CN102959855A - 马达驱动装置和搭载该马达驱动装置的车辆 - Google Patents

Abstract

马达驱动装置利用来自直流电源（20）的电力驱动电动发电机（MG1、MG2）。电动发电机（MG1、MG2）利用通过使驱动电流在定子的线圈中流动而产生的电流磁场，使设置有永磁体的转子旋转。并且，马达驱动装置的ECU（300）控制变换器（130），以在定子的线圈的至少1相上叠加偏移电流使设置于转子的永磁体升温，所述变换器（130）构成为将来自直流电源（20）的直流电力变换为用于驱动电动发电机（MG1、MG2）的交流电力。

Description

马达驱动装置和搭载该马达驱动装置的车辆

技术领域

本发明涉及马达驱动装置和搭载该马达驱动装置的车辆，更具体地说，涉及在对转子中具有永磁体的交流马达进行驱动的情况下的磁体的升温控制。

背景技术

近年来，作为有益于环境的车辆，搭载蓄电装置（例如二次电池或电容器等），并利用根据蓄积于蓄电装置的电力而产生的驱动力行驶的车辆受到注目。该车辆包括例如电动汽车、混合动力汽车、燃料电池车等。

在这些车辆中，一般使用变换器将来自蓄电装置的直流电力变换为用于驱动电动发电机等旋转电机的交流电力。并且，利用由旋转电机产生的驱动力使车辆行驶，并在再生制动时等，将来自驱动轮和发动机等的旋转力变换为电能对蓄电装置充电。

作为搭载于这样的车辆的旋转电机，考虑磁场磁通的高密度化和/或电力再生的容易性等，有时采用在转子中埋入永磁体的永磁体型同步机。一般来说，已知永磁体根据环境温度其特性发生变化。例如，在低温的环境温度下永磁体的磁通密度增加。由此，低温时，因旋转电机旋转产生的反电动势（counter-electromotive）电压增加。

日本特开2008-043094号公报（专利文献1）公开了如下技术：在具有转子中设置有永磁体的电动发电机的车辆中，在运转开始时，在永磁体的温度低于预定的温度的情况下，确定直轴（d轴）电流目标值以使其随时间变化，并将横轴（q轴）电流目标值设定为零，将车辆维持在停止状态使永磁体升温。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-043094号公报

专利文献2：日本特开平9-275696号公报

专利文献3：日本特开2009-189181号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在转子设置有永磁体的马达中，通过在低温时使永磁体磁通密度增加，使旋转时产生的反电动势电压增加。因此，需要考虑该低温时的反电动势电压来设计驱动马达的变换器等。

另一方面，变换器等所包含的开关元件和电容器等元件需要被设计为能够承受马达的反电动势电压。因此，若考虑低温时进行设计，为了保护这些元件，作为通常的使用温度范围进行过剩的耐电压设计，这导致成本上升。

对于这个问题，在上述的日本特开2008-043094号公报（专利文献1）中，在低温环境下的车辆开始运转时，通过仅使马达的d轴电流流动来使永磁体升温，从而使马达的反电动势电压降低。

然而，在使用日本特开2008-043094号公报（专利文献1）中所公开的技术的情况下，在永磁体升温到预定温度之前，有可能限制了车辆的行驶。另外，在马达转速低的情况下，即使在低温环境下反电动势电压也低，因此不必进行永磁体的升温，但是在日本特开2008-043094号公报（专利文献1）中对这一点并没有考虑，因不必要的电流的施加而有可能白白消耗电力。

本发明是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于，在转子中具有永磁体的交流马达的驱动装置中，通过在低温环境下行驶时有效地使马达内的永磁体升温来降低马达的反电动势电压的增加，能够抑制成本并且保护结构部件。

用于解决问题的手段

本发明的马达驱动装置利用来自直流电源的电力驱动交流马达。交流马达构成为，利用通过在定子的线圈中流动驱动电流而产生的电流磁场，使设置有永磁体的转子旋转。马达驱动装置具有：电力变换装置，构成为将来自直流电源的直流电力变换为用于驱动交流马达的交流电力；和控制装置，用于控制电力变换装置，以使偏移电流叠加于线圈的至少1相并使永磁体升温。

优选，控制装置根据交流马达的转速使偏移电流的大小变化。

优选，控制装置控制电力变换装置，以使转速越大则偏移电流就越大。

优选，控制装置设定偏移电流的大小以使其与转速成比例。

优选，控制装置使偏移电流随着转速增加而呈台阶状增加。

优选，控制装置利用基于转速预先规定的映射来设定偏移电流的大小。

优选，控制装置在转速低于基准转速的情况下，停止偏移电流的叠加。

优选，控制装置在交流马达的驱动开始时，在与永磁体相关联的温度低于基准值的情况下执行偏移电流的叠加，在与永磁体相关联的温度高于基准值的情况下不执行偏移电流的叠加。

优选，控制装置具有基于交流马达的驱动状态规定了永磁体的温度上升在时间上的变化的映射，通过基于交流马达的转矩指令值和转速利用映射计算永磁体的温度上升值，并将所计算出的温度上升值从交流马达的驱动开始起在时间轴方向上进行累计，从而推定永磁体的温度，在所推定出的永磁体的温度达到阈值的情况下，停止偏移电流的叠加。

优选，电力变换装置包括变换器，该变换器构成为包括开关元件，并通过根据脉冲宽度调制控制来控制开关元件从而进行电力变换。控制装置在永磁体的温度低于基准温度的情况下，与永磁体的温度高于基准温度的情况相比，将在脉冲宽度调制控制中所使用的载波的频率设定得相对较低。

本发明的车辆具有直流电源、交流马达、电力变换装置和控制装置。交流马达利用通过在定子的线圈中流动驱动电流而产生的电流磁场，使设置有永磁体的转子旋转，生成用于使车辆行驶的驱动力。电力变换装置将来自直流电源的电力变换为用于驱动交流马达的交流电力。控制装置控制电力变换装置，以使偏移电流叠加于线圈的至少1相并使永磁体升温。

发明的效果

根据本发明，在转子中具有永磁体的交流马达的驱动装置中，通过在低温环境行驶时有效地使马达内的永磁体升温来减少马达的反电动势电压的增加，能够抑制成本并保护结构部件。

附图说明

图1是搭载了本实施方式的马达驱动控制***的车辆的整体结构图。

图2是用于说明图1中示出的车辆的ECU的马达控制结构的控制框图。

图3是表示转子中具有永磁体的电动发电机的转速和反电动势电压的关系的一例的图。

图4是垂直于电动发电机的旋转轴的截面的示意图。

图5是以俯视方式示出图4的转子和定子的关系的图。

图6是用于说明本实施方式的电动发电机的各相的电流波形的例子的图。

图7是以俯视方式示出在适用了本实施方式的电流修正控制的情况下的转子和定子的关系的图。

图8是表示与电动发电机的转速对应的偏移电流的设定方法的第1例的图。

图9是表示与电动发电机的转速对应的偏移电流的设定方法的第2例的图。

图10是表示与电动发电机的转速对应的偏移电流的设定方法的第3例的图。

图11是用于说明本实施方式中的由ECU执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。

图12是用于说明在变形例的情况下的ECU中的马达控制结构的控制框图。

图13是用于说明在变形例的情况下的由ECU执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。

图14是表示电动发电机的转速的变化例的图。

图15是表示实施方式2中的根据转矩指令值和转速确定的各动作点的温度上升量的映射的一例的图。

图16是用于说明实施方式2中的由ECU执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。

图17是表示说明PWM信号生成部的脉冲宽度调制（PWM）控制的波形图的一例的图。

图18是表示PWM控制中的载波频率和变换器输出电流（马达电流）的关系的图。

图19是用于说明实施方式3中的车辆的ECU的马达控制结构的控制框图。

图20是用于说明实施方式3中的由ECU执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对同一部件标注同一附图标记。它们的名称和功能也相同。因此不反复对其进行详细说明。

［实施例1］

［车辆的基本结构］

图1是搭载有本实施方式的马达驱动控制***的车辆100的整体结构图。在本实施方式中，作为车辆100以搭载有发动机和电动发电机的混合动力车辆为例进行说明，但是车辆100的结构并不限定于此，只要是能够利用来自蓄电装置的电力行驶的车辆就能够适用本发明。作为车辆100，除了混合动力车辆以外还包括例如电动汽车、燃料电池汽车等。

参照图1，车辆100具有直流电源部20、负载装置30、电容器C2和控制装置（以下，也称为ECU“Electronic Control Unit：电子控制单元”。）300。

直流电源部20包括蓄电装置110、***继电器SR1、SR2、电容器C1和转换器120。

蓄电装置110代表性地构成为包括镍氢电池或锂离子电池等二次电池或电双层电容器等的蓄电装置。另外，蓄电装置110的电压VB、电流IB和温度TB分别通过电压传感器10、电流传感器12和温度传感器11检测。并且，所检测出的电压VB、电流IB和温度TB被输出至ECU300。

***继电器SR1的一端与蓄电装置110的正极端子连接，***继电器SR1的另一端与电力线PL1连接。***继电器SR2的一端与蓄电装置110的负极端子连接，***继电器SR2的另一端与接地线NL连接。***继电器SR1、SR2受来自ECU300的信号SE控制，并切换在蓄电装置110和转换器120之间的电力的供给和切断。

转换器120包括电抗器L1、开关元件Q1、Q2和二极管D1、D2。开关元件Q1、Q2在连结转换器120与变换器130的电力线PL2和接地线NL之间串联连接。开关元件Q1、Q2受来自ECU300的控制信号PWC控制。

在本实施方式中，作为开关元件，能够使用IGBT（Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管）、电力用MOS（Metal OxideSemiconductor：金属氧化物半导体）晶体管或电力用双极晶体管等。开关元件Q1、Q2分别与二极管D1、D2反并联连接。电抗器L1连接在开关元件Q1和Q2的连接节点与电力线PL1之间。

转换器120基本上被控制为在各开关周期内使开关元件Q1和Q2互补且交替交替接通/断开。转换器120在升压动作时，将从蓄电装置110供给的电压VB升压至电压VH（以下也将与向变换器131的输入电压相当的该直流电压称为“***电压”。）。该升压动作通过将在开关元件Q2的接通期间积蓄于电抗器L1的电磁能经由开关元件Q1和反并联二极管D1向电力线PL2供给来进行。

另外，转换器120在降压动作时将电压VH降压至电压VB。该降压动作通过将在开关元件Q1的接通期间积蓄于电抗器L1的电磁能经由开关元件Q2和反并联二极管D2向接地线NL供给来进行。

这些升压动作和降压动作的电压变换比（VH与VB之比）受上述开关周期的开关元件Q1、Q2的接通期间比（占空比）控制。此外，如果将开关元件Q1和Q2分别固定为接通和断开，则也能够使VH=VB（电压变换比=1.0）。

电容器C2连接在电力线PL2和接地线NL之间。电容器C2使来自转换器120的直流电压平滑化，并将该平滑化后的直流电压向变换器130供给。电压传感器13检测电容器C2两端的电压、即***电压VH，并将该检测值向ECU300输出。

负载装置30包括变换器130、动力分配机构140、发动机150、驱动轮160和电动发电机MG1、MG2。另外，变换器130包括用于驱动电动发电机MG1的变换器131和用于驱动电动发电机MG2的变换器135。此外，在图1中，虽然示出了车辆100具备2组变换器和电动发电机的例子，但是也可以仅具备例如变换器131和电动发电机MG1、或者变换器135和电动发电机MG2中的任意1组。

电动发电机MG1、MG2接受从变换器130供给的交流电力来产生用于使车辆100行驶的旋转驱动力。另外，电动发电机MG1、MG2从外部接受旋转力，并通过来自ECU300的再生转矩指令发电产生交流电力并产生再生制动力。

另外，电动发电机MG1、MG2也经由动力分配机构140与发动机150连接。并且，发动机150产生的驱动力与电动发电机MG1、MG2产生的驱动力被控制成最佳的比率。另外，也可以使电动发电机MG1、MG2中任一方专门作为电动机发挥功能，使另一方的电动发电机专门作为发电机发挥功能。此外，在本实施方式中，使电动发电机MG1作为通过发动机150驱动的发电机发挥功能，使电动发电机MG2作为用于对驱动轮160进行驱动的电动机发挥功能。

动力分配机构140构成为包括例如行星齿轮机构（planetary gear），以将发动机150的动力分配到驱动轮160和电动发电机MG1这两方。

变换器131接收从转换器120升压后的电压，为使例如发动机150启动而驱动电动发电机MG1。另外，变换器131对通过从发动机150传递的机械的动力而由电动发电机MG1发电产生的再生电力进行变换，并输出到转换器120。此时转换器120受ECU300控制，以作为降压电路进行动作。

变换器131构成为包括在电力线PL2和接地线NL之间并联设置的U相上下臂132、V相上下臂133和W相上下臂134。各相上下臂由在电力线PL2和接地线NL之间串联连接的开关元件构成。例如，U相上下臂132构成为包括开关元件Q3、Q4。V相上下臂133构成为包括开关元件Q5、Q6。W相上下臂134构成为包括开关元件Q7、Q8。另外，相对于开关元件Q3～Q8分别反并联连接有二极管D3～D8。开关元件Q3～Q8受来自ECU300的控制信号PWI1控制。

代表性地，电动发电机MG1为在转子（未图示）中设置有永磁体的3相永磁体型同步电动机，设置于定子（未图示）的U、V、W相的3个线圈的一端共同连接于中性点。进而，各相线圈的另一端与各相上下臂132～134的开关元件的连接节点连接。

电动发电机MG1利用从变换器131供给到各相线圈的交流的驱动电流来产生旋转磁场，通过该产生的旋转磁场使转子旋转。

变换器135相对于转换器120与变换器131并联连接。变换器135将转换器120输出的直流电压变换为三相交流输出至对驱动轮160进行驱动的电动发电机MG2。另外，变换器135将伴随再生制动在电动发电机MG2发电产生的再生电力输出到转换器120。虽然变换器135的内部的结构没有图示，但是由于与变换器131同样，所以不重复详细的说明。

变换器131在电动发电机MG1的转矩指令值为正（TR1＞0）的情况下，当被从电容器C2供给直流电压时，响应来自ECU300的控制信号PWI1，通过开关元件Q3～Q8的开关动作将直流电压变换为交流电压来驱动电动发电机MG1，以使电动发电机MG1输出正的转矩。另外，变换器131在电动发电机MG1的转矩指令值为零的情况下（TR1=0），通过响应了控制信号PWI1的开关动作来驱动电动发电机MG1，以使输出转矩为零。由此，电动发电机MG1被驱动为产生由转矩指令值TR1指定的零或正的转矩。

进而，在车辆100的再生制动时，将电动发电机MG1的转矩指令值TR1设定为负（TR1＜0）。在该情况下，变换器131通过响应了控制信号PWI1的开关动作，将电动发电机MG1发电产生的交流电压变换为直流电压，并经由电容器C2将该变换后的直流电压（***电压）向转换器120供给。此外，这里所说的再生制动包括在伴随通过驾驶车辆的驾驶员操作脚踏式制动器的情况下的再生发电的制动，和虽然不操作脚踏式制动器，但通过行驶中释放加速踏板来一边进行再生发电一边使车辆减速（或加速的中止）。

针对变换器135也同样，从ECU300接收与电动发电机MG2的转矩指令值TR2对应的控制信号PWI2，通过响应了控制信号PWI2的开关动作将直流电压变换为交流电压来驱动电动发电机MG2以使其输出预定的转矩。

电流传感器24、25分别检测在电动发电机MG1、MG2中流动的马达电流MCRT1、MCRT2，并将该检测出的马达电流向ECU300输出。此外，由于U相、V相、W相的各相的电流的瞬时值之和为零，所以如图1所示将电流传感器24、25配置为检测2相的马达电流足以。

旋转角传感器（旋转变压器）26、27检测电动发电机MG1、MG2的旋转角θ1、θ2，并将该检测出的旋转角θ1、θ2向ECU300输出。ECU300能够基于旋转角θ1、θ2来计算电动发电机MG1、MG2的转速MRN1、MRN2和角速度ω1，ω2（rad/s）。此外，也可以利用ECU300根据马达电压和电流直接计算旋转角θ1、θ2，从而省略配置旋转角传感器26、27。

ECU300包括均未图示的CPU（Central Processing Unit中央处理器）、存储装置和输入输出缓冲器，控制车辆100的各设备。此外，就这些控制而言，不限于软件的处理，也能够利用专用的硬件（电子电路）构筑来进行处理。

作为代表的功能，ECU300接收基于驾驶员的加速踏板（未图示）的操作量等由未图示的上位的ECU计算出的转矩指令值TR1、TR2。并且，ECU300基于该转矩指令值TR1、TR2、由电压传感器10检测出的直流电压VB、由电流传感器12检测出的电流IB、由电压传感器13检测出的***电压VH和来自电流传感器24、25的马达电流MCRT1、MCRT2、来自旋转角传感器26、27的旋转角θ1、θ2等，控制转换器120和变换器130的动作，以使电动发电机MG1、MG2输出与转矩指令值TR1、TR2相应的转矩。即，ECU300生成用于如上所述控制转换器120和变换器130的控制信号PWC、PWI1、PWI2，并分别向转换器120和变换器130输出。

ECU300在转换器120的升压动作时，对***电压VH进行反馈控制，生成控制信号PWC，以使***电压VH与电压指令值一致。

另外，ECU300在车辆100为再生制动模式的情况下，生成控制信号PWI1、PWI2并向变换器130输出，以使由电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压变换为直流电压。由此，变换器130将由电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压变换为直流电压并向转换器120供给。

进而，ECU300在车辆100为再生制动模式的情况下，生成控制信号PWC并向转换器120输出，以使从变换器130供给的直流电压降压。由此，电动发电机MG1、MG2发电产生的交流电压被变换为直流电压，进而被降压并供给到蓄电装置110。

［马达的控制结构］

图2是用于说明图1中示出的车辆100的ECU300的马达控制结构的控制框图。此外，在图2中，虽然以对电动发电机MG1的控制为例进行说明，但是在ECU300中，图2中示出的控制框单元相对于各电动发电机MG1、MG2分别单独设置。

参照图2，ECU300包括电流指令生成部310、坐标变换部320、340、PI运算部330、PWM信号生成部350和修正部360。

电流指令生成部310按照预先制成的表等，根据电动发电机MG1的转矩指令值TR1生成电流指令值IdR和IqR。

修正部360接收由电流传感器24检测出的马达电流MCRT1（iv、iw、iu=-（iv＋iw））和由旋转角传感器26检测的电动发电机MG1的旋转角θ1。修正部360基于这些信息来修正马达电流MCRT1，并将修正后的马达电流iu*、iv*、iw*向坐标变换部320输出。由修正部360进行的马达电流MCRT1的修正的具体方法在后面叙述。

坐标变换部320通过使用了电动发电机MG1的旋转角θ1的坐标变换（3相→2相）基于来自修正部360的马达电流iu*、iv*、iw*计算d轴电流id和q轴电流iq。

向PI运算部330输入d轴电流相对于指令值的偏差ΔId（ΔId=IdR-id）和q轴电流相对于指令值的偏差ΔIq（ΔIq=IqR-iq）。PI运算部330分别针对d轴电流偏差ΔId和q轴电流偏差ΔIq进行通过利用了预定增益的PI运算求出控制偏差，并生成与该控制偏差相应的d轴电压指令值Vd#和q轴电压指令值Vq#。

坐标变换部340接收来自旋转角传感器26的电动发电机MG1的旋转角θ1、来自PI运算部330的d轴、q轴电压指令值Vd#、Vq#和由电压传感器13检测出的电压值VH。坐标变换部340基于这些信息进行坐标变换（2相→3相），将d轴电压指令值Vd#和q轴电压指令值Vq#变换为U相、V相、W相的各相电压指令值Vu、Vv、Vw。

PWM信号生成部350基于各相的电压指令值Vu、Vv、Vw与预定的载波的比较，生成图1中示出的变换器131（135）的开关控制信号PWI1（PWI2）。

变换器131（135）根据由ECU300生成的开关控制信号PWI1（PWI2）进行开关控制。从而，对电动发电机MG1（MG2）施加用于输出与转矩指令值TR1（TR2）相应的转矩的交流电压。

［电流修正控制的说明］

已知上述这样的在转子中设置有永磁体的电动发电机中，当转子旋转时，产生与该转速成比例的反电动势电压。另外，一般而言，永磁体的磁力具有随着温度变高而减小、随着温度降低而变大的性质。因此，在极其低温等情况下，在永磁体的温度低的状态下驱动电动发电机时，与永磁体的温度较高时相比，相同转速下产生的反电动势电压大。

图3是表示在转子中具有永磁体的电动发电机的转速与反电动势电压的关系的一例的图。如上所述，产生的反电动势电压与转速成比例变大，磁体温度越高，反电动势电压就越小。

在此，在搭载于图1所示的车辆100的马达驱动控制***的设计中，以例如图3所示的温度T2（例如，75℃）为基准进行设计。并且，在该基准温度下，基本上将电容器等的各设备的耐压设定为能够承受在电动发电机的最高转速Nmax时产生的反电动势电压E10。

然而，在电动发电机的温度比基准温度T2低的温度T1的情况下产生的反电动势电压，如图3中的曲线W11那样，在相同的转速下，比基准温度T2的情况下产生的反电动势电压（图3中的曲线W12）更大。于是，最高转速Nmax的反电动势电压为E11（＞E10）。

因此，为了满足这样的低温状态下的条件，需要更加增大基准温度T2的情况下的耐压，从而有可能导致成本上升、由元件的体积变大导致设备的尺寸变大等问题。另外，当不将这样的条件纳入考虑时，这会成为设备的破损和劣化的原因。或者，在为不超过设备的耐压而限制转速的情况下，有可能导致运转性能降低。

因此，在本实施方式中，进行在电动发电机的定子的3相线圈的至少1相上叠加偏移电流的电流修正控制。通过这样做，能够期待使在由偏移电流产生的磁场内旋转的转子升温，从而降低产生的反电动势电压。

图4是与电动发电机的旋转轴垂直的截面的示意图。如上所述，通过将交流电流供给到卷绕于定子的线圈来产生旋转磁场。并且，具有永磁体的转子通过被定子产生的旋转磁场吸引而使转子旋转。图5是以俯视方式示出图4的转子与定子的关系的图，通过定子的旋转磁场向作为旋转方向的箭头AR1移动，使转子的永磁体的磁极向箭头AR2的方向移动。

图6是表示本实施方式的电动发电机的各相电流波形的例子的图。

图6的上部的波形示出了不适用本实施方式的电流修正控制的比较例的情况下的电流波形，U、V、W相的各相各自的电流波形W1、W2、W3为相互具有120°的相位差的正弦波。

图6的下部示出了适用了本实施方式的电流修正控制的情况下的一例的电流波形。在图6中，示出了在U相的电流上叠加有正的偏移电流的情况的例子（图6中的曲线W1*）。在叠加有这样的偏移电流的情况下，如图7那样，从定子除了产生旋转磁场以外，还产生由偏移电流引起的恒定磁场。并且，当转子的永磁体在该恒定磁场中移动时，通过电磁感应在永磁体上产生涡电流，该涡电流被永磁体的电阻所消耗从而使永磁体升温。此外，也可以使偏移电流叠加于U、V、W相中的任一方的线圈，另外，只要产生恒定磁场，也可以使偏移电流不叠加于任1相的线圈上而叠加于多个相的线圈。

另一方面，通过叠加这样的偏移电流，最终从电动发电机输出的转矩的精度恶化而会产生转矩变动。由此，尤其在电动发电机的转速低的情况下，由该转矩变动产生的振动容易被车辆乘客感知，有可能给车辆乘客带来不适感。因此，在本实施方式中，在电动发电机的转速低的情况下，通过不叠加上述的偏移电流来抑制由转矩变动导致的振动从而减少对车辆乘客的不适感。

另外，就叠加的偏移电流的大小而言，虽然也能够无关于电动发电机的转速而设定为恒定的值，但如上所述，由于随着转速变大在电动发电机上产生的反电动势电压变大，所以考虑设备的保护的观点时，优选在转速大的情况下以更短的时间使永磁体升温。因此，在本实施方式中，与转速的增加相对应，使叠加的偏移电流的大小增加。由此，当转速变大时，由于由偏移电流产生的恒定磁场的强度变大，所以在永磁体上产生的涡电流也变大，从而永磁体的升温量增加。

此外，虽然当偏移电流的大小变大时转矩变动也变大，但是由于当转速变大时，与此对应转子和车辆的惯性也变大，所以难以出现转矩变动的影响。进而，由于转矩变动的周期也变短，所以具有车辆乘客不容易感知到由转矩变动引起的振动的倾向。

图8是表示与电动发电机的转速对应的偏移电流的设定方法的一例的图。在图8中，横轴表示时间，纵轴表示电动发电机的转速、是否执行电流修正控制的偏移标识（flag）和叠加的偏移电流的大小。

参照图8，在时刻t1，开始车辆的行驶，电动发电机的转速随时间上升。此时，到转速成为基准转速Nlim的时刻t2为止，为抑制由转矩变动引起的振动而将偏移标识设定为无效，将偏移电流设定为零。

在电动发电机的转速大于基准转速Nlim的时刻t2以后，将偏移标识设定为有效，将偏移电流设定为与转速的增加大致成比例地线性增加。

此外，就偏移电流的增加的方法而言，也能够采用如图8那样相对于转速线性变化的方法以外的方法。例如，如图9所示，也可以将偏移电流设定为随着电动发电机的转速的增加而呈台阶状增加。或者，如图10所示，也可以使用预先设定的映射来设定偏移电流。该映射例如可以使用气温、转速的增加率等其他参数，采用如曲线W21那样使偏移电流急速增加来急速升温的模式，或采用如曲线W23那样使偏移电流逐渐增加的模式。进而，也可以采用例如考虑驱动***的共振频带，在特定的转速区域中使偏移电流的大小暂时降低的模式（曲线W22）。

并且，在图2的修正部360中，通过从由电流传感器24检测出的U、V、W相中的预定的相的电流值减去如上所述设定的偏移电流来设定马达电流iu*、iv*、iw*。这样通过从马达电流的反馈值减去偏移电流，在PI运算部330中进行反馈控制，以补偿被减去的电流。作为其结果，从坐标变换部340输出电压指令值Vu、Vv、Vw，以在预定的相的电流上叠加偏移电流。

图11是用于说明在实施方式中由ECU300执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。就图11和后述的图13、图16、图20中示出的流程图中的各步骤而言，通过从主程序中调出预先存储于ECU300的程序，并以预定周期执行来实现。或者，就一部分步骤而言，也能够构筑专用的硬件（电子电路）来实现处理。此外，该流程图相对于电动发电机MG1、MG2而分别单独设置并执行。

此外，本电流修正控制基本上在电动发电机MG1、MG2的永磁体的温度为低温时启动车辆的情况下执行。虽然直接测定永磁体的温度比较困难，但是作为与永磁体的温度关联的温度，例如，能够采用电动发电机MG1、MG2的定子或壳体的温度、蓄电装置110的温度TB、发动机150或变换器131、135的冷却水的温度等作为参数，在温度比各预定的基准温度低的情况下能够判定为永磁体的温度为低温。另外，也可以利用外部气温等其他的参数来判定。

参照图1和图11，在低温环境下启动车辆100的情况下，ECU300通过步骤（以下，将步骤省略为S。）100，取得来自上位ECU的转矩指令值TR1、TR2和根据来自旋转角传感器26、27的旋转角θ1、θ2确定的电动发电机MG1、MG2的转速MRN1、MRN2。

接着，ECU300通过S110取得来自电流传感器24、25的马达电流MCRT1、MCRT2。

ECU300通过S120判定转速MRN1、MRN2各自是否比预定的基准速度大。此时，就该基准速度而言，可以对电动发电机MG1、MG2设定共同的值，也可以设定不同的值。

在转速比基准速度大的情况下（在S120中为是），处理前进至S130，ECU300使用在图8～图10中示出的方法中的任一方法来计算叠加的偏移电流的设定值。

然后，ECU300通过S140，在图2的修正部360中，以从预定的相的电流值减去通过S130计算出的偏移电流的方式修正检测出的马达电流MCRT1、MCRT2，并计算马达电流iu*、iv*、iw*。

之后，处理前进至S150，ECU300利用修正后的马达电流iu*、iv*、iw*进行反馈控制，从而生成变换器131、135的控制信号PWI1、PWI2。然后，通过S160，ECU300将生成的控制信号PWI1、PWI2输出到电动发电机MG1、MG2来控制变换器131、135。

另一方面，在转速为基准速度以下的情况下（在S120中为否），处理前进至S135，ECU300将偏移电流设定为零。然后，虽然处理前进至S140通过偏移电流设定值来修正马达电流MCRT1、MCRT2，但是由于在该情况下偏移电流被设定为零，所以ECU300对由电流传感器24、25检测到的马达电流MCRT1、MCRT2的检测值直接进行反馈控制来控制变换器131、135（S150、S160）。

通过根据以上的控制来进行处理，能够在电动发电机的至少1相的线圈上叠加偏移电流，能够使设置于转子的永磁体升温。其结果，能够抑制由于防止考虑了低温时的反电动势电压增加的设备的耐压的增加而导致的成本上升，并能够防止设备的劣化和破损。进而，由于也无需限制转速，所以也能够抑制运转性能的下降。

［实施方式1的变形例］

在上述的实施方式1中，对通过使用从马达电流的检测值减去偏移电流得到的马达电流iu*、iv*、iw*进行反馈控制来使偏移电流叠加的结构进行了说明，但是也可以将偏移电流直接施加于由图2的电流指令生成部310生成的电流指令值IdR和IqR。

图12是用于说明变形例的情况下的ECU300的马达控制结构的控制框图。图12为在图2中示出的实施方式1的控制框图中删除了修正部360、取而代之追加了修正部361和坐标变换部321的图。在图12中，不反复说明与图2重复的要素。

参照图12，坐标变换部320接收由电流传感器24检测到的马达电流MCRT1（iv、iw、iu=-（iv＋iw））和由旋转角传感器26检测的电动发电机MG1的旋转角θ1。并且，坐标变换部320通过使用了电动发电机MG1的旋转角θ1的坐标变换（3相→2相），基于马达电流iv、iw、iu计算d轴电流id和q轴电流iq。

修正部361接收由旋转角传感器26检测的电动发电机MG1的旋转角θ1。并且，修正部361基于根据旋转角θ1确定的电动发电机MG1的转速MRN1，使用图8～图10所示的方法中任一个，设定叠加的偏移电流Δiu、Δiv、Δiw，并向坐标变换部321输出。

坐标变换部321通过使用了电动发电机MG1的旋转角θ1的坐标变换（3相→2相），基于偏移电流Δiu、Δiv、Δiw计算修正值id*、iq*，并通过将id*、iq*与由电流指令生成部310生成的电流指令值IdR、IqR分别相加来修正电流指令值。

由此，输入到PI运算部330的电流偏差ΔId、ΔIq如下设定。

ΔId=IdR＋id*-id…（1）

ΔIq=IdQ＋iq*-iq…（2）

PI运算部330使用该电流偏差ΔId、ΔIq来生成d轴电压指令值Vd#和q轴电压指令值Vq#。

图13是用于说明变形例的情况下由ECU300执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。图13为在实施方式1的图11中示出的流程图中步骤S140被替换为S145的图。在图13中，不反复说明与图11重复的步骤。

在电动发电机MG1、MG2的转速MRN1、MRN2比基准速度大的情况下（在S120中为是），通过S130来计算偏移电流的设定值。另外，在电动发电机MG1、MG2的转速MRN1、MRN2为基准速度以下的情况下（在S120中否），通过S135将偏移电流的设定值设定为零。

之后，处理前进至S145，ECU300在由图12的电流指令生成部310生成的电流指令值IdR、IqR上加上偏移电流值id*、iq*。

然后，在S150中，ECU300使用加上了偏移电流值id*、iq*的电流指令值IdR、IqR和通过坐标变换部320进行了坐标变换后的马达电流id、iq来生成控制信号PWI1、PWI2（S150），以控制变换器131、135（S160）。

以上，在将偏移电流加到电流指令值上的结构中，也与实施方式1同样，能够在电动发电机的至少1相的线圈上叠加偏移电流。

［实施方式2］

在车辆的行驶开始后，达到电动发电机的最高转速为止的速度的路径有各种。图14示出了随着时间变化的电动发电机的转速的例子。例如存在如下情况等：如曲线W31那样在行驶开始后的比较短的时间内达到高转速的情况，如曲线W33那样低转速持续一会后速度急剧增加的情况，如曲线W32那样转速台阶状逐渐增加的情况。

对于这样各种路径，需要在成为达到最大转速Nmax前的预定的基准转速Nth之前，使电动发电机的永磁体升温到所希望的温度。并且，在实施方式1所说明的电流修正控制中，基本上以例如转速的时间变化率等为参数来调整偏移电流的大小，以在成为预定的基准转速Nth的时刻达到所希望的温度。

另一方面，如上所述由于使偏移电流叠加而发生转矩变动从而引发振动，由于供给偏移电流而引起效率的恶化，因此在永磁体的温度上升到所希望的温度的情况下，优选使电流修正控制快速停止。

在该情况下，虽然也能够设置温度传感器来检测实际的电动发电机的温度，但是也考虑到由于增加设备会导致成本上升、或在传感器故障时无法适当停止控制的情况。

因此，在实施方式2中，如图15所示，使用通过预先实验等测定根据转矩指令值和转速确定的各动作点上的永磁体的温度上升量而得到的映射，通过将该温度上升量ΔT在时间轴方向上积分来推定电动发电机的永磁体的温度。并且，基于所推定出的永磁体的温度达到所希望的温度，使偏移电流的叠加停止，从而防止永磁体过度升温。

图16是用于说明实施方式2的由ECU300执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。图16是在实施方式1的图11中示出的流程图中追加了步骤S115～S117得到的图。在图16中，不反复说明与图11重复的步骤。

参照图16，当ECU300通过S110取得马达电流时，接着在S115中，基于当前的转矩指令值和转速，使用例如图15所示的映射来计算永磁体的温度上升值ΔT。此时，优选在叠加偏移电流的情况和不叠加的情况下使用不同的温度上升值ΔT的映射。

然后，ECU300通过S116在当前的永磁体的温度上加上由S115求出的温度上升值ΔT来计算永磁体的温度推定值TME。在此，当前的永磁体的温度，例如在车辆的运转开始的情况下，也可以将外部气温作为初始值。另外，在车辆运转开始后，也可以将在上次的控制周期内计算出的温度推定值作为当前的永磁体的温度，并在该温度上加上温度上升值ΔT。

接着，ECU300通过S117判定由S116计算出的永磁体的温度推定值TME是否比所希望的温度的阈值大。

在永磁体的温度推定值TME为阈值以下的情况下（在S117中为否），ECU300判断为需要使永磁体升温，与实施方式1同样执行S120以后的处理来进行永磁体的升温。

另一方面，在永磁体的温度推定值TME比阈值大的情况下（在S117中为是），ECU300判断为永磁体的温度已充分升温，处理前进至S135，将偏移电流设定为零。

通过按照这样的处理进行控制，不单独设置用于测定永磁体的温度的检测装置就能够判定永磁体的温度已达到所希望的温度的情况。进而，能够根据永磁体的温度已达到所希望的温度，停止偏移电流的叠加。由此，能够防止永磁体过度升温，能够抑制振动的发生和效率的降低。

［实施方式3］

在实施方式1中，说明了通过在电动发电机的至少1相的线圈上叠加偏移电流使永磁体升温的结构。然而，在更加极其低温时的情况下、或在想要在更短时间内使电动发电机的升温完成的情况下，当叠加过大的偏移电流时，转矩变动变大，有可能给车辆乘客带来的振动增加、或无法适当地进行电动发电机的驱动。

因此，在实施方式3中，在这样需要进一步升温的情况下，除了在电动发电机上叠加偏移电流以外，还要降低生成PWM信号时的载波的载波频率。通过降低该载波频率，使供给到电动发电机的电流的作为高次谐波成分的脉动电流增加，因此，能够期待通过因脉动电流导致的损耗使电动发电机升温。

图17中示出了说明利用图2的PWM信号生成部350进行的脉冲宽度调制（PWM）控制的波形图。

PWM控制是通过每一定周期使方形波输出电压的脉冲宽度变化，从而使每个周期的输出电压平均值变化的控制方式。一般来说，将一定周期分为与载波的周期对应的多个开关周期，并根据每个开关周期进行开关元件的接通/断开控制，从而进行上述的脉冲宽度调制控制。

参照图17，在PWM信号生成部350中，将与来自坐标变换部340的各相电压指令值Vu、Vv、Vw相应的信号波W41，与预定频率的载波W40进行比较。并且，通过在载波电压比信号波电压高的区间和信号波电压比载波电压高的区间之间切换变换器131（135）的各相臂的开关元件的接通/断开，作为各相的变换器输出电压，能够将作为方形波电压的集合的交流电压向电动发电机MG1（MG2）供给。该交流电压的基本波成分以图17中的虚线的曲线W42示出。即，载波W40的频率（载波频率）相当于构成变换器131（135）的各开关元件的开关频率。

此外，如图2和图17所示，电动发电机MG1、MG2基本上通过PWM控制而控制。但是，在本发明的适用中，电动发电机MG1、MG2不必一直通过脉冲宽度调制控制而控制，也可以根据马达状态来选择性地适用PWM控制和矩形波电压控制等的其他控制。

图18是表示PWM控制下的载波频率和变换器输出电流（马达电流）的关系的图。此外，在图18中，虽然示出变换器的U相的输出电流作为例子，但是关于V相、W相的输出电流也与U相的输出电流同样变化。

参照图18，在载波频率低的情况下，如波形WV1所示U相的输出电流所包含的高次谐波成分（脉动电流）的振幅变大。对此，在不改变图17的信号波W41的周期就提高载波W40的频率的情况下，信号波W41的1个周期所包含的载波W40的峰值数变多。在该情况下，如波形WV2所示，高次谐波成分变小，输出电流的波形接近正弦波。此外，在图18中示出的波形WV1、WV2，为了进行说明而示意性地示出实际的波形。

在变换器的输出电流即电动发电机的马达电流的波形为WV1的情况下，与波形为WV2的情况相比较，通过使由高频电流引起的定子的涡电流增大，从而能够包括设置于转子的永磁体的温度在内，使电动发电机的发热量相对增大。因此，可知能够通过使载波频率降低来使磁体温度积极地上升。

图19是用于说明实施方式3中的车辆的ECU300的马达控制结构的控制框图。在图19中，是在实施方式1的图2中追加了用于检测电动发电机MG1的温度的温度传感器22和载波设定部370得到的图。在图19中，不反复说明与图2重复的要素。

参照图19，温度传感器22检测电动发电机MG1的温度，并将该检测值TM向ECU300输出。温度传感器22安装于例如定子的线圈的内部或电动发电机MG1的壳体。由于ECU300能够基于由温度传感器22检测出的马达温度TM来推定电动发电机的永磁体的温度，所以在实施方式3中，使用马达温度TM作为代表永磁体的温度的值。

载波设定部370接收由温度传感器22检测出的马达温度TM。并且，载波设定部370设定与马达温度TM相应的载波频率，并将该载波频率的载波CAR向PWM信号生成部350输出。

PWM信号生成部350基于各相的电压指令值Vu、Vv、Vw与来自载波设定部370的载波CAR的比较，生成变换器131的开关控制信号PWI1。

图20是用于说明实施方式3的情况下由ECU300执行的电流修正控制处理的详细内容的流程图。图20是在实施方式1的图11中示出的流程图中追加了步骤S111～S114得到的图。在图20中，不反复说明与图11重复的步骤。

参照图20，当ECU300通过S110取得马达电流时，接下来处理前进至S111，从温度传感器22取得马达温度TM。

ECU300通过S112判定所取得的马达温度TM是否比预定的基准温度大。

在马达温度TM比基准温度大的情况下（在S112中为是），处理前进至S113，ECU300将载波CAR的载波频率设定为作为缺省值的FC0。

另一方面，在马达温度TM为基准温度以下的情况下（在S112中为否），处理前进至S114，ECU300将载波CAR的载波频率设定为比缺省值低的FC1。

之后，ECU300与图11同样进行S120以后的处理，但是在S150中，基于马达温度TM使用由S113或S114设定的载波频率的载波CAR来生成控制信号PWI1、PWI2。

通过按照以上的处理进行控制，在电动发电机的温度低的情况下，除了通过在供给到电动发电机的电流上叠加偏移电流使永磁体升温以外，还能够通过降低载波频率使电动发电机升温。由此，由于能够在更短时间内使电动发电机升温，所以能够抑制低温时的电动发电机的反电动势电压的增加。

但是，当连续使用降低了载波频率的载波时，存在使永磁体的温度急剧上升反而降低磁力的可能性。因此，优选对例如马达温度、持续降低载波频率的时间等进行管理，抑制磁力的下降。

此外，虽然图20的流程图中的载波频率的设定为基于是否比基准温度大而在2个载波频率之间进行切换的结构，但是载波频率的个数并不限定于此，也可以设定2个以上的基准温度，并根据马达温度TM，以更加详细的区分来设定载波频率。进而，也可以利用预定的映射或运算式，根据马达温度TM使载波频率连续地变化。

另外，在以上叙述中，虽然说明了设置温度传感器来检测实际的电动发电机的温度的结构，但是也可以如实施方式2那样，不使用温度传感器，基于预测的永磁体的温度来设定载波频率。

进而，就实施方式3而言，也能够适用于上述的实施方式1的变形例和实施方式2。

此外，本实施方式中的“电动发电机MG1、MG2”是本发明的“交流马达”的一例。本实施方式中的“变换器131、135”是本发明的“电力变换装置”的一例。

应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是举例说明的内容而并不是限制性内容。本发明的范围并不通过上述说明来限定，而是通过权利要求的范围来限定，与权利要求等同的含义以及权利要求范围内的所有变更也包含在本发明中。

标号说明

10、13电压传感器，11、22温度传感器，12、24、25电流传感器，20直流电源部，26、27旋转角传感器，30负载装置，100车辆，110蓄电装置，120转换器，130、131、135变换器，132U相上下臂，133V相上下臂，134W相上下臂，140动力分配机构，150发动机，160驱动轮，300ECU，310电流指令生成部，320、321、340坐标变换部，330PI运算部，350PWM信号生成部，360、361修正部，370载波设定部，C1、C2电容器，D1～D8二极管，L1电抗器，MG1、MG2电动发电机，NL接地线，PL1、PL2电力线，Q1～Q8开关元件，SR1、SR2***继电器。

Claims (11)

1.一种马达驱动装置，用于利用来自直流电源（20）的电力驱动交流马达（MG1、MG2），

所述交流马达（MG1、MG2）构成为，利用通过在定子的线圈中流动驱动电流而产生的电流磁场，使设置有永磁体的转子旋转，

所述马达驱动装置具有：

电力变换装置（130），构成为将来自所述直流电源（20）的直流电力变换为用于驱动所述交流马达（MG1、MG2）的交流电力；和

控制装置（300），用于控制所述电力变换装置（130），以使偏移电流叠加于所述线圈的至少1相并使所述永磁体升温。

2.如权利要求1所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）根据所述交流马达（MG1、MG2）的转速使所述偏移电流的大小变化。

3.如权利要求2所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）控制所述电力变换装置（130），以使所述转速越大则所述偏移电流就越大。

4.如权利要求3所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）设定所述偏移电流的大小以使其与所述转速成比例。

5.如权利要求3所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）使所述偏移电流随着所述转速增加而呈台阶状增加。

6.如权利要求3所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）利用基于所述转速预先规定的映射来设定所述偏移电流的大小。

7.如权利要求2-6中任一项所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）在所述转速低于基准转速的情况下，停止所述偏移电流的叠加。

8.如权利要求7所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）在所述交流马达（MG1、MG2）的驱动开始时，在与所述永磁体相关联的温度低于基准值的情况下执行所述偏移电流的叠加，在与所述永磁体相关联的温度高于所述基准值的情况下不执行所述偏移电流的叠加。

9.如权利要求1所述的马达驱动装置，其中，

所述控制装置（300）具有基于所述交流马达（MG1、MG2）的驱动状态规定了所述永磁体的温度上升在时间上的变化的映射，通过基于所述交流马达（MG1、MG2）的转矩指令值和转速利用所述映射计算所述永磁体的温度上升值，并将所计算出的所述温度上升值从所述交流马达（MG1、MG2）的驱动开始起在时间轴方向上进行累计，从而推定所述永磁体的温度，在所推定出的所述永磁体的温度达到阈值的情况下，停止所述偏移电流的叠加。

10.如权利要求1所述的马达驱动装置，其中，

所述电力变换装置（130）包括变换器（134、135），该变换器构成为包括开关元件（Q3～Q8），并通过根据脉冲宽度调制控制来控制所述开关元件（Q3～Q8）从而进行电力变换，

所述控制装置（300）在所述永磁体的温度低于基准温度的情况下，与所述永磁体的温度高于所述基准温度的情况相比，将在所述脉冲宽度调制控制中所使用的载波的频率设定得相对较低。

11.一种车辆，具有：

直流电源（20）；

交流马达（MG1、MG2），构成为利用通过在定子的线圈中流动驱动电流而产生的电流磁场，使设置有永磁体的转子旋转，生成用于使所述车辆行驶的驱动力；

电力变换装置（130），构成为将来自所述直流电源（20）的电力变换为用于驱动所述交流马达（MG1、MG2）的交流电力；和

控制装置（300），用于控制所述电力变换装置（130），以使偏移电流叠加于所述线圈的至少1相并使所述永磁体升温。

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