JP2023015911A - 車両用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機が過熱状態になることを抑制できる車両用装置を提供する。【解決手段】回転電機２０のトルク及び回転速度により定まる動作点の動作領域において、回転速度が最高回転速度となる動作点を含む第１領域と、第１領域の低速側に隣接する第２領域とが設定されている。第２領域のうち、トルクが０であってかつ回転速度が最も高い動作点が特定動作点とされ、第２領域のうち、特定動作点を含む高速側の領域が境界側領域とされている。ＭＧＣＵ３６は、動作点が、第１領域内又は境界側領域内である場合、弱め界磁制御を行う。ＭＧＣＵ３６は、回転電機２０の温度が制限開始温度を超えたと判定した場合、回転電機２０のトルクを制限トルクまで低下させる。動作点が境界側領域内である場合に回転電機２０のトルクが制限トルクにされることにより、ステータ巻線２１に流れる相電流の実効値が回転電機２０の許容上限電流以下にされる。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、回転電機、インバータ及び制御装置を備える装置が知られている。制御装置は、回転電機の指令トルクを算出し、回転電機のトルクを、算出した指令トルクに制御すべく、インバータを構成する上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う。

特開平７－１１２６６６号公報

上記装置として、車両に搭載されるものがある。この場合、回転電機の動作点は、回転電機のトルク及び回転速度により定まる。ここで、動作点の動作領域のうち回転速度が高い領域において、ステータ巻線に弱め界磁電流を流す弱め界磁制御が行われる。この場合、所定トルクを発生させるために回転電機のステータ巻線に流す電流ベクトルの大きさが、弱め界磁制御が行われていない場合よりも大きくなり、回転電機が過熱状態になり得る。

回転電機が過熱状態にならないようにするため、制御装置は、回転電機の温度が所定温度を超えた場合、回転電機のトルクを指令トルクよりも小さい制限トルクにする。このようにトルク制限を行うことにより、ステータ巻線に流れる電流を制限し、回転電機の過熱保護を図っている。ただし、指令トルクを低下させたとしても、回転電機が過熱状態になる懸念がある。

回転電機のロータは界磁極を含んでいるため、ロータが回転すると、ステータ巻線に逆起電圧が発生する。逆起電圧は、ロータの回転速度が高いほど高くなる。ここで、動作領域のうち回転速度が高い領域において、逆起電圧が発生する場合のステータ巻線の線間電圧が、インバータの入力側に設けられた蓄電部の電圧を超えることがある。この場合、上記制限トルクを０にしたとしても、ステータ巻線側から蓄電部の方向に電流が流れる現象である電力回生が発生し得る。この場合、ステータ巻線に流れる電流を制限することができず、回転電機が過熱状態になる懸念がある。

本発明は、回転電機が過熱状態になることを抑制できる車両用装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、界磁極を含むロータ及びステータ巻線を有する回転電機と、
蓄電部と、
上，下アームスイッチを有し、前記ステータ巻線と前記蓄電部とを電気的に接続するインバータと、を備える車両用装置であって、
前記ロータから動力が伝達されることにより回転する駆動輪を備える車両に適用される車両用装置において、
前記回転電機の指令トルクまたは指令回転速度のいずれかである指令値を算出する指令算出部と、
算出された前記指令値に基づいて、前記回転電機のトルクを前記指令トルクに制御すべく、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う回転電機制御部と、を備え、
前記回転電機のトルク及び回転速度により定まる動作点の動作領域において、前記回転速度が最高回転速度となる動作点を含む第１領域と、該第１領域の低速側に隣接する第２領域とが設定され、
前記第２領域のうち、前記トルクが０であってかつ前記回転速度が最も高い動作点が特定動作点とされ、
前記第２領域のうち、前記特定動作点を含む高速側の領域が境界側領域とされ、
前記回転電機制御部は、
前記回転電機の動作点が、前記第１領域内又は前記境界側領域内である場合、前記ステータ巻線に弱め界磁電流を流すように前記スイッチング制御を行い、
前記回転電機及び前記インバータの少なくとも一方の温度を取得し、取得した温度が制限開始温度を超えたと判定した場合、前記回転電機のトルクを前記指令トルクよりも小さい制限トルクにし、
前記回転電機の動作点が前記境界側領域内である場合に前記回転電機のトルクが前記制限トルクにされることにより、前記ステータ巻線に流れる相電流の実効値が前記回転電機の許容上限電流以下になるように構成されている。

本発明の回転電機制御部は、回転電機及びインバータの少なくとも一方の温度を取得し、取得した温度が制限開始温度を超えたと判定した場合、回転電機のトルクを指令トルクよりも小さい制限トルクにする。これにより、回転電機の過熱保護を図っている。

回転電機の動作点が、弱め界磁制御が行われる境界側領域内である場合において、取得した温度が制限開始温度を超えたと判定される。この場合、回転電機のトルクが制限トルクにされることにより、ステータ巻線に流れる相電流の実効値が回転電機の許容上限電流以下になるように、車両用装置が構成されている。例えば、特定動作点を定める回転速度や、界磁極の磁束量が適正に設定されることにより、ステータ巻線に流れる相電流の実効値が回転電機の許容上限電流以下にされる。以上説明した本発明によれば、回転電機が過熱状態になることを抑制できる。

第１実施形態に係るシステムの全体構成図。 ＭＧＣＵが行う過熱保護処理の手順を示すフローチャート。 モータ温度と制限係数との関係を示す図。 回転電機の動作点の動作領域を示す図。 磁石温度と動作領域との関係を示す図。 第３実施形態に係る線間電圧のピーク値、回転速度及び磁石温度の関係を示す図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る車両用装置を電動車両に搭載した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車両１０は、回転電機２０を備えている。回転電機２０は、３相の同期機であり、星形結線された各相のステータ巻線２１を備えている。各相のステータ巻線２１は、電気角で１２０°ずつずれて配置されている。本実施形態の回転電機２０は、ロータ２２に永久磁石（「界磁極」に相当）を備える永久磁石同期機である。

回転電機２０は、車載主機であり、ロータ２２が車両１０の駆動輪１１と動力伝達可能とされている。回転電機２０が電動機として機能することにより発生するトルクが、ロータ２２から駆動輪１１に伝達される。これにより、駆動輪１１が回転駆動させられる。なお、回転電機２０は、例えば、車両１０の駆動輪１１に一体に設けられるインホイールモータであってもよいし、車両１０の車体に備えられるオンボードモータであってもよい。

車両１０は、インバータ３０と、コンデンサ３１（「蓄電部」に相当）と、蓄電池４０とを備えている。インバータ３０は、上アームスイッチＳＷＨと下アームスイッチＳＷＬとの直列接続体を３相分備えている。本実施形態において、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、具体的にはＩＧＢＴである。このため、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬには、フリーホイールダイオードＤＨ，ＤＬが逆並列に接続されている。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相において、上アームスイッチＳＷＨのエミッタと、下アームスイッチＳＷＬのコレクタとには、ステータ巻線２１の第１端が接続されている。各相のステータ巻線２１の第２端同士は、中性点で接続されている。なお、本実施形態において、各相のステータ巻線２１は、ターン数が同じに設定されている。

各相の上アームスイッチＳＷＨのコレクタと、蓄電池４０の正極端子とは、正極側母線Ｌｐにより接続されている。各相の下アームスイッチＳＷＬのエミッタと、蓄電池４０の負極端子とは、負極側母線Ｌｎにより接続されている。正極側母線Ｌｐと負極側母線Ｌｎとは、コンデンサ３１により接続されている。なお、コンデンサ３１は、インバータ３０に内蔵されていてもよいし、インバータ３０の外部に設けられていてもよい。

蓄電池４０は例えば組電池であり、蓄電池４０の端子電圧は例えば数百Ｖである。蓄電池４０は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素蓄電池等の２次電池である。

車両１０は、電流センサ３２、電圧センサ３３、回転角センサ３４、モータ温度センサ３５、及びＭＧＣＵ３６（Motor Generator Control Unit、「回転電機制御部」に相当）を備えている。電流センサ３２は、各相のうち少なくとも２相分のステータ巻線２１に流れる電流を検出する。電圧センサ３３は、コンデンサ３１の端子電圧を検出する。回転角センサ３４は、例えばレゾルバであり、ロータ２２の回転角（電気角）を検出する。モータ温度センサ３５は、回転電機２０の温度をモータ温度Ｔｍｇｄとして検出する。本実施形態において、モータ温度センサ３５は、ステータ巻線２１の温度をモータ温度Ｔｍｇｄとして検出する。モータ温度センサ３５は、例えばサーミスタである。各センサ３２～３５の検出値は、ＭＧＣＵ３６に入力される。

ＭＧＣＵ３６は、マイコン３６ａ（「第１コンピュータ」に相当）を主体として構成され、マイコン３６ａは、ＣＰＵを備えている。マイコン３６ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン３６ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン３６ａは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、図２等に示す処理のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。

ＭＧＣＵ３６は、後述するＥＶＣＵ５０（Electric Vehicle Control Unit）から送信された指令トルクＴｒｑ＊を受信する。ＭＧＣＵ３６は、受信した指令トルクＴｒｑ＊に基づいて、回転電機２０のトルクを制御すべく、インバータ３０を構成する各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング制御を行う。詳しくは、ＭＧＣＵ３６は、指令トルクＴｒｑ＊に基づいて、例えば最大トルク最小電流（ＭＴＰＡ）制御により、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。ＭＧＣＵ３６は、具体的には、指令トルクＴｒｑ＊及びｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が関係付けられた電流制御マップに基づいて、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。ＭＧＣＵ３６は、算出したｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に、電流センサ３２及び回転角センサ３４の検出値に基づいて算出したｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒを制御すべく、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチＳＷＨと下アームスイッチＳＷＬとは交互にオンされる。

ＭＧＣＵ３６は、力行駆動制御を行う。力行駆動制御は、蓄電池４０から出力された直流電力を交流電力に変換してステータ巻線２１に供給するためのインバータ３０のスイッチング制御である。この制御が行われる場合、回転電機２０は、電動機として機能し、力行トルクを発生する。また、ＭＧＣＵ３６は、回生駆動制御を行う。回生駆動制御は、回転電機２０で発電される交流電力を直流電力に変換して蓄電池４０に供給するためのインバータ３０のスイッチング制御である。この制御が行われる場合、回転電機２０は、発電機として機能し、回生トルクを発生する。

車両１０は、上位制御部であるＥＶＣＵ５０（「指令算出部」に相当）を備えている。ＥＶＣＵ５０は、マイコン５０ａ（「第２コンピュータ」に相当）を主体として構成され、マイコン５０ａは、ＣＰＵを備えている。マイコン５０ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン５０ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン５０ａは、自身が備える記憶部に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、指令トルクＴｒｑ＊の算出処理等のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。

車両１０は、ブレーキ装置６０と、ブレーキセンサ６１と、ブレーキＣＵ６２（「ブレーキ制御部」に相当）とを備えている。ブレーキセンサ６１は、ドライバのブレーキ操作部材としてのブレーキペダルの踏込量であるブレーキストロークを検出する。ブレーキセンサ６１の検出値は、ブレーキＣＵ６２に入力される。

車両１０は、ブレーキ装置６０と、ブレーキセンサ６１と、ブレーキＣＵ６２とを備えている。ブレーキ装置６０は、駆動輪１１を含む車輪に摩擦制動トルクを付与する。ブレーキ装置６０は、ブレーキペダルの踏込量に応じて動作するマスタシリンダ及びブレーキパッド等を含む。ブレーキセンサ６１は、ドライバのブレーキ操作部材としてのブレーキペダルの踏込量であるブレーキストロークを検出する。ブレーキセンサ６１の検出値は、ブレーキＣＵ６２に入力される。

ブレーキＣＵ６２は、マイコン６２ａを主体として構成され、マイコン６２ａは、ＣＰＵを備えている。マイコン６２ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン６２ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン６２ａは、自身が備える記憶部に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、ブレーキ装置６０の制動トルク制御処理等のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。

ＭＧＣＵ３６、ＥＶＣＵ５０及びブレーキＣＵ６２は、所定の通信形式（例えばＣＡＮ）により互いに情報のやりとりが可能になっている。

車両１０は、アクセルセンサ７０と、操舵角センサ７１とを備えている。アクセルセンサ７０は、ドライバのアクセル操作部材としてのアクセルペダルの踏込量であるアクセルストロークを検出する。操舵角センサ７１は、ドライバによるステアリングホイールの操舵角を検出する。アクセルセンサ７０及び操舵角センサ７１の検出値は、ＥＶＣＵ５０に入力される。ＥＶＣＵ５０は、アクセルセンサ７０により検出されたアクセルストロークと、操舵角センサ７１により検出された操舵角とに基づいて、ロータ２２の指令回転速度Ｎｍ＊を算出する。ＥＶＣＵ５０は、ロータ２２の回転速度を、算出した指令回転速度Ｎｍ＊にフィードバック制御するための操作量として、指令トルクＴｒｑ＊を算出する。ＥＶＣＵ５０は、算出した指令トルクＴｒｑ＊（「指令値」に相当）をＭＧＣＵ３６に送信する。なお、ロータ２２の回転速度は、例えば、回転角センサ３４の検出値に基づいて算出されればよい。また、自動運転機能が車両１０に備えられている場合、ＥＶＣＵ５０は、自動運転モードが実行されるときにおいて、例えば、車両１０が備える自動運転ＣＵにより設定される車両１０の目標走行速度に基づいて、指令回転速度Ｎｍ＊を算出してもよい。

車両１０は、状況認識装置７２を備えている。状況認識装置７２は、自車両１０の周囲の外気温や路面温度を検出する温度センサ、降雨を検出雨検出センサ、降雪を検出する雪検出センサ、及びカメラ装置等を含む。これにより、状況認識装置７２は、自車両１０の周囲の路面状況情報を取得することができる。カメラ装置は、車両１０の走行路面を含む周辺環境を撮像し、単眼カメラ又はステレオカメラである。

状況認識装置７２は、例えばナビゲーション装置及び傾斜角センサを備え、車両１０付近の路面の勾配情報を検出する機能を有している。ナビゲーション装置は、地図情報及びＧＰＳ衛星から送信される測位情報に基づいて、車両１０付近の路面勾配を検出する。傾斜角センサは、車両１０付近の路面勾配を検出する。状況認識装置７２の検出値は、ＥＶＣＵ５０に入力される。

ブレーキＣＵ６２は、ブレーキセンサ６１により検出されたブレーキストロークに基づいて、車輪に対して付与すべき総制動トルクＦｂｒｋを算出する。ブレーキＣＵ６２は、回生可能制動トルクＦｇｍａｘをＥＶＣＵ５０から受信する。回生可能制動トルクＦｇｍａｘは、回生駆動制御によって車輪に付与可能な制動トルクの現状の最大値である。

ブレーキＣＵ６２は、回生可能制動トルクＦｇｍａｘと、総制動トルクＦｂｒｋとに基づいて、回生指令制動トルクＦｇｂと、摩擦指令制動トルクＦｍｂとを算出する。例えば、ブレーキＣＵ６２は、総制動トルクＦｂｒｋから回生指令制動トルクＦｇｂを差し引くことにより、摩擦指令制動トルクＦｍｂを算出する。

ブレーキＣＵ６２は、算出した回生指令制動トルクＦｇｂをＥＶＣＵ５０に送信する。ＥＶＣＵ５０は、受信した回生指令制動トルクＦｇｂを指令トルクＴｒｑ＊としてＭＧＣＵ３６に送信する。回生指令制動トルクＦｇｂが大きいほど、回転電機２０からインバータ３０を介して蓄電池４０へと供給される発電電力が大きくなる。

また、ブレーキＣＵ６２は、算出した摩擦指令制動トルクＦｍｂをブレーキ装置６０に送信する。これにより、ブレーキ装置６０により車輪へと付与される制動トルクが摩擦指令制動トルクＦｍｂに制御されるようになる。

続いて、図２を用いて、ＭＧＣＵ３６が行う過熱保護制御について説明する。図２に示す処理は、例えば、所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０では、モータ温度センサ３５により検出されたモータ温度Ｔｍｇｄが制限開始温度ＴｅｍｐＨを超えたか否かを判定する。制限開始温度ＴｅｍｐＨは、回転電機２０及びインバータ３０の少なくとも一方が過熱状態であることを判定できる温度に設定されている。

ステップＳ１０においてモータ温度Ｔｍｇｄが制限開始温度ＴｅｍｐＨを超えていると判定した場合には、ステップＳ１１に進み、回転電機２０のトルクが、ＥＶＣＵ５０から受信した指令トルクＴｒｑ＊よりも小さくなるように上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング制御を行う。ここでは、例えば、図３に示すように、受信した指令トルクＴｒｑ＊に制限係数Ｋｌｉｍを乗算し、この乗算値である制限トルク（Ｋｌｉｍ×Ｔｒｑ＊）に回転電機２０のトルクを制御すべく、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング制御を行えばよい。制限係数Ｋｌｉｍは、モータ温度Ｔｍｇｄが制限開始温度ＴｅｍｐＨ以下の場合に１となり、モータ温度Ｔｍｇｄが制限開始温度ＴｅｍｐＨを超える場合、モータ温度Ｔｍｇｄが高いほど小さい値になる。モータ温度Ｔｍｇｄが最終制限温度ＴＨＨ（＞ＴｅｍｐＨ）になる場合、制限係数Ｋｌｉｍが０になる。

回転電機２０及びインバータ３０を備える制御システムは、上記過熱保護制御に加え、回転電機２０の過熱保護をより的確に実施するための構成を備えている。以下、この構成について説明する。

図４に、回転電機２０の動作点の動作領域を示す。動作点は、回転電機２０のトルクＴｒｑ及び回転速度Ｎｍから定まる。トルクＴｒｑが正の値の場合、力行駆動制御が行われる。一方、トルクＴｒｑが負の値の場合、回生駆動制御が行われる。動作領域は、高速領域Ｒｈｒ、力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ、回生側高トルク領域Ｒｈｔｇ及び連続動作領域Ｒｃｃからなる。

高速領域Ｒｈｒは、第１領域に相当し、連続動作領域Ｒｃｃ、力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇに隣接して、かつ、これら各領域Ｒｃｃ，Ｒｈｔｍ，Ｒｈｔｇに対して高速側の領域である。本実施形態において、高速領域Ｒｈｒは、ステータ巻線２１に弱め界磁電流を流す弱め界磁制御が行われる領域である。高速領域Ｒｈｒにおいて回転速度が高い側の境界における回転速度が、ロータ２２の最高回転速度Ｎｍａｘである。

連続動作領域Ｒｃｃは、その領域内の回転速度及びトルクであれば、回転電機２０及びインバータ３０が過熱状態になることなく連続して駆動できる領域である。連続動作領域Ｒｃｃにおいて高トルク側の境界が、力行駆動制御が行われる場合の連続トルクの上限値ＴｍＣ、及び回生駆動制御が行われる場合の連続トルクの上限値ＴｇＣである。

力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇは、連続動作領域Ｒｃｃに隣接して、かつ、連続動作領域Ｒｃｃに対して高トルク側の領域である。また、力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇの高速側は、高速領域Ｒｈｒに隣接している。各高トルク領域Ｒｈｔｍ，Ｒｈｔｇ及び連続動作領域Ｒｃｃと、高速領域Ｒｈｒとの境界を規定する回転速度が高速側閾値Ｎｔｈである。現在の回転速度Ｎｍが高速側閾値Ｎｔｈを超える場合、現在の動作点が高速領域Ｒｈｒ内となる。

高速領域Ｒｈｒ、力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇは、その領域内の回転速度及びトルクであると、回転電機２０及びインバータ３０の少なくとも一方が過熱状態になるおそれがあるため、回転電機２０を継続して駆動する時間が制約される短時間動作領域である。なお、図４において、ＴｍＬは、高速領域Ｒｈｒ及び力行側高トルク領域Ｒｈｔｍにおける正の上限トルクを示し、ＴｇＬは、高速領域Ｒｈｒ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇにおける負の上限トルクを示す。

本実施形態において、連続動作領域Ｒｃｃ、力行側高トルク領域Ｒｈｔｍ及び回生側高トルク領域Ｒｈｔｇのそれぞれにおいて、高速側閾値Ｎｔｈを含む高速側の領域は、弱め界磁制御が行われる境界側領域Ｒｂｒｄである。また、連続動作領域Ｒｃｃのうち、トルクＴｒｑが０であってかつ回転速度Ｎｍが最も高い動作点を特定動作点Ｐとし、特定動作点Ｐを定める回転速度Ｎｍを特定回転速度Ｎｍｏｔとする。特定回転速度Ｎｍｏｔは、トルクＴｒｑが０の場合の高速側閾値Ｎｔｈである。

本実施形態において、特定回転速度Ｎｍｏｔは、車両１０が道路を法定最高速度で走行する場合に想定されるロータ２２の回転速度Ｎｍである。特定回転速度Ｎｍｏｔは、例えば、車両１０が高速道路を法定最高速度（例えば１２０ｋｍ／ｈ）で定常走行する場合に想定されるロータ２２の回転速度Ｎｍである。なお、連続動作領域Ｒｃｃのうち境界側領域Ｒｂｒｄと重複する領域は、例えば、道路構造令で規定される設計速度及び設計速度に対応する縦断勾配を有する高速道路を車両が定常走行する場合に想定される動作点の集合である。例えば、設計速度が１２０ｋｍ／ｈの場合の縦断勾配の最大値は５％である。ちなみに、特定回転速度Ｎｍｏｔは、例えば、車両１０が一般道路を法定最高速度（例えば６０ｋｍ／ｈ）で定常走行する場合に想定されるロータ２２の回転速度Ｎｍであってもよい。

本実施形態では、回転電機２０の動作点が特定動作点Ｐになる場合において、ステータ巻線２１に流れる相電流の実効値Ｉｐｈが回転電機２０（具体的には、ステータ巻線２１）の許容上限電流Ｉｔｈ（具体的には例えば、常時許容電流）以下になるように制御システムが構成されている。これは、例えば、動作点が特定動作点Ｐになる場合における相電流の実効値Ｉｐｈをステータ巻線２１の許容上限電流Ｉｔｈ以下にするようにステータ巻線２１に流す弱め界磁電流を設定することにより実現できる。以上説明した構成が、回転電機２０の過熱保護をより的確に実施するための構成である。

車両１０の走行中においてモータ温度Ｔｍｇｄが制限開始温度ＴｅｍｐＨを超えた場合、図２に示す処理により回転電機２０のトルクが低下させられる。モータ温度Ｔｍｇｄがさらに上昇して最終制限温度ＴＨＨ以上になると、回転電機２０のトルクが０に制御される。

ここで、回転電機２０の動作点が境界側領域Ｒｂｒｄ内である場合、トルクが０に制御されるようにステータ巻線２１に弱め界磁電流を流すためのスイッチング制御が実行される。この場合、上述したように、ステータ巻線２１に流れる相電流の実効値Ｉｐｈが回転電機２０の許容上限電流Ｉｔｈ以下になるように制御システムが構成されているため、ステータ巻線２１の温度が許容上限温度（具体的には例えば、常時許容最高温度）未満になり、回転電機２０の過熱保護をＭＧＣＵ３６により行うことができる。

また、特定回転速度Ｎｍｏｔは、車両１０が道路を法定最高速度で走行する場合に想定されるロータ２２の回転速度Ｎｍである。車両１０の走行速度が法定最高速度とされる頻度は低く、通常、走行速度が法定最高速度未満になる頻度の方が高い。このため、車両１０の通常想定される走行状況において、回転電機２０の過熱保護を的確に行うことができる。

＜第１実施形態の変形例＞
ロータ２２の永久磁石の温度（以下、磁石温度Ｔφｄ）が高いほど、磁石磁束量が小さくなり、特定動作点Ｐを定める特定回転速度Ｎｍｏｔが高くなる。図５には、磁石温度Ｔφｄが第１，第２温度Ｔφ１，Ｔφ２（Ｔφ１＜Ｔφ２）になる場合が示されている。図５において、Ｎｍｏｔ（Ｔφ１）は、磁石温度Ｔφｄが第１温度Ｔφ１とされる場合の特定動作点Ｐを示し、Ｎｍｏｔ（Ｔφ２）は、磁石温度Ｔφｄが第２温度Ｔφ２とされる場合の特定動作点Ｐを示す。高速側閾値Ｎｔｈ及び最高回転速度Ｎｍａｘについても同様である。

そこで、ＭＧＣＵ３６で用いられる電流制御マップは、磁石温度Ｔφｄ、指令トルクＴｒｑ＊及びｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が関係付けられたマップであってもよい。この場合、ＭＧＣＵ３６は、例えば、モータ温度センサ３５により検出されたモータ温度Ｔｍｇｄを磁石温度Ｔφｄとして用いてもよいし、モータ温度Ｔｍｇｄに基づいて推定した磁石温度Ｔφｄを用いてもよい。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、特定動作点Ｐを定める特定回転速度Ｎｍｏｔの設定方法が変更されている。詳しくは、特定回転速度Ｎｍｏｔは、ブレーキ装置６０により車両１０の車輪に摩擦制動トルクが付与されず、回転電機２０を含む動力発生装置から駆動輪１１に動力が付与されていない状態において、車両１０が所定の下り勾配の道路を走行する場合に車両１０の走行速度が終端速度となる場合のロータ２２の回転速度にされている。なお、車両の走行動力源として、例えば、回転電機２０に加えて内燃機関が備えられている場合、動力発生装置は回転電機及び内燃機関となる。

以下、終端速度の算出方法の一例について説明する。車両が下り勾配θの道路を走行する場合における運動方程式を下式（ｅｑ１）で表す。下式（ｅｑ１）において、ｍは車両の質量を示し、ａは車両の加速度を示し、ｇは重力加速度を示し、Ｆｔは車輪の転がり抵抗を示し、Ｆａは車両に作用する空気抵抗を示す。転がり抵抗Ｆｔを下式（ｅｑ２）で表し、空気抵抗Ｆａを下式（ｅｑ３）で表す。下式（ｅｑ２）において、μは転がり抵抗係数を示す。下式（ｅｑ３）において、ρは空気の密度を示し、Ｃｄは空気抵抗係数を示し、Ｓは車両の正面投影面積を示し、ｖは車両の走行速度を示す。

上式（ｅｑ１）～（ｅｑ３）と、「ａ＝ｄｖ／ｄｔ」の関係とを用いると、下式（ｅｑ４）が導かれる。

下式（ｅｑ５）の関係を用いると、上式（ｅｑ４）から下式（ｅｑ６）が導かれる。

上式（ｅｑ６）から下式（ｅｑ７）が導かれる。

上式（ｅｑ７），（ｅｑ５）から下式（ｅｑ８）が導かれる。

ここで、ｔ＝０でｖ＝０とすると、下式（ｅｑ９）が導かれる。

上式（ｅｑ８）において、ｔ→∞とする場合における走行速度ｖが、車両の終端速度ｖｔｅｒとなる。上式（ｅｑ８），（ｅｑ９）から、下式（ｅｑ１０）のように終端速度ｖｔｅｒが導かれる。

本実施形態において、特定動作点Ｐを定める特定回転速度Ｎｍｏｔは、車両１０の走行速度が上記終端速度ｖｔｅｒとなる場合のロータ２２の回転速度にされている。この場合において、例えば、回転電機２０の動作点が特定動作点Ｐになるとき、ステータ巻線２１に流れる相電流の実効値Ｉｐｈがステータ巻線２１の許容上限電流Ｉｔｈ以下になるように、ステータ巻線２１に流す弱め界磁電流が設定されていればよい。なお、上式（ｅｑ１０）によれば、勾配θが大きくなるほど、終端速度ｖｔｅｒが高くなり、特定回転速度Ｎｍｏｔも高くなる。このため、例えば、勾配θが取り得る範囲の最大値に対応する終端速度ｖｔｅｒで車両が走行する場合におけるロータ２２の回転速度が特定回転速度Ｎｍｏｔにされていてもよい。

図２に示す処理により回転電機２０のトルクＴｒｑが０にされることにより、回転電機２０の動作点が、特定回転速度Ｎｍｏｔ以下の動作点に移行される。その結果、ステータ巻線２１に流れる相電流の実効値Ｉｐｈがステータ巻線２１の許容上限電流Ｉｔｈ以下になり、回転電機２０の過熱保護を行うことができる。

また、特定回転速度Ｎｍｏｔが、車両の走行速度が終端速度ｖｔｅｒとなる場合に想定されるロータ２２の回転速度にされている。このため、例えば、ＥＶＣＵ５０やブレーキＣＵ６２に給電されなくなる等、ＥＶＣＵ５０やブレーキＣＵ６２に異常が発生した場合であっても、回転電機２０の過熱保護を行うことができる。

＜第２実施形態の変形例＞
ＭＧＣＵ３６で用いられる電流制御マップは、路面の勾配θ、転がり抵抗係数μ、指令トルクＴｒｑ＊及びｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が関係付けられたマップであってもよい。ここで、路面の勾配θ及び転がり抵抗係数μの情報は、状況認識装置７２の検出値に基づいて取得すればよい。

また、電流制御マップは、上述したように磁石温度Ｔφｄが関係付けられたマップであってもよい。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、特定動作点Ｐを定める特定回転速度Ｎｍｏｔの設定方法が変更されている。詳しくは、特定回転速度Ｎｍｏｔは、図６に示すように、ステータ巻線２１に弱め界磁電流が流されていない状態においてロータ２２の回転に伴いステータ巻線２１に誘起される線間電圧のピーク値Ｖｅｍｆと、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｄｃとが同じになるロータ２２の回転速度に設定されている。

ここで、磁石温度が高いほど磁石磁束量が小さくなることを踏まえ、特定回転速度Ｎｍｏｔは、磁石温度が永久磁石の許容上限温度となる場合において、線間電圧のピーク値Ｖｅｍｆと、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｄｃとが同じになるロータ２２の回転速度に設定されていればよい。

以上説明した本実施形態によれば、図２に示す処理によりトルクが０にされた場合において、インバータ３０が停止して各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬがオフになった場合であっても、電力回生が発生することを防止できる。これにより、回転電機２０の過熱保護を行うことができる。

ちなみに、第１，第２実施形態の特定回転速度Ｎｍｏｔは、線間電圧のピーク値Ｖｅｍｆと、コンデンサ３１の端子電圧Ｖｄｃとが同じになるロータ２２の回転速度以下に値に設定されていてもよい。この場合、図２に示す処理によりトルクが０にされた場合において、電力回生が発生することを防止できる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・図２に示す処理において、モータ温度Ｔｍｇｄに代えて、インバータ３０の温度が用いられたり、モータ温度Ｔｍｇｄ及びインバータ３０の温度のうち高い方の温度が用いられたりしてもよい。ここで、インバータ３０の温度は、例えば、インバータ３０を構成する上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの温度を検出するセンサ（例えば、感温ダイオード又はサーミスタ）により検出されればよい。

ＥＶＣＵ５０は、指令回転速度Ｎｍ＊をＭＧＣＵ３６に送信してもよい。この場合、ＭＧＣＵ３６は、ロータ２２の回転速度を、受信した指令回転速度Ｎｍ＊にフィードバック制御するための操作量として、指令トルクＴｒｑ＊を算出すればよい。

・ＥＶＣＵ５０、ＭＧＣＵ３６及びブレーキＣＵ６３の演算機能が１つのＣＵに集約されていてもよい。

・インバータを構成する半導体スイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えば、ボディダイオードを内蔵するＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、スイッチの高電位側端子がドレインであり、低電位側端子がソースである。

・回転電機としては、星形結線されたものに限らず、例えばΔ結線されたものであってもよい。

・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ェ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ェ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。

１０…車両、２０…回転電機、３０…インバータ、３６…ＭＧＣＵ、５０…ＥＶＣＵ、６０…ブレーキ装置、６２…ブレーキＣＵ。

Claims (5)

1. 界磁極を含むロータ（２２）及びステータ巻線（２１）を有する回転電機（２０）と、
   蓄電部（３１）と、
   上，下アームスイッチ（ＳＷＨ，ＳＷＬ）を有し、前記ステータ巻線と前記蓄電部とを電気的に接続するインバータ（３０）と、を備える車両用装置であって、
   前記ロータから動力が伝達されることにより回転する駆動輪（１１）を備える車両（１０）に適用される車両用装置において、
   前記回転電機の指令トルク（Ｔｒｑ＊）または指令回転速度（Ｎｍ＊）のいずれかである指令値を算出する指令算出部（５０）と、
   算出された前記指令値に基づいて、前記回転電機のトルクを前記指令トルクに制御すべく、前記上，下アームスイッチのスイッチング制御を行う回転電機制御部（３６）と、を備え、
   前記回転電機のトルク及び回転速度により定まる動作点の動作領域において、前記回転速度が最高回転速度（Ｎｍａｘ）となる動作点を含む第１領域と、該第１領域の低速側に隣接する第２領域とが設定され、
   前記第２領域のうち、前記トルクが０であってかつ前記回転速度が最も高い動作点が特定動作点（Ｐ）とされ、
   前記第２領域のうち、前記特定動作点を含む高速側の領域が境界側領域（Ｒｂｒｄ）とされ、
   前記回転電機制御部は、
   前記回転電機の動作点が、前記第１領域内又は前記境界側領域内である場合、前記ステータ巻線に弱め界磁電流を流すように前記スイッチング制御を行い、
   前記回転電機及び前記インバータの少なくとも一方の温度を取得し、取得した温度が制限開始温度（ＴｅｍｐＨ）を超えたと判定した場合、前記回転電機のトルクを前記指令トルクよりも小さい制限トルクにし、
   前記回転電機の動作点が前記境界側領域内である場合に前記回転電機のトルクが前記制限トルクにされることにより、前記ステータ巻線に流れる相電流の実効値が前記回転電機の許容上限電流以下になるように構成されている、車両用装置。
2. 前記特定動作点を定める前記回転速度（Ｎｍｏｔ）は、前記車両が法定最高速度で道路を走行する場合の前記ロータの回転速度である、請求項１に記載の車両用装置。
3. 前記車両には、機械式のブレーキ装置（６０）が備えられ、
   前記特定動作点を定める前記回転速度（Ｎｍｏｔ）は、前記ブレーキ装置により前記車両の車輪に摩擦制動トルクが付与されず、前記回転電機を含む動力発生装置から前記駆動輪に動力が付与されていない状態において、前記車両が所定の下り勾配の道路を走行する場合に前記車両の走行速度が終端速度となる場合の前記ロータの回転速度である、請求項１に記載の車両用装置。
4. 前記特定動作点を定める前記回転速度（Ｎｍｏｔ）は、前記ロータの回転に伴い前記ステータ巻線に誘起される線間電圧のピーク値と、前記蓄電部の電圧とが同じになる前記ロータの回転速度以下の値である、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両用装置。
5. 前記回転電機制御部は、取得した温度が、前記制限開始温度よりも高い最終制限温度（ＴＨＨ）になる場合に前記制限トルクを０にする、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両用装置。

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