a rotational phase difference (relative position, relative Rotate integrally while maintaining the phase. That is, the rotor 4 rotates integrally with the relative phase (relative rotational phase) of the rotors 10 and 20 adjusted.
  • a rotating electrical machine having a rotor having a permanent magnet and a stator having a coil, a field adjusting mechanism for changing a field flux supplied from the rotor, It is possible to provide a technique capable of keeping the induced voltage within the limit of the withstand voltage of the inverter without increasing the scale of the control device of the drive device that controls the drive device including the inverter connected to the coil.
  • the field command determination unit 32 refers to the map 32m in which the system loss P LOS is defined, and based on at least the target torque T * and the rotational speed ⁇ , the system loss P LOS There sets a field magnetic flux becomes minimum as the initial boundary ⁇ command value B 0 *, the initial field ⁇ command value B 0 * relative field limits B field ⁇ command value by adding a limit of up to lmt B An example of determining * has been described.
  • the map 32m is not limited to the map in which the system loss P LOS is defined, and the initial field command value B 0 * and the field magnet are directly set using the rotational speed ⁇ and the target torque T * as arguments.
  • the command value B * may be configured as a specified map.
  • the torque map shown in FIG. 3 is a suitable example of a map that constitutes the map 32m.
  • the rotor was comprised by two rotors and the structure which changes a field flux by changing those circumferential relative positions was illustrated.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the magnetic flux reaching the stator may be changed by displacing at least a part of the rotor in the rotation axis direction.
  • variable magnetic flux type rotating electrical machine is not limited to the above-described embodiments.
  • An inner-rotor-type or outer-rotor-type rotating electrical machine may be configured in which two divided rotors are arranged adjacent to each other in the axial direction, and the relative positions in the circumferential direction of the two rotors are variable. With such a configuration, one or both of the permanent magnet and the flux barrier included in each rotor can influence each other to change the field magnetic flux reaching the stator.
  • the outer rotor capable of adjusting the relative position in the circumferential direction and the inner rotor of the inner rotor are provided with a permanent magnet, and the outer rotor has a flux barrier.
  • An example in which is formed is shown.
  • the present invention is not limited to this, and the outer rotor may be provided with a permanent magnet, and the inner rotor may be provided with a flux barrier.
  • a permanent magnet may be provided in both the outer rotor and the inner rotor.
  • each rotor may be provided with a permanent magnet and a flux barrier may be formed. The same applies to the case where the rotor is divided and formed in the axial direction. In the plurality of divided rotors, the permanent magnet and the flux barrier may be provided in each rotor, or may be provided in any of the rotors. .
  • the present invention can be used for a variable magnetic flux type rotating electrical machine and a driving device capable of adjusting a field flux by a permanent magnet, and a control device for controlling them.

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Abstract

可変磁束型回転電機を備えた駆動装置を制御する制御装置の規模を増大させることなく、誘起電圧をインバータの耐圧の限度内に収めることができる技術を提供する。永久磁石を備えたロータとコイルを備えたステータとを有する回転電機と、ロータから供給される界磁束を変化させる界磁調整機構と、コイルに接続されたインバータとを備えた駆動装置を制御する駆動装置の制御装置は、コイルに誘起される誘起電圧がインバータの耐圧Ｖｍａｘを越えない範囲内でロータの回転速度に応じて設定された界磁制限値Ｂｌｍｔを上限として、少なくとも回転速度に基づいて界磁調整機構により調整される界磁束の目標となる界磁指令値を決定する。

Description

駆動装置の制御装置
　本発明は、永久磁石を備えたロータにより提供される界磁束を調整可能な可変磁束型の回転電機と、当該界磁束を調整する機構とを備えた駆動装置の制御装置に関する。
　内部に永久磁石を埋め込んだロータを備える埋め込み磁石型の回転電機（ＩＰＭＳＭ：interior permanent magnet synchronous motor）が広く用いられている。ＩＰＭＳＭでは、通常、永久磁石はロータコアに固定されているため、ロータから発生する磁束は一定である。ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧は高くなり、誘起電圧が駆動電圧を超えると制御不能となる場合がある。これを回避するため、ある回転速度以上では、ロータからの磁界を実質的に弱める弱め界磁制御が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと回転電機から出力されるトルクに対してステータコイルに流れる電流が大きくなるため、銅損が大きくなり効率が低下する。また、永久磁石からステータに到達する磁束が一定のままでは、ロータの回転速度が高い領域において、ステータコアにおいて生じる鉄損も大きくなり効率が低下する。
　そこで、ロータが備える永久磁石からステータに到達する磁束をロータの回転速度に応じて変化させる可変磁束型の回転電機が提案されている。日本国公開特許公報ＪＰ２００２－５８２２３Ａ（特許文献１）には、径外側ロータ（１００）と、このロータの径内側に収容される径内側ロータ（２００）とを有した回転電機が開示されている（符号は特許文献１のもの。以下、背景技術の説明において同様。）。ステータコア（３０１）の内周面に対面しつつ回転する径外側ロータ（１００）は、界磁束を形成する永久磁石（１０３）を有する。径内側ロータ（２００）は、径外側ロータの内周面に対面する外周面を有して回転自在に配接されるヨーク又は磁石ロータからなる。両ロータの周方向の相対位相は、ギヤハウジング（４）内に収納された遊星減速ギヤ機構により変更可能である（特許文献１：第２７～３７段落、図１～３、要約等。）。
　回転電機の効率に影響する損失には、銅損や鉄損、インバータ損などがよく知られており、好適にはそのような損失が最も少なくなるような制御が実施される。上述したような可変磁束型の回転電機は、機械的に界磁束を変更することによって、これらの損失を抑制して回転電機の効率を上げることができる。一般的には、回転電機は低回転・高出力（高トルク）で運転される場合と、高回転・低出力で運転される場合がある。前者の場合には、強い界磁束が求められ、後者の場合には高回転に伴う逆起電力を抑制するために弱い界磁束が求められる。しかし、効率を追求した場合には、高回転で運転する場合にも、強い界磁束が必要とされる場合がある。このような場合には、ステータコイルに弱め界磁電流を供給する弱め界磁制御と共に強い界磁束の元で高回転運転される場合がある。
　強い界磁束の元で高回転運転されている状態において、メインスイッチが切断されるなどの突発的な事象が生じると、インバータを含む制御回路も停止する。回転電機のロータは慣性により回転を続け、ステータコイルから回生電力がインバータに供給される。この際、強い界磁束の中でロータが回転すると、インバータの直流電源の電圧を超える誘起電圧を生じる可能性がある。インバータの耐圧は、界磁束の機械的な調整や、ステータコイルへ弱め界磁電流を供給する弱め界磁制御などを考慮した現実的な値、具体的にはインバータの直流電源に所定のマージンを与えた電圧に設定されている。このため、この直流電源の電源電圧を大きく超えるような誘起電圧が生じた場合には、インバータの耐圧を越えてインバータを破損させる可能性がある。また、機械的な界磁束の調整機構に不具合があり、界磁束が低減されない状態で回転電機の回転数が高くなってしまった場合も同様にインバータの耐圧を越える誘起電圧が生じる可能性がある。インバータの耐圧を高くしたり、電圧制限回路を設けたりすることも可能ではあるが、回路規模の増大につながり、コストアップ要因ともなる。
ＪＰ２００２－５８２２３Ａ
　そこで、可変磁束型の回転電機を備えた駆動装置を制御する制御装置の規模を増大させることなく、誘起電圧をインバータの耐圧の限度内に収めることができる技術の提供が望まれる。
　上記課題に鑑みた本発明に係る駆動装置の制御装置の特徴構成は、
　永久磁石を備えたロータとコイルを備えたステータとを有する回転電機と、前記ロータから供給される界磁束を変化させる界磁調整機構と、前記コイルに接続されたインバータと、を備えた駆動装置を制御する駆動装置の制御装置であって、
　前記コイルに誘起される誘起電圧が前記インバータの耐圧を越えない範囲内で前記ロータの回転速度に応じて設定された界磁制限値を上限として、少なくとも前記回転速度に基づいて前記界磁調整機構により調整される前記界磁束の目標となる界磁指令値を決定する界磁指令決定部を備える点にある。
　この構成によれば、界磁束がロータの回転速度に応じて設定された界磁制限値を上限として決定された界磁指令値に基づいて調整される。このため、メインスイッチが切断されるなどの突発的な事象が生じてインバータを含む制御系の回路が停止し、ロータが慣性により回転を続けても、界磁制限値を上限として調整された界磁束の中でロータが回転することになる。界磁制限値は、誘起電圧がインバータの耐圧を越えない範囲内でロータの回転速度に応じて設定されているから、このような突発的な事象が生じても誘起電圧がインバータの耐圧を越えることは抑制される。このように、本特徴構成によれば、インバータの耐圧を高くしたり、電圧制限回路を設けたりすることなく、つまり、装置規模を増大させることなく、誘起電圧をインバータの耐圧の限度内に収めることが可能となる。
　回転電機の効率に影響する損失には、銅損や鉄損などがよく知られており、好適にはそのような損失が最も少なくなるような制御が実施される。界磁調整機構を備えて、界磁束を変更することのできる回転電機は、実質的に界磁束を弱めるためにコイルに流す弱め界磁電流を減らすことができるので、銅損や鉄損を抑制して回転電機の効率を上げることが可能である。界磁調整機構により調整される界磁束は、回転電機の目標トルクを出力可能であると共に、回転電機の効率を向上できるように決定されると好ましい。従って、１つの好適な態様として、本発明に係る駆動装置の制御装置の前記界磁指令決定部は、少なくとも前記回転電機の目標トルクと、前記回転速度と、当該目標トルク及び回転速度に応じて変化する鉄損及び銅損を含む前記駆動装置のシステム損失とに基づいて、前記界磁束を前記界磁制限値を上限として決定するとよい。
　システム損失をできる限り少なくし、高い効率で回転電機を駆動する際の界磁束は、必ずしも界磁制限値の範囲内とはならない場合がある。また、界磁制限値の範囲内で界磁束を決めようとすると演算パラメータが増加して演算が煩雑化する場合がある。そこで、システム損失が最小となる界磁束を初期界磁指令値として設定して、その初期界磁指令値が界磁制限値を越えないように制限を加えるようにして演算処理を単純化すると好適である。これを実現する１つの好適な態様として、本発明に係る駆動装置の制御装置の前記界磁指令決定部は、少なくとも前記目標トルクと前記回転速度とに基づいて、鉄損及び銅損を含む前記駆動装置のシステム損失が最小となる前記界磁束を初期界磁指令値として設定する初期指令値設定部と、前記初期界磁指令値に対して前記界磁制限値を上限とする制限を加えて前記界磁指令値を決定する界磁制限部とを備えることができる。
　また、本発明に係る駆動装置の制御装置は、さらに、前記界磁指令値に基づいて制御された前記界磁調整機構による実際の調整量の検出結果に基づいて実際の前記界磁束の推定値である推定界磁量を求める界磁量導出部と、少なくとも前記推定界磁量と前記目標トルクと前記回転速度とに基づいて、前記コイルに供給する駆動電流の目標値である電流指令を決定する電流指令決定部とを備えると好適である。界磁指令値に基づいて界磁調整機構が界磁束を調整するに際しては、タイムラグや誤差が生じる可能性がある。これに対して、界磁調整機構による実際の調整量の検出結果は、最新の界磁調整機構の状態を実態として表しているから、界磁量導出部は、精度良く最新の界磁量を推定することができる。また、界磁束が一定の場合には、一般的に目標トルク及び回転速度に基づいて決定される電流指令は、このように精度良く推定された推定界磁量を加味して、推定界磁量と目標トルクと回転速度とに基づいて決定される。従って、本構成によれば、界磁束が一定ではない駆動装置を、変化する界磁束に良好に追従して制御することが可能となる。
　また、１つの好適な態様として、本発明に係る駆動装置の制御装置の前記界磁調整機構は、前記ロータの少なくとも一部を当該ロータの周方向又は回転軸方向へ変位させて前記界磁束を調整するものであり、当該変位のための駆動力を供給する駆動源と、前記駆動源から前記ロータへ前記駆動力を伝達する動力伝達機構とを備える。この構成であれば、ロータの少なくとも一部を変位させることによって界磁束が調整されるので、効率を低下させる弱め界磁電流などを継続的に流すことなく、界磁束を調整することができる。
　ここで、１つの態様として、前記ロータが、それぞれロータコアを有して相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを備えると共に、両ロータの内の少なくとも一方の前記ロータコアに前記永久磁石を備えて構成され、前記界磁調整機構が、前記相対位置を周方向に変位させて前記界磁束を調整する相対位置調整機構であると好適である。ロータの周方向は、電気角に対応した方向であるから、２つのロータの相対位置を周方向に変位させることによって、２つのロータの電気角上の相対位置（相対位相）を変更することができる。その結果、永久磁石の磁束が通る磁気回路が変わり、ステータへ供給される界磁束を良好に調整することができる。
　ここで、第１ロータと第２ロータとを駆動連結するギヤ機構が近似する構成であると、簡易な構成により界磁調整機構としての相対位置調整機構を構成することができる。１つの好適な態様として、前記第１ロータ及び前記第２ロータは、共に同一の出力部材に駆動連結され、前記相対位置調整機構は、前記動力伝達機構として、３つの回転要素を備えた第１差動歯車機構と、３つの回転要素を備えた第２差動歯車機構と、を備え、前記第１差動歯車機構は、３つの回転要素として、前記第１ロータに駆動連結される第１ロータ連結要素と、前記出力部材に駆動連結される第１出力連結要素と、第１固定要素と、を備え、前記第２差動歯車機構は、３つの回転要素として、前記第２ロータに駆動連結される第２ロータ連結要素と、前記出力部材に駆動連結される第２出力連結要素と、第２固定要素と、を備え、前記第１固定要素及び前記第２固定要素の内のいずれか一方が、前記駆動源に連動する変位固定要素とされ、他方が非回転部材に固定される非変位固定要素とされ、前記変位固定要素が固定された状態での前記第１ロータ連結要素の回転速度と前記第２ロータ連結要素の回転速度とが互いに等しくなるように、前記第１差動歯車機構のギヤ比と前記第２差動歯車機構のギヤ比とが設定されているとよい。
駆動装置及びその制御装置の全体構成を模式的に示すブロック図 回転速度に応じた誘起電圧と界磁制限値との関係を模式的に示す図 界磁制限を設けた界磁束ごとの制御領域を示すトルクマップ 界磁束が最大の時の等トルク線と電流指令値との関係を示すマップ 界磁束が中間の時の等トルク線と電流指令値との関係を示すマップ 界磁束が最小の時の等トルク線と電流指令値との関係を示すマップ 駆動装置の軸方向断面図 相対位置調整機構のスケルトン図 界磁指令決定部の別形態を示すブロック図
　以下、本発明の好適な実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る駆動装置１、駆動装置の制御装置３０の全体構成を模式的に示している。図１に示すように、駆動装置１は、回転電機２及び界磁調整機構５０、回転電機２を駆動するインバータ７、界磁調整機構５０を駆動する駆動回路８を備えている。回転電機２は、永久磁石を備えたロータ４とコイル（ステータコイル）３ｂを備えたステータ３とを有して構成される。ロータ４は、内ロータである第１ロータ２０と外ロータである第２ロータ１０との周方向の相対位置に応じて回転磁界を生成するコイル３ｂに鎖交する界磁束が変化する構造である。つまり、回転電機２は可変磁束型の回転電機である。界磁調整機構５０は、第１ロータ２０と第２ロータ１０との相対位置を変更する相対位置調整機構として構成される。相対位置調整機構（界磁調整機構）５０は、両ロータ１０，２０の相対位置を変更させるための駆動力を供給する駆動源としてのアクチュエータ５６と、この駆動力を両ロータ１０，２０に伝達する動力伝達機構６０とを備えて構成される。アクチュエータ５６は、例えばモータであり、センサ５８により検出されるモータの動作量（回転速度、回転量など）に基づきフィードバック制御される。制御装置３０は、回転電機２及び界磁調整機構５０をインバータ７及び駆動回路８を介して制御する。つまり、制御装置３０は、駆動装置１としての損失をできるだけ少なくし、高い効率で安全に回転電機２並びに界磁調整機構５０を含む駆動装置１を制御する最適化制御を行う。
　本実施形態において制御装置３０は、最適化制御を実現するため、中核となる機能部として、界磁調整機構５０を制御する調整機構制御部３１と回転電機２を制御する回転電機制御部３５とを備えて構成される。調整機構制御部３１は、界磁指令決定部３２と、調整指令決定部３３と、駆動制御部３４とを備えて構成される。界磁指令決定部３２は、界磁調整機構５０により調整される界磁束の目標となる界磁指令値Ｂ＊を決定する機能部である。調整指令決定部３３は、界磁指令値Ｂ＊に基づいて界磁調整機構５０を駆動するための調整指令ｐｈ＊を決定する機能部である。駆動制御部３４は、調整指令ｐｈ＊に基づいて駆動回路８を介して界磁調整機構５０を駆動制御する機能部である。駆動制御部３４には、界磁調整機構５０のアクチュエータ５６の動作量（調整量）ＰＨなどを検出するセンサ５８の検出結果が入力される。駆動制御部３４は、この検出結果に基づいてフィードバック制御を行う。
　界磁調整機構５０を制御する上では、界磁調整機構５０により調整される界磁束の目標となる界磁指令値Ｂ＊の決定が重要である。本発明の制御装置３０は、界磁指令値Ｂ＊の決定手法に特徴を有する。具体的には、コイル３ｂに誘起される誘起電圧がコイル３ｂに接続されたインバータ７の耐圧を越えない範囲内でロータ４の回転速度ωに応じて設定された界磁制限値Ｂｌｍｔ（図２参照）を上限として、少なくとも回転速度ωに基づいて界磁指令値Ｂ＊が決定される。以下、この決定原理について説明する。
　コイル３ｂに鎖交する界磁束を提供するロータ４が回転すると、コイル３ｂに誘導起電力が生じ、インバータ７により整流されてインバータ７の直流電源側には直流の誘起電圧が現れる。この誘起電圧は、界磁束が一定であれば回転速度ωに比例する。図２の上段のグラフには、界磁束の磁束密度がロータ４の構成上の最大値であるＢｍａｘの時、最大値Ｂｍａｘの５０％であるＢ５０％である時、ロータ４の構成上の最小値であるＢｍｉｎである時の回転速度と直流の誘起電圧との関係を模式的に示している。ここで、図２はロータ４の最大回転速度を含んでグラフ化されているとする。界磁束の磁束密度が最小値Ｂｍｉｎである時には、ロータ４が最大回転速度に達しても誘起電圧がインバータ７の耐圧Ｖｍａｘを越えることはない。一方、磁束密度がＢｍａｘ及びＢ５０％の時には、それぞれ回転速度ωｔ１００及びωｔ５０の制限速度ωｔにおいてインバータ７の耐圧Ｖｍａｘに達する。
　誘起電圧がインバータ７の耐圧Ｖｍａｘを越えると、インバータ７の損傷につながる。このため、図２の下段のグラフに示すようにロータ４の回転速度ωに応じて、上限となる界磁制限値Ｂｌｍｔが設定される。つまり、回転速度ωの上昇に従って低下する値となる界磁制限値Ｂｌｍｔが設定される。界磁指令決定部３２は、誘起電圧がインバータ７の耐圧Ｖｍａｘを越えない範囲内でロータ４の回転速度ωに応じて設定された界磁制限値Ｂｌｍｔを上限として、少なくとも回転速度ωに基づいて界磁指令値Ｂ＊を決定する。
　回転電機２の出力（トルク）は、一般的に目標トルク（トルク指令）Ｔ＊と回転速度ωとに基づいて制御される。従って、好適には、界磁指令決定部３２は、界磁制限値Ｂｌｍｔを上限として、少なくとも目標トルクＴ＊及び回転速度ωに基づいて界磁指令値Ｂ＊を決定するとよい。図３には、界磁制限を設けた界磁束ごとの制御領域を示すトルクマップを例示している。ここで、Ｂ７５％は最大値Ｂｍａｘの７５％の磁束密度、Ｂ２５％は最大値Ｂｍａｘの２５％の磁束密度を示す。このトルクマップにおいて磁束密度がＢｍａｘ，Ｂ７５％，Ｂ５０％の界磁束に対しては、上述したような制限速度ωｔ（ωｔ１００，ωｔ７５％及びωｔ５０）において制限が掛かる。それぞれの制限速度ωｔより高い回転速度ωの制御領域では、各界磁束は設定不可となる。磁束密度がＢ２５％及びＢｍｉｎの界磁束は、ロータ４が最大回転速度に達しても誘起電圧がインバータ７の耐圧Ｖｍａｘを越えることはなく、制限速度ωｔが設定されていない。このため、回転速度ωに拘わらず目標トルクに応じた全制御領域で当該界磁束が設定可能である。一例として、界磁指令決定部３２は、このようなトルクマップを参照して界磁指令値Ｂ＊を決定することができる。尚、図３には段階的な界磁束に対応する制限速度ωｔを示しているが、実際には連続的又はさらに細かく分けられた段階的な界磁束に対応する制限速度ωｔを規定したマップを用いると好適である。
　ところで、界磁指令決定部３２は、駆動装置１としての損失をできるだけ少なくし、高い効率で安全に駆動装置１を最適化制御する制御装置３０の１つの機能部として、適切に界磁調整機構５０を制御するための界磁指令値Ｂ＊を決定すると好適である。損失を少なくし、高い効率で駆動装置１を制御するため、好適には、界磁指令決定部３２は、少なくとも回転電機２の目標トルクＴ＊及び回転速度ωに応じて変化する鉄損及び銅損を含む駆動装置１のシステム損失ＰＬＯＳと、目標トルクＴ＊と、回転速度ωとに基づいて界磁指令値Ｂ＊を決定する。この際、安全に駆動装置１を制御するために、界磁指令決定部３２は、界磁制限値Ｂｌｍｔを上限として界磁指令値Ｂ＊を決定する。尚、インバータ７の直流電圧Ｖｄｃによっても最適な界磁束は異なる可能性があるため、図１に示すように、界磁指令決定部３２は、さらに直流電圧Ｖｄｃを考慮して界磁指令値Ｂ＊を決定すると好適である。
　上述したように界磁指令値Ｂ＊を決定する上で、界磁指令決定部３２は、図１に示すように、初期指令値設定部３２ａと、界磁制限部３２ｂとを備えて構成されると好適である。初期指令値設定部３２ａは、初期界磁指令値Ｂ０ ＊を設定する機能部である。界磁制限部３２ｂは、初期界磁指令値Ｂ０ ＊に対して界磁制限値Ｂｌｍｔを上限とする制限を加えて界磁指令値Ｂ＊を決定する機能部である。初期指令値設定部３２ａは、少なくとも目標トルクＴ＊と回転速度ωとに基づいて、鉄損及び銅損を含む駆動装置１のシステム損失ＰＬＯＳが最小となる界磁束を初期界磁指令値Ｂ０ ＊として設定する。本実施形態では、さらに直流電圧Ｖｄｃを考慮して初期界磁指令値Ｂ０ ＊が設定される。
　システム損失ＰＬＯＳには、回転電機２の銅損及び鉄損を含む電気的損失と相対位置調整機構として構成される界磁調整機構５０の機械的損失とが含まれると好適である。相対位置調整機構５０の詳細な構成は後述するが、機械的損失は、動力伝達機構６０としての差動歯車機構を有して構成される相対位置調整機構のギヤ損失に代表される損失である。また、電気的損失には、銅損及び鉄損の他、インバータ７の主にスイッチング素子におけるスイッチング損失であるインバータ損も含まれていると好適である。鉄損はコイル３ｂや永久磁石が発生させる磁界によりステータコア３ａ（図７及び図８参照）及びロータコア１１，２１（図７及び図８参照）を通る磁束が変化する際に失われるヒステリシス損や渦電流損などの電気エネルギーである。銅損は、コイル３ｂの導線の抵抗によりジュール熱となって失われる電気エネルギーである。尚、システム損失ＰＬＯＳには、ここに例示したものの他、駆動装置１における種々の損失を含めることができる。
　システム損失ＰＬＯＳを構成する電気的損失及び機械的損失は、関数などによって容易に一般化できるような相関関係を有していないことが多い。従って、図１に示すように、システム損失ＰＬＯＳがマップ３２ｍとして予め用意されていると好適である。マップ３２ｍは、回転電機２（駆動装置１）の回転速度ω及びトルクごとに、実験又は磁場解析シミュレーション等によって得られる損失データに基づいてデータ解析及びデータ最適化を行って生成することができる。本実施形態においては、マップ３２ｍには、システム損失ＰＬＯＳが最小となる界磁束を実現する両ロータ１０，２０の相対位置と駆動装置１（又は回転電機２）の目標トルクＴ＊及び回転速度ωとの関係が規定されている。初期指令値設定部３２ａは、マップ３２ｍを参照し、少なくとも目標トルクＴ＊と回転速度ωとに基づいて、システム損失ＰＬＯＳが最小となる界磁束を初期界磁指令値Ｂ０ ＊として設定する。そして、界磁制限部３２ｂは、初期界磁指令値Ｂ０ ＊に対して界磁制限値Ｂｌｍｔを上限とする制限を加えて界磁指令値Ｂ＊を決定する。
　上述したように、最適化制御を実現するために制御装置３０が有するもう一方の中核的な機能部は、回転電機制御部３５である。本実施形態では、回転電機制御部３５は、コイル３ｂに流れる電流を電流センサ３８により検出し、電流フィードバックによる制御を行って回転電機２を制御する。このため、回転電機制御部３５は、コイル３ｂに流れる電流の目標となる電流指令を決定する電流指令決定部３６と、この電流指令に基づいてインバータ７を制御するインバータ制御部３７とを備えて構成される。本実施形態では、回転電機制御部３５は、公知のベクトル制御により回転電機２を制御する。ベクトル制御では、例えば３相の各相のコイル３ｂに流れる交流電流を、ロータ４に配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるｄ軸と、電気的にｄ軸に直交するｑ軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。このため、電流指令決定部３６は、これらｄ軸及びｑ軸に対応する２つの電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。
　一例として、電流指令決定部３６は、図４～図６に示すような等トルク線と電流指令との関係を示す等トルクマップを参照して電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。図４～図６において、等トルク線Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０は、それぞれ大きさの異なるトルクを示しており、数字が大きいほど大きいトルクである。また、符号ＭＴは最大効率で目標トルクを出力することができる最大トルク制御線を示している。基本的には、等トルクマップにおいて目標トルクＴ＊が対応する等トルク線と最大トルク制御線ＭＴとの交点におけるｉｄ，ｉｑの値が電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊となる。本発明の要旨ではないので詳細な説明は省略するが、電流指令決定部３６は、等トルクマップを参照して得られるｉｄ，ｉｑの値に対し、回転速度ωに応じてコイル３ｂに誘起される誘起電圧などを考慮した弱め界磁制御、強め界磁制御などの付加的な制御要素を加味して電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。
　図４は、界磁束の磁束密度がＢｍａｘの際の等トルクマップを示し、図５は、界磁束の磁束密度がＢ５０％の際の等トルクマップを示し、図６は、界磁束の磁束密度がＢｍｉｎの際の等トルクマップを示している。図４と図５との比較より明らかなように、相対的に界磁束が弱い図５の等トルクマップでは、図４の等トルクマップに比べて同じトルクを出力するために必要となる電流が多い。また、界磁束が最も弱い図６の等トルクマップでは、大きいトルクは出力することができない。好適な態様として、電流指令決定部３６は、界磁束ごとに予め準備された等トルクマップを参照して電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。従って、電流指令決定部３６は、少なくとも界磁束と目標トルクＴ＊とに基づいて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定することができる。上述したように、電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊の決定には、コイル３ｂに誘起される誘起電圧などに関係する回転速度ωも考慮されることが望ましく、電流指令決定部３６は、少なくとも界磁束と目標トルクＴ＊と回転速度ωとに基づいて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定すると好適である。また、上述した初期界磁指令値Ｂ０ ＊や界磁指令値Ｂ＊と同様に、さらに直流電圧Ｖｄｃを考慮して電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊が決定されてもよい。
　ここで、電流指令決定部３６は、界磁束の値として界磁指令値Ｂ＊を用いてもよいが、界磁指令値Ｂ＊を決定してからアクチュエータ５６が駆動され、界磁調整機構５０が作動して実際に界磁が調整されるまでにはタイムラグが生じる可能性がある。また、調整された界磁束と界磁指令値Ｂ＊との間に誤差を有する場合もある。このため、本実施形態では、アクチュエータ５６の実際の動作量ＰＨを界磁調整機構５０による実際の調整量として、この調整量（動作量）ＰＨから界磁束が推定される。具体的には、制御装置３０は、界磁指令値Ｂ＊に基づいて制御された界磁調整機構５０による実際の調整量ＰＨの検出結果に基づいて実際の界磁束の推定値である推定界磁量（推定磁束密度）Ｂを求める界磁量導出部３９を備える。電流指令決定部３６は、この推定界磁量Ｂを用いて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。つまり、１つの好適な態様として、電流指令決定部３６は、少なくとも推定界磁量Ｂと目標トルクＴ＊と回転速度ωとに基づいて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定する。
　インバータ制御部３７は、電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊と電流センサ３８により検出されてフィードバックされたコイル３ｂの電流との偏差に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）や、比例微積分制御（ＰＩＤ制御）を行い、電圧指令を演算する。そして、インバータ制御部３７は、この電圧指令に基づいて、インバータ７を構成するＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのスイッチング素子をＰＷＭ（pulse width modulation）制御などによって駆動する制御信号を生成する。この際、ベクトル制御の２相のベクトル空間と、３相のインバータ７の実空間との間の座標変換を行うために、回転センサ５により検出されたロータ４のロータ位置（界磁角・電気角）θが参照される。
　さて、上述したように、界磁調整機構５０は、ロータ４の少なくとも一部をロータ４の周方向又は回転軸方向へ変位させて界磁束を調整するものである。そして、界磁調整機構５０は、この変位のための駆動力を供給する駆動源（アクチュエータ）５６と、駆動源５６からロータ４へ駆動力を伝達する動力伝達機構６０とを備えて構成される。本実施形態では、ロータ４は、それぞれロータコア１１，２１（図７及び図８参照）を有して相対位置を調整可能な第１ロータ２０及び第２ロータ１０（図１、図７及び図８参照）を備える。また、ロータ４は、両ロータ１０，２０の内の少なくとも一方のロータコア１１，２１に永久磁石を備えて構成される。界磁調整機構５０は、両ロータ１０，２０の相対位置を周方向に変位させて界磁束を調整する相対位置調整機構として構成される。
　本実施形態では、第１ロータ２０及び第２ロータ１０は、共に同一の出力部材に駆動連結され、相対位置調整機構（界磁調整機構）５０は、動力伝達機構６０として、共に３つの回転要素を備えた以下に示すような第１差動歯車機構５１と第２差動歯車機構５２を備えて構成される（図８参照）。図８に示すように、第１差動歯車機構５１は、３つの回転要素として、第１ロータ２０に駆動連結される第１ロータ連結要素５１ａと、出力部材に駆動連結される第１出力連結要素５１ｂと、第１固定要素５１ｃとを備える。第２差動歯車機構５２は、３つの回転要素として、第２ロータ１０に駆動連結される第２ロータ連結要素５２ａと、出力部材に駆動連結される第２出力連結要素５２ｂと、第２固定要素５２ｃとを備える。そして、第１固定要素５１ｃ及び第２固定要素５２ｃの内のいずれか一方が、駆動源５６に連動する変位固定要素とされ、他方が非回転部材に固定される非変位固定要素とされる。図示の例では、第１固定要素５１ｃが変位固定要素とされ、第２固定要素５２ｃがる非変位固定要素とされている。また、この変位固定要素が固定された状態での第１ロータ連結要素５１ａの回転速度と第２ロータ連結要素５２の回転速度とが互いに等しくなるように、第１差動歯車機構５１のギヤ比と第２差動歯車機構５２のギヤ比とが設定されている。
　以下、このような機構を実現する駆動装置１の具体例を図７及び図８を用いて説明する。図７に示すように、回転電機２は、相対位置が可変の２つのロータを有するインナロータ型の回転電機である。ロータ４は、ステータ３と対向する外ロータである第２ロータ１０と、内ロータである第１ロータ２０とから構成される。第１ロータ２０は、第１ロータコア２１と第１ロータコア２１の内部に埋め込まれた永久磁石とを備えて構成される。第２ロータ１０は、第２ロータコア１１と第２ロータコア１１に形成されたフラックスバリアとしての空隙を備えて構成される。第１ロータ２０と第２ロータ１０との相対位置に応じて、永久磁石とフラックスバリアとの位置関係が変わり、磁気回路が変わることによって界磁束が調整される。回転電機２は、ケース８０の内部に収容され、第１ロータ２０と第２ロータ１０の周方向の相対位置を調整する相対位置調整機構（界磁調整機構）５０と共に駆動装置１を構成する。駆動装置１は、回転電機２の駆動力（トルクと同義）を相対位置調整機構５０を介して出力軸としてのロータ軸６に伝達可能に構成されている。
　以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向Ｌ」、「径方向Ｒ」、「周方向」は、同軸配置された第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１の軸心（すなわち回転軸Ｘ）を基準として用いる。また、以下の説明では、「軸第１方向Ｌ１」は図７における軸方向Ｌに沿った左方を表し、「軸第２方向Ｌ２」は図７における軸方向Ｌに沿った右方を表すものとする。また、「径内方向Ｒ１」は、径方向Ｒの内側（軸心側）へ向かう方向を表し、「径外方向Ｒ２」は、径方向Ｒの外側（ステータ側）へ向かう方向を表す。
　回転電機２の電機子を構成するステータ３は、ステータコア３ａとステータコア３ａに巻装されたコイル（ステータコイル）３ｂとを備え、ケース８０の周壁部８５の内面に固定されている。ステータコア３ａは、複数枚の電磁鋼板を積層して、円筒状に構成されている。ステータ３の径内方向Ｒ１側には、永久磁石を備えた界磁としてのロータ４が配置されている。ロータ４は、回転軸Ｘ周りに回転可能にケース８０に支持され、ステータ３に対して相対回転する。
　ロータ４を構成する第１ロータ２０及び第２ロータ１０は、それぞれ第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１を備えて構成される。第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１は、径方向Ｒ視において重複するように同軸に配置されている。本本実施形態では、第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１は同じ軸方向Ｌの長さを有し、径方向Ｒ視において完全に重複するように配置されている。第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１は、ステータコア３ａと同様に複数枚の電磁鋼板を積層して構成されている。第１ロータ２０は、第１ロータコア２１の内部に埋め込まれてコイル３ｂと鎖交する界磁束を提供する永久磁石を備えて構成されている。第２ロータコア１１には、フラックスバリアとなる空隙が形成されている。永久磁石及びフラックスバリアは、第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置に応じてステータ３に到達する界磁束が変化するように配置されている。例えば、永久磁石及びフラックスバリアは、両ロータ１０，２０の相対位置に応じて、第２ロータコア１１内にバイパス路となる磁気回路が形成されて漏れ磁束が増加し、ステータ３に到達する磁束が少なくなる状態と、第２ロータコア１１内を通過する漏れ磁束が抑制されてステータ３に到達する磁束が多くなる状態との双方の状態をとり得るように配置することができる。
　第１ロータ２０は、第１ロータコア２１を支持すると共に第１ロータコア２１と一体回転する第１ロータコア支持部材２２を備えている。第１ロータコア支持部材２２は、第１ロータコア２１を径内方向Ｒ１側から当接支持するように構成されている。また、第１ロータコア支持部材２２は、第１ロータコア２１に対して軸第１方向Ｌ１側に配置された軸受（本例ではブッシュ）と、第１ロータコア２１に対して軸第２方向Ｌ２側に配置された軸受（本例ではブッシュ）とにより、第２ロータコア支持部材１２に対して回転可能に支持されている。そして、第１ロータコア支持部材２２の軸第１方向Ｌ１側部分の外周面には、相対位置調整機構５０が備える回転要素（第１ロータ連結要素としての第１サンギヤ５１ａ）とスプライン結合する第１スプライン歯２３が形成されている。
　第２ロータ１０は、第２ロータコア１１を支持すると共に第２ロータコア１１と一体回転する第２ロータコア支持部材１２を備えている。第２ロータコア支持部材１２は、第２ロータコア１１を軸第１方向Ｌ１側から支持する第１支持部１２ａと、第２ロータコア１１を軸第２方向Ｌ２側から支持する第２支持部１２ｂとを備えている。第１支持部１２ａと第２支持部１２ｂとは、第２ロータコア１１に形成された挿通孔に挿通された締結ボルト１４により軸方向Ｌに締結固定される。即ち、第２ロータコア１１は、第１支持部１２ａと第２支持部１２ｂとの間に挟まれて固定保持される。
　第１支持部１２ａは、第２ロータコア１１に対して軸第１方向Ｌ１側に配置された軸受（本例ではころがり軸受）により径方向Ｒに支持され、第２支持部１２ｂは、第２ロータコア１１に対して軸第２方向Ｌ２側に配置された軸受（本例ではころがり軸受）により径方向Ｒに支持されている。そして、第１支持部１２ａの軸第１方向Ｌ１側部分の内周面には、相対位置調整機構５０が備える回転要素（本形態では、第２サンギヤ５２ａ）とスプライン結合する第２スプライン歯１３が形成されている。また、第２支持部１２ｂの軸第２方向Ｌ２側部分の外周面には、回転センサ５（本形態ではレゾルバ）のセンサロータが一体回転するように取り付けられている。回転センサ５は、ステータ３に対するロータ４の回転位置（電気角θ）や回転速度ωを検出する。
　ロータ軸６は、駆動装置１としての駆動力を出力する出力軸である。ロータ軸６は、第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１と同軸配置されており、第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１と同様、相対位置調整機構５０の回転要素（第１出力連結要素５１ｂとしての第１キャリヤ５１ｂ及び第２出力連結要素５２ｂとしての第２キャリヤ５２ｂ）に駆動連結されている。周方向の相対位置の調整時を除いて、第１ロータコア２１及び第２ロータコア１１は互いに同じ回転速度（ロータ回転速度）で回転する。本実施形態においては、差動歯車機構５１，５２により、ロータ軸６の回転速度はロータ４の回転速度に対して減速されたものとなり、ロータ軸６には回転電機２のトルクが増幅されて伝達される。
　共に３つの回転要素を備えた第１差動歯車機構５１と第２差動歯車機構５２とを有する相対位置調整機構５０は、回転電機２に対して軸第１方向Ｌ１側に配置されている。また、動力伝達機構６０としての２つの差動歯車機構５１，５２は、第１差動歯車機構５１が第２差動歯車機構５２に対して軸第１方向Ｌ１側に位置するように、軸方向Ｌに並べて配置されている。相対位置調整機構５０は、第１差動歯車機構５１に駆動連結された第１ロータコア支持部材２２と、第２差動歯車機構５２に駆動連結された第２ロータコア支持部材１２との周方向の相対位置を調整することで、第１ロータコア支持部材２２と一体回転する第１ロータコア２１と、第２ロータコア支持部材１２と一体回転する第２ロータコア１１との周方向の相対位置を調整する。
　本実施形態において、第１差動歯車機構５１及び第２差動歯車機構５２は、共に３つの回転要素を備えたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。第１差動歯車機構５１は、３つの回転要素として、第１ロータ２０に駆動連結される第１サンギヤ（第１ロータ連結要素）５１ａと、ロータ軸６に駆動連結される第１キャリヤ（第１出力連結要素）５１ｂと、第１リングギヤ（第１固定要素）５１ｃとを備えている。なお、第１サンギヤ５１ａ及び第１リングギヤ５１ｃの双方は、第１キャリヤ５１ｂが支持する複数のピニオンギヤに噛み合う回転要素である。第２差動歯車機構５２は、３つの回転要素として、第２ロータ１０に駆動連結される第２サンギヤ（第２ロータ連結要素）５２ａと、ロータ軸６に駆動連結される第２キャリヤ（第２出力連結要素）５２ｂと、第２リングギヤ（第２固定要素）５２ｃとを備えている。尚、第２サンギヤ５２ａ及び第２リングギヤ５２ｃの双方は、第２キャリヤ５２ｂが支持する複数のピニオンギヤに噛み合う回転要素である。
　第１差動歯車機構５１の第１サンギヤ５１ａは、第１ロータコア支持部材２２と一体回転するように駆動連結（スプライン結合）されることで、第１ロータ２０に駆動連結されている。また、第２差動歯車機構５２の第２サンギヤ５２ａは、第２ロータコア支持部材１２と一体回転するように駆動連結（スプライン結合）されることで、第２ロータ１０に駆動連結されている。第１差動歯車機構５１の第１キャリヤ５１ｂ及び第２差動歯車機構５２の第２キャリヤ５２ｂは、共にロータ軸６と一体回転するように駆動連結されており、一体キャリヤ５３を構成する。第２差動歯車機構５２の第２リングギヤ５２ｃは、ケース８０の側壁部８１（非回転部材）に固定されており、本発明における「非変位固定要素」に相当する。第１リングギヤ５１ｃは、第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置の調整時に回転位置が調整され、調整時以外では固定される。つまり、第１リングギヤ５１ｃは本発明の「変位固定要素」に相当する。本実施形態では、第１リングギヤ５１ｃの外周面に、ウォームホイール５４が形成されている。つまり、ウォームホイール５４は、第１リングギヤ５１ｃに一体的に設けられており、第１リングギヤ５１ｃは、変位部材としてのウォームホイール５４に連動して一体回転する。
　相対位置調整機構５０は、ウォームホイール５４に係合するウォームギヤ５５を備えている。このウォームギヤ５５が駆動源としてのアクチュエータ５６の駆動力により回転すると、ウォームギヤ５５と噛み合うウォームホイール５４が周方向に移動し、第１リングギヤ５１ｃが回転する。ウォームホイール５４の周方向への移動量、即ち、第１リングギヤ５１ｃの回転量は、ウォームギヤ５５の回転量に比例する。第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置は、ウォームホイール５４の周方向位置に応じて定まる。また、第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置の調整範囲の大きさは、ウォームホイール５４の周方向の長さにより設定できる。回転電機２の動作中における第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置の調整範囲は、例えば電気角で９０度や１８０度の範囲に設定される。
　上述したように、第１キャリヤ（第１出力連結要素）５１ｂと第２キャリヤ（第２出力連結要素）５２ｂとは一体キャリヤ５３を構成し、一体回転するように駆動連結されている。また、第２リングギヤ５２ｃはケース８０に固定されているから、第１リングギヤ５１ｃを回転させると、第１サンギヤ５１ａが第２サンギヤ５２ａに対して相対回転し、第１サンギヤ５１ａと第２サンギヤ５２ａとの周方向の相対位置が変化する。第１サンギヤ５１ａには、第１ロータコア支持部材２２が一体回転するように駆動連結され、第２サンギヤ５２ａには、第２ロータコア支持部材１２が一体回転するように駆動連結されている。よって、第１リングギヤ５１ｃの回転位置（ウォームホイール５４の周方向位置）を調整することで、第１ロータコア支持部材２２（第１ロータ２０）と第２ロータコア支持部材１２（第２ロータ１０）との周方向の相対位置を調整することができる。
　尚、第１差動歯車機構５１のギヤ比と第２差動歯車機構５２のギヤ比とは、第１リングギヤ５１ｃが固定された状態での第１サンギヤ５１ａの回転速度と第２サンギヤ５２ａの回転速度とが互いに等しくなるように設定されている。本実施形態では、第１差動歯車機構５１と第２差動歯車機構５２とは互いに同径に構成されている。そして、第１差動歯車機構５１の歯数比（＝第１サンギヤ５１ａの歯数／第１リングギヤ５１ｃの歯数）と第２差動歯車機構５２の歯数比（＝第２サンギヤ５２ａの歯数／第２リングギヤ５２ｃの歯数）とが互いに等しく設定されている。また、上述したように、第１キャリヤ５１ｂと第２キャリヤ５２ｂとが一体的に形成されているとともに、第１リングギヤ５１ｃの回転位置の調整時を除いて、第１リングギヤ５１ｃ及び第２リングギヤ５２ｃの双方が固定された状態となる。このような構成とすることで、第１リングギヤ５１ｃが固定状態において第１サンギヤ５１ａの回転速度と第２サンギヤ５２ａの回転速度とが互いに等しくなり、第１ロータコア２１（第１ロータ２０）の回転速度と第２ロータコア１１（第２ロータ１０）の回転速度とが互いに等しくなる。よって、第１ロータ２０と第２ロータ１０との周方向の相対位置を調整することで、２つのロータ１０，２０で構成されるロータ４は、両ロータ間の回転位相差（相対位置、相対位相）を保持した状態で一体回転する。つまり、ロータ４は、両ロータ１０，２０の相対位相（相対回転位相）が調整された状態で一体回転する。
　以上、好適な実施形態を示して説明したように、永久磁石を備えたロータとコイルを備えたステータとを有する回転電機と、このロータから供給される界磁束を変化させる界磁調整機構と、コイルに接続されたインバータとを備えた駆動装置を制御する駆動装置の制御装置の規模を増大させることなく、誘起電圧をインバータの耐圧の限度内に収めることができる技術を提供することができる。
〔その他の実施形態〕
（１）上記実施形態においては、界磁指令決定部３２が、システム損失ＰＬＯＳが規定されたマップ３２ｍを参照して、少なくとも目標トルクＴ＊と回転速度ωとに基づいて、システム損失ＰＬＯＳが最小となる界磁束を初期界磁指令値Ｂ０ ＊として設定し、この初期界磁指令値Ｂ０ ＊に対して界磁制限値Ｂｌｍｔを上限とする制限を加えて界磁指令値Ｂ＊を決定する例を説明した。しかし、図９に示すように、マップ３２ｍはシステム損失ＰＬＯＳが規定されたマップに限らず、回転速度ωや目標トルクＴ＊を引数として、直接、初期界磁指令値Ｂ０ ＊や界磁指令値Ｂ＊が規定されたマップとして構成されてもよい。例えば、図３に示したトルクマップは、マップ３２ｍを構成するマップの好適な一例である。
（２）上記実施形態においては、ロータが２つのロータによって構成され、それらの周方向の相対位置を変更することによって界磁束を変更する構成を例示した。しかし、この構成に限定されることなく、ロータの少なくとも一部が回転軸方向へ変位することによって、ステータへ到達する磁束を変更するように構成されていてもよい。
（３）上記実施形態においては、ロータとステータとが径方向に重複して設置される構成を例示した。しかし、この構成に限定されることなく、ロータとステータとが軸方向に重複して設置されるアキシャル型の回転電機であってもよい。また、上記実施形態では、インナロータ型の回転電機を例として説明したが、当然ながらアウタロータ型の回転電機に適用することもできる。
（４）可変磁束型の回転電機の構成は、上述した各実施形態に限定されるものではない。インナーロータ型又はアウタロータ型の回転電機であって、２つに分割構成されたロータが軸方向に隣接配置され、当該２つのロータの周方向の相対位置が可変となる構成であってもよい。このような構成によって、それぞれのロータが備える永久磁石及びフラックスバリアの一方又は双方が互いに影響し合ってステータに到達する界磁束を変化させることができる。
（５）上記実施形態においては、可変磁束型の回転電機の例として、周方向の相対位置を調整可能な外ロータ及び内ロータの内の内ロータに永久磁石が備えられ、外ロータにフラックスバリアが形成される例とを示した。しかし、これに限定されることなく、外ロータに永久磁石が備えられ、内ロータにフラックスバリアが形成されてもよい。また、外ロータ及び内ロータの双方に永久磁石が備えられてもよい。さらに、それぞれのロータに、永久磁石を備えると共にフラックスバリアが形成されていてもよい。軸方向にロータが分割形成される場合も同様であり、分割形成された複数のロータにおいて永久磁石及びフラックスバリアはそれぞれのロータに備えられてもよいし、何れかのロータに備えられてもよい。
　本発明は、永久磁石による界磁束を調整可能な可変磁束型の回転電機や駆動装置並びにそれらを制御する制御装置に利用することができる。
１：駆動装置
２：回転電機
４：ロータ
３：ステータ
３ｂ：コイル
６：ロータ軸（出力部材）
７：インバータ
１０：第２ロータ
１１：第２ロータコア（ロータコア）
２０：第１ロータ
２１：第１ロータコア（ロータコア）
３０：制御装置
３２：界磁指令決定部
３２ａ：初期指令値設定部
３２ｂ：界磁制限部
３６：電流指令決定部
３９：界磁量導出部
５０：界磁調整機構、相対位置調整機構
５１：第１差動歯車機構
５１ａ：第１サンギヤ（第１ロータ連結要素）
５１ｂ：第１キャリヤ（第１出力連結要素）
５１ｃ：第１リングギヤ５１ｃ（第１固定要素）、変位固定要素
５２：第２差動歯車機構
５２ａ：第２サンギヤ（第２ロータ連結要素）
５２ｂ：第２キャリヤ（第２出力連結要素）
５２ｃ：第２リングギヤ５１ｃ（第２固定要素）、非変位固定要素
５６：駆動源
６０：動力伝達機構
８１：ケースの側壁部（非回転部材）
ｉｄ＊，ｉｑ＊：電流指令
Ｂ：推定界磁量
Ｂ＊：界磁指令値
Ｂｌｍｔ：界磁制限値
Ｂ０ ＊：初期界磁指令値
ＰＬＯＳ：システム損失
ＰＨ：動作量（界磁調整機構による実際の調整量）
Ｔ＊：目標トルク
Ｖｍａｘ：インバータの耐圧
ω：ロータの回転速度

Claims (7)

  1. 　永久磁石を備えたロータとコイルを備えたステータとを有する回転電機と、前記ロータから供給される界磁束を変化させる界磁調整機構と、前記コイルに接続されたインバータと、を備えた駆動装置を制御する駆動装置の制御装置であって、
    　前記コイルに誘起される誘起電圧が前記インバータの耐圧を越えない範囲内で前記ロータの回転速度に応じて設定された界磁制限値を上限として、少なくとも前記回転速度に基づいて前記界磁調整機構により調整される前記界磁束の目標となる界磁指令値を決定する界磁指令決定部を備える駆動装置の制御装置。
  2. 　前記界磁指令決定部は、少なくとも前記回転電機の目標トルクと、前記回転速度と、当該目標トルク及び回転速度に応じて変化する鉄損及び銅損を含む前記駆動装置のシステム損失と、に基づいて、前記界磁束を前記界磁制限値を上限として決定する請求項１に記載の駆動装置の制御装置。
  3. 　前記界磁指令決定部は、少なくとも前記目標トルクと前記回転速度とに基づいて、鉄損及び銅損を含む前記駆動装置のシステム損失が最小となる前記界磁束を初期界磁指令値として設定する初期指令値設定部と、前記初期界磁指令値に対して前記界磁制限値を上限とする制限を加えて前記界磁指令値を決定する界磁制限部と、を備える請求項１又は２に記載の駆動装置の制御装置。
  4. 　前記界磁指令値に基づいて制御された前記界磁調整機構による実際の調整量の検出結果に基づいて実際の前記界磁束の推定値である推定界磁量を求める界磁量導出部と、
    　少なくとも前記推定界磁量と前記目標トルクと前記回転速度とに基づいて、前記コイルに供給する駆動電流の目標値である電流指令を決定する電流指令決定部と、を備える請求項１から３の何れか一項に記載の駆動装置の制御装置。
  5. 　前記界磁調整機構は、前記ロータの少なくとも一部を当該ロータの周方向又は回転軸方向へ変位させて前記界磁束を調整するものであり、当該変位のための駆動力を供給する駆動源と、前記駆動源から前記ロータへ前記駆動力を伝達する動力伝達機構と、を備える請求項１から４の何れか一項に記載の駆動装置の制御装置。
  6. 　前記ロータは、それぞれロータコアを有して相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを備えると共に、両ロータの内の少なくとも一方の前記ロータコアに前記永久磁石を備えて構成され、
    　前記界磁調整機構は、前記相対位置を周方向に変位させて前記界磁束を調整する相対位置調整機構である請求項５に記載の駆動装置の制御装置。
  7. 　前記第１ロータ及び前記第２ロータは、共に同一の出力部材に駆動連結され、
    　前記相対位置調整機構は、前記動力伝達機構として、３つの回転要素を備えた第１差動歯車機構と、３つの回転要素を備えた第２差動歯車機構と、を備え、
    　前記第１差動歯車機構は、３つの回転要素として、前記第１ロータに駆動連結される第１ロータ連結要素と、前記出力部材に駆動連結される第１出力連結要素と、第１固定要素と、を備え、
    　前記第２差動歯車機構は、３つの回転要素として、前記第２ロータに駆動連結される第２ロータ連結要素と、前記出力部材に駆動連結される第２出力連結要素と、第２固定要素と、を備え、
    　前記第１固定要素及び前記第２固定要素の内のいずれか一方が、前記駆動源に連動する変位固定要素とされ、他方が非回転部材に固定される非変位固定要素とされ、
    　前記変位固定要素が固定された状態での前記第１ロータ連結要素の回転速度と前記第２ロータ連結要素の回転速度とが互いに等しくなるように、前記第１差動歯車機構のギヤ比と前記第２差動歯車機構のギヤ比とが設定されている請求項６に記載の駆動装置の制御装置。
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