回転電機制御装置
【課題】可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることができる技術を提供する。
【解決手段】第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置を示す位相指令γ＊が、目標トルクＴ＊及び回転速度ωに応じて規定された位相マップ７０として、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された位相範囲内で位相指令γ＊が規定された低回転速度域位相マップ７Ｌと、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された位相範囲内で位相指令γ＊が規定された高回転速度域位相マップ７Ｈとを有する。相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えて参照し、位相指令γ＊を決定して、相対位置を調整する。
【解決手段】第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置を示す位相指令γ＊が、目標トルクＴ＊及び回転速度ωに応じて規定された位相マップ７０として、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された位相範囲内で位相指令γ＊が規定された低回転速度域位相マップ７Ｌと、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された位相範囲内で位相指令γ＊が規定された高回転速度域位相マップ７Ｈとを有する。相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えて参照し、位相指令γ＊を決定して、相対位置を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、永久磁石型の回転電機（ＰＭＳＭ：permanent magnet synchronous motor）が広く用いられている。ＰＭＳＭでは、通常、永久磁石はロータコアに固定されているため、ロータから発生する磁束は一定である。このため、ＰＭＳＭでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、ある回転速度以上では、トルクに寄与しない電流をステータコイルに流して永久磁石からの磁束を相殺し、ロータからの磁界を実質的に弱める弱め界磁制御が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと回転電機から出力されるトルクに対してステータコイルに流れる電流が大きくなるため、銅損が大きくなり効率が低下する。また、永久磁石からステータに到達する磁束が一定のままでは、ロータの回転速度が高い領域において、ステータコアに生じる鉄損も大きくなり効率が低下する。そこで、ロータが備える永久磁石からステータに到達する磁束をロータの回転速度に応じて変化させる可変磁束型の回転電機が提案されている。特開２００７−１５９２１９号公報（特許文献１）には、同軸に配置された内周側ロータ（１１）、外周側ロータ（１２）、遊星歯車機構（１４）とにより構成した可変磁束型の回転電機（１０）が開示されている（図１〜図４、要約等参照。括弧内の符号は、特許文献１のもの。）。
【０００３】
ところで、埋込磁石型の回転電機（ＩＰＭＳＭ : interior PMSM）では、ロータ表面の磁気抵抗がロータ回転方向の位置によって異なることが多い。このためＩＰＭＳＭでは、ステータコイルを流れる電流により生じる電機子磁束と永久磁石の界磁磁束との吸引反発力によるマグネットトルクの他、電機子磁束とロータの鉄心との吸引反発力によるリラクタンストルクも回転電機のトルクとして利用することができる。可変磁束型ではない回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布がほぼ一定であるが、可変磁束型の回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布が変化する。つまり、可変磁束型の回転電機では、界磁磁束の調整によって、マグネットトルクだけではなくリラクタンストルクも変化することになる。従って、可変磁束型の回転電機の界磁磁束を調整するに際しては、リラクタンストルクに影響するロータ表面の磁気抵抗も考慮することが好ましい。また、回転電機は、電動機（力行運転）及び発電機（回生運転）として機能させることが可能であり、界磁磁束の調整に際しては、回転電機の運転状態（力行運転状態又は回生運転状態）なども考慮されることが好ましい。
【０００４】
しかし、単純にトルク及び回転速度に応じて界磁磁束の調整を行なうだけでは、このような回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することができない場合がある。また、これらを考慮して界磁磁束の調整を行なう際に、２つのロータ間の位相の調整量が大きくなる状況が生じると、必要な界磁磁束を得られるまでの時間が長くなり、応答性が悪化したり、機械損の増加によって回転電機の損失が増加したりする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記背景に鑑みて、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることができる技術の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第１ロータと前記第２ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する点にある。
【０００８】
上述したように、ＰＭＳＭでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、回転速度に応じてロータからの界磁磁界が調整される。但し、界磁磁束の調整によってロータ表面の磁気抵抗も変化するため、界磁磁束の調整はマグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクにも影響を与える。このため、本特徴構成のように、目標トルクと回転速度とに応じて規定された位相マップに基づいて、第１ロータと第２ロータとの相対位置を示す位相指令が決定されると好適である。ここで、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されていない可能性が高いので、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令が規定された低回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。一方、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されている可能性が高くなるので、界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。本特徴構成によれば、相対位相制御部は、回転速度に基づいて低回転速度域位相マップと高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、位相指令を決定する。これにより、相対位相制御部は、それぞれの回転速度域に応じて、ロータ間位相の調整量が抑制された位相指令を決定することが可能となる。このように、本特徴構成によれば、位相マップを用いることによって、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることが可能となる。
【０００９】
ところで、回転電機の回転速度が低回転速度域から高回転速度域に移行した場合、力行運転状態であれば逆起電力を抑制するために、回生運転状態であれば発電量を調整するために、界磁磁束を制限する必要が生じる可能性が高くなる。一方、回転電機の回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行した場合は、逆に界磁磁束を制限する必要性が低下する可能性が高くなる。従って、上述したように、各回転速度域に適した位相マップが回転速度に基づいて参照され、位相指令が決定されると好ましい。ここで、回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の１つの形態を考えると、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行する場合がある。例えば、回転電機が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機の運転状態が回生運転状態となり、回転速度が低下するような事例である。この際、再び加速手段が操作されることによって、回転電機が力行運転状態に切り替わる場合がある。そして、力行運転が再開されると回転速度が上昇し、再び低回転速度域から高回転速度域へと回転速度が移行する可能性がある。このような場合には、回転速度及び目標トルクの双方が変化し、例えば、力行運転状態で高回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域、回生運転状態で低回転速度域、力行運転状態で低回転速度域、そして、力行運転状態で高回転速度域と、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性がある。一方、単純に回転速度が上昇する場合には、力行運転状態で低回転速度域から、力行運転状態で高回転速度域への切り替わりや、回生運転状態で低回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域への切り替わりとなるから、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性は比較的低い。運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わると、制御の安定性が低下したり、両ロータの相対位置の調整量が増加して損失が増加したりする可能性がある。
【００１０】
このように運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性及びできるだけ少ない調整量で相対位置の制御を実行するために、本発明に係る回転電機制御装置が以下のように構成されると好適である。つまり、１つの好適な態様として、本発明に係る回転電機制御装置の前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える構成とするとよい。
【００１１】
上述したように、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は低い。一方、回転電機が高速で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、上述したように、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。一方、高回転速度域に対応する回転速度域位相マップは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。さらに、これら第１位相範囲及び第２位相範囲は、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。１つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記第１位相範囲が、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、前記第２位相範囲が、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されていると好適である。
【００１２】
上述したように、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定される。界磁磁束が最小となる相対位置は、回転電機の力行運転状態及び回生運転状態でのトルクが最小となる相対位置である。第２位相範囲は、この相対位置をほぼ中央として、一方の外縁へ行くほど回転電機の力行運転状態の時のトルクが大きくなり、他方の外縁へ行くほど回生運転状態でのトルクが大きくなるように設定されると、回転電機の運転状態に応じて最適な位相指令が規定できて好適である。つまり、第２位相範囲が、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクに応じた相対位置を基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。
【００１３】
ところで、可変磁束型ではない回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗に変化は生じないが、可変磁束型の回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗も変化する。そして、このようなロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗が変化する回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ（ロータユニット）の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。回転電機を制御する手法として、永久磁石により構成される磁極の中心を通る軸と、この軸に対して電気的に直交する軸とを、永久磁石基準の直交軸としたベクトル空間におけるベクトル制御が知られている。しかし、ロータ（ロータユニット）の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ（ロータユニット）の表面における磁束密度最大位置とが異なる場合には、このような永久磁石基準のベクトル空間に対して電気角上の回転偏差を有した回転ベクトル空間においてベクトル制御が実施される場合がある。この回転ベクトル空間において回転電機を制御すると、回転偏差の影響により、例えばマグネットトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機に対する損失ともなる。従って、特に界磁磁束を制限する場合の多い高回転速度域での動作に対応する第２位相範囲は、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクや損失の少なさに応じて定量的に設定されると好適である。このような定量的な設定は、例えば、第１ロータ及び第２ロータの周方向の相対位置を示す位相の可変範囲の全域を、原点を中心とする３６０°の描画範囲で表すグラフにおける位相範囲によって規定することができる。力行運転に適した位相範囲、回生運転に適した位相範囲は、当該グラフにおける９０°の描画範囲ごとに現れるので、これらの位相範囲は、当該グラフに適切な直交軸を設定した場合における象限として規定されてもよい。
【００１４】
具体的な１つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記回転電機が、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、前記第２位相範囲が、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されていると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】可変磁束型の回転電機の構成の一例を示すスケルトン図
【図２】電気角１周期分における磁極及び突極の関係の一例を示す図
【図３】界磁磁束が最大となる相対位相（０度）の磁束分布の一例を示す図
【図４】界磁磁束が最小となる相対位相（９０度）の磁束分布の一例を示す図
【図５】相対位相９０度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図
【図６】相対位相４５度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図
【図７】回転電機制御装置の構成の一例を模式的に示すブロック図
【図８】ベクトル空間の相対関係を示す図
【図９】第１位相範囲及び第２位相範囲の一例を示す図
【図１０】低回転速度域位相マップの一例を示す図
【図１１】高回転速度域位相マップの一例を示す図
【図１２】界磁磁束調整時の相対位置の調整幅（位相差）の一例を示す図
【図１３】相対位相０度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１４】相対位相４５度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１５】相対位相６７度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１６】第１位相範囲及び第２位相範囲の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、可変磁束型の回転電機を制御対象とする回転電機制御装置を例として説明する。はじめに、図１〜図６を利用して、本実施形態において例示する可変磁束型の回転電機の構造、及び電気的な特性（特に、ロータの非対称突極性）について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態で例示する可変磁束型の回転電機１００は、回転機構部２０と、相対位置調整機構５０とを有して構成される。回転機構部２０は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ４１及び第２ロータ４２を有するロータユニット４０と、ステータコイル３２を有するステータ３０とを備えて構成されている。本例では、回転機構部２０は、相対的にステータ３０の内側にロータユニット４０が備えられたインナーロータ型の構造である。ロータユニット４０は、相対的に内側に配置される内側ロータ（第１ロータ４１）と相対的に外側に配置される外側ロータ（第２ロータ４２）とを有して構成されている。第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置は、相対位置調整機構５０により調整可能である。ステータコイル３２に鎖交する界磁磁束は、この相対位置の調整により、つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２との周方向（ロータ回転方向）の相対位置に応じて変化する。即ち、回転電機１００は、ロータユニット４０に備えられた永久磁石により生じてステータコイル３２に鎖交する界磁磁束を、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機である。
【００１８】
ロータユニット４０を構成する第１ロータ４１及び第２ロータ４２の少なくとも一方には永久磁石が備えられる。本実施形態では、第１ロータ４１のみに永久磁石が備えられる。図２、図３等に示すように、第１ロータ４１は、ロータコア（第１ロータコア４３）の内部に埋め込まれて、ステータコイル３２と鎖交する界磁磁束を提供する永久磁石２４（２４Ｎ，２４Ｓ）を備えて構成される。一方、第２ロータ４２は、界磁磁束に対して磁気抵抗となる磁気抵抗部としての空隙４８をロータコア（第２ロータコア４４）に備えて構成される。これら２つのロータ４１，４２の周方向の相対位置に応じてステータコイル３２に鎖交する界磁磁束が変化し、可変磁束型の回転機構部２０が実現される。図１に示すように、回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との周方向の相対位置を調整する相対位置調整機構５０と共に可変磁束型の回転電機１００を構成する。回転電機１００の駆動力（トルクと同義）は出力軸Ｘに伝達可能に構成されている。
【００１９】
回転機構部２０の電機子を構成するステータ３０は、ステータコア３１とステータコア３１に巻装されたステータコイル３２とを備えている。ステータコア３１は、本例では、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されており、円筒状に形成されてケース（図示は省略）に固定されている。界磁を構成するロータユニット４０は、ステータ３０の径内方向Ｒ１側において、ステータ３０に対して回転軸周りに回転可能に上記ケースに支持されている（図示は省略）。第１ロータ４１の第１ロータコア４３及び第２ロータ４２の第２ロータコア４４は、本例では、ステータコア３１と同様に複数枚の電磁鋼板を積層して構成されている。ロータユニット４０を構成する第２ロータ４２は、一定の径方向厚さを有する円筒状に形成され、内側に第１ロータ４１を備えている。第１ロータ４１と第２ロータ４２とは、同軸に配置される。図１に示すように、第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４は、径方向Ｒ視において重複するように配置されている。本例では、第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４は、軸方向Ｌに同じ長さ（軸方向長さ）を有し、径方向Ｒ視において完全に重複するように配置されている。第１ロータ４１は、第１ロータコア４３を支持すると共に第１ロータコア４３と一体回転する第１ロータコア支持部材４５を備えている。また、第２ロータ４２は、第２ロータコア４４を支持すると共に第２ロータコア４４と一体回転する、第２ロータコア支持部材４６を備えている。
【００２０】
本実施形態では、図２及び図３に示すように、第２ロータコア４４は、両ロータ４１，４２の相対位置が所定の基準位置（相対位相γ＝０度）にある状態で、周方向に隣接する磁極Ｆの磁極端部ＦＴの間（即ち、磁極間）に配置され、界磁磁束に対して磁気抵抗となる空隙（磁極間空隙、磁気抵抗部）４８を備えている。この空隙４８により、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置に応じてステータコイル３２に到達する鎖交磁束が変化する。
【００２１】
図３及び図４は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置（相対位相γ）に応じた、マグネットトルクに関係する界磁磁束（ｄ軸磁束）を破線により例示している。相対位相γは、電気角で示されている。図３及び図４は、ロータユニット４０の軸直交断面を示しており、おおよそ電気角の１周期に相当する部分断面図である。例えば、図３は、永久磁石２４から第２ロータコア４４内を通る漏れ磁束が抑制されてステータ３０に到達する磁束（界磁磁束）が多くなる状態を例示している。一方、図４は、第２ロータコア４４内を通る漏れ磁束が多くなってステータ３０に到達する磁束が少なくなる状態を例示している。このように、永久磁石２４及び空隙４８は、ステータ３０に到達する磁束（界磁磁束）が多くなる状態（図３：γ＝０度）と、ステータ３０に到達する磁束が少なくなる状態（図４：γ＝９０度）との間で遷移可能に配置されている。つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置を調整することによって、ステータコイル３２に到達する鎖交磁束が調整可能である。
【００２２】
図１に示すように、相対位置調整機構５０は、第１ロータコア４３と一体回転する第１ロータコア支持部材４５と、第２ロータコア４４と一体回転する第２ロータコア支持部材４６との間の周方向の相対位置を調整する機構である。本実施形態では、相対位置調整機構５０は、第１差動歯車装置５１及び第２差動歯車装置５２の２つの差動歯車装置（差動歯車機構）を備えて構成される。第１差動歯車装置５１及び第２差動歯車装置５２は、本実施形態では、３つの回転要素を備えたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。第１差動歯車装置５１は、複数のピニオンギヤを支持する第１キャリヤ５１ｂと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第１サンギヤ５１ａ及び第１リングギヤ５１ｃとを回転要素として有している。また、第２差動歯車装置５２は、複数のピニオンギヤを支持する第２キャリヤ５２ｂと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第２サンギヤ５２ａ及び第２リングギヤ５２ｃとを回転要素として有している。
【００２３】
第１サンギヤ５１ａは、第１ロータコア支持部材４５と一体回転するように駆動連結され、第２サンギヤ５２ａは、第２ロータコア支持部材４６と一体回転するように駆動連結されている。第１キャリヤ５１ｂ及び第２キャリヤ５２ｂは、出力軸Ｘと一体回転するように駆動連結されている。これにより、第１ロータコア支持部材４５及び第２ロータコア支持部材４６は、相対位置調整機構５０を介して出力軸Ｘに駆動連結される。即ち、本例では、第１ロータコア支持部材４５と第２ロータコア支持部材４６との双方が、相対位置調整機構５０を介して共通の出力軸Ｘに駆動連結されている。また、第２リングギヤ５２ｃは、リング状部材を介してケースの内壁８０に固定されている。
【００２４】
第１リングギヤ５１ｃの外周面（径外方向Ｒ２を向く面、以下同様）にはウォームホイール５４ｂが設けられている。このウォームホイール５４ｂは、第１リングギヤ５１ｃの回転位置（周方向位置）を調整するためのウォームギヤ５４ａと噛み合っている。ウォームギヤ５４ａは、モータなどの駆動力源（アクチュエータ）５６と接続されている（図７参照）。この駆動力源５６によりウォームギヤ５４ａを回転させることで、ウォームホイール５４ｂを介して第１リングギヤ５１ｃの回転位置（周方向位置）を変えることができる。第１リングギヤ５１ｃの回転位置の調整時には駆動力源５６によりウォームギヤ５４ａが回転駆動され、調整時以外では停止した駆動力源５６を介してウォームギヤ５４ａが固定される。つまり、第１リングギヤ５１ｃは、回転位置の調整時を除いて固定された状態となる。
【００２５】
本実施形態では、第１キャリヤ５１ｂと第２キャリヤ５２ｂとは一体的に一体キャリヤ５３を構成しており、一体キャリヤ５３が出力軸Ｘと一体回転するように駆動連結されている。また、本実施形態では、第１差動歯車装置５１と第２差動歯車装置５２とは互いに同径に構成され、第１差動歯車装置５１の歯数比（＝第１サンギヤ５１ａの歯数／第１リングギヤ５１ｃの歯数）と第２差動歯車装置５２の歯数比（＝第２サンギヤ５２ａの歯数／第２リングギヤ５２ｃの歯数）とは互いに等しく設定されている。そして、第１リングギヤ５１ｃの回転位置の調整時を除いて、第１リングギヤ５１ｃ及び第２リングギヤ５２ｃの双方は固定された状態となる。よって、第１サンギヤ５１ａに駆動連結された第１ロータコア支持部材４５と、第２サンギヤ５２ａに駆動連結された第２ロータコア支持部材４６とは、互いに同じ回転速度（ロータ回転速度）で回転する。本実施形態では、出力軸Ｘの回転速度は、ロータ回転速度に対して減速されたものとなり、出力軸Ｘには、回転機構部２０のトルクが増幅されて伝達される。
【００２６】
上述したように、本実施形態では、第２リングギヤ５２ｃがケースの内壁８０に固定されているのに対し、第１リングギヤ５１ｃは回転位置が調整可能となっている。即ち、キャリヤが一体的に形成された２つの遊星歯車機構において、一方のリングギヤを他方のリングギヤに対して周方向に相対移動（すなわち相対回転）させることが可能となっている。この相対回転に伴い、一方のサンギヤが他方のサンギヤに対して相対回転する。よって、第１リングギヤ５１ｃの回転位置を調整することで、第１サンギヤ５１ａと第２サンギヤ５２ａとの間の周方向の相対位置を調整することができる。その結果、第１ロータコア支持部材４５と第２ロータコア支持部材４６との間の周方向の相対位置を調整することができる。
【００２７】
上述したように、本実施形態の回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置を調整して、ステータコイル３２に到達する鎖交磁束を調整することが可能である。回転機構部２０を制御する好適な手法として、永久磁石の磁束（界磁磁束）の方向であるｄ軸と、このｄ軸に対して電気角で直交する方向であるｑ軸とのｄ−ｑベクトル空間を用いたベクトル制御が知られている。図２に示すように、ｄ軸は、ロータユニット４０の回転軸心からロータユニット４０の表面における磁極Ｆの中心の位置である磁極中心位置ＰＤへ向かう方向に沿った磁極中心軸ＦＣ（磁極軸）である。ｑ軸は、ロータユニット４０の回転軸心から、ロータユニット４０の表面において磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置である磁極中心直交位置ＰＱへ向かう方向に沿った磁極中心直交軸ＦＸである。
【００２８】
図５及び図６は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置に応じた電機子磁束（ｑ軸磁束）を破線により例示している。つまり、図示される磁束は、ステータコイル３２を流れる電流によって励磁されたものである。尚、図５及び図６も、界磁磁束を例示する図３及び図４と同様に、おおよそ電気角の１周期に相当するロータユニット４０の軸直交方向の部分断面図である。図５に示す相対位置は、図４と同様に基準位置に対して電気角で９０度ずれた相対位置（γ＝９０度）であり、図６に示す相対位置は、基準位置に対して電気角で４５度ずれた相対位置（γ＝４５度）である。γ＝９０度の場合、空隙４８はほぼ磁極中心位置ＰＤに位置する。隣接する磁極Ｆの間のいわゆる突極、例えば図２の符号Ｍ２あるいはＭ３の範囲には空隙４８が存在せず、磁性体の第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４でほぼ満たされている。従って、ステータ３０と対向する側であるロータユニット４０の表面における突極のロータ回転方向の中心に対して対称に電機子磁束が分布する。
【００２９】
ロータユニット４０の表面における突極のロータ回転方向の中心は、磁極Ｆの間（突極）における電機子磁束の磁束密度最大位置（電機子磁束最大位置ＰＬ）に相当する。そして、電機子磁束最大位置ＰＬは、上述した磁極中心直交位置ＰＱに一致する。上述したように、界磁磁束を基準とした場合のｄ軸は、磁極中心位置ＰＤを通る磁極中心軸ＦＣであり、ｑ軸は、磁極中心直交位置ＰＱを通る磁極中心直交軸ＦＸである。電機子磁束を基準とした場合のｑ軸は、ロータユニット４０の回転軸心から電機子磁束最大位置ＰＬへ向かう方向に沿った磁束密度最大軸（電機子磁束最大軸ＦＬ）である。図５に示すように、γが９０度となる相対位置の場合には、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸（磁極中心直交軸ＦＸ）と、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸（電機子磁束最大軸ＦＬ）とが一致し、両軸の偏差δはゼロとなる。
【００３０】
一方、図６に示すように、γ＝４５度の場合には、空隙４８が突極の一部において磁気抵抗となる。このため、ロータユニット４０の表面における電機子磁束の分布は、突極のロータ回転方向の中心に対して非対称となる。つまり、電機子磁束最大位置ＰＬは、上述した磁極中心直交位置ＰＱと一致しなくなる。従って、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸である電機子磁束最大軸ＦＬと、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸である磁極中心直交軸ＦＸとの間には、図６に示すように偏差δが生じる。
【００３１】
本発明の回転電機制御装置は、このようにロータユニット４０の表面において、磁極Ｆの中心（磁極中心位置ＰＤ）に対して電気的に直交する位置ＰＱと、ステータコイル３２を流れる電流により励磁される電機子磁束の隣接する磁極Ｆ間における電機子磁束最大位置ＰＬとが異なり、非対称突極性を有する可変磁束型の回転電機を制御対象とする。そして、本発明の回転電機制御装置は、このような回転機構部２０をロータユニット４０と同速度で回転する回転座標系に設定された直交ベクトル空間におけるベクトル制御によって制御する。また、本発明の回転電機制御装置は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ４１及び第２ロータ４２を有するロータユニット４０の、当該相対位置を制御する。以下、図７〜図１５も利用して、そのような回転電機制御装置の好適な実施形態について説明する。
【００３２】
図７に示すように、回転電機制御装置は、主として相対位置調整機構５０を制御する機能部として、相対位相制御部７と、γマップ７０（位相マップ）と、座標偏差マップ７ａとを備えて構成されている。そして、駆動回路７５を介して駆動力源５６が駆動されることによって差動歯車装置５１，５２（特に第１差動歯車装置５１）が駆動制御される。また、回転電機制御装置は、主として回転機構部２０を制御する機能部として、トルク制御部（電流指令演算部）１と、電流指令マップ１ａと、空間座標変換部２と、電流制御部（電圧指令演算部）３と、フィードバック電流座標変換部４と、電圧制御部（駆動指令演算部）５と、位置検出部９３と、速度検出部９４とを備えて構成されている。そして、直流電圧源８とステータコイル３２との間で直流交流変換を行うインバータ６が駆動制御される。尚、本実施形態では、相対位相制御部７により演算された直交ベクトル空間の偏差δを用いて回転機構部２０が駆動制御され、相対位置を示す相対位相γに基づいて電流指令マップ１ａから電流指令が取得されるので、相対位相制御部７も回転機構部２０を制御する機能部に含めてよい。
【００３３】
回転機構部２０及び相対位置調整機構５０を制御する各機能部は、好適にはマイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などのハードウェアと、当該ハードウェア上で実行されるプログラムなどのソフトウェアとの協働によって実現される。従って、各機能部は、一部又は全てにおいて、同一のハードウェアや、同一のプログラムモジュールが兼用されるものであってよい。
【００３４】
ここで、本実施形態の回転電機制御装置におけるベクトル制御に用いられるベクトル空間について説明する。図８に示すα軸及びβ軸は、ステータ３０に設定される固定軸であり、α−βベクトル空間は固定座標系である。ステータ３０に対するロータユニット４０の位置が所定の基準位置である場合、α軸はｄ軸と一致し、β軸はｑ軸と一致する。つまり、固定座標系のα−βベクトル空間と、回転座標系のｄ−ｑベクトル空間とが一致する。本実施形態の場合、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γが変動するので、何れかのロータ、例えば第１ロータ４１の位置を基準としてｄ軸及びｑ軸を規定する。ここでは、永久磁石２４を備える第１ロータ４１の回転軸心から磁極Ｆの中心に向かう方向をｄＭ軸とし、ｄＭ軸に対して電気的に９０度進んだ方向をｑＭ軸とする。このｄＭ軸とｑＭ軸とを直交軸とする直交ベクトル空間を、第１ベクトル空間とする。つまり、第１ベクトル空間は、ロータユニット４０の回転軸心から磁極Ｆの中心（磁極中心位置ＰＤ）に向かう方向に設定された磁極軸（磁極中心軸ＦＣ）に沿った方向を一方の軸（ｄＭ軸）とし、磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置（磁極中心直交位置ＰＱ）に向かう方向を他方の軸（ｑＭ軸）とした空間である。
【００３５】
ロータユニット４０がステータ３０に対して回転すると、固定座標系のα軸と回転座標系のｄＭ軸との間には、電気角における回転角度θが生じる（β軸とｑＭ軸との間も同様）。ロータユニット４０の回転角度θは、レゾルバなどの回転センサ９２を利用して計測され、位置検出部９３においてα軸とｄＭ軸との角度として検出される（図７参照）。当然ながら、回転センサ９２が回転角度θを出力するように構成されていてもよい。この回転角度θを用いて、３相のステータコイル３２と、２相のベクトル空間との間における電気信号の座標変換が行われる。
【００３６】
ｄＭ軸及びｑＭ軸により規定される第１ベクトル空間に対して、図８に示すｄＬ軸及びｑＬ軸により規定されるベクトル空間を第２ベクトル空間とする。第２ベクトル空間も回転座標系であり、第１ベクトル空間と同じ速度で同じ方向に回転する。図８に示すように、ｄＬ軸及びｑＬ軸は、それぞれｄＭ軸及びｑＭ軸に対して偏差δを有する。図６に基づいて上述したように、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸に相当する電機子磁束最大軸ＦＬと、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸に相当する磁極中心直交軸ＦＸとの間には、偏差δが生じる場合がある。第２ベクトル空間は、第１ベクトル空間に対して、この偏差δが補正され、ｄＬ軸及びｑＬ軸を直交軸とするベクトル空間である。つまり、第２ベクトル空間は、ロータユニット４０の回転軸心から磁束密度最大位置（電機子磁束最大位置ＰＬ）に向かう方向に沿った方向を一方の軸（ｑＬ軸）とし、当該軸（ｑＬ軸）に直交する方向（ここでは、電気的に９０度遅れた方向）を他方の軸（ｄＬ軸）とした空間である。本実施形態においては、この偏差δは、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γに応じて定まる。後述するように、相対位相制御部７は、相対位相γと偏差δとの関係が実験やシミュレーションによって予め設定された座標偏差マップ７ａに基づいて偏差δを演算する。
【００３７】
以下、図７のブロック図を参照しながら、回転電機制御装置の各機能部について説明する。相対位相制御部７は、界磁磁束を調整するための相対位置（相対位相γ）を示す位相指令γ＊が目標トルクＴ＊及び回転速度ωに応じて規定されたγマップ７０（位相マップ）に基づいて、位相指令γ＊を決定して、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置を調整する機能部である。このγマップ７０は、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ）を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令γ＊が規定された低回転速度域位相マップ７Ｌと、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ）を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令γ＊が規定された高回転速度域位相マップ７Ｈとを有している。相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えて参照し、位相指令γ＊を決定する。
【００３８】
図９は、上述した第１位相範囲及び第２位相範囲の概念を示しており、ロータユニット４０における電気角に対応した相対位相γを示している。γ＝０°の軸は、図３に示した第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γ（＝０°）に対応している。同様に、γ＝９０°の軸は、図４に示した第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γ（＝９０°）に対応している。図３及び図４を参照して上述したように、γ＝０°は、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ）であり、γ＝９０°は、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ）である。例えば、図９において、γ＝０°を内部に含むように設定された位相範囲（符号ＹＬで示す位相範囲）は、第１位相範囲に相当する。同様に、図９において、γ＝９０°を内部に含むように設定された位相範囲（符号ＹＨで示す位相範囲）は、第２位相範囲に相当する。第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが図９において破線部分を含む位相範囲に設定される場合、第１ロータ４１及び第２ロータ４２は、少なくとも相対位相γ＝−９０°（２７０°）〜＋１８０°の範囲を周方向の一定の範囲として、この一定の範囲内で相対位置を調整可能に構成されている。
【００３９】
例えば、回転電機１００が低回転速度域で力行動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は比較的低い。一方、回転電機１００が高回転速度域で力行動作している場合には、逆起電力を抑制する観点から、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップ７Ｌは、界磁磁束が最大となる相対位置を内部に含むように設定された第１位相範囲ＹＬ内で位相指令γ＊が規定されると好ましい。一方、高回転速度域に対応する高回転速度域位相マップ７Ｈは、界磁磁束の制限を優先して、界磁磁束が最小となる相対位置を内部に含むように設定された第２位相範囲ＹＨ内で位相指令γ＊が規定されると好ましい。尚、本実施形態では、図９に破線で示した部分も含めて、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれ約１８０°の位相範囲を有する例を示しているが、当然ながら１８０°未満の範囲に設定されていてもよい。つまり、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定されていれば充分であり、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定されていれば充分である。
【００４０】
但し、これら第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。好適な態様として、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ＝０°）を中心として設定されると好適である。また、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°）を中心として設定されると好適である。このように、中心位置を定めて位相範囲を設定する場合においても、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、それぞれ約１８０°の位相範囲を有することなく、１８０°未満の範囲に設定されていてもよい。尚、本実施形態では、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれγ＝０°及び９０°を中心として設定される例を示したが、当然ながらこれらの角度からずれた角度（５°及び９５°など）を中心として設定してもよい。
【００４１】
但し、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれ約１８０°の位相範囲を有していれば、低回転速度域位相マップ７Ｌ及び高回転速度域位相マップ７Ｈの何れを用いても、界磁磁束の調整範囲の全てをカバーすることが可能となる。つまり、隣接する磁極Ｆは、逆極性であるから、隣接する磁極Ｆの間隔は電気角の半周期、即ち１８０°に相当する。従って、例えば、相対位相γ＝１８０°は、図４に示した例からさらに９０°相対回転して、空隙４８が実質的に図３に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。従って、冗長性を持たせることによるフェールセーフ機能の付加や、制御の柔軟性を考慮すれば、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨのそれぞれが、約１８０°の位相範囲を有していることが好適である。さらに、上述したように、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、再現性や展開性を考慮すれば、定量的な基準を定めて設定されることが好ましい。従って、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、１つの態様として、以下のように設定されると好適である。
【００４２】
即ち、１つの態様として、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ＝０°）を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°及び−９０°）を外縁とする範囲に設定されているとよい。図９において破線部分を含む第１位相範囲ＹＬは、この範囲に対応する。尚、電気角の一周期は３６０°であるから、図９における相対位相γ＝２７０°は、−９０°に相当する。また、相対位相γ＝−９０°は、図４に示した例とは逆方向へ９０°相対回転した場合を示している。後述するように、相対位相γ＝０°〜９０°の位相範囲Ｙ１は、位相範囲Ｙ４に比べて回転電機１００が力行動作する際に損失（鉄損、銅損、機械損などを総合した損失、以下同様。）が少ない位相範囲である。回転電機１００が力行動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。また、相対位相γ＝−９０°〜０°の位相範囲Ｙ４は、位相範囲Ｙ１に比べて回転電機１００が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が回生動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。
【００４３】
同様に好適な態様として、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°）を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最大となる相対位置相対位相（γ＝０°及び１８０°）を外縁とする範囲に設定されているとよい。図９において破線部分を含む第２位相範囲ＹＨは、この範囲に対応する。上述したように、相対位相γ＝１８０°は、図４に示した例からさらに９０°相対回転して、空隙４８が実質的に図３に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。上述したように、相対位相γ＝０°〜９０°の位相範囲Ｙ１は、位相範囲Ｙ２に比べて回転電機１００が力行動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が力行動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。また、相対位相γ＝９０°〜１８０°の位相範囲Ｙ２は、位相範囲Ｙ１に比べて回転電機１００が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が回生動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。
【００４４】
ここで、図９に示す相対位相γのグラフにおける各象限Ｓ１〜Ｓ４と、回転電機１００の運転状態との関係について補足する。図９に示す相対位相γのグラフは、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の周方向の相対位置を示す相対位相γの可変範囲の全域を、原点を中心とする３６０°の描画範囲で表す位相範囲によって規定したものとも言える。図８を参照して説明したように、ロータユニット４０の表面の磁気抵抗が変化する場合、ロータユニット４０の表面において永久磁石２４により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル３２を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット４０の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。つまり、永久磁石２４を基準とした第１ベクトル空間と、後述するように実際に電流フィードバック制御が実施される空間である第２ベクトル空間との間に偏差δが生じる場合がある。この偏差δの影響により、例えば回転電機１００が力行運転状態でのトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機１００に対する損失となる。このため、図９に示す相対位相γのグラフにおける各象限Ｓ１〜Ｓ４は、力行又は回生の運転状態との関係で他の象限に比べて損失が少なくなる象限という観点から、力行運転と回生運転との何れに適しているかによって分類することが可能である。本実施形態においては、第１象限Ｓ１及び第３象限Ｓ３は、力行運転に適した象限（位相範囲）であり、第２象限Ｓ２及び第４象限Ｓ４は、回生運転に適した象限（位相範囲）である。
【００４５】
このような各象限Ｓ１〜Ｓ４と回転電機１００の運転状態との関係から導かれる１つの好適な態様として、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは下記のように設定されてもよい。ここで、回転電機１００は、相対位置の調整により、ロータユニット４０の表面において永久磁石２４により構成される磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル３２を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット４０の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものである。そして、第１位相範囲ＹＬは、回転電機１００の回生運転に適した位相範囲（第４象限Ｓ４）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝−９０°）から、回生運転に適した位相範囲（第４象限Ｓ４）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）及び力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）を順に経由して、力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）までの範囲に設定されると好適である。また、第２位相範囲ＹＨは、回転電機１００の力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）から、力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）及び回生運転に適した位相範囲（第２象限Ｓ２）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）を順に経由して、回生運転に適した位相範囲（第２象限Ｓ２）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝１８０°）までの範囲に設定されると好適である。
【００４６】
図１０は低回転速度域位相マップ７Ｌの一例を示しており、図１１は高回転速度域位相マップ７Ｈの一例を示している。それぞれ、正方向のトルクは力行運転状態におけるトルクを示し、負方向のトルクは回生運転状態におけるトルクを示している。上述したように、低回転速度域位相マップ７Ｌには、γ＝−９０°〜９０°を第１位相範囲ＹＬとして位相指令γ＊が規定されている。また、高回転速度域位相マップ７Ｈには、γ＝０°〜１８０°を第２位相範囲ＹＨとして位相指令γ＊が規定されている。
【００４７】
図１０及び図１１における符号ＴＨは、高回転速度域と低回転速度域との境界となる回転速度ω（所定の回転速度しきい値）を示している。つまり、実質的に、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ７Ｈが選択され、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ７Ｌが選択される。これ以外の選択、例えば、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいて高回転速度域位相マップ７Ｈが選択される場合も有り得るが、これについては後述する。基本的には、相対位相制御部７は、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値ＴＨ以上となった場合には、参照先のγマップ７０（位相マップ）を低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈに切り変える。また、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値ＴＨ未満となった場合には、相対位相制御部７は、参照先のγマップ７０（位相マップ）を高回転速度域位相マップ７Ｈから低回転速度域位相マップ７Ｌに切り変える。
【００４８】
図１０と図１１とを比較すれば、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度域において、低回転速度域位相マップ７Ｌの方が高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて相対位相γの変化が緩やかである。例えば矢印Ａ１の回転速度ωにおいて、図１１の高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌの方が相対位相γの変化を示す線数が少なく、相対位相γの変化が緩やかである。従って、低回転速度域においては、低回転速度域位相マップ７Ｌに基づいて、相対位置調整機構５０が制御されると好適である。一方、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度域においては、高回転速度域位相マップ７Ｈの変化が連続的であるのに対して、低回転速度域位相マップ７Ｌの変化には不連続点が生じる。例えば矢印Ａ２の回転速度ωにおいて、図１１の高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌの方が相対位相γの変化を示す線数が多くなっている。詳細な相対位相γの値の変化を全て図１０の図中に表現することができていないが、特にトルクが０［Ｎｍ］の近傍において、相対位相γの変化が不連続となる場合がある。例えば、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌでは、矢印Ａ２の回転速度ωにおいて、正トルクから０［Ｎｍ］を挟んで負トルクへ移行する際に、相対位相γがγ＝６０°からγ＝−６０°へと不連続に変化する。
【００４９】
このような相対位相γの変化の緩やかさや、連続性は、位相調整の応答性や相対位置調整機構５０を駆動する際の機械損にも影響する。従って、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ７Ｈが選択され、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ７Ｌが選択されると、位置調整の応答性の悪化や、回転電機１００の損失（鉄損、銅損、機械損などを総合した損失）を効果的に抑制することができて好適である。
【００５０】
図１２は、本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合と、回転速度ωに関係なく共通した１種類のγマップ７０を用いた場合との、界磁磁束調整時の相対位置の調整幅（位相差）の一例を示している。図１２のグラフは、シミュレーション結果であり、回転速度とトルクとを定義した動作パターンを与えて、適時最適な相対位相γを演算した場合の調整幅（位相差）の変化を調べたものである。図１２の下段の実線は、本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合を示しており、破線は、回転速度ωに関係なく共通した１種類のγマップ７０を用いた場合を示している。本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合の方が、位相の変化が少なく、より低損失な制御が実現可能であることが判る。損失をシミュレーションにより演算した結果によると、１種類のγマップ７０を用いた場合の損失を１００％として、２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合の損失は９６．５％に低減された。
【００５１】
ところで、回転電機１００の主たる用途が発電機の場合には、界磁磁束を制限して発電量を抑制する必要性は比較的低い。このため、可変磁束型の回転電機は、相対的に主たる用途が電動機であって、力行運転を休止した際の機械的な慣性力を利用して回生運転を行い、発電機として機能させる場合が多くなる。このような用途では、回生動作中には回転速度が上昇する可能性は高くなく、回転速度ωが上昇するのは専ら力行動作中となる。上述したように、相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて参照するγマップ７０（位相マップ）を切り換える。例えば、回転速度ωが上昇し、低回転速度域から高回転速度域に移行する際には、力行運転状態である可能性が高い。従って、回転速度のさらなる上昇に伴って界磁磁束を制限する必要が生じる可能性も高くなる。このため、回転速度ωが上昇している状況では、速やかに低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈへと参照するγマップ７０が切り換えられることが好ましい。
【００５２】
一方、回転速度ωが高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の１つの形態としては、上述したように、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行した場合が考えられる。この場合、休止した力行運転が再開されると回転速度ωが上昇して、再び低回転速度域から高回転速度域へ回転速度ωが移行する可能性がある。例えば、回転電機１００が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機１００の運転状態が回生運転状態となり、再び加速手段が操作されることによって、力行運転状態に切り替わる場合がある。つまり、運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わる可能性がある。これに対して、回転電機１００が力行運転している状態で回転速度ωが低下し、高回転速度域から低回転速度域に移行した場合には、回転電機１００は意図的に回転速度ωを低下させる制御を施されている可能性が高い。この状態から再度回転速度ωが上昇しても運転状態は同一であるから、運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わることはない。
【００５３】
このように運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性で相対位置の制御を実行するための１つの好適な態様として、相対位相制御部７が以下のように、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えられるとよい。つまり、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値ＴＨ以上となった場合、相対位相制御部７は、参照先のγマップ７０を低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈに切り変える。一方、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値ＴＨ未満となった場合は、相対位相制御部７は、さらに回転電機１００が力行運転状態であることを条件として、参照先のγマップ７０を高回転速度域位相マップ７Ｈから低回転速度域位相マップ７Ｌに切り変える。
【００５４】
尚、図９から明らかなように、本実施形態においては、第１位相範囲ＹＬと、第２位相範囲ＹＨとは、力行動作状態において第２象限Ｓ２及び第４象限Ｓ４に比べて低損失な象限である第１象限Ｓ１を共通に含んでいる。当然ながら、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、第１象限Ｓ１〜第４象限Ｓ４の何れを共通な象限としても設定可能である。しかし、上述したように、γマップ７０の切換は、力行運転状態であることも条件として実施される場合がある。本実施形態においては、低回転速度域位相マップ７Ｌも、高回転速度域位相マップ７Ｈも、力行運転状態においては共に第１象限Ｓ１における相対位相γが位相指令γ＊として規定されているから、円滑な切換及び円滑な制御が実現でき、損失も低減される。尚、力行動作状態においてより低損失な象限を共通に含むという観点からは、第３象限Ｓ３を共通な象限として、第１位相範囲ＹＬが第２象限Ｓ２及び第３象限Ｓ３に設定され、第２位相範囲ＹＨが第３象限Ｓ３及び第４象限Ｓ４に設定されてもよい。
【００５５】
相対位相制御部７は、このようにして設定した位相指令γ＊に基づいて、好適にはフィードバック制御により駆動力源５６を制御し、相対位置調整機構５０を駆動制御する。相対位置調整機構５０の実際の移動量は、センサ等によって検出された実際の相対位相、あるいは駆動回路７５に与えた駆動信号から予測される推測値として、相対位相制御部７により取得される。相対位相制御部７は、検出された相対位相や推測値としての相対位相を、相対位相γとしてトルク制御部１に伝達する。
【００５６】
トルク制御部１（電流指令演算部）は、目標トルクＴ＊及び回転速度ωに基づき、相対位相γに対応するトルクマップ（電流指令マップ１ａ）を参照してステータコイル３２に流す電流の指令である電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。これらの電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊は、ｄＭ軸及びｑＭ軸によって規定される第１ベクトル空間において演算される。電流指令マップ１ａは、図１３〜図１５に例示するようなトルク特性（トルクマップ）に基づいて予め生成されたマップである。尚、必要に応じてトルク制御部１は、直流電圧源８の正極Ｐと負極Ｎとの間の直流電圧に対するステータコイル３２の３相交流電圧の実効値の比率であり、変換率を示す変調率ＭＩも用いて電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００５７】
可変磁束型である回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置によって界磁磁束の特性が変化する。このため、回転電機制御装置は、図１３〜図１５に例示するように、相対位置（相対位相γ）に応じた複数のトルクマップを有している。図１３は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γが０度の状態での両ベクトル空間でのトルク特性の一例を示している。同様に、図１４は相対位相γが４５度の状態、図１５は相対位相γが６７度の状態でのトルク特性を示している。図１３〜図１５の各分図（ａ）は、第１ベクトル空間におけるトルク特性を示しており、図１３〜図１５の各分図（ｂ）は第２ベクトル空間におけるトルク特性を示している。トルク制御部１は、相対位相制御部７から伝達された相対位相γに対応するトルクマップ（電流指令マップ１ａ）を用いて電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００５８】
本実施形態の回転機構部２０（回転電機１００）のような可変磁束型の回転電機は、界磁磁束を電気的に増減するためにトルクに寄与しないｄ軸電流を流すことによる効率低下を抑制することを１つの目的として採用される。しかし、実際には、相対位置調整機構５０を用いた構造的な界磁磁束の調整と、弱め界磁制御や強め界磁制御などの電気的な界磁磁束の調整とが併用される場合も多い。弱め界磁制御や強め界磁制御などの界磁調整制御においては、界磁磁束と同方向の磁束を発生させるｄ軸電流を増減させることによって、電気的に界磁磁束が調整される。後述するように、電気的な界磁調整制御に際して、第１ベクトル空間においては、ほぼｄ軸電流のみを考慮すれば充分であるが、第２ベクトル空間では、ｄ軸電流とｑ軸電流との双方を考慮する必要が生じる。このため、制御が容易な第１ベクトル空間において電気的な界磁調整制御を行うことが好ましく、トルク制御部（電流指令演算部）１は、第１ベクトル空間において電流指令を演算する。
【００５９】
図１３〜図１５において、細い実線は所定のトルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す等トルク線である。点線は、ロータユニット４０の回転速度ωと直流電圧に応じて設定され、設定可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す電圧制限楕円（電圧速度楕円）である。ＭＴで示す太い実線は、最も高い効率で各トルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す最大トルク線である。尚、この最大トルク線は一例であり、電圧制限楕円の内側で実行される標準的な基本制御の際の電流指令として設定され、トルクに応じた基本制御の際のベクトル軌跡を示したもの（基本制御線）であれば、最大トルク線に限定されるものではない。ＬＴで示す太い実線は、各等トルク線が電圧制限楕円の接線となる際の接点のベクトル軌跡に相当し、各トルクを出力可能な限界のｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡である限界トルク線である。
【００６０】
図１３〜図１５に示すトルク特性において、電気的な界磁調整制御が不要な場合には、標準的な基本制御が実施され、電流指令は、トルク指令Ｔ＊に応じた等トルク線と最大トルク線（基本制御線）との交点のｄ軸電流及びｑ軸電流の値となる。電気的に界磁磁束を調整する場合、例えば弱め界磁制御を実施する際には、等トルク線と最大トルク線ＭＴとの交点から限界トルク線に向かって等トルク線上を進む点におけるｄ軸電流及びｑ軸電流の値が電流指令となる。
【００６１】
図１３〜図１５の各分図（ａ）を参照すれば、第１ベクトル空間においては、相対位相γに拘わらず、弱め界磁制御の際に電流はｄ軸に沿って変化して電流量が増加するが、ｑ軸電流はほぼ一定で変化しない。一方、図１３〜図１５の各分図（ｂ）を参照すれば、第２ベクトル空間においては、弱め界磁制御の際に、相対位相γが大きくなると、ｄ軸電流のみでなくｑ軸電流も変化する。例えば、図１３（ｂ）に示すように相対位相γが０度の場合には、第２ベクトル空間においても第１ベクトル空間と同様に、ほぼｄ軸電流のみが変化してｑ軸電流は一定であるが、相対位相γが４５度の図１４（ｂ）では、第１ベクトル空間に比べてｑ軸電流の変化が大きい。相対位相γが６７度の図１５（ｂ）では、さらにｑ軸電流の変化が大きくなっている。
【００６２】
このように、弱め界磁制御など、界磁磁束を調整するために変化させる電流指令が２つの軸を対象とすると、電流指令を決定するための演算が煩雑となる。第１ベクトル空間では、ほぼｄ軸電流のみを考慮することで、電気的な界磁調整制御を含めて電流指令を決定することができるので、本実施形態では、トルク制御部１は、第１ベクトル空間における電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００６３】
一方、後段の電流制御部（電圧指令演算部）３では、第２ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊，ｖｑ＿Ｌ＊が演算される。上述したように、第１ベクトル空間と第２ベクトル空間とは、その座標軸に偏差δが存在する。電流制御部３は、第２ベクトル空間において電圧指令を演算するので、電流指令も第２ベクトル空間の指令に変換する必要がある。そこで、空間座標変換部２は、公知の座標変換演算によって、第１ベクトル空間において演算された電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を、偏差δを用いて、第２ベクトル空間における電流指令ｉｄ＿Ｌ＊（＝ｉｄ＿Ｍ＊・ｃｏｓδ＋ｉｑ＿Ｍ＊・ｓｉｎδ），ｉｑ＿Ｌ＊（＝ｉｑ＿Ｍ＊・ｃｏｓδ−ｉｄ＿Ｍ＊・ｓｉｎδ）に座標変換する。
【００６４】
電流制御部３は、第２ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊，ｖｑ＿Ｌ＊を演算する。具体的には、電流センサ９１によって測定された、実際にステータコイル３２を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをフィードバックし、電流指令ｉｄ＿Ｌ＊，ｉｑ＿Ｌ＊との偏差を取って比例積分（ＰＩ）制御や比例微積分（ＰＩＤ）制御を実施する。尚、本実施形態では、ホール効果を利用してバスバーなどの電流配線に近接して非接触で電流を検出する電流センサ９１を例示している。また、本実施形態では、３相全ての電流を検出する例を示しているが、３相は平衡しているので、２相のみを検出して残りの１相は演算により求めてもよい。
【００６５】
ｕｖｗ相の３相のステータコイル３２を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、３相交流であるからフィードバック電流座標変換部４において２相のフィードバック電流に変換される。フィードバック電流を用いる電流制御部３は、第２ベクトル空間においてＰＩ制御やＰＩＤ制御を実施するので、フィードバック電流座標変換部４は、公知の変換式を用いて、３相電流を第２ベクトル空間における２相のフィードバック電流ｉｄ＿Ｌ，ｉｑ＿Ｌに変換する。一般的には、３相から２相への変換に際しては、固定座標系であるα−βベクトル空間と回転座標系との角度、例えば、図８に示すロータユニット４０の回転角度θに基づいて座標変換される。しかし、図８に示すように回転角度θは第１ベクトル空間に対する回転角度であり、第２ベクトル空間に対する回転角度φは、（θ＋δ）となる。フィードバック電流座標変換部４は、一例として、３相フィードバック電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをα−β軸ベクトル空間の２相電流ｉα，ｉβに変換し、さらに第２ベクトル空間のフィードバック電流ｉｄ＿Ｌ，ｉｑ＿Ｌに変換する。
【００６６】
電流制御部３では、第２ベクトル空間における電圧方程式（下記に示す式(1)）に基づいて電流フィードバック制御を実施する。ここで、ｖｄＬ：ｄＬ軸電圧、ｖｑＬ：ｑＬ軸電圧、ｉｄＬ：ｄＬ軸電流、ｉｑＬ：ｑＬ軸電流、Ｒａ：ステータコイルの抵抗成分、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Ψａ：ステータコイルの鎖交磁束、ω：ロータの回転速度、ｐ：微分演算子である。
【００６７】
【数１】
【００６８】
電流制御部３による電流制御は、変化させたい電流にインダクタンスを乗じて電圧（電圧指令）を得ることによって実現される。上記式(1)から、電流変化を生じさせるための電圧指令の変化量のみを取り出して変形すると、下記式(2)となる。ここで、ＫＬ及びＫＭは、ＰＩ制御やＰＩＤ制御におけるゲイン係数である。
【００６９】
【数２】
【００７０】
詳細な説明は省略するが、第２ベクトル空間における電圧方程式を用いると、ｄ軸（ｄＬ軸）とｑ軸（ｑＬ軸）との２つの軸が独立する。つまり、ｄ軸電流はｄ軸電圧のみで変化し、ｑ軸電流はｑ軸電圧のみで変化する。これに対して、第１ベクトル空間における電圧方程式では、ｄ軸（ｄＭ軸）及びｑ軸（ｑＭ軸）が独立しておらず、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、ｄ軸電圧とｑ軸電圧との双方の影響で変化する。このため、電圧指令を決定するための演算が煩雑となり、演算負荷も増大することになる。本実施形態では、電流を変化させるために、第２ベクトル空間における電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊及びｖｑ＿Ｌ＊を演算するので、非対称突極性を有する回転電機であっても演算負荷を軽減することが可能となる。
【００７１】
電圧制御部（駆動指令演算部）５は、電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊及びｖｑ＿Ｌ＊に基づいてインバータ６を構成するＩＧＢＴなどのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、インバータ６をスイッチング制御する。インバータ６は、よく知られているように、３相それぞれに対応する３レッグのブリッジ回路により構成される。直流電圧源８の正極Ｐと負極Ｎとの間に２つのＩＧＢＴが直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、モータのｕ相、ｖ相、ｗ相に対応するステータコイル３２のそれぞれに１組の直列回路（アーム）が対応したブリッジ回路が構成される。対となる各相のＩＧＢＴによる直列回路の中間点、つまり、ＩＧＢＴの接続点はステータコイル３２にそれぞれ接続される。尚、ＩＧＢＴには、それぞれフリーホイールダイオード（回生ダイオード）が並列に接続される。フリーホイールダイオードは、カソード端子がＩＧＢＴのコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴのエミッタ端子に接続される形で、ＩＧＢＴに対して並列に接続される。
【００７２】
駆動信号は、例えば各ＩＧＢＴのゲート駆動信号として生成される。一般的に、インバータを駆動するパワー系の電気回路と、マイクロコンピュータなどの電子回路とは、電源電圧が大きく異なる。このため、低電圧の電子回路により生成されたＩＧＢＴのゲート駆動信号は、ドライバ回路を介して高電圧のパワー系の電気回路に配置された各ＩＧＢＴに供給される。図７では、このドライバ回路もインバータ６に含むものとして図示している。尚、電圧制御部５における演算は、第１ベクトル空間及び第２ベクトル空間の何れで実施してもよい。
【００７３】
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００７４】
（１）上記実施形態においては、一定の範囲内（例えばγ＝−９０°〜１８０°）で周方向の相対位置を調整する場合を例として説明したが、３６０°を超えて相対位置を調整するようにしてもよい。つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２とが、周方向の両方向に際限なく相対回転可能な場合には、一定の範囲を無限域に設定してもよい。例えば、現在の相対位置がγ＝３０°であり、目標となる相対位置がγ＝１７０°の場合、この目標となる相対位置をγ＝−１０°と読み替える。３０°と１７０°とでは、調整幅（位相差）が１４０°であるが、３０°と−１０°とでは、調整幅は４０°となり、少ない調整幅による相対位置の調整が可能となる。同様に、目標となる相対位置はγ＝１７０°のままで、現在の相対位置をγ＝２１０°と読み替えてもよい。これにより、位相調整の応答性を向上させ、相対位置調整機構５０の機械損などの損失を低減することが可能となる。但し、リミッタが無いために、調整に誤差が生じた場合には、その誤差が累積されてしまう可能性がある。従って、このように一定の範囲を無限域に設定する場合には、リセット機構などが付加されると好適である。
【００７５】
（２）上記実施形態では、可変磁束型の回転機構部２０として、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられてもよい。また、第２ロータ４２のみに永久磁石２４が備えられ、第１ロータ４１に空隙が形成された構成とすることもできる。また、それぞれのロータ４１，４２が、永久磁石を備えると共に空隙を有していてもよい。当然ながら、永久磁石２４の配置方向及び形状、空隙の方向及び形状等も、本実施形態に限定されるものではない。尚、界磁磁束を変更するための機構は、上記各形態に限定されることなく、様々な形態及び方式を用いることが可能である。例えば、ロータ内の永久磁石の位置や向きを変更することによって可変磁束型の回転電機が実現されてもよい。
【００７６】
（３）上述した本発明の実施形態では、回転機構部２０として、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられており、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差は、電気角で９０°である。しかし、上述したように、回転機構部２０は、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられる構成であってもよい。例えば、特許文献１の図４には、そのような回転機構部の一例が示されている。この場合には、特許文献１の図４からも明らかなように、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差が、電気角で１８０°となる。上述した本発明の実施形態の回転機構部２０のように、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられている場合には、２つのロータの相対位置は、図９に例示したように電気角３６０°で元の相対位置と等価な相対位置となる。しかし、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられる構成の場合には、図１６に例示するように、２つのロータの相対位置は、電気角７２０°で元の相対位置と等価な相対位置となる。従って、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨも、この関係に基づいて、例えばそれぞれ３６０°の範囲に設定される。中心となる相対位相γなどについては、上述した本発明の実施形態を適用可能であるから、詳細な説明は省略する。
【００７７】
（４）上記実施形態においては、ロータユニットとステータとが径方向に重複して設置される構成を例示した。しかし、この構成に限定されることなく、ロータユニットとステータとが軸方向に重複して設置されるアキシャル型の回転電機であってもよい。また、上記実施形態では、インナロータ型の回転電機を例として説明したが、当然ながらアウタロータ型の回転電機に適用することもできる。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本発明及び本発明と均等な構成を備え、発明の要旨を逸脱しなければ、上記実施形態の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
γ ：相対位相（相対位置）
７ ：相対位相制御部
７Ｈ ：高回転速度域位相マップ
７Ｌ ：低回転速度域位相マップ
２４ ：永久磁石
３０ ：ステータ
３２ ：ステータコイル
４０ ：ロータユニット
４１ ：第１ロータ
４２ ：第２ロータ
７０ ：γマップ（位相マップ）
１００ ：回転電機
Ｆ ：磁極
ＰＤ ：磁極中心位置
ＰＬ ：電機子磁束最大位置
ＰＱ ：磁極中心直交位置
ＹＨ ：第２位相範囲
ＹＬ ：第１位相範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、永久磁石型の回転電機（ＰＭＳＭ：permanent magnet synchronous motor）が広く用いられている。ＰＭＳＭでは、通常、永久磁石はロータコアに固定されているため、ロータから発生する磁束は一定である。このため、ＰＭＳＭでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、ある回転速度以上では、トルクに寄与しない電流をステータコイルに流して永久磁石からの磁束を相殺し、ロータからの磁界を実質的に弱める弱め界磁制御が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと回転電機から出力されるトルクに対してステータコイルに流れる電流が大きくなるため、銅損が大きくなり効率が低下する。また、永久磁石からステータに到達する磁束が一定のままでは、ロータの回転速度が高い領域において、ステータコアに生じる鉄損も大きくなり効率が低下する。そこで、ロータが備える永久磁石からステータに到達する磁束をロータの回転速度に応じて変化させる可変磁束型の回転電機が提案されている。特開２００７−１５９２１９号公報（特許文献１）には、同軸に配置された内周側ロータ（１１）、外周側ロータ（１２）、遊星歯車機構（１４）とにより構成した可変磁束型の回転電機（１０）が開示されている（図１〜図４、要約等参照。括弧内の符号は、特許文献１のもの。）。
【０００３】
ところで、埋込磁石型の回転電機（ＩＰＭＳＭ : interior PMSM）では、ロータ表面の磁気抵抗がロータ回転方向の位置によって異なることが多い。このためＩＰＭＳＭでは、ステータコイルを流れる電流により生じる電機子磁束と永久磁石の界磁磁束との吸引反発力によるマグネットトルクの他、電機子磁束とロータの鉄心との吸引反発力によるリラクタンストルクも回転電機のトルクとして利用することができる。可変磁束型ではない回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布がほぼ一定であるが、可変磁束型の回転電機では、ロータ表面の磁気抵抗の分布が変化する。つまり、可変磁束型の回転電機では、界磁磁束の調整によって、マグネットトルクだけではなくリラクタンストルクも変化することになる。従って、可変磁束型の回転電機の界磁磁束を調整するに際しては、リラクタンストルクに影響するロータ表面の磁気抵抗も考慮することが好ましい。また、回転電機は、電動機（力行運転）及び発電機（回生運転）として機能させることが可能であり、界磁磁束の調整に際しては、回転電機の運転状態（力行運転状態又は回生運転状態）なども考慮されることが好ましい。
【０００４】
しかし、単純にトルク及び回転速度に応じて界磁磁束の調整を行なうだけでは、このような回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することができない場合がある。また、これらを考慮して界磁磁束の調整を行なう際に、２つのロータ間の位相の調整量が大きくなる状況が生じると、必要な界磁磁束を得られるまでの時間が長くなり、応答性が悪化したり、機械損の増加によって回転電機の損失が増加したりする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５９２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記背景に鑑みて、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることができる技術の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑みた本発明に係る回転電機制御装置の特徴構成は、
一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第１ロータと前記第２ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する点にある。
【０００８】
上述したように、ＰＭＳＭでは、ロータの回転速度が上昇するに従ってステータコイルに発生する誘起電圧が高くなるが、この誘起電圧が駆動電圧を超えないように制御する必要がある。このため、回転速度に応じてロータからの界磁磁界が調整される。但し、界磁磁束の調整によってロータ表面の磁気抵抗も変化するため、界磁磁束の調整はマグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクにも影響を与える。このため、本特徴構成のように、目標トルクと回転速度とに応じて規定された位相マップに基づいて、第１ロータと第２ロータとの相対位置を示す位相指令が決定されると好適である。ここで、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されていない可能性が高いので、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令が規定された低回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。一方、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が大きく制限されている可能性が高くなるので、界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定されると好適である。本特徴構成によれば、相対位相制御部は、回転速度に基づいて低回転速度域位相マップと高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、位相指令を決定する。これにより、相対位相制御部は、それぞれの回転速度域に応じて、ロータ間位相の調整量が抑制された位相指令を決定することが可能となる。このように、本特徴構成によれば、位相マップを用いることによって、可変磁束型の回転電機の運転状態や界磁磁束の調整によるロータ表面の磁気抵抗の変化などを考慮して界磁磁束の調整を最適に制御することを可能としつつ、界磁調整のためのロータ間位相の調整量を少なく抑えることが可能となる。
【０００９】
ところで、回転電機の回転速度が低回転速度域から高回転速度域に移行した場合、力行運転状態であれば逆起電力を抑制するために、回生運転状態であれば発電量を調整するために、界磁磁束を制限する必要が生じる可能性が高くなる。一方、回転電機の回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行した場合は、逆に界磁磁束を制限する必要性が低下する可能性が高くなる。従って、上述したように、各回転速度域に適した位相マップが回転速度に基づいて参照され、位相指令が決定されると好ましい。ここで、回転速度が高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の１つの形態を考えると、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行する場合がある。例えば、回転電機が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機の運転状態が回生運転状態となり、回転速度が低下するような事例である。この際、再び加速手段が操作されることによって、回転電機が力行運転状態に切り替わる場合がある。そして、力行運転が再開されると回転速度が上昇し、再び低回転速度域から高回転速度域へと回転速度が移行する可能性がある。このような場合には、回転速度及び目標トルクの双方が変化し、例えば、力行運転状態で高回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域、回生運転状態で低回転速度域、力行運転状態で低回転速度域、そして、力行運転状態で高回転速度域と、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性がある。一方、単純に回転速度が上昇する場合には、力行運転状態で低回転速度域から、力行運転状態で高回転速度域への切り替わりや、回生運転状態で低回転速度域から、回生運転状態で高回転速度域への切り替わりとなるから、運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わる可能性は比較的低い。運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わると、制御の安定性が低下したり、両ロータの相対位置の調整量が増加して損失が増加したりする可能性がある。
【００１０】
このように運転状態と回転速度域とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性及びできるだけ少ない調整量で相対位置の制御を実行するために、本発明に係る回転電機制御装置が以下のように構成されると好適である。つまり、１つの好適な態様として、本発明に係る回転電機制御装置の前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える構成とするとよい。
【００１１】
上述したように、回転電機が低回転速度域で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は低い。一方、回転電機が高速で動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、上述したように、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。一方、高回転速度域に対応する回転速度域位相マップは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令が規定されていると好ましい。さらに、これら第１位相範囲及び第２位相範囲は、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。１つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記第１位相範囲が、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、前記第２位相範囲が、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されていると好適である。
【００１２】
上述したように、回転電機が高回転速度域で動作している場合には、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令が規定された高回転速度域位相マップに基づいて位相指令が決定される。界磁磁束が最小となる相対位置は、回転電機の力行運転状態及び回生運転状態でのトルクが最小となる相対位置である。第２位相範囲は、この相対位置をほぼ中央として、一方の外縁へ行くほど回転電機の力行運転状態の時のトルクが大きくなり、他方の外縁へ行くほど回生運転状態でのトルクが大きくなるように設定されると、回転電機の運転状態に応じて最適な位相指令が規定できて好適である。つまり、第２位相範囲が、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクに応じた相対位置を基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。
【００１３】
ところで、可変磁束型ではない回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗に変化は生じないが、可変磁束型の回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗も変化する。そして、このようなロータ（ロータユニット）の表面の磁気抵抗が変化する回転電機では、ロータ（ロータユニット）の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ（ロータユニット）の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。回転電機を制御する手法として、永久磁石により構成される磁極の中心を通る軸と、この軸に対して電気的に直交する軸とを、永久磁石基準の直交軸としたベクトル空間におけるベクトル制御が知られている。しかし、ロータ（ロータユニット）の表面において永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束のロータ（ロータユニット）の表面における磁束密度最大位置とが異なる場合には、このような永久磁石基準のベクトル空間に対して電気角上の回転偏差を有した回転ベクトル空間においてベクトル制御が実施される場合がある。この回転ベクトル空間において回転電機を制御すると、回転偏差の影響により、例えばマグネットトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機に対する損失ともなる。従って、特に界磁磁束を制限する場合の多い高回転速度域での動作に対応する第２位相範囲は、力行運転状態及び回生運転状態でのトルクや損失の少なさに応じて定量的に設定されると好適である。このような定量的な設定は、例えば、第１ロータ及び第２ロータの周方向の相対位置を示す位相の可変範囲の全域を、原点を中心とする３６０°の描画範囲で表すグラフにおける位相範囲によって規定することができる。力行運転に適した位相範囲、回生運転に適した位相範囲は、当該グラフにおける９０°の描画範囲ごとに現れるので、これらの位相範囲は、当該グラフに適切な直交軸を設定した場合における象限として規定されてもよい。
【００１４】
具体的な１つの態様として、本発明に係る回転電機制御装置は、前記回転電機が、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、前記第２位相範囲が、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されていると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】可変磁束型の回転電機の構成の一例を示すスケルトン図
【図２】電気角１周期分における磁極及び突極の関係の一例を示す図
【図３】界磁磁束が最大となる相対位相（０度）の磁束分布の一例を示す図
【図４】界磁磁束が最小となる相対位相（９０度）の磁束分布の一例を示す図
【図５】相対位相９０度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図
【図６】相対位相４５度の電機子磁束の磁束分布の一例を示す図
【図７】回転電機制御装置の構成の一例を模式的に示すブロック図
【図８】ベクトル空間の相対関係を示す図
【図９】第１位相範囲及び第２位相範囲の一例を示す図
【図１０】低回転速度域位相マップの一例を示す図
【図１１】高回転速度域位相マップの一例を示す図
【図１２】界磁磁束調整時の相対位置の調整幅（位相差）の一例を示す図
【図１３】相対位相０度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１４】相対位相４５度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１５】相対位相６７度の時のトルク特性の一例を示すグラフ
【図１６】第１位相範囲及び第２位相範囲の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、可変磁束型の回転電機を制御対象とする回転電機制御装置を例として説明する。はじめに、図１〜図６を利用して、本実施形態において例示する可変磁束型の回転電機の構造、及び電気的な特性（特に、ロータの非対称突極性）について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態で例示する可変磁束型の回転電機１００は、回転機構部２０と、相対位置調整機構５０とを有して構成される。回転機構部２０は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ４１及び第２ロータ４２を有するロータユニット４０と、ステータコイル３２を有するステータ３０とを備えて構成されている。本例では、回転機構部２０は、相対的にステータ３０の内側にロータユニット４０が備えられたインナーロータ型の構造である。ロータユニット４０は、相対的に内側に配置される内側ロータ（第１ロータ４１）と相対的に外側に配置される外側ロータ（第２ロータ４２）とを有して構成されている。第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置は、相対位置調整機構５０により調整可能である。ステータコイル３２に鎖交する界磁磁束は、この相対位置の調整により、つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２との周方向（ロータ回転方向）の相対位置に応じて変化する。即ち、回転電機１００は、ロータユニット４０に備えられた永久磁石により生じてステータコイル３２に鎖交する界磁磁束を、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機である。
【００１８】
ロータユニット４０を構成する第１ロータ４１及び第２ロータ４２の少なくとも一方には永久磁石が備えられる。本実施形態では、第１ロータ４１のみに永久磁石が備えられる。図２、図３等に示すように、第１ロータ４１は、ロータコア（第１ロータコア４３）の内部に埋め込まれて、ステータコイル３２と鎖交する界磁磁束を提供する永久磁石２４（２４Ｎ，２４Ｓ）を備えて構成される。一方、第２ロータ４２は、界磁磁束に対して磁気抵抗となる磁気抵抗部としての空隙４８をロータコア（第２ロータコア４４）に備えて構成される。これら２つのロータ４１，４２の周方向の相対位置に応じてステータコイル３２に鎖交する界磁磁束が変化し、可変磁束型の回転機構部２０が実現される。図１に示すように、回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との周方向の相対位置を調整する相対位置調整機構５０と共に可変磁束型の回転電機１００を構成する。回転電機１００の駆動力（トルクと同義）は出力軸Ｘに伝達可能に構成されている。
【００１９】
回転機構部２０の電機子を構成するステータ３０は、ステータコア３１とステータコア３１に巻装されたステータコイル３２とを備えている。ステータコア３１は、本例では、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されており、円筒状に形成されてケース（図示は省略）に固定されている。界磁を構成するロータユニット４０は、ステータ３０の径内方向Ｒ１側において、ステータ３０に対して回転軸周りに回転可能に上記ケースに支持されている（図示は省略）。第１ロータ４１の第１ロータコア４３及び第２ロータ４２の第２ロータコア４４は、本例では、ステータコア３１と同様に複数枚の電磁鋼板を積層して構成されている。ロータユニット４０を構成する第２ロータ４２は、一定の径方向厚さを有する円筒状に形成され、内側に第１ロータ４１を備えている。第１ロータ４１と第２ロータ４２とは、同軸に配置される。図１に示すように、第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４は、径方向Ｒ視において重複するように配置されている。本例では、第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４は、軸方向Ｌに同じ長さ（軸方向長さ）を有し、径方向Ｒ視において完全に重複するように配置されている。第１ロータ４１は、第１ロータコア４３を支持すると共に第１ロータコア４３と一体回転する第１ロータコア支持部材４５を備えている。また、第２ロータ４２は、第２ロータコア４４を支持すると共に第２ロータコア４４と一体回転する、第２ロータコア支持部材４６を備えている。
【００２０】
本実施形態では、図２及び図３に示すように、第２ロータコア４４は、両ロータ４１，４２の相対位置が所定の基準位置（相対位相γ＝０度）にある状態で、周方向に隣接する磁極Ｆの磁極端部ＦＴの間（即ち、磁極間）に配置され、界磁磁束に対して磁気抵抗となる空隙（磁極間空隙、磁気抵抗部）４８を備えている。この空隙４８により、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置に応じてステータコイル３２に到達する鎖交磁束が変化する。
【００２１】
図３及び図４は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置（相対位相γ）に応じた、マグネットトルクに関係する界磁磁束（ｄ軸磁束）を破線により例示している。相対位相γは、電気角で示されている。図３及び図４は、ロータユニット４０の軸直交断面を示しており、おおよそ電気角の１周期に相当する部分断面図である。例えば、図３は、永久磁石２４から第２ロータコア４４内を通る漏れ磁束が抑制されてステータ３０に到達する磁束（界磁磁束）が多くなる状態を例示している。一方、図４は、第２ロータコア４４内を通る漏れ磁束が多くなってステータ３０に到達する磁束が少なくなる状態を例示している。このように、永久磁石２４及び空隙４８は、ステータ３０に到達する磁束（界磁磁束）が多くなる状態（図３：γ＝０度）と、ステータ３０に到達する磁束が少なくなる状態（図４：γ＝９０度）との間で遷移可能に配置されている。つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置を調整することによって、ステータコイル３２に到達する鎖交磁束が調整可能である。
【００２２】
図１に示すように、相対位置調整機構５０は、第１ロータコア４３と一体回転する第１ロータコア支持部材４５と、第２ロータコア４４と一体回転する第２ロータコア支持部材４６との間の周方向の相対位置を調整する機構である。本実施形態では、相対位置調整機構５０は、第１差動歯車装置５１及び第２差動歯車装置５２の２つの差動歯車装置（差動歯車機構）を備えて構成される。第１差動歯車装置５１及び第２差動歯車装置５２は、本実施形態では、３つの回転要素を備えたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。第１差動歯車装置５１は、複数のピニオンギヤを支持する第１キャリヤ５１ｂと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第１サンギヤ５１ａ及び第１リングギヤ５１ｃとを回転要素として有している。また、第２差動歯車装置５２は、複数のピニオンギヤを支持する第２キャリヤ５２ｂと、これらピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第２サンギヤ５２ａ及び第２リングギヤ５２ｃとを回転要素として有している。
【００２３】
第１サンギヤ５１ａは、第１ロータコア支持部材４５と一体回転するように駆動連結され、第２サンギヤ５２ａは、第２ロータコア支持部材４６と一体回転するように駆動連結されている。第１キャリヤ５１ｂ及び第２キャリヤ５２ｂは、出力軸Ｘと一体回転するように駆動連結されている。これにより、第１ロータコア支持部材４５及び第２ロータコア支持部材４６は、相対位置調整機構５０を介して出力軸Ｘに駆動連結される。即ち、本例では、第１ロータコア支持部材４５と第２ロータコア支持部材４６との双方が、相対位置調整機構５０を介して共通の出力軸Ｘに駆動連結されている。また、第２リングギヤ５２ｃは、リング状部材を介してケースの内壁８０に固定されている。
【００２４】
第１リングギヤ５１ｃの外周面（径外方向Ｒ２を向く面、以下同様）にはウォームホイール５４ｂが設けられている。このウォームホイール５４ｂは、第１リングギヤ５１ｃの回転位置（周方向位置）を調整するためのウォームギヤ５４ａと噛み合っている。ウォームギヤ５４ａは、モータなどの駆動力源（アクチュエータ）５６と接続されている（図７参照）。この駆動力源５６によりウォームギヤ５４ａを回転させることで、ウォームホイール５４ｂを介して第１リングギヤ５１ｃの回転位置（周方向位置）を変えることができる。第１リングギヤ５１ｃの回転位置の調整時には駆動力源５６によりウォームギヤ５４ａが回転駆動され、調整時以外では停止した駆動力源５６を介してウォームギヤ５４ａが固定される。つまり、第１リングギヤ５１ｃは、回転位置の調整時を除いて固定された状態となる。
【００２５】
本実施形態では、第１キャリヤ５１ｂと第２キャリヤ５２ｂとは一体的に一体キャリヤ５３を構成しており、一体キャリヤ５３が出力軸Ｘと一体回転するように駆動連結されている。また、本実施形態では、第１差動歯車装置５１と第２差動歯車装置５２とは互いに同径に構成され、第１差動歯車装置５１の歯数比（＝第１サンギヤ５１ａの歯数／第１リングギヤ５１ｃの歯数）と第２差動歯車装置５２の歯数比（＝第２サンギヤ５２ａの歯数／第２リングギヤ５２ｃの歯数）とは互いに等しく設定されている。そして、第１リングギヤ５１ｃの回転位置の調整時を除いて、第１リングギヤ５１ｃ及び第２リングギヤ５２ｃの双方は固定された状態となる。よって、第１サンギヤ５１ａに駆動連結された第１ロータコア支持部材４５と、第２サンギヤ５２ａに駆動連結された第２ロータコア支持部材４６とは、互いに同じ回転速度（ロータ回転速度）で回転する。本実施形態では、出力軸Ｘの回転速度は、ロータ回転速度に対して減速されたものとなり、出力軸Ｘには、回転機構部２０のトルクが増幅されて伝達される。
【００２６】
上述したように、本実施形態では、第２リングギヤ５２ｃがケースの内壁８０に固定されているのに対し、第１リングギヤ５１ｃは回転位置が調整可能となっている。即ち、キャリヤが一体的に形成された２つの遊星歯車機構において、一方のリングギヤを他方のリングギヤに対して周方向に相対移動（すなわち相対回転）させることが可能となっている。この相対回転に伴い、一方のサンギヤが他方のサンギヤに対して相対回転する。よって、第１リングギヤ５１ｃの回転位置を調整することで、第１サンギヤ５１ａと第２サンギヤ５２ａとの間の周方向の相対位置を調整することができる。その結果、第１ロータコア支持部材４５と第２ロータコア支持部材４６との間の周方向の相対位置を調整することができる。
【００２７】
上述したように、本実施形態の回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との間の周方向の相対位置を調整して、ステータコイル３２に到達する鎖交磁束を調整することが可能である。回転機構部２０を制御する好適な手法として、永久磁石の磁束（界磁磁束）の方向であるｄ軸と、このｄ軸に対して電気角で直交する方向であるｑ軸とのｄ−ｑベクトル空間を用いたベクトル制御が知られている。図２に示すように、ｄ軸は、ロータユニット４０の回転軸心からロータユニット４０の表面における磁極Ｆの中心の位置である磁極中心位置ＰＤへ向かう方向に沿った磁極中心軸ＦＣ（磁極軸）である。ｑ軸は、ロータユニット４０の回転軸心から、ロータユニット４０の表面において磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置である磁極中心直交位置ＰＱへ向かう方向に沿った磁極中心直交軸ＦＸである。
【００２８】
図５及び図６は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置に応じた電機子磁束（ｑ軸磁束）を破線により例示している。つまり、図示される磁束は、ステータコイル３２を流れる電流によって励磁されたものである。尚、図５及び図６も、界磁磁束を例示する図３及び図４と同様に、おおよそ電気角の１周期に相当するロータユニット４０の軸直交方向の部分断面図である。図５に示す相対位置は、図４と同様に基準位置に対して電気角で９０度ずれた相対位置（γ＝９０度）であり、図６に示す相対位置は、基準位置に対して電気角で４５度ずれた相対位置（γ＝４５度）である。γ＝９０度の場合、空隙４８はほぼ磁極中心位置ＰＤに位置する。隣接する磁極Ｆの間のいわゆる突極、例えば図２の符号Ｍ２あるいはＭ３の範囲には空隙４８が存在せず、磁性体の第１ロータコア４３及び第２ロータコア４４でほぼ満たされている。従って、ステータ３０と対向する側であるロータユニット４０の表面における突極のロータ回転方向の中心に対して対称に電機子磁束が分布する。
【００２９】
ロータユニット４０の表面における突極のロータ回転方向の中心は、磁極Ｆの間（突極）における電機子磁束の磁束密度最大位置（電機子磁束最大位置ＰＬ）に相当する。そして、電機子磁束最大位置ＰＬは、上述した磁極中心直交位置ＰＱに一致する。上述したように、界磁磁束を基準とした場合のｄ軸は、磁極中心位置ＰＤを通る磁極中心軸ＦＣであり、ｑ軸は、磁極中心直交位置ＰＱを通る磁極中心直交軸ＦＸである。電機子磁束を基準とした場合のｑ軸は、ロータユニット４０の回転軸心から電機子磁束最大位置ＰＬへ向かう方向に沿った磁束密度最大軸（電機子磁束最大軸ＦＬ）である。図５に示すように、γが９０度となる相対位置の場合には、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸（磁極中心直交軸ＦＸ）と、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸（電機子磁束最大軸ＦＬ）とが一致し、両軸の偏差δはゼロとなる。
【００３０】
一方、図６に示すように、γ＝４５度の場合には、空隙４８が突極の一部において磁気抵抗となる。このため、ロータユニット４０の表面における電機子磁束の分布は、突極のロータ回転方向の中心に対して非対称となる。つまり、電機子磁束最大位置ＰＬは、上述した磁極中心直交位置ＰＱと一致しなくなる。従って、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸である電機子磁束最大軸ＦＬと、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸である磁極中心直交軸ＦＸとの間には、図６に示すように偏差δが生じる。
【００３１】
本発明の回転電機制御装置は、このようにロータユニット４０の表面において、磁極Ｆの中心（磁極中心位置ＰＤ）に対して電気的に直交する位置ＰＱと、ステータコイル３２を流れる電流により励磁される電機子磁束の隣接する磁極Ｆ間における電機子磁束最大位置ＰＬとが異なり、非対称突極性を有する可変磁束型の回転電機を制御対象とする。そして、本発明の回転電機制御装置は、このような回転機構部２０をロータユニット４０と同速度で回転する回転座標系に設定された直交ベクトル空間におけるベクトル制御によって制御する。また、本発明の回転電機制御装置は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ４１及び第２ロータ４２を有するロータユニット４０の、当該相対位置を制御する。以下、図７〜図１５も利用して、そのような回転電機制御装置の好適な実施形態について説明する。
【００３２】
図７に示すように、回転電機制御装置は、主として相対位置調整機構５０を制御する機能部として、相対位相制御部７と、γマップ７０（位相マップ）と、座標偏差マップ７ａとを備えて構成されている。そして、駆動回路７５を介して駆動力源５６が駆動されることによって差動歯車装置５１，５２（特に第１差動歯車装置５１）が駆動制御される。また、回転電機制御装置は、主として回転機構部２０を制御する機能部として、トルク制御部（電流指令演算部）１と、電流指令マップ１ａと、空間座標変換部２と、電流制御部（電圧指令演算部）３と、フィードバック電流座標変換部４と、電圧制御部（駆動指令演算部）５と、位置検出部９３と、速度検出部９４とを備えて構成されている。そして、直流電圧源８とステータコイル３２との間で直流交流変換を行うインバータ６が駆動制御される。尚、本実施形態では、相対位相制御部７により演算された直交ベクトル空間の偏差δを用いて回転機構部２０が駆動制御され、相対位置を示す相対位相γに基づいて電流指令マップ１ａから電流指令が取得されるので、相対位相制御部７も回転機構部２０を制御する機能部に含めてよい。
【００３３】
回転機構部２０及び相対位置調整機構５０を制御する各機能部は、好適にはマイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などのハードウェアと、当該ハードウェア上で実行されるプログラムなどのソフトウェアとの協働によって実現される。従って、各機能部は、一部又は全てにおいて、同一のハードウェアや、同一のプログラムモジュールが兼用されるものであってよい。
【００３４】
ここで、本実施形態の回転電機制御装置におけるベクトル制御に用いられるベクトル空間について説明する。図８に示すα軸及びβ軸は、ステータ３０に設定される固定軸であり、α−βベクトル空間は固定座標系である。ステータ３０に対するロータユニット４０の位置が所定の基準位置である場合、α軸はｄ軸と一致し、β軸はｑ軸と一致する。つまり、固定座標系のα−βベクトル空間と、回転座標系のｄ−ｑベクトル空間とが一致する。本実施形態の場合、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γが変動するので、何れかのロータ、例えば第１ロータ４１の位置を基準としてｄ軸及びｑ軸を規定する。ここでは、永久磁石２４を備える第１ロータ４１の回転軸心から磁極Ｆの中心に向かう方向をｄＭ軸とし、ｄＭ軸に対して電気的に９０度進んだ方向をｑＭ軸とする。このｄＭ軸とｑＭ軸とを直交軸とする直交ベクトル空間を、第１ベクトル空間とする。つまり、第１ベクトル空間は、ロータユニット４０の回転軸心から磁極Ｆの中心（磁極中心位置ＰＤ）に向かう方向に設定された磁極軸（磁極中心軸ＦＣ）に沿った方向を一方の軸（ｄＭ軸）とし、磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置（磁極中心直交位置ＰＱ）に向かう方向を他方の軸（ｑＭ軸）とした空間である。
【００３５】
ロータユニット４０がステータ３０に対して回転すると、固定座標系のα軸と回転座標系のｄＭ軸との間には、電気角における回転角度θが生じる（β軸とｑＭ軸との間も同様）。ロータユニット４０の回転角度θは、レゾルバなどの回転センサ９２を利用して計測され、位置検出部９３においてα軸とｄＭ軸との角度として検出される（図７参照）。当然ながら、回転センサ９２が回転角度θを出力するように構成されていてもよい。この回転角度θを用いて、３相のステータコイル３２と、２相のベクトル空間との間における電気信号の座標変換が行われる。
【００３６】
ｄＭ軸及びｑＭ軸により規定される第１ベクトル空間に対して、図８に示すｄＬ軸及びｑＬ軸により規定されるベクトル空間を第２ベクトル空間とする。第２ベクトル空間も回転座標系であり、第１ベクトル空間と同じ速度で同じ方向に回転する。図８に示すように、ｄＬ軸及びｑＬ軸は、それぞれｄＭ軸及びｑＭ軸に対して偏差δを有する。図６に基づいて上述したように、電機子磁束を基準とした場合のｑ軸に相当する電機子磁束最大軸ＦＬと、界磁磁束を基準とした場合のｑ軸に相当する磁極中心直交軸ＦＸとの間には、偏差δが生じる場合がある。第２ベクトル空間は、第１ベクトル空間に対して、この偏差δが補正され、ｄＬ軸及びｑＬ軸を直交軸とするベクトル空間である。つまり、第２ベクトル空間は、ロータユニット４０の回転軸心から磁束密度最大位置（電機子磁束最大位置ＰＬ）に向かう方向に沿った方向を一方の軸（ｑＬ軸）とし、当該軸（ｑＬ軸）に直交する方向（ここでは、電気的に９０度遅れた方向）を他方の軸（ｄＬ軸）とした空間である。本実施形態においては、この偏差δは、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γに応じて定まる。後述するように、相対位相制御部７は、相対位相γと偏差δとの関係が実験やシミュレーションによって予め設定された座標偏差マップ７ａに基づいて偏差δを演算する。
【００３７】
以下、図７のブロック図を参照しながら、回転電機制御装置の各機能部について説明する。相対位相制御部７は、界磁磁束を調整するための相対位置（相対位相γ）を示す位相指令γ＊が目標トルクＴ＊及び回転速度ωに応じて規定されたγマップ７０（位相マップ）に基づいて、位相指令γ＊を決定して、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置を調整する機能部である。このγマップ７０は、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ）を含むように設定された第１位相範囲内で位相指令γ＊が規定された低回転速度域位相マップ７Ｌと、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ）を含むように設定された第２位相範囲内で位相指令γ＊が規定された高回転速度域位相マップ７Ｈとを有している。相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えて参照し、位相指令γ＊を決定する。
【００３８】
図９は、上述した第１位相範囲及び第２位相範囲の概念を示しており、ロータユニット４０における電気角に対応した相対位相γを示している。γ＝０°の軸は、図３に示した第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γ（＝０°）に対応している。同様に、γ＝９０°の軸は、図４に示した第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γ（＝９０°）に対応している。図３及び図４を参照して上述したように、γ＝０°は、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ）であり、γ＝９０°は、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ）である。例えば、図９において、γ＝０°を内部に含むように設定された位相範囲（符号ＹＬで示す位相範囲）は、第１位相範囲に相当する。同様に、図９において、γ＝９０°を内部に含むように設定された位相範囲（符号ＹＨで示す位相範囲）は、第２位相範囲に相当する。第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが図９において破線部分を含む位相範囲に設定される場合、第１ロータ４１及び第２ロータ４２は、少なくとも相対位相γ＝−９０°（２７０°）〜＋１８０°の範囲を周方向の一定の範囲として、この一定の範囲内で相対位置を調整可能に構成されている。
【００３９】
例えば、回転電機１００が低回転速度域で力行動作している場合には、界磁磁束を大きく制限する必要性は比較的低い。一方、回転電機１００が高回転速度域で力行動作している場合には、逆起電力を抑制する観点から、界磁磁束を大きく制限する必要性が比較的高くなる。従って、低回転速度域に対応する低回転速度域位相マップ７Ｌは、界磁磁束が最大となる相対位置を内部に含むように設定された第１位相範囲ＹＬ内で位相指令γ＊が規定されると好ましい。一方、高回転速度域に対応する高回転速度域位相マップ７Ｈは、界磁磁束の制限を優先して、界磁磁束が最小となる相対位置を内部に含むように設定された第２位相範囲ＹＨ内で位相指令γ＊が規定されると好ましい。尚、本実施形態では、図９に破線で示した部分も含めて、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれ約１８０°の位相範囲を有する例を示しているが、当然ながら１８０°未満の範囲に設定されていてもよい。つまり、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置を含むように設定されていれば充分であり、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置を含むように設定されていれば充分である。
【００４０】
但し、これら第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最大となる相対位置や界磁磁束が最小となる相対位置などを基準として定量的に設定されると、再現性も良く、種々の品種の回転電機への展開も容易となる。好適な態様として、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ＝０°）を中心として設定されると好適である。また、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°）を中心として設定されると好適である。このように、中心位置を定めて位相範囲を設定する場合においても、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、それぞれ約１８０°の位相範囲を有することなく、１８０°未満の範囲に設定されていてもよい。尚、本実施形態では、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれγ＝０°及び９０°を中心として設定される例を示したが、当然ながらこれらの角度からずれた角度（５°及び９５°など）を中心として設定してもよい。
【００４１】
但し、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨが、それぞれ約１８０°の位相範囲を有していれば、低回転速度域位相マップ７Ｌ及び高回転速度域位相マップ７Ｈの何れを用いても、界磁磁束の調整範囲の全てをカバーすることが可能となる。つまり、隣接する磁極Ｆは、逆極性であるから、隣接する磁極Ｆの間隔は電気角の半周期、即ち１８０°に相当する。従って、例えば、相対位相γ＝１８０°は、図４に示した例からさらに９０°相対回転して、空隙４８が実質的に図３に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。従って、冗長性を持たせることによるフェールセーフ機能の付加や、制御の柔軟性を考慮すれば、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨのそれぞれが、約１８０°の位相範囲を有していることが好適である。さらに、上述したように、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、再現性や展開性を考慮すれば、定量的な基準を定めて設定されることが好ましい。従って、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、１つの態様として、以下のように設定されると好適である。
【００４２】
即ち、１つの態様として、第１位相範囲ＹＬは、界磁磁束が最大となる相対位置（相対位相γ＝０°）を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°及び−９０°）を外縁とする範囲に設定されているとよい。図９において破線部分を含む第１位相範囲ＹＬは、この範囲に対応する。尚、電気角の一周期は３６０°であるから、図９における相対位相γ＝２７０°は、−９０°に相当する。また、相対位相γ＝−９０°は、図４に示した例とは逆方向へ９０°相対回転した場合を示している。後述するように、相対位相γ＝０°〜９０°の位相範囲Ｙ１は、位相範囲Ｙ４に比べて回転電機１００が力行動作する際に損失（鉄損、銅損、機械損などを総合した損失、以下同様。）が少ない位相範囲である。回転電機１００が力行動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。また、相対位相γ＝−９０°〜０°の位相範囲Ｙ４は、位相範囲Ｙ１に比べて回転電機１００が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が回生動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。
【００４３】
同様に好適な態様として、第２位相範囲ＹＨは、界磁磁束が最小となる相対位置（相対位相γ＝９０°）を中心として、周方向の両側における界磁磁束が最大となる相対位置相対位相（γ＝０°及び１８０°）を外縁とする範囲に設定されているとよい。図９において破線部分を含む第２位相範囲ＹＨは、この範囲に対応する。上述したように、相対位相γ＝１８０°は、図４に示した例からさらに９０°相対回転して、空隙４８が実質的に図３に示した例と同じ相対位置に達した状態に対応する。上述したように、相対位相γ＝０°〜９０°の位相範囲Ｙ１は、位相範囲Ｙ２に比べて回転電機１００が力行動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が力行動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。また、相対位相γ＝９０°〜１８０°の位相範囲Ｙ２は、位相範囲Ｙ１に比べて回転電機１００が回生動作する際に損失が少ない位相範囲である。回転電機１００が回生動作する際には、この範囲から位相指令γ＊が選択される。
【００４４】
ここで、図９に示す相対位相γのグラフにおける各象限Ｓ１〜Ｓ４と、回転電機１００の運転状態との関係について補足する。図９に示す相対位相γのグラフは、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の周方向の相対位置を示す相対位相γの可変範囲の全域を、原点を中心とする３６０°の描画範囲で表す位相範囲によって規定したものとも言える。図８を参照して説明したように、ロータユニット４０の表面の磁気抵抗が変化する場合、ロータユニット４０の表面において永久磁石２４により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル３２を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット４０の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となる場合がある。つまり、永久磁石２４を基準とした第１ベクトル空間と、後述するように実際に電流フィードバック制御が実施される空間である第２ベクトル空間との間に偏差δが生じる場合がある。この偏差δの影響により、例えば回転電機１００が力行運転状態でのトルクの一部に回生側のトルクが生じるような現象も生じる。これは、回転電機１００に対する損失となる。このため、図９に示す相対位相γのグラフにおける各象限Ｓ１〜Ｓ４は、力行又は回生の運転状態との関係で他の象限に比べて損失が少なくなる象限という観点から、力行運転と回生運転との何れに適しているかによって分類することが可能である。本実施形態においては、第１象限Ｓ１及び第３象限Ｓ３は、力行運転に適した象限（位相範囲）であり、第２象限Ｓ２及び第４象限Ｓ４は、回生運転に適した象限（位相範囲）である。
【００４５】
このような各象限Ｓ１〜Ｓ４と回転電機１００の運転状態との関係から導かれる１つの好適な態様として、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは下記のように設定されてもよい。ここで、回転電機１００は、相対位置の調整により、ロータユニット４０の表面において永久磁石２４により構成される磁極Ｆの中心に対して電気的に直交する位置と、ステータコイル３２を流れる電流により誘起される電機子磁束のロータユニット４０の表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものである。そして、第１位相範囲ＹＬは、回転電機１００の回生運転に適した位相範囲（第４象限Ｓ４）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝−９０°）から、回生運転に適した位相範囲（第４象限Ｓ４）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）及び力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）を順に経由して、力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）までの範囲に設定されると好適である。また、第２位相範囲ＹＨは、回転電機１００の力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝０°）から、力行運転に適した位相範囲（第１象限Ｓ１）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）及び回生運転に適した位相範囲（第２象限Ｓ２）での界磁磁束が最小となる相対位置（例えばγ＝９０°）を順に経由して、回生運転に適した位相範囲（第２象限Ｓ２）での界磁磁束が最大となる相対位置（例えばγ＝１８０°）までの範囲に設定されると好適である。
【００４６】
図１０は低回転速度域位相マップ７Ｌの一例を示しており、図１１は高回転速度域位相マップ７Ｈの一例を示している。それぞれ、正方向のトルクは力行運転状態におけるトルクを示し、負方向のトルクは回生運転状態におけるトルクを示している。上述したように、低回転速度域位相マップ７Ｌには、γ＝−９０°〜９０°を第１位相範囲ＹＬとして位相指令γ＊が規定されている。また、高回転速度域位相マップ７Ｈには、γ＝０°〜１８０°を第２位相範囲ＹＨとして位相指令γ＊が規定されている。
【００４７】
図１０及び図１１における符号ＴＨは、高回転速度域と低回転速度域との境界となる回転速度ω（所定の回転速度しきい値）を示している。つまり、実質的に、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ７Ｈが選択され、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ７Ｌが選択される。これ以外の選択、例えば、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいて高回転速度域位相マップ７Ｈが選択される場合も有り得るが、これについては後述する。基本的には、相対位相制御部７は、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値ＴＨ以上となった場合には、参照先のγマップ７０（位相マップ）を低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈに切り変える。また、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値ＴＨ未満となった場合には、相対位相制御部７は、参照先のγマップ７０（位相マップ）を高回転速度域位相マップ７Ｈから低回転速度域位相マップ７Ｌに切り変える。
【００４８】
図１０と図１１とを比較すれば、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度域において、低回転速度域位相マップ７Ｌの方が高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて相対位相γの変化が緩やかである。例えば矢印Ａ１の回転速度ωにおいて、図１１の高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌの方が相対位相γの変化を示す線数が少なく、相対位相γの変化が緩やかである。従って、低回転速度域においては、低回転速度域位相マップ７Ｌに基づいて、相対位置調整機構５０が制御されると好適である。一方、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度域においては、高回転速度域位相マップ７Ｈの変化が連続的であるのに対して、低回転速度域位相マップ７Ｌの変化には不連続点が生じる。例えば矢印Ａ２の回転速度ωにおいて、図１１の高回転速度域位相マップ７Ｈに比べて、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌの方が相対位相γの変化を示す線数が多くなっている。詳細な相対位相γの値の変化を全て図１０の図中に表現することができていないが、特にトルクが０［Ｎｍ］の近傍において、相対位相γの変化が不連続となる場合がある。例えば、図１０の低回転速度域位相マップ７Ｌでは、矢印Ａ２の回転速度ωにおいて、正トルクから０［Ｎｍ］を挟んで負トルクへ移行する際に、相対位相γがγ＝６０°からγ＝−６０°へと不連続に変化する。
【００４９】
このような相対位相γの変化の緩やかさや、連続性は、位相調整の応答性や相対位置調整機構５０を駆動する際の機械損にも影響する。従って、回転速度しきい値ＴＨ以上の回転速度ωにおいては高回転速度域位相マップ７Ｈが選択され、回転速度しきい値ＴＨ未満の回転速度ωにおいては低回転速度域位相マップ７Ｌが選択されると、位置調整の応答性の悪化や、回転電機１００の損失（鉄損、銅損、機械損などを総合した損失）を効果的に抑制することができて好適である。
【００５０】
図１２は、本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合と、回転速度ωに関係なく共通した１種類のγマップ７０を用いた場合との、界磁磁束調整時の相対位置の調整幅（位相差）の一例を示している。図１２のグラフは、シミュレーション結果であり、回転速度とトルクとを定義した動作パターンを与えて、適時最適な相対位相γを演算した場合の調整幅（位相差）の変化を調べたものである。図１２の下段の実線は、本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合を示しており、破線は、回転速度ωに関係なく共通した１種類のγマップ７０を用いた場合を示している。本発明のように２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合の方が、位相の変化が少なく、より低損失な制御が実現可能であることが判る。損失をシミュレーションにより演算した結果によると、１種類のγマップ７０を用いた場合の損失を１００％として、２種類のγマップ７０を切り換えて用いた場合の損失は９６．５％に低減された。
【００５１】
ところで、回転電機１００の主たる用途が発電機の場合には、界磁磁束を制限して発電量を抑制する必要性は比較的低い。このため、可変磁束型の回転電機は、相対的に主たる用途が電動機であって、力行運転を休止した際の機械的な慣性力を利用して回生運転を行い、発電機として機能させる場合が多くなる。このような用途では、回生動作中には回転速度が上昇する可能性は高くなく、回転速度ωが上昇するのは専ら力行動作中となる。上述したように、相対位相制御部７は、回転速度ωに基づいて参照するγマップ７０（位相マップ）を切り換える。例えば、回転速度ωが上昇し、低回転速度域から高回転速度域に移行する際には、力行運転状態である可能性が高い。従って、回転速度のさらなる上昇に伴って界磁磁束を制限する必要が生じる可能性も高くなる。このため、回転速度ωが上昇している状況では、速やかに低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈへと参照するγマップ７０が切り換えられることが好ましい。
【００５２】
一方、回転速度ωが高回転速度域から低回転速度域に移行する場合の１つの形態としては、上述したように、高回転速度域での力行運転を休止して、慣性力による回生運転を行っている際に回転速度が低下して低回転速度域に移行した場合が考えられる。この場合、休止した力行運転が再開されると回転速度ωが上昇して、再び低回転速度域から高回転速度域へ回転速度ωが移行する可能性がある。例えば、回転電機１００が車両の駆動力源などの場合、アクセルペダルなどの加速手段をゆるめることによって回転電機１００の運転状態が回生運転状態となり、再び加速手段が操作されることによって、力行運転状態に切り替わる場合がある。つまり、運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わる可能性がある。これに対して、回転電機１００が力行運転している状態で回転速度ωが低下し、高回転速度域から低回転速度域に移行した場合には、回転電機１００は意図的に回転速度ωを低下させる制御を施されている可能性が高い。この状態から再度回転速度ωが上昇しても運転状態は同一であるから、運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わることはない。
【００５３】
このように運転状態と参照先のγマップ７０とが複合的に切り替わることをできるだけ抑制し、高い安定性で相対位置の制御を実行するための１つの好適な態様として、相対位相制御部７が以下のように、低回転速度域位相マップ７Ｌと高回転速度域位相マップ７Ｈとを切り換えられるとよい。つまり、回転速度ωが低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値ＴＨ以上となった場合、相対位相制御部７は、参照先のγマップ７０を低回転速度域位相マップ７Ｌから高回転速度域位相マップ７Ｈに切り変える。一方、回転速度ωが高回転速度から低回転速度へ変化して回転速度しきい値ＴＨ未満となった場合は、相対位相制御部７は、さらに回転電機１００が力行運転状態であることを条件として、参照先のγマップ７０を高回転速度域位相マップ７Ｈから低回転速度域位相マップ７Ｌに切り変える。
【００５４】
尚、図９から明らかなように、本実施形態においては、第１位相範囲ＹＬと、第２位相範囲ＹＨとは、力行動作状態において第２象限Ｓ２及び第４象限Ｓ４に比べて低損失な象限である第１象限Ｓ１を共通に含んでいる。当然ながら、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨは、第１象限Ｓ１〜第４象限Ｓ４の何れを共通な象限としても設定可能である。しかし、上述したように、γマップ７０の切換は、力行運転状態であることも条件として実施される場合がある。本実施形態においては、低回転速度域位相マップ７Ｌも、高回転速度域位相マップ７Ｈも、力行運転状態においては共に第１象限Ｓ１における相対位相γが位相指令γ＊として規定されているから、円滑な切換及び円滑な制御が実現でき、損失も低減される。尚、力行動作状態においてより低損失な象限を共通に含むという観点からは、第３象限Ｓ３を共通な象限として、第１位相範囲ＹＬが第２象限Ｓ２及び第３象限Ｓ３に設定され、第２位相範囲ＹＨが第３象限Ｓ３及び第４象限Ｓ４に設定されてもよい。
【００５５】
相対位相制御部７は、このようにして設定した位相指令γ＊に基づいて、好適にはフィードバック制御により駆動力源５６を制御し、相対位置調整機構５０を駆動制御する。相対位置調整機構５０の実際の移動量は、センサ等によって検出された実際の相対位相、あるいは駆動回路７５に与えた駆動信号から予測される推測値として、相対位相制御部７により取得される。相対位相制御部７は、検出された相対位相や推測値としての相対位相を、相対位相γとしてトルク制御部１に伝達する。
【００５６】
トルク制御部１（電流指令演算部）は、目標トルクＴ＊及び回転速度ωに基づき、相対位相γに対応するトルクマップ（電流指令マップ１ａ）を参照してステータコイル３２に流す電流の指令である電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。これらの電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊は、ｄＭ軸及びｑＭ軸によって規定される第１ベクトル空間において演算される。電流指令マップ１ａは、図１３〜図１５に例示するようなトルク特性（トルクマップ）に基づいて予め生成されたマップである。尚、必要に応じてトルク制御部１は、直流電圧源８の正極Ｐと負極Ｎとの間の直流電圧に対するステータコイル３２の３相交流電圧の実効値の比率であり、変換率を示す変調率ＭＩも用いて電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００５７】
可変磁束型である回転機構部２０は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位置によって界磁磁束の特性が変化する。このため、回転電機制御装置は、図１３〜図１５に例示するように、相対位置（相対位相γ）に応じた複数のトルクマップを有している。図１３は、第１ロータ４１と第２ロータ４２との相対位相γが０度の状態での両ベクトル空間でのトルク特性の一例を示している。同様に、図１４は相対位相γが４５度の状態、図１５は相対位相γが６７度の状態でのトルク特性を示している。図１３〜図１５の各分図（ａ）は、第１ベクトル空間におけるトルク特性を示しており、図１３〜図１５の各分図（ｂ）は第２ベクトル空間におけるトルク特性を示している。トルク制御部１は、相対位相制御部７から伝達された相対位相γに対応するトルクマップ（電流指令マップ１ａ）を用いて電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００５８】
本実施形態の回転機構部２０（回転電機１００）のような可変磁束型の回転電機は、界磁磁束を電気的に増減するためにトルクに寄与しないｄ軸電流を流すことによる効率低下を抑制することを１つの目的として採用される。しかし、実際には、相対位置調整機構５０を用いた構造的な界磁磁束の調整と、弱め界磁制御や強め界磁制御などの電気的な界磁磁束の調整とが併用される場合も多い。弱め界磁制御や強め界磁制御などの界磁調整制御においては、界磁磁束と同方向の磁束を発生させるｄ軸電流を増減させることによって、電気的に界磁磁束が調整される。後述するように、電気的な界磁調整制御に際して、第１ベクトル空間においては、ほぼｄ軸電流のみを考慮すれば充分であるが、第２ベクトル空間では、ｄ軸電流とｑ軸電流との双方を考慮する必要が生じる。このため、制御が容易な第１ベクトル空間において電気的な界磁調整制御を行うことが好ましく、トルク制御部（電流指令演算部）１は、第１ベクトル空間において電流指令を演算する。
【００５９】
図１３〜図１５において、細い実線は所定のトルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す等トルク線である。点線は、ロータユニット４０の回転速度ωと直流電圧に応じて設定され、設定可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す電圧制限楕円（電圧速度楕円）である。ＭＴで示す太い実線は、最も高い効率で各トルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す最大トルク線である。尚、この最大トルク線は一例であり、電圧制限楕円の内側で実行される標準的な基本制御の際の電流指令として設定され、トルクに応じた基本制御の際のベクトル軌跡を示したもの（基本制御線）であれば、最大トルク線に限定されるものではない。ＬＴで示す太い実線は、各等トルク線が電圧制限楕円の接線となる際の接点のベクトル軌跡に相当し、各トルクを出力可能な限界のｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡である限界トルク線である。
【００６０】
図１３〜図１５に示すトルク特性において、電気的な界磁調整制御が不要な場合には、標準的な基本制御が実施され、電流指令は、トルク指令Ｔ＊に応じた等トルク線と最大トルク線（基本制御線）との交点のｄ軸電流及びｑ軸電流の値となる。電気的に界磁磁束を調整する場合、例えば弱め界磁制御を実施する際には、等トルク線と最大トルク線ＭＴとの交点から限界トルク線に向かって等トルク線上を進む点におけるｄ軸電流及びｑ軸電流の値が電流指令となる。
【００６１】
図１３〜図１５の各分図（ａ）を参照すれば、第１ベクトル空間においては、相対位相γに拘わらず、弱め界磁制御の際に電流はｄ軸に沿って変化して電流量が増加するが、ｑ軸電流はほぼ一定で変化しない。一方、図１３〜図１５の各分図（ｂ）を参照すれば、第２ベクトル空間においては、弱め界磁制御の際に、相対位相γが大きくなると、ｄ軸電流のみでなくｑ軸電流も変化する。例えば、図１３（ｂ）に示すように相対位相γが０度の場合には、第２ベクトル空間においても第１ベクトル空間と同様に、ほぼｄ軸電流のみが変化してｑ軸電流は一定であるが、相対位相γが４５度の図１４（ｂ）では、第１ベクトル空間に比べてｑ軸電流の変化が大きい。相対位相γが６７度の図１５（ｂ）では、さらにｑ軸電流の変化が大きくなっている。
【００６２】
このように、弱め界磁制御など、界磁磁束を調整するために変化させる電流指令が２つの軸を対象とすると、電流指令を決定するための演算が煩雑となる。第１ベクトル空間では、ほぼｄ軸電流のみを考慮することで、電気的な界磁調整制御を含めて電流指令を決定することができるので、本実施形態では、トルク制御部１は、第１ベクトル空間における電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を演算する。
【００６３】
一方、後段の電流制御部（電圧指令演算部）３では、第２ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊，ｖｑ＿Ｌ＊が演算される。上述したように、第１ベクトル空間と第２ベクトル空間とは、その座標軸に偏差δが存在する。電流制御部３は、第２ベクトル空間において電圧指令を演算するので、電流指令も第２ベクトル空間の指令に変換する必要がある。そこで、空間座標変換部２は、公知の座標変換演算によって、第１ベクトル空間において演算された電流指令ｉｄ＿Ｍ＊，ｉｑ＿Ｍ＊を、偏差δを用いて、第２ベクトル空間における電流指令ｉｄ＿Ｌ＊（＝ｉｄ＿Ｍ＊・ｃｏｓδ＋ｉｑ＿Ｍ＊・ｓｉｎδ），ｉｑ＿Ｌ＊（＝ｉｑ＿Ｍ＊・ｃｏｓδ−ｉｄ＿Ｍ＊・ｓｉｎδ）に座標変換する。
【００６４】
電流制御部３は、第２ベクトル空間において電流フィードバック制御を行って電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊，ｖｑ＿Ｌ＊を演算する。具体的には、電流センサ９１によって測定された、実際にステータコイル３２を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをフィードバックし、電流指令ｉｄ＿Ｌ＊，ｉｑ＿Ｌ＊との偏差を取って比例積分（ＰＩ）制御や比例微積分（ＰＩＤ）制御を実施する。尚、本実施形態では、ホール効果を利用してバスバーなどの電流配線に近接して非接触で電流を検出する電流センサ９１を例示している。また、本実施形態では、３相全ての電流を検出する例を示しているが、３相は平衡しているので、２相のみを検出して残りの１相は演算により求めてもよい。
【００６５】
ｕｖｗ相の３相のステータコイル３２を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、３相交流であるからフィードバック電流座標変換部４において２相のフィードバック電流に変換される。フィードバック電流を用いる電流制御部３は、第２ベクトル空間においてＰＩ制御やＰＩＤ制御を実施するので、フィードバック電流座標変換部４は、公知の変換式を用いて、３相電流を第２ベクトル空間における２相のフィードバック電流ｉｄ＿Ｌ，ｉｑ＿Ｌに変換する。一般的には、３相から２相への変換に際しては、固定座標系であるα−βベクトル空間と回転座標系との角度、例えば、図８に示すロータユニット４０の回転角度θに基づいて座標変換される。しかし、図８に示すように回転角度θは第１ベクトル空間に対する回転角度であり、第２ベクトル空間に対する回転角度φは、（θ＋δ）となる。フィードバック電流座標変換部４は、一例として、３相フィードバック電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをα−β軸ベクトル空間の２相電流ｉα，ｉβに変換し、さらに第２ベクトル空間のフィードバック電流ｉｄ＿Ｌ，ｉｑ＿Ｌに変換する。
【００６６】
電流制御部３では、第２ベクトル空間における電圧方程式（下記に示す式(1)）に基づいて電流フィードバック制御を実施する。ここで、ｖｄＬ：ｄＬ軸電圧、ｖｑＬ：ｑＬ軸電圧、ｉｄＬ：ｄＬ軸電流、ｉｑＬ：ｑＬ軸電流、Ｒａ：ステータコイルの抵抗成分、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Ψａ：ステータコイルの鎖交磁束、ω：ロータの回転速度、ｐ：微分演算子である。
【００６７】
【数１】
【００６８】
電流制御部３による電流制御は、変化させたい電流にインダクタンスを乗じて電圧（電圧指令）を得ることによって実現される。上記式(1)から、電流変化を生じさせるための電圧指令の変化量のみを取り出して変形すると、下記式(2)となる。ここで、ＫＬ及びＫＭは、ＰＩ制御やＰＩＤ制御におけるゲイン係数である。
【００６９】
【数２】
【００７０】
詳細な説明は省略するが、第２ベクトル空間における電圧方程式を用いると、ｄ軸（ｄＬ軸）とｑ軸（ｑＬ軸）との２つの軸が独立する。つまり、ｄ軸電流はｄ軸電圧のみで変化し、ｑ軸電流はｑ軸電圧のみで変化する。これに対して、第１ベクトル空間における電圧方程式では、ｄ軸（ｄＭ軸）及びｑ軸（ｑＭ軸）が独立しておらず、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、ｄ軸電圧とｑ軸電圧との双方の影響で変化する。このため、電圧指令を決定するための演算が煩雑となり、演算負荷も増大することになる。本実施形態では、電流を変化させるために、第２ベクトル空間における電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊及びｖｑ＿Ｌ＊を演算するので、非対称突極性を有する回転電機であっても演算負荷を軽減することが可能となる。
【００７１】
電圧制御部（駆動指令演算部）５は、電圧指令ｖｄ＿Ｌ＊及びｖｑ＿Ｌ＊に基づいてインバータ６を構成するＩＧＢＴなどのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、インバータ６をスイッチング制御する。インバータ６は、よく知られているように、３相それぞれに対応する３レッグのブリッジ回路により構成される。直流電圧源８の正極Ｐと負極Ｎとの間に２つのＩＧＢＴが直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、モータのｕ相、ｖ相、ｗ相に対応するステータコイル３２のそれぞれに１組の直列回路（アーム）が対応したブリッジ回路が構成される。対となる各相のＩＧＢＴによる直列回路の中間点、つまり、ＩＧＢＴの接続点はステータコイル３２にそれぞれ接続される。尚、ＩＧＢＴには、それぞれフリーホイールダイオード（回生ダイオード）が並列に接続される。フリーホイールダイオードは、カソード端子がＩＧＢＴのコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴのエミッタ端子に接続される形で、ＩＧＢＴに対して並列に接続される。
【００７２】
駆動信号は、例えば各ＩＧＢＴのゲート駆動信号として生成される。一般的に、インバータを駆動するパワー系の電気回路と、マイクロコンピュータなどの電子回路とは、電源電圧が大きく異なる。このため、低電圧の電子回路により生成されたＩＧＢＴのゲート駆動信号は、ドライバ回路を介して高電圧のパワー系の電気回路に配置された各ＩＧＢＴに供給される。図７では、このドライバ回路もインバータ６に含むものとして図示している。尚、電圧制御部５における演算は、第１ベクトル空間及び第２ベクトル空間の何れで実施してもよい。
【００７３】
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００７４】
（１）上記実施形態においては、一定の範囲内（例えばγ＝−９０°〜１８０°）で周方向の相対位置を調整する場合を例として説明したが、３６０°を超えて相対位置を調整するようにしてもよい。つまり、第１ロータ４１と第２ロータ４２とが、周方向の両方向に際限なく相対回転可能な場合には、一定の範囲を無限域に設定してもよい。例えば、現在の相対位置がγ＝３０°であり、目標となる相対位置がγ＝１７０°の場合、この目標となる相対位置をγ＝−１０°と読み替える。３０°と１７０°とでは、調整幅（位相差）が１４０°であるが、３０°と−１０°とでは、調整幅は４０°となり、少ない調整幅による相対位置の調整が可能となる。同様に、目標となる相対位置はγ＝１７０°のままで、現在の相対位置をγ＝２１０°と読み替えてもよい。これにより、位相調整の応答性を向上させ、相対位置調整機構５０の機械損などの損失を低減することが可能となる。但し、リミッタが無いために、調整に誤差が生じた場合には、その誤差が累積されてしまう可能性がある。従って、このように一定の範囲を無限域に設定する場合には、リセット機構などが付加されると好適である。
【００７５】
（２）上記実施形態では、可変磁束型の回転機構部２０として、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられてもよい。また、第２ロータ４２のみに永久磁石２４が備えられ、第１ロータ４１に空隙が形成された構成とすることもできる。また、それぞれのロータ４１，４２が、永久磁石を備えると共に空隙を有していてもよい。当然ながら、永久磁石２４の配置方向及び形状、空隙の方向及び形状等も、本実施形態に限定されるものではない。尚、界磁磁束を変更するための機構は、上記各形態に限定されることなく、様々な形態及び方式を用いることが可能である。例えば、ロータ内の永久磁石の位置や向きを変更することによって可変磁束型の回転電機が実現されてもよい。
【００７６】
（３）上述した本発明の実施形態では、回転機構部２０として、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられており、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差は、電気角で９０°である。しかし、上述したように、回転機構部２０は、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられる構成であってもよい。例えば、特許文献１の図４には、そのような回転機構部の一例が示されている。この場合には、特許文献１の図４からも明らかなように、界磁磁束が最大の相対位置と界磁磁束が最小の相対位置との位相差が、電気角で１８０°となる。上述した本発明の実施形態の回転機構部２０のように、第１ロータ４１のみに永久磁石２４が備えられている場合には、２つのロータの相対位置は、図９に例示したように電気角３６０°で元の相対位置と等価な相対位置となる。しかし、第１ロータ４１及び第２ロータ４２の双方に永久磁石２４が備えられる構成の場合には、図１６に例示するように、２つのロータの相対位置は、電気角７２０°で元の相対位置と等価な相対位置となる。従って、第１位相範囲ＹＬ及び第２位相範囲ＹＨも、この関係に基づいて、例えばそれぞれ３６０°の範囲に設定される。中心となる相対位相γなどについては、上述した本発明の実施形態を適用可能であるから、詳細な説明は省略する。
【００７７】
（４）上記実施形態においては、ロータユニットとステータとが径方向に重複して設置される構成を例示した。しかし、この構成に限定されることなく、ロータユニットとステータとが軸方向に重複して設置されるアキシャル型の回転電機であってもよい。また、上記実施形態では、インナロータ型の回転電機を例として説明したが、当然ながらアウタロータ型の回転電機に適用することもできる。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本発明及び本発明と均等な構成を備え、発明の要旨を逸脱しなければ、上記実施形態の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、当該ロータユニットに備えられた永久磁石により生じてステータコイルに鎖交する界磁磁束を、相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
γ ：相対位相（相対位置）
７ ：相対位相制御部
７Ｈ ：高回転速度域位相マップ
７Ｌ ：低回転速度域位相マップ
２４ ：永久磁石
３０ ：ステータ
３２ ：ステータコイル
４０ ：ロータユニット
４１ ：第１ロータ
４２ ：第２ロータ
７０ ：γマップ（位相マップ）
１００ ：回転電機
Ｆ ：磁極
ＰＤ ：磁極中心位置
ＰＬ ：電機子磁束最大位置
ＰＱ ：磁極中心直交位置
ＹＨ ：第２位相範囲
ＹＬ ：第１位相範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第１ロータと前記第２ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する回転電機制御装置。
【請求項２】
前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項３】
前記第１位相範囲は、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、
前記第２位相範囲は、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されている請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。
【請求項４】
前記回転電機は、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、
前記第２位相範囲は、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されている請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項１】
一定の範囲内で周方向の相対位置を調整可能な第１ロータ及び第２ロータを有するロータユニットと、ステータコイルを有するステータとを備え、前記ロータユニットに備えられた永久磁石により生じて前記ステータコイルに鎖交する界磁磁束を、前記相対位置に応じて調整可能な可変磁束型の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記界磁磁束を調整するための前記相対位置を示す位相指令が目標トルク及び回転速度に応じて規定された位相マップに基づいて、前記位相指令を決定して、前記第１ロータと前記第２ロータとの相対位置を調整する相対位相制御部を備え、
前記位相マップは、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を含むように設定された第１位相範囲内で前記位相指令が規定された低回転速度域位相マップと、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を含むように設定された第２位相範囲内で前記位相指令が規定された高回転速度域位相マップとを有し、
前記相対位相制御部は、前記回転速度に基づいて、前記低回転速度域位相マップと前記高回転速度域位相マップとを切り換えて参照し、前記位相指令を決定する回転電機制御装置。
【請求項２】
前記相対位相制御部は、前記回転速度が低回転速度から高回転速度へ変化して所定の回転速度しきい値以上となった場合には、参照先の前記位相マップを前記低回転速度域位相マップから前記高回転速度域位相マップに切り変え、前記回転速度が高回転速度から低回転速度へ変化して前記回転速度しきい値未満となった場合には、さらに前記回転電機が力行運転状態であることを条件として、参照先の前記位相マップを前記高回転速度域位相マップから前記低回転速度域位相マップに切り変える請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項３】
前記第１位相範囲は、前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定され、
前記第２位相範囲は、前記界磁磁束が最小となる前記相対位置を中心として、前記周方向の両側における前記界磁磁束が最大となる前記相対位置を外縁とする範囲に設定されている請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。
【請求項４】
前記回転電機は、前記相対位置の調整により、前記ロータユニットの表面において前記永久磁石により構成される磁極の中心に対して電気的に直交する位置と、前記ステータコイルを流れる電流により誘起される電機子磁束の前記ロータユニットの表面における磁束密度最大位置とが異なる状態となるものであり、
前記第２位相範囲は、前記回転電機の力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置から、前記力行運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置及び回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最小となる前記相対位置を順に経由して、前記回生運転に適した位相範囲での界磁磁束が最大となる前記相対位置までの範囲に設定されている請求項１から３の何れか一項に記載の回転電機制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２３９３０２（Ｐ２０１２−２３９３０２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６５０８（Ｐ２０１１−１０６５０８）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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