(57)【要約】【課題】磁石の温度を正確に推定することができ、要求されるパワーに対して必要最小限のモータを用いることができるようにする。【解決手段】このモータ制御装置は、エンジン及び永久磁石式モータを有するハイブリッド式車両に用いられる。モータ制御装置は、回転数センサ８と、電圧検出センサ９、温度演算機能及び電流制御機能を有するモータ制御部６と、を備えている。回転数センサ８はモータ１の回転数を検出する。電圧検出センサ９はモータ１に発生する誘起電圧を検出する。モータ制御部６は、回転数センサ８回転数と、電圧検出センサ９によって得られた誘起電圧と、に基づいて所定の演算式によってモータ１の磁石の温度を推定する。また、モータ制御部６は、推定された磁石温度に応じてモータ１に流す電流を制御する。【選択図】図１
2017108568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石式モータのモータ制御装置であって、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記モータに発生する誘起電圧を検出する電圧検出手段と、
前記回転速度検出手段によって得られた回転速度と、前記電圧検出手段によって得られた誘起電圧と、に基づいて、所定の演算子によって前記モータの磁石の温度を推定する温度演算手段と、
前記温度演算手段の演算結果に応じて前記モータに流す電流を制御する電流制御手段と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段は、前記モータに対して出力停止指令が出されたタイミングで前記誘起電圧を検出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電圧検出手段は、誘起電圧のピーク値を検出する、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段をさらに備え、
前記電圧検出手段は、前記回転位置検出手段で得られた特定の回転位置においてピーク電圧を検出する、
請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータは、エンジンと併用されるハイブリッド電気自動車用永久磁石式モータであり、
前記電圧検出手段は、エンジン走行または空走中に前記モータに対して出力停止指令が出されたタイミングで前記誘起電圧を計測する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
エンジン及び永久磁石式モータを有するハイブリッド式車両の駆動制御装置であって、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記モータに発生する誘起電圧を検出する電圧検出手段と、
前記回転速度検出手段によって得られた回転速度と、前記電圧検出手段によって得られた誘起電圧と、に基づいて、所定の演算式によって前記モータの磁石の温度を推定する温度演算手段と、
前記温度演算手段の演算結果に応じて前記モータに流す電流を制御するとともに、前記温度演算手段によって推定された磁石温度が予め設定された温度よりも高い場合は、その後の前記モータでの車両駆動要求時に、前記モータに流す電流をそれまでの供給電流より低減する電流制御手段と、
前記電流制御手段が前記モータへの供給電流を低減した場合に、前記低減の程度に応じてエンジン出力を増加させるエンジン制御部と、
を備えたハイブリッド式車両の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動制御装置、特に、エンジン及び永久磁石モータを有するハイブリッド式車両の駆動制御装置に関する。また、この駆動制御装置に用いられるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン及びモータを有するハイブリッド式車両では、駆動用モータとして永久磁石により界磁極が構成されている。この永久磁石式モータでは、ステータに電流が供給されることによって熱が発生し、また、磁石表面に発生する渦電流により、磁石の温度が上昇する。そして、磁石の温度が高温になり、かつ磁束負荷が大きい場合は、一瞬で、永久減磁と呼ばれる、磁力を失った状態となる。
【０００３】
この永久減磁と言う致命的な状態を避けるために、一般的にはジスプロシウム等のレアアースと呼ばれる耐熱性の高い材料を用い、十分なマージンを用意する必要が有る。しかし、レアアースは高価であり、しかも発生する頻度の低い状態に備えてマージンを大きくしておくことは経済的合理性に欠ける。さらに、ジスプロシウムを多く配合すると、残留磁束が低下するという性質があり、トルク低下をもたらす。
【０００４】
そこで、まれに起こる高温状態に対応するため、高温の時には磁束負荷を減らす、すなわちトルクを低減させることが考えられるが、このためには磁石の温度を正確に監視する必要がある。
【０００５】
しかし、ロータに埋め込まれた磁石は回転しているので、磁石の温度を直接測定することは困難であり、磁石の温度を推定することが必要になる。
【０００６】
そこで、特許文献１には、モータの誘起電圧を検出し、この検出結果及び特性式を用いてモータの磁石温度を推定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の温度推定方法に用いられる電動機の印加電圧Ｖ１（温度測定を行う任意の運転条件による電動機の印加電圧Ｖ１）は、以下の式で求められる。
【０００９】
Ｖ１＝Ｅｍ＋Ｉｄ×Ｒｔ１＋Ｉｑ×ｊωＬ
Ｅｍ：任意の回転速度Ｎ１で運転時に測定された誘起電圧
Ｉｄ：トルク発生ｄ軸電流
Ｉｑ：トルク発生に寄与しないｑ軸電流
Ｒｔ１：磁石の温度推定を行ったときの巻線抵抗測定値
ｊωＬ：同期リアクタンス
【００１０】
しかし、以上の式においては、電流を流していないときの誘起電圧Ｅｍの他に、電流に依存する以下の３つの誤差要因が含まれる。
【００１１】
（１）例えばＵ相とＶ相の２相の電流を電流センサにより計測したものを、計算によってＩｄ，Ｉｑを求めることが必要。
（２）Ｌ（インダクタンス）は大きな電流依存性があるため電流補正が必要。
（３）Ｒｔ１は銅の抵抗に温度依存性があるため温度補正が必要。
【００１２】
以上の様に計算に用いる変数、定数が多く誤差要因が多い。また、電流センサは一般に電圧センサより高価で精度が芳しくない。しかも、そもそも磁石の温度による磁力低下はわずかであって、実際には精度の高い方法でないと磁石の温度を正確に推定することができない。
【００１３】
本発明の課題は、磁石の温度を正確に推定することができ、これにより永久磁石を低コストで実現できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明に係るモータ制御装置は、エンジン及び永久磁石式モータを有するハイブリッド式車両に用いられる。このモータ制御装置は、回転速度検出手段と、電圧検出手段と、温度演算手段と、電流制御手段と、を備えている。回転速度検出手段はモータの回転速度を検出する。電圧検出手段はモータに発生する誘起電圧を検出する。温度演算手段は、回転速度検出手段によって得られた回転速度と、電圧検出手段によって得られた誘起電圧と、に基づいて所定の演算式によってモータの磁石の温度を推定する。電流制御手段は、温度演算手段の演算結果に応じてモータに流す電流を制御する。
【００１５】
ここで、モータに発生する誘起電圧は、ロータに埋め込まれている磁石が発生する磁束がステータのコイルを横切る速度（すなわちモータの回転数）と、鎖交磁束密度と、に依存する。そして、鎖交磁束密度は永久磁石で作られる磁束であり、永久磁石の磁気強度が温度によって変化すれば、それに比例して鎖交磁束密度が変化する。この原理を応用すれば、誘起電圧及び回転速度を検出することによって、温度が推定できることになる。
【００１６】
そこでこの装置では、モータの回転速度と誘起電圧とを検出し、その検出結果に基づいて所定の演算式によってモータの磁石の温度を推定している。そして、その磁石の推定温度に応じて、モータに最大限流すことができる電流値を抽出し、この電流値によってモータを駆動している。
【００１７】
ここでは、磁石の温度を正確に推定することができるので、永久減磁に対してのマージンを少なくできる。その結果、従来の永久磁石に対して、レアアース配合比率の少ない、安価な永久磁石を用いることができ、従来搭載されていたモータに比較してコストを抑えることができる。
【００１８】
（２）好ましくは、電圧検出手段は、モータに対して出力停止指令が出されたタイミングで（すなわち、インバータ駆動の場合はＰＷＭ停止して）誘起電圧を検出する。
【００１９】
（３）好ましくは、電圧検出手段は、誘起電圧のピーク値を測定する。この場合は、例えば誘起電圧の実効値を検出する場合に比較して、実効値演算をする必要がなく、ある角度範囲において多くの電圧計測値から、前後の値に比べ最も大きな値を選定する作業となる。実効値演算をしないのでＣＰＵの負荷が少なくて済む。
【００２０】
（４）好ましくは、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段をさらに備え、電圧検出手段は、回転位置検出手段で得られた特定の回転位置においてピーク電圧を検出する。
【００２１】
ここでは、１点の角度位置の計測であるから、電圧測定に要する時間が極めて短い。モータ駆動中でも短時間で電圧測定ができるため、駆動系のねじりバネ要素によってワインドアップされている場合、ごく短時間のトルク抜けであるため、トルクがバネ要素に吸収され、運転者がショックと感じないという効果が期待できる。
【００２２】
ここで、「ワインドアップ」及びそれに関する本発明の作用効果について説明する。
【００２３】
ハイブリッド式車両では、駆動モータからタイヤ接地点までには、シャフトやタイヤのゴム等のねじりバネ要素や、さらに大きなねじりバネ要素としてのサスペンションが存在する。そして、駆動力に応じて車両が天地に対して下がる性質があり、これがねじりバネ要素と等価な効果をもたらす。この現象は、ねじりバネ要素を巻き上げるという意味で、「ワインドアップ」と呼ばれる。
【００２４】
駆動力が発生している場合は、これらのねじりバネ要素がねじれており、モータとタイヤ接地点は位相が少しずれていることになる。逆に、位相差が存在する場合はトルクが生じていることになる。
【００２５】
以上のような状況において、モータには慣性モーメントが存在するため、トルクが一瞬なくなっても、モータとタイヤ接地点の位相差がすぐに解消されるわけではなく、巻き上げられたねじりバネ要素が巻き戻るまではトルクが発生している。この性質を利用して、ごく短時間であれば、トルクが小さくなりながらではあるが、トルクが完全に抜けてしまうことがないので、運転者がショックを感じにくくなる。
【００２６】
（５）好ましくは、モータは、エンジンと併用されるハイブリッド電気自動車用永久磁石式モータである。そして、電圧検出手段は、エンジン走行または空走中にモータに対して出力停止指令が出されたタイミングで誘起電圧を計測する。
【００２７】
（６）本発明に係る駆動制御装置は、エンジン及び永久磁石式モータを有するハイブリッド式車両の駆動制御装置であって、回転速度検出手段と、電圧検出手段と、温度演算手段と、電流制御手段と、エンジン制御部と、を備えている。回転速度検出手段はモータの回転速度を検出する。電圧検出手段はモータに発生する誘起電圧を検出する。温度演算手段は、回転速度検出手段によって得られた回転速度と、電圧検出手段によって得られた誘起電圧と、に基づいて、所定の演算子によってモータの磁石の温度を推定する。電流制御手段は、温度演算手段の演算結果に応じてモータに流す電流を制御するとともに、温度演算手段によって推定された磁石温度が予め設定された温度よりも高い場合は、その後のモータでの車両駆動要求時に、モータに流す電流をそれまでの供給電流より低減する。エンジ制御部は、電流制御手段がモータへの供給電流を低減した場合に、低減の程度に応じてエンジン出力を増加させる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のような本発明では、磁石の温度を正確に推定することができ、要求されるパワーに対して必要最小限のモータを用いることができる。したがって、モータのコストを抑え、またモータの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態によるモータ制御装置を有する駆動制御システムのブロック図。
【図２】電流値制限値マップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［システム構成］
図１は、本発明の一実施形態によるモータ制御装置を含むハイブリッド式車両の駆動制御装置のブロック図である。図１に示す駆動制御装置は、エンジン（図示せず)及び永久磁石式モータ１（以下、単に「モータ」と記す）が搭載されたハイブリッド式車両に設けられている。モータ１は永久磁石を用いたいわゆるＰＭモータであり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３つの端子を有する３相の同期式交流モータである。モータ１にはモータ駆動部としてのインバータ２が接続されている。インバータ２は車両のバッテリ３の直流電流を交流電流に変換するものである。また、インバータ２はモータ１のトルクや回転速度（回転数）を制御するために、インバータ２で発生した三相交流の電圧、電流及び周波数を変更するものである。
【００３１】
この駆動制御装置は、エンジンを制御するエンジン制御部５と、インバータ２を制御するモータ制御部６と、エンジン制御部５及びモータ制御部６を制御するハイブリッド制御部７と、を有している。また、この装置は、モータ１の回転数を検出する回転速度センサ８と、モータ１の端子間電圧を検出する電圧センサ９と、を有している。
【００３２】
モータ制御部６は、回転速度センサ８からの出力信号と、電圧センサ９からの出力信号と、が入力される。モータ制御部６は、ハイブリッド制御部７からの指令を受けてインバータ２を制御し、これにより必要な電流がモータ１に供給される。この供給された電流によって、モータ１は要求されたトルクを発生する。また、後述するように、モータ制御部６は、各センサ８，９からの情報に基づいて、磁石の温度を推定する温度演算機能と、推定された温度に応じてモータ１に流す電流を制御する電流制御機能と、有している。
【００３３】
［電流制御］
以下、モータ制御部６における温度演算機能及び電流制御機能について説明する。ここで、モータ１に発生する誘起電圧は、ロータに埋め込んである磁石が発生する磁束がステータのコイルを横切る速度（すなわちモータの回転数）と、鎖交磁束密度と、に依存する。
【００３４】
空転時の誘起電圧Ｅｍ、電機子鎖交磁束φ、回転速度ωとすると、
φ＝Ｅｍ/ω
の関係がある。
【００３５】
このφは永久磁石で作られる磁束であるので、永久磁石の磁気強度が温度によって変化すれば、それに比例してφが変化する。
【００３６】
一方、磁石温度Ｔ（℃）、０℃の時の鎖交磁束φ０、その時の回転速度をω０とすると、
φ＝ａＴ+φ０
の関係がある。ここで、ａは１Ｋあたりの鎖交磁束変化Δφ/ΔＴであり、単位は「Ｗｂ／Ｋ」である。この式を変形すれば、
Ｔ=（φ−φ０）／ａ
となり、１／ａ＝Ａと置きなおすと、
Ｔ=Ａ（φ−φ０）＝Ａ（Ｅｍ／ω−Ｅｍ０／ω０）  −−−（１）
となる。
【００３７】
そこで、Ｅｍを電圧センサ９で検出し、ωを回転速度センサ８で検出する。また、事前に材料物性Ａを調べておき、Ｅｍ０、ω０を測定しておき、温度推定したいときにＥｍ、ωを計測すると上記の式にて温度Ｔを推測することができる。
【００３８】
具体的には、まずハイブリッド制御部７からモータ制御部６に対してトルク０（ゼロ）指令を出力する。このような状態で、インバータ２によってモータ１に対するＰＷＭ駆動を停止させることによって、モータ１が発生する誘起電圧を検出することができる。この誘起電圧を電圧センサ９によって検出する。なお、誘起電圧はサインカーブを描いて変化するので、そのピーク値を測定する。そして、回転速度センサ８及び電圧センサ９の検出結果に基づいて、以下の演算式を用いてモータ磁石温度Ｔｍａｇを推定する。
【００３９】
Ｔｍａｇ=Ａ（Ｅｍ-peak／ω−Ｅｍ０-peak／ω０）
Ｅｍ-peak：誘起電圧のピーク値
【００４０】
以上のようにして求められたモータ磁石推定温度Ｔｍａｇに応じて、モータに最大限指令できるトルクをマップから読みだして抽出する。具体的には、図２に示すような最大電流＝ｇ（磁石温度Ｔ、回転速度ω）のマップを用いて、電流制限をする。そして、計測後に車両を駆動する時に、この制限トルクの範囲内でモータを駆動する。
【００４１】
このような実施形態では、磁石の温度を正確に推定することができるので、要求される性能に対して過剰品質とならないモータを用いることができる。このため、従来搭載されていたモータに比較して、低コストで小型のモータを用いることができる。
【００４２】
また、ハイブリッド制御部７からモータ制御部６にトルク０（ゼロ）指令を出力し、これによりモータ制御部６からインバータ２にＰＷＭ駆動停止指令が出されたタイミングで誘起電圧を検出し、磁石温度を推定しているので、本制御に関連する車両の変動をなくすことができる。さらに、誘起電圧のピーク値を検出して磁石温度を推定しているので、例えば誘起電圧の実効値を検出する場合に比較して、実効値演算をする必要がなく、ある角度範囲において多くの電圧計測値から、前後の値に比べ最も大きな値を選定する作業となる。実効値演算をしないのでＣＰＵの負荷が少なくて済む。
【００４３】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００４４】
（ａ）前記実施形態では、誘起電圧のピーク値を測定する手法については特に言及していないが、図１の二点鎖線で示すように、モータ１の回転位置を検出する回転位置センサ１０を設け、誘起電圧のピーク値を測定すればよい。すなわち、前述のように、誘起電圧はサインカーブを描いて変動するが、回転位置センサ１０によってモータの回転角度位置を検出すれば、誘起電圧のピーク値が現れるタイミングがわかる。そこで、回転位置センサ１０の検出結果を利用して誘起電圧のピーク値を容易に測定することができる。
【００４５】
（ｂ）式（１）では、誘起電圧のピーク値を使ってモータ磁石温度を演算するようにしたが、誘起電圧の実効値を用いてモータ磁石温度を演算するようにしてもよい。
【００４６】
（ｃ）推定された磁石温度が予め設定された温度よりも高い場合は、その後のモータでの車両駆動要求時に、モータに流す電流をそれまでの供給電流より低減するようにしてもよい。この場合は、供給電流の低減の程度に応じてエンジン出力を増加させるのが好ましい。これにより、磁石温度の如何にかかわらず駆動力が変化しないようにすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  モータ
２  インバータ
５  エンジン制御部
６  モータ制御部
７  ハイブリッド制御部
８  回転速度センサ
９  電圧センサ
１０  回転位置センサ
【図１】
2017108568.tif 000003
【図２】
2017108568.tif 000004