JP2014107928A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、不可逆減磁の発生を抑制する電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】電動機（１２）の制御装置（１０）は、永久磁石（２４）を備えたロータ（２０）と、巻線（２２ａ）が巻かれたステータ（２２）と、巻線（２２ａ）に所定の位相（β）の駆動電流を供給する駆動制御装置（１４）とを備え、駆動制御装置（１４）は、駆動電流が第１閾値（ｔｈ１）よりも小さいときには、所定の駆動電流に対する駆動電流の位相（β）を、電動機（１２）のトルクが最大となる最大トルク位相（βｂ）に設定し、駆動電流が第１閾値（ｔｈ１）以上になると、駆動電流の位相（β）を前記最大トルク位相（βｂ）から遅角させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、不可逆減磁の発生を抑制する電動機の制御装置に関する。

電動機において、不可逆減磁が発生すると、トルクが低下してしまうため、不可逆減磁を抑制することが望まれている。不可逆減磁の発生を抑制する方法としては、例えば、ジスプロシウム（Ｄｙ）の含有率が高い高保磁力ネオジム磁石を用いたり、磁石の厚みを増やして磁石のパーミアンス係数を増加させるといった方法が知られている。

また、下記特許文献１には、不可逆減磁が発生すると、トルクが最大となる電流の位相が変化するので、不可逆減磁の発生を検出すると、トルクが最大となるように電流の位相を調整することが記載されている。

特許第２９４３６５７号公報

しかしながら、磁石の保磁力を向上させるジスプロシウムやネオジム（Ｎｄ）等のレアアースの価格が昨今高騰しており、不可逆減磁の発生を抑制するために、ジスプロシウムの含有率を高くする若しくは磁石の厚みを増すと電動機のコストが増大してしまう。

また、上記特許文献１に記載の技術は、不可逆減磁の発生を感知し、その不可逆減磁状態においてトルクが最大となるように電流の位相を調整するものであり、不可逆減磁の発生を抑制させるものではない。

そこで、本発明は、コストを抑えつつ、不可逆減磁の発生を抑制する電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電動機の制御装置は、以下の特徴を有する。

第１の特徴；永久磁石を備えたロータと、巻線が巻かれたステータと、前記巻線に所定の位相の駆動電流を供給する駆動制御装置と、を備えた電動機の制御装置において、前記駆動制御装置は、前記駆動電流が第１閾値よりも小さいときには、前記駆動電流の位相を、所定の駆動電流に対する前記電動機のトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、前記駆動電流が第１閾値以上になると、前記駆動電流の位相を前記最大トルク位相から遅角させる。

第２の特徴；前記駆動制御装置は、前記駆動電流が前記第１閾値以上の場合は、前記駆動電流が大きくなる程、前記駆動電流の位相が前記最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させる。

第３の特徴；前記駆動制御装置は、前記駆動電流が前記第１閾値以上で、且つ、前記永久磁石の温度が第２閾値以上になると、前記駆動電流の位相を前記最大トルク位相から遅角させる。

第４の特徴；前記駆動制御装置は、前記永久磁石の温度が前記第２閾値以上の場合は、前記永久磁石の温度が高い程、前記第１閾値を小さくする。

第５の特徴；前記駆動制御装置は、前記永久磁石の温度が前記第２閾値以上の場合は、前記永久磁石の温度が高い程、前記駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させる。

第１の特徴によれば、駆動電流が第１閾値よりも小さいときには、最小の駆動電流で電動機のトルクが最大となるように駆動電流の位相を設定し、駆動電流が第１閾値以上になると、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させるので、駆動電流が比較的小さいときには、電動機の効率を高くした状態で駆動することができ、駆動電流が比較的大きいときには、永久磁石が受ける巻線からの反磁界を低減させて、永久磁石の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。また、永久磁石に含まれるジスプロシウム等の含有率を高くしたり、永久磁石の厚みを増す必要がないので、コストの高いレアアースの量を抑えることができる。

第２の特徴によれば、駆動電流が第１閾値以上の場合は、駆動電流が大きくなる程駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させるので、駆動電流が大きい場合であっても巻線からの反磁界を低減させて、永久磁石の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。

第３の特徴によれば、駆動電流が第１閾値以上で、且つ、永久磁石の温度が第２閾値以上になると、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させるので、永久磁石の保磁力が一定値より低くなる高温時に、巻線からの反磁界を低減させて、永久磁石の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。

第４の特徴によれば、永久磁石の温度が第２閾値以上の場合は、永久磁石の温度が高い程、第１閾値を小さくするので、永久磁石の温度の上昇に応じて保磁力が低下しても、永久磁石の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。

第５の特徴によれば、永久磁石の温度が第２閾値以上の場合は、永久磁石の温度が高い程、駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させるので、永久磁石の温度の上昇に応じて保磁力が低下しても、巻線からの反磁界を大きく低減させて、不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。

制御装置の構成図である。 図１に示す電動機の構成図である。 トルク電流と励磁電流との関係を示す図である。 図４Ａは、電動機の出力トルクと駆動電流の位相の進み角との関係を示す図であり、図４Ｂは、振幅が閾値以上の駆動電流の位相の進み角と永久磁石の磁束の減磁率との関係を示す図である。 永久磁石の減磁曲線の一例を示す図である。 電動機の出力トルクと回転数との関係を示すグラフである。 永久磁石の温度に応じた永久磁石の磁気曲線を示す図である。 図８Ａは、電動機の出力トルクと駆動電流の位相の進み角との関係を示す図であり、図８Ｂは、駆動電流の位相の進み角と永久磁石の磁束の減磁率との関係を永久磁石の温度に応じて示す図である。 永久磁石の温度と駆動電流の振幅に応じた位相との関係を示す図である。 図１に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。

本発明に係る電動機の制御装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、制御装置１０の構成図である。制御装置１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されるものであり、駆動源としての突極型ＰＭモータ等の電動機１２と、該電動機１２を駆動制御する駆動制御装置１４と、直流電源であるバッテリ１６とを備える。電動機１２は、図２に示すように、ロータ２０と、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線２２ａを有するステータ２２と、ロータ２０の外周面に、ステータ２２と対向するように配置されたＮ極及びＳ極の永久磁石２４及び突極部２６とを有する。なお、ロータ２０の中心には回転軸２８が設けられている。

図１の説明に戻り、駆動制御装置１４は、電動機１２を駆動制御するものであり、制御部３０と、インバータ回路３２と、インバータ回路３２から出力されるＵ相、Ｖ相の交流電流（駆動電流）ｉｕ、ｉｖを検出する電流検出器３４ｕ、３４ｖとを有する。この制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリ等を有するコンピュータで構成される。

インバータ回路３２は、図示しない複数のスイッチング素子を有し、制御部３０によって前記複数のスイッチング素子のオンオフが制御される（電流変換制御が行われる）ことで、バッテリ１６から供給される直流電流を三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに変換し、変換した三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを電動機１２に供給する。この変換された三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、ステータ２２の三相の巻線２２ａに供給される。これにより、電動機１２が駆動し、ロータ２０が回転軸２８を中心に回転する。

ここで、制御部３０は、電流変換制御を行う際に、ロータ２０の位置に対する駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相βを制御する。この駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相β及び振幅Ｉ（大きさ）は、インバータ回路３２の前記複数のスイッチング素子のオンオフによって制御される。三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、図２に示すようにｄ軸の電流（以下、励磁電流）Ｉｄと、ｑ軸の電流（以下、トルク電流）Ｉｑとで表され、励磁電流Ｉｄとトルク電流Ｉｑとが合成されたものである。なお、三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは振幅Ｉが同一であり、以下、この三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを総称して駆動電流ｉと呼ぶ場合がある。

図３は、トルク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄとの関係を示す図である。図３に示すように、トルク電流Ｉｑは、Iｑ＝Ｉｃｏｓβで表され、励磁電流Ｉｄは、Ｉｄ＝−Ｉｓｉｎβで表すことができる。駆動電流ｉの位相βを大きくする程（進角させる程）、負の励磁電流Ｉｄが増大し、駆動電流ｉの位相βを小さくする程（遅角させる程）、負の励磁電流Ｉｄが減少する。この負の励磁電流Ｉｄが増大すると永久磁石２４が受ける巻線２２ａからの反磁界が大きくなり、負の励磁電流Ｉｄが減少すると永久磁石２４が受ける巻線２２ａからの反磁界が小さくなる。なお、位相β２＞位相β１の関係を有するものとする。

この巻線２２ａにトルク電流Ｉｑが流れると、トルク電流Ｉｑと永久磁石２４の磁束φとによってマグネットトルクが発生する。また、巻線２２ａに励磁電流Ｉｄが流れると、磁性体によって形成される突極部２６によってリラクタンストルクが発生する。従って、電動機１２の出力トルクＴは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの合成である。

図１の説明に戻り、電動機１２には、ロータ２０の回転角度θを検出する位置検出器１２ａが組み付けられている。位置検出器１２ａは、ホール素子やエンコーダを用いて構成された周知のものである。この位置検出器１２ａにより得られる回転角度θは、位置検出器１２ａの組み付け誤差等に起因して、一般にはロータ２０の実際の回転位置に対して誤差を生じるが、本実施の形態では、説明を簡単にするため誤差を生じないものとして説明する。

制御部３０は、電流指令算出部４０、電流変換部４２、減算器４４、４６、電圧指令算出部４８、電圧変換部５０、及び、インバータ制御部５２を備える。電流指令算出部４０は、電動機１２の出力トルクＴを指令トルク値Ｔ１とするために必要な駆動電流ｉの振幅Ｉ及び位相βを設定し、該設定した振幅Ｉ及び位相βに基づいて励磁電流指令値Ｉｄｃ及びトルク電流指令値Ｉｑｃを算出する。

電流変換部４２は、電流検出器３４ｕ、３４ｖが検出したＵ相、Ｖ相の駆動電流ｉｕ、ｉｖを励磁電流Ｉｄ、トルク電流Ｉｑに変換する。ここで、電動機１２は、三相であり、その任意の１つの相を流れる駆動電流ｉは、他の２つの相を流れる駆動電流ｉによって一義的に決まるので、本実施の形態では、２つの相（Ｕ相、Ｖ相）の駆動電流ｉｕ、ｉｖを検出するものとしている。詳しくは、電流変換部４２は、下記の（１）式を用いて励磁電流Ｉｄ及びトルク電流Ｉｑを算出する。なお、（１）式のθは、位置検出器１２ａが検出したロータ２０の回転角度θである。

減算器４４は、電流指令算出部４０が算出した励磁電流指令値Ｉｄｃから電流変換部４２が変換した励磁電流Ｉｄを減算することで偏差を求める。減算器４６は、電流指令算出部４０が算出したトルク電流指令値Ｉｑｃから電流変換部４２が変換したトルク電流Ｉｑを減算することで偏差を求める。

電圧指令算出部４８は、減算器４４、４６が求めた偏差（Ｉｄｃ−Ｉｄ）、（Ｉｑｃ−Ｉｑ）に応じて、ｄ軸の電圧（以下、励磁電圧）指令値Ｖｄｃ、ｑ軸の電圧（以下、トルク電圧）指令値Ｖｑｃを算出する。電圧変換部５０は、偏差（Ｉｄｃ−Ｉｄ）、（Ｉｑｃ−Ｉｑ）がそれぞれ「０」となるようにＰＩ制御等のフィードバック制御に基づいて励磁電圧指令値Ｖｄｃ及びトルク電圧指令値Ｖｑｃを算出する。

電圧変換部５０は、電圧指令算出部４８が算出した励磁電圧指令値Ｖｄｃ及びトルク電圧指令値Ｖｑｃを、電動機１２の各相の印加電圧の指令電圧値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに変換する。詳しくは、電圧変換部５０は、下記の（２）式を用いて各相の指令電圧値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを算出する。（２）式のθは、位置検出器１２ａが検出したロータ２０の回転角度θである。

この指令電圧値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃは、電動機１２の各相の印加電圧の大きさ及び位相を規定するものであり、インバータ制御部５２は、電圧変換部５０が変換した指令電圧値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに基づいて、インバータ回路３２に前記複数のスイッチング素子を制御する制御信号を送る。これにより、インバータ回路３２から出力される三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの振幅Ｉ及び位相βは、電流指令算出部４０が設定した振幅Ｉ及び位相βとなり、電動機１２の各相に印加される電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、指令電圧値Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃとなる。従って、電動機１２の出力トルクＴは、指令トルク値Ｔ１となる。

図４Ａは、電動機１２の出力トルクＴと駆動電流ｉの位相βの進み角（進角）との関係を示す図である。駆動電流ｉの振幅Ｉが一定の場合に位相βを変えると、電動機１２の出力トルクＴは、図４Ａに示すように変動する。従って、制御部３０、詳しくは、電流指令算出部４０は、最小の駆動電流ｉ（振幅Ｉが最小）で電動機１２の出力トルクＴが最大となるように、駆動電流ｉの振幅Ｉ及び位相βを設定する。これにより、最小の駆動電流ｉで電動機１２の出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となる位相β（このときの位相βをベスト位相βｂと呼ぶ）となるように、インバータ回路３２が制御される（通常の位相制御）。図４Ａでは、ベスト位相（最大トルク位相）βｂの位置をｓで表している。

しかしながら、駆動電流ｉが大きくなり、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値（第１閾値）ｔｈ１以上になると、巻線２２ａからの反磁界（永久磁石２４の磁束φと対向する方向の反磁界）が大きくなり、不可逆減磁が発生する虞がある。図４Ｂは、振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上の駆動電流ｉの位相βの進角と永久磁石２４の磁束φの減磁率との関係を示す図である。なお、図４Ａにおいても、駆動電流ｉの振幅Ｉは閾値ｔｈ１以上とする。

駆動電流ｉが閾値ｔｈ１以上の場合に、駆動電流ｉの位相βがベスト位相βｂの場合は、不可逆減磁が発生する。この不可逆減磁は、駆動電流ｉが進角する程、永久磁石２４が受ける巻線２２ａからの反磁界が大きくなるため、その減磁率が大きくなる特性を有する。

そこで、電流指令算出部４０は、設定した駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上の場合には、設定した駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる。また、位相βを遅角させると、電動機１２の出力トルクＴが下がるので、該遅角後の位相βで出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となるように、駆動電流ｉの振幅Ｉを再設定する。この遅角させる遅角量は、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分の大きさに応じて大きくなる。

このように、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂより遅角させる（遅らせる）ことで、磁石が受ける巻線２２ａからの反磁界を小さくして、不可逆減磁が発生することを防ぐ。この遅角させた位相βの位置をｔで表している。

なお、駆動電流ｉの位相βを、駆動電流ｉの大きさに応じて連続的に遅角させるようにしてもよいし、駆動電流ｉの大きさに応じて段階的に遅角させるようにしてもよい。

ここで、不可逆減磁が発生する理由について簡単に説明する。図５は、永久磁石２４の減磁曲線の一例を示す図である。図５の縦軸は磁束密度Ｂ［Ｔ］を示し、横軸は磁場−Ｈ［Ａ／ｍ］を示す。図５に示すように、永久磁石２４の動作点ｐは、減磁曲線上にある。駆動電流ｉの振幅Ｉが大きくなると、巻線２２ａからの反磁界が大きくなるので、動作点ｐは、減磁曲線上に左に移動していき（磁束密度Ｂ及び磁場Ｈが小さくなり）、駆動電流ｉの振幅Ｉがある一定値以上になると、動作点ｐは、クニック点（変曲点）ｑを通過して更に左に移動してしまう。図５では、駆動電流ｉの振幅Ｉが前記一定値以上の場合の動作点ｐをｐ´で表している。

クニック点ｑを通過した動作点ｐ´は、クニック点ｑより低い位置となるため、永久磁石２４に不可逆減磁が発生してしまう。一方、駆動電流ｉの位相βを遅角させると、巻線２２ａからの反磁界が低減するので、動作点ｐは、減磁曲線上に右に移動する。従って、制御部３０は、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上になると、インバータ回路３２を制御して駆動電流ｉの位相βを遅角させることで、動作点ｐがクニック点ｑを通過しないようにする。ここで、駆動電流ｉの位相βを遅角させる遅角量（遅らせる度合い）は、駆動電流ｉの大きさ（振幅Ｉ）に応じて大きくなる。つまり、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分（差分＝振幅Ｉ−閾値ｔｈ１）が大きい程、駆動電流ｉの位相βの遅角量を大きくすることで、巻線２２ａからの反磁界を低減させる度合いを高くする。この閾値ｔｈ１は、前記一定値と同じ値であってもよいし、前記一定値より低い値であってもよい。

次に、駆動電流ｉの大きさが閾値ｔｈ１以上になる電動機１２の運転状態について説明する。図６は、電動機１２の出力トルクＴと回転数ＮＥとの関係を示すグラフであり、指令トルク値Ｔ１が所定値より高くなると、駆動電流ｉの大きさが閾値ｔｈ１以上となる。指令トルク値Ｔ１が所定値より高くなる場合としては、例えば、登坂時や急加速時等の特定の運転状態に限定されるので、電動機１２の位相βの遅角によって電動機１２の効率が低下することを抑えることができる。

このように、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上となるまでは、電動機１２の出力トルクＴが最大となるように、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂに設定し、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上の場合は、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させるので、駆動電流ｉが比較的小さいときには電動機１２の効率を向上させることができ、駆動電流ｉが比較的大きいときには、巻線２２ａからの反磁界を低減させて、永久磁石２４の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。また、駆動電流ｉが大きくなる程駆動電流ｉの位相βを遅角させる遅角量を大きくするので、不必要に駆動電流ｉの位相βを遅角させることがなく、電動機１２の効率を高くすることができる。また、永久磁石２４に含まれるジスプロシウム等の含有率を高くしたり、永久磁石２４の厚みを増す必要がないので、コストの高いレアアースの量を抑えることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においても、図１に示す制御装置１０を用い、第１の実施の形態と異なる部分のみを説明する。第２の実施の形態においては、図１の点線で示すように、制御装置１０は、更に温度センサ５４を有し、制御部３０は、温度算出部５６を有する。

この温度センサ５４は、永久磁石２４の温度を示す情報を検出するものであり、例えば、電動機１２の潤滑油の温度（油温）や巻線２２ａの温度を検出する。この油温や巻線２２ａの温度が検出されると、温度算出部５６は、温度センサ５４の検出信号から永久磁石２４の温度を周知の手法を用いて推定（算出）する。また、温度センサ５４は、永久磁石２４の温度を直接検出するものであってもよい。

第１の実施の形態では、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上の場合は、駆動電流ｉの位相βを遅角させるようにしたが、第２の実施の形態では、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上で、且つ、永久磁石２４の温度が閾値（第２閾値）ｔｈ２以上の場合に、駆動電流ｉの位相βを遅角させるというものである。

図７は、永久磁石２４の温度に応じた永久磁石２４の磁気曲線６０、６２、６４を示す図である。磁気曲線６０は、永久磁石２４が第１温度のときの磁気曲線を示し、磁気曲線６２は、永久磁石２４が第１温度より高い第２温度のときの磁気曲線を示し、磁気曲線６４は、永久磁石２４が第２温度より高い第３温度のときの磁気曲線を示している。

図７に示すように、永久磁石２４の磁気曲線は、永久磁石２４の温度によって変わる。つまり、永久磁石２４の温度が上昇すると、永久磁石２４の保磁力が小さくなり、磁気曲線のクニック点ｑの位置は、右側方向に移動する（磁場Ｈが大きい値になる）。従って、永久磁石２４の温度が高い程、より低い駆動電流ｉ（小さい振幅Ｉ）で不可逆減磁状態になってしまう。

従って、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２より低い場合には、巻線２２ａからの反磁界がいくら大きくなっても、不可逆減磁が発生しないように永久磁石２４を設計したとしても、永久磁石２４の温度によって、不可逆減磁が発生してしまう可能性がある。そこで、第２の実施の形態では、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上で、且つ、永久磁石２４の温度が閾値（第２閾値）ｔｈ２以上の場合に、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる。

即ち、電流指令算出部４０は、設定した駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上で、且つ、温度算出部５６が算出した永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合に、設定した駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる。また、位相βを遅角させると、電動機１２の出力トルクＴが下がるので、該遅角後の位相βで出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となるように駆動電流ｉの振幅Ｉを再設定する。この遅角させる遅角量は、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分の大きさに応じて大きくなる。

このように、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値以上、且つ、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上となるまでは、電動機１２の出力トルクＴが最大となるように、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂに設定し、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上、且つ、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合は、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂより遅角させるので、永久磁石２４の保磁力が一定値より低くなる高温時（閾値ｔｈ２より高い高温時）に、磁石が受ける巻線２２ａからの反磁界を低減させることができ、永久磁石２４の不可逆減磁の発生を効果的に抑制することができる。なお、位相βを遅角させる遅角量は、駆動電流ｉの大きさ（振幅Ｉ）に応じて大きくなる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態においても、図１に示す制御装置１０を用い、第２の実施の形態と異なる部分のみを説明する。第３の実施の形態も、制御装置１０は、温度センサ５４を有し、制御部３０は、温度算出部５６を有する。

第２の実施の形態では、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上で、且つ、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合に、駆動電流ｉの位相βを遅角させるというものであるが、第３の実施の形態では、更に、永久磁石２４の温度に応じて、閾値ｔｈ１の値を変えると共に、駆動電流ｉの位相βの遅角量を変えるというものである。

図８Ａは、電動機１２の出力トルクＴと駆動電流ｉの位相βの進角との関係を示す図であり、図８Ｂは、駆動電流ｉの位相βの進角と永久磁石２４の磁束φの減磁率との関係を永久磁石２４の温度に応じて示す図である。図８Ａでは、ベスト位相βｂの位置をｓで表している。

線６６は、永久磁石２４の温度が温度ｔ１のときの駆動電流ｉの進角と永久磁石２４の磁束φの減磁率との関係を示し、線６８は、永久磁石２４の温度が温度ｔ２のときの駆動電流ｉの進角と永久磁石２４の磁束φの減磁率との関係を示し、線７０は、永久磁石２４の温度が温度ｔ３のときの駆動電流ｉの進角と永久磁石２４の磁束φの減磁率との関係を示す。なお、閾値ｔｈ２＜温度ｔ１＜温度ｔ２＜温度ｔ３の関係を有するものとする。

また、図８Ａ、図８Ｂにおいては、駆動電流ｉの位相βが、ベスト位相βｂ（駆動電流ｉの位相βが位置ｓ）の場合は、温度ｔ１、ｔ２、ｔ３の全ての温度において永久磁石２４に不可逆減磁が発生し、駆動電流ｉの位相βが位置ｗの場合は、温度ｔ１、ｔ２、ｔ３の全ての温度において永久磁石２４に不可逆減磁が発生しない振幅Ｉの駆動電流ｉが巻線２２ａに供給されているものとする。位相βが進角している方を大きい値で表すと、位置ｓ、ｕ、ｖ、ｗは、ｗ＜ｖ＜ｕ＜ｓ、の関係を有する。

駆動電流ｉの位相βがベスト位相βｂより遅れた位相β（位置ｕ）の場合に、永久磁石２４の温度が温度ｔ１の場合は不可逆減磁が発生しないが、永久磁石２４の温度が温度ｔ２、ｔ３の場合は不可逆減磁が発生する。そして、更に駆動電流ｉの位相βが遅れると（駆動電流ｉの位相βが位置ｖになると）、永久磁石２４の温度が温度ｔ１、ｔ２の場合は不可逆減磁が発生しないが、永久磁石２４の温度が温度ｔ３の場合は不可逆減磁が発生する。そして、永久磁石２４の位相βが位置ｗになると、永久磁石２４の温度が温度ｔ１、ｔ２、ｔ３であっても不可逆減磁は発生しない。

図８Ｂに示すように、永久磁石２４の温度が高くなる程、永久磁石２４の保磁力が低減して不可逆減磁の減磁率が大きくなるので、振幅Ｉが同じ駆動電流ｉを巻線２２ａに供給する場合であっても、永久磁石２４の温度が高い程、駆動電流ｉの位相βをより遅角させなければ、不可逆減磁が発生してしまう。また、図７で説明したように、永久磁石２４の温度が高い程、永久磁石２４の保磁力が低くなり、より低い駆動電流ｉで不可逆減磁が発生してしまう。

そこで、第３の実施の形態では、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２より高くなる程閾値ｔｈ１の値を小さくすると共に、駆動電流ｉの振幅Ｉが同じ場合であっても、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２より高い程、駆動電流ｉの位相βをより遅角させる。また、駆動電流ｉの位相βを遅角させる遅角量は、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分（振幅Ｉ−閾値ｔｈ１）の大きさに応じて大きくなり、この閾値ｔｈ１は、永久磁石２４の温度が高い程低くなるので、駆動電流ｉの振幅Ｉが同じであっても、永久磁石２４の温度が高い程、駆動電流ｉの位相βの遅角量が大きくなる。

即ち、電流指令算出部４０は、設定した駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上で、且つ、温度算出部５６が算出した永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合に、設定した駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる。ここで、電流指令算出部４０は、温度算出部５６が算出した永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合は、永久磁石２４の温度が高くなる程小さい値の閾値ｔｈ１を設定する。また、位相βを遅角させると、電動機１２の出力トルクＴが下がるので、該遅角後の位相βで出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となるように駆動電流ｉの振幅Ｉを再設定する。駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる遅角量は、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分の大きさに応じて大きくなる。

なお、閾値ｔｈ１の値を、永久磁石２４の温度に応じて連続的に変えてもよいし、永久磁石２４の温度に応じて段階的に変えるようにしてもよい。

図９は、永久磁石２４の温度と駆動電流ｉの大きさに応じて設定された位相βとの関係を示す図である。点線７２は、駆動電流ｉの大きさに応じたベスト位相βｂを示す曲線であり、駆動電流ｉが大きい程ベスト位相βｂの位置が上方となるように描いている。図９に示すように、このベスト位相βｂは、駆動電流ｉの大きさに応じて異なる。線７４は、永久磁石２４の温度が温度ｔ１のときに制御部３０によって設定される駆動電流ｉの位相βを表し、線７６は、永久磁石２４の温度が温度ｔ２のときに制御部３０によって設定される駆動電流ｉの位相βを表し、線７８は、永久磁石２４の温度が温度ｔ３のときに制御部３０によって設定される駆動電流ｉの位相βを表している。

永久磁石２４の温度ｔ１、ｔ２、ｔ３の何れの場合においても、駆動電流ｉの大きさが閾値ｔｈ１以上となるまでは、駆動電流ｉの位相βはベスト位相βｂに設定され、閾値ｔｈ１以上になると、位相βがベスト位相βｂから遅角するように設定される。この閾値ｔｈ１は、永久磁石２４の温度が高くなる程、閾値ｔｈ１を小さくするので、図９に示すように、永久磁石２４の温度が温度ｔ３の場合は、温度ｔ１、ｔ２の場合に比べて小さい駆動電流ｉのときから位相βの遅角が開始されている。また、永久磁石２４の温度が温度ｔ２の場合は、温度ｔ１の場合に比べて小さい駆動電流ｉのときから位相βの遅角が開始されている。

図９に示すように、指令トルク値Ｔ１が所定の値のときであって、永久磁石２４の温度が温度ｔ３の場合は、駆動電流ｉの位相βが位相β_３、駆動電流ｉの振幅（大きさ）Ｉが振幅Ｉ_３となるように制御部３０によって設定される。また、永久磁石２４の温度が温度ｔ２の場合は、駆動電流ｉの位相βが位相β_２、駆動電流ｉの振幅Ｉが振幅Ｉ_２となるように制御部３０によって設定される。永久磁石２４の温度が温度ｔ１の場合は、駆動電流ｉの位相βが位相β_１、駆動電流ｉの振幅Ｉが振幅Ｉ_１となるように制御部３０によって設定される。

位相βが進角している方を大きい値で表すと、ベスト位相βｂ、位相β_１、位相β_２、位相β_３は、β_３＜β_２＜β_１＜βｂ、の関係を有する。つまり、永久磁石２４の温度が高温になる程、遅角させる遅角量を大きくする。また、この振幅Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３は、閾値ｔｈ１＜Ｉ_１＜Ｉ_２＜Ｉ_３、の関係式を満たす。つまり、永久磁石２４の温度が高くなる程、遅角させる遅角量が大きくなり、出力トルクＴは小さくなるので、その分、駆動電流ｉの振幅Ｉを大きくすることで、電動機１２の出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となるようにする。

このように、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合は、永久磁石２４の温度が高くなる程閾値ｔｈ１の値を小さくするので、永久磁石２４の温度の上昇に応じて保磁力が低下しても、永久磁石２４の不可逆減磁の発生を効果的に抑えることができ、不必要に駆動電流ｉの位相βを遅角させることがなく、電動機１２の効率を高くすることができる。また、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上の場合は、永久磁石２４の温度が高くなる程駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させるので、永久磁石２４の温度の上昇に応じて保磁力が低下しても、巻線２２ａからの反磁界を大きく低減させて、不可逆減磁の発生を効果的に抑えることができ、不必要に駆動電流ｉの位相βを遅角させることがなく、電動機１２の効率を高くすることができる。

次に、第３の実施の形態の制御装置１０の動作を、図１０のフローチャートに従って説明する。なお、制御部３０は、原則として、駆動電流ｉの位相βがベスト位相βｂとなるようにインバータ回路３２を制御しているものとする。

ステップＳ１で、温度算出部５６は、温度センサ５４が検出した検出信号に基づいて永久磁石２４の温度を算出し、ステップＳ２で、電流指令算出部４０は、ステップＳ１で算出された永久磁石２４の温度に対応する閾値ｔｈ１を設定する。算出した永久磁石２４の温度が高い程小さい値の閾値ｔｈ１が設定される。

ステップＳ３で、電流指令算出部４０は、駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上であるか否かを判断し、ステップＳ３で振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上であると判断すると、ステップＳ４に進み、ステップＳ１で算出された永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上であるか否かを判断する。

ステップＳ４で、永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上であると判断すると、ステップＳ５に進み、電流指令算出部４０は、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂから遅角させる。この遅角量は、駆動電流ｉの振幅Ｉと閾値ｔｈ１との差分に応じて大きくなる。また、電流指令算出部４０は、遅角後の位相βで電動機１２の出力トルクＴが指令トルク値Ｔ１となるように、駆動電流ｉの振幅Ｉを再設定する。

一方で、ステップＳ３で駆動電流ｉの振幅Ｉが閾値ｔｈ１以上でないと判断された場合、又は、ステップＳ４で永久磁石２４の温度が閾値ｔｈ２以上でないと判断された場合は、ステップＳ６に進み、電流指令算出部４０は、駆動電流ｉの位相βをベスト位相βｂにする。つまり、最小の駆動電流ｉ（振幅Ｉが最小）で電動機１２の出力トルクＴが最大となるように、駆動電流ｉの振幅Ｉ及び位相βを設定する。

上記第１〜第３の実施の形態では、駆動電流ｉの大きさが閾値ｔｈ１以下のとき（通常の位相制御）は、電動機１２の出力トルクＴが最大となるように駆動電流ｉの位相βを制御したが、最大でなくてもよい。つまり、電動機１２の出力トルクＴが大きく（電動機１２の出力トルクＴが一定値以上）なるように駆動電流ｉの位相βを制御してもよい。但し、このときの位相βは、ベスト位相βｂより遅れた位相であることが好ましい。

以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…制御装置 １２…電動機
１２ａ…位置検出器 １４…駆動制御装置
１６…バッテリ ２０…ロータ
２２…ステータ ２２ａ…巻線
２４…永久磁石 ２６…突極部
２８…回転軸 ３０…制御部
３２…インバータ回路 ３４ｕ、３４ｖ…電流検出器
４０…電流指令算出部 ４２…電流変換部
４４、４６…減算器 ４８…電圧指令算出部
５０…電圧変換部 ５２…インバータ制御部
５４…温度センサ ５６…温度算出部

Claims (5)

1. 永久磁石を備えたロータと、
   巻線が巻かれたステータと、
   前記巻線に所定の位相の駆動電流を供給する駆動制御装置と、
   を備えた電動機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記駆動電流が第１閾値よりも小さいときには、前記駆動電流の位相を、所定の駆動電流に対する前記電動機のトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、前記駆動電流が第１閾値以上になると、前記駆動電流の位相を前記最大トルク位相から遅角させる
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記駆動電流が前記第１閾値以上の場合は、前記駆動電流が大きくなる程、前記駆動電流の位相が前記最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させる
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記駆動電流が前記第１閾値以上で、且つ、前記永久磁石の温度が第２閾値以上になると、前記駆動電流の位相を前記最大トルク位相から遅角させる
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項３に記載の電動機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記永久磁石の温度が前記第２閾値以上の場合は、前記永久磁石の温度が高い程、前記第１閾値を小さくする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、前記永久磁石の温度が前記第２閾値以上の場合は、前記永久磁石の温度が高い程、前記駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させる
   ことを特徴とする電動機の制御装置。

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