JP2019122188A - モータ制御装置及び減磁判定回路 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ減磁に対する温度ロバスト性を向上させるモータ制御装置を提供する。【解決手段】永久磁石式モータ８０を駆動するモータ制御装置２０１において、磁石温度検出部５１は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇを検出又は推定する。ｄ軸電流制限値設定部２６は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ及びモータの特性に応じて、ｄ軸電流により生成され永久磁石に作用する外部磁界の絶対値が、永久磁石を不可逆減磁に至らせる臨界磁界の絶対値以下となるように、負の値であるｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを設定する。ｄ軸電流比較部２７は、モータ８０に流れる実ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍとを比較し、実ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍ以下となったとき、モータの動作範囲を制限する必要があることを示す「動作制限信号」を出力する。モータ制御装置２０１は、動作制限信号に基づき、モータの動作範囲を制限するようにｄ軸電流指令Ｉｄ*を制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石式モータの制御装置、及び、モータの減磁を判定する減磁判定回路に関する。

従来、永久磁石式モータの減磁を判定する装置が知られている。例えば特許文献１に開示されたモータ駆動装置は、制御中のモータの電流および回転数から、モータに減磁が発生していないときのｑ軸電圧の操作量を基準値とし、基準値と制御における実際値との比較に基づいて減磁量を推定する。すなわち、このモータ駆動装置は、実際のｑ軸の電圧操作量Ｖｑ１が、減磁が生じていない場合のｑ軸の電圧操作量Ｖｑｃより小さいとき、減磁が生じていると判断し、モータの動作制限を行う。

特許第４２２３８８０号公報

特許文献１の従来技術の概略フローは、［現在のモータの実磁束を推定する］→［基準磁束と比較する］→［動作制限をする］という３つのステップで表される。そのうち基準磁束との比較、及び、動作制限において、従来技術では温度特性は考慮されていない。

一般に磁石の磁束密度Ｂは、温度Ｔに対し、式（１）で表される温度特性を有する。ここで、磁束が通る面積を一定とすれば、磁束密度は「磁束」と読み替えられる。
Β（Ｔ）＝β（Ｔ₀）×｛１＋α_B（Ｔ−Ｔ₀）｝ ・・・（１）
Β（Ｔ）：温度Ｔのときの磁束密度
Ｔ_o：基準温度
Β（Ｔ_o）：基準温度Ｔ_oのときの基準磁束密度
α_B：温度係数

例えば車両用モータに広く使用されるネオジム磁石では、温度係数α_Bは−０．１１％／Ｋ程度であり、モータが高温になるほど磁束が低下する。そのため、特許文献１の従来技術では、モータ温度が基準温度より高温になると、実際には減磁していないにもかかわらず、減磁が発生していると誤判定するおそれがある。これを避けるには、動作中の最高温度で基準磁束を決定する必要があり、低温での検出性が低下する。したがって従来技術では、モータ減磁に対する温度ロバスト性が欠如する。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、モータ減磁に対する温度ロバスト性を向上させるモータ制御装置及び減磁判定回路を提供することにある。

ロバスト性を向上させるためのアプローチは、次の２つに大別される。
（１）温度毎に動作制限範囲を変更し、可能な限りモータ減磁に至らないようにする。
（２）温度に依らず、モータ減磁検出精度を向上させる。

このアプローチから、従来技術の概略フローに対して次のような改善案が挙げられる。（１）［動作制限をする］ステップについて、不可逆減磁となる外部逆磁界の上限が温度により変化することに着目し、温度によりモータの動作制限値を変化させ、不可逆減磁の発生要因を抑制する。（２）［基準磁束と比較する］ステップについて、実磁束推定値と比較される基準磁束にモータの温度特性を考慮することで、広い温度範囲で減磁検出精度を向上させる。

そこで本発明では、温度によって動作制限値を変化させるモータ制御装置を第一の態様として提供する。また、基準磁束にモータの温度特性を考慮する減磁判定回路を第二の態様とし、その減磁判定回路を備えるモータ制御装置を第三の態様として提供する。

本発明の第一の態様は、永久磁石式モータ（８０）の駆動にあたり、永久磁石の磁束位相を基準としたｄ軸とそれに直交するｑ軸とからなる直交座標系において、ｄ軸電流を変化させながら電流制御又は電圧位相制御によりモータを駆動するモータ制御装置である。このモータ制御装置は、磁石温度検出部（５１）と、ｄ軸電流制限値設定部（２６）と、ｄ軸電流比較部（２７）と、を備える。

磁石温度検出部は、モータの永久磁石の温度である磁石温度（Ｔ＿ｍａｇ）を検出又は推定する。ｄ軸電流制限値設定部は、磁石温度及びモータの特性に応じて、ｄ軸電流により生成され永久磁石に作用する外部磁界の絶対値が、永久磁石を不可逆減磁に至らせる臨界磁界の絶対値以下となるように、負の値であるｄ軸電流制限値（Ｉｄ＿ｌｉｍ）を設定する。ｄ軸電流比較部は、モータに流れる実ｄ軸電流（Ｉｄ）とｄ軸電流制限値とを比較し、実ｄ軸電流がｄ軸電流制限値以下（すなわち、実ｄ軸電流の絶対値がｄ軸電流制限値の絶対値以上）となったとき、モータの動作範囲を制限する必要があることを示す「動作制限信号」を出力する。モータ制御装置は、動作制限信号に基づき、モータの動作範囲を制限するように電流制御又は電圧位相制御における指令値を制限する。

本発明の第一の態様では、ｄ軸電流制限値設定部は、磁石温度検出部により検出又は推定された磁石温度に応じてｄ軸電流制限値を設定する。磁石温度が比較的低く、実ｄ軸電流がｄ軸電流制限値より大きいときにはモータの動作範囲は制限されない。一方、磁石温度が上昇し、実ｄ軸電流がｄ軸電流制限値以下となったとき、ｄ軸電流により生成される外部逆磁界によって永久磁石が減磁に至らないように、モータの動作範囲が制限される。これにより、第一の態様のモータ制御装置は、磁石温度が比較的低いときにはｄ軸電流指令の取り得る範囲を広げて出力トルクを最大化し、磁石温度が上昇した場合に、ｄ軸電流による減磁の発生を抑制することができる。

本発明の第二の態様は、永久磁石式モータ（８０）の減磁を判定する減磁判定回路である。この減磁判定回路は、磁石温度検出部（５１）と、基準磁束補正部（５２）と、減磁判定部（５３）と、を備える。磁石温度検出部は、モータの永久磁石の温度である磁石温度（Ｔ＿ｍａｇ）を検出又は推定する。

基準磁束補正部は、永久磁石が減磁していないときの磁束である基準磁束（φｓｔｄ）を磁石温度に基づき補正し、補正後基準磁束（φｓｔｄ＃）として出力する。減磁判定部は、モータの電流、電圧及び電気角速度から推定され、又は磁束センサ（８８）の出力から算出された現在の永久磁石の実磁束（φｅｓｔ、φｓｎｓ）が入力され、実磁束と補正後基準磁束とを比較し、実磁束が補正後基準磁束より小さいとき、永久磁石が減磁していると判定する。

本発明の第三の態様は、永久磁石式モータ（８０）を駆動するモータ制御装置である。このモータ制御装置は、現在の永久磁石の実磁束（φｅｓｔ、φｓｎｓ）をモータの電流、電圧及び電気角速度から推定し、又は磁束センサ（８８）の出力から算出する磁束推定部（４０）と、第二の態様の減磁判定回路（５０）と、を備える。

本発明の第二、第三の態様では、モータの減磁判定において、磁石温度に基づき補正された基準磁束が実磁束と比較される。したがって、モータの温度特性を考慮しつつ、広い温度範囲で減磁検出精度を向上させることができる。

第１実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 外部磁界と磁石磁束密度との関係を示す特性図。 磁石温度とｄ軸電流制限値との関係を示す図。 第２実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 第２実施形態による電圧位相制限を説明する図。 第３実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 磁石温度と磁束（密度）との関係を示す特性図。 第４実施形態によるモータ制御装置及び減磁判定回路の制御ブロック図。

以下、モータ制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。各実施形態のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータ等として用いられる永久磁石式モ―タを駆動する装置である。また、第４実施形態では、永久磁石式モ―タを駆動するモータ制御装置、及び、永久磁石式モ―タの減磁を判定する減磁判定回路が別体で設けられる。

（第１実施形態）
第１実施形態のモータ制御装置について、図１〜図３を参照して説明する。第１実施形態のモータ制御装置２０１は、永久磁石の磁束位相を基準としたｄ軸とそれに直交するｑ軸とからなる直交座標系において、ｄ軸電流を変化させながら電流制御によりモータ８０を駆動する。

モータ８０は、永久磁石式同期型三相交流モータである。基本的にはＩＰＭＳＭ（埋込永久磁石型同期モータ）を想定するがＳＰＭＳＭ（表面永久磁石型同期モータ）であってもよい。図１に図示しないが、モータ８０の内部には永久磁石が含まれているものと解釈する。また、永久磁石の温度Ｔ＿ｍａｇを検出する温度センサ７８が設けられる。

電流センサ７０は、モータ８０の三相巻線のうち二相又は三相に流れる相電流を検出する。なお、二相の電流を検出する構成では、他の一相の電流は、キルヒホッフの法則により算出される。回転角センサ８５は、レゾルバ等の回転角センサであり、モータ８０の電気角θを検出する。

モータ制御装置２０１は、一般的な電流制御に係る構成、並びに、変調器６１及びインバータ６２に加え、第１実施形態に特有の構成である磁石温度検出部５１、ｄ軸電流制限値設定部２６、ｄ軸電流比較部２７及びｄ軸電流指令制限部２２を備える。まず一般的な構成について説明した後、特有の構成を説明する。モータ制御装置２０１は、一般的な電流制御の構成として、電流指令演算部２１、電流偏差算出部２３、電流制御器２４、三相−ｄｑ変換部２９、変調器６１、インバータ６２等を含む。

電流指令演算部２１は、トルク指令Ｔｒｑ^*に基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令Ｉｑ^*を演算する。基本的にはｄ軸電流指令Ｉｄ^*は負の値であり、ｑ軸電流指令Ｉｑ^*は正の値である。そのうちｄ軸電流指令Ｉｄ^*は、後述するｄ軸電流指令制限部２２により、ｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍに制限される場合がある。

三相−ｄｑ変換部２９は、電気角θに基づいて三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑにｄｑ変換し、電流偏差算出部２３にフィードバックする。電流偏差算出部２３は、ｄｑ軸電流指令Ｉｄ^*、Ｉｑ^*と、フィードバックされたｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑとの電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを算出する。電流制御器２４は、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを０に近づけるように、ＰＩ制御により、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を演算する。

変調器６１は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*、電気角θ、インバータ６２に入力される直流電圧Ｖｄｃ等に基づいてスイッチングパルス（図中「ＳＷパルス」）信号を生成し、インバータ６２に出力する。例えば変調器６１は、変調率に応じて、第１実施形態による電流制御（電流フィードバック制御）方式と、第２実施形態による電圧位相制御（トルクフィードバック制御）方式とを切替可能である。電流制御方式の場合、典型的に変調器６１は、搬送波比較によるＰＷＭ制御によりスイッチングパルス信号を生成する。

インバータ６２は、上下アームの６つのスイッチング素子がブリッジ接続されている。スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。インバータ６２は、変調器６１から出力されるスイッチングパルス信号に従ってスイッチング素子が動作することでバッテリの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ８０に供給する。

以上が一般的な電流制御の説明である。ところで、永久磁石式モータにおいて永久磁石の減磁が発生すると、意図したトルク出力が得られなくなる。そこで、特許文献１（特許第４２２３８８０号公報）には、実磁束推定値と、減磁が生じていない場合の基準磁束とを比較することで、モータ減磁を判定する技術が開示されている。しかし、特許文献１の従来技術では温度特性を考慮していないため、例えばモータ温度が基準温度より高温になると、実際には減磁していないにもかかわらず、減磁が発生していると誤判定するおそれがある。

ここで図２を参照し、磁石減磁の物理的特性について説明する。図２は、ネオジム磁石を例とした磁石の減磁特性図であり、横軸は外部磁界Ｈ（単位：［Ａ／ｍ］）、縦軸は磁石の磁束密度Ｂ（単位：［Ｔ］）を示す。ここで、外部磁界Ｈは、負の値で表されるように、磁石の磁界に対し逆磁界である。また、図２の上の図は相対的に低い温度Ｔ１での特性図であり、下の図は相対的に高い温度Ｔ２での特性図である。

外部磁界Ｈが等しい環境下での磁石磁束Ｂは、Ｂ−Ｈ曲線が線形の領域では温度に対し線形に変化する。その傾きは、磁石の材質や磁気回路の形状によって決まるため、モータ構造により事前に決定される。したがって、モータが減磁していないときの磁束は、上述の式（１）に基づき、「実温度、基準温度、基準磁束、温度係数」から決定される。

一方、Ｂ−Ｈ曲線の変曲点より外部逆磁界が強い領域に至ると、外部磁界を元に戻しても磁石磁束が復帰しない「不可逆減磁」に至る。不可逆減磁領域に入るときの外部磁界を「臨界磁界Ｈｃ」と表す。温度がＴ１からＴ２に上昇すると、臨界磁界は、Ｈｃ_T1からＨｃ_T2に増加（絶対値が減少）する。すなわち、磁石温度が上昇すると、より絶対値の小さい外部逆磁界によって不可逆減磁に至ることとなる。

永久磁石式同期モータでは、ステータに流れる電流により磁界がロータ磁石に外部磁界として作用し、磁界強度はｄ軸電流に相関がある。よって、ｄ軸電流を制限することで不可逆減磁が発生しないような動作制限が可能である。また、Ｂ−Ｈ曲線は磁石温度により変化するため、ｄ軸電流の制限値を温度により変化させることでモータ減磁の検出精度を向上させることができる。

この着眼点に基づき、第１実施形態のモータ制御装置２０１は、磁石温度検出部５１、ｄ軸電流制限値設定部２６、ｄ軸電流比較部２７及びｄ軸電流指令制限部２２を備える。

磁石温度検出部５１は、モータ８０の永久磁石の温度である磁石温度Ｔ＿ｍａｇを検出又は推定する。例えば図示のようにモータ８０に温度センサ７８が設けられる構成では、磁石温度検出部５１は、温度センサ７８の検出温度と、温度センサ７８から磁石までの熱勾配により磁石温度Ｔ＿ｍａｇを推定する。この熱勾配は、ロータ温度、ステータ温度、フレーム温度、冷却溶媒温度等の関係を考慮して設定される。或いは、磁石温度検出部５１は、周囲温度から磁石温度Ｔ＿ｍａｇの初期温度を推定し、モータ８０に通電される電流又は熱損失の積算値と熱容量とから現在の磁石温度Ｔ＿ｍａｇを推定してもよい。

ｄ軸電流制限値設定部２６は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ及びモータの特性に応じて、負の値であるｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを設定する。ｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍは、ｄ軸電流により生成され永久磁石に作用する外部磁界の絶対値が、永久磁石を不可逆減磁に至らせる臨界磁界Ｈｃの絶対値以下となるように、すなわち、図２に示す温度毎のＢ−Ｈ曲線の変曲点を負側に超えないように設定される。ばらつき等による余裕を考慮しない場合、ｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍの振幅が臨界磁界Ｈｃに相当するように設定されればよい。

具体的にｄ軸電流制限値設定部２６は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ毎の近似式を用いてｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを算出してもよい。或いは、ｄ軸電流制限値設定部２６は、図３に示すような磁石温度Ｔ＿ｍａｇに対する制限値マップを予め記憶しておき、このマップを参照してｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを設定してもよい。図３に示すように、基本的には磁石温度Ｔ＿ｍａｇが上昇するほど、負のｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍは絶対値が小さくなるように、すなわち制限が厳しくなる方向に設定される。

なお、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値を通常時よりも大きくする、すなわち負側にシフトさせる制御の例として、一般に弱め界磁制御が知られている。ただし、弱め界磁制御以外にも、例えば直流制動、モータ又はバッテリ暖機等の場合が考えられる。このように、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値を通常時よりも大きくする制御を行う場合、特に本実施形態によるｄ軸電流制限の構成を採用する意義がある。

ｄ軸電流比較部２７は、三相−ｄｑ変換部２９が出力したｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑのうちｄ軸電流Ｉｄを「モータ８０に流れる実電流」として取得する。ｄ軸電流比較部２７は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍとを比較する。そして、負のｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍ以下（Ｉｄ≦Ｉｄ＿ｌｉｍ）となったとき、つまり、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値がｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍの絶対値以上となったとき、ｄ軸電流比較部２７は、「動作制限信号」を出力する。この動作制限信号は、永久磁石が減磁に至らないように、モータの動作範囲を制限する必要があることを示す信号である。例えば動作制限信号が「１」のとき動作制限が必要であり、信号が「０」のとき動作制限が不要であることを示す。

ｄ軸電流指令制限部２２は、動作制限信号が入力されたとき、ｄ軸電流指令Ｉｄ^*をｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍに制限する。すなわち、「Ｉｄ＞Ｉｄ＿ｌｉｍ」の領域では、電流指令演算部２１が演算したｄ軸電流指令Ｉｄ^*がそのまま出力される。「Ｉｄ≦Ｉｄ＿ｌｉｍ」の領域では、制限後のｄ軸電流指令Ｉｄ^*としてｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍが出力される。こうしてｄ軸電流指令制限部２２から出力されたｄ軸電流指令Ｉｄ^*に対し、モータ８０に流れる実ｄ軸電流Ｉｄがフィードバックされる。

以上のように第１実施形態では、ｄ軸電流制限値設定部２６は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じてｄ軸電流制限値を設定する。磁石温度Ｔ＿ｍａｇが比較的低く、実ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍより大きいときにはモータ８０の動作範囲は制限されない。一方、磁石温度Ｔ＿ｍａｇが上昇し、実ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍ以下となったとき、ｄ軸電流Ｉｄにより生成される外部逆磁界によって永久磁石が減磁に至らないように、モータ８０の動作範囲が制限される。これにより、モータ制御装置２０１は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇが比較的低いときにはｄ軸電流指令Ｉｄ^*の取り得る範囲を広げて出力トルクを最大化し、磁石温度Ｔ＿ｍａｇが上昇した場合に、ｄ軸電流Ｉｄによる減磁の発生を抑制することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態のモータ制御装置について、図４、図５を参照して説明する。第２実施形態のモータ制御装置２０２は、永久磁石の磁束位相を基準としたｄ軸とそれに直交するｑ軸とからなる直交座標系において、ｄ軸電流を変化させながら電圧位相制御によりモータ８０を駆動する。

図４に示すように、モータ制御装置２０２は、電圧位相制御の構成として、トルク偏差算出部３１、位相制御器３２、トルク推定部３９を含み、また、電圧振幅演算部３３及び振幅位相−ｄｑ変換部３４を備える。さらにモータ制御装置２０２は、第１実施形態と同様に、特有の構成として、磁石温度検出部５１、ｄ軸電流制限値設定部２６及びｄ軸電流比較部２７を備える。

トルク推定部３９は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、基準磁束（又は逆起電圧定数）φ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、モータ８０の極対数ｐに基づき、式（２）を用いてトルク推定値Ｔｒｑ＿ｅｓｔを算出する。
Ｔｒｑ＿ｅｓｔ＝ｐ×｛Ｉｑ×φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ｝ ・・・（２）

トルク推定値Ｔｒｑ＿ｅｓｔは実トルクとみなされ、トルク偏差算出部３１にフィードバックされる。なお、トルクセンサが設けられる構成では、トルク推定部３９を設けず、トルクセンサにより検出されたセンサ値が実トルクとしてトルク偏差算出部３１にフィードバックされてもよい。

トルク偏差算出部３１は、トルク指令Ｔｒｑ^*とトルク推定値Ｔｒｑ＿ｅｓｔとのトルク偏差ΔＴｒｑを算出する。位相制御器３２は、トルク偏差ΔＴｒｑを０に近づけるように、ＰＩ演算により電圧位相指令Ｖθを演算する。また、位相制御器３２は、ｄ軸電流比較部２７から動作制限信号が入力される。

電圧振幅演算部３３は、トルク指令Ｔｒｑ^*及びｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づき電圧振幅Ｖａｍｐを演算する。詳しくは、電圧振幅演算部３３は、第１実施形態と同様にトルク指令Ｔｒｑ^*から演算されたｄｑ軸電流Ｉｄ^*、Ｉｑ^*とｄ、ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑとの偏差ΔＩｄ、ΔＩｑに基づき、電圧振幅指令Ｖａｍｐを演算する。振幅位相−ｄｑ変換部３４は、電圧振幅指令Ｖａｍｐ及び電圧位相指令Ｖθを、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^*、Ｖｑ^*に変換し、変調器６１に出力する。

図５に示すように、トルク推定値Ｔｒｑ＿ｅｓｔがトルク指令Ｔｒｑ^*より小さいとき、位相制御器３２は、ｄｑ座標上で電圧位相指令Ｖθを徐々に進角させていく。その過程でｄ軸電流Ｉｄ^*は負方向に増加し、ある時点で、指令に追従した実ｄ軸電流Ｉｄが磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じて設定されたｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍに達する。すると、ｄ軸電流比較部２７は動作制限信号を位相制御器３２に出力する。

そして、動作制限信号を受信した位相制御器３２は、その時点の位相で電圧位相指令Ｖθを制限する。すなわち位相制御器３２は、電圧位相指令Ｖθをそれ以上進角させないように、電圧位相指令Ｖθを進角させる制御を停止する。なお、電圧振幅演算部３３による電圧振幅指令Ｖａｍｐの演算は、その後も継続される。

電圧位相制御において、電圧指令位相Ｖθ、或いはそれに相関するｄ軸電圧指令Ｖｄ^*は操作系の変数であり、ｄ軸電流Ｉｄは結果系の変数と考えることができる。第２実施形態は、結果系の変数であるｄ軸電流Ｉｄに基づいて動作制限が必要であることを判断し、操作系の変数である電圧指令位相Ｖθを制限するというものである。ここで、動作制限が必要と判断されるポイントとなるｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍは、磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じて変更される。

以上のように第２実施形態は、電圧位相制御の構成において、電流制御の構成である第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態のモータ制御装置について、図６、図７を参照して説明する。第３実施形態は、「温度に依らず、モータ減磁検出精度を向上させる」ことにより、モータ減磁に対する温度ロバスト性を向上させる。図６に示すように、モータ制御装置２０３は、モータ駆動制御に係る電流制御の構成に加え、磁束推定部４０と、磁石温度検出部５１、基準磁束補正部５２及び減磁判定部５３を含む減磁判定回路５０と、を備える。なお、モータ駆動制御に係る構成は、電流制御の構成に代えて電圧位相制御の構成としてもよい。また、角速度演算部８６は、角度センサ８５が検出した電気角θを時間微分して電気角速度ωを出力する。

磁束推定部４０は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^*、及び電気角速度ωが入力される。そして磁束推定部４０は、これらのパラメータに基づいて現在の制御状態での永久磁石の実磁束φを推定する。具体的には、ｑ軸電圧Ｖｑは、モータ定数である巻線抵抗Ｒｍ及びｄ軸インダクタンスＬｄを含む電圧方程式（３．１）で表される。
Ｖｑ＝Ｒｍ×Ｉｑ＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋ω×φ ・・・（３．１）

式（３．１）を磁束φについて整理すると、式（３．２）が得られる。さらに、ｑ軸電圧Ｖｑとしてｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を用い、磁束推定値をφｅｓｔと表すと、式（３．２）は式（３．３）のように書き換えられる。したがって、磁束推定部４０は、式（３．３）により磁束推定値φｅｓｔを演算する。
φ＝（Ｖｑ−Ｒｍ×Ｉｑ−ω×Ｌｄ×Ｉｄ）／ω ・・・（３．２）
φｅｓｔ＝（Ｖｑ^*−Ｒｍ×Ｉｑ−ω×Ｌｄ×Ｉｄ）／ω ・・・（３．３）

或いは、永久磁石の磁束を検出する磁束センサ８８が更に設けられる場合、二点鎖線で示すように、磁束推定部４０は、磁束センサ８８の出力から磁束センサ値φｓｎｓを算出してもよい。そして磁束推定部４０は、磁束推定値φｅｓｔ又は磁束センサ値φｓｎｓを、現在の永久磁石の実磁束として減磁判定部５３に出力する。以下では、磁束推定部４０は磁束推定値φｅｓｔを出力するものとして説明するが、磁束推定値φｅｓｔに代えて磁束センサ値φｓｎｓを用いてもよい。

磁石温度検出部５１は、モータ８０の永久磁石の温度である磁石温度Ｔ＿ｍａｇを検出又は推定する。例えば図示のようにモータ８０に温度センサ７８が設けられる構成では、磁石温度検出部５１は、温度センサ７８の検出温度と、温度センサ７８から磁石までの熱勾配により磁石温度Ｔ＿ｍａｇを推定する。この熱勾配は、ロータ温度、ステータ温度、フレーム温度、冷却溶媒温度等の関係を考慮して設定される。或いは、磁石温度検出部５１は、周囲温度から磁石温度Ｔ＿ｍａｇの初期温度を推定し、モータ８０に通電される電流又は熱損失の積算値と熱容量とから現在の磁石温度Ｔ＿ｍａｇを推定してもよい。

基準磁束補正部５２は、永久磁石が減磁していないときの磁束である基準磁束φｓｔｄを磁石温度Ｔ＿ｍａｇに基づき補正し、補正後基準磁束φｓｔｄ＃として出力する。例えば基準磁束φｓｔｄは、所定の基準温度における固定値として設定される。

基準磁束補正部５２は、図７に示すように、磁石温度Ｔ＿ｍａｇと磁束密度Ｂ（Ｔ）との関係をマップとして記憶してもよい。ハイブリッド自動車の主機モータ等に多く用いられるネオジム磁石では、図７に示すように高温になるほど磁束が低下する傾向にある。一方、フェライト磁石では、低温になるほど磁束が低下する傾向にある。また、基準磁束補正部５２は、一次式に近似された上述の式（１）に基づき、「実温度、基準温度、基準磁束、温度係数」に基づいて補正後基準磁束φｓｔｄ＃を算出してもよい。

減磁判定部５３は、磁束推定部４０から磁束推定値φｅｓｔが入力され、基準磁束補正部５２から補正後基準磁束φｓｔｄ＃が入力される。減磁判定部５３は、磁束推定値φｅｓｔと補正後基準磁束φｓｔｄ＃とを比較し、磁束推定値φｅｓｔが補正後基準磁束φｓｔｄ＃より小さいとき、永久磁石が減磁していると判定する。また、減磁判定部５３は、減磁を判定すると、他の制御装置等に減磁信号を出力して異常を通知する。

具体的には、減磁判定部５３は、「磁束推定値φｅｓｔから補正後基準磁束φｓｔｄ＃を減算した値」が０以下の判定閾値より小さいときに減磁が発生したと判定する。なお、基準磁束φｓｔｄを磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じて補正せずに見かけ上固定とし、判定閾値を磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じて変化させてもよい。その場合も、磁束推定値φｅｓｔに対する相対的な意味で、基準磁束補正部５２により基準磁束φｓｔｄ＃が補正されたものと解釈可能である。

また、減磁判定部５３は、磁束φに代えて、磁束φを電気角速度ωで除した値であって磁束φと相関のあるｑ軸電圧Ｖｑを用いて減磁を判定してもよい。その場合、減磁判定部５３は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇに応じて補正されたｑ軸基準電圧と、磁束推定値φｅｓｔに対応するｑ軸電圧推定値とを比較する。この形態においても、減磁判定部５３は、間接的に「実磁束と補正後基準磁束とを比較する」ものと解釈される。

特許文献１の従来技術では、実磁束推定値と比較される基準磁束にモータの温度特性が考慮されていない。そのため、磁石磁束が図７に示すような温度特性を有する場合には、モータ温度が基準温度より高温になると、実際には減磁していないにもかかわらず、減磁が発生していると誤判定するおそれがある。それに対し第３実施形態では、モータ８０の減磁判定において、磁石温度Ｔ＿ｍａｇに基づき補正された基準磁束φｓｔｄ＃が実磁束φｅｓｔと比較される。したがって、モータ８０の温度特性を考慮しつつ、広い温度範囲で減磁検出精度を向上させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態のモータ制御装置及び減磁判定回路について、図８を参照して説明する。第４実施形態は第３実施形態に対し、減磁判定回路５０がモータ制御装置２０４の内部に含まれるのでなく、モータ制御装置２０４とは別に独立して設けられる点のみが異なり、各部の機能は第３実施形態と同様である。

例えば減磁判定回路５０は、モータ制御装置２０４とは独立したハードウェアにより構成された回路ユニット、或いは、独立したプログラムが記憶された記憶媒体等の形態で構成され、既存のモータ制御装置に後から組み込み可能である。第４実施形態では第３実施形態と同様の作用効果を奏することに加え、適用の汎用性を拡大することができる。

（その他の実施形態）
本発明によるモータ制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータに限らず、発電機として機能する場合も含め、あらゆる分野の永久磁石式モータに適用可能である。また、交流モータの相の数は、三相に限らず何相でもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２０１−２０４・・・モータ制御装置、
２６・・・ｄ軸電流制限値設定部、
２７・・・ｄ軸電流比較部、
４０・・・磁束推定部、
５０・・・減磁判定回路、
５１・・・磁石温度検出部、
５２・・・基準磁束補正部、
５３・・・減磁判定部、
８０・・・（永久磁石式）モータ。

Claims (5)

1. 永久磁石式モータ（８０）の駆動にあたり、永久磁石の磁束位相を基準としたｄ軸とそれに直交するｑ軸とからなる直交座標系において、ｄ軸電流を変化させながら電流制御又は電圧位相制御によりモータを駆動するモータ制御装置であって、
   前記モータの永久磁石の温度である磁石温度（Ｔ＿ｍａｇ）を検出又は推定する磁石温度検出部（５１）と、
   前記磁石温度及び前記モータの特性に応じて、ｄ軸電流により生成され前記永久磁石に作用する外部磁界の絶対値が、前記永久磁石を不可逆減磁に至らせる臨界磁界の絶対値以下となるように、負の値であるｄ軸電流制限値（Ｉｄ＿ｌｉｍ）を設定するｄ軸電流制限値設定部（２６）と、
   前記モータに流れる実ｄ軸電流（Ｉｄ）と前記ｄ軸電流制限値とを比較し、実ｄ軸電流が前記ｄ軸電流制限値以下となったとき、前記モータの動作範囲を制限する必要があることを示す動作制限信号を出力するｄ軸電流比較部（２７）と、
   を備え、
   前記動作制限信号に基づき、前記モータの動作範囲を制限するように電流制御又は電圧位相制御における指令値を制限するモータ制御装置。
2. 電流制御により前記モータを駆動する請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   トルク指令に基づいてｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）を演算する電流指令演算部（２１）と、
   前記動作制限信号が入力されたとき、ｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流制限値に制限するｄ軸電流指令制限部（２２）と、
   をさらに備え、
   制限後のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に対し実電流をフィードバック制御して前記モータを駆動するモータ制御装置。
3. 電圧位相制御により前記モータを駆動する請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   ｄｑ軸実電流に基づき推定され又はトルクセンサにより検出された実トルクと、トルク指令とのトルク偏差を算出するトルク偏差算出部（３１）と、
   前記トルク偏差を０に近づけるように電圧位相指令（Ｖθ）を演算する位相制御器（３２）と、
   をさらに備え、
   前記位相制御器は、
   実トルクをトルク指令に近づけるようにｄｑ座標上で電圧位相指令を進角させる過程において、実ｄ軸電流が前記ｄ軸電流制限値に達し、前記ｄ軸電流比較部から前記動作制限信号を受信した時点の位相で電圧位相指令を制限するモータ制御装置。
4. 永久磁石式モータ（８０）の減磁を判定する減磁判定回路であって、
   モータの永久磁石の温度である磁石温度（Ｔ＿ｍａｇ）を検出又は推定する磁石温度検出部（５１）と、
   前記永久磁石が減磁していないときの磁束である基準磁束（φｓｔｄ）を前記磁石温度に基づき補正し、補正後基準磁束（φｓｔｄ＃）として出力する基準磁束補正部（５２）と、
   モータの電流、電圧及び電気角速度から推定され、又は磁束センサ（８８）の出力から算出された現在の永久磁石の実磁束（φｅｓｔ、φｓｎｓ）が入力され、前記実磁束と前記補正後基準磁束とを比較し、前記実磁束が前記補正後基準磁束より小さいとき、前記永久磁石が減磁していると判定する減磁判定部（５３）と、
   を備える減磁判定回路。
5. 永久磁石式モータ（８０）を駆動するモータ制御装置であって、
   現在の永久磁石の実磁束（φｅｓｔ、φｓｎｓ）をモータの電流、電圧及び電気角速度から推定し、又は磁束センサ（８８）の出力から算出する磁束推定部（４０）と、
   請求項４に記載の減磁判定回路（５０）と、
   を備えるモータ制御装置。

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