(57)【要約】【課題】演算速度の高いＣＰＵを用いなくても、電流制御が破綻することなく複数のロータの電流制御を実行することのできる回転電機の制御方法を提供する。【解決手段】複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機の制御方法において、各ロータのトルクに寄与する電流制御系を複数有しており、各々の電流制御系は、回転角速度の遅い方のロータの電流制御を、回転角速度の速い方のロータの制御周期のＮ倍（ここでＮは１以上の自然数）で完了するように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機の制御方法において、各ロータのトルクに寄与する電流制御系を複数有しており、各々の電流制御系は、回転角速度の遅い方のロータの電流制御を、回転角速度の速い方のロータの制御周期のＮ倍（ここでＮは１以上の自然数）で完了するように構成したことを特徴とする回転電機の制御方法。
【請求項２】
回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を１制御周期で実行することで完了させるとともに、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ個の処理に分割し、分割した各処理を、回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を実行する１制御周期と同一制御周期内で行い、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ制御周期に分割して実行することで完了するよう構成した請求項１に記載の回転電機の制御方法。
【請求項３】
複数のロータのうち回転数及びトルクがゼロ状態にあるロータに関する制御は実施しない請求項１または２に記載の回転電機の制御方法。
【請求項４】
複数のロータの回転角速度が同一の場合には、全ての電流制御系を同一周期で全て完了するように構成した請求項１または２に記載の回転電機の制御方法。
【請求項５】
２つのロータの極対数をそれぞれＰ１及びＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）とし、Ｐ１がＰ２の倍数で表される場合、双方とも同一駆動相数の電流で駆動させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御方法。
【請求項６】
複数のロータが同一相で駆動する場合、電流制御系を唯一保有し、その電流制御系を外部に設けた制御ロジック、または、外部に設けられた演算手段で計算する請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の一例として、独立して回転する、磁石極対数が異なる複数のロータと、ロータと対向して同軸状に配置されたステータとから構成され、ステータに複合電流を供給することによって、複数のロータを動じ且つ異なる速度で回転駆動するものが知られている（例えば、特許公報１）。この回転電機では、複合電流として通電する電流の角位相をはじめ、結線方法については言及しているが、その制御手法に関しての記載は無い。近年、制御方法を最適化したいとの要望が高くなってきている。
【特許文献１】特開２００１−１０３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、このような回転電機では、複数のロータを有する回転電機を複合電流で駆動する際、各ロータに寄与する電流制御系を複数保有する必要があり、さらに、目標トルクからロータ回転するを見て目標電流を演算することも必要であり、メモリの増大及び演算時間が長くなるといった課題があった。また、演算速度の速いＣＰＵを用いれば演算時間を短くする事は可能であるが、ＣＰＵ自体のコストが高くなり、信頼性の点からも実用的でないといった課題もあった。
【０００４】
本発明の目的は上述した課題を解消して、演算速度の高いＣＰＵを用いなくても、電流制御が破綻することなく複数のロータの電流制御を実行することのできる回転電機の制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転電機の制御方法は、複合電流によって駆動される複数のロータを有する回転電機の制御方法において、各ロータのトルクに寄与する電流制御系を複数有しており、各々の電流制御系は、回転角速度の遅い方のロータの電流制御を、回転角速度の速い方のロータの制御周期のＮ倍（ここでＮは１以上の自然数）で完了するように構成したことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の回転電機の制御方法の好適例としては、回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を１制御周期で実行することで完了させるとともに、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ個の処理に分割し、分割した各処理を、回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を実行する１制御周期と同一制御周期内で行い、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ制御周期に分割して実行することで完了するよう構成したこと、複数のロータのうち回転数及びトルクがゼロ状態にあるロータに関する制御は実施しないこと、複数のロータの回転角速度が同一の場合には、全ての電流制御系を同一周期で全て完了するように構成したこと、２つのロータの極対数をそれぞれＰ１及びＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）とし、Ｐ１がＰ２の倍数で表される場合、双方とも同一駆動相数の電流で駆動させること、複数のロータが同一相で駆動する場合、電流制御系を唯一保有し、その電流制御系を外部に設けた制御ロジック、または、外部に設けられた演算手段で計算することがある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の回転電機の制御方法にあっては、各ロータのトルクに寄与する電流制御系を複数有しており、各々の電流制御系は、回転角速度の遅い方のロータの電流制御を、回転角速度の速い方のロータの制御周期のＮ倍（ここでＮは１以上の自然数）で完了するように構成することで、必ずしも高速で演算する必要性のない回転角速度の遅い方の電流制御系の実行をＮ制御周期に分散し、その分、回転角速度の速い方の電流制御系の実行に費やすことができ、電流制御が破綻することなく複数のロータの電流制御を実行することができる。
【０００８】
なお、本発明の回転電機の制御方法にあっては、回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を１制御周期で実行することで完了させるとともに、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ個の処理に分割し、分割した各処理を、回転角速度の速い方の電流制御系の１回の演算を実行する１制御周期と同一制御周期内で行い、回転角速度の遅い方の電流制御系の１回の演算をＮ制御周期に分割して実行することで完了するよう構成しても良い。このように構成すれば、上述した電流制御が破綻することなく実行する複数のロータの電流制御をより効果的に実行することができる。
【０００９】
また、本発明の回転電機の制御方法にあっては、複数のロータのうち回転数及びトルクがゼロ状態にあるロータに関する制御は実施しないよう構成しても良い。このように構成すれば、上述した効果に加えて、停止したロータに関する演算を実行しないよう構成することで、余った演算時間を用いて、自己診断やモータ内部の熱の演算など時定数の長い演算を入れることが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の回転電機の制御方法にあっては、複数のロータの回転角速度が同一の場合には、全ての電流制御系を同一周期で全て完了するように構成しても良い。このように構成すれば、同一回転速度における演算時間を同じであるため、電流制御を破綻することなく実行することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の回転電機の制御方法にあっては、２つのロータの極対数をそれぞれＰ１及びＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）とし、Ｐ１がＰ２の倍数で表される場合、双方とも同一駆動相数の電流で駆動させるよう構成しても良い。このように構成すれば、ロータを同一の相数で駆動するように出来るために、電流制御系を全く同一にすることができ、これによるメモリの低減及び演算時間の低減を同時に図ることが可能である。
【００１２】
また、複数のロータが同一相で駆動する場合、電流制御系を唯一保有し、その電流制御系を外部に設けた制御ロジック、または、外部に設けられた演算手段で計算するよう構成しても良い。このように構成すれば、上述した制御方法をより効果的に実施することができるとともに、全く同一の制御ロジックをＰＬＤなどのハードを用いて適用することで、ＣＰＵ内部の演算ロジック量を極めて小さく抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の回転電機の制御方法が適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図であり、図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。
【００１４】
前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。
【００１５】
前記同芯多軸回転電機Ｍは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この同芯多軸回転電機Ｍは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤS2に連結されている。
【００１６】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤR1とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。
【００１７】
前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１８】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤR2とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。
【００１９】
図２は本発明の回転電機の制御方法における電流制御ロジックの実行タイミングの一例を説明するための図である。図２に示す例において、対象となる回転電機は、インナーロータが３極対、アウターロータが６極対で、ステータティースを１８個備えたモータである。インナーロータにトルクを生じせしめるときは６相交流電流を通電する。これによりインナーロータのみにトルクが発生する。一方、アウターロータにトルクを生じせしめるときは３相交流電流を通電する。これによりアウターロータのみにトルクが発生する。インナーロータ及びアウターロータに同時にトルクを発生させたい場合は、インナーロータ用の６相交流電流とアウターロータ用の３相交流電流とを加えた複合電流をステータに通電すれば良い。
【００２０】
図２に示す例において、電流制御ロジックは、インバータとモータを結ぶ６本の給電線に設置された６個の電流センサと、各ロータに設けられたロータ位置検出手段からの信号を読み込む事が必要である。まず、６個の電流に対して電流分離手段により複合電流分離演算を行い、インナーロータ用の６相交流電流(Ia,Ib,Ic,Id,Ie,If)とアウターロータ用の３相交流電流(Iu,Iv,Iw)に分離する（複合電流分離演算）。本例では、分離された６相交流電流及び３相交流電流を目標電流に一致させるために、電流制御系を２系統持つ。
【００２１】
電流制御系は、まず、得られた相電流（６相及び３相）をｄ軸、ｑ軸の二つの成分に分解する（６φ→ＤＱ演算、３φ→ＤＱ演算）。分解されたｄ軸電流、ｑ軸電流を目標のｄ軸電流、ｑ軸電流に定常偏差なく一致させるために、ＰＩ制御を行いｄ軸電圧、ｑ軸電圧を演算する（電流制御演算）。演算されたｄ軸電圧、ｑ軸電圧を用いて、インナーロータ用の６相電圧(Va,Vb,Vc,Vd,Ve,Vf)とアウターロータ用の３相電圧(Vu,Vv,Vw)を生成する。最後に、二つのロータの相電圧を加算してゲート駆動信号を生成し、生成したゲート駆動信号をパルス生成回路へ供給する（電圧複合化演算）。
【００２２】
本発明の特徴は、インナーロータ用及びアウターロータ用の電流制御系の演算を、回転角速度の速い方のロータ（ここではインナーロータ）では、ＣＰＵの１制御周期毎に毎回１回の演算を行い、１回の電流制御系の演算を完了し、一方、回転速度の遅い方のロータ（ここではアウターロータ）では、電流制御系の１回の演算をＮ個の部分に分割し、分割したＮ個の演算をＣＰＵのＮ（Ｎは１以上の自然数）制御周期で行い、１回の電流制御系の演算を完了する点にある。具体的には、図２に示す例において、回転角速度の遅いアウターロータ用の電流制御系の演算を、２つの演算Ａ、演算Ｂに分割し、分割した２つの演算Ａ、演算Ｂを２回の制御周期で順次実行する。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ連続する第１、第２、第３制御周期における演算の実行を説明するための図である。まず、図３（ａ）に示すように、第１の制御周期において、インナーロータに対する１回目の電流制御系の演算を実行し、続いてアウターロータに対する１回目の演算Ａを実行する。この際、アウターロータに対する１回目の演算Ａの結果を記憶しておく。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、アウターロータに対する前回の電流制御系の演算結果として電圧信号を更新せずに使用した電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の制御周期において、インナーロータに対する２回目の電流制御系の演算を実行し、続いてアウターロータに対する１回目の演算Ｂを実行する。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する２回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、記憶してある演算Ａの結果を利用して今回演算Ｂを行うことで求めた１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示すように、第３の制御周期において、インナーロータに対する３回目の電流制御系の演算を実行し、続いてアウターロータに対する２回目の演算Ａを実行する。この際、アウターロータに対する２回目の演算Ａの結果を記憶しておく。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する３回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、アウターロータに対する前回すなわち１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００２６】
以下、上述した工程を繰り返して行う。なお、各制御周期におけるインナーロータ及びアウターロータの電流制御系の演算以外の余った領域（１）、（２）には、例えば、（１）の領域では複合電流分離得演算、（２）の領域では電圧複合化演算を行ったり、その他の処理、例えば、自己診断やモータ内部の熱の演算などを行うことができる。
【００２７】
２種類の電流制御系は、回転角速度に応じて制御周期を変更することができる。以下、上述した本発明の回転電機の制御方法における具体例について説明する。上述した例では、まず電流センサにより得られた６個の電流をインナーロータ用の６相交流電流とアウターロータ用の３相交流電流に分離する。ここで、インナーロータの回転数を１００００（ｒｐｍ）即ち５００（Ｈｚ）、アウターロータの回転数を１０００（ｒｐｍ）即ち１００（Ｈｚ）とし、演算時間は１００（μｓｅｃ）で動作している。
【００２８】
演算時間を基に、インナーロータの１周期で２０回の演算が可能で、また、アウターロータの１周期で１００回の演算ができる。ここで、インナーロータの回転数が高いので、インナーロータ側の電流制御系は制御周期毎に実行し、アウターロータ側の回転数は低いので、アウターロータ側の電流制御系は２周期で一回実行しても問題ない。これにより、アウターロータの電流制御系を二つに分けて、前半部と後半部を２００（μｓｅｃ）で実行することができる。
【００２９】
上述した例では、アウターロータとインナーロータの各別に電流制御系を設けた例について説明したが、電流制御系を共用することもできる。以下そのような例について説明する。図４はアウターロータ６極対（Ｐ１＝６）、インナーロータ３極対（Ｐ２＝３）、１８スロットを有する回転電機を制御する際の位相の一例を説明するための図である。図４に示す例において、回転電機１０１は、ステータ１０２と、ステータ１０２の外側に同軸状に回転可能に設けられたアウターロータ１０３と、ステータ１０２の内側に同軸状に回転可能に設けられたインナーロータ１０４と、から構成されている。
【００３０】
本例では、アウターロータ１０３の極対数がインナーロータ１０４の極対数の倍数（２倍）のため、３相交流電流のみをステータ１０２に供給することで、アウターロータ１０３の駆動のみならずインナーロータ１０４の駆動をもすることがきる。すなわち、ステータ１０２のアウターロータ１０３と対向する外側の相順を従来通り反時計周りにみて…Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｕ、Ｖ、Ｗ…とするとともに、ステータ１０２のインナーロータ１０３と対向する内側の相順を反時計周りにみて…Ｕ、Ｕ、Ｖ、Ｖ、Ｗ、Ｗ…となるように構成することで、３相交流電流のみでアウターロータ１０３とインナーロータ１０４の両者を駆動することができる。なお、図４において、３相交流電流は、Ｕ相を基準としてＶ相はこれより１２０度位相が遅れており、Ｕ相を基準としてＷ相はこれより２４０度位相が遅れていることがわかる。これにより、電流制御系はインナーロータ用及びアウターロータ用ともに、電流分離後、３相→ｄｑ変換、ＰＩ制御、ｄｑ→３相逆変換といった全く同一のアルゴリズムで構築することができる。
【００３１】
図５は本発明の回転電機の制御方法における電流制御ロジックの実行タイミングの他の例を説明するための図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図５に示す例における演算の実行方法を説明するための図である。図５及び図６（ａ）〜（ｃ）に示す例では、図４に示す電流制御系を共用するロジックに対して本発明を適用した例を示している。図５に示すように、アウターロータ用の電流制御系とインナーロータ用の電流制御系は同一である。そのため、本発明を適用する際、同一の電流制御系を２つの演算Ａ、演算Ｂに分割し、インナーロータ（回転角速度が速い）とアウターロータ（回転角速度が遅い）とで、回転角速度に応じて処理を変えている。
【００３２】
すなわち、図６（ａ）に示すように、第１の制御周期において、インナーロータに対する１回目の電流制御系の演算すなわち演算Ａ＋Ｂを実行し、続いてアウターロータに対する１回目の演算Ａを実行する。この際、アウターロータに対する１回目の演算Ａの結果を記憶しておく。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、アウターロータに対する前回の電流制御系の演算結果として電圧信号を更新せずに使用した電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２の制御周期において、インナーロータに対する２回目の電流制御系の演算すなわち演算Ａ＋Ｂを実行し、続いてアウターロータに対する１回目の演算Ｂを実行する。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する２回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、記憶してある演算Ａの結果を利用して今回演算Ｂを行うことで求めた１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００３４】
次に、図６（ｃ）に示すように、第３の制御周期において、インナーロータに対する３回目の電流制御系の演算すなわち演算Ａ＋Ｂを実行し、続いてアウターロータに対する２回目の演算Ａを実行する。この際、アウターロータに対する２回目の演算Ａの結果を記憶しておく。そして、電圧複合化演算では、インナーロータに対する３回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号と、アウターロータに対する前回すなわち１回目の電流制御系の演算結果としての電圧信号とを加算して、ゲート駆動信号を生成する。
【００３５】
図７は回転角速度によるアウターロータ用とインナーロータ用の電流制御系の実行判定基準の一例を説明するためのグラフである。図７に示す例では、回転角速度によるジョブ実行をコントロールするための判定を設けており、縦軸にインナーロータの回転角速度を、横軸にアウターロータの回転角速度を示した場合、斜線でハッチングされた状態では、双方とも同じ演算時間例えば２００（μｓｅｃ）で実行する。一方、インナーロータの回転角速度が速くアウターロータの回転角速度が遅いハッチング部より上側の領域では、インナーロータ用の演算を例えば１００（μｓｅｃ）で実行し、アウターロータ用の演算を例えば２００（μｓｅｃ）で実行する。また、インナーロータの回転角速度が遅くアウターロータの回転角速度が速いハッチング部より下側の領域では、インナーロータ用の演算を例えば２００（μｓｅｃ）で実行し、アウターロータ用の演算を例えば１００（μｓｅｃ）で実行する。
【００３６】
なお、図５及び図６（ａ）〜（ｃ）に示す例のように、インナーロータ用及びアウターロータ用の電流制御系を共用できる場合は、上述した方法に加えて、電流制御系の演算をＣＰＵの制御周期内で実行せず、別のＰＬＤなどの制御ロジックまたは外部に設けられた演算手段で計算するよう構成すると、計算効率をより高くすることができる。また、上述した全ての実施例において、複数のロータのうち回転数及びトルクがゼロ状態にあるロータに関する制御を実施しないよう構成すると、同時に、計算効率をより高くすることができ、余った演算時間を用いて、自己診断やモータ内部の熱の演算などの時定数の長い演算を入れることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、メモリ及び演算時間の増大を抑制でき、コスト及び信頼性の点で実用的な本発明の回転電機の制御方法は、複数のロータを複合電流で駆動するタイプの各種モータ構造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の複軸多層モータ構造が適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。
【図２】本発明の回転電機の制御方法における電流制御ロジックの実行タイミングの一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図２に示す例において連続する第１、第２、第３制御周期における演算の実行を説明するための図である。
【図４】アウターロータ６極対（Ｐ１＝６）、インナーロータ３極対（Ｐ２＝３）、１８スロットを有する回転電機を制御する際の位相の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の回転電機の制御方法における電流制御ロジックの実行タイミングの他の例を説明するための図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図５に示す例における演算の実行方法を説明するための図である。
【図７】回転角速度によるアウターロータ用とインナーロータ用の電流制御系の実行判定基準の一例を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  回転電機
１０２  ステータ
１０３  アウターロータ
１０４  インナーロータ
【図１】
2005065472.tif 000003
【図２】
2005065472.tif 000004
【図３】
2005065472.tif 000005
【図４】
2005065472.tif 000006
【図５】
2005065472.tif 000007
【図６】
2005065472.tif 000008
【図７】
2005065472.tif 000009