(57)【要約】【課題】電動機が有する２重回転子の相対位相角を変更する位相変更機構に作動流体を導入する装置の元圧が変化しても、２重回転子の相対位相角が可変閾位相角に到達したことを正確に判断可能な電動機の制御装置を提供すること。【解決手段】回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子と、第１回転子及び第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構と、を備えた永久磁石界磁型の電動機の制御装置は、位相変更機構に導入する作動流体の流体圧によって位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部と、位相変更機構駆動部が位相変更機構に導入する作動流体の流体圧を検出する圧力検出部と、圧力検出部の検出結果の直流成分を導出する直流成分導出部と、直流成分導出部が導出した直流成分を微分した値の極性が所定時間範囲内で変化した変極回数に応じて、相対位相角が可変閾位相角に到達したか否かを判断する判断部とを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子と、前記第１回転子及び前記第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構と、を備えた永久磁石界磁型の電動機の制御装置であって、
前記位相変更機構に導入する作動流体の流体圧によって前記位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部と、
前記位相変更機構駆動部が前記位相変更機構に導入する作動流体の流体圧を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出結果の直流成分を導出する直流成分導出部と、
前記直流成分導出部が導出した直流成分を微分した値の極性が所定時間範囲内で変化した変極回数に応じて、前記相対位相角が可変閾位相角に到達したか否かを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記判断部は、前記変極回数が所定数以上のとき、前記相対位相角が前記可変閾位相角に到達したと判断することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
前記相対位相角が前記可変閾位相角に到達したと前記判断部が判断した後、前記位相変更機構駆動部が前記位相変更機構に導入する作動流体の元圧を０に設定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置であって、
前記作動流体の温度を検出する温度検出部を備え、
前記判断部は、前記温度検出部の検出結果に応じて前記所定時間範囲を変更することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機の制御装置であって、
前記判断部は、前記作動流体の温度が低いほど前記所定時間範囲を長く設定することを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子と、第１回転子及び第２回転子の周方向の相対変位角を変更する位相変更機構とを有する永久磁石界磁型の電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、特許文献１に記載の電動機の断面図である。図１２に示す電動機５０１は、回転軸５０４の周囲に周方向に沿って配置された内周側永久磁石５０９を有する内周側回転子５０６と、内周側回転子５０６と同軸上に配置され、内周側回転子５０６の外側に周方向に沿って配置された外周側永久磁石５０９を有する外周側回転子５０５と、内周側回転子５０６と外周側回転子５０５の周方向の相対変位角を変更可能なベーンタイプの回動機構５１１とを備える。なお、回動機構５１１は、非圧縮性流体である作動油（作動流体）の油圧（流体圧）によって、内周側回転子５０６と外周側回転子５０５との間の相対的な位相を変更する。
【０００３】
回動機構５１１は、電動機５０１が界磁強め状態、界磁弱め状態又はこれらの中間の状態となるよう内周側回転子５０６と外周側回転子５０５の相対変位角を変更する。界磁強め状態では、内周側回転子５０６及び外周側回転子５０５の対向する各永久磁石５０９の磁化方向は同じである。一方、界磁弱め状態では、内周側回転子５０６及び外周側回転子５０５の対向する各永久磁石５０９の磁化方向は逆である。なお、界磁強め状態の電動機１０は、最大トルク出力が可能である。
【０００４】
回動機構５１１は、内周側回転子５０６と一体に設けられた環状ハウジング５１５と、外周側回転子５０５と一体に設けられると共に、環状ハウジング５１５とによって進角側作動室５２４及び遅角側作動室５２５を形成するベーンロータ５１４とを備える。ベーンロータ５１４は、図１２に示すように、回転軸５０４に嵌合される円筒状のボス部５１７の外周に設けられた複数の羽根部５１８を有する。一方、環状ハウジング５１５には、内周面に複数の凹部５１９が設けられている。各凹部５１９にベーンロータ５１４の対応する羽根部５１８が収容配置される。
【０００５】
羽根部５１８が一方の突出部５２１と他方の突出部５２１の間を変位することによって、ベーンロータ５１４は環状ハウジング５１５に対して周方向に回動する。ベーンロータ５１４が環状ハウジング５１５に対して回動すると、外周側回転子５０５が内周側回転子５０６に対して回動する。なお、羽根部５１８が突出部５２１に突き当たることにより、環状ハウジング５１５に対するベーンロータ５１４の回動は規制される。したがって、外周側回転子５０５の内周側回転子５０６に対する回動範囲も制限されている。
【０００６】
ベーンロータ５１４は、進角側作動室５２４及び遅角側作動室５２５に導入される作動油の油圧に応じて、環状ハウジング５１５に対して回動する。進角側作動室５２４に対する作動油の給排は、進角側給排通路５２６を介して行われる。また、遅角側作動室５２５に対する作動油の給排は、遅角側給排通路５２７を介して行われる。なお、図１２は、進角側作動室５２４からは作動油が排出され、遅角側作動室５２５には作動油が供給されている状態を示す。
【０００７】
各作動室に対する作動油の給排は、図１３に示す油圧制御装置５１３が行う。図１３は、油圧制御装置５１３の構成を示す図である。図１３に示すように、油圧制御装置５１３は、主に、電動のオイルポンプ（ＥＯＰ）５３２と、レギュレータバルブ５３５と、流路切換弁５３７とを備える。オイルポンプ５３２は、図示しないオイルタンクから作動油を吸い上げて通路に吐出する。レギュレータバルブ５３５は、オイルポンプ５３２から吐出された作動油の油圧を調整して高圧のライン通路５３３に導入し、余剰分の作動油を各種機器の潤滑や冷却のための低圧通路５３４に流出する。なお、レギュレータバルブ５３５は、ライン通路５３３の圧力を制御圧として受け、反力スプリング５３８とのバランスによって作動液の振り分けを行う。
【０００８】
流路切換弁５３７は、ライン通路５３３に導入された作動油を進角側給排通路５２６と遅角側給排通路５２７に振り分けると共に、進角側給排通路５２６と遅角側給排通路５２７で不要な作動液をドレン通路５３６に排出する。なお、流路切換弁５３７は、制御スプール５３７ａを進退操作する電磁ソレノイド５３７ｂを有する。電磁ソレノイド５３７ｂによる制御スプール５３７ａの進退操作によって、進角側給排通路５２６及び遅角側給排通路５２７を介した進角側作動室５２４及び遅角側作動室５２５に対する作動油の給排が行われる。
【０００９】
特許文献１に記載のモータ制御装置は、電動機５０１の回動機構５１１への油圧を検出する圧力センサの検出値に応じて、油圧の急激かつ一時的な圧力上昇によるサージを検知し、当該サージの検知結果に基づいて相対位相角が可変閾位相角（弱め界磁の状態に対応する進角側の電気角、又は強め界磁の状態に対応する遅角側の電気角）に到達したか否かを判定する。なお、油圧のサージは、油圧制御装置５１３の電磁ソレノイド５３７ｂにより進退操作される制御スプール５３７ａがストロークエンドに到達した際、つまり、回動機構５１１において外周側回転子５０５と一体に設けられたベーンロータ５１４の羽根部５１８が内周側回転子５０６と一体に設けられた環状ハウジング５１５の突出部５２１に突き当たった際に発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１６７５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記説明したモータ制御装置による相対位相角が可変閾位相角に到達したか否かを判定する方法では、油圧制御装置５１３の元圧が変化した場合に正確な判定を行えない場合がある。すなわち、油圧制御装置５１３の元圧が異なると、油圧のサージが発生した際、圧力センサによって検出される値は異なる。また、相対位相角が可変閾位相角に到達した後、油圧制御装置５１３が油圧を維持することによってこの状態を保とうとしても、回動機構５１１の進角側作動室５２４又は遅角側作動室５２５から油圧制御装置５１３への作動油の漏れによる損失が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、電動機が有する２重回転子の相対位相角を変更する位相変更機構に作動流体を導入する装置の元圧が変化しても、２重回転子の相対位相角が可変閾位相角に到達したことを正確に判断可能な電動機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機の制御装置は、
回転軸（例えば、実施の形態での回転軸１２）の周囲に同心円状に設けられた第１回転子及び第２回転子（例えば、実施の形態での外周側回転子２１及び内周側回転子２２）と、前記第１回転子及び前記第２回転子の周方向の相対変位角（例えば、実施の形態でのロータ位相差）を変更する位相変更機構（例えば、実施の形態での回動機構３０）と、を備えた永久磁石界磁型の電動機（例えば、実施の形態での電動機１０）の制御装置であって、前記位相変更機構に導入する作動流体の流体圧によって前記位相変更機構を駆動する位相変更機構駆動部（例えば、実施の形態での油圧制御部１５０及びアクチュエータ１２５）と、前記位相変更機構駆動部が前記位相変更機構に導入する作動流体の流体圧を検出する圧力検出部（例えば、実施の形態での液圧センサ１６１）と、前記圧力検出部の検出結果の直流成分を導出する直流成分導出部（例えば、実施の形態でのＬＰＦ１７１）と、前記直流成分導出部が導出した直流成分を微分した値の極性が所定時間範囲内で変化した変極回数に応じて、前記相対位相角が可変閾位相角に到達したか否かを判断する判断部（例えば、実施の形態での判断部１７３）と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項２に記載の発明の電動機の制御装置では、前記判断部は、前記変極回数が所定数以上のとき、前記相対位相角が前記可変閾位相角に到達したと判断することを特徴としている。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の発明の電動機の制御装置では、前記相対位相角が前記可変閾位相角に到達したと前記判断部が判断した後、前記位相変更機構駆動部が前記位相変更機構に導入する作動流体の元圧を０に設定することを特徴としている。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明の電動機の制御装置は、前記作動流体の温度を検出する温度検出部（例えば、実施の形態での液温センサ１６３）を備え、前記判断部は、前記温度検出部の検出結果に応じて前記所定時間範囲を変更することを特徴としている。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明の電動機の制御装置では、前記判断部は、前記作動流体の温度が低いほど前記所定時間範囲を長く設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜５に記載の発明の電動機の制御装置によれば、電動機が有する２重回転子の相対位相角を変更する位相変更機構に作動流体を導入する位相変更機構駆動部の元圧が変化しても、２重回転子の相対位相角が可変閾位相角に到達したことを正確に判断できる。
【００１９】
請求項３〜５に記載の発明の電動機の制御装置によれば、元圧を０に設定すれば位相変更機構駆動部からの作動流体の漏れは非常に小さくなり、最終的には漏れは全くなくなる。したがって、相対位相角が可変閾位相角に到達したと判断部が判断した後に、位相変更機構駆動部における損失を低減できる。
【００２０】
請求項４〜５に記載の発明の電動機の制御装置によれば、作動流体の粘度が高いほど、電動機において相対位相角が可変閾位相角に到達した際の微分値の極性が所定回数変化するまでに要する時間は長い。したがって、時間範囲を可変とすることで、判断部は上記判断をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電動機の断面図であり、図２のＡ−Ａ線矢視断面図に相当する図
【図２】図１に示す回転子ユニットを軸方向から見た図
【図３】図２に示す回転子ユニットの分解斜視図
【図４】図２に示す内周側回転子の分解斜視図
【図５】回転子ユニットの最強め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図
【図６】回転子ユニットの最弱め界磁位相の状態を説明するための要部拡大図
【図７】外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対する内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣＮの電気角度と誘起電圧及び相対トルクとの関係を示すグラフ
【図８】本発明に係る一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図
【図９】電流制御部１０６の内部構成を示すブロック図
【図１０】電動機１０が最弱め界磁位相の状態から最強め界磁位相の状態に変位する際の、内周側回転子２２の磁極中心ＩＣＮの電気角度及び作動液の液圧の時間変化の一例を示す図
【図１１】突き当たり判断部１７０及びロータ位相差制御部１２３が行う処理を示すフローチャート
【図１２】特許文献１に記載の電動機の断面図
【図１３】特許文献１に記載の電動機が有する２重回転子の相対位相角を制御する油圧制御装置５１３の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下説明する実施形態で用いられる電動機は、例えばＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）やＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）等の車両の走行駆動源として使用される。
【００２３】
本実施形態の電動機１０は、図１〜図４に示すように、円環状の固定子１１の内周側に回転子ユニット２０が配置されるインナロータ型のブラシレスＤＣモータである。固定子１１は複数相の固定子巻線１１ａを有し、回転子ユニット２０は軸芯部に回転軸１２を有している。
【００２４】
回転子ユニット２０は、円環状の外周側回転子２１と、この外周側回転子２１の内側に同軸上に配置される円環状の内周側回転子２２と、を備え、外周側回転子２１と内周側回転子２２が設定角度の範囲で相対回動可能とされている。なお、以下の説明では、外周側回転子２１と内周側回転子２２の周方向の相対変位角を「ロータ位相差」という。
【００２５】
外周側回転子２１と内周側回転子２２は、回転子本体である円環状のヨーク２３，２４が、例えば、複数の電磁鋼板を回転軸１２に沿う方向に積層してなる積層鋼板によって形成される。各ヨーク２３，２４には、軸方向に貫通するように形成される複数の磁石装着スロット２３ａ，２４ａが周方向に所定間隔（本実施形態では２２．５°）で配置される。
【００２６】
各磁石装着スロット２３ａ，２４ａには、厚み方向に磁化された平板状の外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂがそれぞれ装着される。そして、本実施形態では、図５に示すように、外周側永久磁石２５Ａは、着磁方向（厚み方向）が周方向に向くように配置され、内周側永久磁石２５Ｂは、着磁方向（厚み方向）が径方向に向くように配置される。従って、隣接する外周側永久磁石２５Ａ，２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとが略コの字状に配置される。
【００２７】
また、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂは同数（本実施形態では８極対）設けられており、図５に示すように、外周側回転子２１上において周方向に隣接する外周側永久磁石２５Ａは磁極（極性）が交互に異なるように配置され、内周側回転子２２上において周方向に隣接する内周側永久磁石２５Ｂも磁極（極性）が交互に異なるように配置される。
【００２８】
そして、本実施形態では、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極間の磁極中心ＯＣと、内周側永久磁石２５Ｂの同極つまりＮ極の磁極中心ＩＣＮとが同一線上に重なるように、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相を調整したとき、回転子ユニット２０全体の合成磁束が強くなる「強め界磁位相」の状態となる。また、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極間の磁極中心ＯＣと、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極の磁極中心ＩＣＳとが同一線上に重なるように、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相を調整したとき、回転子ユニット２０全体の合成磁束が弱くなる「弱め界磁位相」の状態となる。
【００２９】
また、回転子ユニット２０は、外周側回転子２１と内周側回転子２２を相対回動させるための回動機構３０を備える。この回動機構３０は、両回転子２１，２２の相対位相を任意に変更するための位相変更機構１３を構成するものであり、非圧縮性の作動流体である作動液の圧力によって駆動される。なお、作動液は、例えばトランスミッション用の潤滑油であり、エンジンオイル等でも良い。位相変更機構１３は、回動機構３０と、回動機構３０に対する作動液の給排を制御するアクチュエータを含む液圧制御装置（図示せず）と、を主要な要素として構成される。
【００３０】
回動機構３０は、図１〜図３に示すように、回転軸１２の外周に一体回転可能にスプライン嵌合されるベーンロータ３１と、ベーンロータ３１の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング３２と、を備える。
【００３１】
ベーンロータ３１は、図１に示すように、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２の軸方向両端面を跨ぐ円板状の一対の第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、及び環状ハウジング３２の軸方向両端部の開口を閉塞する円板状の一対の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂを介して外周側回転子２１に連結される。従って、外周側回転子２１、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、ベーンロータ３１、及び回転軸１２が一体的に連結されるので、外周側回転子２１の駆動力が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ及びベーンロータ３１を介して回転軸１２に伝達される。
【００３２】
また、本実施形態では、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１は、ボルト１６により一体的に連結され、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、及び外周側回転子２１はトルク伝達ピン１７によりトルク伝達可能に連結される。
【００３３】
トルク伝達ピン１７は、図１及び図５に示すように、外周側回転子２１のヨーク２３の外周側永久磁石２５Ａ間の周方向中央部にそれぞれ（２２．５°間隔で）形成される長穴形状の貫通穴１８のうちの均等間隔（９０°間隔）に位置する４箇所の貫通穴１８にそれぞれ挿通され、その両端部が第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂの内側面に形成されるピン保持穴１９に挿入又は圧入される。
【００３４】
なお、図中の符号２６は、外周側回転子２１と第１ドライブプレート１４Ａとの間に介装されるロストモーション用の皿バネで、符号２７は、第１ドライブプレート１４Ａ，１４Ｂ、第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂ、及びベーンロータ３１の位置決めを行う位置決めピンである。
【００３５】
環状ハウジング３２は、図１及び図４に示すように、その外周面に、内周側回転子２２と、内周側回転子２２を軸方向に挟むように配置され、磁石装着スロット２４ａから内周側永久磁石２５Ｂが抜け出ることを防止する一対の端面板３３，３３と、環状ハウジング３２の軸方向端部に形成される鍔部３２ａとの間に内周側回転子２２及び一対の端面板３３，３３を挟み込むカラー３４と、が一体的に嵌合固定される。従って、環状ハウジング３２及び内周側回転子２２が一体化される。
【００３６】
また、ベーンロータ３１は、回転軸１２にスプライン嵌合される円筒状のボス部３５の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン３６が周方向等間隔で設けられる。環状ハウジング３２は、内周面に周方向等間隔に複数の凹部３７が設けられ、これら各凹部３７にベーンロータ３１の対応するベーン３６が収容配置される。各凹部３７は、ベーン３６の先端部の回転軌道にほぼ合致する円弧面を有する底壁３８と、隣接する凹部３７同士を画成する仕切壁３９と、によって構成され、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２の相対回動時に、ベーン３６が一方の仕切壁３９と他方の仕切壁３９の間を移動する。
【００３７】
また、本実施形態では、図５及び図６に示すように、外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの合成磁束が弱くなる方向にベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対回動した時のベーン３６と仕切壁３９との当接面を第１突き当て面（第１の突き当て位置）Ｅ１とする。外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの合成磁束が強くなる方向にベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対回動した時のベーン３６と仕切壁３９との当接面を第２突き当て面（第２の突き当て位置）Ｅ２とする。
【００３８】
また、各ベーン３６の先端部には、底壁３８と軸方向に沿うように摺接するシール４０ａと、シール４０ａを底壁３８に向けて押圧するスプリング４０ｂと、によって構成されるシール部材４０が設けられており、このシール部材４０は、ベーン３６と底壁３８との間を液密にシールする。また、各仕切壁３９の先端部には、ボス部３５の外周面と軸方向に沿うように摺接するシール４１ａと、シール４１ａをボス部３５の外周面に向けて押圧するスプリング４１ｂと、によって構成されるシール部材４１が設けられており、このシール部材４１は、仕切壁３９とボス部３５の外周面との間を液密にシールする。
【００３９】
第２ドライブプレート１５Ａ、１５Ｂは、環状ハウジング３２の軸方向端面に摺動自在に密接し、環状ハウジング３２の各凹部３７の側方をそれぞれ閉塞する。従って、環状ハウジング３２の各凹部３７は、ベーンロータ３１のボス部３５と両側の第２ドライブプレート１５Ａ，１５Ｂと共にそれぞれ独立した空間を形成し、この空間は、作動液が導入される導入空間となっている。各導入空間内は、ベーンロータ３１の対応する各ベーン３６によってそれぞれ２室に隔成され、一方の室が進角側作動室４２とされ、他方の室が遅角側作動室４３とされている。
【００４０】
進角側作動室４２は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して進角方向に相対回動させ、遅角側作動室４３は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して遅角方向に相対回動させる。この場合、「進角」とは、内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して図２中の矢印Ｒで示す電動機１０の主回転方向に進めることを言い、「遅角」とは、内周側回転子２２を外周側回転子２１に対して電動機１０の主回転方向Ｒと逆側に進めることを言うものとする。
【００４１】
また、各進角側作動室４２と遅角側作動室４３に対する作動液の給排は回転軸１２を通して行われるようになっている。具体的には、進角側作動室４２は、回転軸１２に形成される通路孔４４ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４４ａと接続される環状溝４４ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４４ｃと、を介してアクチュエータを含む液圧制御装置に接続される。また、遅角側作動室４３は、回転軸１２に形成される通路孔４５ａと、回転軸１２の外周面に形成され、通路孔４５ａと接続される環状溝４５ｂと、ベーンロータ３１のボス部３５に略径方向に形成される複数の導通孔４５ｃと、を介して液圧制御装置に接続される。
【００４２】
そして、本実施形態では、図５及び図７に示すように、上記した強め界磁位相の状態を０［ｄｅｇ］とすると、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極間の磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの同極つまりＮ極の磁極中心ＩＣＮが第２突き当て面Ｅ２から離れる方向（図５の反時計方向）に電気角度にてａ[ｄｅｇ]ずれるように、第２突き当て面Ｅ２の位相が設定されており、この状態の外周側回転子２１及び内周側回転子２２の相対位相を「最強め界磁位相」とする。なお、この最強め界磁位相の状態における、磁極中心ＯＣに対する磁極中心ＩＣＮの電気角度ａ[ｄｅｇ]は、０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇの範囲で任意に設定可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、図６及び図７に示すように、上記した弱め界磁位相の状態を０［ｄｅｇ］とすると、隣接する外周側永久磁石２５Ａの対向Ｎ極間の磁極中心ＯＣに対して、内周側永久磁石２５Ｂの異極つまりＳ極の磁極中心ＩＣＳが第１突き当て面Ｅ１に近くなる方向（図６の反時計方向）に電気角度にてｂ［ｄｅｇ］ずれるように、第１突き当て面Ｅ１の位相が設定されており、この状態の外周側回転子２１及び内周側回転子２２の相対位相を「最弱め界磁位相」とする。なお、この最弱め界磁位相の状態における、磁極中心ＯＣに対する磁極中心ＩＣＳの電気角度ｂ[ｄｅｇ]は、０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇの範囲で任意に設定可能である。
【００４４】
また、本実施形態では、図５〜図７に示すように、第１突き当て面Ｅ１は、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が上記した最弱め界磁位相となる位相に配置されており、この時、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間には相対トルクＴ１（図７の１８０−ｂ［ｄｅｇ］参照）が発生する。また、第２突き当て面Ｅ２は、外周側回転子２１及び内周側回転子２２が上記した最強め界磁位相となる位相に配置されており、この時、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間には相対トルクＴ１と発生方向が逆方向の相対トルクＴ２（図７の−ａ［ｄｅｇ］参照）が発生する。
【００４５】
さらに、本実施形態では、図５に示すように、位相変更機構１３のベーンロータ３１及び環状ハウジング３２を第２突き当て面Ｅ２で回動を規制して回転した状態において、内周側回転子２２のイナーシャによる力Ｐ１と外周側永久磁石２５Ａ及び内周側永久磁石２５Ｂの引き付け力Ｐ２とが同一方向となるように設定される。
【００４６】
このように構成された電動機１０では、界磁特性を変更する場合、液圧制御装置による作動液の給排により、進角側作動室４２と遅角側作動室４３の一方に作動液を供給すると共に他方から作動液を排出する。そして、こうして作動液の給排が制御されると、ベーンロータ３１と環状ハウジング３２が相対的に回動し、それにともなって外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が操作される。
【００４７】
外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が操作されると、図５に示す最強め界磁位相の状態と、図６に示す最弱め界磁位相の状態の間で、固定子１１に及ぼす磁界の強さが変化する。磁界の強さが変化すると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機１０の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数が大きくなると、電動機１０として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数が小さくなると、電動機１０として出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。
【００４８】
また、本実施形態の電動機１０では、図７に示すように、上記した電気角度０［ｄｅｇ］の強め界磁位相においては、外周側永久磁石２５Ａと内周側永久磁石２５Ｂとの間に相対トルクは発生しないが、不安定に釣り合った状態であるので、内周側回転子２２には、この強め界磁位相（０［ｄｅｇ］）を境に合成磁束を弱めようとする方向の力が作用する。そして、本実施形態のように、第１突き当て面Ｅ１を上記した最弱め界磁位相に設定することにより、内周側回転子２２に弱め界磁位相の相対トルクＴ１が作用して、内周側回転子２２を図２の時計方向に回動しようとするが、ベーン３６と仕切壁３９が第１突き当て面Ｅ１において当接するので、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで安定に保持される。また、本実施形態のように、第２突き当て面Ｅ２を上記した最強め界磁位相に設定することにより、内周側回転子２２に強め界磁位相の相対トルクＴ２が作用して、内周側回転子２２を図２の反時計方向に回動しようとするが、ベーン３６と仕切壁３９が第２突き当て面Ｅ２において当接するので、外周側回転子２１と内周側回転子２２の相対位相が両永久磁石２５Ａ，２５Ｂの磁力のみで安定に保持される。
【００４９】
＜電動機１０の制御装置＞
図８は、本発明に係る一実施形態の電動機の制御装置を示すブロック図である。図８に示すように、本実施形態の電動機の制御装置は、レゾルバ１０１と、回転数算出部１０３と、電流指令算出部１０５と、電流制御部１０６と、アクチュエータ１２５と、アクチュエータ１２５を駆動する液圧制御部１５０と、ロータ位相差検出部１１７と、Ｋｅ算出部１１９と、位相差制御系に含まれる指令値決定部１２１及びロータ位相差制御部１２３と、液圧センサ１６１と、液温センサ１６３と、突き当たり判断部１７０とを備える。電流制御部１０６には蓄電器１３７が接続されている。
【００５０】
レゾルバ１０１は、電動機１０の外周側回転子２１の機械角度を検出し、検出した機械角度に応じた電気角度θｍを出力する。レゾルバ１０１から出力された電気角度θｍは、電流制御部１０６及び回転数算出部１０３に送られる。回転数算出部１０３は、レゾルバ１０１から入力された電気角度θｍから、外周側回転子２１の角速度ω及び外周側回転子２１の単位時間当たりの回転数Ｎｍを算出する。回転数算出部１０３によって算出された回転数Ｎｍは、電流指令算出部１０５及び指令値決定部１２１に送られる。
【００５１】
電流指令算出部１０５は、トルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１０の回転数Ｎｍと、Ｋｅ算出部１１９によって算出された誘起電圧定数Ｋｅとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを決定する。ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃは電流制御部１０６に入力される。
【００５２】
図９は、電流制御部１０６の内部構成を示すブロック図である。図９に示すように、電流制御部１０６は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０７と、３相−ｄｐ変換部１０９と、電流ＦＢ制御部１１１と、ｒθ変換部１１３と、インバータ（ＩＮＶ）１１５と、界磁制御部１４１と、電力制御部１４３とを有する。蓄電器１３７は、電流制御部１０６のインバータ１１５に接続されている。
【００５３】
３相−ｄｑ変換部１０９は、電流センサ１３１，１３３により検出されＢＰＦ１０７により不要成分が除去された電流検出信号Ｉｕ，Ｉｗと、レゾルバ１０１によって検出された外周側回転子２１の電気角度θｍとに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。
【００５４】
電流ＦＢ制御部１１１は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。なお、偏差ΔＩｄは、界磁制御部１４１によって制御される。また、偏差ΔＩｑは、電力制御部１４３によって制御される。
【００５５】
ｒθ変換部１１３は、ｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃを大きさＶ１と角度θの成分に変換する。インバータ１１５は、大きさＶ１と角度θの成分に基づいてＰＷＭ信号を生成して、蓄電器１３７からの直流電流をＰＷＭ制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧に変換する。
【００５６】
ロータ位相差検出部１１７は、実際のロータ位相差θｓを検出する。ロータ位相差検出部１１７によって検出されたロータ位相差θｓは、Ｋｅ算出部１１９に送られる。上述したように、ロータ位相差に応じて界磁の磁束が変化すると、電動機１０の誘起電圧定数Ｋｅも変化する。したがって、Ｋｅ算出部１１９は、ロータ位相差検出部１１７によって検出された実際のロータ位相差θｓから誘起電圧定位数Ｋｅを算出する。
【００５７】
指令値決定部１２１は、トルク指令値Ｔと、回転数算出部１０３によって算出された電動機１０の回転数Ｎｍと、外部から入力された蓄電器１３７のバッテリ電圧Ｖｄｃとに基づいて、誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃを決定する。なお、電動機１０が図５に示した最強め界磁位相の状態となるようにするとき、指令値決定部１２１は、誘起電圧定数Ｋｅが最大となる指令値Ｋｅ＿ｃを出力する。指令値決定部１２１がこの指令値Ｋｅ＿ｃを出力すると、図５に示したように、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第２突き当て面Ｅ２に突き当たる。すなわち、内周側回転子２２は、その磁極中心ＩＣＮが図５に示した電気角度−ａ［ｄｅｇ］の位置まで移動し、電動機１０は最強め界磁位相の状態となる。
【００５８】
一方、電動機１０が図６に示した最弱め界磁位相の状態となるようにするとき、指令値決定部１２１は、誘起電圧定数Ｋｅが最小となる指令値Ｋｅ＿ｃを出力する。指令値決定部１２１がこの指令値Ｋｅ＿ｃを出力すると、図６に示したように、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１に突き当たる。すなわち、内周側回転子２２は、その磁極中心ＩＣＮが図６に示した電気角度１８０−ｂ［ｄｅｇ］の位置まで移動し、電動機１０は最弱め界磁位相の状態となる。
【００５９】
ロータ位相差制御部１２３は、指令値決定部１２１から出力された誘起電圧定数の指令値Ｋｅ＿ｃとＫｅ算出部１１９によって算出された誘起電圧定数Ｋｅの偏差ΔＫｅが減少するよう制御信号を出力し、液圧制御部１５０又はアクチュエータ１２５を制御する。なお、アクチュエータ１２５によってロータ位相差が変わると界磁の磁束が変化するため、電動機１０の誘起電圧定数Ｋｅも変化する。
【００６０】
また、ロータ位相差制御部１２３には、後述する突き当たり判断部１７０からの判断結果を示す信号が入力される。ロータ位相差制御部１２３は、当該信号に応じて、アクチュエータ１２５が電動機１０の回動機構３０に供給する作動液の元圧を維持するか０に設定する。なお、ロータ位相差制御部１２３は、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たったことを示す信号が突き当たり判断部１７０から入力されたとき、作動液の元圧を０に設定するようアクチュエータ１２５を制御する。一方、ロータ位相差制御部１２３は、当該信号が入力されるまでは作動液の元圧を維持するようアクチュエータ１２５を制御する。
【００６１】
液圧制御部１５０は、アクチュエータ１２５に供給する作動液の量を調整するオイルポンプ１５１と、オイルポンプ１５１を駆動するモータ１５３とを有する。モータ１５３には、ロータ位相差制御部１２３から出力される制御信号が送られる。なお、液圧制御部１５０及びアクチュエータ１２５の構成は、図１３に示した油圧制御装置５１３の構成と同様である。
【００６２】
液圧センサ１６１は、アクチュエータ１２５が電動機１０の回動機構３０に供給する作動液の液圧を検出する。また、液温センサ１６３は、当該作動液の温度を検出する。
【００６３】
突き当たり判断部１７０は、図８に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７１と、判断部１７３と、液温／時間範囲マップ１７５とを有する。なお、突き当たり判断部１７０は、指令値決定部１２１から誘起電圧定数Ｋｅが最大又は最小となる指令値Ｋｅ＿ｃが出力されているときに動作する。
【００６４】
ＬＰＦ１７１は、液圧センサ１６１から得られた作動液の液圧に関するデータをローパスフィルタ処理する。当該処理によって、液圧に関するデータからノイズとなる高周波成分が除去され、当該データの直流成分のみが得られる。判断部１７３は、ＬＰＦ１７１から出力されたデータを微分し、当該微分した値の極性（正負符号）が所定時間範囲内で変化した回数（変極回数）に応じて、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たったか否かを判断する。判断部１７３は、この判断結果を示す信号をロータ位相差制御部１２３に入力する。
【００６５】
液温／時間範囲マップ１７５には、作動液の温度に対して異なる値の、判断部１７３が上記変極回数をカウントする時間範囲が設定されている。なお、潤滑油等の作動液は低温になるほど粘度が上がるため、アクチュエータ１２５によって駆動される電動機１０の回動機構３０の応答性は低下する。したがって、本実施形態では、液温／時間範囲マップ１７５に設定される時間範囲を示す値は、作動液の温度が低いほど大きい。判断部１７３は、液温センサ１６３から得られた作動液の温度に関するデータに応じて、液温／時間範囲マップ１７５を参照した上で、変極回数をカウントする時間範囲を決定する。
【００６６】
図１０は、電動機１０が最弱め界磁位相の状態から最強め界磁位相の状態に変位する際の、内周側回転子２２の磁極中心ＩＣＮの電気角度及び作動液の液圧の時間変化の一例を示す図である。図１０中の実線は、アクチュエータ１２５が電動機１０の回動機構３０内の遅角側作動室４３に供給する作動液の液圧の変化を示す。また、図１０中の点線は、アクチュエータ１２５によって電動機１０の回動機構３０が駆動されたときの、外周側永久磁石２５Ａの磁極中心ＯＣに対する内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣＮの電気角度の変化を示す。さらに、図１０中の二点鎖線は、判断部１７３が作動液の温度及び液温／時間範囲マップ１７５に基づいて決定した、変極回数をカウントする時間範囲を示す。
【００６７】
図１０に示した例では、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第２突き当て面Ｅ２に突き当たり、内周側永久磁石２５Ｂの磁極中心ＩＣＮが電気角度−ａ［ｄｅｇ］となった直後に、作動液の液圧を微分した値が所定の時間範囲で３度変極することが示されている。このように、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第２突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たった直後には、作動液の液圧の微分値は少なくとも２度は変極する。
【００６８】
図１１は、誘起電突き当たり判断部１７０及びロータ位相差制御部１２３が行う処理を示すフローチャートである。図１１に示すように、誘起電突き当たり判断部１７０は、指令値決定部１２１から誘起電圧定数Ｋｅが最大又は最小となる指令値Ｋｅ＿ｃが出力されているか否かを判断し（ステップＳ１０１）、当該指令値Ｋｅ＿ｃが出力されていればステップＳ１０３に進み、当該指令値Ｋｅ＿ｃが出力されていなければ処理を終了する。ステップＳ１０３では、誘起電突き当たり判断部１７０のＬＰＦ１７１は、液圧センサ１６１から得られた作動液の液圧に関するデータ（液圧データ）をローパスフィルタ処理する。次に、突き当たり判断部１７０の判断部１７３は、ＬＰＦ１７１から出力された液圧データを微分する（ステップＳ１０５）。
【００６９】
次に、判断部１７３は、ステップＳ１０５で得られた微分値の極性が変化したかを判断し（ステップＳ１０７）、極性が変化していないと判断した場合はステップＳ１０９に進み、極性が変化したと判断した場合にはステップＳ１１３に進む。ステップＳ１０９では、判断部１７３は、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たっていないと判断する。当該判断結果を示す信号が判断部１７３からロータ位相差制御部１２３に入力される。このとき、ロータ位相差制御部１２３は、作動液の元圧を維持するようアクチュエータ１２５を制御する（ステップＳ１１１）。
【００７０】
一方、ステップＳ１１３では、判断部１７３は、液温センサ１６３から得られた作動液の温度に関するデータに応じて、液温／時間範囲マップ１７５を参照した上で、変極回数をカウントする時間範囲を決定する。次に、判断部１７３は、ステップＳ１０５で得られた液圧データの微分値の極性がステップＳ１１３で決定された時間範囲内で変化した回数（変極回数）が２回以上か否かを判断し（ステップＳ１１５）、変極回数が２回未満であればステップＳ１０９に進み、２回以上であればステップＳ１１７に進む。
【００７１】
ステップＳ１１７では、判断部１７３は、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たったと判断する。当該判断結果を示す信号が判断部１７３からロータ位相差制御部１２３に入力される。このとき、ロータ位相差制御部１２３は、作動液の元圧を０に設定するようアクチュエータ１２５を制御する（ステップＳ１１９）。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態では、アクチュエータ１２５が電動機１０の回動機構３０に供給する作動液の液圧データを微分した値の極性が変化した回数に応じて、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の第１突き当て面Ｅ１又は第２突き当て面Ｅ２に突き当たった（電動機１０が最弱め界磁位相の状態又は最強め界磁位相の状態となった）か否かが判断される。ベーン３６が仕切り壁３９の突き当て面に突き当たったときに発生する作動液の液圧の微分値の極性は、アクチュエータ１２５の元圧が変化した場合であっても、所定の時間範囲内で少なくとも２回は変化する。このように、作動駅の液圧の微分値を利用し、かつ、当該微分値の極性が変化する回数に基づくため、上記判断を正確に行うことができる。
【００７３】
また、本実施形態では、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の突き当て面に突き当たったと突き当たり判断部１７０が判断したとき、ロータ位相差制御部１２３は、作動液の元圧を０に設定するようアクチュエータ１２５を制御する。元圧を０に設定すればアクチュエータ１２５からの作動液の漏れは非常に小さくなり、最終的には漏れは全くなくなる。したがって、上記判断後のアクチュエータ１２５における損失を低減できる。
【００７４】
さらに、本実施形態では、作動液の液圧の微分値の極性が変化した回数をカウントする時間範囲は、作動液の温度が低いほど長く設定される。上述したように、潤滑油等の作動液は低温になるほど粘度が上がる。作動液の粘度が高いほど、電動機１０のベーン３６が仕切り壁３９の突き当て面に突き当たった際に極性が所定回数変化するまでに要する時間は長い。したがって、このように時間範囲を可変とすることで、上記判断をより正確に行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０    電動機
１１    固定子
１２    回転軸
１３    位相変更機構
１４Ａ  第１ドライブプレート
１４Ｂ  第１ドライブプレート
２０    回転子ユニット
２１    外周側回転子
２２    内周側回転子
２３    ヨーク
２４    ヨーク
２５Ａ  外周側永久磁石
２５Ｂ  内周側永久磁石
３０    回動機構
３１    ベーンロータ
３２    環状ハウジング
１０１  レゾルバ
１０３  回転数算出部
１０５  電流指令算出部
１０６  電流制御部
１０７  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１０９  ３相−ｄｐ変換部
１１１  電流ＦＢ制御部
１１３  ｒθ変換部
１１５  インバータ（ＩＮＶ）
１１７  ロータ位相差検出部
１１９  Ｋｅ算出部
１２１  指令値決定部
１２３  ロータ位相差制御部
１２５  アクチュエータ
１３７  蓄電器
１４１  界磁制御部
１４３  電力制御部
１５０  液圧制御部
１５１  オイルポンプ
１５３  モータ
１６１  液圧センサ
１６３  液温センサ
１７０  突き当たり判断部
１７１  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１７３  判断部
１７５  液温／時間範囲マップ
Ｅ１    第１突き当て面（第１の突き当て位置）
Ｅ２    第２突き当て面（第２の突き当て位置）
ＯＣ    外周側永久磁石の磁極中心
ＩＣＮ  内周側永久磁石のＮ極の磁極中心
ＩＣＮ  内周側永久磁石のＳ極の磁極中心
【図１】
2010178565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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