(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更して該電動機の誘起電圧定数を変更する界磁制御を行って制御する電動機の制御装置であって、
所定の目標トルクと前記電動機の誘起電圧定数とに応じて、前記電動機の出力トルクが該目標トルクとなるように、前記電動機の電機子への通電量を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、
前記通電制御を実行する際の前記電動機の損失を推定する損失推定手段と、
前記通電制御を実行する際に、前記電動機の損失が、予め設定された制限効率における損失から所定レベル増加する範囲内で、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更する誘起電圧減少制御を行うロータ位相差制御手段と、
前記電動機の温度を検知する温度検知手段とを備え、
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度に応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度と、前記電動機の損失とに応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定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】
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度と、前記電動機の温度の上昇率とに応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定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４】
前記ロータ位相差制御手段は、前記目標トルクが所定レベル以下であるときに、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記ロータ位相差制御手段は、前記通電制御が実行されていないときに、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記ロータ位相差を検出するロータ位相差検出手段を備え、
前記通電制御手段は、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差を変更するときに、前記ロータ位相差の目標値と前記ロータ位相差検出手段による前記ロータ位相差の検出値との差が減少するように、前記電動機の電機子の端子間電圧を減少させるための界磁弱め電流の通電量を制御することを特徴とする請求項１から請求項５うちいずれか１項記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更して該電動機の誘起電圧定数を変更する界磁制御を行って制御する電動機の制御装置であって、
所定の目標トルクと前記電動機の誘起電圧定数とに応じて、前記電動機の出力トルクが該目標トルクとなるように、前記電動機の電機子への通電量を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、
前記通電制御を実行する際の前記電動機の損失を推定する損失推定手段と、
前記通電制御を実行する際に、前記電動機の損失が、予め設定された制限効率における損失から所定レベル増加する範囲内で、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更する誘起電圧減少制御を行うロータ位相差制御手段と、
前記ロータ位相差を検出するロータ位相差検出手段とを備え、
前記通電制御手段は、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差を変更するときに、前記ロータ位相差の目標値と前記ロータ位相差検出手段による前記ロータ位相差の検出値との差が減少するように、前記電動機の電機子の端子間電圧を減少させるための界磁弱め電流の通電量を制御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、永久磁石界磁型の回転電動機の界磁制御を、回転軸の周囲に配置された二つのロータ間の位相差を変更することによって行う電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備え、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更し、これにより電動機の誘起電圧定数を変更して界磁弱め制御を行うようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる従来の電動機においては、第１ロータと第２ロータが、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して接続されている。また、電動機が停止状態にあるときに、第１ロータに配置された永久磁石の磁極と第２ロータに配置された永久磁極の磁極の向きが同一となって界磁の磁束が最大（電動機の誘起電圧定数が最大）となり、電動機の回転速度が高くなるに従って遠心力により第１ロータと第２ロータの位相差が拡大して、界磁の磁束が減少（電動機の誘起電圧定数が減少）するように構成されている。
【０００４】
ここで、図１５は縦軸を出力トルクＴrとし横軸を回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだもの）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。
【０００５】
図１５に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは電動機の回転数Ｎと出力トルクＴrにより決定されるため、従来の回転数のみによる界磁弱め制御では、電動機の誘起電圧定数の変更が、必要な界磁弱めの制御量に対して過大又は過小なものになるという不都合があった。
【０００６】
また、電動機の回転数に依らずに、誘起電圧定数を変更することができないため、電動機の出力トルクや温度等の回転数以外の運転状態に対して、適切な誘起電圧定数を設定することができないという不都合があった。
【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】
【０００７】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、２重ロータを有する電動機の誘起電圧定数を、該電動機の運転状態に応じて適切に設定す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】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更して該電動機の誘起電圧定数を変更する界磁制御を行って制御する電動機の制御装置に関する。
【０００９】
そして、所定の目標トルクと前記電動機の誘起電圧定数とに応じて、前記電動機の出力トルクが該目標トルクとなるように、前記電動機の電機子への通電量を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、前記通電制御を実行する際の前記電動機の損失を推定する損失推定手段と、前記通電制御を実行する際に、前記電動機の損失が、予め設定された制限効率における損失から所定レベル増加する範囲内で、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更する誘起電圧減少制御を行うロータ位相差制御手段とを備える。
本発明の第１の態様は、前記電動機の温度を検知する温度検知手段を備え、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度に応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定することを特徴とする。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の損失が、前記制限効率における損失から所定レベル増加する範囲内で、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更する。このように前記電動機の誘起電圧定数を小さくすることによって、前記電動機の回転により前記電動機の電機子に生じる誘起電圧を低くすることができる。そのため、前記電動機の運転状態により前記所定レベルの損失低下が許容できるときに、前記電動機をより高回転で作動させることができる。
【００１２】
上記第１の態様によれば、電動機の温度に応じて、例えば、電動機の温度が低く発熱に対する余裕度が大きいときには、損失増加による電動機の発熱の増加をある程度許容できるため、前記誘起電圧減少制御を実行することができる。また、電動機の温度が高く発熱に対する余裕度が小さいときには、前記誘起電圧減少制御を禁止して電動機の温度上昇を抑えることがきる。
【００１３】
また、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度と、前記電動機の損失とに応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記電動機の損失が大きいときは、前記電動機の発熱量が大きくなるため、前記電動機の温度上昇に対する余裕度が小さくなる。そのため、前記電動機の温度に加えて前記電動機の損失を考慮することにより、前記誘起電圧減少制御を行うか否かをより適切に決定することができる。
【００１５】
また、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の温度と、前記電動機の温度の上昇率とに応じて、前記誘起電圧減少制御を行うか否かを決定することを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記電動機の温度の上昇率が高いときは、前記電動機の温度上昇に対する余裕度が小さくなる。そのため、前記電動機の温度に加えて前記電動機の温度の上昇率を考慮することにより、前記誘起電圧減少制御を行うか否かをより適切に決定することができる。
【００１７】
また、前記ロータ位相差制御手段は、前記目標トルクが所定レベル以下であるときに、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更することを特徴とする。
【００１８】
かかる本発明によれば、前記目標トルクが前記所定レベル以下であるときには、前記電動機の誘起電圧定数を小さくしても前記目標トルクの出力を確保することができる。そのため、前記電動機の誘起電圧定数を小さくして、前記第１ロータ及び前記第２ロータの磁石の磁束による鉄損から生じる引きずり損失を低減することができる。
【００１９】
また、前記ロータ位相差制御手段は、前記通電制御が実行されていないときには、前記電動機の誘起電圧定数が小さくなるように前記ロータ位相差を変更することを特徴とする。
【００２０】
かかる本発明によれば、例えば、前記電動機が他の駆動手段に接続されて該駆動手段と協働して動作する場合に、前記電動機の出力が不要なときには、前記電動機の誘起電圧定数を小さくすることにより、前記第１ロータ及び前記第２ロータの磁石の磁束による鉄損から生じる引きずり損失を低減することができる。
【００２１】
また、前記ロータ位相差を検出するロータ位相差検出手段を備え、前記通電制御手段は、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差を変更するときに、前記ロータ位相差の目標値と前記ロータ位相差検出手段による前記ロータ位相差の検出値との差が減少するように、前記電動機の電機子の端子間電圧を減少させるための界磁弱め電流の通電量を制御することを特徴とする。
【００２２】
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差を変更する際の応答遅れにより生じ得る、前記電機子の界磁弱めの過不足を減少させることができる。
次に、本発明の第２の態様は、前記ロータ位相差を検出するロータ位相差検出手段を備え、前記通電制御手段は、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差を変更するときに、前記ロータ位相差の目標値と前記ロータ位相差検出手段による前記ロータ位相差の検出値との差が減少するように、前記電動機の電機子の端子間電圧を減少させるための界磁弱め電流の通電量を制御することを特徴とする。
第２の態様によれば、前記ロータ位相差を変更する際の応答遅れにより生じ得る、前記電機子の界磁弱めの過不足を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図１〜図１４を参照して説明する。図１は２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図、図２は図１に示したＤＣブラシレスモータの外側ロータと内側ロータの位相差を変更する機構の構成図及び作動説明図、図３及び図４は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図５は電動機の制御装置の制御ブロック図、図６は電流及び電圧の制限に対応した電流ベクトルの選択範囲の説明図、図７は誘起電圧定数の相違による電動機の出力範囲の変化の説明図、図８は電動機の損失が最小となる誘起電圧定数を算出する処理に関する説明図、図９は電動機の効率とフェイルに対する余裕度を考慮して誘起電圧定数を選択する処理の説明図、図１０は誘起電圧定数を決定するためのマップ及び２重ロータの位相差を決定するためのマップの説明図、図１１は電動機の温度に応じて、電動機の損失増加を許容して誘起電圧定数を小さくするように２重ロータの位相差を制御する処理の第１の実施形態のフローチャート、図１２は電動機の損失を求めるマップと電動機の温度に対する損失の許容範囲を判断するためのグラフの説明図、図１３は電動機の温度に応じて、電動機の損失増加を許容して誘起電圧定数を小さくするように２重ロータの位相差を制御する処理の第２の実施形態のフローチャート、図１４は電動機の温度上昇率の変化を例示したグラフと電動機の温度に対する温度上昇率の許容範囲を判断するためのグラフの説明図である。
【００２４】
図１を参照して、本実施の形態における電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配設された内側ロータ１１（本発明の第２ロータに相当する）と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配設された外側ロータ１２（本発明の第１ロータに相当する）と、内側ロータ１１及び外側ロータ１２に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備えたＤＣブラシレスモータである。電動機１は、例えばハイブリッド車両や電動車両の駆動源として使用され、ハイブリッド車両に搭載されたときは、電動機及び発電機として動作する。
【００２５】
内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配設されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配設されている。
【００２６】
次に、電動機１は、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、図２（ａ）に示した遊星歯車機構３０を備えている。図２（ａ）を参照して、遊星歯車機構３０は、内側ロータ１１の内周側の中空部に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構であり、外側ロータ１２と同軸且つ一体に形成された第１リングギアＲ１、内側ロータ１１と同軸且つ一体に形成された第２リングギアＲ２、第１リングギアＲ１と噛合する第１プラネタリギア３１、第２リングギアＲ２に噛合する第２プラネタリギア３２、第１プラネタリギア３１及び第２プラネタリギア３２と噛合するアイドルギアであるサンギアＳ、第１プラネタリギア３１を回転自在に支持すると共に回転軸２に回転可能に軸支された第１プラネタリキャリアＣ１、及び第２プラネタリギア３２を回転自在に支持すると共にステータ１０に固定された第２プラネタリキャリアＣ２を備えている。
【００２７】
遊星歯車機構３０において、第１リングギアＲ１と第２リングギアＲ２は略同等のギア形状とされ、第１プラネタリギア３１と第２プラネタリギア３２も略同等のギア形状とされている。また、サンギアＳの回転軸３３は電動機１の回転軸２と同軸に配置されると共に、軸受け３４により回転可能に軸支されている。そして、これにより、第１プラネタリギア３１と第２プラネタリギア３２がサンギアＳと噛合し、外側ロータ１２と内側ロータ１１が同期して回転するように構成されている。
【００２８】
さらに、第１プラネタリキャリアＣ１の回転軸３５は、電動機１の回転軸２と同軸に配置されると共にアクチュエータ２５に接続されており、第２プラネタリキャリアＣ２はステータ１０に固定されている。
【００２９】
アクチュエータ２５は、外部から入力される制御信号に応じて、油圧により第１プラネタリキャリアＣ１を正転方向又は逆転方向に回転させ、或いは回転軸２回りの第１プラネタリキャリアＣ１の回転を規制する。そして、アクチュエータ２５によって第１プラネタリキャリアＣ１が回転すると、外側ロータ１２と内側ロータ１１間の相対的な位置関係（位相差）が変化する。
【００３０】
図２（ｂ）は、遊星歯車機構３０における第１リングギアＲ１と、第１プラネタリキャリアＣ１と、サンギアＳと、第２プラネタリキャリアＣ２と、第２リングギアＲ２の回転速度の関係を示した図であり、縦軸が各ギアの回転速度Ｖrに設定されている。
【００３１】
図２（ｂ）において、ステータ１０に固定された第２プラネタリキャリアＣ２の速度はゼロである。そのため、第２リングギアＲ２及び内側ロータ１１は、例えば逆転方向（Ｖr＜０）に回動するサンギアＳに対して、第２リングギアＲ２に対するサンギアＳのギア比ｇ２に応じた速度で正転方向（Ｖr＞０）に回転することになる。
【００３２】
ここで、アクチュエータ２５が非作動状態（アクチュエータ２５による第１プラネタリキャリアＣ１の回動がなされていない状態）にあるときは、第１プラネタリキャリアＣ１の回転速度はゼロである。そのため、第１リングギアＲ１及び外側ロータ１２は、回転するサンギヤＳに対して、第１リングギアＲ１に対するサンギアＳのギア比ｇ１に応じた速度で逆方向に回転する。そして、ギヤ比ｇ１とギヤ比ｇ２は略同等（ｇ１≒ｇ２）に設定されているので、内側ロータ１１と外側ロータ１２は同期して回転し、内側ロータ１１と外側ロータ１２間の位相差が一定に維持される。
【００３３】
一方、アクチュエータ２５が作動状態（アクチュエータ２５により第１プラネタリキャリアＣ１が回動している状態）にあるときは、第１リングギアＲ１及び外側ロータ１２は、回転するサンギアＳに対して、第１リングギアＲ１に対するサンギアＳのギア比ｇ１に応じた速度に対して、第１プラネタリキャリアＣ１の回動分だけ増速又は減速されて、逆方向に回転する。そして、これにより、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差が変化する。
【００３４】
また、アクチュエータ２５は、第１リングギアＲ１に対するサンギアＳのギア比ｇ１と電動機１の極対数Ｐに対して、少なくとも、機械角度β（度）＝（180／Ｐ）×ｇ１／（１＋ｇ１）だけ、第１プラネタリキャリアＣ１を正転方向又は逆転方向に回動可能に構成されている。
【００３５】
そのため、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更することができ、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能である。
【００３６】
図３（ａ）は界磁強め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３が大きくなる。一方、図３（ｂ）は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３が小さくなる。
【００３７】
図４は、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態において、電動機１を所定回転数で作動させた場合にステータ１０の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧（Ｖ）に設定され、横軸が電気角（度）に設定されている。図中ａが図３（ａ）の状態（界磁強め状態）であり、ｂが図３（ｂ）の状態（界磁弱め状態）である。図４から、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。
【００３８】
そして、このように、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Ｋeが一定である場合に比べて、電動機１の出力トルク及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、電動機の制御として一般的なｄｑ座標変換により、ｄ軸（界磁軸）側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、電動機１の銅損が減少するため、電動機１を作動させるときの効率を高めることができる。
【００３９】
次に、図５〜図１４を参照して、本発明の電動機の制御装置について説明する。図５に示した電動機の制御装置（以下、単に制御装置という）は、電動機１を界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とした２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、外部から与えられる目標トルクＴr_cが電動機１から出力されるように、電動機１に対する通電量を制御するものである。
【００４０】
制御装置はＣＰＵ、メモリ等により構成される電子ユニットであり、トルク指令Ｔr_c（本発明の目標トルクに相当する）と、電動機１の回転数Ｎmと、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差θd（以下、ロータ位相差θdという）の検出値θd_sに応じた電動機１の誘起電圧定数Ｋeの算出値Ｋe_sとに基いて、ｄ軸側の電機子（以下、ｄ軸電機子という）の通電量（以下、ｄ軸電流という）の指令値Ｉd_cとｑ軸側の電機子（以下、ｑ軸電機子という）の通電量（以下、ｑ軸電流という）の指令値Ｉq_cとを算出する電流指令算出部５０、電流センサ６０，６１により検出されてバンドパスフィルタ５７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７０により検出される外側ロータ１２のロータ角度θmとに基づいて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部５６、減算器５１により算出されるｄ軸電流の指令値Ｉd_cと検出値Ｉd_sの偏差ΔＩd及び減算器５２で算出されるｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sの偏差ΔＩqが減少するように、ｄ軸電機子に印加する電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値Ｖd_cとｑ軸電機子に印加する電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値Ｖq_cとを決定する電流フィードバック制御部５３、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cを大きさｒと角度θの成分に変換するｒθ変換部５４、該大きさｒと角度θの成分をＰＷＭ制御により３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧に変換するＰＷＭ演算部５５、及び減算器５１にロータ位相差θdの指令値θd_cと検出値θd_sとの偏差を減少させるためのＩd電流の補正値Ｉd_eを加える界磁制御部６０を備えている。
【００４１】
なお、電流指令算出部５０と、電流フィードバック制御部５３と、界磁制御部６０とにより、本発明の通電制御手段が構成される。
【００４２】
さらに、制御装置は、レゾルバ７０により検出される外側ロータ１２のロータ角度θmを微分して電動機１の単位時間あたりの回転数Ｎmを算出する回転数算出部７１、トルク指令値Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電動機１の駆動回路（ＰＷＭ演算部５５に含まれる）に電力供給する電源（図示しない）の電圧Ｖdcと温度センサ７２（本発明の温度検知手段に相当する）により検出される電動機１の巻線の温度Ｔh1及びロータ磁石の温度Ｔh2とに基いて、誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cを算出するＫe指令算出部９０、ロータ位相差θdを検出する位相差検出器２６、ロータ位相差θdを誘起電圧定数Ｋeに変換するＫe算出部９２、誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cと検出値Ｋe_sとの偏差ΔＫeを算出する減算器９１、及び該偏差ΔＫeとＫe_sとにより位相差の指令値θd_cを決定してアクチュエータ２５に出力する位相差制御部８０を備えている。なお、Ｋe指令算出部９０、位相差制御部８０、Ｋe算出部９２、及び減算器９１により、本発明のロータ位相差制御手段が構成される。
【００４３】
次に、Ｋe指令算出部９０は、電動機１の効率及び損失を考慮して誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cを算出するが、その前提となる電動機１の効率及び損失の考え方と、電動機１の効率及び損失に応じた誘起電圧定数の指令値Ｋe_cの算出方法について図６〜図１０を参照して説明する。
【００４４】
先ず、電動機１に供給することができる電流の上限値をＩam、電圧の上限値をＶamとおくと、以下の式（１）、式（２）が成り立つ。
【００４５】
【数１】
0004749936.tif 000002
【００４６】
但し、Ｉa：相電流、Ｉd：ｄ軸電流、Ｉq：ｑ軸電流、Ｉam：電流の上限値。
【００４７】
【数２】
0004749936.tif 000003
【００４８】
但し、Ｖa：相電圧、Ｖd：ｄ軸電圧、Ｖq：ｑ軸電圧、ω：角速度、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｋe：誘起電圧定数、Ｒa：ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗、Ｖam：電圧の上限値。
【００４９】
ここで、Ｖom＝Ｖam−Ｒa・Ｉam とおき、誘起電圧Ｖoの制限を以下の式（３）のようにおく。
【００５０】
【数３】
0004749936.tif 000004
【００５１】
但し、Ｖo：誘起電圧、Ｖom：誘起電圧の制限値。
【００５２】
ここで、誘起電圧定数Ｋeを（すなわち磁束密度φaを）最大、中間、最小という３段階に可変する場合に、上記式（１）及び式（３）について図示したのが図６（ａ）〜図６（ｃ）である。
【００５３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、縦軸をｑ軸電流（Ｉq）に設定し、横軸をｄ軸電流（Ｉd）に設定して、上記式（１）をＩa＝Ｉa1，Ｉa2（Ｉa2＜Ｉa1）について図示し、上記式（３）をω＝ω1，ω2，ω3（ω1＜ω2＜ω3）について図示したものである。また、図６（ａ）は誘起電圧定数Ｋeが最大であるとき、図６（ｂ）は誘起電圧定数Ｋeが中間であるとき、図６（ｃ）は誘起電圧定数Ｋeが最小であるときを示している。
【００５４】
図６（ａ）の誘起電圧定数Ｋeを最大としたときは、相電流Ｉaの上限値ＩamをＩam2に設定すると、ωがω2，ω3となったときに選択可能なｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの範囲がなくなってしまう。それに対して、図６（ｂ）の誘起電圧定数Ｋeを中間にしたときには、相電流Ｉaの上限値ＩamをＩam2に設定しても、ωがω3まで上昇したときに図中Ｓa1の範囲内でｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの選択が可能である。
【００５５】
また、図６（ｃ）の誘起電圧定数Ｋeを最小にしたときには、相電流Ｉaの制限値ＩamをＩam2に設定して、ωがω3まで上昇したときに選択可能なｑ軸電流Ｉqとｄ軸電流の範囲が、図中Ｓa2の範囲に拡大する。
【００５６】
このように、誘起電圧定数Ｋeが小さいほど、図６（ａ）〜図６（ｃ）における上記式（３）による楕円グラフの中心が原点（Ｉd＝０，Ｉq＝０）に近づいて、電動機１を高回転で作動させるときのｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの選択範囲が広くなる。そのため、電動機１の高回転域における制御可能範囲を拡大することができる。しかしながら、誘起電圧定数Ｋeが小さいほど磁束密度φaが小さくなるため、同一のｑ軸電流Ｉqを供給したときに電動機１に生じるトルクが低くなって電動機１の効率が低下する。
【００５７】
次に、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、仕様が異なる電動機１において、誘起電圧定数Ｋeを三段階（最大，中間，最小）に切り替えて界磁制御を行う場合の電動機１の出力範囲（トルクと回転数の選択可能範囲）を例示したものであり、縦軸が電動機１の出力トルク（Ｔr）に設定され、横軸が電動機１の回転数（Ｎm）に設定されている。
【００５８】
図７（ａ）〜図７（ｃ）において、ｇaは電動機１の出力保証範囲の境界ラインであり、ｇaとＴr軸及びＮm軸とにより囲まれる領域Ｇが電動機１の出力保証範囲となる。また、Ｋlは誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの電動機１の出力範囲の境界ライン、Ｋmは誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの電動機１の出力範囲の境界ライン、Ｋsは誘起電圧定数Ｋeを最小としたきの電動機１の出力範囲の境界ラインである。
【００５９】
図７（ａ）の例では、誘起電圧定数Ｋeを最大、中間、最小のいずれに設定しても、出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができる。それに対して、図７（ｂ）の例では、誘起電圧定数Ｋeを最大に設定したときは出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができるが、誘起電圧定数Ｋeを中間及び最小に設定したときには、トルクの不足により出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができない。
【００６０】
また、図７（ｃ）の例では、誘起電圧定数Ｋeを最大に設定したときに、高回転域で出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができない。また、誘起電圧定数Ｋeを中間に設定したときに、低回転域でトルクが不足すると共に高回転域でもトルクが不足して、出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができない。さらに、誘起電圧定数Ｋeを最小に設定したときには、低回転域でトルクが不足して、出力保証範囲Ｇを維持して電動機１を作動させることができない。
【００６１】
以上、図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照して説明したように、誘起電圧定数Ｋeの設定に応じて電動機１の出力範囲が変化するため、誘起電圧定数Ｋeの設定可能範囲は、電動機１の出力保証範囲が維持されるように決定する必要がある。
【００６２】
次に、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照して、上記式（１），式（３）による相電流Ｉaと相電圧Ｖaの制限条件を満たす誘起電圧定数Ｋeの範囲で、電動機１の損失が最小となるｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqを決定する処理について説明する。
【００６３】
図８（ａ）はｄ軸の等価回路であり、図中Ｒa，Ｒcはｄ軸電機子の抵抗、Ｌdはｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、ωＬqＩoqはｑ軸電流Ｉqの通電によりｄ軸電機子に生じる誘起電圧を示している。また、図８（ｂ）はｑ軸の等価回路であり、図中Ｒa，Ｒcはｑ軸電機子の抵抗、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、ωＬdＩodはｄ軸電流Ｉdの通電によりｑ軸電機子に生じる誘起電圧を示している。
【００６４】
図８（ａ）、図８（ｂ）の等価回路において、先ず、電動機１のトルクＴr、出力Ｐ、銅損Ｗc、鉄損Ｗiは、以下の式（４）〜式（７）により算出することができる。
【００６５】
【数４】
0004749936.tif 000005
【００６６】
但し、Ｔr：トルク、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス。
【００６７】
【数５】
0004749936.tif 000006
【００６８】
但し、Ｐ：電動機の出力。
【００６９】
【数６】
0004749936.tif 000007
【００７０】
但し、Ｗc：電動機の銅損。
【００７１】
【数７】
0004749936.tif 000008
【００７２】
但し、Ｗi：電動機の鉄損。
【００７３】
そして、以下の式（８）に示したように、電動機１の損失Ｗlossを上記式（６）の銅損Ｗcと上記式（７）の鉄損Ｗiで代表させて示すと、角速度ωとトルクＴrが与えられたときに、Ｗlossが最小となるＩodを、以下の式（９）によって算出することができる。なお、電動機の損失は、電動機に供給された電力から電動機の出力を減じたものとなり、銅損Ｗcと鉄損Ｗiの他に、電動機の機械損や駆動回路の電力損失等も含めて損失Ｗcを算出するようにしてもよい。
【００７４】
【数８】
0004749936.tif 000009
【００７５】
但し、Ｗloss：電動機の損失、Ｗc：電動機の銅損、Ｗi：電動機の鉄損。
【００７６】
【数９】
0004749936.tif 000010
【００７７】
また、上記式（９）により算出したＩodと誘起電圧定数Ｋeの設定値を上記式（４）に代入して、Ｉoqを算出することができる。そして、図８（ａ）の等価回路から以下の式（１０）によりＩdを算出することができ、図８（ｂ）の等価回路から以下の式（１１）によりＩqを算出することができる。
【００７８】
【数１０】
0004749936.tif 000011
【００７９】
【数１１】
0004749936.tif 000012
【００８０】
また、ロータ位相差を変更して誘起電圧定数Ｋeを可変する場合、Ｋeの最大値をＫe_maxとして、可変範囲内の誘起電圧定数をＫe＝ｋ・Ｋe_maxと表すと、以下の式（１２）により電動機の損失が最小となるｋを算出することができる。
【００８１】
【数１２】
0004749936.tif 000013
【００８２】
上記式（１２）により、電動機の角速度ωとトルクＴrが与えられたときの誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cを求めることができる。図８（ｃ）は、上記式（８）を縦軸を損失Ｗlossに設定し、横軸を誘起電圧定数Ｋeに設定して示したものであり、Ｗl1の例ではＫeの可変範囲（Ｋe_1〜Ｋe_3）の下限であるＫe_1でＷlossが最小となる。また、Ｗl2の例ではＫe_2でＷlossが最小となり、Ｗl3の例ではＫe_3でＷlossが最小となる。このようにして、電動機の損失が最小となる誘起電圧定数Ｋeを決定することができる。
【００８３】
次に、電動機の損失を最小にして電動機の効率が最高となるように誘起電圧定数Ｋeを大きく設定すると、回転時に電動機の電機子に生じる誘起電圧が高くなり、電動機の相電圧Ｖaと制限電圧Ｖamとの差が減少する。そのため、電動機の出力範囲の上限回転数が低くなる。そして、この場合は、例えば電動機に接続された変速機の故障や駆動回路の故障により、電動機の回転数が急激に上昇したときに、電動機の相電圧Ｖaが制限電圧Ｖamを超えて制御不能となるまでの余裕度が小さくなる。
【００８４】
そこで、制御装置は、電動機の出力範囲における回転数の上限を高めて、電動機に接続された変速機の故障や駆動回路の故障等のフェイル（異常）に対する余裕度を確保するための制御を行う。
【００８５】
図９は、電動機の効率を重視して誘起電圧定数Ｋeを選択する「効率向上制御」と、電動機の高回転域における動作範囲の確保とフェイルに対する電動機の余裕度を重視して誘起電圧定数Ｋeを選択する「誘起電圧減少制御」とを、切替えて実行する場合の誘起電圧定数Ｋeの選択範囲の設定手順を示しており、(i)〜(v)においては、縦軸がトルクＴrに設定され、横軸が回転数Ｎmに設定されている。また、ｇaは電動機の動作保証範囲の境界ラインである。
【００８６】
(i)は誘起電圧定数Ｋeを最大に設定したときの電動機の出力特性を示しており、Ｋlは電動機の出力範囲の境界ライン、Ｌa1は損失１kwの境界ライン、Ｌb1は損失２kwの境界ライン、Ｌc1は損失３kwの境界ラインである。また、(ii)は誘起電圧定数Ｋeを中間に設定したときの電動機の出力特性を示しており、Ｋmは電動機の出力範囲の境界ライン、Ｌa2は損失１kwの境界ライン、Ｌb2は損失２kwの損失ライン、Ｌc2は損失３kwの境界ラインである。また、(iii)は誘起電圧定数Ｋeを最小に設定したときの電動機の出力特性を示しており、Ｋsは電動機の出力範囲の境界ライン、Ｌa3は損失１kwの境界ライン、Ｌb3は損失２kwの境界ライン、Ｌc3は損失３kwの境界ラインである。(i)〜(iii)により、誘起電圧定数Ｋeの相違により、同じレベルの電動機の損失が生じる範囲が異なることがわかる。
【００８７】
次に、(iv)は、(i)〜(iii)を合成して、電動機の損失が同一であれば、誘起電圧定数Ｋeを極力大きくして電動機の効率を高めるための誘起電圧定数Ｋeの選択パターンを示したものである。
【００８８】
(iv)において、Ｂa1はｇaとＫmと誘起電圧定数Ｋeの最大時と中間時の境界ラインｄ1とＴr軸及びＮm軸とにより囲まれた範囲であり、Ｂa1においては最大の誘起電圧定数Ｋeが選択される。また、Ｂa2はｄ1と誘起電圧定数Ｋeの中間時と最小時の境界ラインｅ1とＫmとＫsとＮm軸とにより囲まれた範囲であり、Ｂa2においては中間の誘起電圧定数Ｋeが選択される。また、Ｂa3はｅ1とＫsとｇaとＮm軸とにより囲まれた範囲であり、Ｂa3においては最小の誘起電圧定数Ｋeが選択される。
【００８９】
一方、（v)は(i)〜(iii)を合成して、(iv)の選択パターンに対して電動機の損失が１kw（本発明の所定レベルに相当する）増加する範囲内で、誘起電圧定数Ｋeを極力小さくするための選択パターンを示したものである。
【００９０】
(v)において、Ｆa1はｇaとＫmと誘起電圧定数Ｋeの最大時と中間時の境界ラインｄ2とＴr軸とにより囲まれた範囲であり、Ｆa1においては最大の誘起電圧定数Ｋeが選択される。また、Ｆa2はｄ2と誘起電圧定数Ｋeの中間時と最小時の境界ラインｅ2とＫmとＫsとＴr軸とにより囲まれた範囲であり、Ｆa2においては中間の誘起電圧定数Ｋeが選択される。また、Ｆa3はｅ2とＫsとｇaとＴr軸及びＮm軸とにより囲まれた範囲であり、Ｆa3においては最小の誘起電圧定数Ｋeが選択される。
【００９１】
そして、制御装置は、図１０（ａ）に示したように、電源電圧Ｖdc＝Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，…に対応した図９の(iv)の選択パターンをそれぞれマップ化した基本ＫeマップＢm１，Ｂm2，Ｂm3，…と、電源電圧Ｖdc＝Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，…に対応した図９の(v)の選択パターンをそれぞれマップ化したフェイル対応ＫeマップＦm1，Ｆm2，Ｆm3，…のデータをメモリ（図示しない）に記憶している。
【００９２】
次に、図１１に示したフローチャートに従って、制御装置によるロータ位相差θdの制御処理の第１の実施形態について説明する。
【００９３】
［第１の実施形態］図１１のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ２０及びＳＴＥＰ３０はＫe指令算出部９０による処理であり、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ１でトルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcとを取得する。そして、ＳＴＥＰ２で、Ｋe指令算出部９０は、トルク指令Ｔr_cにより、無通電状態（Ｔr_c＝０）又は低トルク運転状態（Ｔr_c≦低トルク閾値）であるか否かを判断する。
【００９４】
無通電状態又は低トルク運転状態であったときはＳＴＥＰ２０に分岐し、Ｋe指令算出部９０は、誘起電圧定数Ｋeを最小に決定してＳＴＥＰ７に進む。なお、トルク指令値Ｔr_cが低トルク閾値以下である状態が所定時間以上継続したときに、電動機１が低トルク運転状態にあると判断するようにしてもよい。
【００９５】
一方、ＳＴＥＰ２で電動機１が無通電状態でも低トルク運転状態でもないと判断されたときはＳＴＥＰ３に進み、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ１で取得したトルク指令Ｔr_c，回転数Ｎm，電源電圧Ｖdcに対応した動作点における電動機１の損失Ｗlossを取得する。具体的には、図１２（ａ）に示したＴr，Ｎm，Ｖdc／Ｗlossの対応マップに、ＳＴＥＰ１で取得したトルク指令Ｔr_c，回転数Ｎm，電源電圧Ｖdcを適用して、対応する動作点における電動機１の損失Ｗlossを取得する。なお、図１２（ａ）に示したＴr，Ｎm，Ｖdc／Ｗlossの対応マップは、実験結果等に基いて作成され、該マップのデータは予めメモリ（図示しない）に記憶されている。
【００９６】
続くＳＴＥＰ４で、Ｋe指令算出部９０は、電動機１の巻線温度Ｔh1とロータ磁石の温度Ｔh2とに基いて電動機温度ＴMOTを取得する。電動機温度ＴMOTは電動機１の全体的な温度を示し、例えば巻線温度Ｔh1とロータ磁石の温度Ｔh2の加重平均により算出される。なお、巻線温度Ｔh1又はロータ磁石の温度Ｔh2をそのまま電動機温度ＴMOTとしてもよい。
【００９７】
そして、次のＳＴＥＰ５で、Ｋe指令算出部９０は、図１２（ｂ）に示した領域判定用のグラフにＳＴＥＰ３で取得した電動機１の損失ＷlossとＳＴＥＰ４で取得した電動機温度ＴMOTとを適用して、電動機１の損失Ｗlossが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあるか否かを判断する。
【００９８】
具体的には、電動機１が「誘起電圧減少制御」の実行が可能なフェイル対応可能領域（図中ＦPa1の領域）にあるときに、電動機１の損失Ｗlossが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断する。また、電動機１が「誘起電圧減少制御」の実行が不能なフェイル対応不可領域（図中ＦIa1の領域）にあるときに、電動機１の損失Ｗlossが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にないと判断する。
【００９９】
図１２（ｂ）のグラフにおいては、縦軸が電動機１の損失Ｗlossに設定され、横軸が電動機１の温度ＴMOTに設定されており、図中Ｆl1はフェイル対応可能領域（ＦPa1）とフェイル対応不可領域（ＦIa1）との境界線を示している。例えば、図中Ｐ11（電動機１の損失ＷlossがＷloss_1、電動機温度ＴMOTがＴMOT_1である状態）は、フェイル対応可能領域（ＦPa1）内にあるので、電動機１の損失Ｗloss_1は電動機１の温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断される。また、図中Ｐ12（電動機１の損失ＷlossがＷloss_2、電動機１の温度ＴMOTがＴMOT_2である状態）は、フェイル対応不可領域（ＦIa1）内にあるので、電動機１の損失Ｗloss_2は電動機１の温度ＴMOTに対して許容範囲内にないと判断される。
【０１００】
そして、ＳＴＥＰ５で電動機１の損失Ｗlossが電動機の温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断されたときはＳＴＥＰ６に進み、Ｋe指令算出部９０は、図１０（ａ）に示したフェイル対応ＫeマップＦm1，Ｆm2，Ｆm3，…に、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcとを適用して対応する誘起電圧定数Ｋeを決定し、ＳＴＥＰ７に進む。なお、フェイル対応ＫeマップＦm1，Ｆm2，Ｆm3，…により、電動機１の効率が最良となる状態（この状態における電動機１の効率が本発明の制限効率に相当する）から電動機１の損失が所定レベル（１kw）増大する誘起電圧定数Ｋeを決定する際には、電動機１の損失が推定されるが、このように電動機１の損失を推定する構成が本発明の損失推定手段に相当する。
【０１０１】
一方、ＳＴＥＰ５で電動機１の損失Ｗlossが電動機１の温度ＴMOTに対して許容範囲内にないと判断されたときにはＳＴＥＰ３０に分岐し、Ｋe指令算出部９０は、図１０（ａ）に示した基本ＫeマップＢm1，Ｂm2，…に、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcとを適用して対応する誘起電圧定数Ｋeを決定し、ＳＴＥＰ７に進む。
【０１０２】
ＳＴＥＰ７で、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ２０、ＳＴＥＰ６又はＳＴＥＰ３０で決定した誘起電圧定数Ｋeを、誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cとして減算器９１に出力する。続くＳＴＥＰ８は位相差制御部８０による処理であり、位相差制御部８０は、減算器９１により算出される誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cと検出値Ｋe_sとの偏差ΔＫeをＫe_sに加算して、図１０（ｂ）に示したロータ位相差θdと誘起電圧定数Ｋeの変換マップに適用する。
【０１０３】
そして、位相差制御部８０は、該変換マップにより求めたロータ位相差θdを、ロータ位相差θdの指令値θd_cとしてアクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１のロータ位相差θdが変更される。
【０１０４】
この場合、ＳＴＥＰ６，ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８の処理により「誘起電圧減少制御」が実行され、ＳＴＥＰ３０，ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８の処理により「効率向上制御」が実行される。また、ＳＴＥＰ２０，ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８の処理により、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが最小に設定され、これにより、無通電運転時及び低トルク運転時におけるロータ磁石の磁束による鉄損から生じる引きずり損失を低減することができる。
【０１０５】
また、ＳＴＥＰ８でロータ位相差の指令値θd_cがアクチュエータ２５に出力されてから、実際に内側ロータ１１がθd_cに対応した位置に移動するまでにはある程度の時間遅れが生じる。そこで、界磁制御部６０は、ロータ位相差の指令値θd_c（本発明のロータ位相差の目標値に相当する）と検出値θd_sとの偏差を減少させるように、加算器５１にｄ軸電流の補正値Ｉd_eを加算する。これにより、アクチュエータ２５の応答遅れによる界磁の過不足を減少させることができる。
【０１０６】
以上説明した図１１の処理により、電動機温度ＴMOTに対する電動機１の損失Ｗlossが小さく損失による発熱に対する余裕度が大きいときは、「フェイル対応Ｋeマップ」により電動機１の誘起電圧定数Ｋeを小さくする「誘起電圧減少制御」が実行される。そして、これにより、電動機１に連結された変速機の故障や電動機１の駆動回路の故障等のフェイルが生じて電動機１の回転数が急増したときに、電動機１の電機子に生じる誘起電圧の上昇度合が小さくなるため、誘起電圧の増加により電動機１の相電圧が電源電圧以上となって電動機１の通電制御が不能となることを防止することができる。
【０１０７】
また、電動機温度ＴMOTに対する電動機１の損失Ｗlossが大きく損失による発熱に対する余裕度が低いときには、「基本Ｋeマップ」により電動機１の誘起電圧定数Ｋeを大きして、電動機１の効率を向上させる「効率向上制御」が実行される。そして、これにより、熱損失による電動機１の発熱が抑制されるため、温度上昇による電動機１の性能低下を防止することができる。
【０１０８】
次に、図１３に示したフローチャートに従って、制御装置によるロータ位相差θdの制御処理の第２の実施形態について説明する。
【０１０９】
［第２の実施形態］図１３のＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５６，ＳＴＥＰ６０及びＳＴＥＰ７０はＫe指令算出部９０による処理であり、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ５０でトルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcを取得する。そして、ＳＴＥＰ５１で、Ｋe指令算出部９０は、トルク指令Ｔr_cにより、無通電状態（Ｔr_c＝０）又は低トルク運転状態（Ｔr_c≦低トルク閾値）であるか否かを判断する。
【０１１０】
ＳＴＥＰ５１は図１１のＳＴＥＰ２と同様の処理であり、無通電状態又は低トルク運転状態であったときはＳＴＥＰ６０に分岐し、Ｋe指令算出部９０は、誘起電圧定数Ｋeを最小に決定してＳＴＥＰ５６に進む。
【０１１１】
一方、ＳＴＥＰ５１で電動機１が無通電状態でも低トルク運転状態でもないと判断されたときはＳＴＥＰ５２に進み、Ｋe指令算出部９０は、図１１のＳＴＥＰ４の処理と同様に、電動機１の巻線温度Ｔh1とロータ磁石の温度Ｔh2とに基いて電動機温度ＴMOTを取得する。
【０１１２】
続くＳＴＥＰ５３で、Ｋe指令算出部９０は、電動機温度ＴMOTの単位時間あたりの上昇率ΔＴMOTを取得する。図１４（ａ）は電動機温度ＴMOTの変化を例示したグラフであり、縦軸が電動機温度ＴMOTに設定され、横軸が時間ｔに設定されている。図１４（ａ）では、ｔ10における電動機温度ＴMOTがＴMOT_2で上昇率ΔＴMOTはΔＴMOT_1（単位時間Δｔu）となっており、ｔ11における電動機温度ＴMOTがＴMOT_1で上昇率ΔＴMOTはΔＴMOT_2となっている。また、ＴMOT_lmtは、「誘起電圧減少制御」の実行が可能なフェイル対応可能領域を判断するための上限温度であり、ｔ12〜ｔ13で電動機温度ＴMOTがＴMOT_lmt以上となっている。
【０１１３】
続くＳＴＥＰ５４で、Ｋe指令算出部９０は、図１４（ｂ）に示した領域判定用のグラフに、ＳＴＥＰ５２で取得した電動機温度ＴMOTとＳＴＥＰ５３で取得した電動機温度ＴMOTの上昇率ΔＴMOTとを適用して、電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあるか否かを判断する。
【０１１４】
具体的には、電動機１が「誘起電圧減少制御」の実行が可能なフェイル対応可能領域（図中ＦPa2の領域）にあるときに、電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断する。また、電動機１が「誘起電圧減少制御」に実行が不能なフェイル対応不可領域（図中ＦIa2の領域）にあるときに、電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にないと判断する。
【０１１５】
図１４（ｂ）のグラフにおいては、縦軸が電動機温度ＴMOTの上昇率ΔＴMOTに設定され、横軸が電動機温度ＴMOTに設定されており、図中Ｆl2がフェイル対応可能領域（ＦPa2）とフェイル対応不可領域（ＦIa2）との境界線を示している。例えば、図中Ｐ21（電動機温度ＴMOTがＴMOT_1、上昇率ΔＴMOTがΔＴMOT_1である状態）は、フェイル対応可能領域（ＦPa2）内にあるので、電動機１の温度上昇率ΔＴMOTは電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断される。また、図中Ｐ22（電動機温度ＴMOTがＴMOT_2、上昇率ΔＴMOTがΔＴMOT_2である状態）は、フェイル対応不可領域（ＦIa2）内にあるので、電動機１の温度上昇率ΔＴMOTは電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断される。
【０１１６】
そして、ＳＴＥＰ５４で電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にあると判断されたときはＳＴＥＰ５５に進み、Ｋe指令算出部９０は、図１０（ａ）に示したフェイル対応ＫeマップＦm1，Ｆm2，Ｆm3，…に、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcとを適用して対応する誘起電圧定数Ｋeを決定し、ＳＴＥＰ５６に進む。
【０１１７】
一方、ＳＴＥＰ５４で電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが電動機温度ＴMOTに対して許容範囲内にないと判断されたときはＳＴＥＰ７０に分岐し、Ｋe指令算出部９０は、図１０（ａ）に示した基本ＫeマップＢm1，Ｂm2，…に、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電源電圧Ｖdcとを適用して対応する誘起電圧定数Ｋeを取得し、ＳＴＥＰ５６に進む。
【０１１８】
続くＳＴＥＰ５６とＳＴＥＰ５７は、上述した図１１のＳＴＥＰ７及びＳＴＥＰ８と同様の処理であり、ＳＴＥＰ５６で、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ６０、ＳＴＥＰ５５又はＳＴＥＰ７０で決定した誘起電圧定数Ｋeを、誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cとして減算器９１に出力する。
【０１１９】
また、ＳＴＥＰ５７で、位相差制御部８０は、減算器９１により算出される誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cと検出値Ｋe_sとの偏差ΔＫeをＫe_sに加算して、図１０（ｂ）に示したロータ位相差θdと誘起電圧定数Ｋeの変換マップに適用する。そして、位相差制御部８０は、該変換マップにより求めたロータ位相差θdを、ロータ位相差θdの指令値θd_cとしてアクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１のロータ位相差θdが変更される。
【０１２０】
この場合、ＳＴＥＰ５５，ＳＴＥＰ５６，ＳＴＥＰ５７の処理により「誘起電圧減少制御」が実行され、ＳＴＥＰ７０，ＳＴＥＰ５６，ＳＴＥＰ５７の処理により「効率向上制御」が実行される。また、ＳＴＥＰ６０，ＳＴＥＰ５６，ＳＴＥＰ５７の処理により、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが最小に設定され、これにより、無通電運転時及び低トルク運転時におけるロータ磁石の磁束による鉄損から生じる引きずり損失を低減することができる。
【０１２１】
以上説明した図１３の処理により、電動機温度ＴMOTに対する電動機１の温度上昇率ΔＴMOTが低く発熱に対する余裕度が大きいときは、「フェイル対応Ｋeマップ」により電動機１の誘起電圧定数Ｋeを小さくする「誘起電圧減少制御」が実行される。そして、これにより、電動機１に連結された変速機の故障や電動機１の駆動回路の故障等のフェイルが生じて電動機１の回転数が急増したときに、電動機１の電機子に生じる誘起電圧の上昇度合が小さくなるため、誘起電圧の増加により電動機１の相電圧が電源電圧以上となって電動機１の通電制御が不能となることを防止することができる。
【０１２２】
また、電動機温度ＴMOTに対する電動機の温度上昇率ΔＴMOTが高く発熱に対する余裕度が低いときには、「基本Ｋeマップ」により電動機１の誘起電圧定数Ｋeを大きして、電動機１の効率を向上させる「効率向上制御」が実行される。そして、これにより、熱損失による電動機１の発熱が抑制されるため、温度上昇による電動機１の性能低下を防止することができる。
【０１２３】
なお、本実施の形態では、電動機１のロータ位相差θdを最大、中間、最小の３段階に切替えて選択する例を示したが、２段階や４段階以上に切替え、或いは段階的ではなく連続的にロータ位相差θdを変更するようにしてもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、電動機１の温度を温度センサにより検知したが、電動機１に対する供給電力の積算値により電動機１の温度を推定して検知するようにしてもよい。この場合には、電動機１の温度変化を応答性良く検知することができる。
【０１２５】
また、電動機１の温度変化の履歴から電動機１の将来の温度変化を予測し、予測結果に基いて「効率向上制御」と「誘起電圧減少制御」を切替えるようにしてもよい。
【０１２６】
また、本実施の形態では、電動機１の温度に応じて、「誘起電圧減少制御」と「効率向上制御」とを切替えたが、かかる切替を行わずに「誘起電圧減少制御」のみを実行する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、「誘起電圧減少制御」において、電動機１の損失増加の許容範囲内で、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが最小となるようにロータ位相差θdを変更したが、必ずしも誘起電圧定数Ｋeを最小にする必要はなく、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを小さくすることにより本発明の効果を得ることができる。また、図１１のＳＴＥＰ２０及び図１３のＳＴＥＰ６０において、誘起電圧定数Ｋeを最小にしたが、この場合も必ずしも誘起電圧定数Ｋeを最小にする必要はなく、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを小さくすることにより本発明の効果を得ることができる。
【０１２８】
また、本実施の形態では、図５に示したように、Ｋe算出部９２により、位相差検出器２６により検出されたロータ位相差θdの検出値θd_sから誘起電圧定数Ｋeの検出値Ｋe_sを算出したが、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cとｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとに基いて、誘起電圧定数Ｋeの検出値Ｋe_sを算出するようにしてもよい。
【０１２９】
なお、本実施の形態では、本発明の電動機の制御装置として、電動機１を２相直流の回転座標であるｄｑ座標系による等価回路に変換して扱うものを示したが、２相交流の固定座標系であるαβ座標系による等価回路に変換して扱う場合においても、本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図。
【図２】図１に示したＤＣブラシレスモータの外側ロータと内側ロータの位相差を変更する機構の構成図及び作動説明図。
【図３】外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。
【図４】外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。
【図５】電動機の制御装置の制御ブロック図。
【図６】電流及び電圧の制限に対応した電流ベクトルの選択範囲の説明図。
【図７】誘起電圧定数の相違による電動機の出力範囲の変化の説明図。
【図８】電動機の損失が最小となる誘起電圧定数を算出する処理に関する説明図。
【図９】電動機の効率とフェイルに対する余裕度を考慮して誘起電圧定数を選択する処理の説明図。
【図１０】誘起電圧定数を決定するためのマップ及び２重ロータの位相差を決定するためのマップの説明図。
【図１１】電動機の温度に応じて、電動機の損失増加を許容して誘起電圧定数を小さくするように２重ロータの位相差を制御する処理の第１の実施形態のフローチャート。
【図１２】電動機の損失を求めるマップと電動機の温度に対する損失の許容範囲を判断するためのグラフの説明図。
【図１３】電動機の温度に応じて、電動機の損失増加を許容して誘起電圧定数を小さくするように２重ロータの位相差を制御する処理の第２の実施形態のフローチャート。
【図１４】電動機の温度上昇率の推移を例示したグラフと電動機の温度に対する温度上昇率の許容範囲を判断するためのグラフの説明図。
【図１５】駆動側と回生側における界磁弱め制御の必要性の説明図。
【符号の説明】
【０１３１】
１…電動機、２…電動機の回転軸、１０…ステータ、１１…内側ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外側ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５…アクチュエータ、３０…遊星歯車機構、Ｃ１…第１プラネタリキャリア、Ｃ２…第２プラネタリキャリア、Ｒ１…第１リングギア、Ｒ２…第２リングギア、Ｓ…サンギア、３１…第１プラネタリギア、３２…第２プラネタリギア、３３…サンギアの回転軸、３４…軸受け、３５…第１プラネタリキャリアの回転軸、５０…電流指令算出部、６０…界磁制御部、７２…温度センサ、８０…位相差制御部、９０…Ｋe指令算出部、９２…Ｋe算出部
【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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【図１５】
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