(57)【要約】【課題】２つのロータ間の位相差を変更するための駆動力を軽減し、その駆動力を発生するアクチュエータやロータ間の位相差の変更のための機構の小型化を図ることができる電動機の制御装置を提供する。【解決手段】電動機３は、それぞれ永久磁石１３，１４を有する２つのロータ１０，１１を備え、両ロータ１０，１１の間の位相差を変更する位相差変更駆動手段１５を備える。制御装置５０は、両ロータ１０，１１間の位相差を変更するとき、各ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の磁力に起因して両ロータ１０，１１間に作用する回転力を弱めるように、電動機３の界磁電流成分（ｄ軸電流）を操作する操作量Ｉrを決定し、このＩrに応じて界磁電流成分を制御する。操作量Ｉrは、ロータ１０，１１間の位相差θdに応じて決定される。【選択図】図５
2008043127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第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、該第２ロータをアクチュエータにより第１ロータに対して相対回転させて、両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、
前記両ロータ間の位相差を変更するとき、前記第１ロータの永久磁石と第２ロータの永久磁石との間に作用する磁力によって両ロータ間に生じるトルクである磁力トルクを弱めるように、前記電動機の電機子の通電電流のうちの界磁電流成分を制御する界磁電流制御手段を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記界磁電流制御手段は、前記両ロータ間の位相差の変更開始時から終了時まで、前記両ロータ間の位相差に応じて前記界磁電流成分の操作量を逐次決定し、その操作量に応じて前記電動機の電機子の通電電流を制御することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記界磁電流制御手段は、前記両ロータ間に生じる磁力トルクの大きさが所定値以下となるように前記両ロータ間の位相差に応じて前記界磁電流成分の操作量を決定することを特徴とする請求項２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記界磁電流制御手段は、前記両ロータの永久磁石の温度状態に応じて前記界磁電流成分を制限する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記界磁電流制御制御手段は、前記両ロータ間の位相差に応じて決定した前記界磁電流成分の操作量が、前記両ロータの永久磁石の温度状態に応じて設定した許容値を超えているとき、該操作量を該許容値以下に制限する手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する２つのロータを有し、両ロータ間の位相差を変更可能とした電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型の電動機においては、同軸に配置された２つのロータのそれぞれに界磁を発生する永久磁石を備えた２重ロータ構造の電動機が従来より知られている（例えば特許文献１を参照）。この種の電動機では、２つのロータは、それらの軸心回りに相対回転可能とされ、その相対回転によって、両ロータ間の位相差を変更可能としている。そして、両ロータ間の位相差を変更することによって、各ロータの永久磁石により発生する界磁を合成してなる合成界磁の強さ（磁束の大きさ）を変化させることが可能となる。
【０００３】
前記特許文献１に見られる電動機では、該電動機の回転速度に応じて機構的に両ロータ間の位相差が変化するようになっている。すなわち、両ロータが遠心力の作用により電動機の径方向に変位する部材を介して接続されている。なお、両ロータのうちの一方のロータは、電動機の発生トルクを外部に出力する出力軸と一体に回転可能とされている。そして、上記部材の変位に伴い、他方のロータが、出力軸と一体に回転可能な一方のロータに対して相対的に回転し、両ロータ間の位相差が変化するように構成されている。この場合、電動機が停止状態にあるときに、両ロータにそれぞれ備えた永久磁石の磁極の向き（磁束の向き）が互いに同一となって、それらの永久磁石の合成界磁の強さが最大となるように、各ロータの永久磁石が配列されている。そして、電動機の回転速度が高くなるに従って、遠心力により両ロータの間の位相差が変化して、両ロータの永久磁石の合成界磁の強さが弱くなる。
【特許文献１】特開２００２−２０４５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の如く、２つのロータの永久磁石の合成界磁の強さを変更可能な電動機では、その合成界磁を適切に変化させることによって、電動機の運転領域の拡大や電動機のエネルギー効率の向上などを効果的に図ることが可能である。
【０００５】
しかるに前記特許文献１に見られる電動機では、単に出力軸の回転速度に応じて機構的にロータ間の位相差が変更されるだけなので、きめ細かな制御を行なうことが困難である。このため、電動機の運転領域の拡大や電動機のエネルギー効率の向上などを効果的に図ることが困難であった。
【０００６】
そこで、本願出願人は、ロータ間の位相差をアクチュエータを介して能動的に制御することを試みている。このようにアクチュエータを使用してロータ間の位相差を制御することで、該位相差を所望の位相差に制御できる。
【０００７】
一方、２つのロータのうちの一方のロータに備えた永久磁石と、他方のロータに備えた永久磁石との間に作用する磁力（吸引力または反発力）によって、両ロータ間には、その一方を他方に対して回転させようとするトルク（以下、磁力トルクということがある）が発生する。この磁力トルクは、ロータ間位相差に応じて変化し、その最大値が比較的大きなものとなる場合がある。特に、ハイブリッド車両や電動車両に車両の推進力発生源とて搭載される電動機は、それに要求されるトルクの最大値が高いことから、比較的大きな磁力を発生する永久磁石が使用される。このため、上記磁力トルクの最大値が大きなものとなりやすい。
【０００８】
このように、２つのロータの間の磁力トルクの最大値が比較的大きなものとなる電動機では、一方のロータを他方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）の最大値が大きなものとなる。このため、ロータ間の位相差の変更を上記のようにアクチュエータにより行なおうとした場合、アクチュエータの負担が大きなものとなり、該アクチュエータやロータ間の位相差を変更するための機構の大型化を招きやすいという不都合があった。
【０００９】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、２つのロータ間の位相差を変更するための駆動力を軽減し、その駆動力を発生するアクチュエータやロータ間の位相差の変更のための機構の小型化を図ることができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電動機の制御装置は、かかる目的を達成するために、永久磁石によりそれぞれ界磁を発生する第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、該第２ロータをアクチュエータにより第１ロータに対して相対回転させて、両ロータ間の位相差を変更することにより、各ロータの永久磁石の界磁を合成してなる合成界磁の強さを変更可能とした電動機の制御装置であって、前記両ロータ間の位相差を変更するとき、前記第１ロータの永久磁石と第２ロータの永久磁石との間に作用する磁力によって両ロータ間に生じるトルクである磁力トルクを弱めるように、前記電動機の電機子の通電電流のうちの界磁電流成分を制御する界磁電流制御手段を備えたことを特徴とする（第１発明）。
【００１１】
なお、本発明において、「界磁電流成分」は、電動機の電機子の通電電流のうち、前記両ロータの永久磁石の合成界磁と同方向もしくはほぼ同方向の界磁を発生する電流成分を意味する。その電流成分は、電動機をいわゆるｄ−ｑベクトル制御におけるｄ−ｑ座標系で取り扱う場合におけるｄ軸（界磁軸）方向の電流成分に相当する。
【００１２】
電動機の電機子の通電電流のうちの前記界磁電流成分を操作することによって、前記各ロータの永久磁石の磁力を変化させ、ひいては、該磁力に起因して両ロータ間に生じる回転力（すなわち前記磁力トルク）を変化させることが可能である。そこで、第１発明においては、前記両ロータ間の位相差を変更するとき、前記界磁電流制御手段によって、前記各ロータの永久磁石の磁力によって両ロータ間に生じる回転力を弱めるように、前記電動機の電機子の通電電流のうちの界磁電流成分を制御する。これにより、前記第２ロータを第１ロータに対して相対回転させるために必要なトルク（駆動力）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。
【００１３】
その結果、前記第２ロータを第１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前記アクチュエータの負担を軽減することができる。ひいては、該アクチュエータや、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。
【００１４】
前記第１発明において、前記磁力トルクは、両ロータ間の位相差に応じて変化するそこで、前記第１発明では、前記界磁電流制御手段は、前記両ロータ間の位相差の変更開始時から終了時まで、前記両ロータ間の位相差に応じて前記界磁電流成分の操作量を逐次決定し、その操作量に応じて前記電動機の電機子の通電電流を制御することが好ましい（第２発明）。
【００１５】
この第２発明によれば、前記磁力トルクを、所望の形態で弱めるように、前記電動機の電機子の界磁電流成分を制御することが可能となる。なお、前記界磁電流成分の操作量としては、前記ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸方向の電流成分の補正量などが挙げられる。また、界磁電流成分の操作量を決定するための両ロータ間の位相差は、適宜のセンサを使用して検出すればよいが、適当なモデルを使用して、電動機の電機子の通電電流の検出値やトルクの指令値（目標値）などに応じて推定するようにしてもよい。また、両ロータ間の位相差に応じて界磁電流成分の操作量を決定するときには、あらじめ定めた演算式などを使用してもよいが、該位相差と界磁電流成分の操作量との関係をあらかじめマップ化しておき、そのマップに基づいて界磁電流成分の操作量を決定するようにしてもよい。
【００１６】
この第２発明では、前記界磁電流制御手段は、前記各ロータの永久磁石の磁力によって両ロータ間に生じる回転力の大きさが所定値以下となるように前記両ロータ間の位相差に応じて前記界磁電流成分の操作量を決定することが好ましい（第３発明）。
【００１７】
この第３発明によれば、前記各ロータの永久磁石の磁力によって両ロータ間に生じる回転力（前記磁力トルク）の大きさを所定値以下に制御できるので、前記第２ロータを第１ロータに対して相対回転させるために必要な駆動力の最大値を管理することが可能となる。ひいては、前記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仕様の設計が容易になる。
【００１８】
また、前記界磁電流成分は、前記各ロータの永久磁石の磁力を弱める方向の界磁を前記電動機の電機子に発生させるので、特に該永久磁石が比較的高温となっている状態では、該界磁電流成分が過大になると、該永久磁石の減磁が発生する恐れがある。
【００１９】
そこで、前記第１発明では、前記界磁電流制御手段は、前記両ロータの永久磁石の温度状態に応じて前記界磁電流成分を制限する手段を備えることが好ましい（第４発明）。
【００２０】
この第４発明によれば、前記各ロータの永久磁石の磁力を弱める界磁電流成分が過大になるのを防止して、該永久磁石の減磁が発生するのを防止することが可能となる。
【００２１】
この場合、より具体的には、前記第２発明または第３発明において、前記界磁電流制御制御手段は、前記両ロータ間の位相差に応じて決定した前記界磁電流成分の操作量が、前記両ロータの永久磁石の温度状態に応じて設定した許容値を超えているとき、該操作量を該許容値以下に制限する手段を備えるようにすればよい（第５発明）。
【００２２】
この第５発明によれば、両ロータ間の位相差に応じて決定した前記界磁電流成分の操作量が、前記両ロータの永久磁石の温度状態に応じて設定した許容値を超えているとき、該操作量を該許容値以下に制限する（例えば、該操作量を許容値に制限する）ので、各ロータの永久磁石の磁力を弱める界磁電流成分が過大になるのを防止して、該永久磁石の減磁の発生を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１実施形態を図１〜図９を参照して説明する。
【００２４】
まず、図１および図２を参照して、本実施形態における電動機の概略構成を説明する。図１は電動機３の内部構成の要部を該電動機３の軸心方向で示す図、図２は該電動機３の２つのロータの間の位相差を変更するための駆動機構を示すスケルトン図である。なお、図１では駆動機構に関する図示は省略している。
【００２５】
図１を参照して、電動機３は、２重ロータ構造のＤＣブラシレスモータであり、第１ロータとしての外ロータ１０と第２ロータとしての内ロータ１１とを出力軸３ａと同軸に備える。外ロータ１０の外側には、電動機３のハウジング（図示省略）に固定されたステータ１２を有し、このステータ１２には図示を省略する電機子（３相分の電機子）が装着されている。
【００２６】
外ロータ１０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１３を備える。この永久磁石１３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１０の軸方向に向け、且つ、法線方向を外ロータ１０の径方向に向けた状態で、外ロータ１０に埋め込まれている。
【００２７】
内ロータ１１も環状に形成されている。この内ロータ１１は、その外周面を外ロータ１０の内周面に摺接させた状態で、外ロータ１０の内側に該外ロータ１０と同軸に配置されている。なお、内ロータ１１の外周面と外ロータ１０の内周面との間に若干のクリアランスが設けられていてもよい。さらに、この内ロータ１１の軸心部を、該内ロータ１１および外ロータ１０と同軸に出力軸３ａが貫通している。
【００２８】
また、内ロータ１１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１４を備える。この永久磁石１４は、外ロータ１０の永久磁石１３と同形状で、外ロータ１０の場合と同様の形態で、内ロータ１１に埋め込まれている。内ロータ１１の永久磁石１４の個数は、外ロータ１０の永久磁石１３の個数と同じである。
【００２９】
ここで、図１において、外ロータ１０の永久磁石１３のうちの白抜きで示す永久磁石１３ａと、点描を付した永久磁石１３ｂとは、外ロータ１０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１３ａは、その外側（外ロータ１０の外周面側）の面がＮ極、内側（外ロータ１０の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石１３ｂ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１１の永久磁石１４のうちの白抜きで示す永久磁石１４ａと、点描を付した永久磁石１４ｂとは、内ロータ１１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１４ａは、その外側（内ロータ１１の外周面側）の面がＮ極、内側（内ロータ１１の内周面側）の面がＳ極とされ、永久磁石１４ｂは、その外側の面がＳ極、内側の面がＮ極とされている。
【００３０】
そして、本実施形態では、外ロータ１０においては、互いに隣り合された永久磁石１３ａ，１３ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石１３ｂ，１３ｂの対とが、外ロータ１０の周方向に交互に配列されている。同様に、内ロータ１１においては、互いに隣り合された永久磁石１４ａ，１４ａの対と、互いに隣り合わされた永久磁石１４ｂ，１４ｂの対とが、内ロータ１１の周方向に交互に配列されている。
【００３１】
図２を参照して、外ロータ１０は、電動機３の出力軸３ａと一体に回転可能なように該出力軸３ａに連結されている。そして、内ロータ１１は、該外ロータ１０および出力軸３ａに対して相対回転可能に設けられている。この内ロータ１１の相対回転によって、外ロータ１０との間の位相差を変更可能とされている。本実施形態では、内ロータ１１の相対回転を行なわせる（両ロータ１０，１１間の位相差を変化させる）手段として、例えば遊星歯車機構３０を有する位相差変更装置１５が備えられている。
【００３２】
この位相差変更装置１５の遊星歯車機構３０は、内ロータ１１の内側の中空部に配置されている。該遊星歯車機構３０は、本実施形態では、シングルピニオン型のものであり、外ロータ１０と一体に回転可能なように該外ロータ１０に固定された第１リングギヤＲ１と、内ロータ１０と一体に回転可能なように該内ロータ１０に固定された第２リングギヤＲ２とを内ロータ１０および外ロータ１１と同軸に備える。両リンクギヤＲ１，Ｒ２は、それらの軸心方向に配列されている。両リングギヤＲ１，Ｒ２の軸心部には、その両者について共通のサンギヤＳが設けられ、このサンギヤＳを一体に有するサンギヤ軸３３が複数のベアリング３４により回転自在に支持されている。
【００３３】
サンギヤＳと第１リングギヤＲ１との間には、これらと噛合する複数の第１プラネタリギヤ３１が設けられ、これらの第１プラネタリギヤ３１が、第１キャリアＣ１に自転自在に保持されている。この場合、第１キャリアＣ１は、サンギヤＳの軸心まわりに回転可能とされ、該第１キャリアＣ１の回転によって、各第１プラネタリギヤ３１がサンギヤＳのまわりで公転可能とされている。
【００３４】
また、サンギヤ３３と第２リングギヤＲ２との間には、これらと噛合する複数の第２プラネタリギヤ３２が設けられ、これらの第２プラネタリギヤ３２が第２キャリアＣ２に自転自在に保持されている。この場合、第２キャリアＣ２は、電動機３のステータ１２（あるいはハウジング）に固定され、回転不能とされている。
【００３５】
なお、第１リングギヤＲ１と第１プラネタリギヤ３１とサンギヤＳとのギヤ比は、第２リングギヤＲ２と第２プラネタリギヤ３２とサンギヤＳとのギヤ比と同じである。
【００３６】
上記のように構成された遊星歯車機構３０では、第１キャリアＣ１を回転不能に保持した状態では、電動機３の出力軸３ａおよび外ロータ１０が回転すると、これらと同一の回転速度で且つ同方向に内ロータ１１が第２リングギヤＲ２と一体に回転することとなる。従って、内ロータ１１が外ロータ１０と一体に回転することとなる。そして、第１キャリアＣ１を回転駆動すると、内ロータ１１が外ロータ１０に対して相対的に回転することとなる。これにより、内ロータ１１と外ロータ１０との間の位相差（以下、ロータ間位相差という）が変化することとなる。
【００３７】
そこで、本実施形態の位相差変更装置１５は、電動機、油圧アクチュエータなどのアクチュエータ２５（回転駆動力発生源）により、遊星歯車機構３０の第１キャリアＣ１を回転駆動することで、ロータ間位相差を変更する。この場合、アクチュエータ２５は、第１キャリアＣ１と一体に回転可能に設けられた駆動軸３５を介して該第１キャリアＣ１に接続され、該駆動軸３５を介して第１キャリアＣ１に回転力（トルク）を付与するようにしている。
【００３８】
補足すると、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂとの間に作用する磁力（吸引力または反発力）によって、内ロータ１１は、その永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂとが異極同士を対向させた状態（永久磁石１４ａ，１４ｂがそれぞれ永久磁石１３ａ，１３ｂに対向する状態）で平衡しようとする。このため、その平衡状態から、内ロータ１１を外ロータ１０に対して回転させると、内ロータ１１を平衡状態に戻そうとするトルクが発生する。このように、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂとの間に作用する磁力に起因して外ロータ１０に対して内ロータ１１に作用するトルクを、以降、磁力トルクという。前記位相差変更装置１５によって、内ロータ１１を外ロータ１０に対して回転させるときには、前記磁力トルクに抗するトルクを遊星歯車機構３０を介して内ロータ１１に作用させる必要がある。なお、磁力トルクは、後述する図７（ａ）の実線の破線のグラフで示す如く、ロータ間位相差に応じて変化する。
【００３９】
以上が、本実施形態における電動機３とこの電動機３に対する位相差変更装置１５の機構的な構成である。
【００４０】
なお、本実施形態では、シングルピニオン型の遊星歯車機構３０を使用したが、例えばダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用するようにしてもよい。また、本実施形態では、電動機３の出力軸３ａと外ロータ１０とが一体に回転するように構成したが、電動機３の出力軸３ａと内ロータ１１とが一体に回転するようにして、これらの出力軸３ａおよび内ロータ１１に対して外ロータ１０が相対回転し得るように構成してもよい。また、位相差変更装置１５の構成は、上記した構成に限られるものではない。例えば、内ロータ１１の内側にベーンロータなどにより油圧室を形成し、その油圧室の圧力を操作することで、内ロータ１１を外ロータ１０に対して相対回転させるようにしてもよい。
【００４１】
前記位相差変更装置１５によって、内ロータ１１を外ロータ１０に対して回転させ、ロータ間位相差を変化させることで、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂによって発生する界磁と外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂによって発生する界磁との合成界磁の（ステータ１２に向かう径方向の界磁）の強さ（合成界磁の磁束の強さ）が変化することとなる。以降、その合成界磁の強さが最大となる状態を界磁最大状態、該合成界磁の強さが最小となる状態を界磁最小状態という。図３（ａ）は界磁最大状態での内ロータ１１と外ロータ１０との位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁最小状態での内ロータ１１と外ロータ１０との位相関係を示す図である。
【００４２】
図３（ａ）に示す如く、界磁最大状態は、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂ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１１の永久磁石１４ａが外ロータ１０の永久磁石１３ａに対向すると共に、内ロータ１１の永久磁石１４ｂが外ロータ１０の永久磁石１３ｂに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂ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（合成界磁の強さ）が最大となる。なお、電動機３の運転停止状態で、内ロータ１１が自由に回転し得る状態（前記遊星歯車機構３０の第１キャリアＣ１にアクチュエータ２５から回転力を付与していない状態）では、通常、ロータ間位相差は、界磁最大状態の位相差で平衡する。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示す如く、界磁最小状態は、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂと、外ロータ１０の永久磁石１３ａ，１３ｂ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１１の永久磁石１４ａが外ロータ１０の永久磁石１３ｂに対向すると共に、内ロータ１１の永久磁石１４ｂが外ロータ１０の永久磁石１３ａに対向する。この状態では、径方向において、内ロータ１１の永久磁石１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁束Ｑ１の向きと、外ロータ１０の永久磁石１３ｂ，１３ａ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（合成界磁の強さ）が最小となる。
【００４４】
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を０［ｄｅｇ］、前記界磁最小状態におけるロータ間位相差を１８０［ｄｅｇ］と定義する。
【００４５】
図４は、前記界磁最大状態と界磁最小状態とにおいて、電動機３の出力軸３ａを所定の回転速度で作動させた場合に、ステータ１２の電機子に誘起される誘起電圧を比較したグラフである。このグラフの縦軸と横軸とは、それぞれ、誘起電圧［Ｖ］、電気角での出力軸３ａの回転角度［度］である。参照符号ａを付したグラフが、界磁最大状態（ロータ間位相差＝０［ｄｅｇ］の状態）でのグラフであり、参照符号ｂを付したグラフが、界磁最小状態（ロータ間位相差＝１８０［ｄｅｇ］の状態）でのグラフである。図５から判るように、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］と１８０［ｄｅｇ］との間で変化させることで、誘起電圧のレベル（振幅レベル）を変化させることができる。なお、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくと、合成界磁の強さが低下していき、これに伴い、誘起電圧のレベルが減少していく。
【００４６】
このようにロータ間位相差を変化させて、合成界磁の強さを増減させることにより、電動機３の誘起電圧定数を変化させることができる。なお、誘起電圧定数は、電動機３の出力軸３ａ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との関係を規定する比例定数である。誘起電圧定数の値は、ロータ間位相差を０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加させていくに伴い、小さくなる。
【００４７】
補足すると、例えば、前記界磁最小状態でのロータ間位相差（最小界磁位相差）を０［ｄｅｇ］、界磁最大状態でのロータ間位相差（最大界磁位相差）を１８０［ｄｅｇ］と定義してもよいことはもちろんである。より一般的に言えば、ロータ間位相差の零点は任意に設定してよい。
【００４８】
次に、図５〜図９を参照して、本実施形態における電動機３の制御装置５０を説明する。図５は、電動機３の制御装置５０（以下、単に制御装置５０という）の機能的構成を示すブロック図、図６は電動機３のロータ間位相差θdと誘起電圧定数Ｋeとの関係を示すグフラフ、図７（ａ），（ｂ）は制御装置５０に備えたＩr算出部５７の処理を説明するためのグラフ、図８は該Ｉr算出部５７の処理を示すフローチャート、図９（ａ），（ｂ）は、Ｉr算出部５７の処理による作用を説明するための図である。なお、図５では、電動機３を模式化して記載し、前記遊星歯車機構３０を「位相可変機構」と表現している。
【００４９】
図５を参照して、本実施形態の制御装置５０は、いわゆるｄ−ｑベクトル制御により電動機３の通電を制御する。すなわち、制御装置５０は、電動機３を、界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とする２相直流の回転座標系である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３の出力軸３ａに対して固定された座標系である。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に応じたトルクを電動機３の出力軸３ａから出力させるように電動機３の電機子（３相分の電機子）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、トルク指令値Ｔr_cなどに応じて電動機３の誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを決定し、この指令値Ｋe_cに実際の誘起電圧定数を一致させるように前記位相差変更装置１５を介してロータ間位相差を制御する。
【００５０】
これらの制御を行なうために、本実施形態では、センサとして、電動機３の電機子の３相のうちの２つの相、例えばＵ相およびＷ相のそれぞれの電流を検出する電流センサ４１，４２（電流検出手段）と、電動機３の出力軸３ａの回転位置θm（回転角度）（＝外ロータ１０の回転角度）を検出する位置センサ４３（回転位置検出用センサ）と、ロータ間位相差を検出する位相差検出器４４とが備えられている。位置センサ４３は、例えばレゾルバから構成される。また、位相差検出器４４は、例えば前記位相差変更装置１５のアクチュエータ２５による前記第１キャリアＣ１の回転位置（目標値または検出値）を基に、ロータ間位相差を検出する。なお、位相差変更装置として油圧式のものを使用した場合には、油圧室の油圧を基に、ロータ間位相差を検出するようにしてもよい。
【００５１】
補足すると、図５中の磁石温度センサ４５は、後述する第２実施形態に係わるセンサであり、本実施形態では不要である。
【００５２】
制御装置５０は、ＣＰＵ、メモリ等により構成される電子ユニットであり、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。
【００５３】
制御装置５０は、その主要な機能的手段として、電動機３の各相の電機子の通電電流を制御する通電制御部５１と、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎmを求める回転速度算出部５２と、電動機３の実際の誘起電圧定数Ｋeの推定値を求めるＫe算出部５３と、該誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_c（以下、誘起電圧定数指令値Ｋe_cという）を決定するＫe指令算出部５４とを備える。
【００５４】
さらに制御装置５０は、前記Ｋe指令算出部５４およびＫe算出部５３によりそれぞれ求められた前記誘起電圧定数指令値Ｋe_cと実際の誘起電圧定数Ｋeの推定値との偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe）を求める演算部５５と、ロータ間位相差を制御するための制御指令を決定して位相差変更装置１５に出力する位相制御部５６と、ロータ間位相差を変更するときに、前記磁力トルクを弱めるための電動機３の電機子の通電電流の操作量Ｉrを求めるＩr算出部５７とを備える。
【００５５】
回転速度算出部５２には、位置センサ４３で検出された電動機３の出力軸３ａの回転位置θm（外ロータ１０の回転位置）の検出値が逐次入力される。そして、該回転速度算出部５２は、入力された回転位置θmの検出値を微分することにより、電動機３の出力軸３ａの回転速度Ｎｍ（＝外ロータ１０の回転速度）を算出する。
【００５６】
Ｋe算出部５３には、位相差検出器４４からロータ間位相差θdの検出値が逐次入力される。そして、Ｋe算出部５３は、入力されたロータ間位相差θdの検出値から、例えばあらかじめ定められたマップに基づいて、誘起電圧定数Ｋeの推定値を求める。図６は、そのマップを示すグラフである。本実施形態では、前記した如く、ロータ間位相差が０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］まで増加するに伴い、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さが単調に小さくなる。従って、電動機３の誘起電圧定数は、ロータ間位相差の増加に伴い、単調に減少する。このため、図６のマップは、ロータ間位相差の増加に伴い、誘起電圧定数Ｋeの推定値が単調に小さくなるように設定されている。
【００５７】
Ｋe指令算出部５４には、トルク指令値Ｔr_c（電動機３の出力軸３ａに発生させる出力トルクの指令値）と、電動機３の電源電圧Ｖdc（目標値）と、前記Ｋe算出部５３で求められた回転速度Ｎmとが逐次入力される。トルク指令値Ｔr_cおよび電源電圧Ｖdcは、本実施形態の制御装置５０の外部で決定されるものである。トルク指令値Ｔr_cは、電動機３が例えば走行用動力源として車両（電動車両やハイブリッド車両）に搭載されたものである場合には、その車両のアクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）や走行速度などに応じて設定される。なお、本実施形態では、トルク指令値Ｔr_cは、力行トルクの指令値と回生トルクの指令値とがある。そして、力行トルクのトルク指令値Ｔr_cは、正の値であり、回生トルクのトルク指令値Ｔr_cは負の値である。また、電源電圧Ｖdc（目標値）は、電動機３の電源としての蓄電器（図示省略）の出力電圧の検出値などに応じて設定される。
【００５８】
そして、Ｋe指令算出部５４は、上記の入力値Ｔr_c，Ｎm，Ｖdcからあらかじめ定められたマップに従って、誘起電圧定数指令値Ｋe_cを逐次決定する。
【００５９】
この場合、上記マップは、例えば、トルク指令値Ｔr_cと回転速度Ｎｍ（検出値）と電源電圧Ｖdcとの組に対して、電動機３のｄ軸電機子の発生電圧とｑ軸電機子の発生電圧との合成電圧（ベクトル和）の大きさが電源電圧Ｖdcを超えないようにしつつ、電動機３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誘起電圧定数指令値Ｋe_cが決定されるように設定されている。
【００６０】
ここで、一般的には、誘起電圧定数Ｋeを小さくするほど（換言すれば、ロータ間位相差を大きくするほど）、電動機３の出力軸３ａ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３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Ｋeを大きくするほど（換言すれば、ロータ間位相差を小さくするほど）、電動機３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、上記のような誘起電圧定数Ｋeに対する電動機３の特性と、電動機３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。
【００６１】
本実施形態では、Ｋe指令算出部５４では、出力軸３ａの回転速度Ｎmと電源電圧Ｖdc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（換言すれば、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さを高くするように）設定される。
【００６２】
また、トルク指令値Ｔr_cと電源電圧Ｖdc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、回転速度Ｎmが高速となる領域で、該回転速度Ｎmが大きくなるほど、Ｋe_cの値が小さくなるように（換言すれば、両ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４の合成界磁の強さを低くするように）設定される。また、トルク指令値Ｔr_cと回転速度Ｎm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。
【００６３】
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３の過熱防止などの要求を考慮して設定してもよい。
【００６４】
位相制御部５６には、演算部５５で算出される前記偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe）が入力されると共に、Ｋe指令算出部５４から出力された誘起電圧定数指令値Ｋe_cが逐次入力される。そして、位相制御部５６は、これらの入力値を基に、ΔＫeを０に収束させるように（実際の誘起電圧定数Ｋeを指令値Ｋe_cに一致させるように）、位相差変更装置１５に対する制御指令を決定し、該制御指令を位相差変更装置１５に出力する。本実施形態では、該制御指令として、例えばロータ間位相差の指令値θd_c（以下、位相差指令値θd_cという）が決定される。この場合、位相差指令値θd_cは、Ｋe_cに応じて定めたフィードフォワード値を、ΔＫeに応じて定めたフィードバック補正量で補正することにより決定される。該フィードフォワード値は、Ｋe_cから、Ｋe算出部５３で使用する前記図６のマップを用いて決定すればよい。また、フィードバック補正量は、ΔＫeから比例則、ＰＩＤ則などのフィードバック制御則によって決定すればよい。
【００６５】
なお、位相差変更装置１５は、位相制御部５６から入力される位相差指令値θd_cに従って、アクチュエータ２５を介してロータ間位相差θdを制御する。
【００６６】
補足すると、本実施形態では、位相差変更装置１５に対する制御指令としてロータ間位相差指令値θd_cを使用したが、例えば位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の動作量の指令値であってもよい。該制御指令は、位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の動作を規定できるものであればよい。
【００６７】
また、位相差変更装置１５は、位相差指令値θd_cと位相差検出器４４により検出されるロータ間位相差θdとが一致しているとき（両者の差が所定値以下の微小量であるとき）には、図示しないロック機構によって、前記遊星歯車機構３０の第１キャリアＣ１を回転不能に保持し、電動機３の外ロータ１０と内ロータ１１とが一体に回転するようにする。従って、この状態では、アクチュエータ２５の駆動力は不要である。なお、位相差変更装置を油圧装置で構成した場合には、内ロータ１１を外ロータ１０に対して相対回転させる駆動力を発生する油圧室に通じる油通路を弁により遮断して、油圧室の作動油の流入・流出を禁止することで、外ロータ１０と内ロータ１１とが一体に回転し得るようにロックすることが可能である。
【００６８】
前記Ｉr算出部５７には、位相差検出器４４で検出されたロータ間位相差θdと、位相制御部５６で決定された位相差指令値θd_cとが逐次入力される。そして、Ｉr算出部５７は、詳細は後述するが、これらの入力値を基に、ロータ間位相差θdの変更の要求があるか否かを判断する。そして、Ｉr算出部５７は、その変更要求があるときに、電動機３の電機子の通電電流（詳しくは、ｄ軸電機子の通電電流）の操作量Ｉrをロータ間位相差θdの検出値に応じて決定する。操作量Ｉrは、ロータ間位相差θdを変更するときに、前記磁力トルクを弱める（内ロータ１１を外ロータ１０に対して相対回転させるために必要なトルクを軽減する）ために、電動機３の電機子の通電電流のうちの界磁電流成分を操作する操作量としての意味を持つ。以下、操作量Ｉrを駆動力軽減界磁操作電流Ｉrという。
【００６９】
前記通電制御部５１は、電動機３の出力トルク（出力軸３ａの発生トルク）をトルク指令値Ｔr_cに従わせるように電動機３の各相の電機子の通電電流を制御するものである。
【００７０】
この制御を行なうために、通電制御部５１は、前記電流センサ４１，４２の出力信号から不要成分を除去することで、電動機３の電機子のＵ相、Ｗ相のそれぞれの電流検出値Ｉｕ，Ｉｗを得るバンドパスフィルタ６１と、該電流検出値Ｉｕ，Ｉｗと前記位置センサ４３により検出された出力軸３ａの回転位置θm（回転角度）とに基づいて、３相−ｄｑ変換によりｄ軸電機子の電流（以下、ｄ軸電流という）の検出値Ｉd_sおよび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６２とを備える。
【００７１】
また、通電制御部５１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６３と、該電流指令算出部６３により決定されたｄ軸電流指令値Ｉd_cに前記Ｉr算出部５７で決定された駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを加えることでＩd_cを補正する演算部６４と、その補正後のｄ軸電流指令値Ｉd_c1（＝Ｉd_c＋Ｉr）を補正する補正値Ｉdvolを求める界磁制御部６５と、該補正値Ｉdvolをｄ軸電流指令値Ｉdc_1に加えてなる値（Ｉd_cをＩrおよびＩdvolにより補正してなる値）と前記３相−ｄｑ変換部６２で求められたｄ軸電流の検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩd（＝Ｉd_c＋Ｉr＋Ｉdvol−Ｉd_s）を求める演算部６６と、前記電流指令算出部６３により決定されたｑ軸電流指令値Ｉq_cと前記３相−ｄｑ変換部６２で求められたｑ軸電流の検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩq（＝Ｉq_c−Ｉq_s）を求める演算部６７とを備える。
【００７２】
ここで、界磁制御部６５は、電動機３の電機子の相電圧（誘起電圧）の大きさが、前記電源電圧Ｖdc（目標値）に一致するようにｄ軸電流を操作するものである。このため、界磁制御部６５には、電動機３の電源電圧Ｖdc（目標値）と、後述する電流フィードバック制御部６８で決定されたｄ軸電機子およびｑ軸電機子のそれぞれの電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cとが入力される。なお、入力されるＶd_c，Ｖq_cの値は、前回値（制御装置５０の前回の演算処理周期で求められた値）である。そして、界磁制御部６５は、入力されたｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cとから求まる相電圧が、前記電源電圧Ｖdcから求められる目標電圧円をトレースするように（換言すれば、Ｖd_c，Ｖq_cの合成ベクトルの大きさが目標電圧円の半径としてのＶd_cに一致するように）、ｄ軸電流Ｉdを操作するための前記補正値Ｉdvolを決定する。この場合、補正値Ｉdvolは、例えば電源電圧Ｖdcと上記合成ベクトルの大きさ（＝√（Ｖd_c2＋Ｖq_c2））との偏差からＰＩ制御則などのフィードバック制御則により決定される。
【００７３】
さらに、通電制御部５１は、上記の如く算出された偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに応じて、それらの偏差ΔＩｄ，Ｉｑ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、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cおよびｑ軸電圧指令値Ｖq_cを決定する電流フィードバック制御部６８を備える。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、偏差ΔＩｄ，ＩｑからＰＩ制御則などのフォ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。
【００７４】
さらに、制御装置５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cとを成分とするベクトルを、その大きさＶ１の成分と、角度θ1の成分とに変換するｒθ変換部６９と、その大きさＶ１および角度θ1の成分を３相の交流電圧に変換して、図示を省略するインバータ回路を介してＰＷＭ制御により電動機３の各相の電機子に通電するＰＷＭ演算部７０とを備える。なお、図５では図示を省略しているが、ＰＷＭ演算部７０には、上記Ｖ1、θ1を電動機３の各相の電機子の交流電圧に変換するために、前記位置センサ４３で検出された出力軸３ａの回転位置θmが入力される。
【００７５】
通電制御部５１の上記の如き機能によって、基本的には、電動機３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）、電動機３の各相の電機子の通電電流が制御される。また、このとき、電動機３の電機子の相電圧が電源電圧Ｖdc（目標値）に一致するようにｄ軸電流が調整される。
【００７６】
また、制御装置５０の通電制御部５１以外の機能（Ｋe算出部５３、Ｋe指令算出部５４、演算部５５、位相差制御部５６の機能）によって、電動機３の誘起電圧定数Ｋeが誘起電圧定数指令値Ｋe_cになるように（永久磁石１３，１４の実際の合成界磁の強さがＫe_cに対応する強さになるように）、位相差変更装置１５を介してロータ間位相差θdが制御される。
【００７７】
補足すると、前記通電制御部５１とＩr算出部５７とによって、本発明における界磁電流制御手段が構成される。
【００７８】
次に、説明を後回しにした前記Ｉr算出部５７の処理を図７〜図９を参照して詳細に説明する。
【００７９】
図７（ａ）に破線で示すグラフは、電動機３の電機子の通電電流の界磁電流成分（ｄ軸電流）を０とした状態でのロータ間位相差θdと、前記磁力トルクとの関係を概略的に示すグラフである。以降、電動機３の電機子の通電電流の界磁電流成分（ｄ軸電流）を０とした状態での磁力トルクを非軽減磁力トルクということがある。この破線のグラフで示すように、非軽減磁力トルクは、ロータ間位相差θdに対して、０［ｄｅｇ］（前記界磁最大状態）と、１８０［ｄｅｇ］（前記界磁最小状態）との間の中間的なロータ間位相差θdxで比較的大きなピーク値（極大値）を持つような凸形（山形）の特性を有する。すなわち、ロータ間位相差θdが、０［ｄｅｇ］からθdxまで増加するに伴い非軽減磁力トルクが増加し、ロータ間位相差θdがθdxを超えると、θdの増加に伴い非軽減磁力トルクが減少する。なお、ロータ間位相差θdが、０［ｄｅｇ］である場合と１８０［ｄｅｇ］である場合とでは、外ロータ１０の永久磁石１３と内ロータ１１の永久磁石１４との間に作用する磁力の方向が電動機３の径方向にほぼ一致する（該磁力の周方向の成分がほぼ０になる）ため、非軽減磁力トルクは０となる。
【００８０】
そして、電機子の通電電流のうちの界磁電流成分（ｄ軸電流）を０とした状態では、ロータ間位相差θdの急激な変化、あるいは過大なオーバーシュートを回避しつつ、該ロータ間位相差θdをある値から別の値に変更するためには、前記非軽減磁力トルクと逆向きに、該非軽減磁力トルクの大きさよりも若干大きいか、もしくはほぼ同等のトルクを内ロータ１１に付与する必要がある。従って、特に非軽減磁力トルクの大きさがピークとなるθdxの近傍で、ロータ間位相差θdを変化させるときには、前記位相差変更装置１５のアクチュエータ２５から内ロータ１１に付与すべきトルクの大きさが大きなものとなり、該アクチュエータ２５の負担が大きなものとなる。
【００８１】
一方、電動機３の電機子の通電電流のうちの界磁電流成分、すなわち、ｄ軸電流を操作することで、そのｄ軸電流によって電機子が発生する界磁によって、外ロータ１０の永久磁石１３と内ロータ１１の永久磁石１４との間に作用する磁力を弱めることができる。例えば図７（ａ）の実線のグラフで示すように、任意のロータ間位相差θdにおいて、磁力トルクを前記非軽減磁力トルクよりも小さくすることが可能である。この結果、ロータ間位相差θdを変更するときに内ロータ１１を外ロータ１０に対して回転駆動するのに必要なトルク（以下、位相差変更必要トルクという）を小さくすることが可能である。以降、上記のようにｄ軸電流の操作によって永久磁石１３と１４との間に作用する磁力を弱めたときの磁力トルクを軽減磁力トルクという。
【００８２】
前記Ｉr算出部５７は、上記のように磁力トルクを弱め、ひいては、前記位相差変更必要トルクの大きさを小さくするためのｄ軸電流の操作量として、前記駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを算出する。
【００８３】
このＩr算出部５７は、図８のフローチャートで示す処理によって、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを決定する。
【００８４】
まず、ＳＴＥＰ１において、Ｉr算出部５７は、ロータ間位相差θdの変更の要求があるか否かを判断する。具体的には、Ｉr算出部５７は、前記位相制御部５６から入力される位相差指令値θd_cと、前記位相差検出器４４で検出されたロータ間位相差θdとの差の絶対値が所定値を超えているときに、ロータ間位相差θdの変更の要求があると判断する。なお、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、Ｋe算出部５３で算出された誘起電圧定数Ｋe（推定値）との差の絶対値が所定値を超えているときに、ロータ間位相差θdの変更の要求があると判断してもよい。
【００８５】
ＳＴＥＰ１の判断結果が否定的である場合には、Ｉr算出部５７は、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを０とする（ＳＴＥＰ５）。そして、このＩrを前記通電制御部５１の演算部６４に出力する（ＳＴＥＰ４）。従って、この場合は、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrによるｄ軸電流の操作は実質的に行なわれない。なお、この状態では、位相差指令値θd_cと位相差検出器４４により検出されるロータ間位相差θdとがほぼ一致しているので、前記したように、図示しないロック機構によって、内ロータ１１が外ロータ１０と一体に回転し得るようにロックされる。
【００８６】
一方、ＳＴＥＰ１の判断結果が肯定的である場合には、Ｉr算出部５７は、現在のロータ間位相差θdの検出値を位相差検出器４４から取得する（ＳＴＥＰ２）
次いで、Ｉr算出部５７は、取得したθdの検出値から、あらかじめ定められたマップに基づいて、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを決定する（ＳＴＥＰ３）。図７（ｂ）の実線のグラフは、そのマップにおけるθdとＩrとの関係を表すグラフである。図示の如く、このマップでは、Ｉrは、０［ｄｅｇ］から１８０［ｄｅｇ］の範囲のθdに対して、前記非軽減磁力トルクと同様の波形（ピーク値を持つ凸形の波形）で変化するように設定されている。この場合、図７（ｂ）の実線のグラフで示すマップは、それにより規定される駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを界磁電流成分として電機子に通電したときに発生する界磁によって、磁力トルク（軽減磁力トルク）のピーク値（最大値）が、図７（ａ）の実線のグラフで示す如く所定値Ｔrx（＜非軽減磁力トルクの最大値）以下となるように設定されている。なお、Ｉrの値が大きいほど、永久磁石１３，１４の間に作用する磁力を弱める方向に駆動力軽減界磁操作電流Ｉrによる電機子の界磁の強さ（磁束）が増加する。
【００８７】
次いで、Ｉr算出部５７は、上記のようにロータ間位相差θdの検出値に応じて決定した駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを前記通電制御部５１の演算部６４に出力する（ＳＴＥＰ４）。従って、この場合は、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrによる実質的なｄ軸電流（界磁電流成分）の操作が行なわれる。
【００８８】
以上が、本実施形態におけるＩr算出部５７の処理の詳細である。
【００８９】
以上説明した本実施形態によれば、誘起電圧定数指令値Ｋe_cが変化し、ロータ間位相差θdの変更要求が生じたときには、前記した如く駆動力軽減界磁操作電流ＩrがＩr算出部５７により決定され、そのＩrにより、ｄ軸電流指令値Ｉq_cが補正される。すなわち、永久磁石１３，１４の間に作用する磁力を弱めるｄ軸電流（界磁電流成分）として機能する駆動力軽減界磁操作電流Ｉrがｄ軸電流指令値Ｉq_cに付加される。その結果、永久磁石１３，１４の間に作用する磁力を弱め、磁力トルク（軽減磁力トルク）の最大値を所定値Ｔrxに以下にすることができる。ひいては、位相差変更必要トルクを小さくすることができる。
【００９０】
この様子を図９（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ），（ｂ）はロータ間位相差θdが０［ｄｅｇ］と１８０［ｄｅｇ］との間の中間的な値であるときの永久磁石１３，１４の位置関係を模式的に示している。なお、図９（ａ），（ｂ）では、前記図１で互いに隣り合う永久磁石１３ａ，１３ａの対と、永久磁石１３ｂ，１３ｂの対とをそれぞれ、１つの永久磁石１３ａ、１３ｂで表している。内ロータ１１側の永久磁石１４ａ，１４ｂについても同様である。
【００９１】
ここで、図９（ａ），（ｂ）の白抜きの矢印Ｙａ，Ｙｂの向きに内ロータ１０を外ロータ１１に対して回転させようとした場合を想定する。この場合、Ｉr＝０としたときには、永久磁石１３，１４の間で作用する磁力（吸引力および反発力）が比較的大きいため、図９（ａ）の矢印Ｙａの大きさで示すように、内ロータ１０を回転駆動するための位相差変更必要トルク（これは前記非軽減磁力トルクとほぼ同等の大きさのトルクとなる）が比較的大きなものとなる。これに対して、Ｉrを前記したように決定し、ｄ軸電流指令値Ｉd_cに付加した場合には、図９（ｂ）に矢印φで示すように、Ｉrに起因する磁束が発生する。そして、この磁束φによって、外ロータ１０の永久磁石１３と内ロータ１１の永久磁石１４との間に作用する磁力が弱められる。すなわち、前記軽減磁力トルクが、前記非軽減磁力トルクよりも弱められる。これにより、図９（ｂ）の矢印Ｙｂの大きさで示す如く、位相差変更必要トルクが図９（ａ）の矢印Ｙａで示す位相差変更必要トルクよりも低下する。ひいては、位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の負担を軽減することができる。そして、このように位相差変更必要トルクを小さくできることで、アクチュエータ２５を含めた位相差変更装置１５の小型化を図ることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、前記図７（ｂ）のマップに基づいて駆動力軽減界磁操作電流Ｉrが決定されるので、任意のロータ間位相差θdにおける磁力トルク（軽減磁力トルク）を、図７（ａ）の実線で示す如く、所定値Ｔrx以下で、且つ、前記非軽減磁束トルクよりも小さくすることができる。ひいては、任意のロータ間位相差θdにおいて、位相差変更必要トルクを非軽減磁束トルクよりも小さくすることができる。
【００９３】
なお、軽減磁力トルクを任意のロータ間位相差θdにおいて、ほぼ０にすることもできる。この場合には、図７（ｂ）に二点鎖線で示す如く、駆動力軽減界磁電流Ｉrをロータ間位相差θdに対して設定するようにすればよい。
【００９４】
次に、本発明の第２実施形態を図５、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は本実施形態におけるＩr算出部５７の処理を説明するためのグラフ、図１１は該Ｉr算出部５７の処理を示すフローチャートである。なお、本実施形態は、第１実施形態のものと一部の構成および処理のみが相違するので、その相違点を中心に説明し、第１実施形態と同一の部分については説明を省略する。
【００９５】
図５を参照して、本実施形態では、永久磁石１３，１４の温度を検出する磁石温度センサ４５が備えられている。なお、磁石温度センサ４５は、永久磁石１３または１４の温度を直接的に検出するものでもよいが、電動機３の、永久磁石１３，１４とほぼ同等の温度となる部位（例えばステータ１２や電機子）の温度を検出するものでもよい。
【００９６】
そして、本実施形態では、Ｉr算出部５７には、ロータ間位相差θdの検出値および指令値θd_cに加えて、上記磁石温度センサ４５により検出された温度Ｔm（以下、磁石温度Ｔmという）が入力されるようになっている。本実施形態では、制御装置５０の制御処理は、このＩr算出部５７の処理だけが前記第１実施形態と相違する。その他の機構的な構成および制御処理は、前記第１実施形態と同じである。
【００９７】
ここで、前記駆動力軽減界磁操作電流Ｉrは、永久磁石１３，１４の合成界磁の磁束の向きと逆向きの磁束を電動機３の電機子から発生させることによって、永久磁石１３と１４との間に働く磁力を弱める機能を持つ。
【００９８】
一方、特に、電動機３の運転時の発熱などにより、永久磁石１３，１４の温度が比較的高温になっている状態では、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrによって発生する界磁の強さが過大になると、永久磁石１３，１４の減磁が発生しやすい。このことを図１０を参照して説明する。図１０は、互いに異なる磁石温度Ｔmにおける磁界Ｈと、永久磁石１３または１４による磁束密度Ｂとの関係を例示するグラフｇ1，ｇ2，ｇ3を示している。なお、図１０では、永久磁石１３または１４の磁束密度Ｂの向きと同じ向きを磁界Ｈの正方向、逆向きを磁界Ｈの負方向としている。
【００９９】
同図に示す如く、磁界Ｈを負方向に増加させると、永久磁石１３または１４による磁束密度Ｂは基本的には単調に減少していく。ただし、磁石温度Ｔmが比較的高い場合（図１０のグラフｇ1，ｇ2）には、磁界Ｈをある値（図１０の点Ｐ１，Ｐ２におけるＨの値）以上に負方向に増加させると、永久磁石１３または１４の減磁が発生し、磁束密度Ｂが急激に低下する。なお、永久磁石１３，１４の減磁が発生する磁界Ｈの値は、磁石温度Ｔmが高いほど、０に近づく。
【０１００】
従って、磁石温度Ｔmが比較的高い状態で、前記駆動力軽減界磁操作電流Ｉrが過大になると、永久磁石１３，１４の減磁が発生する恐れがある。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、この減磁の発生を防止するために、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを磁石温度Ｔmに応じて制限する。
【０１０２】
この場合、本実施形態におけるＩr算出部５７の処理は、図１１のフローチャートで示す如く実行される。以下、説明すると、Ｉr算出部５７は、まず、ＳＴＥＰ１１において前記図８のＳＴＥＰ１と同じ判断（ロータ間位相差θdの変更の要求があるか否かの判断）を行う。この判断結果が否定的である場合には、Ｉr算出部５７は、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを０とし（ＳＴＥＰ１９）、さらに、このＩrを前記通電制御部５１の演算部６４に出力する（ＳＴＥＰ１８）。従って、この場合は、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrによるｄ軸電流の操作は実質的に行なわれない。
【０１０３】
一方、ＳＴＥＰ１１の判断結果が肯定的である場合には、Ｉr算出部５７は、前記図８のＳＴＥＰ２，３の処理と同じ処理をＳＴＥＰ１２，１３で順次実行する。すなわち、現在のロータ間位相差θdの検出値から、前記図７（ｂ）の実線のグラフ（または二点鎖線のグラフ）で示すマップに基づいて駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを求める。
【０１０４】
次いで、Ｉr算出部５７は、前記磁石温度センサ４５から磁石温度Ｔmの検出値を取得する（ＳＴＥＰ１４）。さらに、Ｉr算出部５７は、この磁石温度Ｔmの検出値から、あらかじめ定められたマップに基づいて、永久磁石１３，１４の減磁の発生を防止し得る駆動力軽減界磁操作電流Ｉrの最大値である許容最大界磁電流Ｉrmaxを求める（ＳＴＥＰ１５）。この許容最大界磁電流Ｉrmaxは、それを超える電流値を駆動力軽減界磁操作電流Ｉrとして設定すると、そのＩrによって電動機３の電機子が発生する磁界Ｈが過大になって、永久磁石１３，１４の減磁が発生する恐れがあることを意味する。この場合、前記したように、永久磁石１３，１４の減磁が発生する磁界Ｈの値は、磁石温度Ｔmが高いほど、０に近づく。また、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrが増加するに伴い、それにより発生する磁界Ｈは、負方向に増加する。このため、許容最大界磁電流Ｉrmaxを決定するための上記マップは、磁石温度Ｔmが高くなるほど、Ｉrmaxが０に近づくように（磁石温度Ｔmが低くなるほど、Ｉrmaxが大きくなるように）に設定されている。この場合、例えば、前記図１０の点Ｐ１，Ｐ２の磁界Ｈを発生する駆動力軽減界磁操作電流Ｉrの値をそれぞれＩr1、Ｉr2（Ｉr1＞Ｉr2）とし、点Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ存するグラフｇ2，ｇ3に対応する磁石温度Ｔmを、Ｔm1，Ｔm2としたとき、磁石温度Ｔmの検出値が、Ｔm1であるときの許容最大界磁電流Ｉrmaxは、Ｉr1と同じか、もしくは、それよりも若干小さい値に決定される。また、磁石温度Ｔmの検出値がＴm2であるときの許容最大界磁電流Ｉrmaxは、Ｉr2と同じか、もしくは、それよりも若干小さい値に決定される。
【０１０５】
上記のように許容最大界磁電流Ｉrmaxを求めた後、Ｉr算出部５７は、前記ＳＴＥＰ１３で求めた駆動力軽減界磁操作電流Ｉrが、該許容最大界磁電流Ｉrmax以下であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１６）。この判断結果が肯定的である場合には、Ｉr算出部５７は、ＳＴＥＰ１３で求めた駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを最終決定値とし、そのＩrをそのまま、前記通電制御部５１の演算部６４に出力する（ＳＴＥＰ１８）。また、ＳＴＥＰ１６の判断結果が否定的である場合には、Ｉr算出部５７は、ＳＴＥＰ１７において、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを許容最大界磁電流Ｉrmax以下に制限する。例えば、Ｉrの値を、Ｉrmaxに設定し直す。そして、Ｉr算出部５７は、その制限後の駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを最終決定値とし、そのＩrを通電制御部５１の演算部６４に出力する（ＳＴＥＰ１８）。このように決定したＩrによって、実質的なｄ軸電流の操作が前記通電制御部５１により行なわれる。
【０１０６】
以上が、本実施形態におけるＩr算出部５７の処理の詳細である。本実施形態によれば、永久磁石１３，１４の減磁が発生する恐れがある場合には、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを制限するので、ロータ間位相差θdを変更するときに、永久磁石１３，１４の減磁の発生を防止しつつ、位相差変更装置１５のアクチュエータ２５の負荷を軽減できる。
【０１０７】
なお、以上説明した各実施形態では、ロータ間位相差θdの検出値に応じて駆動力軽減界磁操作電流Ｉrを決定するためのマップを図７（ｂ）に示す如く設定し、軽減磁力トルクが、任意のロータ間位相差θdにおいて、前記非軽減磁力トルクよりも小さくなり、且つ、所定値Ｔrx以下になるようにした。ロータ間位相差θdに応じたＩrの設定形態は、これに限られるものではない。
【０１０８】
例えば、図１２（ａ）の実線のグラフで示す如く、非軽減磁力トルクが所定値Ｔrx以上となるロータ間位相差θdの範囲［θd1，θd2］内でのみ、軽減磁力トルクが、非軽減磁力トルクよりも小さくなるように、ｄ軸電流を操作する（Ｉrを決定する）ようにしてもよい。この場合には、図１２（ｂ）の実線のグラフで示す如く、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrをロータ間位相差θdに応じて設定すればよい。すなわち、非軽減磁力トルクが所定値Ｔrx以上となるロータ間位相差θdの範囲［θd1，θd2］内において、Ｉrを非軽減磁力トルクと同様の凸形の波形で設定し、その範囲［θd1，θd2］外のロータ間位相差θdでは、Ｉrを０にする。このようにＩrを設定することで、図１２（ａ）の実線のグラフで示すような形態で、任意のロータ間位相差θdにおける軽減磁力トルクを所定値Ｔrx以下にすることができる。
【０１０９】
また、永久磁石１３，１４の配列の仕方によっては、ロータ間位相差θdに対する非軽減磁力トルクの波形が図１３（ａ）の破線のグラフで示す如く、複数のピークを持つような波形となることがある。このような場合において、図１３（ａ）の破線のグラフで示す如く、非軽減磁力トルクの各ピーク部分に対応するロータ間位相差θdの近傍で、軽減磁力トルクが、非軽減磁力トルクよりも小さくなり、且つ、軽減磁力トルクが、ロータ間位相差θdに対して滑らかに変化するように、ｄ軸電流を操作する（Ｉrを決定する）ようにしてもよい。この場合には、図１３（ｂ）の実線のグラフで示す如く、駆動力軽減界磁操作電流Ｉrをロータ間位相差θdに応じて設定すればよい。すなわち、非軽減磁力トルクの各ピーク部分に対応するロータ間位相差θdの近傍において、非軽減磁力トルクの各ピーク部分と目標とする軽減磁力トルクとの差分と同様の形態で、Ｉrを設定する。そして、それ以外のロータ間位相差θdでは、Ｉrを０とする。このようにＩrを設定することで、図１３（ａ）の実線のグラフで示すような形態で、軽減磁力トルクのピーク値（最大値）を非軽減磁力トルクの最大値よりも小さい所定値Ｔrx以下にすることができると共に、軽減磁力トルクを（ひいては位相差変更必要トルクを）非軽減磁力トルクよりも滑らかに変化させるようにすることができる。
【０１１０】
また、前記各実施形態では、前記図１に示したような形態で各ロータ１０，１１の永久磁石１３，１４を配列した例を示したが、その配列の形態は、これに限られるものではない。例えば、図１４（ａ），（ｂ）に例示するように、外ロータ１０の永久磁石１３と、内ロータ１１の永久磁石１４とを配列するようにしてもよい。この例では、内ロータ１１の永久磁石１４の配列形態は、図１のものと同様であるが、外ロータ１０の永久磁石１３は、その法線方向を外ロータ１０の周方向に向けて該外ロータ１０に埋め込まれている。外ロータ１０の互いに隣り合う永久磁石１３，１３は、その同極同士が対面している。
【０１１１】
この場合、ｄ軸電流（界磁電流成分）を０とした状態では、図１４（ａ）に示すように、外ロータ１０の永久磁石１３と内ロータ１１の永久磁石１４との間で磁力線Ｍｓが集中し、それらの永久磁石１３，１４の間に比較的大きな磁力が発生する。従って、図１４（ａ）の白抜きの矢印Ｙcで示す向きに、内ロータ１１を外ロータ１０に対して相対回転させようとした場合、該矢印Ｙcの大きさで示す如く、位相差変更必要トルクが比較的大きなものとなる。一方、前記各実施形態で説明した如く駆動力軽減界磁電流成分Ｉrをｄ軸電流の操作量として付加することで、図１４（ｂ）に示す如く、Ｉrによる磁束φを発生させ、外ロータ１０の永久磁石１３の磁力線Ｍｓをステータ１２の電機子との間に集中させると共に、該永久磁石１３と内ロータ１１の永久磁石１４との間の磁力線を少なくできる。その結果、該永久磁石１３と１４との間に作用する磁力を図１４（ａ）の場合よりも小さくすることができる。ひいては、図１４（ｂ）の白抜きの矢印Ｙdの大きさで示す如く、位相差変更必要トルクを図１４（ｂ）の場合よりも小さくできる。
【０１１２】
また、前記第２実施形態では、磁石温度Ｔmを温度センサ４５により検出するようにしたが、電機子の通電電流の検出値などを基に、適当なモデルによって磁石温度Ｔmを推定するようにしてもよい。
【０１１３】
また、前記各実施形態では、ロータ間位相差θdを位相差検出器４４で検出するようにしたが、電機子の通電電流の検出値（Ｉd_s、Ｉq_s）や、トルク指令値Ｔr_cもしくは電流指令値（Ｉq_c，Ｉd_c）、回転速度Ｎmなどから適当なモデルを使用してロータ間位相差θdを推定するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の各実施形態における電動機の内部構成の要部を該電動機の軸心方向で示す図。
【図２】図１の電動機の２つのロータの間の位相差を変更するための駆動機構を示すスケルトン図。
【図３】図３（ａ）は界磁最大状態での図１の電動機の２つのロータ位相関係を示す図であり、図３（ｂ）は界磁最小状態での図１の電動機の２つのロータの位相関係を示す図。
【図４】界磁最大状態と界磁最小状態とにおける図１の電動機の電機子の誘起電圧を示すグラフ。
【図５】各実施形態における電動機の制御装置の機能的構成を示すブロック図。
【図６】図１の電動機のロータ間位相差θdと誘起電圧定数Ｋeとの関係を示すグフラフ。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は第１実施形態におけるＩr算出部５７の処理を説明するためのグラフ。
【図８】第１実施形態におけるＩr算出部５７の処理を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態におけるＩr算出部５７の処理による作用を説明するための図。
【図１０】本発明の第２実施形態の制御装置に備えたＩr算出部５７の処理を説明するためのグラフ。
【図１１】第２実施形態におけるＩr算出部５７の処理を示すフローチャート。
【図１２】図１２（ａ），（ｂ）はＩr算出部５７の他の例の処理を説明するためのグラフ。
【図１３】図１３（ａ），（ｂ）はＩr算出部５７のさらに他の例を説明するためのグラフ。
【図１４】図１４（ａ），（ｂ）は電動機の永久磁石の配列の他の例を説明するための図。
【符号の説明】
【０１１５】
３…電動機、３ａ…出力軸、１０…外ロータ（第１ロータ）、１１…内ロータ（第２ロータ）、１３，１４…永久磁石、１５…位相差変更装置、２５…アクチュエータ、５０…制御装置、５１…通電制御部（界磁電流制御手段）、５７…Ｉr算出部（界磁電流制御手段）。
【図１】
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【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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【図１４】
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