(57)【要約】【課題】ロータ間位相角を性格に制御する。【解決手段】第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部１０２と、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部１１０と、を備える。電流指令生成部１１０は、ロータ回転数またはロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する。【選択図】図３
2017131043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、
回転電機の制御装置。
【請求項２】
回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記トルク指令生成部は、ロータ回転数に応じて前記トルク指令を変更し、
前記電流指令生成部は、前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、
回転電機の制御装置。
【請求項３】
回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変化させる、
回転電機の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転電機の制御装置であって、
前記トルク指令生成部は、前記トルク指令が正側か負側かでそれぞれ異なる係数を乗算する、
回転電機の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記ロータ間位相角の推定値を生成する位相角生成部を備え、
前記推定値を前記電流指令生成部に供給する、
回転電機の制御装置。
【請求項６】
回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、
前記ロータに対する磁界を発生するステータと、
を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
予め記録されたマップに基づいて、時間の経過に応じて電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令に基づいて回転電機の電流を制御する電流制御部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、ロータ回転数に応じて、前記電流指令を変化させる、
回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのシャフトに、永久磁石を備えるロータを２つ相対移動可能に設ける回転電機が知られている。この回転電機によれば、２つのロータの相対位置を調整することによって、ロータによる界磁を変更することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ロータに対するステータの電気角を進角させることによって、２つのロータの相対位置（位相差：ロータ間位相角）を変更することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-３８８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では２つのロータのロータ間位相角を０〜９０°の範囲で移動できることが記載されているが、０〜１８０°の範囲で変更することについて記載はない。また、回転数に応じて発生する誘起電圧にロータ間位相角制御に対する影響などを考慮していない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、ことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記トルク指令生成部は、ロータ回転数に応じて前記トルク指令を変更し、前記電流指令生成部は、前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変更する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記第１ロータ要素および第２ロータ要素間のロータ間位相角を変更することについてのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、予め記録されたマップに基づき、前記トルク指令を電流指令に変換する電流指令生成部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数または前記ロータ間位相角、または前記ロータ回転数および前記ロータ間位相角の両方に応じて、前記電流指令を変化させる、ことを特徴とする。
【０００９】
また、前記トルク指令生成部は、前記トルク指令が正側か負側かでそれぞれ異なる係数を乗算する、ことが好適である。
【００１０】
また、予め記録されたマップに基づき、時間の経過に応じて前記ロータ間位相角の推定値を生成する位相角生成部を備え、前記推定値を前記電流指令生成部に供給する、ことが好適である。
【００１１】
また、本発明は、回転軸方向に対向配置された第１ロータ要素および第２ロータ要素を含み、前記第１および第２ロータ要素が相対回転可能なロータと、前記ロータに対する磁界を発生するステータと、を備える回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、予め記録されたマップに基づいて、時間の経過に応じて電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて回転電機の電流を制御する電流制御部と、を備え、前記電流指令生成部は、ロータ回転数に応じて、前記電流指令を変化させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ロータの回転数または第１ロータ要素と第２ロータ要素のロータ間位相角に応じて、適切なロータ間位相角の制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回転電機の基本構成図である。
【図２】主ロータと副ロータの位相関係説明図である。
【図３】フィードバック制御の構成図である。
【図４】逆極（１８０°）から同極（０°）に遷移する場合の電流パターン図である。
【図５】同極から逆極に遷移する場合の電流パターン図である。
【図６】電圧制限を加えたトルク電流テーブルの点列（ロータ間位相角γ＝０ｄｅｇ）を示す図である。
【図７】電圧制限を加えたトルク電流テーブルの点列（ロータ間位相角γ＝９０ｄｅｇ）を示す図である。
【図８】ロータ間位相角に応じたトルク電流テーブル（４０００ｒｐｍ）を示す図である。
【図９】ロータ間位相角に応じたトルク電流テーブル（８０００ｒｐｍ）を示す図である。
【図１０】電流マップを用いるフィードフォワード制御の構成を示す図である。
【図１１】トルクマップを用いるフィードフォワード制御の構成（ロータ間位相角計測）を示す図である。
【図１２】トルクマップを用いるフィードフォワード制御の構成（ロータ間位相角推定）を示す図である。
【図１３】係数調整なしの場合の回転数と目標とするロータ位相角の関係を示す図である。
【図１４】係数調整ありの場合の回転数と目標とするロータ位相角の関係を示す図である。
【図１５】ロータ位相角を変更した場合の各部の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
「基本構成」
まず、本発明に係るシステムの基本構成について説明する。なお、本出願人は、本件に関連して特願２０１５-００８９３９号（先願）を出願しており、基本的な構成は同様である。
【００１６】
図１は、回転電機の回転軸方向と直交する方向から見た断面図である。回転電機は、径方向においてステータ２４と所定のギャップを空けて対向し、ステータ２４に対して相対回転可能なロータ２８を備える。ステータ２４は、ステータコア３６と、ステータコア３６にその周方向に沿って配設されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル３８ｕ，３８ｖ，３８ｗを含み、ステータコイル３８ｕ，３８ｖ，３８ｗに３相の交流電流が流れることで、ステータ２４周方向に回転する回転磁界が生じる。
【００１７】
ロータ２８は、回転軸方向に隣接した状態で、主ロータ（第１ロータ要素）４０と副ロータ（第２ロータ要素）４２を含む。主ロータ４０と副ロータ４２とは、回転軸方向にギャップを空けて対向配置され、相対移動可能である。
【００１８】
主ロータ４０は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された主ロータコア４６と、主ロータコア４６にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の主永久磁石４８ｎ，４８ｓを含む。主永久磁石４８ｎは外周側がＮ極であり、主永久磁石４８ｓは外周側がＳ極である。主永久磁石４８ｎ，４８ｓが周方向に交互に配置されることで、主永久磁石４８ｎ，４８ｓの極性が周方向に交互に異なる。
【００１９】
副ロータ４２は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された副ロータコア５４と、副ロータコア５４にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の副永久磁石５６ｎ，５６ｓを含む。副永久磁石５６ｎは外周側がＮ極であり、副永久磁石５６ｓは外周側がＳ極である。副永久磁石５６ｎ，５６ｓが周方向に交互に配置されることで、副永久磁石５６ｎ，５６ｓの極性が周方向に交互に異なる。副永久磁石５６ｎ，５６ｓの周方向間隔は、主永久磁石４８ｎ，４８ｓの周方向間隔に等しい。
【００２０】
主ロータシャフト２６には、拘束板６１，６２が溶接等により固定される。拘束板６１，６２は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板６２が拘束板６１より回転軸方向一方側に配置され、主ロータ４０が回転軸方向に拘束板６１，６２の間に挟持される。主ロータ４０は、主ロータシャフト２６とキー溝やスプライン等により係合し、主ロータシャフト２６および拘束板６１，６２と一体回転する。
【００２１】
副ロータシャフト５２には、拘束板６３，６４が溶接等により固定される。拘束板６３，６４は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板６３が拘束板６４より回転軸方向一方側に配置され、副ロータ４２が回転軸方向において拘束板６３，６４の間に挟持される。副ロータ４２は、副ロータシャフト５２とキー溝やスプライン等により係合し、副ロータシャフト５２および拘束板６３，６４と一体回転する。副ロータシャフト５２は、ベアリング５０により主ロータシャフト２６に対して相対回転可能に支持され、副ロータ４２が主ロータ４０に対して相対回転可能である。副ロータ４２と主ロータ４０のロータ間位相角（位相差）のとり得る範囲に応じてロータ間位相角を制限するストッパを設けてもよい。
【００２２】
主ロータ４０と副ロータ４２の位相関係が変化することで、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束が変化する。主ロータ４０と副ロータ４２で同一極性の主永久磁石４８ｎと副永久磁石５６ｎ（あるいは主永久磁石４８ｓと副永久磁石５６ｓ）が周方向の同位相に配置される同極対向状態の場合、界磁磁束は最大となる。他方、副ロータ４２が主ロータ４０に対して相対回転し、主永久磁石４８ｎと副永久磁石５６ｎ（あるいは主永久磁石４８ｓと副永久磁石５６ｓ）が電気角で１８０°ずれる逆極対向状態の場合、界磁磁束は最小あるいはゼロとなる。
【００２３】
図２は、主ロータ４０および副ロータ４２のみを取り出した斜視図である。図２（ａ）は、主ロータ４０と副ロータ４２が同極対向状態であり、ロータ間位相角をγとすると、γ＝０°（ｄｅｇ）の状態である。このとき、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束は最大となる。図２（ｂ）は、主ロータ４０と副ロータ４２が逆極対向状態であり、γ＝１８０°（ｄｅｇ）の状態である。このとき、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束は最小となる。
【００２４】
このように、本実施形態の回転電機は、主ロータ４０と副ロータ４２の位相関係を変化させる、つまり主ロータ４０と副ロータ４２を相対回転させてロータ間位相角γを変化させることでステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束を変化させる可変界磁型の回転電機として機能する。
【００２５】
可変界磁型の回転電機は、例えばハイブリッド自動車等の電動車両のモータジェネレータ（ＭＧ）として用いられる。そして、車載の電子制御装置（ＥＣＵ）７０によってＭＧを動作させる場合に主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γが０°となるように制御してステータ２４の鎖交磁束を最大化し、ＭＧを動作させない場合に主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γが１８０°となるように制御してステータ２４の鎖交磁束を最小化する。
【００２６】
本実施形態では、ＥＣＵ７０により主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γを所望の値に制御する際に、ロータ間位相角γは０°あるいは１８０°のいずれかに制御されるが、０°と１８０°の間の任意の角度に制御する場合にも適用し得る。
【００２７】
「主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γの制御」
次に、ＥＣＵ７０におけるロータ間位相角γの制御について説明する。ここで、この例では、副ロータ４２の回転のみを考慮してステータ電流の電流指令Ｉ＊を生成する。
【００２８】
＜ロータ間位相角γのフィードバック制御＞
図３は、主ロータ４０に対して副ロータ４２を相対的に回転させてロータ間位相角γを所望の値に制御するためのＥＣＵ７０が備えるフィードバック制御構成図である。フィードバック制御器は、差分器１００，１０４，１１８、微分器１０６、増幅器１０２，１０８、トルク・電流変換マップ記憶部１１０、電流制御器１１２を備える。
【００２９】
ロータ間位相角γの指令値γ＊と現在のロータ間位相角γの差分は差分器１００で算出され、増幅器１０２で係数Ｋγが乗じられる。他方、現在のロータ間位相角γの変化速度が微分器１０６で算出され、増幅器１０８で係数Ｋｆが乗じられる。両者の差分が差分器１０４で算出され、この差分が副ロータ４２のトルク指令τ＊となる。
【００３０】
トルク・電流変換マップ記憶部１１０は、副ロータ４２のトルク指令τ＊と電流指令Ｉ＊との対応関係を規定するテーブルであり、予め実験あるいはシミュレーションで定めてＥＣＵ７０のメモリに格納される。トルク・電流変換マップ記憶部１１０は、例えば電流当たりのトルクが最大となるように規定される。ＥＣＵ７０は、トルク・電流変換マップ記憶部１１０を用いて副ロータ４２のトルク指令τ＊、すなわちロータ間位相角の指令値γ＊と現在のロータ間位相角γとの差分に基づきこの差分を解消するためのトルク指令τ＊に対応する電流指令Ｉ＊を生成し、さらに電流制御器１１２で電流指令Ｉ＊を電圧指令Ｖ＊に変換してステータコイル３８ｕ、３８ｖ、３８ｗにステータ電流を供給して回転電機（モータ）１１４を駆動する。主ロータ４０の回転角（位相角）θｍと副ロータ４２の回転角（位相角）θｓのロータ間位相角γ＝θｓ−θｍがロータ間位相角検出器としての差分器１１８で検出され、指令値γ＊にフィードバックされる。また、モータ電流の検出値は、電流制御器１１２にフィードバックされ、電流制御器１１２がモータ電流をフィードバック制御する。
【００３１】
図４は、図３に示すフィードバック制御器で制御した場合の、副ロータ４２から見たときの電流パターンである。逆極（１８０°）から同極（０°）に遷移させる場合の電流パターンであり、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの時間変化を示す。
【００３２】
また、図５は、図３に示すフィードバック制御器で制御した場合の、副ロータ４２から見たときの電流パターンである。図４の場合と逆に、同極（０°）から逆極（１８０°）に遷移させる場合の電流パターンである。
【００３３】
ここで、増幅器１０２、１０８での係数、すなわちゲインを調整することで、電流実効値が所定値を超えないように制御することができる。
【００３４】
ここで、上述したフィードバック制御では、主ロータ４０および副ロータ４２の位相角を検出するセンサが必要となる。
【００３５】
そこで、図４および図５に示す電流パターンを予め検出、あるいはシミュレーションで求めてマップ化する。これにより、逆極から同極に遷移する場合の副ロータ４２のｉｄ電流およびｉｑ電流の時間変化を示すマップと、同極から逆極に遷移する場合の副ロータ４２のｉｄ電流およびｉｑ電流の時間変化を示すマップが得られる。そして、得られた電流マップをメモリに記憶し、これらのマップを参照してフィードフォワード制御により副ロータ４２を相対的に回転させてロータ間位相角γを所望の値に制御する。フィードフォワード制御とすることで、現在のロータ間位相角γをフィードバックする必要がなくなり、検出器数が削減される。
【００３６】
なお、主ロータ４０と、副ロータ４２の慣性を異ならせることで、回転中に所定の方向の相対的な回転力を付与することができ、ロータ間位相角γが０°、１８０°においても相対的な駆動が可能となっている。
【００３７】
「回転数の考慮」
上述したように、図３に示すフィードバック制御器を用いることによって、ロータ間位相角γを０°→１８０°、１８０°→０°に制御することができる。また、特定のロータ間位相角γを目標として、そのロータ間位相角に制御することもできる。
【００３８】
そして、そのフィードバック制御時のデータを収集することによって、ロータ間位相角を目標とする場合における、ｄ、ｑ軸電流（Ｉｄ，Ｉｑ）を決定することができ、フィードフォワード制御することができる。
【００３９】
ここで、図４，５のｄ、ｑ軸電流は時間に対して決定しているが、各時間におけるトルク指令τ＊に対して、決定されているともいえる。
【００４０】
図６（ａ）には、副ロータ４２のトルクマップを濃淡で示してある。基本的にｑ軸電流が大きくなるに従ってトルクが大きくなる。そして、図６（ａ）には、０ｒｐｍ，γ＝０°のときの所定のトルクを得るために決定されたｑ軸、ｄ軸電流として、白丸の連続で示してある（ＥＣＵｍａｐと表示）。これにより、トルクと電流の関係が得られ、図８、図９に示された線のうちの１本が決まる。
【００４１】
ここで、回転電機は、回転数が高くなると誘起電流が大きくなる。従って、目標とするｄ、ｑ軸電流を得るための電圧が高くなる。図６（ｂ）には、ｄ，ｑ軸電流を得るための相電圧（Ｖ／ｒｐｍ）を色分けで示してある。ｄ軸電流が負側（弱め界磁）で必要な相電圧は低く、ｄ軸電流−５０〜−１００Ａ辺りのｑ軸電流０Ａ付近が必要な相電圧が最も低くなる。電源電圧が６５０Ｖ程度であればＰＷＭ制御における上限相電圧は２２８Ｖ程度となる。そこで、回転数が１００００ｒｐｍの場合、相電圧０．０２２８Ｖ／ｒｐｍ以下とする必要がある。このような制限を加えると、回転数が１００００ｒｐｍの場合には、図６（ｂ）において、黒丸を結んだ線の内側のｄ，ｑ軸電流を選択する必要がある。このｄ，ｑ軸電流の制限を図６（ａ）にも黒丸を結んだ線として示してある。回転数が１００００ｒｐｍの場合には、図６（ａ）の黒丸を結んだ線によってトルク指令τ＊に対応するｄ，ｑ軸電流を決定することができる。このような回転数による制限を回転数に応じてマップとして持つことによって、回転数に応じて適切なｄ、ｑ軸電流を選択することが可能になる。なお、回転数による制限がＥＣＵｍａｐと書いた線より高い相電圧側に位置する場合には、このような制限は不要である。
【００４２】
また、誘起電圧に対しては、限られた直流電圧で駆動していると電流を制御するための電圧が不足してくる。これに対して、誘起電圧が小さい場合は弱め界磁電流を考慮した電流指令Ｉ＊を生成することで対処できるが、大きくなってくると必要な電流が流せなくなるので、大きなトルク指令τ＊出ないように元のトルク指令τ＊の値を制限して制御する必要がある。予めこの制限を掛けたトルク指令τ＊を生成することで電圧制限内で制御することが可能となる。
【００４３】
「位相角の考慮」
図７（ａ）には、ロータ間位相角γ＝９０°の場合のｄ、ｑ軸電流と、トルクの関係、図７（ｂ）には、ロータ間位相角γ＝９０°の場合のｄ、ｑ軸電流と、相電圧の関係を示してある。
【００４４】
このように、ロータ間位相角γに応じて、ｄ、ｑ軸電流とトルクの関係が変化する。従って、ロータ間位相角γに応じて所定トルクを得るためのｄ、ｑ軸電流を変更する必要があり、トルク指令τ＊に対しｄ、ｑ軸電流を決定するマップをロータ間位相角γに応じて変更することが好ましい。
【００４５】
さらに、ロータ間位相角γにより、ｄ、ｑ軸電流と相電圧の関係も変化する。従って、回転数に応じたトルクの制限についても変更する必要がある。図７（ｂ）に示すように、回転数が１００００ｒｐｍの場合に必要なｄ、ｑ軸電流の制限についてもロータ間位相角γに応じて変更する必要がある。
【００４６】
図６、図７により、各回転数と各ロータ間位相角γのｄ，ｑ軸電流、トルクの関係が得られ、これを回転数毎にまとめて、γの違いによる線を重ねて示すと、図８、図９が得られる。
図８には、回転数４０００ｒｐｍの場合の、ロータ間トルクと最適なｄ，ｑ軸電流の関係を示してあり、図９には、回転数８０００ｒｐｍの場合の、ロータ間トルクと最適なｄ，ｑ軸電流の関係を示してある。
【００４７】
このように、ロータ間位相角γに応じて、ｄ、ｑ軸電流に応じて発生するトルクも異なる。従って、トルク指令τ＊に応じてｄ、ｑ軸電流を決定するマップについてロータ間位相角γに応じて用意し、そのときどきでｄ、ｑ軸電流を、トルク指令τ＊およびロータ間位相角γに応じて決定することが好ましい。
【００４８】
さらに、上述したように、回転数に応じてｄ、ｑ軸電流については制限が掛かる。従って、図８，９に示すように、ロータ間トルクと最適なｄ，ｑ軸電流の関係もロータ回転数に応じて変化する。
【００４９】
図８，９に示される関係を所定数の回転数に応じて持つことにより、トルク指令τ＊に応じたｄ、ｑ軸電流を適切に決定することができる。すなわち、主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γの目標値が決定された場合に、時間の経過に応じたトルク指令τ＊を生成し、その時の回転数、ロータ間位相角γに応じて適切なｄ、ｑ軸電流指令Ｉ＊を生成する。これによって、主ロータ４０と副ロータ４２のロータ間位相角γを適切に制御することができる。このデータをトルク・電流変換マップ記憶部１１０のマップデータとして格納する。
【００５０】
「フィードフォワードによる制御装置について」
＜電流マップ＞
図１０は、ＥＣＵ７０が備えるフィードフォワード制御構成図である。フィードフォワード制御器は、電流マップを記憶する電流マップ記憶部１２０、増幅器１２２、電流制御器１２４を備え、電流制御器１２４からの電流によってモータ１１４を駆動する。
【００５１】
電流マップ記憶部１２０は、図４および図５に示す電流パターンのマップを記憶し、時間毎の電流値を出力する。すなわち、ロータ間位相角γ＝１８０°→０°という目標に対しては、図４に示される電流指令Ｉ＊（ｄ軸電流値、ｑ軸電流値）を時間に応じて出力するマップが記憶されている。ロータ間位相角γ＝０°→１８０°という目標に対しては、図５に示される電流指令Ｉ＊（ｄ軸電流値、ｑ軸電流値）を時間に応じて出力するマップが記憶されている。また、電流マップ記憶部１２０には、回転数が供給されており、回転数に応じて使用すべき電流指令Ｉ＊マップを選択する。
【００５２】
増幅器１２２は、係数Ｋを乗じて電流指令Ｉ＊を出力する。電流制御器１１２は、図３の電流制御器１１２と同様に、電流指令Ｉ＊を電圧指令Ｖ＊に変換して出力する。これによってモータ１１４におけるロータ間位相角γが目標に応じて変更される。ここで、電流制御器１１２には、モータ１１４の主ロータ４０の位相角θｍと、モータ電流が供給されており、位相角θｍに応じてモータ電流が指令値に合致するように制御する。なお、電流制御器１１２は、位相角θｍ，θｓの両方からフィードバック制御してもよいし、θｍ，θｓの一方から他方を推定することができるため、一方より制御してもよい。
【００５３】
＜トルクマップ（ロータ間位相角検出）＞
図１１は、ＥＣＵ７０が備える別のフィードフォワード制御構成図である。フィードフォワード制御器は、トルクマップを記憶するトルクマップ記憶部１３０、増幅器１３２、トルク・電流変換マップ記憶部１３４、電流制御器１２４、差分器１３６を備え、電流制御器１２４からの電流によってモータ１１４を駆動する。
【００５４】
トルクマップ記憶部１３０には、時間の経過に応じたトルク指令τ＊が記憶されている。ここで、このトルクマップ記憶部１３０にも、回転数が供給されており、回転数に応じて使用すべきトルク指令τ＊マップを選択する。
【００５５】
トルクマップ記憶部１３０の出力にＫを乗算してトルク指令τ＊が得られ、これがトルク・電流変換マップ記憶部１３４に供給される。このトルク・電流変換マップ記憶部１３４は、トルク指令τ＊に応じて電流指令Ｉ＊を出力するが、ここにはロータ間位相角γ、および回転数が供給されている。なお、ロータ間位相角γは、主ロータ４０，副ロータ４２の位相角θｍ，θｓを検出して、この差分を差分器１３６で計算することによって得られる。
【００５６】
トルク・電流変換マップ記憶部１３４からは、回転数に応じて、図８，９などのマップが記憶されており、トルク指令τ＊、回転数、ロータ間位相角γに基づき、ｄ軸電流、ｑ軸電流が決定され、これが電流指令Ｉ＊として出力される。すなわち、ロータ間位相角γに応じて、図７に示すように、ｄ軸電流、ｑ軸電流の制限が変化するが、この実施形態によれば、この変化に対応して適切な制御が行える。
【００５７】
＜トルクマップ（ロータ間位相角推定）＞
図１２は、ＥＣＵ７０が備える別のフィードフォワード制御構成図であり、図１１の例に比べる。フィードフォワード制御器は、トルクマップを記憶するトルクマップ記憶部１３０、増幅器１３２、トルク・電流変換マップ記憶部１３４、電流制御器１２４、位相角マップ記憶部１４０を備え、電流制御器１２４からの電流によってモータ１１４を駆動する。
【００５８】
上述の図１１の例では、主ロータ４０、副ロータ４２の位相角を検出し、これの差分からロータ間位相角γを検出した。図１２の例では、制御通りのロータ間位相角制御が行えることを前提として、時間に従って位相角マップ記憶部１４０からロータ間位相角γの推定値が出力され、これがトルク・電流変換マップ記憶部１３４に供給される。従って、主ロータ４０、副ロータ４２の位相角を検出するセンサを省略することができる。なお、一方のロータの位相角からロータ間位相角γを推定してもよい。
【００５９】
「係数の調整」
上述のようなフィードフォワード制御の構成では、係数Ｋを乗算する増幅器１２２，１３２を有している。この係数Ｋは、実際に制御してみた結果から決定することが好適であり、係数Ｋを、Ｋ＞１となるように設定することで、確実にロータ間位相角γを所望の値、すなわち同極（０°）あるいは逆極（１８０°）に制御することができる。
【００６０】
また、図７および図８を比較すればわかるように、フィードフォワード制御において、逆極（１８０°）から同極（０°）に遷移させる場合と、同極（０°）から逆極（１８０°）に遷移させる場合とで、係数Ｋの値による変化は異なる。すなわち、逆極から同極に遷移させる場合の方が、同極から逆極に遷移させる場合よりも、係数Ｋの値の大小が遷移の度合いに与える影響が相対的に大きい。従って、逆極から同極に遷移させる場合の係数Ｋと、同極から逆極に遷移させる場合の係数Ｋを同一とするのではなく、互いに異なる値とすることも可能である。例えば、逆極から同極に遷移させる場合の係数ＫをＫ＝１．４とし、同極から逆極に遷移させる場合の係数ＫをＫ＝１．２とする等である。
【００６１】
さらに、回転数によって、ロータの回転数を維持するためのトルク（引き摺りトルク：摩擦トルク）は異なり、回転数が大きいほど引き摺りトルクは大きくなる。そこで、回転数に応じて、係数Ｋを変更することが好ましい。すなわち、係数Ｋの値を大きくすれば、ロータ間位相角γの移動量が大きくなるので、回転数が大きくなるほど係数Ｋを大きくして引き摺りトルク分を相殺するとよい。
【００６２】
このとき、ロータ間位相角γの変更の際に、前半が副ロータ４２を（相対的に）加速し、後半が（相対的に）減速する。従って、トルク指令τ＊も前半と後半で、正と負にわかれる。そして、引き摺りトルクは、その回転方向に応じて回転数が大きい方が大きくなる。
【００６３】
また、回転が正方向であると、副ロータ４２の加速に対し引き摺りトルクが減算され、副ロータ４２の減速に対し引き摺りトルクが加算される。従って、正回転の場合には、前半に引き摺りトルク分をトルク指令τ＊に加算するように係数Ｋを決定し、後半に引き摺りトルク分をトルク指令τ＊から減算するように係数Ｋを決定すればよい。
【００６４】
図１３には、係数Ｋを調整しない場合の、回転数とロータ間位相角γの関係を示してある。回転が正方向であると、引き摺りトルクが減速側に働き最終のロータ間位相角γが目標より小さくなる。回転が負方向であると、反対に最終のロータ間位相角γが目標より小さくなる。
【００６５】
そこで、誤差が０に近づくような調整量を見いだし、正負で分けて直線補間することで各回転数の係数Ｋを決定するとよい。
【００６６】
このように、トルク指令τ＊の正負で区別して別々の係数Ｋを掛けることにより、副ロータ４２の加速と減速における引き摺りトルクを別々に調整することが可能となり、正確なロータ間位相角制御が可能になる。
【００６７】
このようにして、係数を調整したところ、図１４のように、各回転数においてロータ間位相角γを目標に制御でき、誤差を解消することができた。
【００６８】
「各部の波形」
図１５には、上述したような制御により、ロータ間位相角γを０°から１８０°に変更した場合の各部の波形が示してある。トルクマップを利用した場合の例である。
【００６９】
このように、時間に応じて、トルク指令τ＊が決定される。トルク指令τ＊に基づき、ｄ軸、ｑ軸電流の指令値が決定され、これに応じてモータ電流制御が行われた、ロータ間位相角γが目標通り０°から１８０°に変更されている。
【００７０】
そして、ロータ間位相角を０°→１８０°に変更する際に、前半のトルク指令τ＊が正、後半のトルク指令τ＊が負であることがわかる。
【００７１】
このような制御によって、ｄ軸電流、ｑ軸電流とも、指令値通りのものとなり、ロータ間位相角γについて所望の制御が達成できる。すなわち、回転数が大きくなり誘起電圧が大きくなった場合や、引き摺りトルクが大きくなった場合にも適切な制御が行える。
【符号の説明】
【００７２】
２４  ステータ、２６  主ロータシャフト、２８  ロータ、３６  ステータコア、３８ｕ，３８ｖ，３８ｗ  ステータコイル、４０  主ロータ、４２  副ロータ、４６  主ロータコア、４８ｎ，４８ｓ  主永久磁石、５０  ベアリング、５２  副ロータシャフト、５４  副ロータコア、５６ｎ，５６ｓ  副永久磁石、６１，６２，６３，６４  拘束板、１００，１０４，１１８  差分器、１０２，１０８，１２２，１３２、１３６  増幅器、１０６  微分器、１１０，１３４  トルク・電流変換マップ記憶部、１１２，１２４  電流制御器、１１４  モータ、１２０  電流マップ記憶部、１３０  トルクマップ記憶部、１４０  位相角マップ記憶部。
【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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