JP2013158091A - 回転電機制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機制御システムにおいて、磁石の減磁率を取得する構成を使用して、磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域で回転電機の要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できるようにすることである。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、永久磁石型の回転電機であるモータジェネレータＭＧ２と、永久磁石の減磁が生じてない正常状態に対する永久磁石の減磁率を取得する減磁率算出部と、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔ^*に対応する電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*を生成する電流指令生成部３４とを含む。電流指令生成部３４は、永久磁石の減磁率αに応じてモータジェネレータＭＧ２のトルク指令Ｔ^*と電流指令Ｉｄ^*，Ｉｑ^*との関係を変更するマップ変更部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石型の回転電機の駆動を制御する回転電機制御システムに関する。

従来から永久磁石型の同期モータ等の回転電機が使用されている。この回転電機は、ロータが永久磁石を持っている。ただし、永久磁石は、温度上昇により磁束が減少する減磁が生じることが分かっており、減磁が生じると、回転電機に要求されるトルクを発生できない可能性がある。

これに対して、特許文献１には、駆動モータの温度を検出する温度センサと、駆動モータの温度であるステータコイルの温度に基づいて駆動モータ用の制限率を算出する手段と、駆動モータの回転速度を算出する手段と、回転速度に対応して設定された最大トルクに対応する駆動モータの制限トルクを上記の制限率に基づいて算出する手段とを有する制御装置が記載されている。これにより、ステータコイルの温度に対応する制限率で駆動モータのトルクが制限されるので、駆動モータの特性が低下するのを防止できるとされている。

また、特許文献２には、交流モータの回転数を算出する手段と、交流モータへの供給電力を算出する手段とを含み、算出された回転数と供給電力とに基づいて交流モータの出力トルクを推定し、トルク制御におけるトルク指令値と推定された出力トルクとの偏差にしたがって、トルク指令値を修正する制御装置が記載されている。これにより、磁石温度に依存したモータ出力特性の変化を補償するように、トルク偏差を反映したモータ電流制御を行うことができるとされている。また、特許文献２には、永久磁石としてフェライトマグネットを使用することが記載されている。

また、特許文献３には、ロータコア及びステータを冷却する油の温度を検出するセンサと、複数のマップの中から油の温度に対応するマップを選択し、トルク指令値とモータ回転数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ことと、予め求められたステータ温度と磁石温度との相関式に基づいて、温度センサにより得られるステータの温度から磁石温度を算出することとが記載されている。また、磁石温度が閾値より高く温度上昇が発生していると判定されると、制御モードを切り換えるためのモード切替判定で用いられる判定値を通常値から別の値に変更することが記載されている。たとえば、通常時に過変調ＰＷＭ制御モードが適用される領域において、矩形波制御モードを選択するように設定できる。このため、モータ電流の高周波成分をカットして、永久磁石の温度上昇抑制を図れるとされている。

特開２００４−３６４４５３号公報 特開２００６−３１１７７０号公報 特開２００９−１７１６４０号公報

永久磁石型の回転電機で永久磁石の温度が上昇することにより減磁が生じて、トルクが減少すると、運転者の意図した走行を行えない。すなわち、永久磁石型の回転電機のトルクのうち、永久磁石による磁石トルクＴｍは、次式で表される。

Ｔｍ＝Ｐ×φ×Ｉｑ ・・・（１）
ここで、Ｐは極対数であり、φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、Ｉｑは、回転電機のｄ軸ｑ軸変換を用いた制御におけるｑ軸電流である。

（１）式から明らかなように、永久磁石に減磁が生じると、鎖交磁束φが減少し、磁石トルクＴｍが減少するため、回転電機のトルクが減少する。このため、例えば、磁石の減磁が生じたときに、回転電機を車両の駆動源として搭載するハイブリッド車や電気自動車等の電動車両で、重大な故障を防止するためのフェールセーフ走行や、車両を修理工場や路肩等の安全な場所に移動させる退避走行を、より安定して行えるようにする面から改良の余地がある。すなわち、車両のアクセルペダルの踏み込み等の操作部の操作量による運転者の加速指示に対応する要求トルクに対して、実際の出力トルクである実トルクが減少すると、運転者の意図した走行を行えず、車両の走行が不安定になる可能性がある。このように、磁石の減磁がない正常時と異なり、要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できない可能性がある。これに対して、本発明者は、後述するように、磁石の減磁率を取得する構成を使用して、特に低トルク領域でこの不都合をなくすことができる構成を考えた。

これに対して、特許文献１に記載された構成のように、ステータコイルの温度を測定してトルクを制限する場合には、ステータコイルの温度と磁石の温度とは一致しないことが通常であり、磁石の減磁が生じた場合に、低トルク領域でも要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できない可能性がある。

また、特許文献２及び特許文献３の場合も、磁石の減磁率を取得する構成を使用して、磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域で要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できる構成は開示されていない。

本発明の目的は、回転電機制御システムにおいて、磁石の減磁率を取得する構成を使用して、磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域で回転電機の要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できるようにすることである。

本発明に係る回転電機制御システムは、永久磁石型の回転電機の駆動を制御する回転電機制御システムであって、前記永久磁石の減磁が生じてない正常状態に対する前記永久磁石の減磁率を取得する減磁率取得部と、前記回転電機のトルク指令値に対応する電流指令値を生成する電流指令生成部とを備え、前記電流指令生成部は、前記永久磁石の減磁率に応じて前記回転電機のトルク指令と電流指令との関係を変更するトルク電流指令変更部を含むことを特徴とする回転電機制御システムである。また、好ましくは、前記永久磁石は、希土類磁石とする。

本発明に係る回転電機制御システムによれば、磁石の減磁率を取得する構成を使用して、磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域で回転電機の要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できる。

本発明の実施形態の回転電機制御システムの１例を示す回路図である。 図１の制御部の構成を示すブロック図である。 図２の制御部において、減磁率に応じた電流指令マップを用いてトルク指令に対する電流指令を出力する様子を模式的に示す図である。 減磁率の算出方法の１例を説明するための図であり、（ａ）は永久磁石に減磁が生じていない正常時（基準状態）のｑ軸電圧のベクトル図であり、（ｂ）は永久磁石に減磁が生じた場合のｑ軸電圧のベクトル図である。 図３において、減磁率に応じた複数の電流指令マップにおける、トルク指令、ｄ軸電流及びｑ軸電流の関係の例を示す図である。 本発明の実施形態で、電流指令生成部で用いる正常時用（Ｐ１）、減磁率小用（Ｐ２）、及び減磁率大用（Ｐ３）のそれぞれのマップのトルク指令及び電流指令の関係を示す図である。 本発明の実施形態で、正常時（Ｑ１）と減磁発生時（Ｑ２）とでの、加速指示に対応する回転電機の要求トルクと実トルクとの関係の１例を示す図である。 従来例の回転電機制御システムを構成する制御部において、電流指令マップを用いてトルク指令に対する電流指令を出力する様子を模式的に示す図である。 図８において、電流指令マップにおける、トルク指令、ｄ軸電流及びｑ軸電流の関係の１例を示す図である。 従来例において、正常時（Ｑ１）と減磁発生時（Ｑ３）とでの、加速指示に対応する回転電機の要求トルクと実トルクとの関係の１例を示す図である。

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説明するが、車両搭載用以外の用途に用いられる回転電機であってもよい。また、回転電機は、単にモータとして機能させるものを車両に搭載する電気自動車用や燃料電池車用等として使用するものでもよい。

以下では、全ての図面において同様の、または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。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。

図１は、本発明の実施形態の回転電機制御システムの１例を示す回路図である。回転電機制御システム１０は、図示しないエンジンと、主に走行用モータとして使用される回転電機であるモータジェネレータＭＧ２との一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両に搭載して使用される。このような回転電機制御システム１０は、モータジェネレータＭＧ２と、直流電源であり蓄電部であるバッテリ１２と、バッテリ１２に接続された電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続された平滑コンデンサＣ１及び第２平滑コンデンサＣ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の昇圧側とモータジェネレータＭＧ２との間に接続される駆動回路であるインバータ１６と、制御部１８とを備える。なお、回転電機制御システム１０を燃料電池車用として使用する場合、電源として燃料電池を使用することもできる。

なお、ハイブリッド車両は、主にエンジンにより駆動され、発電機として使用される図示しない別のモータジェネレータＭＧ１と、別のモータジェネレータＭＧ１を駆動する別のインバータとを備え、別のインバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の昇圧側にインバータ１６と並列に接続され、別のインバータに別のモータジェネレータＭＧ１が接続される場合もある。本実施形態の制御部１８は、別のインバータ及び別のモータジェネレータＭＧ１も同様に制御できるが、以下の説明では、インバータ１６及びモータジェネレータＭＧ２を制御する場合を代表して説明する。

モータジェネレータＭＧ２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相型で永久磁石型の同期回転電機等の回転電機である。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、ステータ１７と、ステータ１７に対向配置される回転可能で、永久磁石を含むロータ（図示せず）とを備える。すなわち、回転電機制御システム１０は、永久磁石型のモータジェネレータＭＧ２の駆動を制御する。モータジェネレータＭＧ２は、バッテリ１２から電力が供給される場合にモータとして機能し、車両の制動時には回生電力を回収する発電機として機能する。発電された電力は、インバータ１６を介してバッテリ１２に供給される。また、好ましくは、上記の永久磁石を希土類磁石とする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、リアクトル２０と、互いに直列接続された２つのスイッチング素子Ｓａとを含む。２つのスイッチング素子Ｓａの間にリアクトル２０の一端が接続され、リアクトル２０の他端がシステムリレーＳＲ及びヒューズＦを介してバッテリ１２の正極側に接続されている。スイッチング素子Ｓａは、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ等である。なお、図示の例では、システムリレーＳＲが、第１リレーＲ１と、第１リレーＲ１に並列に接続され、抵抗Ｒｗが直列に接続された第２リレーＲ２とを含む。制御部１８は、第１リレーＲ１及び第２リレーＲ２の一方をオンし、他方をオンするように制御することで、バッテリ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１４とを電気的に接続可能とする。なお、システムリレーＳＲの構成は、図示の例に限定するものではなく種々の構成を採用できる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の各スイッチング素子Ｓａに逆並列にダイオードＤａが接続され、２つのスイッチング素子Ｓａの片側（図１の下側）のスイッチング素子Ｓａにバッテリ１２の負極側が接続されている。また、リアクトル２０の他端とバッテリ１２の負極側との間に平滑コンデンサＣ１が接続されている。また、２つのスイッチング素子Ｓａの両端間とインバータ１６との間に第２平滑コンデンサＣ２が接続されている。

このようなＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、制御部１８によりスイッチング素子Ｓａのスイッチングが制御され、バッテリ１２の出力側電圧である低圧側電圧ＶＬを昇圧した高圧側電圧ＶＨをインバータ１６に供給したり、インバータ１６側から供給される高圧側電圧ＶＨを降圧してバッテリ１２側に供給する。このようなＤＣ／ＤＣコンバータ１４の制御のために、回転電機制御システム１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の低圧側電圧ＶＬを検出する低圧センサ２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の高圧側電圧ＶＨを検出する高圧センサ２４とを含む。

インバータ１６は、互いに並列接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３本のアームＡｕ、Ａｖ、Ａｗを含み、各相アームＡｕ、Ａｖ、Ａｗは、互いに直列接続されたトランジスタ、ＩＧＢＴ等の２つのスイッチング素子Ｓｗを含む。各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉが接続されている。各スイッチング素子Ｓｗは、制御部１８によりスイッチングが制御されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の高圧側から供給された直流電圧を３相交流電圧に変換し、モータジェネレータＭＧ２に出力する。また、車両の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ２からインバータ１６に出力された３相交流電圧をインバータ１６で直流電圧に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４で降圧してからバッテリ１２に供給し、バッテリ１２を充電する。なお、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を設けた場合を説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を省略して、バッテリ１２の出力電圧をインバータ１６に供給することもできる。また、ヒューズＦも省略されることができる。

制御部１８は、例えば論理回路を含む車載用コンピュータで構成されることができる。制御部１８は、１つのコンピュータで構成されることができるが、複数のコンピュータをケーブル等で接続することにより構成されることもできる。例えば、制御部１８は、モータジェネレータＭＧ２の動作を制御するモータ制御部とすることができる。

例えば、制御部１８は、ＣＰＵと、メモリ等の記憶部４２と、インターフェース回路と、周辺回路とを含む。後述するマップや関係式やモータジェネレータＭＧ２の制御ためのプログラム等は記憶部４２に記憶されている。

次に、制御部１８によりインバータ１６を用いてモータジェネレータＭＧ２の駆動を制御する構成を、図２等を用いて説明する。図２は、図１の制御部１８の構成を示すブロック図である。図２に示すように、回転電機制御システム１０は、モータジェネレータＭＧ２の予め設定された所定時間当たりの回転角度を検出する回転角度検出部である回転角度センサＭＲを備える。回転角度センサＭＲの検出値は制御部１８に入力されている。なお、回転角度センサＭＲの代わりに、モータジェネレータＭＧ２の所定時間当たりの回転数を検出する回転数センサを設けて、回転数センサの検出値を制御部１８に入力することもできる。制御部１８は、回転角度センサＭＲの検出値に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の所定時間当たりの回転数や回転角速度ωを算出することができる。例えば、制御部１８は、回転角度センサＭＲの検出値からモータジェネレータＭＧ２の回転角速度ωを算出する角速度算出部２５を有する。この場合、回転角度センサＭＲと角速度算出部２５とにより、角速度取得部が構成される。

また、回転電機制御システム１０は、モータジェネレータＭＧ２の各相のステータコイル２６ｕ、２６ｖ、２６ｗとインバータ１６とを接続する動力線を流れる電流を検出する電流センサ２８を備える。電流センサ２８については、後で詳しく説明する。

また、図２では、制御部１８のうち、正弦波ＰＷＭ制御でモータ制御を行う部分を機能に分けて示している。すなわち、制御部１８は、図示しないモード切替部を含み、モード切替部は、変調度やｄｑ平面上で表されるモータジェネレータＭＧ２の動作点に応じて、モータジェネレータＭＧ２の制御を、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとのいずれで行うかを切替可能としている。

正弦波ＰＷＭ制御モードは、モータジェネレータＭＧ２を正弦波ＰＷＭ制御により制御する。過変調制御モードは、モータジェネレータＭＧ２を過変調制御により制御する。矩形波制御モードは、モータジェネレータＭＧ２を矩形波制御により制御する。

ここで「変調度（＝変調率）」とは、システム電圧であり、インバータ１６の入力電圧である、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の高圧側電圧ＶＨに対する、モータジェネレータ印加電圧である線間電圧の実効値Ｊの比（Ｊ／ＶＨ）である。このため、ｄ軸ｑ軸制御におけるｄ軸電圧指令をＶｄ^＊とし、ｑ軸電流指令をＶｑ^＊として、変調度Ｅは、変調度Ｅ＝［｛（Ｖｄ^＊）^２＋（Ｖｑ^＊）^２｝^１／２］／ＶＨで求められる。例えば、予め設定されたＰＷＭ条件成立である、変調度Ｅが０．６１まではＰＷＭ制御モードが行われ、変調度Ｅが０．６１を超えると、過変調制御モードに切り替えられる。また、変調度Ｅが０．７８となると、矩形波制御モードが用いられる。

ここで、正弦波ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令値と搬送波（キャリア）とを比較することでＰＷＭ信号をモータジェネレータＭＧ２に出力する制御である。すなわち、制御部１８は、予め設定されたＰＷＭ条件下でベクトル制御の電流フィードバック制御を用いる正弦波ＰＷＭ制御方式でインバータ１６を制御する。

なお、矩形波制御モードは、電気角に応じて１パルススイッチング波形をモータジェネレータＭＧ２に出力する制御であり、電圧振幅は最大値に固定され、位相を制御することでトルクをフィードバック制御する。

図２を参照しつつ制御部１８により、正弦波ＰＷＭ制御モードでモータジェネレータＭＧ２を制御する方法を説明する。図２で制御部１８は、図示しない別の制御部からトルク指令値Ｔ^＊を取得する。トルク指令値Ｔ^＊は、図示しない車両のアクセルペダル操作量等の操作部の操作量に基づく運転者の加速指示に対応する要求トルクから算出される。

制御部１８は、電流指令生成部３４、減算器部３６、ＰＩ制御部３２、３相／２相変換部３８、及び２相／３相変換部４０を有する。

電流指令生成部３４は、予め記憶部４２（図１）で記憶されている電流指令マップに基づいて、トルク指令値Ｔ^＊に対応するｄ軸ｑ軸変換を用いたベクトル制御における電流指令値である、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊の組を算出する、すなわち生成する機能を有する。電流指令マップは、トルク指令値Ｔ^＊と各電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊との関係を規定するマップである。また、電流指令マップは、図３に示すように、後述する永久磁石の減磁率α（％）に応じて異なる複数の減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を含んでいる。例えば、後述する図５に示すように、マップＭ１は減磁率０％に対応し、マップＭ２は減磁率１０％に対応し、マップＭ３は減磁率２０％に対応し、図５での図示は省略するがマップＭ４は減磁率３０％に対応する。なお、各減磁率基準電流指令マップは、異なる任意の減磁率に対応して設定されることができる。

なお、電流指令生成部３４に、図示しない別の制御部からトルク指令値Ｔ^＊と回転角速度指令値ω^＊とを入力し、電流指令生成部３４は、モータジェネレータＭＧ２の実際の回転角速度ωと回転角速度指令値ω^＊とを比較し、予め記憶されている電流指令マップを用いて、トルク指令値Ｔ^＊からｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊の組を算出する機能を有するようにすることもできる。この場合、トルク指令値Ｔ^＊及び回転角速度指令値ω^＊は、図示しない車両のアクセルペダル操作量やブレーキペダル操作量等の操作部の操作量から運転者の要求トルクと要求車速とを推定して算出される。

減算器部３６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊から実際のｄ軸電流値Ｉｄを減算してｄ軸電流偏差δＩｄを算出する機能を有するＩｄ減算器と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊から実際のｑ軸電流値Ｉｑを減算してｑ軸電流偏差δＩｑを算出する機能を有するＩｑ減算器とを含んで構成される。

モータジェネレータＭＧ２における実際のｄ軸電流値Ｉｄと実際のｑ軸電流値Ｉｑとは、３相／２相変換部３８の機能によって、モータジェネレータＭＧ２のロータの回転角度θと、モータジェネレータＭＧ２の３相分の電流を検出する電流センサ２８の検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに基づいて算出される。ロータの電気角は、レゾルバ等の回転角度センサＭＲによって検出される。電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、インバータ１６の対応する相のアームＡｕ、Ａｖ、Ａｗ（図１）とモータジェネレータＭＧ２の対応する相のステータコイル２６ｕ、２６ｖ、２６ｗ（図１）とを接続する電力線を流れる電流を検出することで得られる。モータジェネレータＭＧ２の各相のステータコイル２６ｕ、２６ｖ、２６ｗの一端が中性点で接続されるので、２相分の電流Ｉｖ、Ｉｗを検出すると、残りの１相分の電流値Ｉｕが算出可能である。図１では、Ｖ相電流値ＩｖとＷ相電流値Ｉｗとの２つを検出することが示されている。残るＵ相電流値Ｉｕは、Ｉｕ＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ）で求められる。なお、電流センサ２８を３相分設けて、直接３相分の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出することもできる。

ＰＩ制御部３２は、ｄ軸電流偏差δＩｄとｑ軸電流偏差δＩｑとについて、所定のフィードバックゲインＧの下で比例積分制御を行ってこれらに対応する制御偏差を求め、その制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊とを算出する機能を有する。

２相／３相変換部４０は、ＰＩ制御部３２から入力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊とに基づいて、ロータの回転角度θから得られた、１．５制御周期後に位置すると予測される予測角から、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗを算出する機能を有する。

算出された各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、図示しないＰＷＭ信号生成部でＰＷＭ信号に変換され、ＰＷＭ信号は図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、制御信号を印加するインバータ１６のスイッチング素子Ｓｗ（図１）を選択することにより、スイッチング素子Ｓｗのオンオフを制御する。

インバータ１６の各相アームとモータジェネレータＭＧ２の各相ステータコイルとを接続する電力線を流れる電流は、上記のように、３相／２相変換部３８を介して、減算器部３６にフィードバックされる。このようにして、電流フィードバック制御が行われる。

上記がベクトル制御を用いた電流フィードバック制御の基本構成であるが、本実施形態では、制御部１８はさらに、角速度算出部２５と、減磁率取得部である減磁率算出部４６とを有する。すなわち、上記のようにモータジェネレータＭＧ２が永久磁石を有する場合、永久磁石は温度の上昇に応じて減磁するため、出力トルクである実トルクが低下する可能性がある。特に、本実施形態の回転電機制御システム１０を搭載したハイブリッド車両等の電動車両で、低トルク領域で運転者の加速指示に対応する要求トルクに対して実トルクが大きく離れていると、運転者の意図した走行を行えず、車両の走行が不安定になる可能性がある。

本実施形態では、このような不都合をなくすために、減磁率算出部４６で減磁率αを取得、すなわち算出し、算出された減磁率αの取得値を電流指令生成部３４に入力して、電流指令生成部３４が有するトルク電流指令変更部であるマップ変更部で、減磁率αの取得値に応じて、電流指令生成部３４で使用される減磁率基準電流指令マップを変更するようにしている。

減磁率αは、次のような原理で算出できる。すなわち、永久磁石の磁束は、モータジェネレータＭＧ２のロータの回転角速度に対応する回転数に比例して発生する逆起電力から求めることができる。ベクトル制御における電圧方程式は、永久磁石による電機子鎖交磁束をφとし、ロータの回転角速度をωとし、ｄ軸電流をＩｄとし、ｑ軸電流をＩｑとし、ｄ軸インダクタンスをＬｄとし、ｑ軸インダクタンスをＬｑとした場合に、Ｉｑ項を無視するとｑ軸電圧Ｖｑが次式で表される。

Ｖｑ＝ωＬｄ・Ｉｄ＋ωφ ・・・（２）

このため、減磁が生じていない正常時の回転角速度ωと鎖交磁束φとの積ωφと、磁束の残存率を表す１以下の係数をＫとして、永久磁石の減磁後の積Ｋωφとを用いて、正常時のｑ軸電圧Ｖｑｍｐと減磁後のｑ軸電圧Ｖｑｄｇとは、それぞれ図４（ａ）（ｂ）で示すベクトル図で表される。

例えば図４（ａ）に示す正常時のｑ軸電圧Ｖｑｍｐは次式となる。
Ｖｑｍｐ＝ωＬｄ・Ｉｄ＋ωφ ・・・（３）

また、図４（ｂ）に示す減磁後のｑ軸電圧Ｖｑｄｇは次式となる。
Ｖｑｄｇ＝ωＬｄ・Ｉｄ＋Ｋωφ ・・・（４）

また、（３）式から（４）式を減算すると、次式となる。
（１−Ｋ）＝（Ｖｑｍｐ−Ｖｑｄｇ）／ωφ ・・・（５）

ここで、（１−Ｋ）は、０以上１以下の値である永久磁石の減磁率αと考えることができる。減磁前の正常時のｑ軸電圧Ｖｑｍｐは、モータジェネレータＭＧ２の回転角速度ω、ｄ軸電流Ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑを引数として一義的に定まる。また、積ωφは回転角速度ωと減磁前の逆起定数とから演算できる。このため、減磁率α（＝（１−Ｋ）×１００）（％）は、ｄ軸ｑ軸変換を用いたベクトル制御における実際のｑ軸電圧指令Ｖｑｄｇを監視することで求めることができる。例えば、図４（ｂ）において、減磁後のｑ軸電圧Ｖｑｄｇがさらに小さくなる場合には、係数Ｋが小さくなり、減磁率に対応する（１−Ｋ）が大きくなることで、より大きく減磁していることが分かる。

より具体的には、記憶部４２にｑ軸電圧マップとして、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を関数とするｑ軸電圧であって、減磁が生じていない正常状態に対応するｑ軸電圧であるｑ軸電圧基準値Ｖｑｍｐを表すマップを、複数の回転角速度ωごとに記憶させておく。例えば、代表的な複数の回転角速度ωに対応する複数の回転数、例えば低回転、中回転、及び高回転時におけるｑ軸電圧マップを記憶させておく。ｑ軸電圧マップとして４つ以上の回転数に対応して４つ以上のマップを記憶させておくこともできる。

制御部１８が有する減磁率算出部４６は、このようなｑ軸電圧マップを参照して、取得されるｄ軸電流指令Ｉｄ^＊とｑ軸電流指令Ｉｑ^＊と、モータジェネレータＭＧ２の回転角速度ωの取得値とに基づいて、正常時の電圧であるｑ軸電圧基準値Ｖｑｍｐを取得する。また、減磁率算出部４６は、実際のｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊及びｑ軸電圧マップから得られたｑ軸電圧基準値Ｖｑｍｐと、回転角速度ωの取得値とに基づいて、減磁率α（（＝１−Ｋ）×１００））の取得値を算出し、すなわち取得し、電流指令生成部３４に出力する。すなわち、減磁率算出部４６は、永久磁石の減磁が生じていない正常状態に対する減磁率αを取得する。

また、電流指令生成部３４は、トルク電流指令変更部であるマップ変更部４４により、取得された減磁率αに応じて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令Ｔ^＊と電流指令Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊との関係を変更する。より具体的には、マップ変更部４４は、取得された減磁率αの取得値に応じて、電流指令生成部３４で使用される減磁率基準電流指令マップを変更する。図５は、図３において、減磁率に応じた複数の電流指令マップにおける、トルク指令、ｄ軸電流及びｑ軸電流の関係の例を示す図である。なお、図５では、減磁率０％、１０％、２０％の３つのマップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を設けた場合を示しているが、別の減磁率に対応するマップＭ４（図３参照）を含んで４つのマップを設けることもでき、また、２つまたは５つ以上のマップを異なる減磁率に応じて設けることもできる。

図５に示すように、記憶部４２（図１）には減磁率αに応じて異なる複数の電流指令マップである減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を記憶させておく。図５の減磁率０％のマップＭ１は、正常状態に対応する。各電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、減磁率αの違いにかかわらず、少なくともある減磁後最大トルクまでの低トルク領域を含む領域において、トルク指令Ｔ^＊に対して実際にモータジェネレータＭＧ２で出力されるトルクである実トルクを、減磁前の正常時のトルク指令Ｔ^＊に対する実トルクに一致または近づけるように設定されている。

例えば、図６は、本発明の実施形態で、電流指令生成部３４で用いる正常時用（Ｐ１）、減磁率小用（Ｐ２）、及び減磁率大用（Ｐ３）のそれぞれのマップのトルク指令及び電流指令の関係を示す図である。図６では、Ｐ１が正常時であり、Ｐ２、Ｐ３の順で減磁率αが大きくなっている。図６から分かるように、減磁後でも正常時と同じトルク指令で正常時と近いまたは一致する実トルクが得られるようにするために、減磁率αが大きくなるほどトルク指令に対する電流指令を大きくしている。すなわち、図５の減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を参照して、減磁率αが大きいマップでは、減磁率αが小さいマップに比べて同じトルク指令を出力するためにｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を大きい値とする。ただし、正常時の電流指令の最大値がある値で規定されており、減磁率αが大きくなるほどその最大電流で規定されるトルク上限、すなわち減磁後最大トルクは小さくなる。ただし、低トルク領域では、最大トルクの低下の影響を受けないので、減磁率αの変化にかかわらず正常時、すなわち減磁率０％の場合と一致する、または近い、トルク指令に対する実トルクの関係を得ることができる。

本実施形態では、このような複数の減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を使用し、マップ変更部４４は、取得された減磁率取得値αに応じて、電流指令生成部３４で使用される減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３を変更し、その減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３に基づいて、取得されたトルク指令^＊に対するｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を取得して、すなわち生成して、減算器部３６（図２）に出力する。減算器部３６では、ｄ軸電流偏差δＩｄまたはｑ軸電流偏差δＩｑを算出する。また、電流指令生成部３４では、取得された減磁率αと一致する減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３がない場合には、その減磁率αに対して小さい側と大きい側との両側の減磁率αに対応する減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３や、減磁率αに対して小さいか、または大きい片側の減磁率αに対応する減磁率基準電流指令マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３から補間して、対応するｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を生成することができる。

このような回転電機制御システム１０によれば、永久磁石の減磁率に応じてモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔ^＊と電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊との関係を変更するマップ変更部４４を含むので、永久磁石の減磁率を取得する構成である減磁率算出部４６を使用して、永久磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域でモータジェネレータＭＧ２の運転者のアクセルペダル等の操作部の操作量に対応する要求トルクに対して、近いまたは一致する実トルクを有効に出力できる。このため、永久磁石に減磁が発生した場合でも、運転者の意図した走行を行うことができ、回転電機制御システム１０を搭載した車両の走行を安定して行える。例えば永久磁石の減磁発生を表示部等で認識した運転者が車両を修理工場や路肩等の安全な場所に移動させる退避走行やフェールセーフ走行を行う場合でも、運転者の要求に応じた走行を安定して行える。また、この場合、低トルク領域だけでしかモータジェネレータＭＧ２を駆動できなくても、退避走行やフェールセーフ走行でモータジェネレータＭＧ２で高トルクを発生させる必要性はないか、少ないので問題が生じることはない。このように、永久磁石に減磁が生じた場合でも、低トルク領域で、要求トルクに対応するトルク指令に近いまたは一致する実トルクをモータジェネレータＭＧ２が出力するように、電流指令生成部３４が電流指令を増大させ、永久磁石の減磁分を補いやすくなる。

例えば、図７は、本発明の実施形態で、正常時（Ｑ１）と減磁発生時（Ｑ２）とでの、加速指示に対応する回転電機の要求トルクと実トルクとの関係の１例を示す図である。図７に示すように、永久磁石に減磁が発生した場合でも、減磁後最大トルク以下の領域では、減磁が生じていない正常時の場合に対して、回転電機の要求トルクと実トルクとの関係をほぼ一致させることができる。

これに対して、図８〜１０は、従来例の場合を示している。図８は、従来例の回転電機制御システムを構成する制御部において、電流指令マップを用いてトルク指令に対する電流指令を出力する様子を模式的に示す図である。図９は、図８において、電流指令マップにおける、トルク指令、ｄ軸電流及びｑ軸電流の関係の１例を示す図である。図１０は、従来例において、正常時（Ｑ１）と減磁発生時（Ｑ３）とでの、加速指示に対応する回転電機の要求トルクと実トルクとの関係の１例を示す図である。

このような従来例の回転電機制御システムでは、図８に示す制御部の電流指令生成部３４にトルク指令Ｔ^＊が入力される。電流指令生成部３４では制御部の記憶部に記憶された電流指令マップであって、トルク指令Ｔ^＊とｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊との関係を表す電流指令マップＭ（図９）に基づいて、入力されたトルク指令Ｔ^＊からｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を取得し、減算器部３６（図２参照）に出力する。この電流指令マップＭは、永久磁石の減磁率に応じて異なるマップは含んでいない。このような従来例では、図１０に示すように、加速指示に応じた要求トルクに対する実トルクの関係が、正常時の場合（Ｑ１）と減磁発生時の場合（Ｑ３）とで大きく異なる。すなわち、減磁発生時には、トルクの全域で、要求トルクに対して実トルクが正常時の場合よりも大きく低下してしまう。従来例を示す図１０と、本実施形態を示す図７とを比較すれば明らかなように、本実施形態によればこのような不都合が生じることを防止でき、永久磁石に減磁が発生した場合でも、正常時と同様のモータジェネレータＭＧ２の駆動特性を確保できる。

また、上記の実施形態において、マップ変更部４４（図２）は、取得された減磁率αの取得値に応じて、電流指令生成部３４で使用される減磁率基準電流指令マップを変更するので、予め電流指令のマップを用意しておくという単純な制御方法で、減磁率αに応じて要求トルクに対応する電流指令を生成できる。

また、永久磁石に希土類磁石を使用する場合には、永久磁石にフェライト等の他の磁石を使用する場合と異なり、永久磁石が減磁していても、耐久性を低下させることなく、ステータコイルに高い電流を流すことができる。しかも、希土類磁石を使用する場合には低温で減磁が発生する低温減磁は生じない。このため、永久磁石に減磁が生じた場合でも、より安定して、モータジェネレータＭＧ２に要求トルクに対して、近いまたは一致する実トルクを出力させることができる。

なお、上記の実施形態では、図２に示すように、制御部１８において、減磁率算出部４６から取得された減磁率取得値αに応じて永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する減磁判定部４８を備えるようにすることもできる。減磁判定部４８は、例えば減磁率取得値αが予め設定された所定値以上（例えば５％以上）である場合に、減磁が発生したと判定する。この場合、マップ変更部４４は、減磁判定部４８により減磁が生じていると判定された場合にのみ、電流指令生成部３４で使用される電流指令マップとして、永久磁石の減磁が生じてない正常状態に対応する電流指令マップから、減磁率αに応じた別の減磁率基準電流指令マップに変更する。このような構成の場合、減磁の発生を判定した場合にのみ、マップ変更部４４が電流指令マップを変更すればよい。

また、上記では、制御部１８に減磁率αに応じた電流指令マップを記憶させておく場合を説明した。ただし、本発明はこれに限定するものではない。例えば、上記の実施形態において、電流指令生成部３４は、永久磁石の減磁率に応じてモータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔ^＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊との関係を規定し、予め記憶部に記憶された所定の関係式を変更するようにすることもできる。例えば、永久磁石の減磁率αに応じて、所定の関係式における係数を予め設定された関係で変更するようにし、低トルク領域で要求トルクと実トルクとの関係を、永久磁石の減磁が生じていない正常時の場合と一致または近づけるようにすることもできる。また、この場合も、上記のように、制御部が減磁判定部を有し、減磁判定部により減磁が発生したと判定した場合にのみ、関係式を変更するようにすることもできる。このような構成の場合も、永久磁石の減磁率を取得する構成を使用して、永久磁石の減磁が生じた場合でも、低トルク領域でモータジェネレータＭＧ２の要求トルクに対して近いまたは一致する実トルクを有効に出力できる。その他の構成及び作用は、上記の実施形態と同様である。

１０ 回転電機制御システム、１２ バッテリ、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６ インバータ、１７ ステータ、１８ 制御部、２０ リアクトル、２２ 低圧センサ、２４ 高圧センサ、２５ 角速度算出部、２６ｕ，２６ｖ，２６ｗ ステータコイル、２８ 電流センサ、３０ ゲイン決定部、３２ ＰＩ制御部、３４ 電流指令生成部、３６ 減算器部、３８ ３相／２相変換部、４０ ２相／３相変換部、４２ 記憶部、４４ マップ変更部、４６ 減磁率算出部、４８ 減磁判定部。

Claims (6)

1. 永久磁石型の回転電機の駆動を制御する回転電機制御システムであって、
   前記永久磁石の減磁が生じてない正常状態に対する前記永久磁石の減磁率を取得する減磁率取得部と、
   前記回転電機のトルク指令値に対応する電流指令値を生成する電流指令生成部とを備え、
   前記電流指令生成部は、前記永久磁石の減磁率に応じて前記回転電機のトルク指令と電流指令との関係を変更するトルク電流指令変更部を含むことを特徴とする回転電機制御システム。
2. 請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記電流指令生成部は、前記トルク指令値と前記電流指令値との関係を規定する電流指令マップに基づいて、前記回転電機のトルク指令値に対応する電流指令値を生成し、
   前記電流指令マップは、前記減磁率に応じて異なる複数の減磁率基準電流指令マップを含んでおり、
   前記トルク電流指令変更部は、取得された減磁率取得値に応じて、前記電流指令生成部で使用される前記減磁率基準電流指令マップを変更することを特徴とする回転電機制御システム。
3. 請求項２に記載の回転電機制御システムにおいて、
   取得された前記減磁率取得値に応じて前記永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する減磁判定部を備え、
   前記トルク電流指令変更部は、前記減磁判定部により減磁が生じていると判定された場合に、前記電流指令生成部で使用される前記電流指令マップとして、前記永久磁石の減磁が生じてない正常状態に対応する前記電流指令マップから別の前記減磁率基準電流指令マップに変更することを特徴とする回転電機制御システム。
4. 請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記トルク電流指令変更部は、前記永久磁石の減磁率に応じて前記回転電機のトルク指令と電流指令との関係を規定する関係式を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記回転電機の角速度を取得する角速度取得部を備え、
   前記減磁率取得部は、前記回転電機のｄ軸ｑ軸変換を用いた制御におけるｑ軸電圧指令及びｑ軸電圧基準値と、前記回転電機の角速度取得値とに基づいて、前記減磁率を取得することを特徴とする回転電機制御システム。
6. 請求項５に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記減磁率取得部は、前記回転電機のｄ軸ｑ軸変換を用いた制御におけるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令と、前記回転電機の角速度取得値とに基づいて、正常状態に対応する前記ｑ軸電圧基準値を取得することを特徴とする回転電機制御システム。

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