特許 6227451 回転電機及びその制御装置並びに回転電機制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227451

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】回転電機及びその制御装置並びに回転電機制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20171030BHJP

   H02K 16/02 20060101ALI20171030BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/16

   H02K16/02

   H02K21/16 M

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-52410(P2014-52410)

(22)【出願日】2014年3月14日

(65)【公開番号】特開2015-177641(P2015-177641A)

(43)【公開日】2015年10月5日

【審査請求日】2016年4月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平本 健二

(72)【発明者】

【氏名】難波 雅史

(72)【発明者】

【氏名】中井 英雄

(72)【発明者】

【氏名】守屋 一成

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 嘉昭

(72)【発明者】

【氏名】三浦 徹也

(72)【発明者】

【氏名】山田 堅滋

【審査官】 田村 惠里加

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３１４０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２９１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１０９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１１７５１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１３６２９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２７１０３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ４／００，６／００−６／３４，２１／００−２５／０３，

２５／０４，２５／０８−３１／００

Ｈ０２Ｋ １６／０２，２１／００−２１／４８

Ｂ６０Ｌ １／００−３／１２；７／００−１３／００；

１５／００−１５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータと、
前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、
を備える回転電機を制御する制御装置であって、
前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサで得られた前記第２ロータ要素の角度から前記第２ロータ要素の角速度を取得し、前記角度及び前記角速度を用いて前記第１ロータ要素の角度を演算する角度演算手段
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項2】

請求項１記載の制御装置において、
前記第１ロータ要素と前記第２ロータ要素は、一体的に回転するロック状態と、相対回転可能なロック解除状態を有し、
前記角度演算手段は、前記ロック解除状態において、前記ロック解除状態直前の前記第２ロータ要素の角度θ２、前記角速度ω２、及びロック解除状態からの経過時間ｔを用いて、
前記第１ロータ要素の角度＝θ２＋ω２・ｔ
により演算することを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項3】

請求項１，２のいずれかに記載の制御装置において、さらに、
前記第１ロータ要素と前記第２ロータ要素の目標位相角度を演算する目標位相角度演算手段と、
前記角度センサからの前記第２ロータ要素の角度と、前記角度演算手段からの前記第１ロータ要素の角度と、前記目標位相角度演算手段からの目標位相角度に基づき、前記第２ロータ要素を前記第１ロータ要素に対して相対的に回転させる駆動信号を生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項4】

ステータと、
前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、
前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサと、
を備え、
前記第１ロータ要素は、前記第２ロータ要素よりも相対的に慣性モーメントが大きく、前記第１ロータ要素の角度を検出する角度センサは備えておらず、前記第１ロータ要素の角度は、前記角度センサで検出される前記第２ロータ要素の角度から演算されることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

ステータと、
前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、
前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサと、
を備える回転電機と、
前記角度センサで得られた前記第２ロータ要素の角度から前記第２ロータ要素の角速度を取得し、前記角度及び前記角速度を用いて前記第１ロータ要素の角度を演算し、前記第１ロータ要素の角度と、前記第２ロータ要素の角度に基づき前記第１ロータ要素及び前記第２ロータ要素の位相角度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする回転電機制御システム。

【請求項6】

請求項５記載の回転電機制御システムを備えた車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変界磁型の回転電機及びその制御装置並びに回転電機制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、相対回転可能な第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含む回転電機が提案されている。

【0003】

特許文献１には、モータの環状の２つのロータが内外に出力軸に対して同軸に配置された二重構造の回転電機において、２つのロータ間の位相差を検出する位相差検出器と、外側ロータの回転角度を検出するレゾルバ等の位置センサを設け、位相差検出器で検出された位相差と、位置センサで検出された回転角度と、ステータ電流に応じてインバータを制御してモータの回転駆動を制御する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１５５７４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

他方、回転軸方向に分割され、相対回転可能な第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、第１ロータ要素と第２ロータ要素の位相関係を変化させることでステータに作用するロータの界磁磁束を変化させる可変界磁型の回転電機も提案されている。

【0006】

このような可変界磁型の回転電機においても、第１ロータ要素及び第２ロータ要素の回転角度や角速度を取得してそれぞれの回転駆動を制御する必要があるが、上記従来技術のように位相差検出器とレゾルバ等の位置センサを設ける構成では、部品点数増加による回転電機の大型化やコスト増大を招く問題がある。

【0007】

本発明の目的は、位相差検出器あるいはレゾルバ等の位置センサ（角度センサ）の数を削減し、もって小型化及びコスト低減を図ることが可能な可変界磁型の回転電機及びその制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、回転電機の制御装置であって、ステータと、前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータとを備える回転電機を制御する制御装置であって、 前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサで得られた前記第２ロータ要素の角度から前記第２ロータ要素の角速度を取得し、前記角度及び前記角速度を用いて前記第１ロータ要素の角度を演算する角度演算手段を備えることを特徴とする。

【0009】

本発明の１つの実施形態では、前記第１ロータ要素と前記第２ロータ要素は、一体的に回転するロック状態と、相対回転可能なロック解除状態を有し、前記角度演算手段は、前記ロック解除状態において、前記ロック解除状態直前の前記第２ロータ要素の角度θ２、前記角速度ω２、及びロック解除状態からの経過時間ｔを用いて、
前記第１ロータ要素の角度＝θ２＋ω２・ｔ
により演算することを特徴とする。

【0010】

本発明の他の実施形態では、さらに、前記第１ロータ要素と前記第２ロータ要素の目標位相角度を演算する目標位相角度演算手段と、前記角度センサからの前記第２ロータ要素の角度と、前記角度演算手段からの前記第１ロータ要素の角度と、前記目標位相角度演算手段からの目標位相角度に基づき、前記第２ロータ要素を前記第１ロータ要素に対して相対的に回転させる駆動信号を生成する生成手段を備えることを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、回転電機であって、ステータと、前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサとを備え、前記第１ロータ要素は、前記第２ロータ要素よりも相対的に慣性モーメントが大きく、前記第１ロータ要素の角度を検出する角度センサは備えておらず、前記第１ロータ要素の角度は、前記角度センサで検出される前記第２ロータ要素の角度から演算されることを特徴とする。

【0012】

また、本発明は、回転電機制御システムであって、ステータと、前記ステータと対向配置され、かつ、回転軸方向に互いに対向配置された第１ロータ要素及び第２ロータ要素を含み、前記第２ロータ要素は前記第１ロータ要素に対して相対回転可能なロータと、前記第２ロータ要素の角度を検出する角度センサを備える回転電機と、前記角度センサで得られた前記第２ロータ要素の角度から前記第２ロータ要素の角速度を取得し、前記角度及び前記角速度を用いて前記第１ロータ要素の角度を演算し、前記第１ロータ要素の角度と、前記第２ロータ要素の角度に基づき前記第１ロータ要素及び前記第２ロータ要素の位相角度を制御する制御装置を備えることを特徴とする。

【0013】

本発明の回転電機制御システムは、エンジンと回転電機で走行するハイブリッド自動車等の車両に搭載され得る。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、位相差検出器あるいはレゾルバ等の角度センサの数を削減し、回転電機の小型化及びコスト低減を図ることができる。本発明によれば、第１ロータ要素に角度センサを設ける必要はなく、第２ロータ要素に設けられた角度センサで得られた第２ロータ要素の角度から第１ロータ要素の角度を高精度に取得でき、取得した角度を用いて第１ロータ要素及び第２ロータ要素を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】回転電機の基本構成図である。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図3】角度センサの配置説明図である。

【図4】実施形態の回転電機の構成図である。

【図5】ハイブリッド自動車のシステム構成図である。

【図6】実施形態の機能ブロック図である。

【図7】主ロータ及び副ロータの角速度説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

【0017】

＜回転電機の基本構成＞
図１及び図２に、本実施形態における回転電機の基本構成を示す。図１は、回転電機の回転軸方向と直交する方向から見た断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面に相当する図を示す。

【0018】

回転電機は、ケーシングに固定されたステータ２４と、径方向においてステータ２４と所定のギャップを空けて対向し、ステータ２４に対して相対回転可能なロータ２８を備える。図１の例では、ロータ２８がステータ２４の内周側の位置でステータ２４と対向配置される。

【0019】

ステータ２４は、ステータコア３６と、ステータコア３６にその周方向に沿って配設された複数相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル３８ｕ，３８ｖ，３８ｗを含む。３相のステータコイル３８ｕ，３８ｖ，３８ｗに３相の交流電流が流れることで、ステータ周方向に回転する回転磁界が生じる。

【0020】

ロータ２８は、回転軸方向に隣接した状態でステータ２４と径方向に対向配置された主ロータ（第１ロータ要素）４０と副ロータ（第２ロータ要素）４２を含む。主ロータ４０と副ロータ４２は、回転軸方向にギャップを空けて対向配置される。図１では、主ロータ４０が副ロータ４２よりも回転軸方向一方側（図の左側）に配置され、主ロータ４０がステータコア３６の回転軸方向一方側と径方向に対向し、副ロータ４２がステータコア３６の回転軸方向他方側（図の右側）と径方向に対向する。

【0021】

主ロータ４０は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された主ロータコア４６と、主ロータコア４６にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の主永久磁石４８ｎ，４８ｓを含む。図２では、主ロータ４０の主永久磁石４８ｎ，４８ｓを透視して示している。図２では、主永久磁石４８ｎ，４８ｓは、主ロータコア４６の周方向の複数位置に２つを１組としてＶ字型に埋設されるが、これに限定されない。主永久磁石４８ｎは外周側がＮ極であり、主永久磁石４８ｓは外周側がＳ極である。主永久磁石４８ｎ，４８ｓが周方向に交互に配置されることで、主永久磁石４８ｎ，４８ｓの極性が周方向に交互に異なる。

【0022】

副ロータ４２は、複数の電磁鋼板が回転軸方向に積層された副ロータコア５４と、副ロータコア５４にその周方向に沿って互いに等間隔で配設された複数の副永久磁石５６ｎ，５６ｓを含む。副永久磁石５６ｎ，５６ｓは、副ロータコア５４の周方向の複数位置に２つを１組としてＶ字型に埋設されるが、これに限定されない。副永久磁石５６ｎは外周側がＮ極であり、副永久磁石５６ｓは外周側がＳ極である。副永久磁石５６ｎ，５６ｓが周方向に交互に配置されることで、副永久磁石５６ｎ，５６ｓの極性が周方向に交互に異なる。副永久磁石５６ｎ，５６ｓの周方向間隔は、主永久磁石４８ｎ，４８ｓの周方向間隔に等しい。

【0023】

主ロータシャフト２６には、拘束板６１，６２が溶接等により固定される。拘束板６１，６２は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板６２が拘束板６１より回転軸方向一方側に配置され、主ロータ４０が回転軸方向に拘束板６１，６２の間に挟持される。主ロータ４０は、主ロータシャフト２６とキー溝やスプライン等により係合し、主ロータシャフト２６及び拘束板６１，６２と一体回転する。

【0024】

副ロータシャフト５２には、拘束板６３，６４が溶接等により固定される。拘束板６３，６４は、回転軸方向に互いに間隔をおいて配置され、拘束板６３が拘束板６４より回転軸方向一方側に配置され、副ロータ４２が回転軸方向において拘束板６３，６４の間に挟持される。副ロータ４２は、副ロータシャフト５２とキー溝やスプライン等により係合し、副ロータシャフト５２及び拘束板６３，６４と一体回転する。副ロータシャフト５２は、ベアリング５０により主ロータシャフト２６に対して相対回転可能に支持され、副ロータ４２が主ロータ４０に対して相対回転可能である。

【0025】

本実施形態の回転電機では、主ロータ４０と副ロータ４２の位相関係が変化することで、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束が変化する。主ロータ４０と副ロータ４２で同一極性の主永久磁石４８ｎと副永久磁石５６ｎ（あるいは主永久磁石４８ｓと副永久磁石５６ｓ）が周方向の同位相に配置される同極対向状態の場合、界磁磁束は最大となる。他方、副ロータ４２が主ロータ４０に対して相対回転し、主永久磁石４８ｎと副永久磁石５６ｎ（あるいは主永久磁石４８ｓと副永久磁石５６ｓ）が１８０度ずれる逆極対向状態の場合、界磁磁束は最小あるいはゼロとなる。

【0026】

図３に、主ロータ４０及び副ロータ４２のみを取り出した斜視図を示す。図３（ａ）は、主ロータ４０と副ロータ４２が同極対向状態であり、位相角をγとすると、γ＝０度（ｄｅｇ）の状態である。このとき、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束は最大となる。図３（ｂ）は、主ロータ４０と副ロータ４２が逆極対向状態であり、γ＝１８０度（ｄｅｇ）の状態である。このとき、ステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束は最小となる。このように、本実施形態の回転電機は、主ロータ４０と副ロータ４２の位相関係を変化させる、つまり主ロータ４０と副ロータ４２を相対回転させて位相角γを変化させることでステータ２４に作用するロータ２８の界磁磁束を変化させる可変界磁型の回転電機として機能する。

【0027】

なお、図３ではγ＝０度とγ＝１８０度の場合を示しているが、副ロータ４２は主ロータ４０に対して０度と１８０度の間の任意の位相角をとり得る。

【0028】

主ロータ４０及び副ロータ４２を含む回転電機を回転駆動するためには、主ロータ４０及び副ロータ４２の角度を取得する必要がある。例えば、エンジン及び回転電機を備えるハイブリッド自動車では、主ロータ４０及び副ロータ４２の角度と、要求トルクと、出力軸の回転数に基づいて主ロータ４０及び副ロータ４２の位相角γを算出して主ロータ４０及び副ロータ４２を制御するので、その前提として主ロータ４０及び副ロータ４２の角度を取得する必要がある。

【0029】

主ロータ４０及び副ロータ４２の角度は、それぞれに設けられたレゾルバ等の位置センサ（角度センサ）で検出することができるが、２つの角度センサを設けたのではその分だけ回転電機が大型化するだけでなく、コストも増大する。角度センサと主ロータ４０及び副ロータ４２の位相差を検出する位相差検出器を設ける構成でも同様である。

【0030】

そこで、本実施形態では、副ロータ４２のみに角度センサを設け、主ロータ４０には角度センサあるいは位相差検出器を設けることなく、副ロータ４２に設けられた角度センサで取得した副ロータ４２の角度から主ロータ４０の角度も取得する。

【0031】

以下、本実施形態における可変界磁型の回転電機について説明する。

【0032】

＜第１実施形態＞
図４に、本実施形態の回転電機の構成を示す。図１のＡ−Ａ断面に相当する図である。

【0033】

回転電機は、ケーシング５０に固定されたステータ２４と、径方向においてステータ２４と所定のギャップを空けて対向し、ステータ２４に対して相対回転可能なロータ２８を備える。

【0034】

ロータ２８は、回転軸方向に隣接した状態でステータ２４と径方向に対向配置された主ロータ４０と副ロータ４２を含む。主ロータ４０と副ロータ４２は、回転軸方向にギャップを空けて対向配置される。主ロータ４０は、主ロータシャフト２６とキー溝等により係合し、副ロータ４２は副ロータシャフト５２とキー溝等により係合する。副ロータシャフト５２は、ベアリング５０により主ロータシャフト２６に対して相対回転可能に支持されることで、副ロータ４２は主ロータ４０に対して相対回転可能である。

【0035】

また、副ロータ４２近傍には、副ロータ４２に対向するようにレゾルバ等の角度センサ７２がケーシングに固定される。図４において、角度センサ７２は、副ロータ４２についてのみ設けられ、主ロータ４０については設けられていない点に留意されたい。また、主ロータ４０と副ロータ４２の位相差を検出する位相差検出器も設けられていない点に留意されたい。

【0036】

主ロータ４０の角度は、副ロータ４２に設けられた角度センサ７２により検出された副ロータ４２の回転角度から、以下のようにして算出する。

【0037】

すなわち、主ロータ４０と副ロータ４２が何らかのロック機構でロックされ、相対回転せずに一体回転している場合、主ロータ４０と副ロータ４２は回転角度が同一であるため、主ロータ４０の角度＝副ロータ４２の角度として算出できる。

【0038】

また、主ロータ４０と副ロータ４２のロック状態が解除され、主ロータ４０と副ロータ４２が相対回転可能な状態では、主ロータ４０の慣性モーメントが副ロータ４２に比べて十分大きいとすると、主ロータ４０に外部からトルクが印加されない限り、主ロータ４０はほぼ一定の角速度で回転するものと推定できるから、ロック状態が解除される直前の主ロータ４０の角度及び角速度（これは、それぞれ副ロータ４２の角度及び角速度に等しい）を初期値として、ロック解除からの経過時間における積算値で算出することができる。すなわち、ロック状態が解除される直前の副ロータ４２の角度及び角速度をθ２及びω２とし、経過時間をｔとすると、主ロータ４０の角度θ１は、
θ１＝θ２＋∫ω２ｄｔ ・・・（１）
により算出される。なお、ω２は、θ２を時間微分して得られる。積分区間は０〜ｔである。勿論、ω２が一定であれば、
θ１＝θ２＋ω２ｔ ・・・（２）
である。経過時間ｔが短いほど、主ロータ４０の角度θ１の算出精度は向上する。

【0039】

このように、主ロータ４０に角度センサを設けることなく、副ロータ４２に設けた角度センサ７２で検出された副ロータ４０の角度に基づいて主ロータ４０の角度を算出することができるので、その分だけ回転電機を小型化でき、コストを低減することができる。

【0040】

なお、本実施形態では、主ロータ４０の慣性モーメントが副ロータ４２に比べて十分大きいものと仮定したが、このような条件は、主ロータ４０の主ロータシャフト２６が慣性質量の大きい負荷、例えばエンジン出力軸に直結している場合等において成立し得る。

【0041】

次に、このような場合について説明する。

【0042】

＜第２実施形態＞
図５に、本実施形態の可変界磁型の回転電機を搭載したハイブリッド自動車の構成を示す。回転電機（図ではモータジェネレータＭＧと記す）２００及び回転電機３００が搭載される。回転電機２００は、エンジン１００のクランク軸に連結され、回転電機３００はタイヤ（駆動輪）４００に連結される。回転電機２００及び回転電機３００は、それぞれ図示しないバッテリに電気的に接続され、電力送受が行われる。回転電機２００は、エンジン１００の動力により発電するとともに、発電された電力の一部を回転電機３００に供給する。回転電機３００は、バッテリからの電力を用いて走行用駆動力を発生してタイヤ４００を駆動する。エンジン１００、回転電機２００、回転電機３００及びタイヤ４００は、動力分配機構により接続され、車両の走行状態に応じてアクセル操作量に対する走行用駆動力の出力特性を変更して、回転電機３００のみで駆動力を発生するモードと、回転電機３００とエンジン１００の両方で駆動力を発生するモードを選択的に切り替える。

【0043】

回転電機２００及び回転電機３００のうち、少なくとも回転電機２００は図４に示す構成であり、ケーシングに固定されたステータ２４と、径方向においてステータ２４と所定のギャップを空けて対向し、ステータ２４に対して相対回転可能なロータを備える。ロータは、回転軸方向に隣接した状態でステータ２４と径方向に対向配置された主ロータ４０と副ロータ４２を含む。主ロータ４０と副ロータ４２は、回転軸方向にギャップを空けて対向配置される。主ロータ４０は、主ロータシャフトとキー溝等により係合し、副ロータ４２は副ロータシャフトとキー溝等により係合する。副ロータシャフトは、ベアリング５０により主ロータシャフトに対して相対回転可能に支持されることで、副ロータ４２は主ロータ４０に対して相対回転可能である。主ロータシャフトは、エンジン１００に連結され、エンジン１００からの動力が伝達される。

【0044】

また、副ロータ４２近傍には、副ロータ４２に対向するようにレゾルバ等の角度センサ７２がケーシングに固定される。

【0045】

さらに、主ロータ４０と副ロータ４２の間に、ロック機構７４がケーシングに固定される。ロック機構７４は、主ロータ４０と副ロータ４２を係合し、主ロータ４０と副ロータ４２を一体回転させる。ロック機構７４は、ロック状態とロック解除状態のいずれかの状態をとり得、ロック状態では主ロータ４０と副ロータ４２がロック時の位相角γを維持したまま一体回転し、ロック解除状態では副ロータ４２は主ロータ４０に対して相対回転可能となる。ロック機構７４は、例えばディテント機構とし、主ロータシャフト２６の軸方向側面に設けられた凹部と副ロータシャフト５２の軸方向側面の凹部とにボールを係合させるように、このボールにバネで弾性力を付与して、主ロータ４０と副ロータ４２をロックしその位相角を維持する。ディテント機構は、ロータ間の磁石トルクではロックが解除されず、ステータ磁界によるロータ位相角を変更するための駆動力でロックが解除されるように所定の固定力を発生させる。

【0046】

電子制御装置（ＥＣＵ）５００は、マイクロコンピュータで構成され、各種検出信号を入力して、回転電機２００及び回転電機３００を制御する。

【0047】

図６に、ＥＣＵ５００の機能ブロック図を示す。回転電機２００を制御する機能ブロック図である。

【0048】

ＥＣＵ５００は、機能ブロックとして、目標ロータ位相角度演算部５０２と、ロータ位相角度制御部５０４と、ロータ間位相角ロック解除判断部５０６と、角度積算部５０８と、モータトルク制御部５１０と、加算部５１２を備える。

【0049】

目標ロータ位相角度演算部５０２は、エンジン１００の始動あるいは停止を指令するエンジン始動／停止指令装置５６からの指令信号が供給され、回転電機２００の目標ロータ位相角度を演算する。すなわち、目標ロータ位相角度演算部５０２は、回転電機２００の主ロータ４０と副ロータ４２の間の目標位相角γを演算する。例えば、目標ロータ位相角度演算部５０２は、エンジン始動時に主ロータ４０と副ロータ４２を同極対向状態として磁束を最大にすべく、目標位相角γ＝０度に設定する。また、エンジン停止時に主ロータ４０と副ロータ４２を逆極対向状態として磁束を最小にすべく、目標位相角γ＝１８０度に設定する（図３を参照）。なお、エンジン始動／停止指令装置５６は、アクセル開度や車速、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）等に基づいてエンジン１００を始動させるか停止させるかを決定し、指令信号を出力する。目標ロータ位相角度演算部５０２は、演算して得られた目標ロータ位相角度をロータ位相角度制御部５０４に出力する。

【0050】

ロータ位相角度制御部５０４は、目標ロータ位相角度、主ロータ４０の角度、及び副ロータ４２の角度に基づき、現在の主ロータ４０及び副ロータ４２の位相角度から目標ロータ位相角度に移行するために必要な電流値を演算し、ロータ位相角度構成用電流指令として加算部５１２に出力する。すなわち、ロータ位相角度制御部５０４は、主ロータ４０及び副ロータ４２に対し、互いに逆方向に回転させる方向にトルクを発生させ、ロータ２８全体に対しては回転に寄与しないトルクを発生させるようにステータ電流値を演算する。例えば、このようなトルクを発生させる位置に磁束を発生させるようにステータ磁界を生成すべく、ステータ電流をベクトル制御により演算する。このとき、副ロータ４２の角度は、副ロータ４２に設けられた角度センサ７２から供給されるが、主ロータ４０の角度は、後述する方法で角度積算部５０８から供給される。

【0051】

ロータ間位相角ロック解除判断部５０６は、エンジン始動／停止指令装置５６からの指令信号と、ロータ位相角度制御部５０４からの信号に基づき、ロータ間位相角をロック状態とするか、あるいはロック解除状態とするかを判断してロックオンオフ指令をロック機構７４及び角度積算部５０８に出力する。例えば、エンジンが停止状態から始動状態に移行する場合、位相角γ＝０度に設定するためにロック解除状態とし、位相角γ＝０度に達した場合にその位相角を維持すべくロック状態とする。また、エンジンが始動状態から停止状態に移行する場合、位相角γ＝１８０に設定するためにロック解除状態とし、位相角γ＝１８０度に達した場合にその位相角を維持すべくロック状態とする。

【0052】

角度積算部５０８は、ロックオンオフ指令に基づいて、角度センサ７２から供給された副ロータ４２の角度を積算し、あるいは副ロータ４２の角度をそのまま主ロータ４０の角度としてロータ位相角度制御部５０４に出力する。具体的には、角度積算部５０８は、ロックオン指令が供給され、ロック機構７４が主ロータ４０と副ロータ４２をロック状態としている場合には、角度センサ７２から供給された副ロータ４２の角度をそのまま主ロータ４０の角度として出力する。他方、角度積算部５０８は、ロックオフ指令が供給され、ロック機構７４が主ロータ４０と副ロータ４２をロック解除状態としている場合には、角度センサ７２から供給された副ロータ４２の角度を、上記の（１）式あるいは（２）式を用いて経過時間ｔで積算して主ロータ４０の角度を算出して出力する。

【0053】

モータトルク制御部５１０は、モータ指令トルクと、角度積算部５０８で算出された主ロータ４０の角度に基づいて、モータトルク用電流指令値を演算し、加算部５１２に出力する。

【0054】

加算部５１２は、モータトルク制御部５１０からのモータトルク用電流指令値に、ロータ位相角度制御部５０４からのロータ位相角度構成用電流指令値を重畳し、最終的なモータ電流指令値としてステータ２４の３相のステータコイル３８ｕ，３８ｖ，３８ｗに供給する。上記のように、ロータ位相角度構成用電流指令値は、主ロータ４０及び副ロータ４２に対して互いに逆方向に回転させる方向にトルクを発生させ、ロータ２８全体に対しては回転に寄与しないトルクを発生させる電流指令であるから、モータトルク用電流指令値にロータ位相角度構成用電流指令値を重畳しても、モータトルクに影響しない場合が多い。

【0055】

図７に、主ロータ４０と副ロータ４２の角速度の時間変化、及び主ロータ４０と副ロータ４２のトルク差の時間変化を示す。

【0056】

ロック状態では主ロータ４０と副ロータ４２は一体回転するので、主ロータ４０と副ロータ４２の角速度は同一であり、トルク差もゼロである。

【0057】

主ロータ４０と副ロータ４２の位相角γを所望の角度に設定するために目標ロータ位相角度が演算されると（例えば、現在の位相角γがγ＝０度で同極対向状態であり、これをγ＝１８０度の逆極対向状態に変更する場合）、ロック解除状態に移行し、副ロータ４２の角速度が増大し、やがて減少する。副ロータ４２の位相角γが所望の位相角度に達すると、再びロック状態となる。この間（ロック解除状態から再ロック状態まで）、主ロータ４０はエンジン１００に直結されておりその慣性モーメントは十分大きいためほぼ一定の角速度で回転し続ける。また、副ロータ４２の角速度が増大している間は主ロータ４０と副ロータ４２のトルク差は正となり、逆に副ロータ４２の角速度が減少している間は主ロータ４０と副ロータ４２のトルク差は負となる。再ロック状態以後は、再び主ロータ４０と副ロータ４２は一体回転するので、主ロータ４０と副ロータ４２の角速度は同一であり、トルク差もゼロとなる。

【0058】

時刻ｔ１でロック解除、時刻ｔ２で再ロック状態とすると、時間Δｔ＝ｔ２−ｔ１が短ければ、この間の主ロータ４０の角速度はほぼ一定とみなすことができる。角度積算部５０８は、時刻ｔ１までは副ロータ４２の角度をそのまま主ロータ４０の角度として出力し、時間ｔ１〜ｔ２では時刻ｔ１における副ロータ４２の角度と角速度から（１）式あるいは（２）式を用いて主ロータ４０の角度を算出し、時刻ｔ２以後は再び副ロータ４２の角度をそのまま主ロータ４０の角度として出力する。

【0059】

このように、本実施形態では、エンジン１００の出力軸と直結する主ロータ４０は、直結していない副ロータ４２よりも慣性モーメントが十分大きいことを利用して、ロック解除状態において主ロータ４０がほぼ一定の角速度で回転するものとみなし、ロック解除直前の副ロータ４２の角度及び角速度から積算演算により主ロータ４０の角度を算出することができるので、主ロータ４０にレゾルバ等の角度センサあるいは位相差検出器を設ける必要がなく、回転電機（ＭＧ）２００を小型化できるとともに、コストを低減できる。回転電機（ＭＧ）３００についても同様の構成により、小型化及びコスト低減が可能である。

【0060】

なお、本実施形態において、ロック解除状態において積算演算により得られた主ロータ４０の角度に誤差が生じていても、その誤差が小さければロック機構７４により主ロータ４０と副ロータ４２を再ロックする際にロック機構７４で当該角度誤差を吸収し得るため問題とならない。例えば、ロック機構７４をドグクラッチで構成し、テーパ面で主ロータ４０と副ロータ４２の結合時の角度誤差を吸収すればよい。

【0061】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

【0062】

例えば、第２実施形態では、ＥＣＵ５００がロータ位相角度構成用電流指令値を生成し、これをモータトルク用電流指令値に重畳してモータ電流指令値を生成してステータ電流としているが、モータトルク用電流指令値とは別個に、アクチュエータ等で副ロータ４２を主ロータ４０に対して相対回転させて位相角γを所望の角度に設定してもよい。この場合、ロータ位相角度制御部５０４は、目標ロータ位相角度と、角度センサ７２からの副ロータ４２の角度、角度積算部５０８からの主ロータ４０の角度に基づき、アクチュエータを駆動して副ロータ４２を相対回転するための駆動信号を生成して（加算部５１２に出力することなく）アクチュエータに出力すればよい。本発明は、いずれの方式にも適用可能である。

【0063】

また、ロック機構７４でロックできない位置（例えば、位相角γ＝０度及びγ＝１８０度でロックできるが、それ以外の角度でロックできない場合等）で、主ロータ４０と副ロータ４２の位相角γを固定的に利用する場合は、主ロータ４０と副ロータ４２の合成磁束を、逆起電力を利用した角度推定で推定した主ロータ４０と副ロータ４２の平均角度を算出し、角度センサ７２で検出された副ロータ４２の角度と、算出した平均角度から、主ロータ４０の角度を推定することができる。

【0064】

さらに、本実施形態では、図５における回転電機２００を可変界磁型の回転電機としたが、回転電機３００も同様に可変界磁型の回転電機とし、副ロータのみに角度センサを設ける構成としてもよい。

【符号の説明】

【0065】

２４ ステータ、２８ ロータ、３６ ステータコア、３８ｕ，３８ｖ，３８ｗ ステータコイル、４０ 主ロータ(第１ロータ要素)、４２ 副ロータ(第２ロータ要素)、４６ 主ロータコア、４８ｎ，４８ｓ 主永久磁石、５４ 副ロータコア、５６ｎ，５６ｓ 副永久磁石、７２ 角度センサ、７４ ロック機構、１００ エンジン、２００，３００ 回転電機（ＭＧ）、４００ タイヤ（駆動輪）、５００ 電子制御装置（ＥＣＵ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】