JP2008206340A - 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温度推定をより精度よく推定することが可能な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に搭載される交流モータＭ１，Ｍ２は互いに構造の異なる（軸長が異なる）モータである。制御装置３０は第１および第２の磁石温度を推定して、第１および第２の磁石温度に基づいて、駆動部（ＩＰＭ３５）を制御する。制御装置３０は、第１のパラメータ（交流モータＭ１，Ｍ２の冷却油の温度）を用いて第１の磁石温度を推定する。制御装置３０は、交流モータＭ２のステータの温度を用いて第２の磁石温度を推定する。交流モータＭ１，Ｍ２の構造の違いに基づいて交流モータＭ１，Ｍ２の状態に関する複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択されることで、磁石温度をより正確に推定することができる。
【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（特許文献１）に開示される永久磁石の温度推定方法はたとえば以下のとおりである。まず、第１の回転電機のトルク指令値と出力トルクとの絶対値の比Ｋを算出する。次に、算出した比Ｋを磁石温度と比Ｋとが対応付けられたマップに代入して磁石温度を推定する。
特開２００１−１５７３０４号公報 特開２００１−３１８００８号公報 特開２０００−２３４２１号公報 実開平２−６５０８１号公報 特開２０００−１８４５０２号公報

上述した温度推定方法の場合、回転電機の構造の違いに応じて推定精度が異なることが考えられる。推定精度が低い場合には実際の磁石温度よりも推定温度が低いことが起こり得る。推定温度が実際の温度よりも低い場合、回転電機の温度上昇が抑制されないまま回転電機が動作し続ける可能性がある。よって永久磁石の減磁が生じる可能性が高くなる。

本発明の目的は、回転電機に含まれる永久磁石の温度推定をより精度よく推定することが可能な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、互いに異なる構造を有する第１および第２の回転電機を駆動制御する駆動制御装置である。第１の回転電機は、少なくとも１つの第１の永久磁石を含む第１の回転子を有する。第２の回転電機は、少なくとも１つの第２の永久磁石を含む第２の回転子を有する。駆動制御装置は、第１および第２の回転電機を駆動する駆動部と、第１の永久磁石の温度である第１の磁石温度と、第２の永久磁石の温度である第２の磁石温度とを推定して、第１および第２の磁石温度に基づいて駆動部を制御する制御部とを備える。制御部は、第１および第２の回転電機の構造の違いに基づいて、第１および第２の回転電機の状態に関する複数のパラメータの中から第１および第２の回転電機にそれぞれ対応する第１および第２のパラメータを選択する。制御部は、第１および第２のパラメータを用いて第１および第２の磁石温度をそれぞれ推定する。

好ましくは、第１の回転電機は、第１の回転子の周囲に設けられる第１の固定子をさらに有する。第２の回転電機は、第２の回転子の周囲に設けられる第２の固定子をさらに有する。第２の回転電機の回転軸方向の長さは、第１の回転電機の回転軸方向の長さよりも長い。第１および第２の回転子と第１および第２の固定子とは冷却媒体により冷却される。第１のパラメータは、冷却媒体の温度である。第２のパラメータは、第２の固定子の温度である。

より好ましくは、冷却媒体は、冷却油である。
好ましくは、駆動部は、第１および第２の回転電機をそれぞれ駆動する第１および第２のインバータを含む。制御部は、第１の磁石温度が第１のしきい温度以上の場合には、第１のインバータの出力電流を制限する。制御部は、第２の磁石温度が第２のしきい温度以上の場合には、第２のインバータの出力電流を制限する。

好ましくは、第１の回転電機は、車両の内燃機関に結合される。第２の回転電機は、車両の駆動輪に結合される。

本発明の他の局面に従うと、車両であって、第１および第２の回転電機と、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温度推定をより精度よく推定することが可能になる。

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。ＩＰＭ３５は交流モータＭ１，Ｍ２を駆動する駆動部である。

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、交流モータＭ１，Ｍ２の断面を模式的に示す図である。図６において、交流モータＭ１，Ｍ２の断面方向は交流モータＭ１，Ｍ２の回転軸と平行方向である。

図６を参照して、交流モータＭ１，Ｍ２はケース６５に収納される。交流モータＭ１はロータコア５０．１と、永久磁石５４．１とを含む。永久磁石５４．１はロータコア５０．１に挿入される。交流モータＭ１は、さらに、ステータコア４０．１と、ステータコア４０．１に巻回されるステータコイル４６．１とを含む。ステータコア４０．１（およびステータコイル４６．１）はロータコア５０．１の周囲に設けられる。

交流モータＭ２は、ロータコア５０．２と、永久磁石５４．２とを含む。永久磁石５４．２はロータコア５０．２に挿入される。交流モータＭ２は、さらに、ステータコア４０．２と、ステータコア４０．２に巻回されるステータコイル４６．２とを含む。ステータコア４０．２（およびステータコイル４６．２）はロータコア５０．２の周囲に設けられる。

なお、永久磁石５４．１の数および永久磁石５４．２の数は特に限定されるものではない。

軸Ｘは交流モータＭ１の回転軸であるとともに交流モータＭ２の回転軸である。図６に示すように、ロータコア５０．１の軸Ｘ方向の長さは、ロータコア５０．２の軸Ｘ方向の長さよりも長い。このように交流モータＭ１と交流モータＭ２とでは構造が異なる。

ケース６５の底部に溜められた油７０はロータコア５０．１，５０．２の各々により掻き揚げられる。ロータコア５０．１およびステータ（ステータコア４０．１とおよびステータコイル４６．１）は油７０により冷却される。同様に、ロータコア５０．２およびステータ（ステータコア４０．２とおよびステータコイル４６．２）は油７０により冷却される。

油７０は具体的には自動変速機のＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）である。本実施の形態によれば液体である冷却油によりロータおよびステータを冷却することができる。さらに本実施の形態ではＡＴＦによりロータおよびステータを冷却することができる。なお本実施の形態では冷却媒体は油であるが、たとえば冷却媒体は気体でもよい。

ケース６５の底部には油７０の温度を検知するための温度センサ７２が設けられる。また、交流モータＭ２のステータの温度を検知するために、温度センサ７４がステータコイル４６．２の近傍に設けられる。

図７は、図１の制御装置３０の機能ブロック図である。なお、図７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７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。

温度推定部３０２は、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２とを受ける。温度推定部３０２は、さらに、温度センサ７２（図６参照）から油７０の温度Ｔａを受け、温度センサ７４（図６参照）からステータコイル４６．２の温度Ｔｓを受ける。温度推定部３０２は、モータ回転数ＭＲＮ１とトルク指令値ＴＲ１と、温度Ｔａとに基づいて、交流モータＭ１のロータコア５０．１に挿入される永久磁石５４．１の温度を推定する。温度推定部３０２は温度Ｔｓに基づいて交流モータＭ２のロータコア５０．２に挿入される永久磁石５４．２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。

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しきい温度を超えた場合には、交流モータＭ１（Ｍ２）の負荷率を制限する。

［磁石温度推定方法］
図８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８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。

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。

制御装置３０は交流モータＭ１，Ｍ２の構造の違いに基づいて、交流モータＭ１，Ｍ２の状態に関する複数のパラメータの中から交流モータＭ１，Ｍ２のそれぞれに対応する第１および第２のパラメータを選択する。後述するように、本実施の形態では、第１のパラメータは油７０の温度Ｔａであり、第２のパラメータは、ステータコイル４６．２の温度Ｔｓである。制御装置３０は、温度Ｔｓに基づいて交流モータＭ１に含まれる永久磁石５４．１の温度を推定し、温度Ｔｓに基づいて、交流モータＭ２に含まれる永久磁石５４．２の温度を推定する。交流モータの構造に応じて複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択されることで、永久磁石の温度をより正確に推定することができる。

図９は、本実施の形態の温度推定方法を説明するための熱モデル図である。
図９に示されるように、磁石の温度、発熱量、および熱容量をそれぞれ、Ｔｍ，Ｑｍ，Ｍｍとする。同様にロータの温度、発熱量、および熱容量をそれぞれ、Ｔｒ，Ｑｒ，Ｍｒとする。ステータの温度、発熱量、および熱容量をそれぞれ、Ｔｓ，Ｑｓｍ，Ｍｓとする。雰囲気（油）の温度をＴｏとする。磁石とロータとの間の熱抵抗、ロータとステータとの間の熱抵抗、ステータと雰囲気との間の熱抵抗、およびロータと雰囲気との間の熱抵抗をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とする。図９に示す熱モデルに用いられるこれらのパラメータは、交流モータＭ１，Ｍ２の状態に関する複数のパラメータに相当する。

なお、この熱モデルでは温度の単位を［℃］とする。またこの熱モデルでは「発熱量」とは１秒あたりの発熱量であり、その単位は［Ｗ］（＝［Ｊ／秒］）である。さらに、熱容量の単位は［Ｊ／℃］であり、熱抵抗の単位は［℃／Ｗ］である。

この熱モデルの状態が定常状態であるときには以下の式（１）〜（３）の関係が成立する。
Ｑｍ＝（Ｔｍ−Ｔｒ）／Ｒ１ …（１）
Ｑｍ＋Ｑｒ＝（Ｔｒ−Ｔｓ）／Ｒ２＋（Ｔｒ−Ｔｏ）／Ｒ４ …（２）
Ｑｓ＝（Ｔｓ−Ｔｏ）／Ｒ３−（Ｔｒ−Ｔｓ）／Ｒ２ …（３）
上記式（１）、式（２）、式（３）から以下の式（４）が得られる。
Ｔｍ＝（Ｒ１＋Ｒ４）Ｑｍ＋Ｒ４（Ｑｒ＋Ｑｓ）−（Ｒ４／Ｒ３）Ｔｓ＋（１＋Ｒ４／Ｒ３）Ｔｏ …（４）
式（４）は温度Ｔｍが発熱量および温度により定まる線形関数であることを示す。次に式（４）の妥当性、すなわち図９の熱モデルの妥当性について説明する。

図１０は、図９の熱モデルを交流モータＭ１に適用した結果を示す図である。
図１０を参照して、グラフは磁石の温度Ｔｍを目的変数とし、磁石の発熱量Ｑｍ、ロータコアの発熱量Ｑｒ、ステータの発熱量Ｑｓ、ステータの温度Ｔｓ、および油温Ｔｏを説明変数としてＮ＝３６の重回帰分析を行なった結果を表わす。温度は実測値であり、発熱量は計算値である。この結果、交流モータＭ１では磁石の発熱Ｑｍと油温Ｔｏとの間に高い相関が得られた。

図１０のグラフにおいて、横軸は回帰式により得られる磁石温度の推定値を示し、縦軸は磁石温度の実測値を示す。上記の重回帰分析の結果、寄与率（Ｒ²）は０．９０５９となった。

寄与率は実測値と推定値との一致の度合いを示す値であり、０から１の範囲の値となる。寄与率が１に近いほど推定値と実測値との差は小さくなる。図１０に示されるように、推定値と実測値との関係を示す複数の点は、推定値と実測値とが等しいことを示す直線の近傍に分布する。

図１１は、図９の熱モデルを交流モータＭ２に適用した結果を示す図である。
図１１を参照して、グラフは磁石の温度Ｔｍを目的変数とし、磁石の発熱量Ｑｍ、ロータコアの発熱量Ｑｒ、ステータの発熱量Ｑｓ、ステータの温度Ｔｓ、油温Ｔｏを説明変数としてＮ＝３６の重回帰分析を行なった結果を表わす。交流モータＭ１の場合と同様に、温度は実測値であり、発熱量は計算値である。この結果、交流モータＭ２では磁石の発熱Ｑｍとステータの温度Ｔｓとの間に高い相関が得られた。

図１１のグラフにおいて横軸は回帰式により得られる磁石温度の推定値を示し、縦軸は磁石温度の実測値を示す。上記の重回帰分析の結果、寄与率（Ｒ²）は０．９６９９となった。図１０と同様に図１１のグラフにおいても推定値と実測値との関係を示す複数の点は、推定値と実測値とが等しいことを示す直線の近傍に分布する。

図１０から、交流モータＭ１では磁石温度と油温との相関が高いことが導き出される。図１１から、交流モータＭ２では磁石温度とステータの温度との相関が高いことが導き出される。このような結果が得られる理由については、以下のように考えられる。

図６において、油７０の温度は交流モータＭ１，Ｍ２の雰囲気温度である。したがって交流モータの動作点が変わらないまま交流モータの使用が続く場合には、雰囲気温度と永久磁石との温度とはほぼ等しくなると考えられる。このため、交流モータＭ１の温度と油温とは相関関係にあると考えられる。

しかし、交流モータＭ２は交流モータＭ１よりも軸長が長い。このため、交流モータＭ２のステータ（ステータコア４０．２およびステータコイル４６．２）はロータから発せられる熱を多く受けることになる（受熱面積が大きくなる）。一方、油７０の温度は交流モータＭ１，Ｍ２の平均的な温度を反映している。よって油７０の温度よりもステータコイル４６．２の温度のほうが、永久磁石５４．２の温度により近くなると考えられる。

本実施の形態では、図７の温度推定部３０２は、交流モータＭ１の動作状態と磁石温度とを対応付けるマップを記憶し、このマップを参照して交流モータＭ１の回転子に含まれる永久磁石の温度を推定する。

図１２は、図７の温度推定部３０２が記憶するマップを示す図である。
図１２を参照して、マップＭＰ１〜ＭＰ４の各々は、磁石温度と、交流モータＭ１のトルクおよび回転数により定まる交流モータＭ１の動作点との対応を定めたものである。なお油温（温度Ｔａ）の条件はマップＭＰ１〜ＭＰ４間で互いに異なる。

温度推定部３０２は油温（温度Ｔａ）ごとに異なる複数のマップ（マップＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３，ＭＰ４等）を記憶する。なおマップの数は特に限定されるものではないが、マップの数が多いほど交流モータＭ１の回転子に含まれる永久磁石の温度をより精度よく推定することが可能になる。

温度推定部３０２は温度センサ７２から温度Ｔａを受けて、複数のマップの中から温度Ｔａに対応するマップを選択する。次に温度推定部３０２は、そのマップを参照して、トルク指令値ＴＲ１とモータ回転数ＭＲＮ１とにより定まるマップ上の動作点から磁石温度を算出する。なお、図１２には、マップに定められる磁石温度の例として１１０℃、１５０℃、および１９０℃を示す。

一方、温度推定部３０２による交流モータＭ２の磁石温度の推定方法は以下のとおりである。温度推定部３０２は、予め求められた、ステータ温度と磁石温度との相関式を記憶する。そして、温度推定部３０２は温度センサ７４により得られるステータの温度Ｔｓと、その相関式とに基づいて交流モータＭ２の磁石温度を推定する。

［交流モータの制御方法］
図１３は、本実施の形態における、交流モータＭ１の制御処理を示すフローチャートである。

図１３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。交流モータＭ１の永久磁石の初期温度は、温度Ｔａ（油温）に設定される。

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、温度Ｔａ、トルク指令値ＴＲ１、およびモータ回転数ＭＲＮ１を取得する。制御装置３０は、複数のマップの中から温度Ｔａに対応するマップを選択する。上述したように制御装置３０は、そのマップとトルク指令値ＴＲ１とモータ回転数ＭＲＮ１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磁石温度Ｔｍｇ１を推定する。

ステップＳ３において、制御装置３０は磁石温度Ｔｍｇ１が所定の温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。磁石温度Ｔｍｇ１が温度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Ｔｍｇ１が温度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。

磁石温度Ｔｍｇ１が温度Ｔ１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Ｓ４）。具体的には制御装置３０は、交流モータＭ１に流れる電流、すなわちインバータ１４の出力電流を制限する。ステップＳ４の処理が終了すると、処理はステップＳ２に戻る。

図１４は、交流モータＭ１に対する負荷率制限処理を説明する図である。
図１４において、グラフの横軸は磁石推定温度（磁石温度Ｔｍｇ１）を示し、グラフの縦軸は交流モータＭ１のトルク制限値を示す。制御装置３０は、磁石温度がＴ１を超えるとトルク制限値を減少させる。磁石温度がＴ２以上になると、制御装置３０はトルク制限値をたとえば０に設定する。制御装置３０は、交流モータＭ１の出力トルクがトルク制限値を超えないようにインバータ１４の出力電流を制御する。よって磁石温度Ｔｍｇ１がＴ１を超えると交流モータＭ１のトルクが制限される。

図１５は、本実施の形態における、交流モータＭ２の制御処理を示すフローチャートである。

図１５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Ｍ２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Ｓ１Ａ）。交流モータＭ２の永久磁石の初期温度は、温度Ｔｓ（ステータコイルの温度）に設定される。

ステップＳ２Ａ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、温度Ｔｓを予め記憶する相関式に代入して交流モータＭ２のロータに含まれる永久磁石の磁石温度Ｔｍｇ２を推定する。

ステップＳ３Ａにおいて、制御装置３０は磁石温度Ｔｍｇ２が所定の温度Ｔ１Ａ以上であるか否かを判定する。磁石温度Ｔｍｇ２が温度Ｔ１Ａ以上である場合（ステップＳ３ＡにおいてＹＥＳ）、処理はステップＳ４Ａに進む。一方、磁石温度Ｔｍｇ２が温度Ｔ１Ａより小さい場合（ステップＳ３ＡにおいてＮＯ）、処理はステップＳ２Ａに戻る。

磁石温度Ｔｍｇ２が温度Ｔ１Ａ以上になると、制御装置３０は交流モータＭ２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Ｓ４Ａ）。制御装置３０は交流モータＭ２に流れる電流、すなわちインバータ３１の出力電流を制限する。ステップＳ４Ａの処理が終了すると、処理はステップＳ２Ａに戻る。

図１６は、交流モータＭ２に対する負荷率制限処理を説明する図である。
図１６において、グラフの横軸は磁石推定温度（磁石温度Ｔｍｇ２）を示し、グラフの縦軸は交流モータＭ２のトルク制限値を示す。制御装置３０は、磁石温度がＴ１Ａを超えるとトルク制限値を減少させる。磁石温度がＴ２Ａ以上になると、制御装置３０はトルク制限値をたとえば０に設定する。制御装置３０は、交流モータＭ２の出力トルクがトルク制限値を超えないようにインバータ１４の出力電流を制御する。よって磁石温度Ｔｍｇ２がＴ１Ａを超えると交流モータＭ２のトルクが制限される。

出力トルクを制限した状態で交流モータＭ１（Ｍ２）を動作させることにより永久磁石の温度を下げることができる。よって、永久磁石の減磁を防ぐことができる。

このように本実施の形態では、交流モータＭ１，Ｍ２は互いに構造の異なる（軸長が異なる）モータである。制御装置３０は、磁石温度Ｔｍｇ１，Ｔｍｇ２を推定して、磁石温度Ｔｍｇ１，Ｔｍｇ２に基づいて、ＩＰＭ３５（インバータ１４，３１）を制御する。制御装置３０は、第１のパラメータ（交流モータＭ１，Ｍ２の冷却油の温度）を用いて磁石温度Ｔｍｇ１を推定する。制御装置３０は、第２のパラメータ（ステータコイル４６．２の温度）に基づいて磁石温度Ｔｍｇ２を推定する。交流モータＭ１，Ｍ２の構造の違いに基づいて交流モータＭ１，Ｍ２の状態に関する複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択されることで、磁石温度をより正確に推定することができる。

また、本実施の形態によれば、車両のエンジンに結合される回転電機と車両の駆動輪に結合される回転電機とに対して、永久磁石の減磁を防ぎながら駆動制御を行なうことができる。

また、本実施の形態の車両によれば、永久磁石の減磁を防ぎつつ、構造の異なる複数の回転電機を駆動させることができる。

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。

また、交流モータの状態に関する複数のパラメータは、図９の熱モデルに用いられるパラメータに限定されるものではなく、たとえば交流モータの回転数等、他のパラメータを含んでもよい。

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。 交流モータＭ１，Ｍ２の断面を模式的に示す図である。 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。 本実施の形態の温度推定方法を説明するための熱モデル図である。 図９の熱モデルを交流モータＭ１に適用した結果を示す図である。 図９の熱モデルを交流モータＭ２に適用した結果を示す図である。 図７の温度推定部３０２が記憶するマップを示す図である。 本実施の形態における、交流モータＭ１の制御処理を示すフローチャートである。 交流モータＭ１に対する負荷率制限処理を説明する図である。 本実施の形態における、交流モータＭ２の制御処理を示すフローチャートである。 交流モータＭ２に対する負荷率制限処理を説明する図である。

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、４０．１，４０．２ ステータコア、４６．１，４６．２ ステータコイル、５０，５０．１，５０．２ ロータコア、５２ 穴、５４，５４．１，５４．２ 永久磁石、６０ エンジン、６５ ケース、７０ 油、７２，７４ 温度センサ、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、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１，Ｍ２ 交流モータ、ＭＰ１〜ＭＰ４ マップ、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｘ 軸。

Claims (6)

1. 互いに異なる構造を有する第１および第２の回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
   前記第１の回転電機は、少なくとも１つの第１の永久磁石を含む第１の回転子を有し、
   前記第２の回転電機は、少なくとも１つの第２の永久磁石を含む第２の回転子を有し、
   前記駆動制御装置は、
   前記第１および第２の回転電機を駆動する駆動部と、
   前記第１の永久磁石の温度である第１の磁石温度と、前記第２の永久磁石の温度である第２の磁石温度とを推定して、前記第１および第２の磁石温度に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第１および第２の回転電機の構造の違いに基づいて、前記第１および第２の回転電機の状態に関する複数のパラメータの中から前記第１および第２の回転電機にそれぞれ対応する第１および第２のパラメータを選択して、前記第１および第２のパラメータを用いて前記第１および第２の磁石温度をそれぞれ推定する、回転電機の駆動制御装置。
2. 前記第１の回転電機は、前記第１の回転子の周囲に設けられる第１の固定子をさらに有し、
   前記第２の回転電機は、前記第２の回転子の周囲に設けられる第２の固定子をさらに有し、
   前記第２の回転電機の回転軸方向の長さは、前記第１の回転電機の回転軸方向の長さよりも長く、
   前記第１および第２の回転子と前記第１および第２の固定子とは冷却媒体により冷却され、
   前記第１のパラメータは、前記冷却媒体の温度であり、
   前記第２のパラメータは、前記第２の固定子の温度である、請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
3. 前記冷却媒体は、冷却油である、請求項２に記載の回転電機の駆動制御装置。
4. 前記駆動部は、
   前記第１および第２の回転電機をそれぞれ駆動する第１および第２のインバータを含み、
   前記制御部は、前記第１の磁石温度が第１のしきい温度以上の場合には、前記第１のインバータの出力電流を制限し、前記第２の磁石温度が第２のしきい温度以上の場合には、前記第２の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. 前記第１の回転電機は、車両の内燃機関に結合され、
   前記第２の回転電機は、車両の駆動輪に結合される、請求項１に記載の回転電機の駆動制御装置。
6. 前記第１および第２の回転電機と、
   請求項１から５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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