JP5146958B2 - 電動機システムの制御装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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座標系での電機子電流および電機子電圧（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

ところで、電動機の出力軸の回転速度が比較的高速となる高速域で電動機を運転させると、鉄損（ヒステリシス損および渦電流損）が比較的大きなものとなる。しかるに、前記特許文献１，２のものでは、電動機の誘起電圧定数を推定する際に、この鉄損の影響が考慮されていない。このため、高速域での電動機の運転時に、誘起電圧定数の推定値の誤差が大きくなり、該誘起電圧定数が、実際の値よりも小さい値に推定されてしまう。ひいては、その誘起電圧定数の推定値に対応する両ロータ間の位相差の推定値を、目標値に一致させるように両ロータ間の位相差を制御すると、電動機の出力トルクが目標とするトルクよりも過大となったり、電動機の効率が低下するという不都合があった。

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。

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、前記電動機の鉄損と相関性を有する状態量を含む該電動機の所定種類の複数の状態量のそれぞれの目標値または観測値を取得し、その取得した複数の状態量の値を基に、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を備えたことを基本構成とする。

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、前記電動機の鉄損と相関性を有する状態量を含む前記所定種類の複数の状態量のそれぞれの目標値または観測値を基に、前記特性パラメータ（誘起電圧定数または両ロータ間の位相差）の推定値を求める。このため、前記電動機の鉄損の影響を補償し、該鉄損が比較的大きくなるような電動機の運転状態であっても、前記特性パラメータの推定値を精度よく求めることができる。

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。

本発明では、より具体的には、前記電動機の電機子巻線の電流の目標値を設定し、その目標値に該電流の観測値を一致させるように該電機子巻線の電流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。この場合、前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値として、少なくとも前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と、該電機子巻線の電流の目標値または観測値と、前記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目標値とが含まれる。この場合、該特性パラメータ推定手段は、前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と該電機子巻線の電流の目標値または観測値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とから、前記電動機の鉄損が無い場合に該電圧、電流および回転速度と前記特性パラメータとの間で成立する所定の関係に基づいて該特性パラメータの基本推定値を求める基本推定値演算手段と、少なくとも前記特性パラメータの目標値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とを前記鉄損と相関性を有する状態量の値として用い、当該鉄損と相関性を有する状態量の値に応じて前記基本推定値を補正することによって該特性パラメータの推定値を求める補正手段とから構成されている（第１発明）。

なお、前記「観測値」は、適宜のセンサを使用した検出値でよいことはもちろんであるが、適当なモデルなどを使用したオブザーバによって推定した値であってもよい。また、前記電機子巻線の電圧あるいは電流は、電動機の各相の電機子巻線の電圧（相電圧）あるいは（相電流）でよいことはもちろんであるが、その相電圧あるいは相電流を、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圧あるいは電流であってもよい。

かかる第１発明によれば、前記基本推定値演算手段によって、前記電動機の鉄損が無いと仮定した場合の前記特性パラメータの推定値として、前記基本推定値が求められる。そして、前記補正手段は、この基本推定値を、特性パラメータの目標値と電動機の出力軸の回転速度の観測値とに応じて補正することによって該特性パラメータの推定値を求める。この場合、電動機の鉄損は、特に、電動機の出力軸の回転速度と、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束（両ロータについての合成界磁磁束）の強さとの相関性が高い
。そして、その界磁磁束の強さは、前記特性パラメータとしての誘起電圧定数または両ロータ間の位相差と密接に関係する。すなわち、該界磁磁束の強さは、両ロータ間の位相差に依存して変化し、また、前記誘起電圧定数は、該界磁磁束の強さに依存して変化する。

従って、第１発明によれば、前記特性パラメータの基本推定値を、電動機の出力軸の回転速度の観測値と特性パラメータの目標値とに応じて補正することによって、電動機の鉄損の影響を適切に補償し、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。

また、前記通電制御手段およびロータ間位相差制御手段を備えると共に、前記電動機の両ロータが非突極型のロータである場合には、前記両ロータの永久磁石により発生する界磁磁束（合成界磁磁束）の方向をｄ軸（所謂、界磁軸）、該ｄ軸に直交する方向をｑ軸（所謂、トルク軸）とするｄ−ｑ座標系におけるｄ軸方向の電流成分であるｄ軸電流は、通常、電動機の出力軸の回転速度が高くなるに伴い、増加していくように制御される（所謂、界磁弱め制御が行われる）。このため、該ｄ軸電流は、電動機の出力軸の回転速度と密接に関係し、該回転速度に依存して変化する。従って、前記第２発明の如く、前記基本推定値を補正して前記特性パラメータの推定値を求める場合には、その補正処理において、電動機の出力軸の回転速度の観測値の代わりに、該ｄ軸電流の目標値または観測値を用いることも可能である。

そこで、本発明の他の態様は、前記基本構成において、前記電動機の電機子巻線の電流の目標値を設定し、その目標値に該電流の観測値を一致させるように該電機子巻線の電流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と共に、前記電動機の両ロータが非突極型のロータである場合には、前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値として、少なくとも前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と、該電機子巻線の電流の目標値または観測値と、前記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目標値とが含まれていると共に、前記電機子巻線の電流の目標値または観測値には、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軸方向の電流成分であるｄ軸電流の目標値または観測値が含まれているようにしてもよい。そして、この場合には、該特性パラメータ推定手段は、前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と該電機子巻線の電流の目標値または観測値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とから、前記電動機の鉄損が無い場合に該電圧、電流および回転速度と前記特性パラメータとの間で成立する所定の関係に基づいて該特性パラメータの基本推定値を求める基本推定値演算手段と、少なくとも前記特性パラメータの目標値と前記ｄ軸電流の目標値または観測値とを前記鉄損と相関性を有する状態量の値として用い、当該鉄損と相関性を有する状態量の値に応じて前記基本推定値を補正することによって該特性パラメータの推定値を求める補正手段とから構成されている（第２発明）。

この第２発明は、前記補正手段により前記基本推定値を補正する際に、電動機の出力軸の回転速度の観測値の代わりに、前記ｄ軸電流の目標値または観測値を使用することだけが、第１発明と相違するものである。このため、第１発明と同様に、電動機の鉄損の影響を適切に補償し、前記特性パラメータの推定値を適切に求めることができる。

補足すると、前記第１発明または第２発明においては、前記電動機の電機子巻線の目標値は、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。

前記第１発明または第２発明では、前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値には、前記電動機の出力トルクの目標値がさらに含まれており、前記補正手段は、前記基本推定値を補正するために、前記鉄損と相関性を有する状態量の値として、前記電動機の出力トルクの目標値をさらに用いることが好ましい（第３発明）。

すなわち、電動機の鉄損は、電動機の電機子巻線に流れる電流によって発生する磁束の影響も受ける。そして、電動機の電機子巻線の電流は、通常、該電動機に目標とする出力トルクを発生させるように制御される。そこで、第３発明では、前記補正手段は、前記特性パラメータの目標値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値に加えて、あるいは前記特性パラメータの目標値と前記ｄ軸電流の目標値または観測値に加えて、前記電動機の出力トルクの目標値を前記鉄損と相関性を有する状態量の値として用い、当該鉄損と相関性を有する状態量の値に応じて前記基本推定値を補正することによって、前記特性パラメータの推定値を求める。

これにより第３発明によれば、電動機の鉄損の影響をより適切に補償し、前記特性パラメータの推定値の精度をさらに向上させることができる。その結果、前記特性パラメータをより精度よく目標値に制御することができる。

また、前記ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸方向の電流成分であるｑ軸電流に着目したとき、該ｑ軸電流は、電動機にトルクを発生させる電流成分であるので、電動機の出力トルクの目標値が大きくなるに伴い、増加していくように制御される。このため、該ｑ軸電流は、電動機の出力トルクと密接に関係し、出力トルクの目標値に依存して変化する。従って、前記基本推定値を補正するに際して、前記鉄損と相関性を有する状態量の値として、電動機の出力トルクの目標値の代わりに、前記ｑ軸電流の目標値または観測値を使用することも可能である。

そこで、前記第１発明または第２発明では、前記電機子巻線の電流の目標値または観測値には、前記ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸方向の電流成分であるｑ軸電流の目標値または観測値が含まれている場合には、前記補正手段は、前記基本推定値を補正するために、前記鉄損と相関性を有する状態量の値として、前記ｑ軸電流の目標値または観測値をさらに用いるようにしてもよい（第４発明）。

この第４発明は、前記補正手段により前記基本推定値を補正する際に、電動機の出力トルクの目標値の代わりに、前記ｑ軸電流の目標値または観測値を使用することだけが、第３発明と相違するものである。このため、第３発明と同様に、電動機の鉄損の影響をより適切に補償し、前記特性パラメータの推定値の精度をさらに向上させることができる。

本発明の電動機システムの制御装置の一実施形態を図１〜図７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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検出手段としての電流センサ４１，４２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４３とが備えられている。そして、それらの電流センサ４１，４２およびレゾルバ４３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、レゾルバ４３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。

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。

制御装置５０は、レゾルバ４３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。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。また、前記通電制御部５２は、本発明における通電制御手段に相当する。

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４３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、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。

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５３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。

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。

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。

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。

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６８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。

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。

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４３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。

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。

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、前記誘起電圧定数推定値Ｋe_sを求めるＫe推定部５３と、電動機１の誘起電圧定数の目標値である誘起電圧定数指令値Ｋe_cを決定するＫe指令算出部５４と、誘起電圧定数推定値Ｋe_sを誘起電圧定数指令値Ｋe_s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５５とを備える。

なお、本実施形態では、本発明における「特性パラメータ」として、誘起電圧定数Ｋeを用いる。従って、Ｋe指令算出部５４で決定される誘起電圧定数指令値Ｋe_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、Ｋe推定部５３で求められる誘起電圧定数推定値Ｋe_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指令算出部５４と位相差制御部５５とから本発明におけるロータ間位相差制御手段が実現され、Ｋe推定部５３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る。

Ｋe指令算出部５４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、Ｋe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の誘起電圧定数指令値Ｋe_cを逐次決定する。

この場合、上記マップは、例えば、電動機１の実際の誘起電圧定数が該マップにより決定される誘起電圧定数指令値Ｋe_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。

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、誘起電圧定数指令値Ｋe_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。

本実施形態では、Ｋe指令算出部５４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、誘起電圧定数指令値Ｋe_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、Ｋe_cの値が大きくなるように設定される。

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、誘起電圧定数指令値Ｋe_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、Ｋe_c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、誘起電圧定数指令値Ｋe_cは、基本的には、電源電圧Ｖdcの値が小さくなるほど、Ｋe_cの値が小さくなるように設定される。

補足すると、誘起電圧定数指令値Ｋe_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。

前記Ｋe推定部５３には、誘起電圧定数Ｋeを推定するために用いる電動機１の所定種類の複数の状態量として、前記電流フィードバック制御部６７で決定されたｑ軸電圧指令値Ｖq_c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、Ｋe指令算出部５４で決定された誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、前記トルク指令値Ｔr_cとが逐次入力される。そして、Ｋe推定部５３は、これらの入力値Ｖq_c、Ｉd_s、Ｉq_s、Ｎm_s、Ｋe_c、Ｔr_cから誘起電圧定数推定値Ｋe_eを求める。

ここで、電動機１の鉄損が無い場合には、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との間には、一般に、次の関係式（１）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である。

Ｋe・ω＋Ｒ・Ｉq＝Ｖq−ω・Ｌd・Ｉd ……（１）

従って、電動機１の鉄損が無い場合には、上記式（１）を変形した次式（２）により、誘起電圧定数Ｋeを精度よく推定することが可能である。

Ｋe＝（Ｖq−ω・Ｌd・Ｉd−Ｒ・Ｉq）／ω ……（２）

一方、電動機１の鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損とからなる。そして、ヒステリシス損は、電動機１の出力軸２の回転周波数に比例し、渦電流損は電動機１の出力軸２の回転周波数の２乗に比例する。このため、これらのヒステリシス損と渦電流損との総和の鉄損は、電動機１の出力軸２の回転速度に応じて変化する。

図５のグラフは、該回転速度と鉄損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の鉄損は、出力軸２の回転速度が比較的高い高速域で、急激に増加する。なお、図５に示す３つのグラフは、それぞれ、電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋeが互いに異なるものとなっている。

前記式（１）の関係式は、電動機１の鉄損の影響が考慮されていないので、電動機１の鉄損が比較的大きなものとなる状態では、前記式（２）により算出される誘起電圧定数Ｋeの値の誤差が大きくなる。そこで、本実施形態では、式（２）の演算により算出される誘起電圧定数Ｋeの値を該誘起電圧定数Ｋeの基本推定値とし、この基本推定値に、鉄損に起因する推定誤差を低減するための補正を施すことによって、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを求める。

図６は、本実施形態におけるＫe推定部５３の処理機能を示すブロック図である。図示のように、Ｋe推定部５３は、前記式（２）の右辺の演算によって、誘起電圧定数Ｋeの基本推定値Ｋe_ebを算出するＫe基本推定値演算部５３ａと、その基本推定値Ｋe_ebを補正するＫe補正部５３ｂとから構成される。そして、本実施形態では、Ｋe補正部５３ｂは、基本推定値Ｋe_ebを補正するための補正値ΔＫeを求めるＫe補正値演算部５３ｃと、この補正値Ｋeを基本推定値Ｋe_ebに加算することで、該基本推定値Ｋe_ebを補正する補正演算部５３ｄとから構成される。

なお、Ｋe基本推定値演算部５３ａは、本発明における基本推定値演算手段に相当し、Ｋe補正部５３ｂは、本発明における補正手段に相当する。

この場合、Ｋe基本推定値演算部５３ａは、Ｋe推定部５３に入力される電動機１の複数の状態量の値（Ｖq_c、Ｉd_s、Ｉq_s、Ｎm_s、Ｋe_c、Ｔr_c）のうち、式（２）の右辺の演算に必要な状態量の値として、電機子巻線の電圧の観測値としてのｑ軸電圧指令値Ｖq_cと、電機子巻線の電流の観測値としてのｄ軸電流検出値Ｉd_sおよびｑ軸電流検出値Ｉq_sと、出力軸２の回転速度の観測値としての速度検出値Ｎm_sとを取得する。そして、Ｋe基本推定値演算部５３ａは、入力されたＶd_c、Ｉd_s、Ｉq_sをそれぞれ式（２）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（２）の右辺のωの値として用いることによって、式（２）の右辺の演算を行う。これにより、Ｋe基本推定値演算部５３ａは、誘起電圧定数推定値Ｋe_eの基本推定値Ｋe_ebを算出する。

なお、本実施形態では、式（２）の右辺のＲ，Ｌｄ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、Ｌdの値を、ｄ軸電流指令値Ｉd_cからあらかじめ定められたテーブルなどにより可変的に設定するようにしてもよい。

また、Ｋe補正部５３ｂのＫe補正値演算部５３ｃには、前記補正値ΔＫeを求めるために、電動機１の鉄損と相関性を有する電動機１の状態量の値として、出力軸２の回転速度の観測値としての前記速度検出値Ｎm_sと、誘起電圧定数Ｋeの目標値としての誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、電動機１の出力トルクの目標値としてのトルク指令値Ｔr_cとが入力される。

ここで、電動機１の鉄損は、前記したように、電動機１の出力軸２の回転速度に応じて変化するだけでなく、電動機１のステータ５（より詳しくは電機子巻線を装着した磁性体）における最大磁束密度にも依存し、該最大磁束密度が大きいほど、鉄損（ヒステリシス損および渦電流損の両者）が増加する。そして、上記最大磁束密度は、主に、前記両ロータ３，４の永久磁石６，８の合成界磁磁束の強さの影響を受け、その合成界磁磁束の強さは、前記ロータ間位相差θdに応じて、あるいは、該ロータ間位相差θdに対応する誘起電圧定数Ｋeに応じて変化する。この場合、ロータ間位相差θdが小さいほど（電動機１の誘起電圧定数Ｋeが大きいほど）、前記合成界磁磁束の強さが大きくなり、ひいては、前記最大磁束密度も大きくなる。このため、電動機１の鉄損は、前記図５のグラフに示される如く、電動機１の出力軸２の回転速度（速度検出値Ｎm_s）を一定とした場合、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが大きいほど（ロータ間位相差θdが小さいほど）、大きくなる。

さらには、前記最大磁束密度は、電機子巻線の通電によって発生する磁束の影響も受け、その磁束の強さは電動機１の出力トルク、あるいは、その出力トルクを発生させるために電機子巻線に流す電流（特に前記ｑ軸電流）に応じて変化する。この場合、電動機１の出力トルク、あるいは、その出力トルクを発生させるために電機子巻線に流す電流が大きいほど、前記最大磁束密度、ひいては、前記鉄損が大きくなる。

そこで、本実施形態では、電動機１の鉄損と相関性を有する電動機１の状態量として、前記速度検出値Ｎm_sと、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、トルク指令値Ｔr_cとをＫe補正値演算部５３ｃに入力する。そして、該Ｋe補正値演算部５３ｃは、これらの状態量の入力値から、あらかじめ設定されたマップに基づいて前記補正値ΔＫeを求める。

図７（ａ），（ｂ）は、そのマップを代表的に例示するグラフである。本実施形態では、誘起電圧定数指令値Ｋe_cの複数種類の値をあらかじめ定めておき、その各種類の値の誘起電圧定数指令値Ｋe_c毎に、速度検出値Ｎm_sおよびトルク指令値Ｔr_cの組と、補正値ΔＫeとの関係を規定するマップ（二次元マップ）が用意されている。図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ、誘起電圧定数指令値Ｋe_cの値が、ある２種類の値Ｋe_c1、Ｋe_cn（Ｋe_c1＞Ｋe_cn）である場合のマップを代表的に例示している。この場合、各マップにおいては、速度検出値Ｎm_sが大きいほど、また、トルク指令値Ｔr_cが大きいほど、補正値ΔＫe（＞０）が大きくなるように、Ｎm_sおよびＴr_cの組と、ΔＫeとの関係が設定されている。また、これらのマップは、Ｎm_sおよびＴr_cの組を一定とした場合、誘起電圧定数指令値Ｋe_cの値が大きいほど（ロータ間位相差θdが小さいほど）、ΔＫeが大きくなるように設定されている。

Ｋe補正値演算部５３ｃは、入力された速度検出値Ｎm_sと、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、トルク指令値Ｔr_cとから、上記のように設定されたマップを基に、補正値ΔＫeを求める。

そして、このようにしてＫe補正値演算部５３ｃにより求められた補正値ΔＫeと、前記Ｋe基本推定値演算部５３ａにより算出された基本推定値Ｋe_ebが補正演算部５３ｄに入力される。そして、該補正演算部５３ｄは、基本推定値Ｋe_ebに補正値ΔＫeを加算することで、基本推定値Ｋe_ebを補正し、これにより、誘起電圧定数推定値Ｋe_e（＝Ｋe_eb＋ΔＫe）を求める。

以上説明したＫe推定部５３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。なお、本実施形態では、Ｋe補正値演算部５３ｃは、基本推定値Ｋe_ebに加算する補正値ΔＫeを求めるようにしたが、基本推定値Ｋe_ebに乗算する補正値を求めるようにしてもよい。

上記のようにしてＫe推定部５３で求められた誘起電圧定数推定値Ｋe_eと、前記Ｋe指令算出部５４で決定された誘起電圧定数指令値Ｋe_cとが、前記位相差制御部５５に逐次入力される。

該位相差制御部５５は、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_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、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_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。

この場合、位相差制御部５５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５５は、誘起電圧定数推定値Ｋe_eと誘起電圧定数指令値Ｋe_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。

あるいは、位相差制御部５５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、誘起電圧定数推定値Ｋe_eと誘起電圧定数指令値Ｋe_cとをそれぞれ、ロータ間位相差θdの推定値、ロータ間位相差θdの指令値に変換する。そして、位相差制御部５５は、そのロータ間位相差θdの推定値と指令値との偏差から、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。

なお、例えば、誘起電圧定数推定値Ｋe_e（またはロータ間位相差θdの推定値）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、誘起電圧定数推定値Ｋe_eと誘起電圧定数指令値Ｋe_cとの偏差（または、ロータ間位相差θdの推定値と指令値との偏差）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。

以上説明した位相差制御部５５の処理により、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを誘起電圧定数指令値Ｋe_cに一致させるように、あるいは、Ｋe_eに対応するロータ間位相差θdの推定値を、Ｋe_cに対応するロータ間位相差θd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。

この場合、誘起電圧定数推定値Ｋe_eは、電動機１の鉄損に起因する誤差を低減するように求められているので、実際の誘起電圧定数Ｋeの推定値としての精度が高い。このため、ロータ間位相差θdを、電動機１の実際の誘起電圧定数Ｋeが誘起電圧定数指令値Ｋe_cに精度よく合致するような位相差に制御することができる。

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が誘起電圧定数指令値Ｋe_cとなる位相差）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。

なお、以上説明した実施形態では、誘起電圧定数Ｋeを本発明における特性パラメータとして用いたが、ロータ間位相差θdを本発明における特性パラメータとして用いてもよい。この場合には、ロータ間位相差θdの目標値を、例えば電動機１の電源電圧Ｖdcとトルク指令値Ｔr_cと速度検出値Ｎm_sとから、マップなどに基づいて逐次設定し、あるいは、前記Ｋe指令算出部５４で求めた誘起電圧定数指令値Ｋe_cに対応するロータ間位相差θdの目標値を、該Ｋe_cから、図３のグラフで示される関係を表すデータテーブルに基づいて設定すればよい。また、ロータ間位相差θｄの推定値は、例えば、前記Ｋe推定部５３で求めた誘起電圧定数推定値Ｋe_eから、図３のグラフで示される関係を表すデータテーブルに基づいて求めるようにすればよい。あるいは、誘起電圧定数Ｋeの前記基本推定値Ｋe_ebから、図３のグラフで示される関係を表すデータテーブルに基づいて求められるロータ間位相差θdの基本推定値を、速度検出値Ｎm_sと、誘起電圧定数指令値Ｋe_c（またはロータ間位相差θdの目標値）と、トルク指令値Ｔr_cとから、前記Ｋe補正値演算部５３ｃと同様にマップを用いて求めた補正値によって補正することで、ロータ間位相差θdの推定値を求めるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、誘起電圧定数Ｋeの基本推定値Ｋe_ebを求めるために前記式（２）の右辺の演算を行う場合に、ｑ軸電圧指令値Ｖq_c、ｄ軸電流検出値Ｉd_s、ｑ軸電流検出値Ｉq_sを用いたが、例えば、各相の電機子巻線の電圧を検出するようにした場合には、その検出値から求められるｑ軸電圧の検出値（観測値）をＶq_cの代わりに用いてもよい。また、ｄ軸電流検出値Ｉd_sの代わりに、ｄ軸電流の目標値（本実施形態ではＩd_c＋ΔＩda）を用いてもよい。また、ｑ軸電流検出値Ｉq_sの代わりに、ｑ軸電流の目標値（本実施形態ではＩq_c＋ΔＩqa）を用いてもよい。

さらに、前記式（１）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に基づいて、誘起電圧定数Ｋeの基本推定値Ｋe_eb（あるいはＫe_ebに対応するロータ間位相差θdの基本推定値）を求めるようにしてもよい。その場合、その式に含まれる変数に応じて基本推定値を求めるために必要な状態量を定めればよい。

また、前記実施形態では、誘起電圧定数Ｋeの基本推定値Ｋe_eb（あるいは、ロータ間位相差θdの基本推定値）を補正するために、電動機１の鉄損と相関性を有する状態量として、前記速度検出値Ｎm_sと、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、トルク指令値Ｔr_cとを用いたが、誘起電圧定数Ｋeやロータ間位相差θdの基本推定値の補正用の状態量（鉄損と相関性を有する状態量。以下、基本推定値補正用状態量という）の組み合わせはこれに限られるものではない。例えば、前記実施形態のように両ロータ３，４を非突極型のロータとした場合には、次の表１のＮｏ．１〜６に示すような、基本推定値補正用状態量の組み合わせパターンを使用することができる。

この場合、表１のＮｏ．１の組み合わせパターンでは、誘起電圧定数の目標値（前記誘起電圧定数指令値Ｋe_c）、または、ロータ間位相差θdの目標値と、電動機１の出力軸２の回転速度の観測値（前記速度検出値Ｎm_s）との２つの状態量を基本推定値補正用状態量として用いる。

Ｎｏ．２の組み合わせパターンでは、Ｎｏ．１の組み合わせパターンの状態量のうちの、回転速度の観測値の代わりに、ｄ軸電流の観測値（前記ｑ軸電流検出値Ｉd_s）を基本推定値補正用状態量として用いる。

Ｎｏ．３の組み合わせパターンでは、誘起電圧定数の目標値（前記誘起電圧定数指令値Ｋe_c）、または、ロータ間位相差θdの目標値と、電動機１の出力軸２の回転速度の観測値（前記速度検出値Ｎm_s）と、電動機１の出力トルクの目標値（前記トルク指令値Ｔr_c）との３つの状態量を基本推定値補正用状態量として用いる。このＮｏ．３の組み合わせパターンは、前記実施形態の組み合わせパターンに相当する。

Ｎｏ．４の組み合わせパターンでは、Ｎｏ．３の組み合わせパターンの状態量のうちの、回転速度の観測値の代わりに、ｄ軸電流の観測値（前記ｄ軸電流検出値Ｉd_s）または目標値（前記実施形態では、Ｉdc＋ΔＩda）を基本推定値補正用状態量として用いる。

Ｎｏ．５の組み合わパターンでは、Ｎｏ．３の組み合わせパターンの状態量のうちの、出力トルクの目標値の代わりに、ｑ軸電流の観測値（前記ｑ軸電流検出値Ｉq_s）または目標値（前記実施形態では、Ｉqc＋ΔＩqa）を基本推定値補正用状態量として用いる。

Ｎｏ．６の組み合わせパターンでは、Ｎｏ．３の組み合わせパターンの状態量のうちの、回転速度の観測値の代わりに、ｄ軸電流の観測値（前記ｄ軸電流検出値Ｉd_s）または目標値（前記実施形態では、Ｉdc＋ΔＩda）を基本推定値補正用状態量として用いると共に、出力トルクの目標値の代わりに、ｑ軸電流の観測値（前記ｑ軸電流検出値Ｉq_s）または目標値（前記実施形態では、Ｉqc＋ΔＩqa）を基本推定値補正用状態量として用いる。

誘起電圧定数Ｋeあるいはロータ間位相差θdを適切に推定する上では、上記表１に示す如く、少なくとも、誘起電圧定数Ｋeの目標値とロータ間位相差θdの目標値とのうちのいずれ一方と、電動機１の出力軸２の回転速度の観測値とｄ軸電流の観測値または目標値とのうちのいずれか一方との２つの状態量を基本推定値補正用状態量として使用すればよい。そして、誘起電圧定数Ｋeあるいはロータ間位相差θdの推定精度をより高める上では、上記２つの状態量に加えて、電動機１の出力トルクの目標値と、ｑ軸電流の観測値または目標値とのうちのいずれか一方をさらに、基本推定値補正用状態量として用いることが好ましい。

補足すると、両ロータ３，４を突極型のロータとした場合には、一般には、電動機の出力軸の回転速度と、ｄ軸電流との相関性が崩れる。このため、両ロータ３，４を突極型のロータとした場合には、表１のＮｏ．１、３、５の組み合わせパターンでの状態量を基本推定値補正用状態量として用いることが好ましい。

本発明の一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。 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。 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。 実施形態の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。 実施形態の電動機の回転速度と鉄損との関係を例示するグラフ。 図４に示すＫe推定部の処理機能を示すブロック。 図６に示すＫe補正値演算部の処理で使用するマップを代表的に例示するグラフ。

符号の説明

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、５０…制御装置、５２…通電制御部（通電制御手段）、５３…Ｋe推定部（特性パラメータ推定手段）、５４…Ｋe指令算出部（ロータ間位相差制御手段）、５５…位相差制御部（ロータ間位相差制御手段）、５３ａ…Ｋe基本推定値演算部（基本推定値演算手段）、５３ｂ…Ｋe補正部５３ｂ（補正手段）。

Claims (4)

1. 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、
   前記電動機の鉄損と相関性を有する状態量を含む該電動機の所定種類の複数の状態量のそれぞれの目標値または観測値を取得し、その取得した複数の状態量の値を基に、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、
   前記電動機の電機子巻線の電流の目標値を設定し、その目標値に該電流の観測値を一致させるように該電機子巻線の電流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、
   前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値として、少なくとも前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と、該電機子巻線の電流の目標値または観測値と、前記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目標値とが含まれており、
   該特性パラメータ推定手段は、前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と該電機子巻線の電流の目標値または観測値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とから、前記電動機の鉄損が無い場合に該電圧、電流および回転速度と前記特性パラメータとの間で成立する所定の関係に基づいて該特性パラメータの基本推定値を求める基本推定値演算手段と、
   少なくとも前記特性パラメータの目標値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とを前記鉄損と相関性を有する状態量の値として用い、当該鉄損と相関性を有する状態量の値に応じて前記基本推定値を補正することによって該特性パラメータの推定値を求める補正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。
2. 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、
   前記電動機の鉄損と相関性を有する状態量を含む該電動機の所定種類の複数の状態量のそれぞれの目標値または観測値を取得し、その取得した複数の状態量の値を基に、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、
   前記電動機の電機子巻線の電流の目標値を設定し、その目標値に該電流の観測値を一致させるように該電機子巻線の電流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、
   前記電動機の両ロータは、非突極型のロータであり、
   前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値として、少なくとも前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と、該電機子巻線の電流の目標値または観測値と、前記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目標値とが含まれていると共に、前記電機子巻線の電流の目標値または観測値には、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軸方向の電流成分であるｄ軸電流の目標値または観測値が含まれており、
   該特性パラメータ推定手段は、前記電動機の電機子巻線の電圧の目標値または観測値と該電機子巻線の電流の目標値または観測値と前記電動機の出力軸の回転速度の観測値とから、前記電動機の鉄損が無い場合に該電圧、電流および回転速度と前記特性パラメータとの間で成立する所定の関係に基づいて該特性パラメータの基本推定値を求める基本推定値演算手段と、少なくとも前記特性パラメータの目標値と前記ｄ軸電流の目標値または観測値とを前記鉄損と相関性を有する状態量の値として用い、当該鉄損と相関性を有する状態量の値に応じて前記基本推定値を補正することによって該特性パラメータの推定値を求める補正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。
3. 請求項１または２記載の電動機システムの制御装置において、
   前記特性パラメータ推定手段が取得する前記複数の状態量の値には、前記電動機の出力トルクの目標値がさらに含まれており、
   前記補正手段は、前記基本推定値を補正するために、前記鉄損と相関性を有する状態量の値として、前記電動機の出力トルクの目標値をさらに用いることを特徴とする電動機システムの制御装置。
4. 請求項１または２記載の電動機システムの制御装置において、
   前記電機子巻線の電流の目標値または観測値には、前記ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸方向の電流成分であるｑ軸電流の目標値または観測値が含まれており、
   前記補正手段は、前記基本推定値を補正するために、前記鉄損と相関性を有する状態量の値として、前記ｑ軸電流の目標値または観測値をさらに用いることを特徴とする電動機システムの制御装置。