(57)【要約】【課題】電動機が低速で回転している場合、及び電動機が停止している場合であっても、ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、ロータ位相差をフィードバック制御することができる制御装置を提供する。【解決手段】ｄ軸電機子及びｑ軸電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧Δｖd，Δｖqを重畳し、検出用電圧Δｖd，Δｖqと、該検出用電圧が重畳されているときに電流センサ７０，７１により検出される通電量Ｉu_s，Ｉw_sとに基いて、電動機１の電機子のインダクタンスの推定値Ｌ_eを求めるインダクタンス推定部８２と、電動機１の角速度ωが第１判定速度以下であるときに、電動機１のインダクタンスの指令値Ｌ_cと、インダクタンス推定部８２により推定された電動機１のインダクタンスの推定値Ｌ_eとの偏差ΔＬを減少させるように、ロータ位相差変更部２７によりロータ位相差θdを変更するロータ位相差制御部９５ａとを備える。【選択図】  図３
2009254079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による磁極を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心状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の変更を行って制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、
前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、
前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、
前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記電動機のインダクタンスの指令値と、前記インダクタンス推定手段により推定された前記電動機のインダクタンスの推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段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】
永久磁石による磁極を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心状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の変更を行って制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、
前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、
前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、
前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスの推定値に対応する前記ロータ位相差の推定値を求める第１のロータ位相差推定手段と、
前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記ロータ位相差の指令値と、前記第１のロータ位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
永久磁石による磁極を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心状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の変更を行って制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、
前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、
前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、
前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスの推定値に対応する前記電動機の誘起電圧定数の推定値を求める第１の誘起電圧定数推定手段と、
前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記電動機の誘起電圧定数の指令値と、前記第１の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
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において、
前記角速度検出手段により検出される前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出される通電量と、前記電動機の電機子に印加される電圧とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数の推定値を求める第２の誘起電圧定数推定手段を備え、
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高い第２判定速度以上であるときには、前記電動機の誘起電圧定数の指令値と、前記第２の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２のロータ位相差制御を実行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において、
前記角速度検出手段により検出される前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出される通電量と、前記電動機に印加される電圧とに基いて、前記電動機のロータ位相差の推定値を求める第２のロータ位相差推定手段とを備え、
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高い第２判定速度以上であるときには、前記ロータ位相差の指令値と、前記第２のロータ位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２のロータ位相差制御を実行することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載の電動機の制御装置において、
前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であって前記第１のロータ位相差制御を実行しているときに、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高く前記第２判定速度よりも低い範囲に上昇したときには、前記第１のロータ位相差制御を継続し、
前記電動機の角速度が前記第２判定速度以上であって前記第２のロータ位相差制御を実行しているときに、前記電動機の角速度が前記第２判定速度よりも低く前記第１判定速度よりも高い範囲に低下したときには、前記第２のロータ位相差制御を継続することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置において、
前記電動機をロータの磁束方向であるｑ軸上にあるｑ軸電機子と、ｑ軸と直交するｄ軸上にあるｄ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、
前記インダクタンス推定手段は、前記ｄ軸電機子と前記ｑ軸電機子とのうちの少なくともいずれか一方に、前記検出用電圧による電圧が重畳されているときに、前記電流検出手段により検出される通電量に基く前記ｄ軸電機子の通電量と前記ｑ軸電機子の通電量とのうちの少なくともいずれか一方に基いて、前記電動機のインダクタンスの推定値を求め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制御を、同心状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（ロータ位相差）を変更することで、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ロータ位相差が拡大して、界磁の磁束が減少するように構成されている。
【０００４】
また、第１ロータと第２ロータを相対的に回転・保持する位相差変更機構を設けて、ロータ位相差を任意に設定する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。そして、ロータ位相差を変更すると、これに応じて電動機の誘起電圧定数が変化する。そこで、例えば、いわゆるｄｑベクトル制御により電動機を制御するときに、以下の式（１）により電動機の誘起電圧定数を算出し、算出した誘起電圧定数をロータ位相差に変換して、ロータ位相差を推定することができる。
【０００５】
【数１】
2009254079.tif 000003
【０００６】
但し、Ｋe：誘起電圧定数、Ｖq：ｑ軸電機子の端子間電圧、ω：電動機の角速度、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｉd：ｄ軸電機子の通電電流、Ｒ：ｑ軸電機子の抵抗。
【特許文献１】特開２００２−２０４５４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ロータ位相差の指令値と、上記式（１）により求めた誘起電圧定数に対応するロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、位相差変更機構により第１ロータと第２ロータ間の位相を変更するフィードバック制御を行うことが考えられる。この場合には、ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、ロータ位相差のフィードバック制御を行うことができる。
【０００８】
しかし、上記式（１）により電動機の誘起電圧定数Ｋeを算出してロータ位相差を推定する場合には、電動機の角速度ωが低くなって上記式（１）の分母がゼロに近くなると、誘起電圧定数の算出誤差が大きくなる。そのため、上記式（１）により算出した誘起電圧定数に基いてロータ位相差を推定すると、推定誤差が大きくなる。
【０００９】
また、電動機が停止しているときには、上記式（１）により誘起電圧定数を算出することができない。そのため、上記式（１）によりロータ位相差を推定する場合には、電動機が低速で回転しているときに、ロータ位相差を精度良くフィードバック制御することができないという不都合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、電動機が低速で回転している場合、及び電動機が停止している場合であっても、ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、電動機のロータ位相差を精度良くフィードバック制御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】
【００１１】
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、永久磁石による磁極を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心状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の変更を行って制御する電動機の制御装置に関する。
【００１２】
そして、本発明の第１の態様は、前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記電動機のインダクタンスの指令値と、前記インダクタンス推定手段により推定された前記電動機のインダクタンスの推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記インダクタンス推定手段により、前記電動機の電機子に前記検出用電圧を重畳することによって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下の低速で回転しているとき、及び前記電動機が回転を停止しているときであっても、前記検出用電圧と、前記検出用電圧が印加されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスを推定することができる。そして、前記電動機のロータ位相差とインダクタンスとの間には相関関係がある。
【００１４】
そのため、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機のインダクタンスの指令値と、前記インダクタンス推定手段により推定された前記電動機のインダクタンスの推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行することよって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であるときでも、前記ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、前記電動機のロータ位相差を精度良くフィードバック制御することができる。
【００１５】
次に、本発明の第２の態様は、前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスの推定値に対応する前記ロータ位相差の推定値を求める第１のロータ位相差推定手段と、前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記ロータ位相差の指令値と、前記第１のロータ位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、上記第１の態様と同様に、前記インダクタンス推定手段によって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であっても、前記電動機のインダクタンスの推定値を求めることができる。そして、前記第１のロータ位相差推定手段により、前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスに対応する前記ロータ位相差の推定値を求めることができる。
【００１７】
そして、これにより、前記ロータ位相差制御手段は、前記ロータ位相差の指令値と、前記ロータ位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行することよって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であるときであっても、前記ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、前記電動機のロータ位相差を精度良くフィードバック制御することができる。
【００１８】
次に、本発明の第３の態様は、前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、前記ロータ位相差を変更するためのロータ位相差変更手段と、前記電動機の電機子の通電量を検出する電流検出手段と、前記電動機の電機子に所定期間において所定レベル電圧が変化する検出用電圧を重畳し、該検出用電圧と、該検出用電圧が重畳されているときに前記電流検出手段により検出される通電量とに基いて、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を求めるインダクタンス推定手段と、前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスの推定値に対応する前記電動機の誘起電圧定数の推定値を求める第１の誘起電圧定数推定手段と、前記電動機の角速度が第１判定速度以下であるときに、前記電動機の誘起電圧定数の指令値と、前記第１の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、上記第１の態様及び第２の態様と同様に、前記インダクタンス推定手段によって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であっても、前記電動機のインダクタンスの推定値を求めることができる。そして、前記第１の誘起電圧定数推定手段により、前記インダクタンス推定手段により求められた前記電動機のインダクタンスの推定値に対応する前記ロータ位相差の推定値を求めることができる。
【００２０】
そして、これにより、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の誘起電圧定数の指令値と、前記第１の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第１のロータ位相差制御を実行することよって、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であるときであっても、前記ロータ位相差を検出するセンサを設けることなく、前記電動機のロータ位相差を精度良くフィードバック制御することができる。
【００２１】
また、上記第１の態様から第３の態様において、前記角速度検出手段により検出される前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出される通電量と、前記電動機の電機子に印加される電圧とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数の推定値を求める第２の誘起電圧定数推定手段を備え、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高い第２判定速度以上であるときには、前記電動機の誘起電圧定数の指令値と、前記第２の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２のロータ位相差制御を実行することを特徴とする。
【００２２】
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第２判定速度以上である高速回転域においては、前記電動機の指令値と前記第２の誘起電圧定数推定手段により求められた前記電動機の誘起電圧定数の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２の位相差制御を実行する。そして、前記第２の誘起電圧定数推定手段は、前記角速度検出手段により検出された前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出された前記電動機の電機子の通電量と、前記電動機の電機子に印加される電圧とに基いて、前記電動機の誘起電圧定数の推定値が求められる。この場合は、前記第１の誘起電圧定数推定手段により前記電動機の誘起電圧定数の推定値を求めるときのように、前記電動機の電機子に前記検出用電圧を重畳する処理は不要であるため、前記電動機の誘起電圧定数の推定値を容易に求めることができる。
【００２３】
また、上記第１の態様から第３の態様において、前記角速度検出手段により検出される前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出される通電量と、前記電動機に印加される電圧とに基いて、前記電動機のロータ位相差の推定値を求める第２のロータ位相差推定手段とを備え、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高い第２判定速度以上であるときには、前記ロータ位相差の指令値と、前記第２のロータ位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２のロータ位相差制御を実行することを特徴とする。
【００２４】
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第２判定速度以上である高速回転域においては、前記ロータ位相差の指令値と前記第２の位相差推定手段により求められた前記ロータ位相差の推定値との偏差を減少させるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更する第２の位相差制御を実行する。そして、前記第２のロータ位相差推定手段は、前記角速度検出手段により検出された前記電動機の角速度と、前記電流検出手段により検出された前記電動機の電機子の通電量と、前記電動機の電機子に印加される電圧とに基いて、前記ロータ位相差の推定値を求める。この場合は、前記第１のロータ位相差推定手段により前記電動機のロータ位相差の推定値を求めるときのように、前記電動機の電機子に前記検出用電圧を重畳する処理は不要であるため、前記電動機のロータ位相差の推定値を容易に求めることができる。
【００２５】
また、上記第１の態様から第３の態様において、前記ロータ位相差制御手段は、前記電動機の角速度が前記第１判定速度以下であって前記第１のロータ位相差制御を実行しているときに、前記電動機の角速度が前記第１判定速度よりも高く前記第２判定速度よりも低い範囲に上昇したときには、前記第１のロータ位相差制御を継続し、前記電動機の角速度が前記第２判定速度以上であって前記第２のロータ位相差制御を実行しているときに、前記電動機の角速度が前記第２判定速度よりも低く前記第１判定速度よりも高い範囲に低下したときには、前記第２のロータ位相差制御を継続することを特徴とする。
【００２６】
かかる本発明によれば、前記電動機の角速度が、前記第１判定速度以下の低速回転域から前記第２判定速度以上の高速回転域に移行するとき、及び前記第２判定速度以上の高速回転域から前記第１判定速度以下の低速回転域に移行するときに、ヒステリシスをもたせることができる。そして、これにより、前記電動機の角速度が前記第１判定速度付近又は前記第２判定速度付近で変動したときに、これに応じて、前記第１のロータ位相差制御と前記第２のロータ位相差制御とが頻繁に切り換わって、前記ロータ位相差のフィードバック制御が不安定になることを抑制することができる。
【００２７】
また、前記第１の態様から第３の態様において、前記電動機をロータの磁束方向であるｑ軸上にあるｑ軸電機子と、ｑ軸と直交するｄ軸上にあるｄ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記インダクタンス推定手段は、前記ｄ軸電機子と前記ｑ軸電機子とのうちの少なくともいずれか一方に、前記検出用電圧による電圧が重畳されているときに、前記電流検出手段により検出される通電量に基く前記ｄ軸電機子の通電量と前記ｑ軸電機子の通電量とのうちの少なくともいずれか一方に基いて、前記電動機のインダクタンスの推定値を求めることを特徴とする。
【００２８】
かかる本発明によれば、いわゆるｄｑベクトル制御により前記電動機の作動を制御するときに、前記ｄ軸電機子及び前記ｑ軸電機子のうちの少なくともいずれか一方に前記検出用電圧による電圧を印加することにより、前記電動機の電機子のインダクタンスの推定値を容易に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００３０】
先ず、図１及び図２を参照して、本実施の形態における電動機の構成を説明する。図１は、本実施の形態における電動機の要部の断面図、図２は図１に示した電動機の２つのロータ間の位相差を変更することによる効果の説明図である。
【００３１】
図１を参照して、電動機１は、２重ロータ構造のＤＣブラシレスモータであり、出力軸２、外ロータ１２、及び内ロータ１１を同軸に備えている。なお、外ロータ１２と内ロータ１１のいずれか一方が本発明の第１ロータに相当し、他方が本発明の第２ロータに相当する。
【００３２】
内ロータ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、周方向に沿って等間隔に交互に配設されている。同様に、外ロータ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、周方向に沿って等間隔に交互に配設されている。
【００３３】
また、電動機１は、内ロータ１１及び外ロータ１２に対する回転磁界を発生するための電機子１０ａを有するステータ１０を備えている。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。
【００３４】
次に、電動機１は、外ロータ１２と内ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、外ロータ１２と内ロータ１１を相対的に回転させる位相可変機構（図示しない。遊星歯車等の差動機構により構成される。）を備えている。
【００３５】
そして、位相可変機構により、外ロータ１２と内ロータ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、外ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内ロータ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、外ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内ロータ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２（ａ）は界磁強め状態を示しており、外ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内ロータ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、外ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内ロータ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】
そして、このように、外ロータ１２と内ロータ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。
【００３８】
［第１の実施形態］次に、図３〜図７参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図３は、第１の実施形態の電動機の制御装置Ａ１（以下、制御装置Ａ１という）の制御ブロック図である。
【００３９】
制御装置Ａ１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トルク指令値Ｔr_cに応じたトルクが電動機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。
【００４０】
制御装置Ａ1は、ＣＰＵ、メモリ等により構成された電子ユニットであり、該ＣＰＵに所定の制御プログラムを実行させることによって、制御装置Ａ１は、本発明のインダクタンス推定手段、ロータ位相差制御手段、第２の誘起電圧定数推定手段として機能する。また、制御装置Ａ1は所定の制御サイクル毎に電動機１の制御処理を繰り返し実行する。
【００４１】
制御装置Ａ１は、トルク指令値Ｔr_cと電動機１の誘起電圧定数の推定値Ｋe_e（以下、誘起電圧定数推定値Ｋe_eという）又は電動機１のインダクタンスの推定値Ｌ_e（以下、インダクタンス推定値Ｌ_eという）と電動機１の角速度ωとに基づいて、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）の指令値であるｄ軸電流指令値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）の指令値であるｑ軸電流指令値Ｉq_cとを算出する電流指令算出部５０ａ、及び電流センサ７０，７１（本発明の電流検出手段に相当する）による電動機１の相電流の検出信号Ｉu_s，Ｉw_sと、レゾルバ７３により検出される外ロータ１２のロータ角度θm_sとに基づいて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流検出値Ｉd_sとｑ軸電流検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部６１とを備えている。
【００４２】
なお、レゾルバ７３と、レゾルバ７３により検出されるロータ角度θm_sを微分して角速度ωを算出する微分器６３とにより、本発明の角速度検出手段が構成されている。
【００４３】
また、制御装置Ａ１は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cの補正値ΔＩdaを求める界磁制御部５１と、ｑ軸電流指令値Ｉq_cの補正値ΔＩqaを求める電力制御部５５とを備えている。界磁制御部５１で決定される補正値ΔＩdaは、ｄ軸電機子の電圧とｑ軸電機子の電圧との合成ベクトルの大きさが電動機１の電源電圧Ｖdc（より詳しくは、後述するＰＭＷ演算部６２のインバータ回路の電源電圧）に応じた電圧円内に納まるようにするためのｄ軸電流の操作量（フィードバック操作量）を意味する。
【００４４】
補正値ΔＩdaは、前回の制御サイクルにおいて、後述する電流制御部５３等により決定されたｄ軸電圧指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧指令値Ｖq_c（前回の制御サイクルで決定された値）の合成ベクトルの大きさと、電源電圧Ｖdcに応じて決定した目標値（電圧円の半径）との偏差に応じて、フィードバック制御により決定される。
【００４５】
電力制御部５５で決定される補正値ΔＩqaは、電動機１の運転時における永久磁石１１ａ〜１２ｂ（１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ）の温度変化と電機子１０ａの温度変化が、電動機１の出力トルクに及ぼす影響を補償するためのものである。永久磁石１１ａ〜１２ｂの温度が変化すると、一般にロータ位相差が一定であっても電動機１の誘起電圧定数が変化し、電機子１０ａのコイル抵抗（電機子１０ａを構成する巻線の抵抗）が変化する。このため、ｑ軸電流指令値Ｉq_cが一定であっても、永久磁石１１ａ〜１２ｂや電機子１０ａの温度変化の影響により、電動機１の出力トルクが変化する。
【００４６】
そこで、電力制御部５５は、この影響をｑ軸電流補正値ΔＩqaにより補償する。ｑ軸電流補正値ΔＩqaは、Ｕ相電流検出値Ｉu_s又はＷ相電流検出値Ｉw_sから推定されるコイル抵抗や、後述する誘起電圧定数推定部９１で算出された誘起電圧定数推定値Ｋe_e等に基いて決定される。
【００４７】
加減算部５２は、ｄ軸電流指令値Ｉd_cからｄ軸電流検出値Ｉd_sを減じると共に、ｄ軸電流補正値ΔＩd_aを加えて、ｄ軸電流偏差ΔＩdを算出する。同様に、加減算部５６は、ｑ軸電流指令値Ｉq_cからｑ軸電流検出値Ｉq_sを減じると共に、ｑ軸電流補正値ΔＩq_qを加えて、ｑ軸電流偏差ΔＩqを算出する。
【００４８】
電流制御部５３は、加減算部５２で算出されたｄ軸電流偏差ΔＩdを０に近づけるように、ＰＩ制御則（比例・積分制御則）等のフィードバック制御則により、ｄ軸電機子の指令電圧値であるｄ軸電圧指令値Ｖd_cを決定する。同様に、電流制御部５３は、加減算部５６で算出されたｑ軸電流偏差ΔＩqを０に近づけるように、ＰＩ制御則等のフィードバック制御則により、ｑ軸電機子の指令電圧値であるｑ軸電圧指令値Ｖq_cを決定する。
【００４９】
なお、ｄ軸電圧指令値Ｖd_cとｑ軸電圧指令値Ｖq_cとを決定するときに、ｄ軸電流偏差ΔＩdから求められるｄ軸電圧指令値と、ｑ軸電流偏差ΔＩqから求められるｑ軸電圧指令値とに、ｄ軸とｑ軸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して、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。
【００５０】
さらに、制御装置Ａ1は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧指令値Ｖq_cと、レゾルバ７２により検出される電動機１のロータ角度θm_sとから、ｄｑ−３相変換によりＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cを求めるｄｑ−３相変換部６０、及び、相電圧指令値Ｖu_c，Ｖv_c，Ｖw_cに応じて、電動機１の各相の電機子にＰＷＭ制御によりインバータ回路（図示省略）を介して通電するＰＷＭ演算部６２を備えている。
【００５１】
なお、ｄｑ−３相変換は、ｄ軸電圧指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧指令値Ｖq_cの組を、ロータ角度θm_s（電気角での出力軸２の回転角度）に応じた変換行列に座標変換する処理である。
【００５２】
また、制御装置Ａ1は、トルク指令値Ｔr_cと角速度ωと電源電圧Ｖdcに応じて、電動機１の誘起電圧定数の指令値Ｋe_c（以下、誘起電圧定数指令値Ｋe_cという）とインダクタンスの指令値Ｌ_c（以下、インダクタンス指令値Ｌ_cという）とを決定する誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部９０ａを備えている。
【００５３】
誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部９０ａは、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，電源電圧Ｖdcという３つの要素と、誘起電圧定数指令値Ｋe_cとの間の相関関係を規定したマップ（Ｔr_c，ω，Ｖdc／Ｋe_cマップ）に、Ｔr_c，ω，Ｖdcを適用して、誘起電圧定数指令値Ｋe_cを求める。
【００５４】
このＴr_c，ω，Ｖdc／Ｋe_cマップは、実験やコンピュータシミュレーション等に基いて作成されたものであり、そのデータはメモリに保持されている。なお、マップではなく、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，電源電圧Ｖdcという３つの要素を入力して、誘起電圧定数指令値Ｋe_cを出力する相関式を用いて、誘起電圧定数指令値Ｋe_cを算出するようにしてもよい。
【００５５】
また、電動機１のインダクタンスと誘起電圧定数との間には相関関係がある。図４（ａ）は、縦軸をｄ軸電機子のインダクタンスＬdに設定し、横軸をｄ軸電流Ｉdに設定して、電動機１のロータ位相差θdを０度，３０度，６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度に設定したときの、ＬdとＩdの関係を示したものである。図４（ａ）に示した対応関係から、電動機１の位相差θdとｄ軸電流Ｉdの組に対して、対応するｄ軸電機子のインダクタンスＬdが定まることが分る。
【００５６】
同様に、図４（ｂ）は、縦軸をｑ軸電機子のインダクタンスＬqに設定し、横軸をｑ軸電流Ｉqに設定して、電動機１の位相差θdを０度，３０度，６０度，９０度，１２０度，１５０度，１８０度に設定したときの、ＬqとＩqの関係を示したものである。図４（ｂ）に示した対応関係から、電動機１の位相差θdとｑ軸電流Ｉqの組に対して、対応するｑ軸電機子のインダクタンスＬqが定まることが分る。
【００５７】
そして、電動機１のロータ位相差と誘起電圧定数との間にも相関関係がある。そのため、誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部９０ａは、図４（ａ），図４（ｂ）に基いた電動機１のインダクタンスと誘起電圧定数との変換マップを予めメモリに保持し、該変換マップに、先に求めた誘起電圧定数指令値Ｋe_cを適用することによって、インダクタンス指令値Ｌ_cを算出することができる。また、誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部９０ａは、ｄ軸インダクタンス指令値Ｌd_cとｑ軸インダクタンス指令値Ｌq_cの合成値をインダクタンス指令値Ｌ_c（＝√（Ｌd_c2＋Ｌq_c2））として算出する。
【００５８】
さらに、制御装置Ａ1は、電流センサ７０，７１による検出電流Ｉu_s，Ｉw_sとロータ角度θm_sとに基いて、電動機１のインダクタンス推定値Ｌ_eを算出するインダクタンス推定部８２（本発明のインダクタンス推定手段に相当する）を備えている。
【００５９】
また、制御装置Ａ1は、インダクタンス指令値Ｌ_cとインダクタンス推定値Ｌ_eとの偏差ΔＬ（＝Ｌ_c−Ｌ_e）を算出する減算器８１、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとの偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe_e）を算出する減算器９２、角速度ωに応じて、インダクタンス推定部８２によるインダクタンス推定値Ｌ_eの算出処理と誘起電圧定数推定部９１による誘起電圧定数推定値Ｋe_eの算出処理を許可する演算許可信号Ｃokを出力すると共に、角速度ωに応じて、誘起電圧定数の偏差ΔＫeとインダクタンスの偏差ΔＬの何れかの選択を指示する選択信号ＳＬを出力する制御切替部８４、及び、選択信号ＳＬにより制御される切替スイッチ８３を介して入力されるインダクタンスの偏差ΔＬ又は誘起電圧定数の偏差ΔＫeを減少させるように、アクチュエータ２５に対する指令値ＬＳ_cを決定して出力するロータ位相差制御部９５ａ（本発明のロータ位相差制御手段に相当する）を備えている。
【００６０】
ここで、誘起電圧定数推定部９１は、以下の式（２）により、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを算出する。
【００６１】
【数２】
2009254079.tif 000004
【００６２】
但し、Ｋe_e：誘起電圧定数推定値、Ｖq_c：ｑ軸電圧指令値、ω：電動機１の角速度、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス（固定値）、Ｒ：ｑ軸電機子の抵抗値（固定値）、Ｉd_s：ｄ軸電流検出値、Ｉq_s：ｑ軸電流検出値。
【００６３】
次に、図４〜図６（ｂ）を参照して、インダクタンス推定部８２によるインダクタンス推定値Ｌ_eの算出方法について説明する。図３を参照して、インダクタンス推定値算出部８２は、検出用電圧重畳部８０により、加算器５４においてｄ軸検出用電圧Δｖdを重畳すると共に、加算器５７においてｑ軸検出用電圧Δｖqを重畳する。
【００６４】
ここで、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqの具体的な出力パターンとしては、例えば図５（ａ）に示したように、周期Ｔにおける出力電圧Ｘの総和が０となるように設定される。また、図５（ｂ）に示したように、連続する周期の出力を反転（Ｘ，−Ｘ）させることによって、周波数ｆ（＝１／Ｔ）の周波数成分を打ち消して、周波数ｆに偏ったノイズの発生を抑制することができる。
【００６５】
また、図５（ｃ）に示したように、周波数成分を順次打ち消すように出力電圧を変調させる出力パターンとすることで、特定の周波数に偏ったノイズの発生を抑制する効果をさらに高めることができる。
【００６６】
ここで、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の電圧方程式は、以下の式（３）で表される。
【００６７】
【数３】
2009254079.tif 000005
【００６８】
但し、Ｖd：ｄ軸電圧、Ｖq：ｑ軸電圧、Ｒ：ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗値、ｓ：微分演算子、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、ω：電動機１の角速度、Ｉd：ｄ軸電流、Ｉq：ｑ軸電流、Ｋe：誘起電圧定数。
【００６９】
そして、角速度がほぼゼロ（ω≒０）であるときは、上記式（３）は以下の式（４）の形で表される。
【００７０】
【数４】
2009254079.tif 000006
【００７１】
また、さらに、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒを無視すると、上記式（４）は以下の式（５）の形で表される。
【００７２】
【数５】
2009254079.tif 000007
【００７３】
本実施の形態では、上記式（５）を用いて、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子のインダクタンスの推定値を算出する。なお、上記式（４）を用いて、上記式（４）の抵抗値Ｒに、予め設定した抵抗値或いはこの抵抗値を電機子巻線の温度で補正した抵抗値を代入して、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子のインダクタンスの推定値を算出してもよい。
【００７４】
ｄ軸検出用電圧Δｖdをｄ軸電機子に重畳し、また、ｑ軸検出用電圧Δｖqをｑ軸電機子に重畳したときの上記式（５）の電圧方程式は、以下の式（６）で表される。
【００７５】
【数６】
2009254079.tif 000008
【００７６】
但し、Ｖd：ｄ軸検出用電圧Δｖdを重畳する前のｄ軸電圧、Ｖq：ｑ軸検出用電圧Δｖqを重畳する前のｑ軸電圧、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、ｓ：微分演算子、Ｉd：ｄ軸電流、Ｉq：ｑ軸電流。
【００７７】
上記式（６）を変形すると、以下の式（７）が得られる。
【００７８】
【数７】
2009254079.tif 000009
【００７９】
ここで、以下の式（８）〜式（１０）のように定義すると、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqを重畳したときの上記式（６）を、以下の式（１１）の形にまとめて表すことができる。
【００８０】
【数８】
2009254079.tif 000010
【００８１】
但し、Δｖd(i)：ｄ軸検出用電圧Δｖdのｉ番目の制御サイクルにおける値、Δｖq(i)：ｑ軸検出用電圧Δｖqのｉ番目の制御サイクルにおける値。
【００８２】
【数９】
2009254079.tif 000011
【００８３】
但し、Ｖd(i)：ｄ軸電圧のｉ番目の制御サイクルにおける値、Ｖq(i)：ｑ軸電圧のｉ番目の制御サイクルにおける値。
【００８４】
【数１０】
2009254079.tif 000012
【００８５】
但し、Ｉd(i)：ｄ軸電流のｉ番目の制御サイクルにおける値、Ｉq(i)：ｑ軸電流のｉ番目の制御サイクルにおける値。
【００８６】
【数１１】
2009254079.tif 000013
【００８７】
そして、以下の式（１２）を定義して、上記式（１１）の両辺に擬似逆行列（ＣtＣ）-1Ｃをかけると、以下の式（１３）が得られる。
【００８８】
【数１２】
2009254079.tif 000014
【００８９】
【数１３】
2009254079.tif 000015
【００９０】
ここで、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqは、上述したように電圧の総和が０となるように設定されている。すなわち、ΣΔｖdq(i)＝０なので、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqが重畳されている間のＶdq(i)が一定であれば、上記式（１３）の左辺の第２項において、以下の式（１４）が成り立つ。
【００９１】
【数１４】
2009254079.tif 000016
【００９２】
従って、トルク指令値Ｔr_cに応じて電流制御部５３で決定されるｄ軸電圧Ｖd及びｑ軸電圧ＶqによるＶdq(1)，Ｖdq(2)，…は無視することができ、上記式（１３）は以下の式（１５）の形になる。
【００９３】
【数１５】
2009254079.tif 000017
【００９４】
この場合、電流制御部５３は、トルク指令値Ｔr_cに応じたｄ軸電圧Ｖdとｑ軸電圧Ｖqの更新を、検出用電圧Δｖdqの平均が０になるタイミングで行なえばよい。
【００９５】
なお、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqの出力パターンは、予め決定してメモリに保持しておけばよい。また、上記式（１５）における左辺の（ＣtＣ）-1Ｃtの計算値も、ｄ軸検出用電圧Δｖdとｑ軸検出用電圧Δｖqの出力パターンにより算出して、予めメモリに保持しておくことができる。
【００９６】
図６（ａ）は、上記式（１５）に従ったブロック図であり、インダクタンス推定値算出部８２は、このブロック図に示した処理を行なってインダクタンス推定値Ｌ_eを算出する。すなわち、インダクタンス推定部８２は、電流センサ７０，７１による相電流の検出値Ｉu_sとＩw_sの今回と前回の制御サイクルにおける値の差分を、減算器１０４，１０５により算出する。
【００９７】
そして、インダクタンス推定値算出部８２は、この差分を３相−ｄｑ変換部１０１によりｄｑ座標値に変換し、変換値（dＩd，dＩq）を除算器１０２で１制御サイクルの時間（dt）で除する。さらに、インダクタンス推定値算出部８２は、乗算器１０３により、この変換値（dＩd，dＩq）に擬似逆行列（ＣtＣ）-1Ｃtを乗じて、ｄ軸電機子のインダクタンスの推定値の逆数１／Ｌd_eとｑ軸電機子のインダクタンスの推定値の逆数１／Ｌq_eとを算出する。そして、インダクタンス推定値算出部８２は、Ｌd_eとＬq_eの合成値をインダクタンス推定値Ｌ_e（＝√（Ｌd_e2＋Ｌq_e2））として算出する。
【００９８】
なお、図６（ｂ）に示したブロック図に示したように、電流センサ７０，７１による相電流の検出値Ｉu_sとＩw_sではなく、３相−ｄｑ変換部６１により算出されたｄ軸電流検出値Ｉd_sとｑ軸電流検出値Ｉq_sを用いて、インダクタンス推定値Ｌ_eを求めてもよい。
【００９９】
この場合は、ｄ軸電流検出値Ｉd_sとｑ軸電流検出値Ｉq_sの今回と前回の制御サイクルにおける値の差分（dＩd，dＩq）を、減算器１１０，１１１により算出する。そして、この差分（dＩd，dＩq）を除算器１１２で１制御サイクルの時間（dt）で除し、さらに、乗算器１１３で擬似逆行列（ＣtＣ）-1Ｃtを乗じて、ｄ軸電機子のインダクタンスの推定値の逆数１／Ｌd_eとｑ軸電機子のインダクタンスの推定値の逆数１／Ｌq_eとを算出する。
【０１００】
次に、図７を参照して、制御切替部８４による演算許可信号Ｃokと選択信号ＳＬの出力態様について説明する。制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωK以上であるときに、誘起電圧定数推定部９１に演算許可信号Ｃokを出力して、誘起電圧定数推定部９１により誘起電圧定数推定値Ｋe_eを算出させる。
【０１０１】
また、制御切替部８４は、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωL以下であるときに、インダクタンス推定部８２に演算許可信号Ｃokを出力して、インダクタンス推定部８２によりインダクタンス推定値Ｌ_eを算出させる。
【０１０２】
そして、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωj1（本発明の第１判定速度に相当する）以下であるときは、インダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬを出力し、電動機１の角速度ωがωj2（本発明の第２判定速度に相当する）以上であるときには、誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬを出力する。
【０１０３】
そして、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωj1以下であって、インダクタンスが選択されているときは、角速度ωがωj2以上となるまでインダクタンスの選択を継続する。一方、電動機１の角速度ωがωj2以上であって、誘起電圧定数が選択されているときには、角速度ωがωj1以下となるまで、誘起電圧定数の選択を継続する。
【０１０４】
このように、制御切替部８４によるインダクタンスと誘起電圧定数の選択条件に、図７の斜線部分のヒステリシスをもたせることによって、インダクタンスと誘起電圧定数の切替が頻繁に行なわれて、後述するロータ位相差制御部９５ａによるロータ位相差θdのフィードバック制御が不安定になることを防止することができる。
【０１０５】
次に、ロータ位相差制御部９５ａによる電動機１のロータ位相差θdの制御について説明する。図３を参照して、制御切替部８４により、インダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときは、切替スイッチ８３を介して、インダクタンス指令値Ｌ_cとインダクタンス推定値Ｌ_eとの偏差ΔＬがロータ位相差制御部９５ａに入力される。
【０１０６】
そして、ロータ位相差制御部９５ａは、インダクタンスの偏差ΔＬを減少させるようにアクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定して、アクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj1以下及びωj1以下からωj2以上の状態に移行するまでの低速回転域においては、インダクタンスの偏差ΔＬを減少させるように、電動機１のロータ位相差θdがフィードバック制御される。
【０１０７】
一方、制御切替部８４により、誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときには、切替スイッチ８３を介して、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと誘起電圧定数推定値Ｋe_eとの偏差ΔＫe_eがロータ位相差制御部９５ａに入力される。
【０１０８】
そして、ロータ位相差制御部９５ａは、誘起電圧定数の偏差ΔＫe_eを減少させるように、アクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定してアクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj2以上及びωj2からωj1以下となる高速回転域においては、誘起電圧定数の偏差ΔＫe_eを減少させるように、電動機１のロータ位相差θdがフィードバック制御される。
【０１０９】
このように、ロータ位相差制御９５ａは、電動機１のロータ位相差θdについて、低速回転域においてはインダクタンスに基いてフィードバック制御を行い、高速回転域においては誘起電圧定数に基いてフィードバック制御を行う。そのため、ロータ位相差制御９５ａにより、電動機１のロータ位相差θdを、ロータ位相差θdを検出するセンサを設けることなく、低速回転域〜高速回転域の全域に亘ってフィードバック制御することができる。
【０１１０】
［第２の実施形態］次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の電動機の制御装置Ａ2（以下、制御装置Ａ2という）は、上述した第１の実施形態の制御装置Ａ1の誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部９０ａに代えて、ロータ位相差θdの指令値θd_c（以下、ロータ位相差指令値θd_c）を決定するロータ位相差指令算出部９０ｂを備えている。
【０１１１】
また、制御装置Ａ2は、制御装置Ａ1の電流指令算出部５０ａに代えて、ロータ位相差の推定値θd_e（以下、ロータ位相差推定値θd_eという）に基いて、ｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流指令値Ｉq_cとを決定する電流指令算出部５０ｂを備えている。ここで、上述した第１の実施形態で説明したように、電動機１の誘起電圧定数Ｋeとロータ位相差θdとインダクタンスＬとの間には相関関係がある。そのため、電流指令算出部５０ｂにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋe及びＬの推定値に代えて、ロータ位相差推定値θd_eを用いてｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定することができる。
【０１１２】
電流指令算出部５０ｂは、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，ロータ位相差推定値θd_eという３つの要素と、ｄ軸電流指令値Ｉd_c，ｑ軸電流指令値Ｉq_cという２つの要素との間の相関関係を規定したマップ（Ｔr_c，ω，θd_e／Ｉd_c，Ｉq_cマップ）に、Ｔr_c，ω，θd_eを適用して、対応するＩd_c，Ｉq_cを求める。
【０１１３】
このＴr_c，ω，θd_e／Ｉd_c，Ｉq_cマップは、実験やコンピュータシミュレーション等に基いて作成されたものであり、そのデータはメモリに保持されている。なお、マップではなく、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，ロータ位相差推定値θd_eという３つの要素を入力して、ｄ軸電流指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cという２つの要素を出力する相関式を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流指令値Ｉq_cを算出するようにしてもい。
【０１１４】
さらに、制御装置Ａ2は、第１位相差推定部８５（本発明の第１のロータ位相差推定手段に相当する）と、第２位相差推定部９３（本発明の第２のロータ位相差推定手段に相当する）とを備えている。
【０１１５】
第１位相差推定部８５は、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，インダクタンス推定値Ｌ_eという３つの要素と、これに対応する第１ロータ位相差推定値θd_e1との間の相関関係を規定したマップ（Ｉd_s，Ｉq_s，Ｌ_e／θd_e1マップ）に、Ｉd_s，Ｉq_s，Ｌ_eを適用して、対応する第１ロータ位相差推定値θd_e1を求める。
【０１１６】
なお、このマップは、上述した図４（ａ），図４（ｂ）の関係に基づくものであり、実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基いて作成される。また、マップではなく、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，インダクタンス推定値Ｌ_eという３つの要素を入力して、対応する第１ロータ位相差推定値θd_e1を算出する相関式を用いて、第１ロータ位相差推定値θd_e1を算出するようにしてもよい。
【０１１７】
また、第２位相差推定部９３は、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，誘起電圧推定値Ｋe_eという３つの要素と、これに対応する第２ロータ位相差推定値θd_e2との間の相関関係を規定したマップ（Ｉd_s，Ｉq_s，Ｋe_e／θd_e2マップ）に、Ｉd_s，Ｉq_s，Ｋe_eを適用して、対応する第２ロータ位相差θd_e2を求める。
【０１１８】
なお、このＩd_s，Ｉq_s，Ｋe_e／θd_e2マップは、実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基いて作成される。また、マップではなく、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，誘起電圧定数推定値Ｋe_eという３つの要素を入力して、対応する第２ロータ位相差推定値θd_e2を算出する相関式を用いて、第２ロータ位相差推定値θd_e2を算出するようにしてもよい。
【０１１９】
なお、その他の制御装置Ａ1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２０】
制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωL以下であるときに、インダクタンス推定部８２及び第１位相差推定部８５に演算許可信号Ｃokを出力し、これにより第１位相差推定部８５から、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１位相差推定値θd_e1が出力される。
【０１２１】
また、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωK以上であるときに、誘起電圧定数推定部９１及び第２位相差推定部９３に演算許可信号Ｃokを出力し、これにより第２位相差推定部９３から、誘起電圧定数推定値Ｋe_eに対応する第２位相差推定部θd_e2が出力される。
【０１２２】
そして、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωj1以下であるとき及びωj1以下からωj2以上に移行する状態であるとき（低速回転域）においては、インダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬを出力する。また、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωj2以上であるとき及びωj2以上からωj1以下に移行する状態であるとき（高速回転域）においては、誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬを出力する。
【０１２３】
ここで、制御切替部８４によりインダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときは、切替スイッチ８３を介して、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１ロータ位相差推定値θd_e1が、減算器９４に入力されて、ロータ位相差指令値θd_cと第１ロータ位相差推定値θd_e1との偏差Δθd（＝θd_c−θd_e1）が算出される。
【０１２４】
そして、ロータ位相差制御部９５ｂは、偏差Δθdを減少させるようにアクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定して、アクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj1以下であるとき及びωj1以下からωj2以上に移行する状態であるとき（低速回転域）においては、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１ロータ位相差推定値θd_e1と、ロータ位相差指令値θd_cとの偏差Δθdが減少するように、電動機１のロータ位相差θdがフィードバック制御される。
【０１２５】
一方、制御切替部８４により誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときは、切替スイッチ８３を介して、誘起電圧定数推定値Ｋe_eに対応する第２ロータ位相差θd_e2が減算器９４に入力されて、ロータ位相差指令値θd_cと第２ロータ位相差推定値θd2_eとの偏差Δθd（＝θd_c−θd_e2）が算出される。
【０１２６】
そして、ロータ位相差制御部９５ｂは、偏差Δθdを減少させるようにアクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定して、アクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj2以上であるとき及びωj2以上からωj1以下に移行する状態であるとき（高速回転域）においては、ロータ位相差指令値θd_cと、誘起電圧定数推定値Ｋe_eに対応する第２ロータ位相差推定値θd_e2との偏差Δθdが減少するように、電動機１のロータ位相差θdがフィードバック制御される。
【０１２７】
このように、ロータ位相差制御部９５ｂは、電動機１のロータ位相差θdについて、低速回転域においては、インダクタンス推定値Ｌ_eに基いてフィードバック制御を行い、高速回転域においては誘起電圧定数推定値Ｋe_eに基いてフィードバック制御を行う。そのため、ロータ位相差制御９５ｂにより、ロータ位相差θdを検出するセンサを設けることなく、電動機１のロータ位相差θdを、低速回転域〜高速回転域の全域に亘ってフィードバック制御することができる。
【０１２８】
［第３の実施形態］次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態いついて説明する。第３の実施形態の電動機の制御装置Ａ3（以下、制御装置Ａ3という）は、上述した第２の実施形態の制御装置Ａ2のロータ位相差指令算出部９０ｂに代えて、誘起電圧定数の指令値Ｋe_c（以下、誘起電圧定数指令値Ｋe_cという）を決定する誘起電圧定数指令算出部９０ｃを備えている。
【０１２９】
また、制御装置Ａ3は、制御装置Ａ2の電流指令算出部５０ｂに代えて、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，誘起電圧定数の推定値Ｋe_e（以下、誘起電圧定数推定値Ｋe_eという）に基いて、ｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流指令値Ｉq_cとを決定する電流指令算出部５０ｃを備えている。ここで、上述した第１の実施形態で説明したように、電動機１の誘起電圧定数とロータ位相差とインダクタンスとの間には相関関係がある。そのため、電流指令算出部５０ｃにより、電動機１のロータ位相差推定値θd_eに代えて、誘起電圧定数推定値Ｋe_eを用いて、ｄ軸電流指令値Ｉd_cとｑ軸電流指令値Ｉq_cを決定することができる。
【０１３０】
電流指令算出部５０ｃは、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，誘起電圧定数推定値Ｋe_eという３つの要素と、ｄ軸電流指令値Ｉd_c，ｑ軸電流指令値Ｉq_cという２つの要素との間の相関関係を規定したマップ（Ｔr_c，ω，Ｋe_e／Ｉd_c，Ｉq_cマップ）に、Ｔr_c，ω，θd_eを適用して、対応するＩd_c，Ｉq_cを求める。
【０１３１】
このＴr_c，ω，Ｋe_e／Ｉd_c，Ｉq_cマップは、実験やコンピュータシミュレーション等に基いて作成されたものであり、そのデータはメモリに保持されている。なお、マップではなく、トルク指令値Ｔr_c，角速度ω，誘起電圧定数推定値Ｋe_eという３つの要素を入力して、ｄ軸電流指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cという２つの要素を出力する相関式を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cを算出するようにしてもよい。
【０１３２】
さらに、制御装置Ａ3は、第１誘起電圧定数推定部８６（本発明の第１の誘起電圧定数推定手段に相当する）と、第２誘起電圧定数推定部９６（本発明の第２の誘起電圧定数推定手段に相当する）とを備えている。
【０１３３】
第１誘起電圧定数推定部８６は、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出部Ｉq_s，インダクタンス推定値Ｌ_eという３つの要素と、これに対応する第１誘起電圧定数Ｋe_e1との間の相関関係を規定したマップ（Ｉd_s，Ｉq_s，Ｌ_e／Ｋe_e1マップ）に、Ｉd_s，Ｉq_s，Ｌ_eを適用して、対応する第１誘起電圧定数推定値Ｋe_e1を求める。
【０１３４】
なお、このマップは、上述した図４（ａ），図４（ｂ）の関係に基くものであり、実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基いて作成される。また、マップではなく、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，インダクタンス推定値Ｌ_eという３つの要素を入力して、対応する第１誘起電圧定数推定値Ｋe_e1を算出する相関式を用いて、第１誘起電圧定数推定値θd_e1を算出するようにしてもよい。
【０１３５】
また、第２誘起電圧定数推定部９６の構成は、上述した第１の実施形態の制御装置Ａ1及び第２の実施形態の制御装置Ａ2の誘起電圧定数推定部９１と同様であり、ｄ軸電流検出値Ｉd_s，ｑ軸電流検出値Ｉq_s，ｄ軸電圧指令値Ｖd_c，ｑ軸電圧指令値Ｖq_c，角速度ωに対応する第２誘起電圧定数Ｋe_e2を求める。
【０１３６】
なお、その他の制御装置Ａ1，Ａ2と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３７】
制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωL以下であるときに、インダクタンス推定部８２及び第１誘起電圧定数推定部８６に演算許可信号Ｃokを出力し、これにより第１誘起電圧定数推定部８６から、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１誘起電圧定数推定値Ｋe_e1が出力される。
【０１３８】
また、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωK以上であるときに、第２誘起電圧定数推定部９３に演算許可信号Ｃokを出力し、これにより第２誘起電圧定数推定部９６から第２誘起電圧定数推定値Ｋe_e2が出力される。
【０１３９】
そして、制御切替部８４は、上述したように、電動機１の角速度ωがωj1以下であるとき及びωj1以下からωj2以上に移行する状態であるとき（低速回転域）においては、インダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬを出力する。また、制御切替部８４は、電動機１の角速度ωがωj2以上であるとき及びωj2以上からωj1以下に移行する状態であるとき（高速回転域）においては、誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬを出力する。
【０１４０】
ここで、制御切替部８４によりインダクタンスの選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときは、切替スイッチ８３を介して、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１誘起電圧定数推定値Ｋe_e1が、減算器９４に入力されて、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと第１誘起電圧定数推定値Ｋe_eとの偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe_e1）が算出される。
【０１４１】
そして、ロータ位相差制御部９５ｂは、偏差ΔＫeを減少させるようにアクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定して、アクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj1以下であるとき及びωj1以下からωj2以上に移行する状態であるとき（低速回転域）は、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１誘起電圧定数推定値Ｋe_e1と、誘起電圧定数指令値Ｋe_cとの偏差ΔＫeが減少するように、電動機１のロータ位相差がフィードバック制御される。
【０１４２】
一方、制御切替部８４により誘起電圧定数の選択を指示する選択信号ＳＬが出力されているときは、切替スイッチ８３を介して、第２誘起電圧定数推定値Ｋe_e2が減算器９４に入力されて、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと第２誘起電圧定数推定値Ｋe_e2との偏差ΔＫe（＝Ｋe_c−Ｋe_e2）が算出される。
【０１４３】
そして、ロータ位相差制御部９５ｂは、偏差ΔＫeを減少させるようにアクチュエータ指令値ＬＳ_cを決定して、アクチュエータ２５に出力する。これにより、電動機１の角速度ωがωj2以上であるとき及びωj2以上からωj1以下に移行する状態であるとき（高速回転域）は、誘起電圧定数指令値Ｋe_cと、第２誘起電圧定数推定値Ｋe_e2との偏差ΔＫeが減少するように、電動機１のロータ位相差θdがフィードバック制御される。
【０１４４】
このように、ロータ位相差制御部９５ｂは、電動機１のロータ位相差θdについて、低速回転域においては、インダクタンス推定値Ｌ_eに対応する第１誘起電圧定数Ｋe_e1に基いてフィードバック制御を行い、高速回転域においては、第２誘起電圧定数推定値Ｋe_eに基いてフィードバック制御を行う。そのため、ロータ位相差制御９５ｂにより、電動機１のロータ位相差θdを、ロータ位相差θdを検出するセンサを設けることなく、低速回転域〜高速回転域の全域に亘ってフィードバック制御することができる。
【０１４５】
なお、上述した第１〜第３の実施形態の制御装置Ａ1〜Ａ3においては、電動機１の電機子のインダクタンスとして、ｄ軸電機子のインダクタンスＬdとｑ軸電機子のインダクタンスＬqを合成したインダクタンス指令値Ｌ_c及びインダクタンス推定値Ｌ_eを用いた。しかし、他の形態として、ｄ軸電機子のインダクタンスＬdやその逆数、或いはｑ軸電機子やその逆数のインダクタンスを用いてもよい。また、合成値の逆数（１／Ｌ_c，１／Ｌ_e）を用いてもよい。
【０１４６】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、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制御装置Ａ1〜Ａ3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等、他の制御形態においても本発明の適用が可能である。
【０１４７】
また、上述した第１〜第３の実施形態では、低速回転域でインダクタンスの推定値に基くロータ位相差のフィードバック制御（第１のロータ位相差制御）を行なうと共に、高回転域で誘起電圧定数の推定値に基くロータ位相差のフィードバック制御（第２のロータ位相差制御）を行ったが、低速回転域でインダクタンスの推定値に基くロータ位相差のフィードバック制御のみを行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【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】外ロータと内ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。
【図３】第１の実施形態の電動機の制御装置の制御ブロック図。
【図４】ロータ位相差θdとｄ軸電機子のインダクタンスＬd及びｄ軸電流Ｉdとの相関関係、及びロータ位相差θdとｑ軸電機子のインダクタンスＬq及びｑ軸電流Ｉqとの相関関係を示した説明図。
【図５】検出用電圧の出力パターンの説明図。
【図６】インダクタンス推定値算出部の演算ブロック図。
【図７】誘起電圧定数による処理とインダクタンスによる処理の切り換え条件の説明図。
【図８】第２の実施形態の電動機の制御装置の制御ブロック図。
【図９】第３の実施形態の電動機の制御装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
【０１４９】
１…電動機、２…電動機の回転軸、１０…ステータ、１１…内ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５…アクチュエータ、２６…差動機構、２７…ロータ位相差変更部、５０ａ…電流指令算出部、５３…電流制御部、８０…検出用電圧重畳部、８２…インダクタンス推定部、８４…制御切替部、９０ａ…誘起電圧定数・インダクタンス指令算出部、９１…誘起電圧定数推定部、９５…ロータ位相差制御部。
【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】
2009254079.tif 000023
【図７】
2009254079.tif 000024
【図８】
2009254079.tif 000025
【図９】
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