JP2011155740A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの環状の２ロータが内外に出力軸に対して同軸に配置される二重構造において両ロータ間の位相差を変更する機構を小型化することができ、これによってモータ全体を小型化すること。
【解決手段】ステータ１４の内周側に配置され、永久磁石１２ａを有して界磁束を発生する外側ロータ１２と、永久磁石１１ａを有し、外側ロータ１２に対する相対角度位置により界磁束を調整する内側ロータ１１とを有するモータ１０であって、ＥＣＵ２５ｃが、両ロータ１１，１２間の位相差を変更する際に、両ロータ１１，１２間に生じる磁力トルクを打ち消すトルクを発生させるようにステータ１４に界磁電流を流し、更に、その磁力トルクの打ち消し後に内側ロータ１１を回転させるトルクを発生するように当該界磁電流を強める制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石により各々界磁束を発生する２つのロータを有し、両ロータ間の位相差を変更し、この変更された位相差に応じて両ロータの永久磁石の合成界磁の強さを調整可能なモータの制御装置に関する。

従来、永久磁石により各々界磁束を発生する２つのロータ間の位相差を変更するモータの制御装置として、特許文献１に記載の電動機の制御装置が有る。この電動機は、それぞれ永久磁石を有し、電動機の出力軸に互いに回転可能に連結された内側ロータ及び外側ロータを備え、外側ロータの外周にギャップを介してステータが配置されている。なお、両ロータは環状を成し、小径の環状の内側ロータの外周側に、それよりも大径の環状の外側ロータが、電動機の出力軸に対して同軸に配置された二重構造となっている。

このような両ロータ間の位相差を制御装置によって変更する。制御装置は、両ロータ間の位相差を変更するとき、各ロータの永久磁石の磁力に起因して両ロータ間に作用する回転力（磁力トルク）を弱めるように、電動機のステータ電流の内の界磁電流成分を制御する。なお、ステータ電流は界磁電流と励磁電流との双方の成分を含む。その制御によって、内側ロータを外側ロータに対して相対回転させるために必要な駆動力（駆動トルク）を、界磁電流成分を操作しない場合（界磁電流成分を０とした場合）に比べて小さくすることができる。この結果、内側ロータを外側ロータに対して相対回転させるための駆動力を発生するアクチュエータの負担を軽減することができる。この軽減可能なため、アクチュエータや、両ロータ間の位相差を変化させるための機構の小型化を図ることができる。

特開２００８−４３１２７号公報

しかし、上記の特許文献１の電動機の制御装置においては、内側ロータ及び外側ロータの位相差を変更するために内側ロータを外側ロータに対して相対回転させるアクチュエータが小型化できるものの、当該アクチュエータが必要であるため、その分、モータ全体が大型化するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、モータの環状の２ロータが内外に出力軸に対して同軸に配置される二重構造において内側ロータを外側ロータに対して相対回転させるための駆動力を発生するアクチュエータを省くことができ、これによってモータ全体を小型化することができるモータの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、電機子コイルが巻装された電機子コアを有してハウジングに固定されるステータと、このステータの内周側に配置され、永久磁石を有して界磁束を発生する外側ロータと、永久磁石を有し、外側ロータに対する相対角度位置により界磁束を調整する内側ロータと、内側ロータ及び外側ロータの両ロータ間の相対角度位置である位相差を機械的に保持するロータ角度保持部とを有するモータを備え、このモータのロータ角度保持部での位相差の保持を解除後に、内側ロータを回転させることで両ロータ間の位相差を調整して界磁束を調整するモータの制御装置において、前記両ロータ間の位相差を変更する際に、両ロータの永久磁石により生じる両ロータ間の磁力トルクを打ち消すトルクを発生させるように前記ステータに界磁電流を流し、更に、その磁力トルクの打ち消し後に内側ロータを回転させるトルクを発生するように当該界磁電流を強める制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ステータに界磁電流を流すことで発生するステータ磁束により、内側ロータと外側ロータ間の永久磁石による吸引力を打ち消す。界磁電流で内側ロータと外側ロータとの吸引力を打ち消した後、更に界磁電流を強めると内側ロータの磁石の極性が電流による磁束にならうように内側ロータが所定量回転するので、これによって両ロータ間の位相差が変更される。

請求項２に記載の発明は、前記外側ロータと前記内側ロータとの双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束がゼロとなる形状とされていることを特徴とする。

この構成によれば、両ロータの相対位相差を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合、界磁束量を０から所定量まで安定的に変化させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記外側ロータと前記内側ロータとの双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束状態で極が反転しない磁気回路が形成される形状とされていることを特徴とする。

この構成によれば、両ロータの相対位相差を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合、界磁束量を０から所定量まで安定的に変化させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束が最大界磁束の０〜２０％の範囲以内となる形状とされていることを特徴とする。

この構成によれば、例えば両ロータの双方の永久磁石による最小界磁束が最大界磁束の２０％の範囲以内の場合、両ロータ相対位相差が０ｄｅｇでも界磁束量が所定量あるので、内側ロータを回すための界磁電流が少なくて済む。

請求項５に記載の発明は、前記外側ロータの永久磁石は、長尺の方形板状でその長手方向が当該外側ロータの径方向に向けられて所定間隔で配設されて周方向に着磁された複数の永久磁石であり、前記内側ロータの永久磁石は、長尺の方形板状でその長手方向が当該内側ロータの周方向に向けられて所定間隔で配設されて径方向に着磁された複数の永久磁石であり、当該外側ロータの一対の永久磁石の端部と、当該内側ロータの１つの永久磁石の両端部とが対向する状態に配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、両ロータの双方の永久磁石による最小界磁束状態を最良に維持することが出来る。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記両ロータから出力する前記ステータとの間のモータトルクを、両ロータ間の位相差変更時に指令のトルク値を保持するように前記ステータへの励磁電流を制御することを特徴とする。

この構成によれば、両ロータ間の位相差変更時にモータトルクを一定とすることができる。

請求項７に記載の発明は、前記制御手段は、前記モータのトルク指令値とモータ回転数とに対応した両ロータ間位相差指令値が各々データで対応付けられた第１マップを記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記第１マップをもとに、前記モータのモータ回転数及びトルク指令値に応じた両ロータ間位相差指令値を検索し、この検索された両ロータ間位相差指令値から電流指令値を算出し、この電流指令値に応じた界磁電流を前記ステータに流す制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、両ロータ間の位相差を所定の位相差に変更することができる。

請求項８に記載の発明は、前記記憶手段は、前記両ロータの双方の永久磁石の温度と、当該永久磁石の減磁を防止するため前記界磁電流の量を制限する制限指令値とが各々データで対応付けられた第２マップを記憶し、前記制御手段は、前記永久磁石の温度を検出し、この検出された温度に対応する前記制限指令値を第２マップから求め、この求められた制限指令値で電流指令値を制限し、この制限された電流指令値に応じた界磁電流を前記ステータに流す制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、永久磁石の温度に応じてステータの界磁電流を制限し、これによって永久磁石の減磁を防止することできる。

本発明の実施形態に係るモータ及びその制御装置を含むモータ駆動システムの構成図である。 最大界磁束状態のモータの構成図である。 （ａ）モータの内側ロータのトルクと両ロータ間の位相差との関係図、（ｂ）モータのステータに流す界磁電流と両ロータ間の位相差との関係図である。 （ａ）モータの両ロータが最小界磁束状態で相対位相差が０ｄｅｇの場合の構成図、（ｂ）モータの両ロータが最大界磁束状態で相対位相差が１８０ｄｅｇの場合の構成図である。 モータの両ロータ間平均トルクとステータ電流位相との関係図である。 モータの内側ロータと外側ロータの双方の永久磁石の磁束量比と最小界磁束量符号との関係図である。 （ａ）モータの最小界磁束状態における界磁束の流れを示し、（ｂ）モータの最大界磁束状態における界磁束の流れを示す図である。 モータの界磁束と両ロータの相対位相差との関係図である。 （ａ）モータトルクと両ロータ間位相差との関係図、（ｂ）モータの励磁電流と両ロータ間位相差との関係図である。 モータの両ロータ間位相差を所定の位相差に変更する場合の動作を示すフローチャートである。 モータのトルク指令値とモータ回転数とに対応した両ロータ間位相差値と、両ロータ間位相差値に応じた界磁電流の電流指令値との関係図である。 モータの永久磁石の減磁を防止しながら、モータの両ロータ間位相差を所定の位相差に変更する場合の動作を示すフローチャートである。 モータの磁石温度とモータの界磁電流の電流制限の指令値との関係図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ及びその制御装置を含むモータ駆動システムの構成図である。

図１に示すモータ１０は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものであり、小径の環状の内側ロータ１１の外周側に、それよりも大径の環状の外側ロータ１２が、モータ１０の出力軸１３に対して同軸に配置された二重構造となっている。また、外側ロータ１２は、永久磁石による界磁束を発生し、出力軸１３と一体に回転可能なように当該出力軸１３に連結されている。内側ロータ１１は、外側ロータ１２及び出力軸１３に対して相対回転可能なように配設され、更に、外側ロータ１２に対する相対角度位置により界磁束を調整する役目を果たす。また、外側ロータ１２の外周側には、モータ１０の図示せぬハウジングに固定されたステータ１４を有し、このステータ１４には図示せぬ３相分の電機子が装着されている。即ち、ステータ１４は、図示せぬ電機子コアに電機子コイルが巻装された電機子がハウジングに固定されて構成されている。

外側ロータ１２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１２ａを備える。この永久磁石１２ａは、長尺の方形板状であり、その長手方向が外側ロータ１２の径方向に向けられて外側ロータ１２に埋め込まれている。また、各々の永久磁石１２ａは、２つを１対とする組に分けられ、１対の永久磁石１２ａ同士の対向側が同極（ＮとＮ又はＳとＳ）で、且つ隣接する１対同士の対向側が異極（ＮとＳ）となる状態で配置されている。

内側ロータ１１も、その周方向にほぼ等間隔で配列された複数の永久磁石１１ａを備える。この永久磁石１１ａは、外側ロータ１２の永久磁石１２ａと概略同形状で、その長手方向を内側ロータ１１の周方向に向けられ、且つ、１つの永久磁石１１ａの両端が外側ロータ１２の１対の永久磁石１２ａの各端と対向する状態で、内側ロータ１１に埋め込まれている。更に永久磁石１１ａは、内側ロータ１１の径方向の対向する側面が異極（ＮとＳ）となっている。

図１は、内側ロータ１１の永久磁石１１ａにおいて、外側ロータ１２の１対の永久磁石１２ａ方向に向く側面の極（例えばＮ）が、その１対の永久磁石１２ａ間の極（例えばＳ）と異なる配置状態を表している。この状態は、外側ロータ１２から外側に出る界磁磁束が最も少ない状態、つまり両ロータ１１，１２による界磁束が最小の状態（最小界磁束状態）である。なお、最小界磁束状態を安定状態ともいう。

これに対して、図２に最大界磁束状態のモータ１０を示す。この最大界磁束状態では、永久磁石１１ａにおける１対の永久磁石１２ａ方向に向く側面の極（例えばＮ）が、その１対の永久磁石１２ａ間の極（例えばＮ）と同じ配置状態となる。この状態は、外側ロータ１２から外側に出る界磁磁束が最も多い状態、つまり両ロータ１１，１２による界磁束が最大の状態である。

このような構成のモータ１０は、内側ロータ１１を外側ロータ１２に対して回転させることによって、内側ロータ１１と外側ロータ１２との間の磁束の強さを変更可能である。また、両ロータ１１，１２間の相対角度位置を機械的に保持する位相保持機構であるロータ角度保持部２５ｄが備えられている。前述の両ロータ１１，１２間の位相差を変更する場合は、ロータ角度保持部による機械的な保持を解除してから行ない、位相差の変更後は機械的に保持するようになっている。

更に、モータ１０は、両ロータ１１，１２間の位相差を検出する位相差検出器２１と、モータ１０の出力軸１３の回転位置（外側ロータ１２の回転角度）を検出するレゾルバ等による位置センサ２２と、モータ１０の電機子の３相の内の２つの相（例えばＵ相及びＷ相）の各々の電流（界磁電流と励磁電流との双方の成分を含むステータ電流）を検出する電流センサ２３，２４と、制御装置２５とを備えて構成されている。

制御装置２５は、コンバータ２５ａ及びインバータ２５ｂを備えると共に、ＥＣＵ（電子制御ユニット：制御手段）２５ｃを備えて構成されている。コンバータ２５ａは図示せぬバッテリの直流電力を昇圧し、インバータ２５ｂはその昇圧された直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力でモータ１０を駆動する。一方、モータ１０がモータジェネレータである場合に当該モータジェネレータが発電機として働く場合、モータジェネレータから出力される交流電力はインバータ２５ｂで直流電力に変換され、この変換された直流電力がコンバータ２５ａで降圧されてバッテリに回生される。このようなコンバータ２５ａの昇降圧動作及びインバータ２５ｂの電力変換動作がＥＣＵ２５ｃで制御されるようになっている。

即ち、ＥＣＵ２５ｃは、位相差検出器２１で検出された位相差、位置センサ２２で検出された回転角度、及び電流センサ２３，２４で検出されたステータ電流の各々の値が入力され、これら入力値に応じて、コンバータ２５ａ及びインバータ２５ｂを制御することにより、モータ１０の回転駆動を制御する。

また、ＥＣＵ２５ｃは、両ロータ１１，１２間の位相差を変更する場合、両ロータ１１，１２の永久磁石１１ａ，１２ａ間に作用する磁力によって両ロータ１１，１２間に生じる位相変更方向とは逆方向のトルクを打ち消し、更に、位相変更方向と同方向の位相差変更トルクを発生させるように、モータ１０におけるステータ１４の電機子の界磁電流を制御する。言い換えれば、ＥＣＵ２５ｃは、両ロータ１１，１２間に生じる磁力トルクを打ち消すトルクを発生させ、更に、その磁力トルクの打ち消し後に内側ロータ１１を回転させるトルクを発生するように界磁電流を流す制御を行う。この制御を、両ロータ間位相差変更制御と称す。

これを図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は内側ロータ１１のトルクと両ロータ１１，１２間の位相差との関係図、（ｂ）はステータ１４に流す界磁電流と両ロータ１１，１２間の位相差との関係図である。ＥＣＵ２５ｃが両ロータ間位相差変更制御を行っていない場合、モータ１０駆動は弱め界磁領域で行なわれており、この際のステータ１４の界磁電流は（ｂ）に破線線分ＩＤａで示すように一定値に制御されている。更に、この際の内側ロータ１１には（ａ）に山形の破線線分Ｔ１１ａで示すように、内側ロータ１１の回転を妨げる力が働くようにトルクが発生する。

一方、ＥＣＵ２５ｃが両ロータ間位相差変更制御を行う場合、（ｂ）に示すように界磁電流ＩＤｂを流すことで、（ａ）に逆山形の破線線分Ｔ１１ｂで示すように内側ロータ１１を回転させるトルクが発生する。

この内側ロータ１１を回転させるトルクが発生する際の磁束の流れを、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は両ロータ１１，１２が最小界磁束状態で、両ロータ１１，１２の相対位相差が０ｄｅｇの場合を示し、（ｂ）は両ロータ１１，１２が最大界磁束状態で、両ロータ１１，１２の相対位相差が１８０ｄｅｇの場合を示す。

まず、ステータ１４に界磁電流が流れていない最小界磁束状態（安定状態）の場合、図４（ａ）に示すように、内側ロータ１１を流れる磁束φ１が永久磁石１１ａ１から永久磁石１１ａ２を流れ、これが外側ロータ１２を流れる磁束φ２として永久磁石１２ａ３から永久磁石１２ａ２を流れて内側ロータ１１の永久磁石１１ａ１への磁束φ１として戻る巡回経路を強く流れる。更に、外側ロータ１２の一対の永久磁石１２ａ１及び１２ａ２から互いのＮ極側に対向状態に流れてステータ１４の極に向かうステータ磁束φＳとして僅かに流れる。この状態では、両ロータ１１，１２間に両ロータ１１，１２を吸引する磁力トルクが働く。

このような最小界磁束状態において、ステータ１４に両ロータ間位相差変更制御により図３（ｂ）に示したように界磁電流ＩＤｂを流すと、白抜き矢印φ１ａ，φＳａ又はφ１ｂ，φＳｂで示すように内側ロータ１１の永久磁石１１ａを流れる磁束とステータ磁束とが強くなる。これによって双方の磁束φ１ａと磁束φＳａ又は磁束φ１ｂと磁束φＳｂが反発するトルクを発生するように強く流れるので、内側ロータ１１と外側ロータ１２との間に生じていた磁力トルクが打ち消される。

更に界磁電流ＩＤｂを流すと、内側ロータ１１が回転するトルクが発生し、これによって内側ロータ１１が回転することにより両ロータ１１，１２間の位相差が変更され、図４（ｂ）に示す最大界磁束状態となる。この最大界磁束状態では、磁束φ１と磁束φＳとが同じ向きとなり、更に磁束φ１ａと磁束φＳａ又は磁束φ１ｂと磁束φＳｂが同じ向きになるので、内側ロータ１１と、外側ロータ１２及びステータ１４とが吸引するトルクが働く。

また、図５に両ロータ間平均トルクとステータ電流位相との関係図を示す。この図に示すように、ステータ電流位相が−９０ｄｅｇ付近では両ロータ間平均トルクが負となる。このトルクが負の領域では、界磁電流で内側ロータ１１を任意に駆動できる。従って、ステータ電流位相を−９０ｄｅｇ付近とすれば、この際のステータ電流の内の界磁電流で内側ロータ１１を最大界磁束状態へ回転させるトルクを発生させることが出来る。

次に、図７（ａ）に最小界磁束状態のロータ形状の一例を示し、図７（ｂ）に最大界磁束状態のロータ形状の一例を示す。

図６（１）〜（３）に内側ロータ１１の永久磁石１１ａと外側ロータ１２の永久磁石１２ａとの磁束量比（内外ロータ磁石磁束量比）と、最小界磁束量符号（最小界磁束時ロータ極性）との関係を示す。

図６（２）は、１つの内側の永久磁石１１ａの磁束φ１と、この永久磁石１１ａに対応付けられた一対の外側の永久磁石１２ａの２つ分の磁束φ２×２との量が等しい関係の場合を示す。即ち、磁束φ１と２つ分の磁束φ２×２とが等しくなるように、１つの内側の永久磁石１１ａと、これに対応付けられる一対の外側の永久磁石１２ａの形状・材質・磁気回路形状を定めた場合である。この場合、最小界磁束量はゼロであり、図８に示すように、両ロータ１１，１２の相対位相差［ｄｅｇ］を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合、線分Ｌ２で示すように、界磁束量は０から所定量まで変化する。

図６（１）は、２つ分の磁束φ２×２が磁束φ１よりも大きい場合を示す。即ち、２つ分の磁束φ２×２が磁束φ１よりも大きくなるように、１つの内側の永久磁石１１ａと、これに対応付けられる一対の外側の永久磁石１２ａの形状・材質・磁気回路形状を定めた場合である。つまり、最小界磁束状態でロータの極性が反転しない磁気回路形状とする。この場合、最小界磁束は極性を維持する。

更に、この場合、図８に示すように、最小界磁束が最大界磁束の０〜２０％の範囲Ｒｇ以内となるように、１つの内側の永久磁石１１ａと、これに対応付けられる一対の外側の永久磁石１２ａの形状・材質・磁気回路形状を定める。両ロータ１１，１２の相対位相差を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合の界磁束量の変化はＬ１からＬ２の間となる。これにより、最小界磁束量が最大界磁束量の２０％以上の場合に比べ、外側の永久磁石１２aによる磁束φ２に対して内側の永久磁石１１aのφ１の割合が高くなる。つまり、内側の永久磁石１１aのステータ磁束に対する感度が高くなることから、内外ロータの相対位相差を変更するためのステータ電流が少なくて済む。

図６（３）は、磁束φ１が２つ分の磁束φ２×２よりも大きい場合で、最小界磁束の極性が反転する。この場合、図８に示すように、両ロータ１１，１２の相対位相差［ｄｅｇ］を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合の界磁束量は、線分Ｌ３で示すように、負の領域ともなるので、正の領域で使用する。

また、図９（ｂ）に破線線分Ｉｑ１で示すように、両ロータ間位相差変更制御時にモータトルクに係わる励磁電流が、両ロータ間位相差が０°〜１８０°間まで一定であるとすると、図９（ａ）に破線線分Ｔ１で示すようにモータトルクは両ロータ間位相差が０°〜１８０°と大きくなるに従って増加する。つまり、モータトルクに寄与する励磁電流を制御しないと界磁束量が増加してモータトルクが増加（一定とならない）する。従って、モータ１０が指令のトルクを保持できなくなる。

そこで、図９（ａ）に実線線分Ｔ２で示すようにモータトルクが一定となるように、（ｂ）に実線線分Ｉｑ２で示すように励磁電流を両ロータ間位相差が０°〜１８０°と大きくなるに従って徐々に減少させる。言い換えれば、モータトルクが一定となるように励磁電流を制御する。

次に、両ロータ１１，１２間の位相差を所定の位相差に変更する場合について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１において、両ロータ間位相差変更の要求がある場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ２５ｃが、モータ回転数、トルク指令値、両ロータ間位相差θを検出する。ＥＣＵ２５ｃは、その検出された各値を用いて、ステップＳ３において、モータ回転数とトルク指令値に対応した両ロータ間位相差値指令値θrefを後述する第１マップから検索する。

この検索は、ＥＣＵ２５ｃが第１マップを記憶手段に記憶しており、その第１マップを参照して行う。第１マップは、図１１に示すように、縦軸のトルク指令値（例えばＴＩ１，ＴＩ２）と横軸のモータ回転数（例えばＮ１，Ｎ２）とに対応した両ロータ間位相差値（例えばθ１，θ２）が、各々データで対応付けられたものである。例えばモータ回転数がＮ１でトルク指令値がＴＩ１であれば両ロータ間位相差値はθ１となる。このように両ロータ間位相差値θ１が検索されたとする。

次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ２５ｃは、上記ステップＳ３で検索された両ロータ間位相差値θref１と検出した両ロータ間位相差θの差分であるΔθを算出する。Δθ＝０を満たしていない場合、ステップ５の処理に移行し、ＥＣＵ２５ｃはΔθに応じた指令電流値Irefを算出し、ステップ６にて指令電流値Irefに基づきステータ電流を制御する。その後、ステップ２に戻る。ステップ２からステップ６までの処理をステップ４のΔθ＝０を満たすまで行うことで、両ロータ間位相差が所定の位相差となるよう内側ロータ１１を回転させる。

また、上記ステップＳ１において両ロータ間位相差変更の要求がない場合、または、ステップ４でΔθ＝０を満たした場合、ステップＳ７において、ＥＣＵ２５ｃが両ロータ間相対位相差を保持する指令をロータ角度保持部に与え、両ロータ間の相対位相差は保持される。

次に、永久磁石１１ａ，１２ａの減磁を防止しながら、両ロータ１１，１２間の位相差を所定の位相差に変更する場合について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。但し、図１２において図１０に示したステップと同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

ＥＣＵ２５ｃは、ステップＳ５において電流指令値Ｉｒｅｆ１を求めた後、ステップＳ１１において、外側の永久磁石１２ａ及び内側の永久磁石１１ａの温度Ｔを検出する。この検出後、ステップＳ１２において、検出磁石温度Ｔに応じて第２マップから電流制限値Ｉｍａｘを検索する。第２マップは、図１３に示すように、縦軸の制限指令値（例えばＩｍａｘ１，Ｉｍａｘ２）と横軸の磁石温度（例えばＴｅ１，Ｔｅ２）との関係を、右肩下がりの特性曲線ＩＴで対応付け、この特性曲線ＩＴを介した制限指令値Ｉｍａｘと磁石温度Ｔｅとの関係を各々データで示したものである。特性曲線ＩＴは、磁石の温度が所定の高温以上となった際に減磁することを防止するように、界磁電流を制限することを示すものである。従って、磁石温度Ｔが高いほどに界磁電流を制限する制限指令値Ｉｍａｘが低くなる関係となっている。例えば磁石温度がＴｅ２と検出された場合、制限指令値はＩｍａｘ２となる。このように制限指令値Ｉｍａｘ２が検索されたとする。

次に、ステップＳ１３において、上記ステップＳ５で求められた電流指令値Ｉｒｅｆ１が、その検索された制限指令値Ｉｍａｘ２以下であるか否かを判断する。この判断結果、電流指令値Ｉｒｅｆ１が制限指令値Ｉｍａｘ２を超える場合、ステップＳ１４において、電流指令値Ｉｒｅｆ１を制限指令値Ｉｍａｘ２以下に制限し、ステップＳ１５において、その制限した電流指令値Ｉｒｅｆ１に応じた界磁電流をステータ１４に流す。これによって、ステータ１４の界磁電流を制限し、磁石の減磁を防止する。

一方、上記ステップＳ１３の判断結果、電流指令値Ｉｒｅｆ１が制限指令値Ｉｍａｘ２以下の場合は、ステップＳ１５において上記ステップＳ４で求められた電流指令値Ｉｒｅｆ１に応じた界磁電流がステータ１４に流される。

このように本実施形態のモータの制御装置２５は、電機子コイルが巻装された電機子コアを有してハウジングに固定されるステータ１４と、このステータ１４の内周側に配置され、永久磁石１２ａを有して界磁束を発生する外側ロータ１２と、永久磁石１１ａを有し、外側ロータ１２に対する相対位相差により界磁束を調整する内側ロータ１１と、内側ロータ１１及び外側ロータ１２の両ロータ間の相対位相差を機械的に保持するロータ角度保持部とを有するモータ１０を備え、このモータ１０のロータ角度保持部２５ｄでの位相差の保持を解除後に、内側ロータ１１を回転させることで両ロータ間の位相差を調整して界磁束を調整する。

このような構成においてＥＣＵ２５ｃが、両ロータ間の位相差を変更する際に、両ロータ間に生じる磁力トルクを打ち消すトルクを発生させるようにステータ１４に界磁電流を流し、更に、その磁力トルクの打ち消し後に内側ロータ１１を回転させるトルクを発生するように当該界磁電流を強める制御を行う。

これによって、ステータ１４に界磁電流を流すことで当該界磁電流によるステータ１４磁束が内側ロータ１１を回転させる力が、内側ロータ１１と外側ロータ１２との吸引力よりも大きくなり、内側ロータ１１と外側ロータ１２との吸引力が無くなる。界磁電流によるステータ１４の極は、外側ロータ１２と吸引、内側ロータ１１とは反発するので、内側ロータ１１と外側ロータ１２に反発する力が発生する。これは界磁電流制御による界磁電流の量で調整されることになる。界磁電流で内側ロータ１１と外側ロータ１２との吸引力を打ち消した後、更に界磁電流を強めると内側ロータ１１が所定量回転するので、これによって両ロータ間の位相差が変更される。このように両ロータの位相差を変更するために、従来のようなアクチュエータを必要としないので、その分、モータ全体を小型化することが出来る。

また、外側ロータ１２と内側ロータ１１との双方の永久磁石１１ａ，１２ａは、当該双方の永久磁石１１ａ，１２ａによる最小界磁束がゼロとなる形状とした。

これによって、両ロータ１１，１２の相対位相差を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合、界磁束量を０から所定量まで安定的に変化させることができる。

また、外側ロータ１２と内側ロータ１１との双方の永久磁石１１ａ，１２ａは、当該双方の永久磁石１１ａ，１２ａによる最小界磁束状態で極が反転しない磁気回路が形成される形状とした。

これによって、両ロータ１１，１２の相対位相差を０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇまで移動させた場合、界磁束量を０から所定量まで安定的に変化させることができる。

また、双方の永久磁石１１ａ，１２ａは、当該双方の永久磁石１１ａ，１２ａによる最小界磁束が最大界磁束の０〜２０％の範囲以上となる形状とした。

これによって、例えば両ロータ１１，１２の双方の永久磁石１１ａ，１２ａによる最小界磁束が最大界磁束の２０％の範囲以内の場合、最小界磁束量が最大界磁束量の２０％以上の場合に比べ、外側の永久磁石１２aによる磁束φ２に対して内側の永久磁石１１aのφ１の割合が高くなる。つまり、内側の永久磁石１１aのステータ磁束に対する感度が高くなることから、内外ロータの相対位相差を変更するためのステータ電流が少なくて済む。

また、外側ロータ１２の永久磁石１２ａは、長尺の方形板状でその長手方向が当該外側ロータ１２の径方向に向けられて所定間隔で配設されて周方向に着磁された複数の永久磁石１２ａであり、内側ロータ１１の永久磁石１１ａは、長尺の方形板状でその長手方向が当該内側ロータ１１の周方向に向けられて所定間隔で配設されて径方向に着磁された複数の永久磁石１１ａであり、当該外側ロータ１２の一対の永久磁石１２ａの端部と、当該内側ロータ１１の１つの永久磁石１１ａの両端部とが対向する状態に配設された構成とした。これによって、両ロータ１１，１２の双方の永久磁石１１ａ，１２ａによる最小界磁束状態を最良に維持することが出来る。

また、ＥＣＵ２５ｃが、両ロータ１１，１２から出力するステータ１４との間のモータトルクを、両ロータ間の位相差変更時に指令のトルク値を保持するようにステータ１４への励磁電流を制御するようにした。これによって、両ロータ間の位相差変更時にモータトルクを一定とすることができる。

また、ＥＣＵ２５ｃは、モータ１０のトルク指令値とモータ回転数とに対応した両ロータ間位相差値が各々データで対応付けられた第１マップを記憶する記憶手段を備え、ＥＣＵ２５ｃは、第１マップをもとに、モータのモータ回転数及びトルク指令値に応じた両ロータ間位相差指令値θrefを検索し、この検索された両ロータ間位相差指令値と検出した現在のロータ間相対位相θとの差分から、電流指令値を算出し、この電流指令値に応じた界磁電流をステータ１４に流す制御を行うようにした。これによって、両ロータ間の位相差を所定の位相差に変更することができる。

また、記憶手段は、両ロータの双方の永久磁石１１ａ，１２ａの温度と、当該永久磁石の温度に対し、当該永久磁石の減磁を防止する界磁電流の量を制限する制限指令値とが各々データで対応付けられた第２マップを記憶し、ＥＣＵ２５ｃは、永久磁石の温度を検出し、この検出された温度に対応する第２マップから求め、この求められた制限指令値以下に電流指令値を制限し、この制限された電流指令値に応じた界磁電流をステータ１４に流す制御を行うようにした。

これによって、永久磁石１１ａ，１２ａの温度に応じてステータ１４の界磁電流を制限し、永久磁石の減磁を防止する。

１０ モータ
１１ 内側ロータ
１１ａ，１２ａ 永久磁石
１２ 外側ロータ
１３ モータの出力軸
１４ ステータ
２１ 位相差検出器
２２ 位置センサ
２３，２４ 電流センサ
２５ 制御装置
２５ａ コンバータ
２５ｂ インバータ
２５ｃ ＥＣＵ
２５ｄ ロータ角度保持部

Claims (8)

1. 電機子コイルが巻装された電機子コアを有してハウジングに固定されるステータと、このステータの内周側に配置され、永久磁石を有して界磁束を発生する外側ロータと、永久磁石を有し、外側ロータに対する相対角度位置により界磁束を調整する内側ロータと、内側ロータ及び外側ロータの両ロータ間の相対角度位置である位相差を機械的に保持するロータ角度保持部とを有するモータを備え、このモータのロータ角度保持部での位相差の保持を解除後に、内側ロータを回転させることで両ロータ間の位相差を調整して界磁束を調整するモータの制御装置において、
   前記両ロータ間の位相差を変更する際に、両ロータの永久磁石により生じる両ロータ間の磁力トルクを打ち消すトルクを発生させるように前記ステータに界磁電流を流し、更に、その磁力トルクの打ち消し後に内側ロータを回転させるトルクを発生するように当該界磁電流を強める制御を行う制御手段を備えたことを特徴とするモータの制御装置。
2. 前記外側ロータと前記内側ロータとの双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束がゼロとなる形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記外側ロータと前記内側ロータとの双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束状態で極が反転しない磁気回路が形成される形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
4. 前記双方の永久磁石は、当該双方の永久磁石による最小界磁束が最大界磁束の０〜２０％の範囲以内となる形状とされていることを特徴とする請求項３に記載のモータの制御装置。
5. 前記外側ロータの永久磁石は、長尺の方形板状でその長手方向が当該外側ロータの径方向に向けられて所定間隔で配設されて周方向に着磁された複数の永久磁石であり、前記内側ロータの永久磁石は、長尺の方形板状でその長手方向が当該内側ロータの周方向に向けられて所定間隔で配設されて径方向に着磁された複数の永久磁石であり、当該外側ロータの一対の永久磁石の端部と、当該内側ロータの１つの永久磁石の両端部とが対向する状態に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
6. 前記制御手段は、前記両ロータから出力する前記ステータとの間のモータトルクを、両ロータ間の位相差変更時に指令のトルク値を保持するように前記ステータへの励磁電流を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
7. 前記制御手段は、前記モータのトルク指令値とモータ回転数とに対応した両ロータ間位相差指令値が各々データで対応付けられた第１マップを記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記第１マップをもとに、前記モータのモータ回転数及びトルク指令値に応じた両ロータ間位相差指令値を検索し、この検索された両ロータ間位相差指令値から電流指令値を算出し、この電流指令値に応じた界磁電流を前記ステータに流す制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータの制御装置。
8. 前記記憶手段は、前記両ロータの双方の永久磁石の温度と、当該永久磁石の減磁を防止するため前記界磁電流の量を制限する制限指令値とが各々データで対応付けられた第２マップを記憶し、
   前記制御手段は、前記永久磁石の温度を検出し、この検出された温度に対応する前記制限指令値を第２マップから求め、この求められた制限指令値で電流指令値を制限し、この制限された電流指令値に応じた界磁電流を前記ステータに流す制御を行うことを特徴とする請求項７に記載のモータの制御装置。

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