JP2023047854A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石形電動機の暖機を促進しつつ、永久磁石の減磁を抑制し得る制御装置を提供する。【解決手段】車両駆動用の永久磁石形電動機を制御する電動機制御装置において、永久磁石形電動機のロータ温度を取得するロータ温度取得装置と、インバータと、永久磁石形電動機への電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてインバータを制御する制御部とを備える。制御部は、トルク成分に対応するｑ軸の電流指令値がゼロで、励磁成分に対応するｄ軸の電流指令値が、永久磁石形電動機に用いられる永久磁石の磁束を強める正側と弱める負側の交互に所定周期で変化し、かつ負側の電流指令値が永久磁石の保磁力の温度係数及びロータ温度に基づいて定まる暖機用の電流指令値を演算し、ロータ温度が暖機の要否を判断するための閾値より低い場合に暖機用電流指令値に基づいてインバータを制御する暖機制御を実行する電動機制御装置。【選択図】図７

Description

本発明は、車両駆動用の永久磁石形電動機を制御する電動機制御装置に関する。

電動車両に関し、低温時には電動機、減速機の冷却油及びベアリング等のフリクションが増大することで電動機の効率が低下し、電費性能の低下を招くという問題がある。その対策として、停車時においてトルクに寄与する成分（ｑ軸成分）の電流をゼロにし、トルクに寄与しない成分（ｄ軸成分）の電流を通電することで、通電により生じる損失に起因する熱を利用して電動機を暖機することが知られている。しかし、暖機速度を速めるためには電流値を大きくする必要があるため、永久磁石形電動機の場合には電流を流すことで生じる弱め方向の磁束によって永久磁石が減磁してしまうという問題がある。

特許文献１には、暖機を促進しつつ減磁を防止する制御が開示されている。具体的には、電流進角９０°のｄ軸電流と電流進角２７０°のｄ軸電流を交互に所定の周期で流している。そして、弱め方向の磁束を生じさせる電流進角９０°の電流値よりも、強め方向の磁束を生じさせる電流進角２７０°の電流値を大きくしたり、電流進角９０°の通電時間より電流進角２７０°の通電時間を長くしている。

特許第４８８１９９１号公報

しかし、減磁するか否か、及び減磁の程度は電流進角９０°のｄ軸電流により生じる弱め方向の磁束（ｄ軸磁束）の大きさのみによって決まるものであり、電流進角２７０°の電流値や通電時間とは相関関係はない。したがって、上記文献に記載の制御では、減磁を防止する効果が得られないおそれがある。

そこで本発明では、上記問題に鑑み、永久磁石形電動機の暖機を促進しつつ、永久磁石の減磁を抑制し得る制御装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、車両駆動用の永久磁石形電動機を制御する電動機制御装置が提供される。当該装置は、永久磁石形電動機のロータ温度を直接または間接的に取得するロータ温度取得装置と、永久磁石形電動機に電力を変換して供給するインバータと、永久磁石形電動機への電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてインバータを制御する制御部と、を備える。制御部は、永久磁石形電動機のトルク成分に対応する軸であるｑ軸の電流指令値がゼロで、永久磁石形電動機の励磁成分に対応する軸であるｄ軸の電流指令値が、永久磁石形電動機に用いられる永久磁石の磁束を強める正側と弱める負側の交互に所定周期で変化し、かつ負側の電流指令値が永久磁石の保磁力の温度係数及びロータ温度に基づいて定まる暖機用電流指令値を演算する。そして、制御部は、ロータ温度が暖機の要否を判断するための閾値より低い場合に暖機用電流指令値に基づいてインバータを制御する暖機制御を実行する。

上記態様によれば、永久磁石形電動機の暖機を促進しつつ、永久磁石の減磁を抑制し得る制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電動機制御装置を搭載した車両システムの構成を示すブロック図である。 図２は、駆動モータの断面図の一例である。 図３は、暖機制御の要否を判断するための制御フローを示すフローチャートである。 図４は、暖機制御の制御フローを示すフローチャートである。 図５は、保磁力と磁石温度との関係を示す図である。 図６は、電流進角β＝９０°のｄ軸電流指令値とロータ温度との関係を示す図である。 図７は、暖機制御中のｄ軸電流指令値のタイムチャートである。 図８は、第１変形例にかかるｄ軸電流指令値のタイムチャートである。 図９は、第２変形例にかかるｄ軸電流指令値のタイムチャートである。 図１０は、第３変形例にかかるｄ軸電流指令値のタイムチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る電動機制御装置を搭載した車両システムの構成を示すブロック図である。以下、本例の電動機制御装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明するが、本例の電動機制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。

図１に示すように、本例の電動機制御装置を含む車両は、バッテリ１，インバータ２、駆動モータ３、減速機４、ドライブシャフト５、駆動輪６、７、電圧センサ８、電流センサ９、回転センサ１０、温度センサ１１、充電器１２、充電ポート１３、モータコントローラ２０、及びバッテリコントローラ３０を備えている。

バッテリ１は、車両の駆動源であって、複数の二次電池を直列又は並列に接続することで構成されている。インバータ２は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の複数のスイッチング素子を相毎に接続した電力変換回路を有している。インバータ２は、制御部としてのモータコントローラ２０からの駆動信号により、当該スイッチング素子のオン、オフを切り替えることで、バッテリ１から出力される直流電流を交流電流に変換し駆動モータ３に出力し、駆動モータ３を駆動させる。また、インバータ２は、駆動モータ３の回生により出力された交流電力を逆変換して、バッテリ１に出力する。インバータ２は、１相当たり２個のスイッチング素子を、３相にしつつブリッジ状に接続した接続回路を有している。

駆動モータ３（以下、モータ３と称す。）は、車両の駆動源であって、力行時には減速機４及びドライブシャフト５を介して駆動輪６、７に駆動力を伝達する。また、モータ３は、車両の減速時等には駆動輪６、７に連れ回されて回転し、回生の駆動力を発生することで、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。これにより、バッテリ１は、モータ３の力行により放電され、モータ３の回生により充電される。モータ３には、永久磁石形の同期モータが用いられる。

また、本例の車両は、冷媒を用いてモータ３を冷却する冷却機構を備える。当該冷却機構は、冷媒がモータ３及びバッテリ１を循環する構成となっており、後述する暖機制御中は、モータ３と熱交換することにより温度上昇した冷媒がバッテリ１を温める。

電圧センサ８は、バッテリ１の電圧を検出するセンサであり、バッテリ１とインバータ２の間に接続されている。電圧センサ８の検出値は、モータコントローラ２０及びバッテリコントローラ３０に出力される。電流センサ９は駆動モータの電流を検出するためのセンサであり、インバータ２と駆動モータ３との間に接続されている。電流センサ９の検出電流は、モータコントローラ２０に出力される。回転センサ１０は、駆動モータ３の回転数を検出するためのセンサであり、レゾルバ等で構成されている。回転センサ１０の検出値はモータコントローラ２０に出力される。

温度センサ１１は、モータ３のステータ温度を検出するためのセンサである。温度センサ１１はモータ３に備え付けられている。

充電器１２は、充電ポート１３に接続される充電プラグを介して、外部の充電装置から供給される電力を、バッテリ１の充電に適した電力に変換し、バッテリ１に供給することで、バッテリ１を充電する。充電器１２の出力側は、バッテリ１とインバータ２とを接続する配線に、電気的に接続されている。そのため、充電器１２から出力される電力を、バッテリ１のみに限らず、インバータ２にも供給することができる。

充電ポート１３は、車両の表面に設けられ、充電プラグを接続するための接続口を有している。充電プラグは、外部の充電装置に接続されている充電用のケーブルの先端部分に設けられている。そして、充電プラグが充電ポート１３に挿入されることで、外部の充電装置から、バッテリ１又はインバータ２に電力を供給できる状態となる。

モータコントローラ２０は、車両の車速（Ｖ）、アクセル開度（ＡＰＯ）、モータ３の回転子位相（θ_ｒｅ）、モータ３の電流、バッテリ１の電圧等に基づき、インバータ２を動作させるためのＰＷＭ制御信号を作成し、インバータ２を動作させるドライバ回路（図示せず）にＰＷＭ制御信号を出力する。そして、当該ドライバ回路がＰＷＭ制御信号に基づき、インバータ２のスイッチング素子の駆動信号を生成して、インバータ２に出力する。これにより、モータコントローラ２０は、インバータ２を動作させることで、モータ３を駆動させている。

モータコントローラ２０は、ユーザのアクセル操作等によるトルク要求に対して、モータ３を駆動するよう制御する通常時のモータ制御モード（通常制御モード）と、低温状態のモータを暖機させる暖機制御モードとを切り替えて、インバータ２、モータ３を制御している。モータコントローラ２０は、モータトルク制御部２１及び電流制御部２２を有している。

モータトルク制御部２１は、モータコントローラ２０に入力される車両変数を示す車両情報の信号に基づき、ユーザの操作による要求トルク又はシステム上の要求トルクを、駆動モータ３から出力させるためのトルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）を算出する。

モータトルク制御部２１には、アクセル開度毎に設定された、モータ回転数とトルク指令値の相関性を示すトルクマップ（図示せず）が予め記憶されている。トルクマップは、アクセル開度及びモータ回転数に対して、モータ３から効率よくトルクを出力させるためのトルク指令値で設定されている。

モータ回転数は、回転センサ１０の検出値に基づき算出される。アクセル開度は、図示しないアクセル開度センサにより検出される。そして、モータトルク制御部２１は、トルクマップを参照し、入力されたアクセル開度（ＡＰＯ）及びモータ回転数に対応するトルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）を演算する。

また、モータトルク制御部２１は、モータ３の温度に応じて、トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）に制限をかけることでトルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）を算出し、電流制御部２２に出力する。モータ３の温度が高くなると、例えばステータ温度が高くなると、コイル３４の絶縁性能が劣化するおそれがあり、ロータ温度が高くなると、永久磁石の熱による減磁が生じるおそれがある。そこで、モータ３の温度が高い場合には、モータトルク制御部２１はトルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）に制限をかけてトルク指令値を制限値以下に抑えている。

電流制御部２２は、トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）に基づき、モータ３に流れる電流の指令値を演算し、当該指令値に基づいてインバータ２を制御する制御部である。電流制御部２２は、暖機モードの時には、後述する暖機用の電流指令値を演算する。

バッテリコントローラ３０は、電圧センサ８の検出電圧により、バッテリ１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出することで、バッテリ１の状態を管理している。また、バッテリコントローラ３０は、充電器１２を制御することで、外部の充電装置によるバッテリ１の充電の制御を行っている。

バッテリコントローラ３０は、充電ポート１３に充電プラグが差し込まれたことを検出すると、バッテリ１の状態に応じて、バッテリ１の充電に適した電圧又は電流を算出する。そして、外部の充電装置から充電器１２に電力が供給されると、バッテリコントローラ３０は、充電器１２を制御して、充電器１２への入力電力を、バッテリ１の充電電力に変換して、バッテリ１に電力を供給する。そして、バッテリ１のＳＯＣが目標ＳＯＣに達すると、バッテリコントローラ３０は、充電器１２を制御して、充電器１２からバッテリ１への電力の供給を停止しつつ、充電ケーブルを介して、充電を停止する旨の停止信号を外部の充電装置に出力する。

また、バッテリコントローラ３０は、充電ポート１３に充電プラグが差し込まれた場合には、外部の充電装置の電力を利用できる旨の信号をモータコントローラ２０に出力する。モータコントローラ２０は、この信号を受信することで、外部の充電装置の電力を用いてモータ３に電流を流すことが可能なことを認識する。

なお、モータトルク制御部２１から出力されたトルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）に基づいて、ドライブシャフト５のねじり振動を抑制させるために駆動モータ３を制振させるトルク指令値（Ｔ_ｍ３ ^＊）を算出する制振制御部を設けてもよい。この場合、電流制御部２２には駆動モータ３を制振させるトルク指令値（Ｔ_ｍ３ ^＊）が入力されることになる。

次に、車両を走行させる際の暖機の必要性と、モータコントローラ２０による暖機制御について説明する。

まず、暖機の必要性について説明する。低温時には、モータ３、減速機４の冷却油及び各部のベアリング等のフリクションが増大してモータ３の効率が低下するため、車両の電費性能が低下してしまう。このため暖機が必要になる。暖機の方法としては、停車時にトルクに寄与しない成分の電流（ｄ軸電流）を通電させることが知られている。この方法で暖機速度を高めるためには、電流値を大きくすればよい。しかし、永久磁石形のモータ３では、後述する負側のｄ軸電流による弱め方向の磁束によって磁石が減磁するという問題がある。つまり、単にｄ軸電流を大きくするだけでは永久磁石が減磁してしまう。一方、減磁を抑制するためにｄ軸電流を小さくすると暖機に長時間を要することになる。

上記の問題を解決するために、本例では以下に説明するようにロータの暖機制御を行う。モータコントローラ２０は、車両の停車中、モータ３のロータの温度を管理している。モータコントローラ２０は、温度センサ１１を用いて、所定の周期でステータ温度を検出し、これに基づいてロータ温度を算出している。あるいは、モータコントローラ２０は車両を停車させる際に、温度センサ１１によりステータ温度を検出し、車両を停車させてからの経過時間と外気温度から、現在のステータ温度を算出し、これに基づいてロータ温度を算出することでロータ温度を取得してもよい。

図２は、本例で用いるモータ３の断面図の一例である。具体的には、８極分布巻きモータの断面の一部（１極分）を示している。図示する通り、ステータ（ステータコア）３２は１極あたり６個のスロット３２Ａを備え、各スロット３２Ａにはコイル３４が配置されている。ロータ（ロータコア）３１には１極当たり１個の永久磁石（以下、単に「磁石」ともいう）３３が配置されている。なお、スロット３２Ａ及び磁石３３の数、磁石３３の配置はこの限りではない。

本例の暖機制御では、モータ３のトルク成分に対応する軸（ｑ軸）の電流指令値をゼロにする。そして、励磁成分に対応する軸（ｄ軸）については、電流指令値を磁石３３の磁束方向に対する強め方向、つまり電流進角β＝２７０°（以下、正側ともいう）と、弱め方向、つまり電流進角β＝９０°（以下、負側ともいう）に所定の周期で交互に切り替える。これにより、モータ３のステータ３２には励磁電流が正負交互に流れるため磁束が発生し、ロータ３１には渦電流が流れてロータが発熱する。また、電流を正負交互に流すので、ヒステリシス損が発生するうえ、ロータ３１には渦電流が継続的に流れる。これにより、トルクを発生させることなくロータ３１が暖機される。

図２に示す通り、電流指令値が強め方向の場合には、磁石３３の磁束と同方向の磁束が発生し、弱め方向の場合には磁石３３の磁束と逆方向の磁束が発生して磁石３３が減磁されることが知られている。

そこで本例では、弱め方向のｄ軸電流指令値をモータ３に使用されている磁石３３の保磁力の温度係数と検出温度とに基づいて設定する。これにより、ロータ温度に応じたｄ軸電流指令値を設定することができる。例えば、暖機が進むに連れてｄ軸電流指令値を減少させたり止めたりすることが可能となり、減磁を抑制しつつ効率よく暖機することできる。

さらに、暖機が進むに連れてｄ軸電流指令値を減少させる一方で、通電時間や強め方向のｄ軸電流指令値を増大させる。強め方向のｄ軸電流は減磁には影響がないので、強め方向のｄ軸電流指令値を増大させることで、発生する損失を大きくして暖機効率をより高めることができる。

また、ロータ温度が低いほど磁石３３の保磁力は増加すること、つまり減磁し難いことが知られている。そこで、例えばロータ温度が低いほど大きなｄ軸電流指令値を設定し、ロータ温度が上昇するほどｄ軸電流指令値を小さくする、というように保磁力の温度係数に基づいてｄ軸電流を制御することで、不可逆減磁をさせることなくモータ３を暖機することができる。

次に、モータコントローラ２０によるインバータ２の制御について図３及び図４を参照して説明する。図３は、モータコントローラ２０が実行する、暖機制御の要否を判断するための制御フローを示すフローチャートである。図４は、モータコントローラ２０が実行する、暖機制御の制御フローを示すフローチャートである。以下、各フローチャートのステップにしたがって説明する。

まず、図３の制御フローについて説明する。

ステップＳ１０では、充電中か否かを判定し、充電中であればステップＳ１１の処理を実行し、充電中でなければステップＳ１６の処理を実行する。ステップＳ１６では、バッテリ１の残量Ｃ_０が予め設定した閾値Ｃ_Ｔより多いか否かを判定し、多い場合はステップＳ１３の処理を実行する。一方、閾値Ｃ_Ｔ以下の場合は本制御フローを終了する。閾値Ｃ_Ｔは、外部からの電力供給がなくても暖機が可能か否かを判定するための閾値であり、使用するバッテリ１の容量や、使用するモータ３の暖機に要する電力等に応じて定まるものである。なお、ステップＳ１０では、上記の充電中か否かの判定に加え、これから充電を開始するか否かの判定を行うようにしてもよい。この場合、充電中でなくても、これから充電を開始する場合にはステップＳ１１の処理を実行する。ただし、ステップＳ１１以降の処理は充電を開始してから実行する。また、充電中でなく、かつこれから充電を開始することもない場合にステップＳ１６の処理を実行する。これから充電を開始するか否かは、例えばバッテリコントローラ３０等に記録されている充電履歴に基づいて判断する。例えば、これまでの充電開始時刻の履歴に照らして、現時刻から数分後に充電を開始すると推測される場合には、これから充電を開始すると判断する。

ステップＳ１１では、バッテリ１の温度を検出する温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、現在のバッテリ温度Ｔ_Ｂ０が予め設定された閾値Ｔ_ＢＴより低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１２の処理を実行し、そうでない場合は本制御フローを終了する。ステップＳ１１の判定は、バッテリ１の保護のためのものである。モータ３を暖機すると冷媒を介してバッテリ１も温められるので、バッテリ温度が許容温度に近い状態でモータ３の暖機制御を行うと、バッテリ温度が許容温度を超えるおそれがある。そこで、モータ３の暖機制御を行うことでバッテリ温度が許容温度を超えるか否かをステップＳ１１で判定する。したがって、閾値Ｔ_ＢＴはモータ３の暖機制御による温度上昇があっても許容温度を超えることがないバッテリ温度であり、使用するバッテリ１の熱容量等により定まる値である。

ステップＳ１２では、冷媒の温度を検出する温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、現在の冷媒温度Ｔ_Ｗ０が予め設定された閾値Ｔ_ＷＴより低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１３の処理を実行し、そうでない場合は本制御フローを終了する。

ステップＳ１３では、現在のステータ温度Ｔ_S０が予め設定された閾値Ｔ_SＴより低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１４の処理を実行し、そうでない場合は本制御フローを終了する。ステップＳ１３の判定は、ステータ３２の保護のためのものである。ステータ３２にはコイル３４と絶縁するための絶縁材料が用いられるが、絶縁材料には絶縁性能を維持可能な上限温度があるので、ステータ３２の温度が当該上限温度に近い状態でモータ３の暖機制御を行うと、当該上限温度を超えるおそれがある。そこで、モータ３の暖機制御を行うことでステータ温度が上限温度を超えるか否かをステップＳ１３で判定する。したがって、閾値Ｔ_SＴはモータ３の暖機制御による温度上昇があっても上限温度を超えることがないステータ温度であり、使用する絶縁材料により定まる値である。

なお、上記のステップＳ１０からＳ１３の判定の全部または一部は省略しても構わない。

ステップＳ１４では、温度センサ１１で検出した現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０が予め設定された閾値Ｔ_ＲＴより低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ１５の処理を実行し、そうでない場合は本制御フローを終了する。閾値Ｔ_ＲＴは暖機制御を開始するための判定の閾値である。モータコントローラ２０は、現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０が閾値Ｔ_ＲＴより低い場合にはロータ３１が低温状態であって暖機を必要とすると判定する。一方、現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０が閾値Ｔ_ＲＴより高い場合には、ロータ３１は低温状態ではなく、暖機を必要としないと判定する。なお、ロータ温度は、温度センサ１１で検出したステータ３２の温度から推定してもよいし、冷媒温度から推定してもよい。

ステップＳ１５では、後述する暖機制御を実行する。

次に図４の制御フローについて説明する。当該制御フローは、図３の制御フローで暖機制御を実行することを決定した場合に実行される。

ステップＳ２０では、目標温度（閾値Ｔ_ＲＴ）と現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０との温度差ΔＴを算出する。

ステップＳ２１では、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄを以下に説明する方法で設定する。まず、電流進角βが２７０°のｄ軸電流指令値Ｉ_ｄを設定する。ここでは一定値としてインバータＳＷ素子の最大許容電流Ｉ_ｌｉｍに設定する。電流進角βが９０°のｄ軸電流指令値Ｉ_ｄは、予め設定した磁石の保磁力Ｈ_ｃｊの温度係数と、ロータ温度が閾値ＴＲＴの時に減磁しない許容電流Ｉ_ｄｅｍとΔＴから設定する。保磁力Ｈ_ｃｊは磁石温度が低いほど大きくなる。そこで図５に示す通り磁石温度毎の保磁力Ｈ_ｃｊをプロットし、線形近似（図中の実線Ｌ１）または二次関数近似（図中の一点鎖線Ｌ２）により温度係数を設定する。

線形近似の場合には保磁力Ｈ_ｃｊは温度係数ａを用いて下式（１）で表される。
Ｈ_ｃｊ＝ａΔＴ＋１ ・・・（１）
この温度係数ａを用いる場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄは図６の実線Ｌ３のようにロータ温度が高くなるほど直線的に大きくなる。これを式で表すと下式（２）になる。
Ｉ_ｄ＝Ｉ_ｄｅｍ｛１+ａ（Ｔ_ＲＴ－Ｔ_Ｒ０）｝ ・・・（２）
一方、二次関数近似の場合には、保磁力Ｈ_ｃｊは温度係数ｂ、ｃを用いて下式（３）で表される。
Ｈ_ｃｊ＝ｂΔＴ^２＋ｃΔＴ＋１ ・・・（３）
これらの温度係数ｂ、ｃを用いる場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄは図６の一点鎖線Ｌ４のようにロータ温度が高くなるほど二次曲線的に大きくなる。これを式で表すと下式（４）になる。
Ｉ_ｄ＝Ｉ_ｄｅｍ｛１+ｂ（Ｔ_ＲＴ－Ｔ_Ｒ０）^２＋ｃ（Ｔ_ＲＴ－Ｔ_Ｒ０）｝ ・・・（４）
上記の通りｄ軸電流指令値Ｉ_ｄを設定したら、ステップＳ２２で電流進角β＝９０°の通電時間ｔ_９０及び電流進角β＝２７０°の通電時間ｔ_２７０を設定する。ここでは予め設定した一定値とする。

ステップＳ２３では、ステップＳ２２で設定した時間、通電を行う。

ステップＳ２４では、現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０が閾値Ｔ_ＲＴより低いか否かを判定し、低い場合はステップＳ２５の処理を実行する。一方、現在のロータ温度Ｔ_Ｒ０が閾値Ｔ_ＲＴ以上の場合は、暖機が終了したものとして本制御フローを終了する。

ステップＳ２５では、現在のステータ温度Ｔ_Ｓ０が閾値Ｔ_ＳＴより低いか否かを判定し、低い場合は引き続き暖機を行うためにステップＳ２０の処理に戻る。一方、現在のステータ温度Ｔ_Ｓ０が閾値Ｔ_ＳＴ以上の場合には、ステータ保護のために本制御フローを終了する。

図７は、上記の暖機制御を行った場合のｄ軸電流について示した図である。図中の実線は電流進角β＝２７０°（正側）のｄ軸電流、破線は電流進角β＝９０°（負側）のｄ軸電流指令値、一点鎖線はロータ温度を示している。

図７に示す通り、正側のｄ軸電流は一定であるが、負側のｄ軸電流の絶対値はロータ温度の上昇に伴って小さくなる。つまり、減磁の原因となる負側のｄ軸電流が徐々に小さくなる。これにより、モータ３の暖機による減磁を抑制できる。

次に、暖機制御の変形例について図８から図１０を参照して説明する。なお、以下に説明する各変形例も上述した実施形態と同様に本発明の範囲に属する。

[第１変形例]
本変形例は、図４のステップＳ２２における通電時間ｔ_２７０の設定が上記実施形態とは異なる。

図８は、第１変形例にかかる暖機制御を行った場合のｄ軸電流について示した図である。図示する通り、本変形例では負側のｄ軸電流が小さくなるのに伴い負側の通電時間ｔ_２７０を長くする。これは、負側のｄ軸電流が小さくなることによる銅損の減少を、通電時間ｔ_２７０の延長により補うためである。総損失に占める割合が鉄損より銅損の方が大きいモータ３を使用する場合には、本変形例のように銅損の減少を抑制することで暖機を効率的に行うことができる。

ただし、ｄ軸電流の正負が反転する周期が長くなるため、鉄損は減少する。このため、総損失に占める割合が銅損より鉄損の方が大きいモータ３を使用する場合には適さない。この場合には、正負が反転する周期は一定のまま、つまり正側の通電時間ｔ_２７０と負側の通電時間ｔ_９０の合計は一定のままにして、通電時間ｔ_２７０とｔ_９０の割合を変化させることで、鉄損の減少を抑制できる。

[第２変形例]
本変形例は、図４のステップＳ２１における正側のｄ軸電流指令値の設定が上記実施形態とは異なる。

図９は第２変形例にかかる暖機制御を行った場合のｄ軸電流について示した図である。図示する通り、本変形例では負側のｄ軸電流指令値を小さくした分、正側のｄ軸電流指令値を大きくする。これにより、鉄損の減少を招くことなく、負側のｄ軸電流が小さくなることによる銅損の減少を補うことができるので、より短時間でモータ３の暖機を行うことができる。ただし、暖機制御開始時の正側のｄ軸電流指令値をインバータＳＷ素子の最大許容電流Ｉ_ｌｉｍに設定している場合には、最大許容電流Ｉ_ｌｉｍを超える電流を流すことになるので、インバータ２の温度をモニタして、許容し得る上限温度に到達したら暖機制御を終了する必要がある。

[第３変形例]
本変形例は、図４のステップＳ２１における正側のｄ軸電流指令値の設定が上記実施形態とは異なる。

図１０は、第３変形例にかかる暖機制御を行った場合のｄ軸電流について示した図である。図示する通り、本変形例ではロータ温度の上昇に伴い、正側及び負側のｄ軸電流指令値を減少させる。これにより、上記の実施形態及び各変形例に比べてモータ３の暖機に要する時間は長くなるが、モータ３の暖機によって温度上昇した冷媒を用いてバッテリ１を昇温させる構成においては、バッテリ１の暖機には効果的である。この効果について以下に説明する。

バッテリ１はモータ３に比べて熱容量が大きいので、モータ３を効率的に暖機すると、モータ３の暖機制御が終了した時点でバッテリ１が十分に昇温していないという状況が生じ得る。これを避けるためには、バッテリ１が昇温するまでモータ３の暖機制御が継続していることが望ましい。ただし、冷媒の温度が低い状態で暖機制御を継続してもバッテリ１の昇温は進まない。

そこで、暖機制御の開始時には相対的に大きなｄ軸電流を流すことで冷媒の温度を上昇させ、その後はｄ軸電流を徐々に小さくすることで、冷媒の温度をバッテリ１の暖機に適した温度にしたうえで暖機制御の継続時間を延ばし、バッテリ１を昇温させることができる。

以上のように本実施形態によれば、車両駆動用の永久磁石形電動機（モータ３）を制御する電動機制御装置が提供される。この電動機制御装置は、永久磁石形電動機のロータ温度を直接または間接的に取得するロータ温度取得装置（温度センサ１１）と、永久磁石形電動機に電力を変換して供給するインバータ２と、永久磁石形電動機への電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてインバータ２を制御する制御部（モータコントローラ２０）とを備える。制御部は、永久磁石形電動機のトルク成分に対応する軸であるｑ軸の電流指令値がゼロで、永久磁石形電動機の励磁成分に対応する軸であるｄ軸の電流指令値が、永久磁石形電動機に用いられる永久磁石３３の磁束方向を強める正側と弱める負側の交互に所定周期で変化し、かつ負側の電流指令値が永久磁石３３の保磁力の温度係数及びロータ温度に基づいて定まる暖機用電流指令値を演算する。そして、制御部は、ロータ温度が暖機の要否を判断するための閾値より低い場合に暖機用電流指令値に基づいてインバータ２を制御する暖機制御を実行する。これにより、負側のｄ軸電流による減磁を抑制しつつ、モータ３を効率よく暖機することができる。

本実施形態によれば、ｄ軸の電流指令値は矩形波であって、正側及び負側の電流指令値は、永久磁石３３の保磁力の温度特性に応じた一定値または可変値である。ｄ軸電流が矩形波でなく、いわゆる正弦波のような形であっても、永久磁石３３の保磁力の温度特性に応じた一定値または可変値にすることで、減磁を抑制しつつ暖機を行うことはできる。しかし、矩形波にすることで高周波成分をより多く含む電流をモータ３に流すことができるため、暖機時間をより短くすることができる。

本実施形態（第２変形例）では、正側の通電時間と負側の通電時間で定まる所定周期は電流指令値に応じて一定または可変であり、正側と負側のうち電流指令値の小さい方が、通電時間が長い。これにより、負側のｄ軸電流を小さくしたことによる銅損の減少を補うことができる。

本実施形態によれば、永久磁石形電動機のステータ温度を直接または間接的に取得するステータ温度取得装置（温度センサ１１）を備え、制御部は、ステータ温度が所定の温度を超える場合に暖機制御を停止する。これにより、ステータ３２を保護しつつモータ３を暖機することができる。なお、ステータ温度取得装置は、上述した通りステータ温度を直接検出する温度センサ１１でもよいし、温度センサ１１をロータ温度を検出するよう配置し、検出したロータ温度に基づいてステータ温度を推定する、または冷媒温度から推定するモータコントローラ２０であってもよい。

本実施形態によれば、永久磁石形電動機の冷却に用いる冷媒の温度を直接または間接的に取得する冷媒温度取得装置を備え、制御部は、冷媒温度が所定の温度を超える場合に暖機制御を停止する。これにより、冷媒温度の過上昇を防止することができる。なお、冷媒温度取得装置は、冷媒の温度を検出するセンサでもよいし、ロータ温度またはステータ温度等から推定するモータコントローラ２０であってもよい。

本実施形態によれば、制御部は、停車中である場合に暖機制御を実行する。これは、停車中であればモータ３のトルクに寄与しないｑ軸電流をゼロにすることができるからである。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ バッテリ、２ インバータ、３ 駆動モータ、４ 減速機、４ ドライブシャフト、８ 電圧センサ、 ９ 電流センサ、１０ 回転センサ、１１ 温度センサ、 １２ 充電器、 １３ 充電ポート、 ２０ モータコントローラ、２１ モータトルク制御部、 ２２ 電流制御部、３０ バッテリコントローラ、３１ ロータ、３２ ステータ、３２Ａ スロット、３３ 永久磁石、３４ コイル

Claims (6)

1. 車両駆動用の永久磁石形電動機を制御する電動機制御装置において、
   前記永久磁石形電動機のロータ温度を直接または間接的に取得するロータ温度取得装置と、
   前記永久磁石形電動機に電力を変換して供給するインバータと、
   前記永久磁石形電動機への電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいて前記インバータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記永久磁石形電動機のトルク成分に対応する軸であるｑ軸の電流指令値がゼロで、前記永久磁石形電動機の励磁成分に対応する軸であるｄ軸の電流指令値が、前記永久磁石形電動機に用いられる永久磁石の磁束を強める正側と弱める負側の交互に所定周期で変化し、かつ負側の電流指令値が前記永久磁石の保磁力の温度係数及び前記ロータ温度に基づいて定まる、暖機用電流指令値を演算し、
   前記ロータ温度が暖機の要否を判断するための閾値より低い場合に前記暖機用電流指令値に基づいて前記インバータを制御する暖機制御を実行することを特徴とする電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機制御装置において、
   前記ｄ軸の電流指令値は矩形波であって、
   前記正側及び前記負側の電流指令値は、前記永久磁石の保磁力の温度特性に応じた一定値または可変値である、電動機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機制御装置において、
   前記正側の通電時間と前記負側の通電時間で定まる前記所定周期は前記電流指令値に応じて一定または可変であり、前記正側と前記負側のうち前記電流指令値の小さい方が、通電時間が長い、電動機制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機制御装置において、
   前記永久磁石形電動機のステータ温度を直接または間接的に取得するステータ温度取得装置を備え、
   前記制御部は、前記ステータ温度が所定の温度を超える場合に前記暖機制御を停止する、電動機制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機制御装置において、
   前記永久磁石形電動機の冷却に用いる冷媒の温度を直接または間接的に取得する冷媒温度取得装置を備え、
   前記制御部は、前記冷媒の温度が所定の温度を超える場合に前記暖機制御を停止する、電動機制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電動機制御装置において、
   前記制御部は、停車中である場合に前記暖機制御を実行する、電動機制御装置。

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