JP4421603B2 - モータ制御方法およびモータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、モータ制御方法およびモータ制御装置に関する。
従来、例えば永久磁石を具備するモータの解体時等において、このモータの巻線の端子間に高周波電圧を印加して、永久磁石を減磁する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この方法では、モータに高周波電圧を印加するための特別な装置が必要であると共に、モータの巻線の温度が過剰に上昇して、損傷が生じてしまう虞がある。
このような問題に対して、従来、例えば永久磁石を具備するモータと、内燃機関とを駆動源として備えるハイブリッド車両において、このモータの解体時等において、モータの出力トルクがほぼゼロとなるように制御しつつ、内燃機関の駆動力によりモータを回転駆動する状態で、モータの端子電圧をバッテリの電源電圧以下に維持するゼロトルク制御を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−３４６３６４号公報 特開２００４−２４２３９８号公報
ところで、上記従来技術の後者に係る方法では、モータの出力トルクがほぼゼロとなるようにゼロトルク制御が行われることから、バッテリの充放電電流はゼロとなるように制御され、内燃機関の回転エネルギーは熱エネルギーに変換されるようになっている。しかしながら、この方法によれば、モータの端子電圧をバッテリの電源電圧以下に維持することから、モータや、モータを駆動制御するインバータでの損失を補償するようにして、実際にはバッテリから電流が放電されるようになっている。このため、例えばバッテリが劣化している場合等においては、バッテリからの放電を維持することができず、所望の減磁を行うことが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、モータに具備される永久磁石を適切に減磁することが可能なモータ制御方法およびモータ制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のモータ制御方法は、永久磁石片（例えば、実施の形態での永久磁石９）を具備するロータ（例えば、実施の形態での外周側回転子５と内周側回転子６）とステータ（例えば、実施の形態での固定子２）とを備えるモータを駆動源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）により回転駆動し、前記モータの回転数が所定回転数（例えば、実施の形態での所定の回転数Ｎｒｅｆ）以上である場合に前記モータの複数相を短絡することにより前記永久磁石片を減磁させており、前記所定回転数は、前記モータの複数相を短絡したときに、前記回転数の変動に伴う相電流の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクが所定値未満となるトルクの領域に到達する回転数であることを特徴としている。
上記のモータ制御方法によれば、駆動源により回転駆動されるモータの回転数が所定回転数以上となって、モータの複数相を短絡した際に発生する短絡トルクが所定値未満、かつ、モータの複数相を短絡した際の回転数に応じた相電流（つまり、短絡電流）の変動が所定変動未満となった状態でモータの複数相を短絡することにより、過剰に大きなトルク変動が生じてしまうことを防止すると共に、所望の弱め界磁位相の電機子磁束をロータの永久磁石片に安定的に印加させ、この電機子磁束に起因する渦電流損失によって永久磁石片を自己発熱させ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項２に記載の発明のモータ制御方法は、前記短絡の実行時に、少なくとも前記モータの相電流を含むモータ状態量が所定値以上変動した場合に、前記短絡および前記回転駆動を停止することを特徴としている。
上記のモータ制御方法によれば、例えば短絡電流の検出値が所定値以下に低下した場合や、短絡電流の検出値から算出可能な誘起電圧定数が所定値以下に低下した場合には、所望の減磁が完了したと判断して、モータの複数相の短絡および駆動源によるモータの回転駆動を停止して、過剰なエネルギー消費を防止することができる。また、例えば永久磁石片の温度やステータ巻線の温度が所定値以上に増大した場合には、モータの複数相の短絡および駆動源によるモータの回転駆動を停止することにより、モータに熱損傷が生じることを防止することができる。
また、請求項３に記載の発明のモータ制御装置は、永久磁石片（例えば、実施の形態での永久磁石９）を具備するロータ（例えば、実施の形態での外周側回転子５と内周側回転子６）とステータ（例えば、実施の形態での固定子２）とを備えるモータと、前記ロータを回転駆動可能な駆動源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）と、前記モータの複数相を短絡する短絡手段（例えば、実施の形態でのＰＤＵ４１）と、前記ロータを前記駆動源により回転駆動させ、前記モータの回転数が所定回転数（例えば、実施の形態での所定の回転数Ｎｒｅｆ）以上である場合に、前記短絡手段により前記モータの複数相を短絡させることにより前記永久磁石片を減磁させる制御手段（例えば、実施の形態でのモータ制御部４０）とを備え、前記所定回転数は、前記モータの複数相を短絡したときに、前記回転数の変動に伴う相電流の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクが所定値未満となるトルクの領域に到達する回転数であることを特徴としている。
上記構成のモータ制御装置によれば、駆動源により回転駆動されるモータの回転数が所定回転数以上となって、モータの複数相を短絡した際に発生する短絡トルクが所定値未満、かつ、モータの複数相を短絡した際の回転数に応じた相電流（つまり、短絡電流）の変動が所定変動未満となった状態でモータの複数相を短絡することにより、過剰に大きなトルク変動が生じてしまうことを防止すると共に、所望の弱め界磁位相の電機子磁束をロータの永久磁石片に安定的に印加させ、この電機子磁束に起因する渦電流損失によって永久磁石片を自己発熱させ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項４に記載の発明のモータ制御装置では、前記駆動源は内燃機関（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）であって、前記モータおよび前記内燃機関は車両を走行駆動する駆動源として前記車両に搭載され、前記車両の駆動輪と、前記モータおよび前記内燃機関との連結を断接可能な断接手段（例えば、実施の形態でのクラッチＣ）を備え、前記制御手段は、前記ロータを前記内燃機関により回転駆動させる際に、前記断接手段により前記車両の駆動輪と前記モータおよび前記内燃機関との連結を解除することを特徴としている。
上記構成のモータ制御装置によれば、駆動源として特別な装置を設ける必要無しに、モータを内燃機関により適切に回転駆動させることができ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項５に記載の発明のモータ制御装置は、少なくとも前記モータの相電流を含むモータ状態量を検出する検出手段（例えば、実施の形態での電流測定部６５）を備え、前記制御手段は、前記モータの複数相を短絡させた状態で、前記検出手段の検出により得られる検出値（例えば、実施の形態での短絡電流ＩＳ）あるいは該検出値に係る状態量（例えば、実施の形態での誘起電圧定数Ｋｅ、磁石温度Ｔｍ、コイル温度Ｔｃ）が所定値以上変動した場合に、前記短絡手段による前記短絡の動作および前記駆動源による前記回転駆動の動作を停止することを特徴としている。
上記構成のモータ制御装置によれば、例えば短絡電流の検出値が所定値以下に低下した場合や、短絡電流の検出値から算出可能な誘起電圧定数が所定値以下に低下した場合には、所望の減磁が完了したと判断して、モータの複数相の短絡および駆動源によるモータの回転駆動を停止して、過剰なエネルギー消費を防止することができる。また、例えば永久磁石片の温度やステータ巻線の温度が所定値以上に増大した場合には、モータの複数相の短絡および駆動源によるモータの回転駆動を停止することにより、モータに熱損傷が生じることを防止することができる。
さらに、請求項６に記載の発明のモータ制御装置では、前記ロータは、各々に前記永久磁石片を具備すると共に互いの相対的な位相を変更可能な複数のロータ部材（例えば、実施の形態での外周側回転子５と内周側回転子６）と、前記複数のロータ部材の相対的な位相を変更することによって誘起電圧定数を変更する位相変更手段（例えば、実施の形態での位相変更手段１２）とを備え、前記制御手段は、前記モータの複数相を短絡させる際に、前記位相変更手段により前記誘起電圧定数を所定値以上に増大させることを特徴としている。
上記構成のモータ制御装置によれば、位相変更手段によって誘起電圧定数を増大させることにより、各ロータ部材の永久磁石片に印加される弱め界磁位相の電機子磁束を増大させることができ、永久磁石片を効率よく減磁させることができる。
請求項１に記載の本発明のモータ制御方法によれば、過剰に大きなトルク変動が生じてしまうことを防止すると共に、所望の弱め界磁位相の電機子磁束をロータの永久磁石片に安定的に印加させ、この電機子磁束に起因する渦電流損失によって永久磁石片を自己発熱させ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項２に記載の発明のモータ制御方法によれば、過剰なエネルギー消費を防止すると共に、モータに熱損傷が生じることを防止することができる。
また、請求項３に記載の発明のモータ制御装置によれば、過剰に大きなトルク変動が生じてしまうことを防止すると共に、所望の弱め界磁位相の電機子磁束をロータの永久磁石片に安定的に印加させ、この電機子磁束に起因する渦電流損失によって永久磁石片を自己発熱させ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項４に記載の発明のモータ制御装置によれば、駆動源として特別な装置を設ける必要無しに、モータを内燃機関により適切に回転駆動させることができ、永久磁石片を適切かつ効率よく減磁させることができる。
さらに、請求項５に記載の発明のモータ制御装置によれば、過剰なエネルギー消費を防止すると共に、モータに熱損傷が生じることを防止することができる。
さらに、請求項６に記載の発明のモータ制御装置によれば、各ロータ部材の永久磁石片に印加される弱め界磁位相の電機子磁束を増大させることができ、永久磁石片を効率よく減磁させることができる。
以下、本発明のモータ制御方法およびモータ制御装置の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施の形態によるモータ制御装置は、例えば走行駆動源としてモータを備えるハイブリッド車や電動車両等の車両に制御装置として搭載されている。具体的には、図１に示すように、制御装置１００ａを搭載する車両１００は、モータ１および内燃機関Ｅを駆動源として備えるパラレルハイブリッド車両であり、モータ１と、内燃機関Ｅと、トランスミッションＴ／Ｍとは直列に直結され、少なくともモータ１または内燃機関Ｅの駆動力は、クラッチＣおよびトランスミッションＴ／Ｍを介して車両１００の駆動輪Ｗに伝達されるようになっている。
そして、この車両１００の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１に駆動力が伝達されると、モータ１は発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。また、内燃機関Ｅの出力がモータ１に伝達された場合にもモータ１は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
ここで、制御装置１００ａが設けられた車両１００には、例えばアクセルペダル開度センサ、ブレーキペダルスイッチセンサ、車輪速センサ等の各種センサ（図示略）が設けられており、制御装置１００ａはこれら各種センサの検出結果に基づいて、内燃機関Ｅ、モータ１、クラッチＣ、トランスミッションＴ／Ｍのそれぞれの制御系に対して制御指令を出力する。
モータ１は、例えば図２〜図５に示すように、円環状の固定子２の内周側に回転子ユニット３が配置されたインナロータ型のブラシレスモータとされている。
固定子２は複数相の固定子巻線２ａを有し、回転子ユニット３は軸芯部に回転軸４を有している。モータ１の回転力はクラッチＣおよびトランスミッションＴ／Ｍを介して駆動輪Ｗに伝達される。
回転子ユニット３は、例えば円環状の外周側回転子５と、この外周側回転子５の内側に同軸に配置される円環状の内周側回転子６を備え、外周側回転子５と内周側回転子６とが所定の設定角度の範囲で相対的に回動可能とされている。
外周側回転子５と内周側回転子６は、各回転子本体である円環状のロータ鉄心７，８が例えば焼結金属によって形成され、その各ロータ鉄心７，８の外周側に偏寄した位置に、複数の磁石装着スロット７ａ，８ａが円周方向等間隔に形成されている。各磁石装着スロット７ａ，８ａには、厚み方向に磁化された２つの平板状の永久磁石９，９が並列に並んで装着されている。同じ磁石装着スロット７ａ，８ａ内に装着される２つの永久磁石９，９は同方向に磁化され、各隣接する磁石装着スロット７ａ，７ａ、及び、８ａ，８ａに装着される永久磁石９の対同士は磁極の向きが逆向きになるように設定されている。即ち、各回転子５，６においては、外周側がＮ極とされた永久磁石９の対と、Ｓ極とされた永久磁石９の対が円周方向に交互に並んで配置されている。なお、各回転子５，６の外周面の隣接する磁石装着スロット７ａ，７ａ、及び、８ａ，８ａの各間には、永久磁石９の磁束の流れを制御（例えば、磁路短絡の抑制等）するための切欠き部１０が回転子５，６の軸方向に沿って形成されている。
外周側回転子５と内周側回転子６の磁石装着スロット７ａ，８ａは夫々同数設けられ、両回転子５，６の永久磁石９，…，９が夫々１対１で対応するようになっている。したがって、外周側回転子５と内周側回転子６の各磁石装着スロット７ａ，８ａ内の永久磁石９の対を互いに同極同士で対向させる（異極配置にする）ことにより、回転子ユニット３全体の界磁が最も弱められる弱め界磁の状態（例えば、図５，図６（ｂ）参照）を得ることができるとともに、外周側回転子５と内周側回転子６の各磁石装着スロット７ａ，８ａ内の永久磁石９の対を互いに異極同士で対向させる（同極配置にする）ことにより、回転子ユニット３全体の界磁が最も強められる強め界磁の状態（例えば、図３，図６（ａ）参照）を得ることができる。
また、回転子ユニット３は、外周側回転子５と内周側回転子６を相対回動させるための回動機構１１を備えている。この回動機構１１は、両回転子５，６の相対位相を任意に変更するための位相変更手段１２の一部を構成するものであり、非圧縮性の作動流体である作動液（例えば、トランスミッションＴ／Ｍ用の潤滑油、エンジンオイル等でもよい）の圧力によって操作されるようになっている。
位相変更手段１２は、例えば図７に示すように、回動機構１１と、この回動機構１１に供給する作動液の圧力を制御する油圧制御装置１３とを主要な要素として備えて構成されている。
回動機構１１は、例えば図２〜図５に示すように、回転軸４の外周に一体回転可能にスプライン嵌合されるベーンロータ１４と、ベーンロータ１４の外周側に相対回動可能に配置される環状ハウジング１５とを備え、この環状ハウジング１５が内周側回転子６の内周面に一体に嵌合固定されるとともに、ベーンロータ１４が、環状ハウジング１５と内周側回転子６の両側の側端部を跨ぐ円板状の一対のドライブプレート１６，１６を介して外周側回転子５に一体に結合されている。したがって、ベーンロータ１４は回転軸４と外周側回転子５に一体化され、環状ハウジング１５は内周側回転子６に一体化されている。
ベーンロータ１４は、回転軸４にスプライン嵌合される円筒状のボス部１７の外周に、径方向外側に突出する複数のベーン１８が円周方向等間隔に設けられている。一方、環状ハウジング１５は、内周面に円周方向等間隔に複数の凹部１９が設けられ、この各凹部１９にベーンロータ１４の対応するベーン１８が収容配置されるようになっている。各凹部１９は、ベーン１８の先端部の回転軌道にほぼ合致する円弧面を有する底壁２０と、隣接する凹部１９，１９同士を隔成する略三角形状の仕切壁２１によって構成され、ベーンロータ１４と環状ハウジング１５の相対回動時に、ベーン１８が一方の仕切壁２１と他方の仕切壁２１の間を変位し得るようになっている。
この実施の形態においては、仕切壁２１はベーン１８と当接することにより、ベーンロータ１４と環状ハウジング１５の相対回動を規制する規制部材としても機能する。なお、各ベーン１８の先端部と仕切壁２１の先端部には、軸方向に沿うようにシール部材２２が設けられ、これらのシール部材２２によってベーン１８と凹部１９の底壁２０、仕切壁２１とボス部１７の外周面の各間が液密にシールされている。
また、内周側回転子６に固定される環状ハウジング１５のベース部１５ａは一定厚みの円筒状に形成されるとともに、例えば図２に示すように、内周側回転子６や仕切壁２１に対して軸方向外側に突出している。このベース部１５ａの外側に突出した各端部は、ドライブプレート１６に形成された環状のガイド溝１６ａに摺動自在に保持され、環状ハウジング１５と内周側回転子６が、外周側回転子５や回転軸４にフローティング状態で支持されるようになっている。
外周側回転子５とベーンロータ１４を連結する両側のドライブプレート１６，１６は、環状ハウジング１５の両側面（軸方向の両端面）に摺動自在に密接し、環状ハウジング１５の各凹部１９の側方を夫々閉塞する。したがって、各凹部１９は、ベーンロータ１４のボス部１７と両側のドライブプレート１６，１６によって夫々独立した空間部を形成し、この空間部は、作動液が導入される導入空間２３となっている。各導入空間２３内は、ベーンロータ１４の対応する各ベーン１８によって夫々２室に隔成され、一方の部屋が進角側作動室２４、他方の部屋が遅角側作動室２５とされている。
進角側作動室２４は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子６を外周側回転子５に対して進角方向に相対回動させ、遅角側作動室２５は、内部に導入された作動液の圧力によって内周側回転子６を外周側回転子５に対して遅角方向に相対回動させる。この場合、「進角」とは、内周側回転子６を外周側回転子５に対して、図３，図５中の矢印Ｒで示すモータ１の回転方向に進めることを言い、「遅角」とは、内周側回転子６を外周側回転子５に対して、モータ１の回転方向Ｒと逆側に進めることを言うものとする。
また、各進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動液の給排は回転軸４を通して行われるようになっている。具体的には、進角側作動室２４は、例えば図７に示す油圧制御装置１３の進角側給排通路２６に接続され、遅角側作動室２５は同油圧制御装置１３の遅角側給排通路２７に接続されている。さらに、進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７の一部は、例えば図２に示すように、夫々回転軸４に軸方向に沿って形成させた通路孔２６ａ，２７ａによって構成されている。そして、各通路孔２６ａ，２７ａの端部は、回転軸４の外周面の軸方向にオフセットした２位置に形成された環状溝２６ｂと環状溝２７ｂに夫々接続され、その各環状溝２６ｂ，２７ｂは、ベーンロータ１４のボス部１７に略半径方向に沿って形成された複数の導通孔２６ｃ，…，２６ｃ，２７ｃ，…，２７ｃに接続されている。進角側給排通路２６の各導通孔２６ｃは環状溝２６ｂと各進角側作動室２４とを接続し、遅角側給排通路２７の各導通孔２７ｃは環状溝２７ｂと各遅角側作動室２５とを接続している。
この実施の形態のモータ１において、内周側回転子６が外周側回転子５に対して最遅角位置にあるときに、外周側回転子５と内周側回転子６の永久磁石９が異極同士で対向して強め界磁の状態（例えば、図３，図６（ａ）参照）になり、内周側回転子６が外周側回転子５に対して最進角位置にあるときに、外周側回転子５と内周側回転子６の永久磁石９が同極同士で対向して弱め界磁の状態（例えば、図５，図６（ｂ）参照）になるように設定されている。
なお、このモータ１は、進角側作動室２４と遅角側作動室２５に対する作動液の給排制御によって、強め界磁の状態と弱め界磁の状態を任意に変更し得るものであるが、このように磁界の強さが変更されると、これに伴って誘起電圧定数Ｋｅが変化し、この結果、モータ１の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが大きくなると、モータ１として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数Ｋｅが小さくなると、モータ１の出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。
油圧制御装置１３は、例えば図７に示すように、オイルタンク（図示略）から作動液を吸い上げて通路に吐出するオイルポンプ３２と、このオイルポンプ３２から吐出された作動液の油圧を調整して高圧のライン通路３３に導入し、余剰分の作動液を各種機器の潤滑や冷却のための低圧通路３４に流出させるレギュレータバルブ３５と、ライン通路３３に導入された作動液を進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７に振り分けるとともに、進角側給排通路２６と遅角側給排通路２７で不要な作動液をドレン通路３６に排出する流路切換弁３７とを備えている。
レギュレータバルブ３５は、ライン通路３３の圧力を制御圧として受け、反力スプリング３８とのバランスによって作動液の振り分けを行う。
また、流路切換弁３７は、制御スプール３７ａを進退操作する電磁ソレノイド３７ｂを有し、この電磁ソレノイド３７ｂが制御装置１００ａによって制御されるようになっている。
制御装置１００ａは、例えば図１に示すように、モータ制御部４０と、ＰＤＵ（パワードライブユニット）４１と、バッテリ４２と、ＥＮＧ制御装置４３とを備えて構成されている。
ＰＤＵ４１は、例えば図８に示すように、トランジスタのスイッチング素子がブリッジ接続されたブリッジ回路４１ａを用いてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行うＰＷＭインバータ４１Ａを備え、モータ１と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ４２に接続されている。
ＰＤＵ４１に具備されるＰＷＭインバータ４１Ａは、各相毎に対をなすハイ側，ロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬおよびハイ側，ロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬおよびハイ側，ロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬをブリッジ接続してなるブリッジ回路４１ａと、平滑コンデンサ４１ｂとを備えて構成され、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはバッテリ４２の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはバッテリ４２の負極側端子に接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬおよびＶＨ，ＶＬおよびＷＨ，ＷＬはバッテリ４２に対して直列に接続され、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが接続されている。
そして、ＰＷＭインバータ４１Ａは、例えばモータ１の駆動時等において、モータ制御部４０から入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、パルス幅変調信号）に基づき、ＰＷＭインバータ４１Ａにおいて各相毎に対を成す各トランジスタＵＨ，ＵＬおよび各トランジスタＶＨ，ＶＬおよび各トランジスタＷＨ，ＷＬのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り換えることによって、バッテリ４２から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１の固定子巻線２ａへの通電を順次転流させることによって、各相の固定子巻線２ａに交流のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
モータ制御部４０は、例えば図１に示すように、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度を検出するアクセルペダル開度センサの検出結果に基づいて算出されるトルク指令値Ｔｑに基づきｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃを演算し、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃに基づいて各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じてＰＤＵ４１へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際にＰＤＵ４１からモータ１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの何れか２つの相電流をｄｑ座標上の電流に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電流指令Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令Ｉｑｃとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。
このモータ制御部４０は、例えば、目標電流設定部５１と、電流偏差算出部５２と、界磁制御部５３と、電力制御部５４と、電流制御部５５と、ｄｑ−３相変換部５６と、ＰＷＭ信号生成部５７と、フィルタ処理部５８と、３相−ｄｑ変換部５９と、回転数演算部６０と、ＬｄＬｑ算出部６１と、Ｌ算出部６２と、Ｒ算出部６３と、フィルタ処理部６４と、電流測定部６５と、コイル温度Ｔｃ算出部６６と、誘起電圧定数算出部６７と、磁石温度算出部６８と、減磁判定部６９と、短絡判定部７０とを備えて構成されている。
そして、このモータ制御部４０には、ＰＤＵ４１からモータ１に出力される３相の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち、２相のＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗを検出する各電流センサ８１，８１から出力される各検出信号Ｉｕｓ，Ｉｗｓと、バッテリ４２の端子電圧（電源電圧）ＶＢを検出する電圧センサ８２から出力される検出信号と、モータ１のロータの回転角θＭ（つまり、所定の基準回転位置からの回転子ユニット３の磁極の回転角度）を検出する回転センサ８３から出力される検出信号と、油圧制御装置１３により可変制御される内周側回転子６と外周側回転子５との相対的な位相（相対位相）θを検出する位相センサ（図示略）から出力される検出信号と、車両１００の各車輪の回転速度（車輪速）を検出する複数の車輪速センサ（図示略）から出力される検出信号等とが入力されている。
目標電流設定部５１は、例えば外部の制御装置（図示略）から入力されるトルク指令Ｔｑ（例えば、運転者によるアクセルペダルＡＰの踏み込み操作量を検出するアクセルペダル開度センサの出力に応じて必要とされるトルクをモータ１に発生させるための指令値）と、回転数演算部６０から入力されるモータ１の回転数ＮＭとに基づき、ＰＤＵ４１からモータ１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのｄ軸目標電流Ｉｄｃ及びｑ軸目標電流Ｉｑｃとして電流偏差算出部５２へ出力されている。
この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えば回転子ユニット３の外周側回転子５の永久磁石９による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）としており、モータ１の回転子ユニット３の回転位相に同期して回転している。これにより、ＰＤＵ４１からモータ１の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃを与えるようになっている。
電流偏差算出部５２は、界磁制御部５３から入力されるｄ軸補正電流が加算されたｄ軸目標電流Ｉｄｃと、ｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを算出するｄ軸電流偏差算出部５２ａと、電力制御部５４から入力されるｑ軸補正電流が加算されたｑ軸目標電流Ｉｑｃと、ｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを算出するｑ軸電流偏差算出部５２ｂとを備えて構成されている。
なお、界磁制御部５３は、例えばモータ１の回転数ＮＭの増大に伴う逆起電圧の増大を抑制するために回転子ユニット３の界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御の弱め界磁電流に対する目標値をｄ軸補正電流としてｄ軸電流偏差算出部５２ａへ出力する。
また、電力制御部５４は、例えばバッテリ４２の残容量等に応じた適宜の電力制御に応じてｑ軸目標電流Ｉｑｃを補正するためのｑ軸補正電流をｑ軸電流偏差算出部５２ｂへ出力する。
電流制御部５５は、例えばモータ１の回転数ＮＭに応じたＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出し、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。
ｄｑ−３相変換部５６は、回転数演算部６０から入力される回転子ユニット３の回転角θＭを用いて、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上での電圧指令値であるＵ相出力電圧ＶｕおよびＶ相出力電圧ＶｖおよびＷ相出力電圧Ｖｗに変換する。
ＰＷＭ信号生成部５７は、例えば、正弦波状の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波からなるキャリア信号と、スイッチング周波数とに基づくパルス幅変調により、ＰＤＵ４１のＰＷＭインバータ４１Ａの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。
フィルタ処理部５８は、各電流センサ８１，８１により検出された各相電流に対する検出信号Ｉｕｓ，Ｉｗｓに対して、高周波成分の除去等のフィルタ処理を行い、物理量としての各相電流Ｉｕ，Ｉｗを抽出する。
３相−ｄｑ変換部５９は、フィルタ処理部５８により抽出された各相電流Ｉｕ，Ｉｗと、回転数演算部６０から入力される回転子ユニット３の回転角θＭとにより、モータ１の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。
回転数演算部６０は、回転センサ８３から出力される検出信号からモータ１の回転子ユニット３の回転角θＭを抽出すると共に、この回転角θＭに基づき、モータ１の回転数ＮＭを算出する。
ＬｄＬｑ算出部６１は、モータ１の駆動または回生作動時において、例えばｄ軸インダクタンスＬｄとｄ軸目標電流Ｉｄｃとの相関関係を示す所定マップと、ｑ軸インダクタンスＬｑとｑ軸目標電流Ｉｑｃとの相関関係を示す所定マップとに対する各マップ検索により、目標電流設定部５１から出力されるｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃに応じたｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。
Ｌ算出部６２は、回転数演算部６０から出力される回転角θＭに基づき、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに応じたインダクタンス成分値Ｌを算出する。
Ｒ算出部６３は、後述するモータ３相短絡制御の実行時に電流測定部６５から出力される相電流（つまり、短絡電流）に基づき、Ｌ算出部６２から出力されるインダクタンス成分値Ｌに応じた相抵抗値Ｒを算出する。
なお、電流測定部６５は、例えば電流センサ８１により検出されたＵ相電流に対する検出信号Ｉｕｓに対して高周波成分の除去等のフィルタ処理を行うフィルタ処理部６４から出力されるＵ相電流Ｉｕに基づき、相電流を算出する。
コイル温度Ｔｃ算出部６６は、Ｒ算出部６３から出力される相抵抗値Ｒに基づき、固定子巻線２ａのコイル温度Ｔｃを算出する。
つまり、相抵抗値Ｒは、例えば下記数式（１）に示すように、固定子巻線２ａの所定の基準温度Ｔ０での所定の相抵抗値Ｒ０と、コイル温度Ｔｃによる相抵抗（つまり固定子巻線２ａの抵抗）の変化係数β（例えば、β＝０．００３９３）とにより記述される。これにより、コイル温度Ｔｃは、この下記数式（１）を変形して得られる下記数式（２）により算出される。
Figure 0004421603
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誘起電圧定数算出部６７は、電流制御部５５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑと、３相−ｄｑ変換部５９から出力されるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ＬｄＬｑ算出部６１から出力されるｄ軸インダクタンスＬｄと、Ｒ算出部６３から出力される相抵抗値Ｒとに基づき、誘起電圧定数Ｋｅを算出する。
つまり、例えば図９に示す電圧ベクトル図に基づき、ｄｑ座標上での回路方程式は、ロータの回転角速度ωにより、例えば下記数式（３）に示すように記述される。これにより、誘起電圧定数Ｋｅは、この下記数式（３）を変形して得られる下記数式（４）により算出される。
Figure 0004421603
Figure 0004421603
磁石温度Ｔｍ算出部６８は、誘起電圧定数算出部６７から出力される誘起電圧定数Ｋｅに基づき、磁石温度Ｔｍを算出する。
つまり、誘起電圧定数Ｋｅは、例えば下記数式（５）に示すように、回転子ユニット３の永久磁石９の所定の基準温度Ｔ０での所定の誘起電圧定数Ｋｅ０と、永久磁石９の磁石温度Ｔｍに対する温度係数β（例えば、ネオジウム磁石に対してα＝０．００１１）とにより記述される。これにより、磁石温度Ｔｍは、この下記数式（５）を変形して得られる下記数式（６）により算出される。
Figure 0004421603
Figure 0004421603
減磁判定部６９は、例えば外部の制御装置から出力される減磁指令と、後述するモータ３相短絡制御の実行時に電流測定部６５から出力される相電流またはコイル温度Ｔｃ算出部６６から出力されるコイル温度Ｔｃまたは誘起電圧定数算出部６７から出力される誘起電圧定数Ｋｅまたは磁石温度Ｔｍ算出部６８から出力される磁石温度Ｔｍまたは適宜のタイマーの計時値（タイマーＴ）とに基づき、後述するモータ３相短絡制御の実行が要求される減磁モードであるか否かを判定し、この判定結果を、例えばクラッチＣと油圧制御装置１３とＥＮＧ制御装置４３と短絡判定部７０とに出力する。
例えば減磁判定部６９において減磁モードであると判定された場合には、クラッチＣはモータ１と駆動輪Ｗとの接続を開放し、油圧制御装置１３はモータ１を強め界磁状態に設定するようにして誘起電圧定数Ｋｅを増大させ、ＥＮＧ制御装置４３は後述するエンジン高回転制御を実行するように設定されている。
短絡判定部７０は、回転数演算部６０から出力されるモータ１の回転数ＮＭと、減磁判定部６９から出力される判定結果とに基づき、モータ３相短絡制御の実行開始または実行停止を指示する短絡指令を、例えば電流制御部５５およびＰＷＭ信号生成部５７および電流測定部６５へ出力する。
短絡判定部７０は、例えば減磁判定部６９において減磁モードであると判定された状態で、回転数ＮＭが所定の回転数Ｎｒｅｆよりも大きい場合に、モータ３相短絡制御の実行開始を指示する短絡指令を出力する。
このモータ３相短絡制御の実行開始を指示する短絡指令は、例えば電流制御部５５に対して、モータ３相短絡制御の実行時のＰＩ（比例積分）動作に係る電圧変動の補償を指示する短絡補償指令と、ＰＷＭ信号生成部５７に対して、ＰＤＵ４１のＰＷＭインバータ４１Ａのハイサイドアームまたはローサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨまたはＵＬ，ＶＬ，ＷＬをＯＮ状態に設定するスイッチング指令の出力を指示する相短絡指令と、電流測定部６５に対する相電流（つまり、短絡電流）の測定および出力を指示する指令により構成されている。
また、回転数ＮＭに対する所定の回転数Ｎｒｅｆは、例えば図１０に示すように、モータ３相短絡制御の実行時において、回転数ＮＭの変動に伴う相電流（つまり、短絡電流）の変化が所定値未満となる定電流かつ３相短絡トルクが所定値未満となる低トルクの領域に到達する回転数である。
このモータ３相短絡制御の実行開始に伴い、例えば図９に示すように、モータ３相短絡制御の実行時以外の通常運転における所定電圧値の電源電圧円は、モータ３相短絡制御の実行時には、例えば各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨまたはＵＬ，ＶＬ，ＷＬをＯＮ状態に設定するＯＮ電圧と浮遊ダイオードのフォワード電圧との和等からなる、ほぼゼロの電圧値の電源電圧円となる。
これに伴い、例えば上記従来技術の一例のように、通常運転時において内燃機関Ｅの駆動力によりモータ１を回転駆動し、モータ１の端子電圧をバッテリ４２の電源電圧以下に維持するゼロトルク制御の実行状態では、モータ１のインピーダンスＺと、各ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑとに応じた電圧ベクトルの合成ベクトルがモータ１の相電流ｉによる電圧ベクトルｉＺ（通常運転時）となることに対して、モータ３相短絡制御の実行時において内燃機関Ｅの駆動力によりモータ１を回転駆動する状態においては、逆起電圧Ｋｅ・ωに相当する電圧ベクトルｉＺ（短絡時）に応じた弱め界磁位相の電機子磁束が回転子ユニット３の永久磁石９に印加され、この電機子磁束に起因する渦電流損失による自己発熱により永久磁石９が減磁されることになる。
この実施の形態によるモータ制御装置（つまり、制御装置１００ａ）は上記構成を備えており、次に、この制御装置１００ａの動作について説明する。
先ず、例えば図１１に示すステップＳ０１においては、減磁モードであるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０１の処理を繰り返す。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
そして、ステップＳ０２においては、クラッチＣによるモータ１と駆動輪Ｗとの接続を開放する。
そして、ステップＳ０３においては、エンジン高回転制御の実行を開始し、内燃機関Ｅの駆動力によりモータ１を回転駆動する。
そして、ステップＳ０４においては、油圧制御装置１３により内周側回転子６と外周側回転子５との相対位相θを制御し、モータ１を強め界磁状態に設定することで、誘起電圧定数Ｋｅを増大させる。
そして、ステップＳ０５においては、回転数演算部６０から出力されるモータ１の回転数ＮＭが所定の回転数Ｎｒｅｆよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、タイマーの計時を開始する。
そして、ステップＳ０７においては、モータ３相短絡制御の実行を開始する。
そして、ステップＳ０８においては、短絡電流ＩＳ、誘起電圧定数Ｋｅ、磁石温度Ｔｍ、コイル温度Ｔｃを算出する。
そして、ステップＳ０９においては、短絡電流ＩＳが所定電流値ＩＳ＿ｒｅｆよりも小さいか否か、あるいは、誘起電圧定数Ｋｅが所定の所定値Ｋｅ＿ｒｅｆよりも小さいか否か、あるいは、磁石温度Ｔｍが所定磁石温度Ｔｍ＿ｒｅｆよりも高いか否か、あるいは、コイル温度Ｔｃが所定コイル温度Ｔｃ＿ｒｅｆよりも高いか否か、あるいは、タイマーコイル温度Ｔｃが所定コイル温度Ｔｃ＿ｒｅｆよりも高いか否か、あるいは、タイマーの計時値（タイマーＴ）が所定値Ｔ＿ｒｅｆ以上か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０８に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１０に進む。
そして、ステップＳ１０においては、エンジン高回転制御の実行を停止する。
そして、ステップＳ１１においては、油圧制御装置１３により内周側回転子６と外周側回転子５との相対位相θを制御し、モータ１の状態（つまり、誘起電圧定数Ｋｅ）を、上述したステップＳ０３でのエンジン高回転制御の実行開始以前の状態に戻す。
そして、ステップＳ１２においては、モータ３相短絡制御の実行を停止し、一連の処理を終了する。
上述したように、この実施の形態によるモータ制御装置およびモータ制御方法によれば、モータ３相短絡制御により、バッテリ４２の状態に拘わらずに永久磁石９を適切に減磁させることができる。
しかも、モータ１の運転状態が、モータ３相短絡制御の実行時以外の通常運転から、モータ３相短絡制御の実行状態へと移行する際に、過剰に大きなトルク変動が生じてしまうことで車両１００の乗員が車両１００の挙動に違和感を感じてしまうことを防止することができると共に、各モータ定数（例えば、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑ等）の変動が相対的に小さい状態で各モータ定数を精度良く算出することができ、所望の弱め界磁位相の電機子磁束を回転子ユニット３の永久磁石９に安定的に印加することができる。そして、この電機子磁束に起因する渦電流損失によって永久磁石９を自己発熱させ、永久磁石９を適切かつ効率よく減磁させることができる。
しかも、モータ３相短絡制御の実行時に、磁石温度Ｔｍが所定磁石温度Ｔｍ＿ｒｅｆよりも高い場合、あるいは、コイル温度Ｔｃが所定コイル温度Ｔｃ＿ｒｅｆよりも高い場合にエンジン高回転制御およびモータ３相短絡制御の実行を停止することにより、モータ１に熱損傷が生じることを防止することができる。
また、モータ３相短絡制御の実行時に、タイマーの計時値（タイマーＴ）が所定値Ｔ＿ｒｅｆ以上の場合にエンジン高回転制御およびモータ３相短絡制御の実行を停止することにより、過剰なエネルギー消費を防止することができる。
また、モータ３相短絡制御の実行時には、回動機構１１によってモータ１の誘起電圧定数Ｋｅを増大させることにより、回転子ユニット３の永久磁石９に印加される弱め界磁位相の電機子磁束を増大させることができ、各永久磁石９を効率よく減磁させることができる。
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば、ハイブリッド車両以外に電気自動車等に適用してもよいし、車両に適用する場合に限らず、上述した車両の内燃機関の代わりに他の駆動源を具備する適宜の装置に適用してもよい。
なお、上述した実施の形態において、モータ１は外周側回転子５と内周側回転子６とを具備する多重ロータであって、誘起電圧定数Ｋｅを可変としたが、これに限定されず、例えば単一のロータを具備し、誘起電圧定数Ｋｅが所定値に固定されたモータであってもよい。
本発明の実施の形態に係る車両の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るモータの要部断面図である。 本発明の実施の形態に係るモータの最遅角位置に制御されている回転子ユニットの一部部品を省略した側面図である。 本発明の実施の形態に係るモータの回転子ユニットの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るモータの最進角位置に制御されている回転子ユニットの一部部品を省略した側面図である。 本発明の実施の形態に係るモータの内周側回転子の永久磁石と外周側回転子の永久磁石とが同極配置された強め界磁状態を模式的に示す図（ａ）と、内周側回転子の永久磁石と外周側回転子の永久磁石とが異極配置された弱め界磁状態を模式的に示す図（ｂ）を併せて記載した図である。 本発明の実施の形態に係る油圧制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係るＰＤＵの構成図である。 本発明の実施の形態に係る電圧ベクトル図である。 本発明の実施の形態に係るモータの回転数とトルクと相電流との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
１ モータ
２ 固定子（ステータ）
５ 外周側回転子（ロータ、ロータ部材）
６ 内周側回転子（ロータ、ロータ部材）
９ 永久磁石（永久磁石片）
１２ 位相変更手段
４０ モータ制御部（制御手段）
４１ ＰＤＵ（短絡手段）
６５ 電流測定部（検出手段）

Claims (6)

  1. 永久磁石片を具備するロータとステータとを備えるモータを駆動源により回転駆動し、
    前記モータの回転数が所定回転数以上である場合に前記モータの複数相を短絡することにより前記永久磁石片を減磁させており、
    前記所定回転数は、前記モータの複数相を短絡したときに、前記回転数の変動に伴う相電流の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクが所定値未満となるトルクの領域に到達する回転数であることを特徴とするモータ制御方法。
  2. 前記短絡の実行時に、少なくとも前記モータの相電流を含むモータ状態量が所定値以上変動した場合に、前記短絡および前記回転駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
  3. 永久磁石片を具備するロータとステータとを備えるモータと、
    前記ロータを回転駆動可能な駆動源と、
    前記モータの複数相を短絡する短絡手段と、
    前記ロータを前記駆動源により回転駆動させ、前記モータの回転数が所定回転数以上である場合に、前記短絡手段により前記モータの複数相を短絡させることにより前記永久磁石片を減磁させる制御手段と
    を備え、
    前記所定回転数は、前記モータの複数相を短絡したときに、前記回転数の変動に伴う相電流の変化が所定値未満となる定電流かつ短絡トルクが所定値未満となるトルクの領域に到達する回転数であることを特徴とするモータ制御装置。
  4. 前記駆動源は内燃機関であって、前記モータおよび前記内燃機関は車両を走行駆動する駆動源として前記車両に搭載され、
    前記車両の駆動輪と、前記モータおよび前記内燃機関との連結を断接可能な断接手段を備え、
    前記制御手段は、前記ロータを前記内燃機関により回転駆動させる際に、前記断接手段により前記車両の駆動輪と前記モータおよび前記内燃機関との連結を解除することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
  5. 少なくとも前記モータの相電流を含むモータ状態量を検出する検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記モータの複数相を短絡させた状態で、前記検出手段の検出により得られる検出値あるいは該検出値に係る状態量が所定値以上変動した場合に、前記短絡手段による前記短絡の動作および前記駆動源による前記回転駆動の動作を停止することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のモータ制御装置。
  6. 前記ロータは、各々に前記永久磁石片を具備すると共に互いの相対的な位相を変更可能な複数のロータ部材と、前記複数のロータ部材の相対的な位相を変更することによって誘起電圧定数を変更する位相変更手段とを備え、
    前記制御手段は、前記モータの複数相を短絡させる際に、前記位相変更手段により前記誘起電圧定数を所定値以上に増大させることを特徴とする請求項３から請求項５の何れかひとつに記載のモータ制御装置。
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