(57)【要約】【課題】温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性の高い回転電機の制御装置及び回転電機装置を提供することにある。【解決手段】回転電機１００の回転子２は、交互に対向して配置された爪形磁極６，７と、形磁極の内部に巻回された界磁巻線１４と、爪形磁極間に配置された永久磁石９とを有する。温度算出回路２０２は、界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、界磁巻線の温度Ｔｆを算出する。減磁率算出回路２０４は、温度算出回路２０２により算出された界磁巻線の温度Ｔｆと、界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに基づいて、永久磁石９の減磁率ηｍを算出する。比較回路２０５は、減磁率算出回路２０４によって算出された永久磁石の減磁率ηｍを、予め設定した設定値ηｍｓと比較して、比較結果を出力する。【選択図】図２
2009165232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、
該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機に用いられ、
前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御装置であって、
前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆを算出する温度算出部と、
該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出する減磁率算出部と、
該減磁率算出部によって算出された前記永久磁石の減磁率ηｍを、予め設定した設定値ηｍｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記減磁率算出部は、該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに加えて、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の回転電機の制御装置において、
前記比較部の出力に応じて、前記減磁量を抑制する動作をさせる制御部を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の回転電機の制御装置において、
前記制御部は、前記比較部の出力に応じて、車両の負荷を軽減する制御を実行することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の回転電機の制御装置において、
前記制御部は、前記比較部の出力に応じて、界磁巻線の励磁を調整することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項６】
固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、
該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機に用いられ、
前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御装置であって、
前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆ、若しくは、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａと、前記固定子巻線の両端電圧Ｖ０に基づいて、前記固定子巻線の温度Ｔａを算出する温度算出部と、
該温度算出部によって算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆ若しくは前記固定子巻線の温度Ｔａを、予め設定した設定値Ｔｆｓ，Ｔａｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の回転電機の制御装置において、
前記比較部の出力に応じて、前記減磁量を抑制する動作をさせる制御部を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項８】
固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、
該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機と、
前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御部とを有する回転電機装置であって、
前記回転電機の制御部は、
前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆを算出する温度算出部と、
該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出する減磁率算出部と、
該減磁率算出部によって算出された前記永久磁石の減磁率ηｍを、予め設定した設定値ηｍｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えることを特徴とする回転電機装置。
【請求項９】
固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、
該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機と、
前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御部とを有する回転電機装置であって、
前記回転電機の制御部は、
前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆ、若しくは、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａと、前記固定子巻線の両端電圧Ｖ０に基づいて、前記固定子巻線の温度Ｔａを算出する温度算出部と、
該温度算出部によって算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆ若しくは前記固定子巻線の温度Ｔａを、予め設定した設定値Ｔｆｓ，Ｔａｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えることを特徴とする回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の制御装置及び回転電機装置に係り、特に、爪形磁極と爪形磁極間に配置される永久磁石を有する回転電機に用いるに好適な回転電機の制御装置及び回転電機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を用いる回転電機においては、永久磁石の減磁が問題となる。永久磁石の減磁とは、永久磁石の温度上昇や、外部から永久磁石の磁界が作用した時に生じる。永久磁石の磁束密度がある値まで低下すると、急激な減磁現象が生じ、温度を元に戻しても、外部磁界を除去しても、元の磁束密度に復帰しない状態となる。この状態は不可逆減磁と言われ、不可逆減磁が生じない範囲で永久磁石を保護することが必要である。
【０００３】
そこで、回転子に用いられる永久磁石の温度を検出して、永久磁石を減磁から保護するように回転機の制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２２３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１では、回転子に永久磁石のみを用いた永久磁石モータであり、感温磁性材料から成る温度センサを永久磁石の近傍に配置して温度を検出している。
【０００６】
しかし、温度センサが直接回転子に接触しないので、温度検出の精度や、温度センサの取付け場所や処理回路など、スペースの確保や振動に対する強度の問題が生ずる。
【０００７】
ところで、交互に対向して配置され、中心部に円筒状の界磁巻線を巻装した爪形磁極からなる回転子鉄心と、爪形磁極間に係合配置され、増磁に供する永久磁石を備えた回転電機にあって、発電機及び電動機動作時の性能を維持するために、永久磁石が不可逆減磁に至らない保護が必要である。
【０００８】
このような回転電機では、永久磁石の減磁の要因としては、永久磁石の温度上昇と、永久磁石の磁化力を弱める方向に働く、界磁巻線で作り出す磁界強度、及び固定子巻線で作り出す磁界強度がある。すなわち、永久磁石の減磁を保護する為に、温度上昇を考慮するのは勿論、磁化力を弱める磁界強度をも含めた考慮が必要になってくる。
【０００９】
本発明の目的は、温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性の高い回転電機の制御装置及び回転電機装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機に用いられ、前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御装置であって、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆを算出する温度算出部と、該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出する減磁率算出部と、該減磁率算出部によって算出された前記永久磁石の減磁率ηｍを、予め設定した設定値ηｍｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性を向上できるものとなる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記減磁率算出部は、該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに加えて、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出するようにしたものである。
【００１２】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記比較部の出力に応じて、前記減磁量を抑制する動作をさせる制御部を備えるようにしたものである。
【００１３】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記制御部は、前記比較部の出力に応じて、車両の負荷を軽減する制御を実行する
（５）上記（３）において、好ましくは、前記制御部は、前記比較部の出力に応じて、界磁巻線の励磁を調整するようにしたものである。
【００１４】
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機に用いられ、前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御装置であって、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆ、若しくは、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａと、前記固定子巻線の両端電圧Ｖ０に基づいて、前記固定子巻線の温度Ｔａを算出する温度算出部と、該温度算出部によって算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆ若しくは前記固定子巻線の温度Ｔａを、予め設定した設定値Ｔｆｓ，Ｔａｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性を向上できるものとなる。
【００１５】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記比較部の出力に応じて、前記減磁量を抑制する動作をさせる制御部を備えるようにしたものである。
【００１６】
（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機と、前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御部とを有する回転電機装置であって、前記回転電機の制御部は、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆを算出する温度算出部と、該温度算出部により算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆと、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆとに基づいて、前記永久磁石の減磁率ηｍを算出する減磁率算出部と、該減磁率算出部によって算出された前記永久磁石の減磁率ηｍを、予め設定した設定値ηｍｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性を向上できるものとなる。
【００１７】
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心に固定子巻線が巻回された固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転自在に支持されるとともに、交互に対向して配置された爪形磁極と、該爪形磁極の内部に巻回された界磁巻線と、前記爪形磁極間に配置された永久磁石とを有する回転子とを有する回転電機と、前記回転電機の発電機若しくは電動機として用いるように制御する回転電機の制御部とを有する回転電機装置であって、前記回転電機の制御部は、前記界磁巻線に流れる界磁電流Ｉｆと、前記界磁巻線の両端電圧Ｖｆに基づいて、前記界磁巻線の温度Ｔｆ、若しくは、前記固定子巻線に流れる電機子電流Ｉａと、前記固定子巻線の両端電圧Ｖ０に基づいて、前記固定子巻線の温度Ｔａを算出する温度算出部と、該温度算出部によって算出された前記界磁巻線の温度Ｔｆ若しくは前記固定子巻線の温度Ｔａを、予め設定した設定値Ｔｆｓ，Ｔａｓと比較して、比較結果を出力する比較部とを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、温度センサを用いることなく、温度及び磁界強度を含めて、回転電機に用いられる永久磁石の減磁の影響を低減でき、信頼性を向上できるものとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、温度及び磁界強度を含めて、永久磁石の減磁の影響を低減でき、回転電機の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の構成及び動作、及び回転電機の制御装置に構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機の構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による回転電機の構成を示す断面図である。
【００２０】
本実施形態の回転電機は、回転子として、爪形磁極と、これらの爪形磁極間に配置される永久磁石を有する。また、本実施形態の回転電機は、通常は、エンジンによって駆動され、発電機として動作する。また、アイドルストップによりエンジンが停止された後、エンジンを再始動する際には、スタータ（電動機）として動作する。
【００２１】
回転電機１００は、回転子２と、固定子５を備えている。回転子２は、固定子５の内周側に隙間を介して、ベアリング３，４により回転自在に支持されている。回転子２に固定されたシャフト１７の一方の端部には、プーリ１が固定されている。プーリ１は、ベルト（図示せず）により、車両側のエンジンから駆動力を受け、それにより、回転子２は固定子５の内部で回転する。
【００２２】
回転子２は、複数の爪部により形成された一対の爪形磁極６，７と、永久磁石９と、界磁巻線１４とを備えている。一対の爪形磁極６，７の爪部は、交互に対向して配置されている。一対の爪形磁極６，７は、シャフト１７に固定されている。永久磁石９は、保持器８により、爪形磁極６，７の爪部間に、配置されている。界磁巻線１４は、一対の爪形磁極６，７の内部であって、永久磁石９の内側に、円筒状に巻回されている。界磁巻線１４には、ブラシ１０，１１及びスリップリング１２，１３を介して、外部から給電され、励磁される。永久磁石９の磁界は、界磁巻線１４を励磁することによって発生する磁界と同一方向であり、界磁巻線１４を励磁することによって発生する磁界を、永久磁石９の磁界によって増磁の作用をするように、永久磁石９が配置されている。
【００２３】
固定子５は、固定子鉄心１８と、固定子巻線１５とを備えている。固定子巻線１５は、固定子鉄心１８により形成されたスロットに、波巻きにより巻回されている。
【００２４】
固定子５は、エンジンによって駆動される回転子２の回転で生ずる回転磁界によって、固定子巻線１５に交流電圧を発電する。この発電電圧は３相の交流電圧であり、電力変換器１６で整流して直流電電圧に変換後、接続端子１７を介して出力電流を車輌側に供給する。電圧調整器２００は、界磁巻線１４の界磁電流を制御することで、固定子巻線１５に誘起する発電電圧を調整する。
【００２５】
また、外部から電力変換器１６により変換された３相交流電流が、固定子巻線１５に供給されることで、回転子２が回転する。回転子２の回転駆動力は、プーリ１からエンジンに供給され、エンジンの始動に用いられる。
【００２６】
次に、図２を用いて、本実施形態による回転電機の制御システムの構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による回転電機の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図２において、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２７】
最初に、回転電機が、交流発電機として動作場合について説明する。
【００２８】
固定子巻線１５は、Ｕ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗからなり、これらが三相Ｙ結線されている。それぞれの巻線に発生する発電電圧は、電力変換器１６によって三相整流され、直流の出力電圧Ｖｏに変換した後、車載バッテリ２０と車輌側の負荷１８に供給される。車輌側の負荷１８は、エンジン制御装置３００によって制御されている。負荷１８としては、エアコン、シートヒータ、ヘッドライトなどがある。
【００２９】
また、電力変換器１６の出力電圧Ｖｏは、電圧調整器２００に入力される。電圧調整器２００は、電流制御回路２０１を備えている。電流制御回路２０１は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）３００から入力された目標出力電圧Ｖｏｐと、電圧センサＶＳ１によって検出された電力変換器１６の出力電圧Ｖｏとを比較し、両者が一致するような界磁電圧Ｖｆを出力し、界磁巻線１４に界磁電流Ｉｆを流す。そして、界磁電流Ｉｆにより界磁巻線１４に発生する磁束と永久磁石９により発生する回転磁束が、固定子巻線１５に鎖交して、固定子巻線１５に電圧を発生させる。
【００３０】
爪形磁極６，７の爪部間に永久磁石９を配置するのは、エンジンの回転数、すなわち回転子２の回転数が低い時、発電電圧も低いので、界磁電流Ｉｆが予定の発電電圧を得るだけの値から不足するので、永久磁石の磁束によって界磁磁束を補うためのものである。これより、永久磁石９の磁束密度に減磁が生ずると、交流発電機としての性能を満足できなくなる。
【００３１】
次に、回転電機が、電動機（スタータ）として動作場合について説明する。
【００３２】
電力変換器１６は、バッテリ２０に蓄積された直流電力を３相交流電力に変換する。エンジン制御装置３００は、電力変換器１６を制御して、固定子巻線１５のＵ相巻線１５Ｕ、Ｖ相巻線１５Ｖ、Ｗ相巻線１５Ｗに流す電流を制御する。
【００３３】
また、電流制御回路２０１は、界磁電流指令値Ｉｆｐに応じて、所定の駆動力が得られる界磁電流Ｉｆを界磁巻線１４に流すように制御する。
【００３４】
これにより、回転子２が回転し、回転子２の回転駆動力は、プーリ１からエンジンに供給され、エンジンの始動に用いられる。
【００３５】
永久磁石９の減磁には、次の２つの要因がある。
【００３６】
まず第１の要因は、永久磁石９の温度特性に起因することである。この温度特性は、温度が上昇するに従って、磁束密度が低下する特性であり、一定温度以上になると磁力が元の値に戻らない不可逆減磁が生じ、更に高温になると磁束密度が０となる。このような状態になると、永久磁石を挿入した作用がなくなり、界磁磁束の不足が生じて、予定の発電電圧を得ることができない。
【００３７】
第２の要因は、界磁巻線１４で発生する界磁磁束の一部が、永久磁石９の磁束を減少させる方向に作用することで、この程度が大きくなると、上述と同じように不可逆減磁となって永久磁石を挿入した作用がなくなる。また、固定子巻線１５で発生する磁束の一部が、永久磁石９の磁束を減少させる方向に作用することで、この程度が大きくなると、上述と同じように不可逆減磁となって永久磁石を挿入した作用がなくなる。
【００３８】
次に、図３を用いて、本実施形態による回転電機における減磁について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による回転電機における減磁の説明図である。なお、図３において、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３９】
図３は、界磁巻線１４で発生する界磁磁束により、永久磁石９の磁束が減少する動作を説明する図である。図３は、図１における、発電機１００の固定子５、固定子巻線１５、永久磁石９、回転子２の爪形磁極６，７、界磁巻線１４のＸ−Ｘ断面を示している。
【００４０】
界磁巻線１４に界磁電流Ｉｆを流すことにより、爪形磁極６にＮ極、爪形磁極７にＳ極の磁極が発生し、固定子５に磁束Φｅｃが鎖交する。
【００４１】
一方、永久磁石９は、爪形磁極６、７に発生する磁極と同一方向の磁極となるように配置されている。図３では、左方向がＮ極、右方向がＳ極で、固定子５に磁束Φｅｍが鎖交するので、界磁巻線１４で発生する磁束Φｅｃを増加する方向となっている。
【００４２】
しかしながら、界磁巻線１４の磁束は、固定子５に鎖交する磁束Φｅｃの他に、爪形磁極６、７間に固定子５に鎖交しない、すなわち、発電電圧に寄与しない漏洩磁束Φｌが生ずる。永久磁石９内の磁束Φｍは、Ｓ極からＮ極の方向に発生しており、爪形磁極６、７間の漏洩磁束Φｌと逆方向であるため、永久磁石９自体の磁束を減少するように作用する。そしてこの減少程度が大きくなると、不可逆減磁となって磁束Φｅｍが減少するので、固定子５に鎖交する磁束Φｅも減少し、交流発電機，交流電動機としての性能が低下する。
【００４３】
再び、図２において、上述の減磁の影響を低減するため、本実施形態の回転電機の制御回路である電圧調整器２００は、温度算出回路２０２と、減磁率算出回路２０４と、比較回路２０５とを備えている。
【００４４】
ところで、図１に示したように、永久磁石９と界磁巻線１４は回転子２に配置されており、回転状態で界磁巻線１４の温度Ｔｆ、又は永久磁石９の温度Ｔｍをサーミスタなどの温度センサで直接検出するには、高速回転に耐え得る温度センサの取付けや、出力値を引き出すためのスリップリング等、の問題点を検討することが必要となる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、温度算出回路２０２により、界磁巻線１４の温度Ｔｆを、間接的に検出している。
【００４６】
温度算出回路２０２は、電流センサＩＳ２により検出された界磁巻線１４に流れる界磁電流Ｉｆと、電圧センサＶＳ２により検出された端子電圧Ｖｆとに基づいて、界磁巻線抵抗Ｒｆ＝Ｖｆ／Ｉｆを算出する。あらかじめ求められている常温Ｔ０（２０℃）の界磁巻線抵抗Ｒｆ０、巻線材料の温度係数αｆとすると、温度Ｔｆにおける界磁巻線抵抗Ｒｆは、次の式（１）により、
Ｒｆ＝Ｒｆ０（１＋αｆ（Ｔｆ―Ｔ０））  …（１）
となる。そこで、この式（１）を変換することで、界磁巻線の温度Ｔｆは、次の式（２）により、
Ｔｆ＝Ｔ０＋（Ｒｆ−Ｒ０）／αｆ・Ｒ０  …（２）
として、算出できる。
【００４７】
電圧調整器２００の電流制御回路２０１が直流動作である場合、端子電圧Ｖｆと界磁電流Ｉｆは平均値として検出できるので、界磁巻線抵抗Ｒｆは、純粋にＲｆ＝Ｖｆ／Ｉｆとして算出することができる。なお、界磁電流を、デューティ制御している場合については、図４を用いて説明する。
【００４８】
ここで、図４を用いて、本実施形態による回転電機の制御装置における界磁電流の制御の一例について説明する。  
図４は、本発明の一実施形態による回転電機の制御装置における界磁電流の制御の一例の説明図である。図４（Ａ）はデューティ信号の波形図を示し、図４（Ｂ）は回路図を示している。なお、図４において、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００４９】
電圧調整器２００の電流制御回路２０１が、界磁電流Ｉｆをデューティ制御する場合は、界磁電圧Ｖｆは、図４（Ａ）に示すように、一定周期Ｔｃｈの中で、電圧のオン期間Ｔｏｎとオフ期間Ｔｏｆｆを繰り返す。それに応じて、界磁電流Ｉｆは、三角波状に増減を繰り返す。
【００５０】
デューティ制御においては、図４（Ｂ）に示すように、界磁巻線１４と並列にダイオード２０５が接続される。この場合、平均値算出回路２０６は、界磁電流Ｉｆと界磁電圧Ｖｆの平均値出力Ｖｆｍ、Ｉｆｍを算出する。図２に示した温度算出回路２０２は、この平均値出力Ｖｆｍ、Ｉｆｍから、界磁巻線１４の温度Ｔｆを算出する。
【００５１】
次に、図２の減磁率算出回路２０４には、温度算出回路２０２によって算出された界磁巻線１４の温度Ｔｆと、電流センサＩＳ２によって検出された界磁電流Ｉｆと、電流センサＩＳ１によって検出された回転電機の電機子電流Ｉａが入力する。減磁率算出回路２０４は、界磁電流Ｉｆと電機子電流Ｉａとから、界磁巻線によって発生する磁束と、固定子巻線によって発生する磁束とを加算したものを算出する。ここで、界磁巻線のターン数をＮｆとし、固定子巻線のターン数をＮａとすると、界磁巻線及び固定子巻線によって発生する磁束Φalは、（Ｉｆ×Ｎｆ＋Ｉａ×Ｎａ）として算出される。
【００５２】
減磁率算出回路２０４は、界磁巻線１４の温度Ｔｆと、界磁巻線及び固定子巻線によって発生する磁束Φalから減磁率ηｍを算出するマップを備えている。減磁率は、界磁電流Ｉｆを流した状態で、永久磁石９の温度Ｔｍと界磁巻線１４の温度Ｔｆの関係を明らかにすると同時に、界磁電流Ｉｆで生ずる磁束Φｌ及び電機子電流Ｉａで生じる磁束Φ２による永久磁石９の減磁を含めた減磁率ηｍの特性を測定することで得られる。マップには、この減磁率ηｍの特性を格納しており、減磁率算出回路２０４は、このマップを用いて、界磁巻線１４の温度Ｔｆと、界磁巻線及び固定子巻線によって発生する磁束Φalとから、減磁率ηｍを算出する
図２の比較回路２０５は、減磁率算出回路２０４にて算出された減磁率ηｍと、予め設定されている設定値ηｍｓを比較し、差信号Δηｍ＝ηｍ−ηｍｓを出力する。なお、永久磁石９の不可逆減磁が生ずる時の減磁率をηｍｍとすると、設定値ηｍｓは、不可逆減磁が生ずる時の減磁率ηｍｍよりも小さな値となっている。
【００５３】
差信号Δηｍは、エンジン制御装置３００に入力される。エンジン制御装置３００は、差信号Δηｍに応じて、図２に示した車輌側の負荷１８を軽減する動作をさせる。ここで、軽減する対象の負荷１８としては、車両の走行にあまり影響のない負荷が選択される。
【００５４】
回転電機をエンジンの補助動力として使用している時に、減磁率ηｍが大きくなると、エンジン制御装置３００は、
差信号Δηｍに応じて、電力変換器１６に与えている駆動力指令値を小さくすることに
より、電動機の駆動力を制限する。これにより、電機子電流Ｉａが減少するので、固定子巻線により発生する磁束も低減できる。
【００５５】
また、エンジン制御装置３００は、減磁率ηｍが大きくなると、差信号Δηｍに応じて、界磁電流指令値Ｉｆｐを小さくすることにより、電動機の駆動力を制限する。これに
より、界磁電流Ｉｆが減少するので、界磁巻線により発生する磁束も低減できる。
【００５６】
回転電機をスタータとして用いて、アイドルストップを実施している時に、差信号Δηｍが０，すなわち、減磁率ηｍが設定値ηｍｓを超えた場合には、アイドルストップを停止する。アイドルストップでは、信号等で停止するとエンジンを一旦停止し、走行開始時にエンジンをスタータにより再始動しているが、エンジンの一旦停止を中止することで、エンジンの再始動も不要となり、永久磁石が不可逆減磁に至るのを防止できる。
【００５７】
また、回転電機を発電機として用いている場合、車両の走行にあまり影響のない負荷１８としては、例えば、エアコンやシートヒートがある。エアコンが動作している場合には、エアコンを停止したり、エアコンの設定温度を高くして、エアコンによる負荷を低減する。また、シートヒートが動作している時は、シートヒートの動作を停止したり、設定温度を低くして、シートヒートによる負荷を低減する。
【００５８】
また、エンジン制御装置３００は、減磁率ηｍが大きくなると、差信号Δηｍに応じて、目標出力電圧Ｖｏｐを小さくすることにより、電動機の駆動力を制限する。これにより、界磁電流Ｉｆが減少するので、界磁巻線により発生する磁束も低減できる。
【００５９】
車輌側の負荷１８を軽減すると発電電圧Ｖｏが上昇するので、目標出力電圧Ｖｏｐにするための界磁電流Ｉｆが減少するので、界磁巻線１４の温度Ｔｆの上昇を抑制することができる。
【００６０】
さらに、差信号Δηｍが０，すなわち、減磁率ηｍが設定値ηｍｓを超えた場合には、永久磁石９を不可逆減磁から保護するため、交流発電機の動作を一旦停止するなどの保護動作をする。
【００６１】
なお、負荷にはヘッドラップなど走行に影響のある負荷もある。しかし、夜間、ヘッドランプを点灯して走行中に、ヘッドランプを消灯したり、光量を落とすと、走行に差し支えるので、このような走行に影響のある負荷については制御しないようにする。
【００６２】
なお、前述の説明において、回転電機をスタータとして用いている場合、電機子電流Ｉａは、例えば、４００Ａであり、固定子巻線のターン数は、例えば、４ターンである。また、界磁電流Ｉｆは、例えば、１０Ａであり、界磁巻線のターン数は、例えば、４００ターンである。
【００６３】
ここで、図１に示したように、界磁巻線１４は、永久磁石９に近接した配置されるのに対して、固定子巻線１５は、永久磁石９から離れた位置に配置される。磁束の発生源（界磁巻線１４や固定子巻線１５）からの磁束による永久磁石９における減磁の影響は、磁束の発生源が近いほど、大きい。したがって、例えば、電機子電流Ｉａが３００Ａであり、固定子巻線のターン数が２ターンの場合等のように、固定子巻線１５による減磁の影響を考慮しなくても良い場合には、図２に示した減磁率算出回路２０４は、電機子電流Ｉａは取り込まずに、界磁巻線１４の温度Ｔｆと、界磁電流Ｉｍのみに基づいて、減磁率ηｍを算出するようにしてもよいものである。
【００６４】
また、回転電機を発電機として用いている場合、電機子電流Ｉａは、例えば、１００Ａと、スタータとして用いる場合よりも小さい。そこで、固定子巻線１５による減磁の影響を考慮しなくても良い場合には、図２に示した減磁率算出回路２０４は、電機子電流Ｉａは取り込まずに、界磁巻線１４の温度Ｔｆと、界磁電流Ｉｍのみに基づいて、減磁率ηｍを算出するようにしてもよいものである。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、永久磁石の不可逆減磁が生ずる前に、永久磁石の保護動作を行い、信頼性を向上できる。
【００６６】
また、永久磁石の温度Ｔｍを温度センサで直接測定しないので、温度センサの取付け場所や処理回路など、スペースの確保や振動に対する強度の問題等の配慮が不要であり、設計が容易にできる。
【００６７】
次に、図５及び図６を用いて、本発明の他の実施形態による回転電機の制御装置に構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による回転電機の構成は、図１と同様である。  
図５は、本発明の他の実施形態による回転電機の制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図５において、図２と同一符号は、同一部分を示している。図６は、本発明の他の実施形態による回転電機の制御システムにおける界磁巻線の温度と減磁率の関係の説明図である。
【００６８】
図５において、本実施形態の回転電機の制御回路である電圧調整器２００Ａは、温度算出回路２０２と、比較回路２０５Ａとを備えている。
【００６９】
温度算出回路２０２は、図２にて説明したように、電流センサＩＳ２により検出された界磁巻線１４に流れる界磁電流Ｉｆと、電圧センサＶＳ２により検出された端子電圧Ｖｆとに基づいて、界磁巻線１４の温度Ｔｆを、間接的に検出している。
【００７０】
比較回路２０５Ａは、温度算出回路２０２にて算出された界磁巻線１４の温度Ｔｆと、予め設定されている設定値Ｔｆｓを比較し、差信号ΔＴｆ＝Ｔｆ−Ｔｆｓを出力する。
【００７１】
ここで、図６を用いて、界磁巻線の温度Ｔｆと、減磁率ηｍとの関係について説明する。
【００７２】
図６は、所定の界磁電流Ｉｆ１を流した状態で、界磁巻線１４の温度Ｔｆを変化（具体的には、図１に示した回転電機１００を恒温槽に入れて温度を変化）させ、永久磁石９の温度Ｔｍの測定結果Ｔｍ１、永久磁石９の減磁率ηｍの測定結果ηｍ１である。
【００７３】
界磁電流Ｉｆ＝Ｉｆ１の場合、急激な減磁が生じ始める界磁巻線１４の温度ＴｆはＴｆｍ＝約２３０℃である。そのときの永久磁石９の温度Ｔｍは、Ｔｍｍ＝約２００℃、永久磁石９の減磁率ηｍはηｍ＝ηｍｍである。界磁巻線１４の温度Ｔｆと永久磁石９の温度Ｔｍの関係は、ほぼ直線的に推移している。
【００７４】
減磁率ηｍ＝ηｍｍが永久磁石９の不可逆減磁が生ずる点と仮定すれば、界磁巻線１４の温度Ｔｆを測定することによって、永久磁石９の温度Ｔｍ、又は減磁率ηｍの算出から不可逆減磁が生ずる点を知ることができる。
【００７５】
本例では、界磁電流Ｉｆを流した状態での検証結果であるため、永久磁石９の減磁率ηｍは、永久磁石９の温度Ｔｍによる減磁と、爪形磁極６、７の磁極間の漏洩磁束Φｌによる減磁を合成した結果であり、永久磁石９の減磁を確実に表している。
【００７６】
図５の比較回路２０５Ａの設定値Ｔｆｓは、急激な減磁、すなわち不可逆減磁になる界磁巻線１４の温度Ｔｆｍより低い値としている。
【００７７】
比較回路２０５Ａが出力する差信号ΔＴｆは、エンジン制御装置３００に入力される。エンジン制御装置３００は、差信号ΔＴｆに応じて、図２に示した車輌側の負荷１８を軽減する動作をさせる。ここで、軽減する対象の負荷１８としては、車両の走行にあまり影響のない負荷が選択される。
【００７８】
回転電機をスタータとして用いて、アイドルストップを実施している時に、界磁巻線の温度Ｔｆが大きくなると、エンジン制御装置３００は、差信号ΔＴｆに応じて、図１に示した電力変換器１６に与えている駆動力指令を調整することにより、電動機の駆動力を制限する。これにより、電機子電流Ｉａが減少するので、固定子巻線により発生する磁束も低減できる。
【００７９】
また、差信号ΔＴｆが０，すなわち、界磁巻線１４の温度Ｔｆが設定値Ｔｆｓを超えた場合には、アイドルストップを停止する。アイドルストップでは、信号等で停止するとエンジンを一旦停止し、走行開始時にエンジンをスタータにより再始動しているが、エンジンの一旦停止を中止することで、エンジンの再始動も不要となり、永久磁石が不可逆減磁に至るのを防止できる。
【００８０】
また、回転電機を発電機として用いている場合、車両の走行にあまり影響のない負荷１８としては、例えば、エアコンやシートヒートがある。エアコンが動作している場合には、エアコンを停止したり、エアコンの設定温度を高くして、エアコンによる負荷を低減する。また、シートヒートが動作している時は、シートヒートの動作を停止したり、設定温度を低くして、シートヒートによる負荷を低減する。
【００８１】
車輌側の負荷１８を軽減すると発電電圧Ｖｏが上昇するので、目標出力電圧Ｖｏｐにするための界磁電流Ｉｆが減少するので、界磁巻線１４の温度Ｔｆの上昇を抑制することができる。
【００８２】
さらに、差信号ΔＴｆが０，すなわち、界磁巻線１４の温度Ｔｆが設定値Ｔｆｓを超えた場合には、永久磁石９を不可逆減磁から保護するため、交流発電機の動作を一旦停止するなどの保護動作をする。
【００８３】
なお、以上の説明では、温度算出回路２０２は、界磁巻線１４の温度Ｔｆから永久磁石９の温度Ｔｍを算出したが、固定子巻線１５の温度から算出することもできる。すなわち、温度算出回路２０２は、図５に破線で示すように、固定子巻線１５の出力電圧Ｖ０と電機子電流Ｉａから巻線抵抗を算出し、その抵抗値の変化から固定子巻線１４の温度Ｔａを算出する。固定子巻線１５と永久磁石９の温度差が小さいことがあらかじめ解っている場合、又は固定子巻線の温度Ｔａと永久磁石９の温度の相関を明らかにして、永久磁石９の温度Ｔｍを推定する。
【００８４】
そして、比較回路２０５Ａにおいて、固定子巻線の温度Ｔａと、設定値Ｔａｍとを比較することにより、永久磁石９を不可逆減磁から保護するための交流発電機の動作を行うことができる。
【００８５】
なお、図２に示した例においても、減磁率算出回路２０４は、固定子巻線１４の温度Ｔａと、界磁巻線及び固定子巻線によって発生する磁束Φalから減磁率ηｍを算出するようにすることもできる。
【００８６】
なお、永久磁石９の温度Ｔｍは、回転子７の回転数により空気の流動が異なるので、回転数に応じた相関を明らかにすることにより、さらに正確な推定ができる。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態によれば、永久磁石の不可逆減磁が生ずる前に、永久磁石の保護動作を行い、信頼性を向上できる。
【００８８】
また、永久磁石の温度Ｔｍを温度センサで直接測定しないので、温度センサの取付け場所や処理回路など、スペースの確保や振動に対する強度の問題等の配慮が不要であり、設計が容易にできる。
【００８９】
なお、以上の各実施形態において、温度算出回路２０２の出力Ｔｆを直接エンジン制御装置３００に出力し、エンジン制御装置３００に減磁率算出回路２０３を設けることもできる。
【００９０】
また、電圧調整器２００の中に電流制限回路を設け、界磁巻線１４の温度Ｔｆに従って界磁電流Ｉｆを制限し、永久磁石９の減磁が生じない制御にしても良い。さらに、界磁巻線の温度Ｔｆが設定値Ｔｆｓを越える範囲になったところで、警報を発し、運転者への警告を行うこともできる。
【００９１】
さらに、温度算出回路２０２、減磁率算出回路２０４、減磁率比較回路２０５は、全部又は一部をエンジン制御回路３００に含めても良い。さらに、界磁電流Ｉｆの制限を電圧調整回路２００に含めても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態による回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による回転電機の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による回転電機における減磁の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による回転電機の制御装置における界磁電流の制御の一例の説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態による回転電機の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態による回転電機の制御システムにおける界磁巻線の温度と減磁率の関係の説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
２…回転子  
５…固定子  
６，７…爪形磁極  
９…永久磁石  
１４…界磁巻線  
１５…固定子巻線  
１６…整流器  
１８…車輌側負荷  
２０…車載バッテリ  
１００…回転電機  
２００…電圧調整器  
２０１…電流制御回路    
２０２…温度算出回路  
２０４…減磁率算出回路  
２０５…比較回路
【図１】
2009165232.tif 000003
【図２】
2009165232.tif 000004
【図３】
2009165232.tif 000005
【図４】
2009165232.tif 000006
【図５】
2009165232.tif 000007
【図６】
2009165232.tif 000008