JP2008206339A - 回転電機の駆動制御装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機に含まれる永久磁石の減磁を防ぐことを可能にする回転電機の駆動制御装置および、その駆動制御装置を備える車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド自動車２００は、永久磁石を含む回転子を備える交流モータＭ１（Ｍ２）の駆動制御装置を備える。駆動制御装置は、交流モータＭ１（Ｍ２）駆動するインバータ１４（３１）と、直流電源Ｂと、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧してインバータ１４（３１）へ供給する昇圧コンバータ１２と、永久磁石の磁石温度に応じて電圧目標値を設定して、昇圧コンバータ１２からの出力電圧Ｖｍがその電圧目標値となるように昇圧コンバータ１２を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、磁石温度が所定の温度（Ｔ１）以上である場合には、磁石温度が温度Ｔ１より低い場合に比べて電圧目標値を低く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の駆動制御装置、および車両に関し、特に永久磁石型同期機において、ロータに含まれる永久磁石の減磁を防ぐ技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）などの電動車両が大きく注目されている。このような電動車両は、二次電池などからなる蓄電装置と、当該蓄電装置から電力を受けて駆動力を発生するためのモータジェネレータとを備えている。モータジェネレータは、発進時や加速時などにおいて駆動力を発生するとともに、制動時などにおいて車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置に回収する。

このような電動車両に搭載されるモータジェネレータとしては、界磁磁束の高密度化や電力回生の容易性などから永久磁石形同期機（permanent magnetic synchronous machine）が用いられることが多い。特に、磁気抵抗の非対称性によって生じる駆動トルク（リラクタンストルク）を併用して利用できる埋込構造の永久磁石形同期機（interior permanent magnet synchronous machine）が頻繁に採用される。

一般的に、永久磁石は、環境温度に応じて保持力が変化することが知られている。たとえば、永久磁石の主成分である強磁性体が相転移を生じるキュリー点を超えるような高温の環境温度に晒されると、永久磁石の保持力が低下し、元に戻らない不可逆減磁が生じ得る。

特開２００１−１５７３０４号公報（特許文献１）は、温度上昇による磁石の減磁を防止可能なハイブリッド車用回転電機を開示する。ハイブリッド車は、第１および第２の回転電機と制御装置とを備える。この制御装置は、エンジンおよび第１および第２の回転電機の制御のために入力されるデータに基づいて、第１の回転電機が有する永久磁石の温度を推定する。制御装置は、永久磁石の温度から電機子コイル温度を推定して、その電機子コイル温度から最大通電可能電流値を設定する。制御装置は、電機子に流れる電流値をこの最大値以下に制限する。
特開２００１−１５７３０４号公報 特開平６−２７６６０９号公報 特許第３７３２８２８号明細書 特許第３６６１６８９号明細書

回転電機に流れる電流を制限した場合には回転電機の出力が急変する可能性がある。車両に搭載された回転電機の出力が急変した場合には、その車両の走行に急激な変化が生じることが考えられる。しかしながら特開２００１−１５７３０４号公報は、このような問題点については開示していない。

本発明の目的は、回転電機に含まれる永久磁石の減磁を防ぐことを可能にする回転電機の駆動制御装置および、その駆動制御装置を備える車両を提供することである。

本発明は要約すれば、永久磁石を含む回転子を備える回転電機の駆動制御装置である。駆動制御装置は、回転電機を駆動するインバータと、直流電源と、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータへ供給する電圧変換部と、電圧変換部およびインバータを制御する制御部とを備える。制御部は、永久磁石の磁石温度が所定の温度以上である場合には、磁石温度が所定の温度より低い場合に比べて、電圧変換部からの出力電圧が低くなるように電圧変換部を制御する。

好ましくは、制御部は、磁石温度が所定の温度以上である場合には、磁石温度が所定の温度より小さい場合に比べて出力電圧の目標値を低下させる。

好ましくは、電圧変換部は、上アームおよび下アームと、一方端が上アームと下アームとの接続点に電気的に接続され、他方端が直流電源に電気的に接続されるリアクトルとを含む。

好ましくは、制御部は、磁石温度が、所定の温度よりも高いしきい温度以上となる場合には、インバータの出力電流を制限する。

本発明の他の局面に従うと、車両であって、永久磁石を含む回転子を備える回転電機と、上述のいずれかに記載の回転電機の駆動制御装置とを備える。

本発明によれば、回転電機に含まれる永久磁石の減磁を防ぐことが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態に従う回転電機の駆動制御装置を搭載したハイブリッド自動車の一例を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車２００は、ハイブリッド車駆動装置１００と、動力分割機構２１０と、ディファレンシャルギヤ（ＤＧ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ）２２０と、前輪２３０とを備える。ハイブリッド車駆動装置１００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、補機バッテリ２１と、制御装置３０と、エンジン６０と、交流モータＭ１，Ｍ２とを備える。なおインバータ１４，３１はＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）３５を構成する。

交流モータＭ１は、動力分割機構２１０を介してエンジン６０と結合される。そして、交流モータＭ１は、エンジン６０を始動し、またはエンジン６０の回転力によって発電する。また、交流モータＭ２は、動力分割機構２１０を介して前輪２３０を駆動する。

交流モータＭ１，Ｍ２は、一例として、永久磁石形の三相交流同期回転電機である。すなわち、交流モータＭ１，Ｍ２の各々は、ステータに設けられたコイルに駆動電流が流されることで生じる電流磁界（回転磁界）によって、永久磁石を有するロータを回転させるように構成される。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。

昇圧コンバータ１２は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してインバータ１４，３１へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、直流電圧を昇圧してインバータ１４，３１に供給する。また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、インバータ１４（または３１）から供給された直流電圧を降圧して直流電源ＢおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２０へ供給する。さらに、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＳＴＰ１によって昇圧動作および降圧動作を停止する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、ハイブリッド車駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。

インバータ３１は、昇圧コンバータ１２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ２を駆動する。また、インバータ３１は、ハイブリッド車駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、交流モータＭ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転する運転者によるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、制御装置３０からの信号ＤＲＶによって駆動され、直流電源Ｂからの直流電圧を変換して補機バッテリ２１を充電する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、制御装置３０からの信号ＳＴＰ２によって停止される。補機バッテリ２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から供給される電力を蓄積する。

制御装置３０は、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ１４を制御するための信号ＤＲＶ１を生成し、その生成した信号ＤＲＶ１をインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０は、インバータ３１が交流モータＭ２を駆動するときにインバータ３１を制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ３１へ出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４（または３１）が交流モータＭ１（またはＭ２）を駆動するとき、昇圧コンバータ１２を制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド車駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車２００の回生制動時、交流モータＭ１またはＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２を生成して、信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２をインバータ１４，３１へそれぞれ出力する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車２００の回生制動時、インバータ１４（または３１）から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。

図２は、図１に示す動力分割機構２１０の模式図である。図２を参照して、動力分割機構２１０は、リングギヤ２１１と、キャリアギヤ２１２と、サンギヤ２１３とから成る。エンジン６０のシャフト２５１は、プラネタリキャリア２５３を介してキャリアギヤ２１２に接続され、交流モータＭ１のシャフト２５２は、サンギヤ２１３に接続され、交流モータＭ２のシャフト２５４は、リングギヤ２１１に接続されている。なお、交流モータＭ２のシャフト２５４は、ＤＧ２２０を介して前輪２３０の駆動軸に結合される。

交流モータＭ１は、シャフト２５２、サンギヤ２１３、キャリアギヤ２１２およびプラネタリキャリア２５３を介してシャフト２５１を回転し、エンジン６０を始動する。また、交流モータＭ１は、シャフト２５１、プラネタリキャリア２５３、キャリアギヤ２１２、サンギヤ２１３およびシャフト２５２を介してエンジン６０の回転力を受け、その受けた回転力によって発電する。

図３は、図１のハイブリッド車駆動装置１００において交流モータＭ１，Ｍ２の駆動制御に関する部分を詳細に示す図である。

図３を参照して、直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。電圧センサ１０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによってオンされると、直流電源Ｂからの直流電圧をコンデンサＣ１に供給する。コンデンサＣ１は、直流電源ＢからシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。電圧センサ１１は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｃを検出し、その検出した電圧Ｖｃを制御装置３０へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は上アームおよび下アームをそれぞれ形成する。

ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。

昇圧コンバータ１２は、制御装置３０によってＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２がオン／オフされ、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサＣ２に供給する。また、昇圧コンバータ１２は、ハイブリッド自動車の回生制動時、交流モータＭ１またはＭ２によって発電され、インバータ１４または３１によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサＣ１へ供給する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４，３１へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両側の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍを検出する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、ハイブリッド車駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

インバータ３１は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ２を駆動する。これにより、交流モータＭ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３１は、ハイブリッド車駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、交流モータＭ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

交流モータＭ１には回転角検出部３２Ａが配置される。回転角検出部３２Ａは交流モータＭ１の回転軸に連結される。回転角検出部３２Ａは、交流モータＭ１のロータの回転位置に基づいて回転角θ１を検出し、検出した回転角θ１を制御装置３０へ出力する。

交流モータＭ２には回転角検出部３２Ｂが配置される。回転角検出部３２Ｂは交流モータＭ２の回転軸に連結される。回転角検出部３２Ｂは、交流モータＭ２のロータの回転位置に基づいて回転角θ２を検出し、検出した回転角θ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受ける。制御装置３０は、さらに、電圧センサ１０から電圧Ｖｂを受け、電圧センサ１１から電圧Ｖｃを受け、電圧センサ１３から電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴ１を受け、電流センサ２８からモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。制御装置３０は、さらに、回転角検出部３２Ａ，３２Ｂから回転角θ１，θ２をそれぞれ受ける。

制御装置３０は、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ１、トルク指令値ＴＲ１、および回転角θ１に基づいて、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ１４に含まれるスイッチング素子をスイッチング制御するための信号ＤＲＶ１を生成する。制御装置３０は、その生成した信号ＤＲＶ１をインバータ１４へ出力する。

制御装置３０は、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ２、トルク指令値ＴＲ２、および回転角θ２に基づいて、インバータ３１が交流モータＭ２を駆動するときにインバータ３１に含まれるスイッチング素子をスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成する。制御装置３０は、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ３１へ出力する。

制御装置３０は、インバータ１４（または３１）が交流モータＭ１（またはＭ２）を駆動するとき、電圧Ｖｂ，Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）およびモータ回転数ＭＲＮ１（またはＭＲＮ２）に基づいて、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成する。制御装置３０は、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。

制御装置３０は、ハイブリッド自動車２００の回生制動時、交流モータＭ１またはＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＤＲＶ１，２を生成する。制御装置３０は、信号ＤＲＶ１をインバータ１４へ出力し、信号ＤＲＶ２をインバータ３１へ出力する。この場合、インバータ１４，３１のスイッチング素子は信号ＤＲＶ１，２によってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給し、インバータ３１は、交流モータＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４（または３１）から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１またはＭ２が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

図４は、インバータ１４，３１の構成を説明する図である。なおインバータ３１の構成はインバータ１４の構成と同様であるので、以下では代表的にインバータ１４の構成を説明する。

図４を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ライン１とアースライン２との間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

インバータ１４の各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１のＵ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。同様にインバータ３１の各相アームの中間点は、交流モータＭ２の各相コイルの各相端に接続されている。

図５は、交流モータＭ１，Ｍ２に用いられる永久磁石形回転電機の要部の構成例を示す図である。図５を参照して、永久磁石形同期機のロータにおいては、ロータコア５０に複数の穴５２を開け、この穴５２の内部に永久磁石５４を挿入配置することによって極が形成される。そして、ステータ４０では、ロータコア５０を取り囲むように複数のコイル（図示せず）が配置される。複数のコイルに通電して形成された回転磁界に基づいて、ロータが回転駆動される。

ここで、ステータ４０のコイルによって発生される磁束は永久磁石５４を貫くため、永久磁石５４において渦電流が発生する。磁石中に発生した渦電流は、回転電機の小型化、高速化および高出力化に伴い、その発熱および損失の問題が顕著となる。すなわち、発熱は磁石の減磁につながり、回転電機の故障の原因となる。また、渦電流による損失は、回転電機の効率を低下させることとなる。このため、制御装置３０は、永久磁石の磁石温度が所定のしきい温度以下の場合には、第１のモードでインバータ１４，３１を制御し、磁石温度がそのしきい温度を越える場合には、第１のモードよりも永久磁石の温度上昇を抑制可能な第２のモードでインバータ１４，３１を制御する。

図６は、図１の制御装置３０の機能ブロック図である。なお、図６に示す制御装置３０はハードウエアにより実現されてもよいしソフトウエアにより実現されてもよい。

図６を参照して、制御装置３０は、コンバータ制御部３０１と、温度推定部３０２と、インバータ制御部３０３とを含む。コンバータ制御部３０１は、直流電源Ｂの電圧Ｖｂと、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃと、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２とに基づいて、信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＤ，ＳＴＰ１を生成して出力する。

ここで、図６および図３を参照して、昇圧コンバータ１２の下側のＩＧＢＴ素子Ｑ２（下アーム）のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＩＧＢＴ素子Ｑ１（上アーム）のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。コンバータ制御部３０１はＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を制御して、電源ライン１の電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧となるように制御する。

温度推定部３０２は、モータ回転数ＭＲＮ１とトルク指令値ＴＲ１とに基づいて、交流モータＭ１のロータに含まれる永久磁石の温度を推定する。温度推定部３０２は、モータ回転数ＭＲＮ２とトルク指令値ＴＲ２とに基づいて、交流モータＭ２のロータに含まれる永久磁石の温度を推定する。なお、温度推定方法の詳細については後述する。

コンバータ制御部３０１は、温度推定部３０２から磁石温度の推定値を受ける。コンバータ制御部３０１は、その推定値に応じて電圧目標値を設定する。そしてコンバータ制御部３０１は、昇圧コンバータ１２からの出力電圧がその電圧目標値となるように昇圧コンバータ１２を制御する。具体的にはコンバータ制御部３０１は、磁石温度が所定の温度を超えた場合には、磁石温度がその所定の温度より低い場合に比べて電圧目標値を低く設定する。

インバータ制御部３０３は、回転角θ１，θ２と、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍとに基づいて信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２を生成して出力する。

インバータ制御部３０３は、温度推定部３０２から磁石温度の推定値を受ける。インバータ制御部３０３は、磁石温度が所定の温度よりも高いしきい温度以上となった場合には、インバータ１４，３１の出力電流を制御する。

［減磁防止方法］
図７は、永久磁石に生じる渦電流を説明するための図である。図７を参照して、永久磁石５４を貫く磁界が破線の矢印に示される方向に変動した場合には、永久磁石５４において渦電流Ｉが生じる。渦電流Ｉは永久磁石５４の表面付近のみ流れる。渦電流Ｉによってジュール熱が生じるので永久磁石５４の温度が上昇する。磁界の変動が大きくなるほど渦電流Ｉが大きくなる。この結果、永久磁石５４の温度が高くなる。なお、永久磁石５４を貫通する磁界が時間的に一定である場合には、渦電流によるジュール熱は発生しない。

図８は、図６に示したインバータ制御部３０３による信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２の生成方法を説明するための波形図である。なお、この図８では、交流モータＭ１，Ｍ２のＵ相に対応する信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２の生成方法について代表的に示され、その他のＶ，Ｗ各相についても同様にして生成される。

図８および図６を参照して、曲線ｋ１は、インバータ制御部３０３により演算されたＵ相電圧指令信号を示す。三角波信号ｋ２は、インバータ制御部３０３により生成されるキャリア信号である。

インバータ制御部３０３は、曲線ｋ１を三角波信号ｋ２と比較し、曲線ｋ１と三角波信号ｋ２との大小関係に応じて電圧値が変化するパルス状の信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２を生成する。そして、インバータ制御部３０３は、その生成した信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２をインバータ１４，３１へそれぞれ出力する。インバータ１４，３１の各々のＵ相アーム１５（図４参照）に含まれるＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４は、入力される信号に応じてスイッチング動作を行なう。

ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４は、キャリア信号（三角波信号ｋ２）のキャリア周波数に応じたスイッチング周波数でスイッチング動作を行なう。キャリア信号（三角波信号ｋ２）のキャリア周波数を変更することによってＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４のスイッチング周波数が変更される。

ここで図３を参照して、昇圧コンバータ１２（ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２）のスイッチング制御により生じるサージ電圧（電圧Ｖｍの高調波成分）は、電圧Ｖｍが高いときのほうが、電圧Ｖｍが低いときよりも大きくなる。なお、高調波成分の次数は特に限定されるものではない。

コンデンサＣ２は電圧Ｖｍを平滑化するためにインバータ１４，３１の前段に設けられている。ただし電圧Ｖｍの高調波成分が大きい場合には、コンデンサＣ２が電圧Ｖｍの高調波成分を十分に抑制できない可能性が生じる。この場合には、インバータの出力電流に電圧Ｖｍの高調波成分を反映したリプル電流が発生する。

リプル電流が大きくなるほど図７に示す磁界の変動が大きくなる。よって永久磁石に生じる渦電流が大きくなる。この結果、減磁が生じる温度まで磁石温度が上昇する可能性が高くなる。

インバータの入力電圧、すなわち昇圧コンバータの出力電圧を低下させた場合には、電圧Ｖｍの高調波成分が小さくなる。コンデンサＣ２により電圧Ｖｍが平滑されることで、インバータの出力電流に含まれるリプル電流を小さくすることができる。よって磁石温度の上昇を抑制することができる。

図９は、昇圧コンバータの出力電圧とインバータの出力電流との関係を示す図である。なお、図９では、インバータのＵ相の出力電流を示すが、Ｖ相、Ｗ相の出力電流についてもＵ相の出力電流と同様に変化する。

図９を参照して、昇圧コンバータの出力電圧が高い場合には、波形ＷＶ１に示されるようにＵ相の出力電流に含まれるリプル電流が大きくなる。これに対し、昇圧コンバータの出力電圧を低下させた場合には、波形ＷＶ２に示されるようにリプル電流が小さくなるので出力電流の波形は正弦波に近づく。

昇圧コンバータの出力電圧を低下させた場合には、磁石温度の上昇を抑制することができるので、永久磁石の減磁を防ぐことが可能になる。

なお、図９に示す波形ＷＶ１，ＷＶ２は、説明のために実際の波形を模式的に示したものである。

［磁石温度推定方法］
交流モータのロータは回転可能に構成されるので、温度センサなどを用いてロータに設けられる永久磁石の温度を直接的に検出しようとすると、回転するロータと静止しているステータ側との間のセンサ配線を回転ジョイントなどによって構成する必要がある。そのため、モータの構造が複雑化してしまう。そこで、本発明の実施の形態においては、制御装置は、モータの回転数およびトルク指令値に基づいて永久磁石の磁石温度を推定する。

図１０は、図６の温度推定部３０２が記憶するマップを示す図である。温度推定部３０２は交流モータＭ１，Ｍ２の各々に対応するマップを記憶するが、代表的に図１０では交流モータＭ１に対応するマップを示す。

図１０を参照して、マップの横軸は交流モータのトルクを示し、マップの縦軸は交流モータの回転数を示す。トルクおよび回転数で示される座標平面には複数の等パワー線が存在する。座標平面は領域ＲＧ０，ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３を含む。

領域ＲＧ１は磁石の発熱が大きく、モータの連続使用により磁石の減磁が生じる領域である。インバータがＰＷＭ制御され、かつ、交流モータのトルクおよび回転数がともに高いときに、交流モータのトルクおよび回転数で定まる動作点は領域ＲＧ１内に位置する。

なお、交流モータの回転数が高い場合、制御装置３０は弱め界磁制御を行なう。弱め界磁制御とは、一般的には、モータの回転数に応じて大きくなるモータ起電力を界磁を弱めることにより低減させてモータを高回転域まで制御可能とするものである。この場合、ｄ軸方向（永久磁石により生じる磁界の方向と平行な方向）に、永久磁石に反磁界が加わるように制御が行なわれる。このため高回転側の領域ではトルクが低下しても弱め界磁制御により減磁開始温度が低下する傾向にある。

領域ＲＧ２，ＲＧ３は磁石の発熱が小さく、モータの連続使用により磁石温度が減磁温度よりも小さくなる領域である。インバータがＰＷＭ制御され、かつ、交流モータのトルクおよび回転数がともに低いときに、交流モータの動作点は領域ＲＧ２内に位置する。インバータが矩形波制御されるときに、交流モータの動作点は領域ＲＧ３内に位置する。

領域ＲＧ０に動作点がある場合には、領域ＲＧ１，２に動作点が位置するときに比較して磁石温度の変化が小さくなる。

温度推定部３０２は、このマップに基づき、領域ＲＧ０〜ＲＧ３の各々に対してカウント値（℃／秒）を設定する。このカウント値はたとえば実験結果や設計内容に基づいて定められる。温度推定部３０２はマップにおける動作点の滞留時間に基づいてカウント値を増減させる。そして温度推定部３０２はカウント値に基づいて磁石温度を推定する。

図１１は、図６の温度推定部３０２が実行する温度推定処理を説明するフローチャートである。

図１１を参照して、まず温度推定部３０２はトルク指令値およびモータ回転数を取得する（ステップＳ０１）。次に温度推定部３０２は、図１０のマップを参照して、取得したトルク指令値およびモータ回転数により定まる交流モータの動作点がマップ内のいずれの領域内に位置するかを特定する。

まず温度推定部３０２は、動作点が領域ＲＧ１内に位置するか否かを判定する（ステップＳ０２）。動作点が領域ＲＧ１内に位置する場合（ステップＳ０２においてＹＥＳ）、温度推定部３０２はカウント値を増やす（ステップＳ０３）。動作点が領域ＲＧ１内に位置しない場合（ステップＳ０２においてＮＯ）、温度推定部３０２は動作点が領域ＲＧ２および領域ＲＧ３の一方に含まれるか否かを判定する（ステップＳ０４）。動作点が領域ＲＧ２またはＲＧ３に含まれる場合（ステップＳ０４においてＹＥＳ）、温度推定部３０２はカウント値を減らす（ステップＳ０５）。動作点が領域ＲＧ２，ＲＧ３のいずれに含まれない場合（ステップＳ０４においてＮＯ）、動作点は領域ＲＧ０に含まれることになる。この場合には温度推定部３０２はカウント値の増減を行なわない（ステップＳ０６）。

ステップＳ０３，Ｓ０５，Ｓ０６のいずれかの処理が終了すると、温度推定部３０２はカウント値を磁石温度Ｔｍｇに変換する（ステップＳ０７）。ステップＳ０７の処理が終了すると全体の処理が終了する。

［交流モータの制御方法］
図１２は、本実施の形態における、交流モータＭ１，Ｍ２の制御処理を示すフローチャートである。なお図１２のフローチャートに示す処理は、交流モータＭ１，Ｍ２の各々に対して実行される。

図１２および図１を参照して、処理が開始されると、制御装置３０は交流モータＭ１，Ｍ２の各々のロータに含まれる永久磁石の初期温度を設定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、たとえばハイブリッド車駆動装置１００に起動指示が与えられたときに実行される。なお、図５等には示されていないが、交流モータＭ１，Ｍ２にはステータの温度を検知するための温度センサが設けられている。制御装置３０はその温度センサが検知したステータの温度を永久磁石の初期温度に設定する。この理由は、交流モータＭ１，Ｍ２の動作が開始した直後においては、磁石温度とステータの温度とはほとんど同じであるとみなすことができるためである。

次にステップＳ２において、制御装置３０（より具体的には図６に示す温度推定部３０２）は、図１０のフローチャートに示す処理を実行して、交流モータＭ１，Ｍ２の各々のロータに含まれる永久磁石の温度を推定する。

ステップＳ３において、制御装置３０は磁石温度Ｔｍｇが所定のしきい温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。磁石温度Ｔｍｇがしきい温度Ｔ１以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４に進む。一方、磁石温度Ｔｍｇがしきい温度Ｔ１より小さい場合（ステップＳ３においてＮＯ）、処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ４において、制御装置３０は磁石温度Ｔｍｇが所定のしきい温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。なおＴ２＞Ｔ１である。磁石温度Ｔｍｇがしきい温度Ｔ２以上である場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、処理は後述するステップＳ６に進む。一方、磁石温度Ｔｍｇがしきい温度Ｔ２より小さい場合（ステップＳ４においてＮＯ）、処理はステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、制御装置３０は電圧目標値を低下させる。制御装置３０はその電圧目標値に基づき昇圧コンバータ１２を制御して電圧Ｖｍを低下させる。ステップＳ５の処理が終了すると、処理はステップＳ２に戻る。

一方、磁石温度Ｔｍｇがしきい温度Ｔ２以上になると、制御装置３０は交流モータＭ１のトルクを制限する処理（負荷率制限処理）を実行する（ステップＳ６）。具体的には制御装置３０は、交流モータＭ１，Ｍ２に流れる電流（インバータ１４，３１の出力電流）を制限する。なお、ステップＳ６の処理が終了すると、処理はステップＳ２に戻る。

図１３は、磁石温度Ｔｍｇと交流モータＭ１の負荷率との関係を説明するための図である。

図１３を参照して、磁石温度ＴｍｇがＴ２に達すると制御装置３０は磁石温度Ｔｍｇに応じて負荷率を減少させる。たとえば磁石温度ＴｍｇがＴ２のときの負荷率は１００％であるのに対し、磁石温度ＴｍｇがＴ３のときには負荷率は７５％まで減少する。

なお、交流モータＭ２に対しても図１３に示す負荷率と磁石温度との関係に従って制御が行なわれる。ステップＳ２におけるしきい温度（温度Ｔ１）およびステップＳ４におけるしきい温度（温度Ｔ２）は交流モータＭ１，Ｍ２間で同じでもよいし、異なっていてもよい。

このように本実施の形態によれば、ハイブリッド自動車２００は、永久磁石を含む回転子を備える交流モータＭ１（Ｍ２）の駆動制御装置を備える。駆動制御装置は、交流モータＭ１（Ｍ２）駆動するインバータ１４（３１）と、直流電源Ｂと、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧してインバータ１４（３１）へ供給する昇圧コンバータ１２と、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４（３１）を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、磁石温度が所定の温度以上である場合には、磁石温度が所定の温度より低い場合に比べて、昇圧コンバータ１２からの出力電圧Ｖｍが低くなるように、昇圧コンバータを制御する。これにより、永久磁石の温度が永久磁石の減磁が生じる温度に達しないように、磁石温度の上昇を抑制することができる。よって本実施の形態によれば永久磁石の減磁を防ぐことが可能になる。

なお、本実施の形態における制御装置３０内のコンバータ制御部３０１、温度推定部３０２、およびインバータ制御部３０３は、各ブロックに相当する機能を有する回路で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従って制御部が処理を実行することにより実現してもよい。後者の場合、上述した制御装置３０の制御は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、上記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実行するためのプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行して上記の機能ブロックおよびフローチャートに従って処理を実行する。したがって、ＲＯＭは、上記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実行するためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う回転電機の駆動制御装置を搭載したハイブリッド自動車の一例を示す概略ブロック図である。 図１に示す動力分割機構２１０の模式図である。 図１のハイブリッド車駆動装置１００において交流モータＭ１，Ｍ２の駆動制御に関する部分を詳細に示す図である。 インバータ１４，３１の構成を説明する図である。 交流モータＭ１，Ｍ２に用いられる永久磁石形回転電機の要部の構成例を示す図である。 図１の制御装置３０の機能ブロック図である。 永久磁石に生じる渦電流を説明するための図である。 図６に示したインバータ制御部３０３による信号ＤＲＶ１，ＤＲＶ２の生成方法を説明するための波形図である。 キャリア周波数とインバータの出力電流との関係を示す図である。 図６の温度推定部３０２が記憶するマップを示す図である。 図６の温度推定部３０２が実行する温度推定処理を説明するフローチャートである。 本実施の形態における、交流モータＭ１，Ｍ２の制御処理を示すフローチャートである。 磁石温度Ｔｍｇと交流モータＭ１の負荷率との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 電源ライン、２ アースライン、１０，１１，１３ 電圧センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，３１ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１ 補機バッテリ、２４，２８ 電流センサ、３０ 制御装置、３２Ａ，３２Ｂ 回転角検出部、４０ ステータ、５０ ロータコア、５２ 穴、５４ 永久磁石、６０ エンジン、１００ ハイブリッド車駆動装置、２００ ハイブリッド自動車、２１０ 動力分割機構、２１１ リングギヤ、２１２ キャリアギヤ、２１３ サンギヤ、２３０ 前輪、２５１，２５２，２５４ シャフト、２５３ プラネタリキャリア、３０１ コンバータ制御部、３０２ 温度推定部、３０３ インバータ制御部、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ｋ１ 曲線、ｋ２ 三角波信号、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１，Ｍ２ 交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＲＧ０〜ＲＧ３ 領域、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、ＷＶ１，ＷＶ２ 波形。

Claims (5)

1. 永久磁石を含む回転子を備える回転電機の駆動制御装置であって、
   前記回転電機を駆動するインバータと、
   直流電源と、
   前記直流電源からの直流電圧を昇圧して前記インバータへ供給する電圧変換部と、
   前記電圧変換部および前記インバータを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記永久磁石の磁石温度が所定の温度以上である場合には、前記磁石温度が前記所定の温度より低い場合に比べて、前記電圧変換部からの出力電圧が低くなるように前記電圧変換部を制御する、回転電機の駆動制御装置。
2. 前記制御部は、前記磁石温度が前記所定の温度以上である場合には、前記磁石温度が前記所定の温度より小さい場合に比べて前記出力電圧の目標値を低下させる、請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
3. 前記電圧変換部は、
   上アームおよび下アームと、
   一方端が前記上アームと前記下アームとの接続点に電気的に接続され、他方端が前記直流電源に電気的に接続されるリアクトルとを含む、請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
4. 前記制御部は、前記磁石温度が、前記所定の温度よりも高いしきい温度以上となる場合には、前記インバータの出力電流を制限する、請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
5. 永久磁石を含む回転子を備える回転電機と、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の駆動制御装置とを備える、車両。

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