(57)【要約】【課題】回転電機の駆動制御において、永久磁石の減磁防止を行いながら、燃費向上を図ることである。【解決手段】回転電機駆動システム１０は、車両に搭載される回転電機１２と、回転電機１２に接続される制御回路１４と、制御回路１４を制御する制御装置１６を備える。制御装置１６は、永久磁石２４の温度を取得する磁石温度取得部６０と、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部６２と、永久磁石の温度と冷媒の温度に応じて、永久磁石２４の温度を上昇させ、あるいは、永久磁石２４の温度上昇を抑制する制御を行う温度制御部６４を含む。永久磁石２４の温度を上昇させるには、システム電圧を高くし、または、各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設け、または、駆動回路に用いられるキャリア周波数を低く変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を含む回転子を有する回転電機の駆動制御装置であって、
永久磁石の温度を取得する磁石温度取得部と、
少なくとも回転子を冷却する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、
永久磁石の温度が予め定めた第１閾値温度以下で、かつ冷媒の温度が予め定めた第２閾値温度以下のときに永久磁石の昇温処理を行う温度制御部と、
を備えることを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置において、
昇温処理は、
回転電機の駆動回路のシステム電圧を高くして、回転電機の駆動制御モードを矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に変更することを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置において、
昇温処理は、
回転電機の各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けることを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置において、
昇温処理は、
回転電機の駆動回路に用いられるキャリア周波数を低く変更することを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の回転電機の駆動制御装置において、
温度制御部は、回転電機の動作点をそのままにして昇温処理を行うことを特徴とする回転電機の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の駆動制御装置に係り、特に、回転子が永久磁石を含み、高温で減磁する永久磁石を冷媒で冷却する回転電機の改良された駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を用いる回転電機では、温度変化による永久磁石の減磁が問題となる。例えば、特許文献１には、電動機の駆動制御装置として、回転子に装着された永久磁石の温度を油温かステータ温度から推定し、これに基づき駆動制御モードの適用範囲を変更することが開示されている。すなわち、磁石温度の上昇時には、高周波数でのスイッチング制御が行われるＰＷＭ制御よりも、モータ電流の高周波成分による磁界変動が少なく渦電流の少ない矩形波制御モードがより広く適用されることが述べられている。
【０００３】
また、特許文献２には、同期機の制御装置においてベクトル制御の回路方程式の電機子磁束から永久磁石の温度推定をするときに、コイル抵抗の温度依存性の影響と、ｄ軸インダクタンスのｄ軸電流依存性等の影響を無視できないことを指摘している。そこで、同期機の回転速度、基本波電流とともに、高調波電圧指令値を用いることで、これらの影響を受けずに永久磁石の温度推定を行うことが開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、モータ駆動装置として、温度センサ等で検出される永久磁石の温度が閾値を超えたときに、モータ電流に重畳するリップル電流を低減するように、スイッチング素子をスイッチングするキャリア周波数を高くすることが述べられている。
【０００５】
これとは逆に、特許文献４には、モータ駆動制御方法として、モータ電流値から磁石温度を推定し、磁石温度が基準温度未満のときは、通常時よりもキャリア周波数を低くしてリップル電流を大きくし、渦電流を増大させてモータ温度を上昇させることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７１６４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３５２８６号公報
【特許文献３】特開２０１０−９３９８２号公報
【特許文献４】特開２００９−１８９１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転電機は作動によって温度が上昇するので、永久磁石の減磁防止には回転電機を冷却することが行われる。冷却用冷媒の温度を低温とすれば永久磁石の減磁防止に効果的となるが、冷媒の粘度が高くなるので、回転電機の回転負荷が増加し、燃費が低下する。そこで、減磁防止と燃費向上のバランスが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、永久磁石の減磁防止を行いながら、燃費向上を図ることができる回転電機の駆動制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機の駆動制御装置は、永久磁石を含む回転子を有する回転電機の駆動制御装置であって、永久磁石の温度を取得する磁石温度取得部と、少なくとも回転子を冷却する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、永久磁石の温度が予め定めた第１閾値温度以下で、かつ冷媒の温度が予め定めた第２閾値温度以下のときに永久磁石の昇温処理を行う温度制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機の駆動制御装置において、昇温処理は、回転電機の駆動回路のシステム電圧を高くして、回転電機の駆動制御モードを矩形波制御モードから正弦波制御モードに変更することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機の駆動制御装置において、昇温処理は、回転電機の各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機の駆動制御装置において、昇温処理は、回転電機の駆動回路に用いられるキャリア周波数を低く変更することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機の駆動制御装置において、温度制御部は、回転電機の動作点をそのままにして昇温処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、回転電機の駆動制御装置は、永久磁石の温度が予め定めた第１閾値温度以下で、かつ冷媒の温度が予め定めた第２閾値温度以下のときに永久磁石の昇温処理を行う。ここで、第１閾値温度を永久磁石の減磁が生じない範囲の温度とすることで、永久磁石の減磁の心配のない範囲で永久磁石を昇温して冷媒の温度を上昇させてその粘度を低下させ、燃費向上を図ることができる。
【００１５】
また、回転電機の駆動制御装置において、回転電機の駆動回路のシステム電圧を高くして、回転電機の駆動制御モードを矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に変更して永久磁石の昇温処理を行う。正弦波制御モード側の方が矩形波制御モード側に比べ駆動信号の高周波成分が増え、固定子の磁界変動が頻繁となり、永久磁石における渦電流損失が増大し、永久磁石の温度が上昇し、これを冷却する冷媒の温度が上昇する。これによって燃費向上を図ることができる。
【００１６】
また、回転電機の駆動制御装置において、回転電機の各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けて、永久磁石の昇温処理を行う。例えば、三相駆動型の回転電機では、各相駆動電流値の和はゼロとなるように制御される。ここで、各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けると、各相駆動電流値の和はゼロとならずＤＣ成分の電流が流れる。このＤＣ成分の電流の発生は、その分、回転する永久磁石にとっては磁界変動が生じることになり、永久磁石に渦電流が発生し、永久磁石の温度が上昇し、これを冷却する冷媒の温度が上昇する。これによって燃費向上を図ることができる。
【００１７】
また、回転電機の駆動制御装置において、回転電機の駆動回路に用いられるキャリア周波数を低く変更して永久磁石の昇温処理を行う。キャリア周波数を低くすると、駆動電流に重畳するリップル電流が大きくなる。リップル電流が増加すると永久磁石に発生する渦電流が増加し、永久磁石の温度が上昇し、これを冷却する冷媒の温度が上昇する。これによって燃費向上を図ることができる。
【００１８】
また、回転電機の駆動制御装置において、回転電機の動作点をそのままにして昇温処理を行う。これにより、回転電機の動作状態を変更することなく、迅速に永久磁石と冷媒の温度を上昇させることができる。なお、システム電圧の変更、オフセット電流偏差の設定、キャリア周波数の変更は、いずれも回転電機の動作点をそのままとできる好適な例である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機の駆動制御装置を含む回転電機の駆動システムを示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、回転電機の駆動制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、温度センサを用いずに永久磁石の温度を推定することを示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、システム電圧の変更で回転電機の制御モードを切り替えることを示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、回転電機の各相駆動電流値の間にオフセット偏差を設けることを示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、インバータのキャリア周波数を変更することでリップル電流の大きさが変化することを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として車両に搭載されるモータ・ジェネレータを述べるが、車両搭載以外の回転電機であってもよい。また、以下では、永久磁石として、ネオジム磁石を述べるが、これ以外の希土類磁石、例えば、サマリウムコバルト系磁石、サマリウム鉄窒素系磁石等であってもよい。また、希土類磁石の他、フェライト磁石、アルニコ磁石であってもよい。以下では、永久磁石を含むロータを冷却する冷媒としてＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）を述べるが、これ以外の油性冷媒であってもよく、場合によっては水性冷媒、気体冷媒であってもよい。
【００２１】
以下では、回転電機の制御モードの切替を矩形波制御モードと正弦波制御モードとの間で行うものとして述べるが、過変調制御モードを含めた３つの制御モードの間で切り替えるものとしてもよい。この場合は、インバータの出力の基本波成分を同じとしてシステム電圧を増加させると、増加方向にしたがって、矩形波制御モードから過変調制御モード、過変調制御モードから正弦波変調モードと切替が生じ、矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に移るにつれて、回転子の永久磁石における渦電流損失が増大する。
【００２２】
以下で述べる温度、電圧等は、説明のための例示であって、回転電機制御装置の仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００２３】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２４】
図１は、車両用の回転電機駆動システム１０の構成を示す図である。回転電機駆動システム１０は、車両に搭載される回転電機１２と、回転電機１２に接続される制御回路１４と、制御回路１４を制御する制御装置１６を含む。ここで、制御回路１４と制御装置１６が回転電機１２の作動を制御する機能を有し、回転電機の駆動制御装置に相当する。
【００２５】
回転電機１２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。すなわち、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能する。
【００２６】
回転電機１２は、回転磁界を発生する各相巻線を有する円環状の固定子と、円環状の固定子に囲まれて配置される回転子とを含む。なお、回転子はロータとも呼ばれる。図１では、回転電機１２として回転子２０の部分が抜き出して断面図で示されている。なお、後述する図５には、回転電機１２の模式図として、固定子１８と回転子２０の関係が示されている。
【００２７】
回転子２０は、電磁鋼板を積層して形成されるロータコア２２に永久磁石２４が埋め込まれ、ロータコア２２の中心軸に回転軸２６が取り付けられている。
【００２８】
永久磁石２４は、希土類焼結磁石であるネオジム磁石が用いられる。ネオジム磁石は、温度が高温になるにつれて磁力が減少する温度特性を有する。この温度特性は、温度があまり高くないうちは可逆的な減磁特性であるが、さらに温度が高温となると、受ける反磁界の強さに依存して、不可逆的な減磁を生じる。永久磁石２４の減磁が進行すると回転電機１２の出力トルクが低下する。不可逆的な減磁が生じる温度を減磁閾値温度とすると、減磁閾値温度は、例えば、１４０℃である。永久磁石２４は、減磁閾値温度以下で用いられることが好ましい。
【００２９】
回転軸２６は、図示されていないモータケースに設けられる軸受に回転自在に支持される。固定子の各相巻線に所定の駆動信号が供給されると、固定子は回転磁界を発生し、その回転磁界と永久磁石２４の協働作用によって、回転子２０は回転し、回転軸２６にトルクを出力する。
【００３０】
回転角速度検出部２８は、回転軸２６の回転角速度ωを検出する手段で、検出結果は適当な信号線で制御装置１６に伝送される。
【００３１】
回転軸２６を貫通して設けられる冷媒通路３０は、回転子２０を冷却する冷媒を流す流路である。冷媒通路３１は、冷媒通路３０から分岐してロータコア２２の中を永久磁石２４の配置方向に沿って設けられる流路である。冷媒通路３０，３１を流れる冷媒としては、ＡＴＦと呼ばれる流体が用いられる。ＡＴＦは、回転電機１２と、図１では図示されていない変速機について、潤滑と冷却のために循環して供給される油流体である。ＡＴＦは、温度が低温になるにつれて粘度が高くなる温度特性を有する。ＡＴＦは回転電機１２と変速機の潤滑に用いられるので、粘度が高くなると回転電機１２や変速機の負荷が重くなり、車両運行における燃費が低下する。燃費低下の影響が出ない温度を燃費閾値温度とすると、燃費閾値温度は、例えば、５０℃である。ＡＴＦは燃費閾値温度以上で用いられることが好ましい。
【００３２】
冷媒温度センサ３２は、冷媒であるＡＴＦの温度θCを検出する手段で、検出結果は適当な信号線で制御装置１６に伝送される。
【００３３】
制御回路１４は、電源回路３６と、電源回路３６に接続されるインバータ３８と、トルク指令値Ｔ*を与えるトルク指令部４０と、正弦波制御回路４２と、矩形波制御回路４４と、モード切替回路４６を含む。
【００３４】
電源回路３６は、インバータ３８にシステム電圧ＶHを有する直流電力を供給する高電圧直流電源である。電源回路３６としては、リチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池、大容量キャパシタ等の電源と、適当な昇降圧回路を含む。システム電圧ＶHとしては、約５００から６００Ｖが用いられる。
【００３５】
インバータ３８は、回転電機１２の固定子の各相巻線に接続される回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含み、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ３８は、回転電機１２を電動機として機能させるときは、電源回路３６側からの直流電力を三相駆動電力に変換し、回転電機１２に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。また、回転電機１２を発電機として機能させるときは、回転電機１２からの三相回生電力を直流電力に変換し、電源回路３６側に充電電力として供給する交直変換機能を有する。
【００３６】
トルク指令部４０は、車両のユーザである運転者のアクセル操作等を検出して、ユーザの要望するトルク指令値Ｔ*として、正弦波制御回路４２と矩形波制御回路４４に与える。
【００３７】
正弦波制御回路４２は、回転電機１２の制御モードが正弦波制御モードのときに、ＰＷＭ駆動信号を生成してインバータ３８に供給する回路である。正弦波制御回路４２は、電流指令値に実電流値をフィードバックする電流フィードバック制御を行う回路で、電流指令生成部４８と、電流制御部５０と、ＰＷＭ回路５２を含む。
【００３８】
電流指令生成部４８は、トルク指令値Ｔ*を受け取って、ベクトル制御におけるｄ軸電流指令値Ｉd*とｑ軸電流指令値Ｉq*を出力する。電流制御部５０は、回転電機１２の三相駆動電流の実際の値であるＩU，ＩV，ＩWを変換してｄ軸実電流値Ｉdとｑ軸実電流値Ｉqを求め、これらから求められるｄ軸電流偏差ΔＩd＝（Ｉd*−Ｉd）とｑ軸電流偏差ΔＩq＝（Ｉq*−Ｉq）をそれぞれゼロにするように比例積分（ＰＩ）制御を実行してｄ軸電圧指令値Ｖd*とｑ軸電圧指令値Ｖq*を出力する。ＰＷＭ回路５２は、Ｖd*，Ｖq*をパルス変換して三相駆動電圧指令値ＶU，ＶV，ＶWを出力する。
【００３９】
矩形波制御回路４４は、回転電機１２の制御モードが矩形波制御モードのときに、矩形波駆動信号を生成してインバータ３８に供給する回路である。矩形波制御回路４４は、トルク指令値Ｔ*に実トルク値Ｔをフィードバックするトルクフィードバック制御を行う回路で、減算器５４と、電圧位相制御部５６と、矩形波発生部５８を含む。
【００４０】
減算器５４は、回転電機１２の駆動実電流値と駆動実電圧値と実回転数から回転電機１２の実トルク値Ｔを求め、トルク偏差ΔＴ＝（Ｔ*−Ｔ）を出力する。電圧位相制御部５６は、トルク偏差をゼロとするように、指令電圧ベクトルの絶対値｜Ｖ*｜と指令電圧位相Ψを出力する。ここで、指令電圧ベクトルの絶対値は、｜Ｖ*｜＝（Ｖd*2＋Ｖq*2）1/2で計算される値である。矩形波発生部５８は、｜Ｖ*｜とΨを有する矩形波駆動信号を出力する。
【００４１】
モード切替回路４６は、予め定めた切替基準に従って、回転電機１２の制御モードを定め、定められた制御モードに従って、ＰＷＭ回路５２または矩形波発生部５８のいずれかをインバータ３８の接続先とする切替回路である。予め定めた切替基準としては、変調率＝｜Ｖ*｜／ＶHを用いることができる。例えば、変調率が０．６１以下のときは正弦波制御モードとし、変調率が０．７８のときに矩形波制御モードとすることができる。
【００４２】
変調率が０．６１から０．７８の場合は、回転電機１２の制御モードを過変調制御モードとすることができる。過変調制御モードを用いるときは、過変調駆動信号を供給する過変調制御回路が制御回路１４に設けられる。過変調制御回路は、ＰＷＭ回路５２において適用される変調率が０．６１から０．７８であることを除けば、正弦波制御回路４２と同様の構成を有するので、詳細な説明を省略する。
【００４３】
制御装置１６は、制御回路１４の動作を全体として制御する装置で、ここでは特に、永久磁石２４の温度と冷媒の温度のバランスをとって、永久磁石２４の減磁を抑制しながら、車両の燃費向上を図る制御を行う。
【００４４】
そのために、制御装置１６は、永久磁石２４の温度を取得する磁石温度取得部６０と、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部６２と、永久磁石の温度と冷媒の温度に応じて、永久磁石２４の温度を上昇させ、あるいは、永久磁石２４の温度上昇を抑制する制御を行う温度制御部６４を含む。かかる機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、回転電機駆動制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００４５】
上記構成の作用を図２から図６を用いて詳細に説明する。図２は、永久磁石２４の減磁を抑制しながら、車両の燃費向上を図る回転電機駆動制御の手順を示すフローチャートである。各手順は、回転電機駆動制御プログラムの処理手順にそれぞれ対応する。
【００４６】
ここでは、磁石温度を例えばベクトル制御の電圧方程式を用いて算出によって推定して取得するために、ｑ軸電圧指令値Ｖq*と、ｑ軸実電圧値Ｖqと、回転電機１２の回転角速度ωを取得する（Ｓ１０）。ｑ軸電圧指令値Ｖq*は、電流制御部５０の出力、または電圧位相制御部５６の出力から取得できる。ｑ軸実電圧値Ｖqは、インバータ３８の三相電圧出力ＶU，ＶV，ＶWを変換して求められる。ωは、回転角速度検出部２８の検出値から取得できる。
【００４７】
次に、取得されたＶq*，Ｖq，ωから、永久磁石２４の温度θMを算出によって推定して取得する（Ｓ１２）。この処理手順は、制御装置１６の磁石温度取得部６０の機能によって実行される。なお、永久磁石２４の温度θMを取得するのに温度センサを用いないのは、永久磁石２４が埋め込まれた回転子２０が回転するため、温度センサからの信号線を取り出すことが困難なためである。図３は、予め求めた逆起電力と温度の関係式に基づき、Ｖq*，Ｖq，ωから逆起電力を算出して、永久磁石２４の温度θMを推定することを示す図である。
【００４８】
図３（ａ）は、逆起電力と永久磁石２４の温度θMの関係を示す図である。この関係を示すデータは、予め実験で、あるいはシミュレーション等から求めておくことができる。この関係を示すデータは、マップ形式でもよく、ルックアップテーブルの形式、関係式の形式等であってもよい。この関係データは制御装置１６の適当なメモリに記憶され、必要なときに読み出される。
【００４９】
図３（ｂ）は、基準となる温度θ0におけるベクトル制御の各成分を示す図で、図３（ｃ）は、任意の温度θ1におけるベクトル制御の各成分を示す図である。θ0としては、Ｖq*が適用される温度、例えば常温とすることができる。
【００５０】
図３（ｂ），（ｃ）では、ベクトル制御の電圧方程式であるＶq＝ωφ＋ωＬdＩdが用いられる。ここで、φは磁束で、Ｌdは回転電機１２のｄ軸インダクタンスである。図３（ｂ）では、φが温度θ0における磁束として示され、図３（ｃ）ではφ’が温度θ1における磁束として示されている。永久磁石２４の温度θMが温度θ0から温度θ1に上昇したことで生じる減磁率は、｛１−（φ’／φ）｝である。なお、逆起電力は、ωφで示される。
【００５１】
温度θ0における図３（ｂ）では、磁束がφで、ｑ軸電圧値はＶq＝Ｖq*である。したがって、電圧方程式は、上記のＶq＝ωφ＋ωＬdＩdとなるので、図３（ｂ）では、ωφ＝Ｖq−ωＬdＩdの関係が示されている。温度θ1における図３（ｃ）では、磁束がφ’となって、ｑ軸電圧値はＶq＝Ｖq’となる。ここでは、電圧方程式は、Ｖq’＝ωφ’＋ωＬdＩdとなるので、図３（ｃ）では、ωφ’＝Ｖq’−ωＬdＩdの関係が示されている。
【００５２】
図３（ｂ）と（ｃ）を比較すると、温度がθ0からθ1に変化してもωＬdＩdは一定値であるので、逆起電力の変化を示すω（φ−φ’）は、（Ｖq−Ｖq’）で求められることが分かる。すなわち、温度変化による逆起電力の変化は、ｑ軸電圧値の変化を測定することで求められる。逆起電力の変化が求められれば、図３（ａ）の関係を用いて、その変化に対応する温度変化が求められる。このようにして、温度センサを用いなくても、永久磁石２４の温度θMを算出によって推定して取得することができる。なお、永久磁石２４の温度θMは、算出以外の方法、例えばマップ参照等によって、導出してもよい。
【００５３】
再び図２に戻り、永久磁石２４の推定された温度θMが算出によって取得されると、冷媒温度θCが検出される（Ｓ１４）。この処理手順は、制御装置１６の冷媒温度検出部６２の機能によって実行される。冷媒温度θCは、冷媒温度センサ３２の検出データを受け取ることで取得できる。なお、Ｓ１４は、Ｓ１０，Ｓ１２に先立って実行されてもよい。
【００５４】
永久磁石２４の推定された温度θMと冷媒温度θCが取得されると、これらの温度の状態に応じて、昇温制御（Ｓ１８）または保護制御（Ｓ２２）または通常制御（Ｓ２４）が行われる。これらは、制御装置１６の温度制御部６４の機能によって実行される。
【００５５】
ここで、θMが第１閾値温度以下で、かつ、θCが第２閾値温度以下か否かが判断される（Ｓ１６）。判断が肯定されるときは、Ｓ１８の昇温制御が行われる。昇温制御は、θMが十分低く、温度を上昇させても減磁の恐れが少ないにもかかわらず、θCが低すぎて粘度が高く、燃費が低下している場合に行われる温度制御である。
【００５６】
したがって、θMに関する第１閾値温度は、減磁閾値温度に比べ、十分低い温度とすることがよい。減磁閾値温度を１４０℃とすると、第１閾値温度は、回転電機１２の常用温度程度とすることがよい。常用温度を７５℃とすると、第１閾値温度を７５℃とすることができる。勿論、１４０℃より十分低ければ、７５℃よりも高くてもよく、また、７５℃よりも低くてもよい。第１閾値温度の下限は、永久磁石２４の低温保証温度以上とすることがよい。低温保証温度としては、ネオジム磁石の場合、例えば、−４０℃である。
【００５７】
また、θCに関する第２閾値温度は、燃費閾値温度とすることがよい。燃費閾値温度を５０℃とすると、第２閾値温度は５０℃とされる。勿論燃費閾値温度以上であればよいので、５０℃以上であっても構わない。
【００５８】
昇温制御としては、システム電圧ＶHを高くして、回転電機１２の駆動制御モードを矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に変更すること、回転電機１２の各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けること、回転電機１２の駆動回路であるインバータ３８に用いられるキャリア周波数を低く変更することがある。これらの内容については、図４から図６を用いて後述する。
【００５９】
Ｓ１６の判断が否定されると、次にθMが減磁閾値温度を超えているか否かが判断される（Ｓ２０）。上記の例で、減磁閾値温度は１４０℃である。Ｓ２０の判断が肯定されると、永久磁石２４に減磁の恐れがあるので、保護制御が実行される（Ｓ２２）。保護制御としては、システム電圧ＶHが引き下げられる。上記の例で、システム電圧ＶHの範囲が約５００Ｖから約６００Ｖであるので、保護制御としては、システム電圧ＶHを５００Ｖまでの範囲で引き下げる。これによって、回転電機１２の動作による発熱を抑制して、永久磁石２４の温度の低下を図ることができる。
【００６０】
Ｓ２０の判断が否定されると、通常の回転電機駆動制御が行われる（Ｓ２４）。Ｓ１６の判断が否定され、Ｓ２０の判断が否定されるときは、θMが第１閾値温度以上で減磁閾値温度以下である。上記の例で、７５℃以上１４０℃以下の範囲である。θMとθCに大きな差がないとすれば、このときθCは燃費閾値温度以上となっている。したがって、永久磁石２４の温度θMを上昇させて冷媒の温度θCを上昇させる必要が特にない。つまり、減磁が生ぜず、燃費も低下しないので、通常の回転電機駆動制御を継続してよい。
【００６１】
このようにして、θMとθCの状態に応じて、昇温制御（Ｓ１８）または保護制御（Ｓ２２）または通常制御（Ｓ２４）を使い分けることで、永久磁石２４の減磁を抑制して、部品としての永久磁石２４を保護すると共に、燃費向上を図ることができる。また、冷媒の温度調節と永久磁石２４の保護の最適化を行うことができる。
【００６２】
次に、図４から図６を用いて、昇温制御の内容を説明する。図４は、システム電圧ＶHを高くして、回転電機１２の駆動制御モードを矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に変更することで、永久磁石２４の温度を上昇させることを示す図である。
【００６３】
図４（ａ）は、システム電圧ＶHが高い場合でＰＷＭ制御モードとなっている場合、（ｂ）はシステム電圧ＶHが低い場合で矩形波制御モードとなっている場合である。これらの図では、横軸に時間をとって、インバータ３８の出力における基本波成分の波形７０と、キャリア信号の波形７２，７６がそれぞれ左側の図（ａ１），（ｂ１）に示される。また、基本波成分の波形７０とキャリア信号の波形７２，７６を比較してパルス変換または矩形変換した結果がそれぞれ右側の図（ａ２），（ｂ２）に示される。
【００６４】
インバータ３８の出力における基本波成分の波形７０とは、位相が１２０度ずつずれている各相駆動信号の位相差を無視したときの信号波形で、ＰＷＭ回路５２におけるパルス変換、または矩形波発生部５８における矩形変換が行われる前のアナログ信号波形である。この一周期が回転電機１２の回転周期である。ここで、システム電圧ＶHを変更しても、基本波成分の波形７０に変更は加えられない。つまり、回転電機１２の動作点をそのままにして、システム電圧ＶHが変更される。すなわち、図２のＳ１６の判断が肯定されると、単に、システム電圧ＶHがＶH1からＶH2に変更されるだけである。
【００６５】
基本波成分の波形７０に変更がないときは、電圧指令値の絶対値｜Ｖ*｜＝（Ｖd*2＋Ｖq*2）1/2に変更がない。ここでシステム電圧ＶHが変更されると、変調率＝｜Ｖ*｜／ＶHが変わる。システム電圧ＶHが小さい値のＶH1から大きい値のＶH2に変更されると、変調率が小さくなる。したがって、回転電機１２の制御モードが、矩形波制御モード側から正弦波制御モード側に変更される。図４の例では、システム電圧ＶH1のときに矩形波制御モードであったが、システム電圧ＶH2になって、正弦波制御モードに変更される。例えば、システム電圧ＶH1＝５００Ｖのときに変調率が０．７８で矩形波制御モードであったものを、システム電圧ＶH2＝６００Ｖに変更することで変調率が０．６１以下となれば、モード切替回路４６の機能によって自動的に正弦波制御モードに切り替わる。
【００６６】
インバータ３８は、固定子の回転磁界を生成する各相巻線に供給する駆動信号を出力する回路であるので、図４（ａ），（ｂ）の右側の図で示されるパルス変換後の波形７４と矩形変換後の波形７８が固定子の回転磁界の変動の頻繁さを示していることになる。ここで示されるように、矩形波制御モードの矩形変換後の信号の変動に比べ、正弦波制御モードのパルス変換後の信号の変動が頻繁である。このように、正弦波制御モード側の方が矩形波制御モード側に比べ、駆動信号の変動が高周波側となり、固定子の磁界変動が頻繁となる。
【００６７】
一般的に、渦電流損失は、周波数ｆと磁束密度Ｂと電磁鋼板厚さｔの積の２乗である（ｆＢｔ）2に比例する。固定子の磁界変動の頻繁さをｆで示すとすると、正弦波制御モードの方が矩形波制御モードに比べｆが大となるので、永久磁石２４における渦電流損失が増大する。これによって永久磁石２４の温度θMが上昇し、これを冷却する冷媒の温度θCが上昇する。このようにして冷媒の粘度を低下させ、車両としての燃費向上を図ることができる。
【００６８】
図５は、回転電機１２の各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けることで、永久磁石２４の温度を上昇させることを示す図である。図５（ａ）は、回転電機１２の模式図で、環状形状の固定子１８と、環状形状に囲まれた回転子２０が示されている。ここで、三相駆動電流ＩU，ＩV，ＩWは、固定子１８の各相巻線に供給される。図５（ｂ）は、横軸に時間をとって、通常制御の場合の三相駆動電流ＩU，ＩV，ＩWの関係を示す図で、各相駆動電流は、互いに位相が１２０度ずれているが、信号波形としては同じである。したがって、各相駆動電流値の和である（ＩU＋ＩV＋ＩW）はゼロとなるように制御が行われている。
【００６９】
図５（ｃ）は、ＩWを他のＩU，ＩVに比べて、オフセット偏差ＩOFFSETを設けた例を示す図である。このように、各相駆動電流値の間で、オフセット偏差を設けると、各相駆動電流値の和はゼロとならず、ＤＣ成分の電流が流れる。なお、この場合、回転電機１２の動作点は変更されず、そのままである。オフセット偏差を設けるのは、駆動電流のバイアス値の設定を変更することで行うことができるが、その他に、各相駆動電流を検出する電流センサが元々有しているセンサオフセットを利用することができる。すなわち、通常の制御では、電流検出精度を確保するためにセンサオフセットをゼロにすることが行われる。このセンサオフセットをゼロにする制御をしないことで、オフセット偏差が自然と生じる。
【００７０】
オフセット偏差によって生じるＤＣ成分の電流の発生は、その分、回転する永久磁石２４にとっては磁界変動が生じることになり、永久磁石２４に渦電流が発生する。これによって永久磁石２４の温度が上昇し、これを冷却する冷媒の温度が上昇する。このようにして冷媒の粘度を低下させ、車両としての燃費向上を図ることができる。
【００７１】
図６は、回転電機１２の駆動回路であるインバータ３８に用いられるキャリア周波数を低く変更することで、永久磁石２４の温度を上昇させることを示す図である。インバータ３８におけるキャリア周波数とは、図４で説明したキャリア信号の波形７２，７６の周波数である。
【００７２】
図６は、横軸に時間をとり、駆動電流に重畳するリップル電流を示す図で、図６（ａ）はキャリア周波数が高い場合、（ｂ）はキャリア周波数が低い場合である。図６に示されるように、キャリア周波数を低く変更することで、駆動電流に重畳するリップル電流が増加する。なお、この場合、回転電機１２の動作点に変更はない。
【００７３】
リップル電流が増加すると、永久磁石２４に発生する渦電流が増加し、永久磁石の温度が上昇し、これを冷却する冷媒の温度が上昇する。このようにして冷媒の粘度を低下させ、車両としての燃費向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０  回転電機駆動システム、１２  回転電機、１４  制御回路、１６  制御装置、１８  固定子、２０  回転子、２２  ロータコア、２４  永久磁石、２６  回転軸、２８  回転角速度検出部、３０，３１  冷媒通路、３２  冷媒温度センサ、３６  電源回路、３８  インバータ、４０  トルク指令部、４２  正弦波制御回路、４４  矩形波制御回路、４６  モード切替回路、４８  電流指令生成部、５０  電流制御部、５２  ＰＷＭ回路、５４  減算器、５６  電圧位相制御部、５８  矩形波発生部、６０  磁石温度取得部、６２  冷媒温度検出部、６４  温度制御部、７０，７２，７４，７６，７８  波形。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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