JP2022061821A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の不可逆減磁を防止しつつ、力行時におけるトルクを確保することができるモータ制御装置を提供すること。【解決手段】インバータによってモータの駆動制御を行うモータ制御装置は、モータを３相短絡させた場合に、モータの永久磁石について不可逆減磁が生じるか否かを判定する減磁判定部７３と、減磁判定部７３によって不可逆減磁が生じると判定された場合、回生時におけるモータの回生トルクを制限させる回生トルク制限部７４と、力行時において永久磁石の不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡の実行を許可する力行時３相短絡移行判定部７６と、回生時に異常が発生した場合、及び異常時において力行時３相短絡移行判定部７６により３相短絡の実行が許可された場合、３相短絡を実行させるようにインバータに対して信号を出力する３相短絡信号出力部７７と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、永久磁石式モータの駆動制御を行うモータ制御装置に関する。

従来、永久磁石式モータの異常時において、永久磁石式モータの動力線を３相短絡し、停止させることにより、焼損等のトラブルを抑制するモータ制御装置が知られている（例えば特許文献１）。

そして、この特許文献１に記載のモータ制御装置においては、磁石温度、３相短絡の際に発生する過渡的な電流値、回転数等のパラメータに基づいて、永久磁石式モータの電流の最大値を制限するようにしている。これにより、３相短絡させた場合に生じる過渡的な電流に基づく永久磁石の不可逆減磁を防止している。

特許第５６１６４０９号公報

ところで、永久磁石式モータを電気車両等の車両主機に採用する場合、特許文献１のように、永久磁石式モータの電流の最大値を常に制限すると、力行時においても駆動力（トルク）が制限されることとなる。このため、車両が、坂道など勾配のある道路を走行する際、駆動力不足により、快適に走行できない可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石の不可逆減磁を防止しつつ、力行時におけるトルクを確保することができるモータ制御装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するための手段は、インバータによって永久磁石式モータの駆動制御を行うモータ制御装置において、前記永久磁石式モータを３相短絡させた場合に、前記永久磁石式モータの永久磁石について不可逆減磁が生じるか否かを判定する減磁判定部と、前記減磁判定部によって不可逆減磁が生じると判定された場合、回生時における前記永久磁石式モータの回生トルクを制限させる回生トルク制限部と、力行時において前記永久磁石の不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡の実行を許可する短絡許可部と、回生時に異常が発生した場合、及び異常時において前記短絡許可部により３相短絡の実行が許可された場合、３相短絡を実行させるように前記インバータに対して信号を出力する信号出力部と、を備える。

上記手段によれば、回生トルクを制限しているため、回生時に異常が発生し、３相短絡をさせても、永久磁石が不可逆減磁することはない。一方、力行時において不可逆減磁しないと判定されなければ、３相短絡は許可されない。このため、力行時において異常が発生しても３相短絡が実施されて、永久磁石が不可逆減磁することを防止できる。また、力行時においてはトルクを制限しないため、駆動力不足となることを抑制できる。

電源システムの概略を示す構成図。 モータ制御装置の概略を示す構成図。 短絡制御部の概略を示す構成図。 減磁境界線を示す図。 定誘起電圧だ円と過渡ｄ軸電流との関係を示す図。 動作点の遷移を示す図。 回生トルク制限処理の流れを示すフローチャート。 ３相短絡移行処理の流れを示すフローチャート。 （ａ）は、別例のモータ制御装置の概略を示す構成図、（ｂ）は、別例の短絡制御部の概略を示す構成図。 定誘起電圧だ円とバッテリー電圧との関係性を示す図。 別例の短絡制御部の概略を示す構成図。

以下、モータ制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。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。

図１に示すように、車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）に適用される電源システム１０は、永久磁石式モータとしてのモータ２０と、モータ２０に対して３相電流を流す電力変換器としてのインバータ３０と、充放電可能な組電池４０と、モータ２０などの駆動制御を実行するモータ制御装置５０と、を備えている。

モータ２０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータ２０として、永久磁石式同期型三相交流モータを用いている。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。図示しないが、モータ２０の内部には永久磁石が含まれている。

図２に示すように、モータ２０には、永久磁石の温度である磁石温度Ｔ＿ｍａｇを検出する温度センサ２１が設けられる。本実施形態の温度センサ２１は、磁石温度を検出するが、電機子巻線の温度を検出してもよい。また、モータ２０とインバータ３０との間の電気経路上に、モータ２０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電流センサ２２が設けられている。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。また、モータ２０には、レゾルバ等の回転角センサであり、モータ２０の電気角θを検出する回転角センサ２３が設けられている。

図１に示すように、インバータ３０は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられた半導体スイッチング素子であるスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎのオンオフにより、各相巻線において通電電流が調整される。スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎ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であるダイオードＤｐ，Ｄｎが並列に接続されている。

モータ制御装置５０は、ＣＰＵやメモリなどの回路素子が回路基板上に配置されることにより構成されている。このモータ制御装置５０は、各種情報を取得可能に構成されている。例えば、モータ制御装置５０は、電流センサ２２から電流値を取得可能に構成されている。また、モータ制御装置５０は、回転角センサ２３から電気角θを取得可能に構成されている。また、モータ制御装置５０は、各種機能を備え、取得した各種情報に基づき、各種機能を実行する。これらの機能は、モータ制御装置５０が備える記憶装置（記憶用メモリ）に記憶されたプログラムが実行されることで、各種機能が実現される。

例えば、モータ制御装置５０は、モータ２０における各種の検出情報や、ＥＣＵなどの上位制御装置１００からの力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ３０における各スイッチのオンオフにより電流制御を実施する。これにより、モータ制御装置５０は、組電池４０からインバータ３０を介してモータ２０に電力を供給し、モータ２０を力行駆動させる。また、モータ制御装置５０は、駆動輪からの動力に基づいてモータ２０を発電させ、インバータ３０を介して、発電電力を変換して組電池４０に供給し、組電池４０を充電させる。なお、モータ制御装置５０による制御については、詳しくは後述する。

組電池４０は、インバータ３０を介して、モータ２０に電気的に接続されている。組電池４０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧（バッテリー電圧Ｖｄｃ）を有し、複数の電池モジュールが直列接続されて構成されている。電池モジュールは、複数の電池セルが直列接続されて構成されている。電池セルとして、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。各電池セルは、電解質と複数の電極とを有する蓄電池である。

組電池４０の正極側電源端子に接続される正極側電源経路Ｌ１には、インバータ３０等の電気負荷の正極側端子が接続されている。同様に、組電池４０の負極側電源端子に接続される負極側電源経路Ｌ２には、インバータ３０等の電気負荷の負極側端子が接続されている。

正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２には、それぞれリレースイッチＳＭＲ（システムメインリレースイッチ）が設けられており、リレースイッチＳＭＲにより、通電及び通電遮断が切り替え可能に構成されている。また、正極側電源経路Ｌ１と負極側電源経路Ｌ２との間には、平滑コンデンサＣ１等が接続されている。

上位制御装置１００は、各種情報に基づいて、モータ制御装置５０に対して力行駆動及び発電の要求を行う。各種情報には、例えば、アクセル及びブレーキの操作情報、車速、組電池４０の状態などが含まれる。

次に、モータ制御装置５０について、図２～図３を参照して説明する。モータ制御装置５０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２０を駆動させるものである。

モータ制御装置５０は、一般的な電流制御に係る構成、並びに、トルク指令値生成部５１、磁石温度検出部５７、回転速度演算部５８、及び短絡制御部５９等を備える。モータ制御装置５０は、一般的な電流制御の構成として、電流指令演算部５２、電流偏差算出部５３、電流制御器５４、三相－ｄｑ変換部５５、変調器５６等を備える。

トルク指令値生成部５１は、トルク指示部に相当し、上位制御装置１００などから入力された指示値に基づいて、トルク指令Ｔｒｑ＊を生成して、電流指令演算部５２に出力する。

電流指令演算部５２は、トルク指令値生成部５１から入力したトルク指令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。

三相－ｄｑ変換部５５は、回転角センサ２３から入力した電気角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５３にフィードバックする。電流偏差算出部５３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５６は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊、電気角θ、インバータ３０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３０に出力する。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。このため、変調器５６は、ＰＷＭ制御部に相当する。

インバータ３０は、変調器５６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Ｓｐ，Ｓｎが動作することで組電池４０の直流電力を三相交流電力に変換し、モータ２０に供給する。または、インバータ３０は、変調器５６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Ｓｐ，Ｓｎが動作することでモータ２０からの発電電力を変換して組電池４０に供給し、組電池４０を充電させる。

磁石温度検出部５７は、モータ２０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２０に温度センサ２１が設けられる構成では、磁石温度検出部５７は、温度センサ２１の検出温度と、温度センサ２１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５７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２０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。回転速度演算部５８は、電気角θを時間で微分することによって回転速度ωを算出する。

短絡制御部５９は、短絡判定部６０から３相短絡が要求された場合、インバータ３０に対して指示を行い、３相短絡を実施させる。具体的には、上側のアームに設けられた全てのスイッチング素子Ｓｐに対してオン信号を出力することにより、又は下側のアームに設けられた全てのスイッチング素子Ｓｎに対してオン信号を出力することにより、３相短絡を実施する。上側と下側のどちらのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎを利用して３相短絡を実施するかは任意に決定してもよい。

短絡判定部６０は、組電池４０やインバータ３０、もしくはモータ２０などに異常が生じた場合、当該異常を検知して、短絡制御部５９に対して３相短絡を要求する。なお、異常の検知方法は、周知のものでよい。これにより、モータ制御装置５０は、異常時において、インバータ３０が組電池４０と電気的に切り離され、回生電力の送り先がなくなった場合に、３相短絡を実施させ、モータ２０で回生電力を消費させることとなる。このため、平滑コンデンサＣ１や、インバータ３０を構成するスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの耐圧、もしくはインバータ３０と並列に接続されている補機（図示せず）の耐圧を超える電圧が印加されることを防止できる。

ところで、３相短絡を実施させた場合に生じる過渡的な電流は、負側に大きなｄ軸電流として流れることがあるため、永久磁石の不可逆減磁が生じる可能性がある。従来においては、モータの電流の最大値を常に制限することにより、不可逆減磁を防止していた。しかしながら、本実施形態のようにモータ２０を電気車両等の車両主機に採用する場合、この方法では、力行時においても駆動力（トルク）が制限され、不都合が生じる可能性があった。すなわち、車両が、坂道など勾配のある道路を走行する際、駆動力不足により、快適に走行できない可能性があった。

そこで、本実施形態では、以下のように、短絡制御部５９を構成している。以下、図３～図６に基づいて詳しく説明する。

図３に示すように、短絡制御部５９は、回生トルク制限制御部７１と、３相短絡移行制御部７２と、を有している。回生トルク制限制御部７１は、磁石温度検出部５７から磁石温度Ｔ＿ｍａｇを入力するとともに、回転速度演算部５８から回転速度ωを入力し、それらの値に基づいて、回生トルク制限値を決定、指示するものである。

詳しく説明すると、回生トルク制限制御部７１は、永久磁石の不可逆減磁を判定する減磁判定部７３と、回生トルク制限値を決定し、指示する回生トルク制限部７４と、を有する。減磁判定部７３は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ及び回転速度ωを入力し、これらの値に基づいて、永久磁石が減磁するか否かを判定する。

具体的には、減磁判定部７３は、図４に示すようなマップを記憶している。図４に示すマップは、横軸が磁石温度Ｔ＿ｍａｇに対応し、縦軸が過渡ｄ軸電流に対応する。過渡ｄ軸電流は、３相短絡時において、過渡的に流れるｄ軸電流の最小値のことである。なお、ｄ軸電流は負の値であるため、過渡ｄ軸電流の極値、つまり、絶対値が最大となった時における値が、最小値となる。

図４における破線は、永久磁石が不可逆減磁するか否かの境界を示す減磁境界線Ｌ１０であり、減磁境界線Ｌ１０よりも下側の領域Ｅ１は、不可逆減磁することを示す領域となっており、減磁境界線Ｌ１０、及び減磁境界線Ｌ１０よりも上側の領域Ｅ２は、不可逆減磁しないことを示す領域となっている。図４における実線が、過渡ｄ軸電流と磁石温度Ｔ＿ｍａｇとの関係を示す関数Ｆ１～Ｆ５をグラフ化したものである。関数Ｆ１～Ｆ５は、回転速度ωにより、変化することが分かっている。図４に示すマップでは、図４において上側（関数Ｆ１の側）ほど、回転速度ωの大きい場合における関数であり、下側（関数Ｆ５の側）ほど、回転速度ωの小さい場合における関係を示す。なお、図４における関数Ｆ１～Ｆ５は例示であり、関数Ｆ１～Ｆ５の数は任意に変更してもよい。

減磁判定部７３は、図４に示す関数Ｆ１～Ｆ５の中から、回転速度ωに対応する関数Ｆ１～Ｆ５を特定する。次に、減磁判定部７３は、図４に示すマップを参照して、特定した関数Ｆ１～Ｆ５と、取得した磁石温度Ｔ＿ｍａｇに基づいて、過渡ｄ軸電流を特定する。そして、減磁判定部７３は、過渡ｄ軸電流と磁石温度Ｔ＿ｍａｇにより特定されるマップ上の位置が、減磁境界線Ｌ１０よりも下側の領域Ｅ１に位置するか否かを判定する。

減磁判定部７３は、下側の領域Ｅ１に位置すると判定した場合には、３相短絡開始直前の動作点によっては最悪永久磁石が不可逆減磁する可能性があると判定し、減磁境界線Ｌ１０上、又は上側の領域Ｅ２に位置すると判定した場合には、永久磁石が不可逆減磁しないと判定する。例えば、磁石温度Ｔ＿ｍａｇが「Ｔ１」であり、回転速度ωに対応して関数Ｆ１が特定された場合、これらにより特定されるマップ上の位置Ｐ１は、領域Ｅ２に存在するため、不可逆減磁しないと判定される。一方、例えば、磁石温度Ｔ＿ｍａｇが「Ｔ２」であり、回転速度ωに対応して関数Ｆ５が特定された場合、これらにより特定されるマップ上の位置Ｐ２は、領域Ｅ１に存在するため、不可逆減磁する可能性があると判定される。

回生トルク制限部７４は、減磁判定部７３によって永久磁石が不可逆減磁する可能性があると判定された場合、永久磁石が不可逆減磁しないように、回生トルク制限値を決定する。具体的には、まず、回生トルク制限部７４は、図４に示すマップを参照して、磁石温度Ｔ＿ｍａｇと減磁境界線Ｌ１０とから、永久磁石が不可逆減磁しない限度における過渡ｄ軸電流を特定する。例えば、回生トルク制限部７４は、入力した磁石温度Ｔ＿ｍａｇが「Ｔ２」である場合、磁石温度「Ｔ２」と減磁境界線Ｌ１０との交点Ｐ１０における過渡ｄ軸電流を、永久磁石が不可逆減磁しない限度における過渡ｄ軸電流として特定する。

次に、回生トルク制限部７４は、過渡ｄ軸電流とモータ２０とのトルクとの関係を示すマップを参照し、回生トルク制限値を特定し、トルク指令値生成部５１に出力する。なお、過渡ｄ軸電流とトルクは、ほぼ比例する関係にあることが分かっており、過渡ｄ軸電流とモータ２０とのトルクとの関係を示すマップは、予め作成され、記憶されている。

トルク指令値生成部５１は、回生が指示された場合、上位制御装置１００などから入力された指示値に基づいて、入力された回生トルク制限値の範囲内で、トルク指令Ｔｒｑ＊を生成するように構成されている。つまり、回生トルク制限値を最大値としてトルク指令Ｔｒｑ＊を生成する。なお、トルク指令値生成部５１は、力行が指示された場合、入力された回生トルク制限値に関係なく、上位制御装置１００などから入力された指示値に基づいて、トルク指令Ｔｒｑ＊を生成する。すなわち、トルク指令値生成部５１は、力行が指示された場合、回生トルク制限値よりも大きい力行トルクを指示する場合がある。

次に、３相短絡移行制御部７２について説明する。３相短絡移行制御部７２は、３相短絡が要求されたとき、三相－ｄｑ変換部５５から入力したｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、インバータ３０に指示を行い、３相短絡を実施させるものである。

具体的には、図３に示すように、３相短絡移行制御部７２は、回生・力行判定部７５と、力行時３相短絡移行判定部７６と、３相短絡信号出力部７７と、を有する。回生・力行判定部７５は、３相短絡が要求された場合、モータ２０が現在、回生と力行のいずれの状態であるかを判定する。本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが正の場合、力行であると判定し、ｑ軸電流Ｉｑが負の場合、回生であると判定する。なお、直流電流の方向が、組電池４０からインバータ３０に向かう場合には、力行であると判定し、反対である場合には、回生であると判定してもよい。

力行時３相短絡移行判定部７６は、回生・力行判定部７５によって、力行であると判定された場合、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて永久磁石が不可逆減磁するか否かを判定する。ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づく不可逆減磁の判定方法について詳しく説明する。まず、力行時３相短絡移行判定部７６は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、過渡ｄ軸電流を特定する。ここで、過渡ｄ軸電流を特定するための手法について説明する。

モータ２０の電流制御を行う場合、モータ２０のｄｑ座標系における電圧方程式は数式（ｅｑ１）のように示され、鎖交磁束は、数式（ｅｑ２）のように示されることが知られている。また、モータ２０の電流制御において、弱め磁束制御を行う場合、誘起電圧Ｖｏを誘起電圧制限値Ｖｏｍ（インバータ３０の定格に応じて設定される最大電圧）に保つためのｄｑ軸電流の関係は、数式（ｅｑ３）のように示されることが知られている。なお、Ｖｄ、Ｖｑが電機子電圧のｄｑ軸成分［Ｖ］であり、Ｉｄ、Ｉｑが電機子電流のｄｑ軸成分［Ａ］であり、Ｒａが電機子巻線抵抗であり、Ψａが永久磁石による磁束鎖交数［Ｗｂ］であり、Ｌｄ，Ｌｑがモータ２０のｄｑ軸インダクタンス［Ｈ］である。

数式（ｅｑ３）に基づいて、図５に示す定誘起電圧だ円ＥＬを特定することができる。数式（ｅｑ３）及び図５を参照すると、ｄ軸電流の最小値（過渡ｄ軸電流）は、数式（ｅｑ４）に示すとおりに求めることができる。したがって、力行時３相短絡移行判定部７６は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、及び数式（ｅｑ１）～（ｅｑ４）に基づいて、過渡ｄ軸電流を算出する。

力行時３相短絡移行判定部７６は、過渡ｄ軸電流を算出すると、当該過渡ｄ軸電流と、図４に示すマップを参照して、前述と同様に、不可逆減磁するか否かを判定する。つまり、力行時３相短絡移行判定部７６は、算出した過渡ｄ軸電流と、入力した磁石温度Ｔ＿ｍａｇとにより特定される位置が、減磁境界線Ｌ１０の下側の領域Ｅ１であるか否かを判定することにより、不可逆減磁する可能性があるか否かを判定する。

この判定結果が肯定の場合（不可逆減磁する可能性がある場合）、力行時３相短絡移行判定部７６は、判定結果が否定となる（不可逆減磁しないと判定される）まで、待機する。なお、無負荷状態となると（回転速度ωを無限大にすると）、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて特定される動作点ＯＰは、点Ｍ（Ｉｄ＝－Ψａ／Ｌｄ，Ｉｑ＝０）に収束していくことが分かっている。つまり、定誘起電圧だ円ＥＬが小さくなっていくことが分かっている。

そこで、力行時３相短絡移行判定部７６は、判定結果が肯定の場合、例えば、３相のすべてのアームに設けられたスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎに対してオフ信号を出力させ、その状態で待機するようにしている。このため、力行時３相短絡移行判定部７６は、通電制御部に相当する。

これにより、モータ２０への電力供給が停止される。そして、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎに並列に接続されているダイオードＤｐ，Ｄｎを介して電流が徐々に出力されて、もしくは熱等に変化して、図６の破線の矢印により示されるように、動作点ＯＰを移動させることが可能となる。動作点ＯＰが、横軸をｄ軸電流Ｉｄとし、縦軸をｑ軸電流Ｉｑとするグラフにおいて第２象限にある場合（図６において左上の領域にある場合）、動作点ＯＰは、定誘起電圧だ円ＥＬが小さくなる方向に移動する。つまり、図６において実線の矢印により示すように、負の値である過渡ｄ軸電流を大きく（過渡ｄ軸電流の絶対値を小さく）することができる。そして、過渡ｄ軸電流が、所定値まで大きくなると、過渡ｄ軸電流と磁石温度Ｔ＿ｍａｇとにより特定される位置が、減磁境界線Ｌ１０上、又は減磁境界線Ｌ１０の上側の領域Ｅ２となる。これにより、不可逆減磁しないと判定される（判定結果が否定となる）。

そして、不可逆減磁するか否かの判定結果が否定の場合、つまり、不可逆減磁しないと判定された場合、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相短絡の実行を許可し、３相短絡信号出力部７７にその旨を通知する。このため、力行時３相短絡移行判定部７６は、短絡許可部に相当する。

３相短絡信号出力部７７は、回生・力行判定部７５によって回生であると判定された場合、又は力行時３相短絡移行判定部７６によって３相短絡の実施が許可された場合、３相短絡を実施させるべく、上側のアームに設けられた３相全てのスイッチング素子Ｓｐ、もしくは、下側のアームに設けられた３相全てのスイッチング素子Ｓｎに対してオン信号を出力する。これにより、インバータ３０は、３相短絡を実施する。このため、３相短絡信号出力部７７は、信号出力部に相当する。

次に、回生トルク制限処理について図７に基づいて説明する。回生トルク制限処理は、短絡制御部５９の回生トルク制限制御部７１により所定周期ごとに実行される。

３相短絡移行制御処理において、回生トルク制限制御部７１の減磁判定部７３は、前述したように、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ及び回転速度ωを入力し、これらの値に基づいて、永久磁石が不可逆減磁する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、ステップＳ１０１の判定結果が肯定の場合、回生トルク制限制御部７１の回生トルク制限部７４は、前述したように、永久磁石が不可逆減磁しないような回生トルク制限値を決定し、トルク指令値生成部５１に出力する（ステップＳ１０２）。そして、回生トルク制限処理を終了する。一方、ステップＳ１０１の判定結果が否定の場合、回生トルク制限処理を終了する。つまり、回生トルクを制限しないこととなる。

次に、３相短絡移行処理について図８に基づいて説明する。３相短絡移行処理は、３相短絡が要求された場合に、短絡制御部５９の３相短絡移行制御部７２により実行される。

３相短絡移行処理が開始すると、３相短絡移行制御部７２の回生・力行判定部７５は、前述したように、モータ２０が現在、回生と力行のいずれの状態であるかを判定する（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１において、モータ２０が回生状態であると判定された場合、３相短絡移行制御部７２の３相短絡信号出力部７７は、３相短絡を実施させるべく、上側のアームに設けられた３相全てのスイッチング素子Ｓｐ、もしくは、下側のアームに設けられた３相全てのスイッチング素子Ｓｎに対してオン信号を出力する（ステップＳ２０２）。

一方、ステップＳ２０１において、モータ２０が力行状態であると判定された場合、３相短絡移行制御部７２の力行時３相短絡移行判定部７６は、先述したように、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて永久磁石が不可逆減磁する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。不可逆減磁しないと判定した場合（ステップＳ２０３の判定結果が否定の場合）、３相短絡を実施させることを許可し、ステップＳ２０２の処理に移行する。

一方、不可逆減磁する可能性があると判定した場合（ステップＳ２０３の判定結果が肯定の場合）には、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相短絡を実施させることを許可しない。この場合、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相のすべてのアームに設けられたスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎに対してオフ信号を出力させる（ステップＳ２０４）。

そして、力行時３相短絡移行判定部７６は、所定時間が経過した後、前述同様、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて永久磁石が不可逆減磁する可能性があるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。この判定結果が否定の場合（不可逆減磁しないと判定した場合）、３相短絡の実施を許可し、ステップＳ２０２に移行する。一方、判定結果が肯定の場合（不可逆減磁する可能性があると判定した場合）、３相短絡の実施を許可せずに、再びステップＳ２０５を実施する。すなわち、不可逆減磁しないと判定されるまで待機することとなる。

上記実施形態の構成によれば、以下の効果を得ることができる。

回生トルク制限部７４は、減磁判定部７３によって不可逆減磁が生じる可能性があると判定された場合、回生時におけるモータ２０の回生トルクを制限させるため、回生トルク制限値を決定し、指示する。このため、回生時に異常（短絡判定部６０による３相短絡要求）が発生し、３相短絡を実行させても、永久磁石が不可逆減磁することを防止できる。

また、力行時３相短絡移行判定部７６は、力行時において永久磁石の不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡の実行を許可するように構成されている。そして、３相短絡信号出力部７７は、回生時に異常が発生した場合、及び異常時において力行時３相短絡移行判定部７６により３相短絡の実行が許可された場合に、３相短絡を実行させるようにインバータ３０に対してオン信号を出力するように構成されている。このため、力行時において不可逆減磁しないと判定されなければ、３相短絡は許可されなくなり、力行時において異常が発生しても３相短絡が実施されて、永久磁石が不可逆減磁することを防止できる。また、力行時において、トルク指令値生成部５１は、トルクを制限しないため、駆動力不足となることを抑制できる。

力行時３相短絡移行判定部７６は、モータ２０のｄｑ軸電流に基づいて３相短絡の実行後に生じる負の値である過渡ｄ軸電流を特定し、特定された過渡ｄ軸電流が所定値以上である場合、不可逆減磁が生じないと判定し、３相短絡の実行を許可する。より詳しくは、力行時３相短絡移行判定部７６は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、及び数式（ｅｑ１）～（ｅｑ４）に基づいて、過渡ｄ軸電流を算出する。次に、力行時３相短絡移行判定部７６は、算出した過渡ｄ軸電流と、入力した磁石温度Ｔ＿ｍａｇとにより特定される位置が、減磁境界線Ｌ１０の下側の領域Ｅ１であるか否かを判定することにより、不可逆減磁するか否かを判定する。このように、過渡ｄ軸電流により不可逆減磁を適切に判定することができる。

力行時３相短絡移行判定部７６は、異常時（短絡判定部６０による３相短絡要求時）において、３相短絡の実行が許可されなかった場合、モータ２０への電力供給を停止させる。より詳しくは、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相短絡の実行が許可されなかった場合、インバータ３０を構成する全てのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフさせることにより、電力供給を停止させる。これにより、モータ２０への電力供給が停止されることからモータ２０の内部電力は誘起電圧による誘起電力まで徐々に低下し（定誘起電圧だ円が小さくなり）、３相短絡時に流れる過渡ｄ軸電流を抑制する（過渡ｄ軸電流の絶対値を小さくする）ことができる。また、３相短絡せずに全オフとすることで、モータ２０を無負荷（フリーラン）状態にできることから、３相短絡した場合に比べて負荷トルクが小さくなる分、惰性走行状態を長く維持することが可能となる。また、インバータ３０を構成する全てのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎがオフされるため、モータ２０に接続される他の機器に対して、ノイズなどの影響を与えることを抑制できる。

なお、インバータ３０と組電池４０が接続されているときに（リレースイッチＳＭＲがオフされていないときに）、全てのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎがオフされた場合、並列に接続されているダイオードＤｐ，Ｄｎにより全波整流される。このとき、インバータ３０の出力電圧はバッテリー電圧Ｖｄｃ（組電池４０の端子間電圧）にクランプされるため、即座に、スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの耐圧を超える電圧が印加される可能性は低い。

力行時３相短絡移行判定部７６は、モータ２０への電力供給が停止された後、一定時間経過後に、再び不可逆減磁が生じる可能性があるか否かを判定し、不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡を許可する。これにより、簡単な制御で継続的に過渡ｄ軸電流を監視し、不可逆減磁が生じないタイミングを特定することができる。

（変形例）
上記実施形態の構成の一部を以下に示すように変更してもよい。なお、以下の変形例において、上記実施形態と同様の構成は、同じ符号を付して説明を省略している。

・上記実施形態において、力行時３相短絡移行判定部７６は、過渡ｄ軸電流に基づいて、不可逆減磁を判定したが、他の方法で、不可逆減磁を判定してもよい。例えば、力行時３相短絡移行判定部７６は、力行時におけるモータ２０のトルクの絶対値が、回生トルク制限部７４により決定される回生トルク制限値の絶対値以下である場合に、不可逆減磁が発生しないと判定してもよい。これにより、過渡ｄ軸電流を特定する場合に比較して、簡単に不可逆減磁が生じるか否かを判定することができる。

・上記実施形態において、モータ制御装置５０（の力行時３相短絡移行判定部７６）は、３相短絡を許可しなかった場合、すべてのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフさせるように制御したが、リレースイッチＳＭＲをオフにして組電池４０からモータ２０への電源供給を停止させるだけでもよい。

・上記実施形態において、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相短絡を許可しなかった場合、すべてのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフさせた後、一定時間経過後に、再び３相短絡を許可するか否か、すなわち、不可逆減磁が発生するか否かを判定した。この変形例として、力行時３相短絡移行判定部７６は、すべてのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフさせた後、モータ２０が回生状態となった場合、再び不可逆減磁が生じるか否かを判定し、不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡の実行を許可するように構成してもよい。すなわち、力行状態から回生状態に移行する際に、過渡ｄ軸電流が抑制されている可能性は高い。このため、力行時３相短絡移行判定部７６は、回生状態に移行したタイミングで再び不可逆減磁が生じるか否かを判定することにより、不可逆減磁が生じない状態となったか否かについて素早く判定することができる。つまり、素早く３相短絡を実施することが可能となる。

・上記実施形態において、力行時３相短絡移行判定部７６は、３相短絡を許可しなかった場合、すべてのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎをオフさせた後、一定時間経過後、又はモータ２０が回生状態に移行した場合に、不可逆減磁が発生するか否かを判定することなく、３相短絡を許可してもよい。制御を簡単に行うことができる。

・上記実施形態において、変調器５６は、回生トルク制限部７４により回生トルクが制限されている場合、回生トルクが制限されていない場合に比較して、キャリア周波数を大きく設定するように構成してもよい。これにより、渦損を抑制して、永久磁石の磁石温度Ｔ＿ｍａｇを低下させることができる。結果として、不可逆減磁しにくくなり、回生トルクの制限を解除させる、もしくは回生トルク制限値（最大値）を大きくし、回生トルクを大きくすることが可能となる。

・上記実施形態において、トルク指令値生成部５１は、回生トルク制限部７４により回生トルクが制限されている場合、制限されていない場合に比較して、トルク変動を抑制するように構成してもよい。これにより、トルク変動に基づく電流変動を抑制して、損失を抑制し、永久磁石の磁石温度Ｔ＿ｍａｇを低下させることができる。結果として、不可逆減磁しにくくなり、回生トルクの制限を解除させる、もしくは回生トルク制限値（最大値）を大きくし、回生トルクを大きくすることが可能となる。なお、電流変動を直接抑制してもよい。

・上記実施形態において、減磁判定部７３によって永久磁石が不可逆減磁すると判定された場合、永久磁石が不可逆減磁しないように、回生トルクを制限したが、最大電流を制限してもよい。具体的にはｄ軸電流指令制限部を設け、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊をｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍに制限されるようにしてもよい。ｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍは、永久磁石が不可逆減磁しないようにその値が設定されるものである。

・上記実施形態において、上側のアームのスイッチング素子Ｓｐによる３相短絡と、下側のアームのスイッチング素子Ｓｎによる３相短絡のどちらを実施するかは、設計時もしくは起動時に決定してもよい。

また、他の実施形態として、例えば、異常発生時における素子温度の平均値が低い方のアームのスイッチング素子を選択してもよい。具体的には、図９に示すように、各スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの温度を検出する素子温度検出部３１を備えて、短絡制御部５９は、その素子温度検出部３１から、上側のアームの各スイッチング素子Ｓｐの素子温度の平均値Ｔ＿ｕｕと、下側のアームの各スイッチング素子Ｓｎの素子温度の平均値Ｔ＿ｌｕと、を入力するように構成する。そして、短絡制御部５９の３相短絡信号出力部７７は、平均値Ｔ＿ｕｕ，Ｔ＿ｌｕに基づいて、異常発生時における平均値Ｔ＿ｕｕ，Ｔ＿ｌｕが低い方のアームのスイッチング素子を選択し、３相短絡を実施させてもよい。

なお、素子温度検出部３１は、すべてのスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの素子温度を検出してもよいが、インバータ３０の構造上、一番温度が高くなりやすい傾向の相のスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの素子温度だけを検出するようにしてもよい。

また、他の実施形態として、例えば、短絡制御部５９の３相短絡信号出力部７７は、冷却器の上流側に配置され、熱伝達が容易な（冷却されやすい）アームのスイッチングを選択してもよい。

・上記実施形態において、トルク指令値生成部５１は、回生を指示する場合、トルク指令Ｔｒｑ＊を負の値で指令し、力行を指示する場合、トルク指令Ｔｒｑ＊を正の値で指令するようにしてもよい。トルク指令Ｔｒｑ＊を負の値で指令する場合、トルク指令Ｔｒｑ＊の絶対値が、回生トルク制限値の範囲内となるように、値を設定すればよい。なお、トルク指令Ｔｒｑ＊の正負の符号は逆であってもよい。

・上記実施形態において、回生トルク制限制御部７１は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ、回転速度ω及び組電池のバッテリー電圧Ｖｄｃのうち、いずれかの１または２の値、もしくはすべての値に基づいて、回生トルク制限値を決定、指示してもよい。

ここで、バッテリー電圧Ｖｄｃと、回生トルク制限値との関係性について説明する。図１０に示すように、定トルク条件下において（回生トルクが同じ（例えば、１００Ｎｍ）である場合において）、定誘起電圧だ円は、バッテリー電圧Ｖｄｃが低いときほど、小さく、バッテリー電圧Ｖｄｃが高いほど、大きくなる。図１０では、定トルク条件を定トルク曲線「Ｃ１００」で示す。また、バッテリー電圧Ｖｄｃが低いとき（Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ１）の定誘起電圧だ円を「ＥＬ１１」で示し、バッテリー電圧Ｖｄｃが高いとき（Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ２＞Ｖｄｃ１）の定誘起電圧だ円を「ＥＬ１２」で示す。

このため、回生トルク制限値が同じであったとしても、つまり、定トルク条件だったとしても、バッテリー電圧Ｖｄｃが高い場合には、低い場合に比較して、過渡ｄ軸電流が小さくなる（負側に大きくなる）可能性がある。

つまり、図１０に示すように、定トルク条件下において、バッテリー電圧が「Ｖｄｃ１」である場合、動作点ＯＰは、定トルク曲線Ｃ１００と定誘起電圧だ円ＥＬ１１との交点「ＯＰ１」となる。一方、当該定トルク条件下において、バッテリー電圧が「Ｖｄｃ２」である場合、動作点ＯＰは、定トルク曲線Ｃ１００と定誘起電圧だ円ＥＬ１２との交点「ＯＰ２」となる。動作点ＯＰ１である場合に、３相短絡が実施されると、３相短絡時電流軌跡（実線Ｔ１１で示す）のように、ｄｑ軸電流が移動する可能性がある。この場合、過渡ｄ軸電流は、「Ｉｄ１」となる可能性がある（ｑ軸電流Ｉｑ＝０）。

同様に、動作点ＯＰ２である場合に、３相短絡が実施されると、３相短絡時電流軌跡（実線Ｔ１２で示す）のように、ｄｑ軸電流が移動する可能性がある。この場合、過渡ｄ軸電流は、「Ｉｄ２」となる可能性がある（ｑ軸電流Ｉｑ＝０）。このため、回生トルク制限値が同じであったとしても、つまり、定トルク条件だったとしても、バッテリー電圧Ｖｄｃが高い場合には、低い場合に比較して、過渡ｄ軸電流（Ｉｄ２＜Ｉｄ１）が小さくなる可能性があるといえる。

以上のことから、バッテリー電圧Ｖｄｃが高い場合には、低い場合に比較して、回生トルク制限値を小さくする必要がある。そこで、図１１に示すように、回生トルク制限部７４は、磁石温度Ｔ＿ｍａｇ、回転速度ω及びバッテリー電圧Ｖｄｃを入力可能に構成する。

そして、例えば、回生トルク制限部７４は、回生トルク制限値を決定する際、入力したバッテリー電圧Ｖｄｃによってバッテリー電圧Ｖｄｃ毎に設定されたマップを特定し、当該マップを参照して、磁石温度Ｔ＿ｍａｇや回転速度ωなどに基づく回生トルク制限値を決定してもよい。また、例えば、回生トルク制限部７４は、回生トルク制限値を決定する際、入力した磁石温度Ｔ＿ｍａｇや回転速度ωなどに基づいてマップなどを参照して決定された値に、バッテリー電圧Ｖｄｃに比例する係数を乗算して、回生トルク制限値を決定してもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

２０…モータ、３０…インバータ、５０…モータ制御装置、７３…減磁判定部、７４…回生トルク制限部、７６…力行時３相短絡移行判定部、７７…３相短絡信号出力部。

Claims (8)

1. インバータ（３０）によって永久磁石式モータ（２０）の駆動制御を行うモータ制御装置（５０）において、
   前記永久磁石式モータを３相短絡させた場合に、前記永久磁石式モータの永久磁石について不可逆減磁が生じるか否かを判定する減磁判定部（７３）と、
   前記減磁判定部によって不可逆減磁が生じると判定された場合、回生時における前記永久磁石式モータの回生トルクを制限させる回生トルク制限部（７４）と、
   力行時において前記永久磁石の不可逆減磁が生じないと判定された場合、３相短絡の実行を許可する短絡許可部（７６）と、
   回生時に異常が発生した場合、又は力行時に異常が発生して前記短絡許可部により３相短絡の実行が許可された場合、３相短絡を実行させるように前記インバータに対して信号を出力する信号出力部（７７）と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記短絡許可部は、前記永久磁石式モータのｄｑ軸電流に基づいて３相短絡の実行後に生じる負の値である過渡ｄ軸電流を特定し、特定された過渡ｄ軸電流が所定値以上である場合、又は力行時における前記永久磁石式モータのトルクの絶対値が、前記回生トルク制限部により決定される回生トルク制限値の絶対値以下である場合に、前記永久磁石の不可逆減磁が生じないと判定し、３相短絡の実行を許可する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 異常時において、前記短絡許可部により３相短絡の実行が許可されなかった場合、前記永久磁石式モータへの電力供給を停止させる通電制御部（７６）を備える請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記通電制御部は、異常時において、前記短絡許可部により３相短絡の実行が許可されなかった場合、前記インバータを構成する全てのスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）をオフさせることにより、電力供給を停止させる請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記短絡許可部は、前記通電制御部により前記永久磁石式モータへの電力供給が停止された後、前記永久磁石式モータが回生状態となった場合、３相短絡の実行を許可する請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記短絡許可部は、前記通電制御部により前記永久磁石式モータへの電力供給が停止された後、一定時間経過後に、３相短絡を許可する請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
7. 前記インバータに対して、ＰＷＭ制御を実施するＰＷＭ制御部（５６）を備え、
   前記ＰＷＭ制御部は、前記回生トルク制限部により回生トルクが制限されている場合、回生トルクが制限されていない場合に比較して、キャリア周波数を大きく設定する請求項１～６のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記永久磁石式モータのトルクを指示するトルク指示部（５１）を備え、
   前記トルク指示部は、前記回生トルク制限部により回生トルクが制限されている場合、トルク変動を抑制する請求項１～７のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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