JP4102177B2

JP4102177B2 - 永久磁石モータの制御装置および制御方法

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Publication number: JP4102177B2
Application number: JP2002357880A
Authority: JP
Inventors: 宗宏神谷; 崇俊松下; 智宏福島
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP2004194406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に用いられる、回転子に永久磁石を用いたモータに関し、特にそのモータを制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用の永久磁石モータは種々の構造および制御方式が実用化されている。しかし永久磁石モータでは永久磁石の磁束により巻線に電圧が誘起されるので、この誘起電圧を何ボルトで設計するかで、モータとしての特性、制御方式、モータ＋インバータの体格等が決定されると見ることもできる。永久磁石による誘起電圧とトルク特性の関係の代表例は図９のとおりである。
【０００３】
一般的に、トランスミッションレスの電気自動車などに適用される永久磁石モータはエンジン＋トランスミッションの特性に近付けるために広範囲の定出力特性が要求されている。このためトルク特性は図９（Ａ）となる。
【０００４】
この場合、高速域での端子電圧は弱め界磁制御によって一定電圧に抑えられている。しかし高速域で駆動中になんらかの原因（故障や制御電源をオフした場合等）により、モータの駆動源であるところの図１０に示すインバータがオフした場合、巻線端子には高い誘起電圧が発生することになり、過大な制動トルクが発生したり、インバータおよびバッテリ側に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
図１０において、永久磁石モータ１３００は、その駆動源であるインバータ１２００を介してバッテリ１１００に接続されている。インバータ１２００は、例えばトランジスタ１４００および還流ダイオード１５００を逆並列接続したものを３相ブリッジ接続したものである。
【０００６】
図１０に示すように、インバータ１２００がオフした状態では、還流ダイオード１５００が３相整流ブリッジを形成するので、直流側の電圧よりも永久磁石モータ１３００の誘起電圧の整流値が高い場合には、大きな電流が流れる。
【０００７】
この現象を防止するためには、永久磁石モータ１３００の誘起電圧を低く設計すればよいが、低くし過ぎると電流が増加し、インバータの体格が大となる。そこで適切な誘起電圧とした設計が重要となる。
【０００８】
特開平９−９３７１８号公報は、適切な誘起電圧に設計した電気自動車に用いられる永久磁石モータを開示する。永久磁石モータは、バッテリの直流電力をインバータにより交流電力に変換した電力が供給され、広範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用いられる。この永久磁石モータは、永久磁石により巻線に誘起される最高速度における誘起電圧を、バッテリの開放電圧にほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする。
【０００９】
この永久磁石モータによると、永久磁石により巻線に誘起される最高速度における誘起電圧を、バッテリの開放電圧にほぼ等しくなるように設定したので、広範囲の定出力運転（弱め界磁制御）中にインバータがオフした場合でも著しい制動トルクを発生したり、大電流が流れてインバータやバッテリ側に悪影響を及ぼすことがない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−９３７１８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された永久磁石モータは、永久磁石の温度に関する要因を考慮していないので、以下のような問題がある。
【００１２】
図１１に、永久磁石の減磁曲線の温度特性（実線）と磁気回路の負荷特性（一点鎖線）とを示す。横軸は保磁力、縦軸は残留磁束密度を示している。図１１に示すように、永久磁石の磁束密度は、−２５℃から１５０℃の温度範囲において、０．８Ｔから０．６８Ｔに変化しており、８５％にまで減少する。すなわち、永久磁石モータの動作温度（永久磁石の温度）が−２５℃から１５０℃に変化すると、磁束密度に比例するモータの誘起電圧が減少する。逆に温度が低い場合には、モータの誘起電圧が増加する。温度が低いと、インバータのフェール時などによりインバータがオフになると巻線端子には高い誘起電圧が発生する。このことは、図１２に示すように、モータの温度が低い領域においてインバータ等の耐圧電圧を越える誘起電圧が発生すると、インバータの内部回路が破壊される可能性がある。特に、図９（Ａ）に示すように、モータ回転数が高い領域においては、発生する誘起電圧も高くなるので、永久磁石の温度が低くて、モータ回転数が高い領域において、フェール等によりインバータがオフになると、インバータ等が耐圧破壊される可能性がある。
【００１３】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータおよび電源を含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御装置および制御方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る制御装置は、ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータを制御する。この制御装置は、永久磁石の温度を測定するための測定手段と、
測定手段により測定された永久磁石の温度に基づいて、永久磁石モータの最高速度を設定する設定手段とを含む。
【００１５】
第１の発明によると、測定手段により測定された永久磁石の温度が高いと、設定手段は、永久磁石モータの最高速度を高く設定し、永久磁石の温度が低いと、最高速度を低く設定する。このように測定された永久磁石の温度に基づいて、永久磁石モータの最高速度を設定すると、永久磁石の温度が低い領域で永久磁石モータの回転速度が最高速度近傍においてインバータフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータの最高速度が抑えられているので、インバータや電源であるバッテリを含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しない。また、温度が高い場合には、永久磁石モータの最高速度を高く設定できるので、車両の走行速度を上昇することができる。その結果、インバータおよび電源を含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御装置を提供することができる。
【００１６】
第２の発明に係る制御装置は、ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータを制御する。この永久磁石はその温度が上昇するに従って保持する磁束数が減少する特性を有する。この制御装置は、永久磁石の温度を測定するための測定手段と、測定手段により測定された永久磁石の温度が予め定められた温度以下の場合には、ステータのコイルに高周波電流を供給するための供給手段とを含む。
【００１７】
第２の発明によると、測定手段により測定された永久磁石の温度が低いと、供給手段は、永久磁石モータのステータのコイルに高周波電流を供給して、ロータの永久磁石の温度を上げる。このように永久磁石の温度が上昇すると、永久磁石モータの回転速度が最高速度近傍においてインバータフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータの永久磁石の温度が高められて、永久磁石が保持する磁束数が減少しているので、インバータや電源であるバッテリを含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しない。その結果、インバータおよび電源を含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御装置を提供することができる。
【００１８】
第３の発明に係る制御装置は、第１または第２の発明の構成に加えて、測定手段は、ステータに埋め込まれた温度センサと、温度センサにより測定されたステータの温度に基づいて永久磁石の温度を推定する推定回路とを含む。
【００１９】
第３の発明によると、回転するロータが有する永久磁石を直接計測するのは困難あるので、固定子であるステータに埋め込まれた温度センサで検知したステータ温度に基づいて永久磁石の温度を推定することにより、永久磁石の温度を測定できる。
【００２０】
第４の発明に係る制御方法は、ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータを制御する。この制御方法は、永久磁石の温度を測定する測定ステップと、測定ステップにて測定した永久磁石の温度に基づいて、永久磁石モータの最高速度を設定する設定ステップとを含む。
【００２１】
第４の発明によると、測定ステップにて測定された永久磁石の温度が高いと、設定ステップにて、永久磁石モータの最高速度を高く設定し、永久磁石の温度が低いと、最高速度を低く設定する。このように測定された永久磁石の温度に基づいて、永久磁石モータの最高速度を設定すると、永久磁石の温度が低い領域で永久磁石モータの回転速度が最高速度近傍においてインバータフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータの最高速度が抑えられているので、インバータや電源であるバッテリを含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しない。また、温度が高い場合には、永久磁石モータの最高速度を高く設定できるので、車両の走行速度を上昇することができる。その結果、インバータおよび電源を含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御方法を提供することができる。
【００２２】
第５の発明に係る制御方法は、ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータを制御する。この永久磁石はその温度が上昇するに従って保持する磁束数が減少する特性を有する、この制御方法は、永久磁石の温度を測定する測定ステップと、測定ステップにて測定した永久磁石の温度が予め定められた温度以下の場合には、ステータのコイルに高周波電流を供給する供給ステップとを含む。
【００２３】
第５の発明によると、測定ステップにて測定された永久磁石の温度が低いと、供給ステップにて、永久磁石モータのステータのコイルに高周波電流を供給して、ロータの永久磁石の温度が上げられる。このように永久磁石の温度が上昇すると、永久磁石モータの回転速度が最高速度近傍においてインバータフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータの永久磁石の温度が高められて、永久磁石が保持する磁束数が減少しているので、インバータや電源であるバッテリを含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しない。その結果、インバータおよび電源を含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御方法を提供することができる。
【００２４】
第６の発明に係る制御装置は、第４または第５の発明の構成に加えて、測定ステップは、ステータに埋め込まれた温度センサによりステータの温度を測定するステップと、ステータの温度に基づいて永久磁石の温度を推定するステップとを含む。
【００２５】
第６の発明によると、回転するロータが有する永久磁石を直接計測するのは困難あるので、固定子であるステータに埋め込まれた温度センサで検知したステータ温度に基づいて永久磁石の温度を推定することにより、永久磁石の温度を測定できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
図１に、永久磁石モータ１００の軸直交平面での断面図を示す。図１においては、直交する２本の対称軸に挟まれた部分、すなわち全体の４分の１のみが表されている。ステータ１１２は、円筒の内側に櫛歯状の磁極を有するステータコア１１４と、磁極の間に納められたコイル１１６を含んでいる。ロータ１１８は、円柱形状のロータコア１２０と、ロータコア１２０の周上に所定の間隔を開けて配置された永久磁石１２２とを含んでいる。
【００２８】
図２に、上記の永久磁石モータ１００を駆動源として利用した車両のパワートレーンを示す。永久磁石モータ１００には、インバータ１２６を介してバッテリ１２８より電力が供給される。インバータ１２６は、制御部１３０の制御指令に基づいて、バッテリ１２８からの直流電流を所定の周波数、振幅の交流電流に変換し、これを永久磁石モータ１００に供給する。制御部１３０は、アクセルペダルなどの操作量などに基づいて運転者の要求する出力が達成されるように、インバータ１２６の制御を行う。このように制御される永久磁石モータ１００の出力は、減速機１３４および差動装置１３６を介してタイヤ１３８に伝達される。
【００２９】
また、永久磁石モータ１００には、永久磁石１２２の温度を検出するのに好適な位置に温度検出器１４０が設けられている。温度検出器１４０の設置位置は、永久磁石１２２に直接設けても、また永久磁石１２２の近傍に設けても良く、さらには永久磁石１２２との温度差が小さいと考えられる場合にはステータ１１２に取り付けることも可能である。さらに、ステータ１１２に温度検出器１４０としてサーミスタを埋め込んで、サーミスタで検知したステータ温度からロータ１１８の永久磁石１２２の温度を予め記憶しておいた温度変換テーブル（マップ）から算出するようにしてもよい。以下では、このようにテーブルを用いて永久磁石１２２の温度を算出すると想定して説明する。
【００３０】
図３に、永久磁石モータ１００の制御ブロック図を示す。永久磁石モータ１００の弱め界磁制御は、ｑ軸電流Ｉｑに加え、ｄ軸電流Ｉｄを流すことによって永久磁石１２２の磁束を等価的に低減して、永久磁石モータ１００の回転速度増加に対して端子電圧を一定に保ち、定出力運転範囲を拡大するものである。
【００３１】
図３に示すように、インバータ１２６から永久磁石モータ１００に３相電流を供給することにより永久磁石モータ１００が回転する。位置検出器１４２は永久磁石モータ１００のロータ１１８とともに回転して信号を出力し、位置検出部１４４は位置検出器１４２からの信号に基づいて永久磁石モータ１００のロータ１１８の位置角θを演算する。速度検出部１４６は、位置検出器１４２からの信号に基づいて回転角速度（電源角周波数）ωを演算する。電流検出部１４８および電流検出部１５０はインバータ１２６からの出力電流のＵ相およびＷ相の電流検出値ＩｕおよびＩｗを求める。
【００３２】
座標変換部１６０は、電流検出値Ｉｕ，ＩｗからＶ相電流検出値Ｉｖを求め、さらにこの３相電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを３相／２相変換し、位相θを考慮して回転座標系のｑ軸電流値Ｉｑおよびｄ軸電流値Ｉｄを求める。電流制御部１６２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*およびｄ軸電流指令値Ｉｄ^*と、座標変換部１６０から出力されるフィードバックのｑ軸電流値Ｉｑおよびｄ軸電流値Ｉｄとの偏差を比例積分演算することにより、回転座標系のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*を求める。座標変換部１６４は、この回転座標系のｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を座標変換して、静止座標系の３相電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*を求める。
【００３３】
インバータ１２６は、この３相電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*に基づいて、永久磁石モータ１００に出力する実電圧を制御する。これによりインバータ１２６から永久磁石モータ１００に３相電力が供給される。
【００３４】
このような制御方式においては、ｑ軸電流指令演算部１６６は、トルク指令Ｔ^*に対応したｑ軸電流指令値Ｉｑ^*を求める。ｄ軸電流指令演算部１６８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*に基づいて、電圧を所定の値にするためのｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を求める。これらの電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*が、電流制御部１６２に入力される。
【００３５】
温度算出部１７０は、温度検出器１４０が検出したステータ１１２の温度と、図４に示す温度変換テーブルとに基づいて、永久磁石１２２の温度を算出する。印加時間算出部１７２は、温度算出部１７０が算出した永久磁石１２２の温度と、図５に示す印加時間変換テーブルとに基づいて、永久磁石１２２の温度を昇温するためのｄ軸に電流を印加する時間を算出する。印加時間算出部１７２は、算出された印加時間の間だけ、ｄ軸電流指令演算部１６８に印加要求信号を出力する。
【００３６】
ｄ軸電流指令演算部１６８は、印加時間算出部１７２から印加要求信号が入力されている間だけ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*に基づきｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を求めるのではなく、所定時間で永久磁石１２２が昇温するように予め定められたｄ軸電流に基づく電流指令値Ｉｄ^*を、電流制御部１６２に出力する。この結果、インバータ１２６から永久磁石モータ１００のステータ１１２のコイル１１６に高周波電流を印加して、ステータ１１２を介して永久磁石１２２の温度を上昇させる。このとき、永久磁石モータ１００は駆動力を発現できないことになるが、たとえば、図２に示したパワートレーンを、車両の駆動源として用いるエンジンを加えたハイブリッドシステムとする。このようなハイブリッドシステムの場合には、永久磁石モータ１００とエンジンとを車両の駆動源として使用して、永久磁石１２２の温度が予め定められた温度まで上昇するまでは、エンジンにより車両を駆動するようにすればよい。
【００３７】
なお、制御部１３０は、ソフトウェアによって処理される。また、永久磁石モータ１００の永久磁石１２２による巻線鎖交磁束数、インダクタンスなどは一定として制御される。
【００３８】
図４に、制御部１３０のメモリに記憶される温度変換テーブルを示す。この温度変換テーブルは、温度検出器１４０が検出したステータ１１２の温度と、ロータ１１８の永久磁石１２２の温度との関係を記憶する。
【００３９】
図５に、制御部１３０のメモリに記憶される印加時間変換テーブルを示す。この印加時間変換テーブルは、温度算出部１７０が算出したロータ１１８の永久磁石１２２の温度と、ｄ軸に電流を印加する時間との関係を記憶する。
【００４０】
図６に、制御部１３０のメモリに記憶される最高回転速度変換テーブルを示す。この最高回転速度変換テーブルは、温度算出部１７０が算出したロータ１１８の永久磁石１２２の温度と、永久磁石モータ１００において許容される最高の回転速度との関係を記憶する。
【００４１】
図７を参照して、本実施の形態に係る制御装置である制御部１３０で実行される昇温処理のプログラムの制御構造について説明する。
【００４２】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、制御部１３０は、温度検出器１４０から入力されたサーミスタ信号に基づいて、ステータ１１２の温度を検出する。Ｓ１１０にて、制御部１３０の温度算出部１７０は、ロータ１１８の永久磁石１２２の温度を算出する。このとき、図４に示す温度変換テーブルが用いられる。ただし、ロータ１１８の永久磁石１２２の温度は、ロータ１１８の温度でもよい。
【００４３】
Ｓ１２０にて、制御部１３０は、ロータ１１８の永久磁石１２２の温度ｔが予め定められたしきい値ｔ（０）よりも低いか否かを判断する。ロータ１１８の永久磁石１２２の温度ｔが予め定められたしきい値ｔ（０）よりも低いと（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ移される。
【００４４】
Ｓ１３０にて、制御部１３０の印加時間算出部１７２は、永久磁石１２２の温度を上昇させるために印加するｄ軸電流の印加時間を算出する。このとき、図５に示す印加時間変換テーブルが用いられる。この印加時間算出部１７２は、算出された印加時間の間だけ、ｄ軸電流指令演算部１６８に印加要求信号を出力する。Ｓ１４０にて、制御部１３０は、インバータ１２６を制御して、ｄ軸に電流を印加する。これにより、ステータ１１２を介してロータ１１８の永久磁石１２２の温度が上昇する。
【００４５】
Ｓ１５０にて、制御部１３０は、電流印加時間が終了したか否かを判断する。実際には、印加時間算出部１７２は、図５の印加時間変換テーブルを参照して算出された印加時間が経過すると、ｄ軸電流指令演算部１６８に出力していた印加要求信号の出力を停止するので、この印加要求信号がオフになったことにより判断する。電流印加時間が終了すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０に移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１４０に戻され、所定の電流印加時間が経過するまで、ｄ軸電流印加処理が実行される。
【００４６】
Ｓ１６０にて、制御部１３０は、通常の運転を実行する。
なお、このようなプログラムの制御構造ではなく、Ｓ１４０の処理を開始した後、制御部１３０が、印加時間算出部１７２により算出されたｄ軸電流印加時間を設定値とした減算タイマを起動させて、そのタイマがカウントアップすると、ｄ軸電流印加処理を終了するようにしてもよい。また、電流印加時間が終了しない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１４０に戻るのではなく、Ｓ１００に戻るようにしてもよい。
【００４７】
図８を参照して、本実施の形態に係る制御装置である制御部１３０で実行される最高速度設定処理のプログラムの制御構造について説明する。なお、図８に示すＳ１００、Ｓ１１０およびＳ１６０の処理は、図７のＳ１００、Ｓ１１０およびＳ１６０の処理とそれぞれ同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【００４８】
Ｓ２００にて、制御部１３０は、永久磁石モータの最高回転速度を算出する。このとき、図６に示す最高速度変換テーブルが用いられる。Ｓ２１０にて、制御部１３０は、回転速度を設定する。このとき、Ｓ２００にて算出した最高回転速度を上回らないように回転速度の許容上限値が設定される。また、最高回転速度を回転速度の許容上限値に設定してもよい。
【００４９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、制御部１３０の動作について説明する。
【００５０】
[昇温動作]
ハイブリッドシステムに搭載された永久磁石モータ１００のステータ１１２の温度が検出されると（Ｓ１００）、図４に示す温度変換テーブルを用いて温度算出部１７０により永久磁石１２２の温度が算出される（Ｓ１１０）。その温度ｔが予め定められたしきい値ｔ（０）より低いと、ｄ軸に電流を印加してステータ１１２を介してロータ１１８の永久磁石１２２を昇温する（Ｓ１４０）。このとき、図５に示す印加時間変換テーブルを用いて、永久磁石１２２の温度からしきい値ｔ（０）で示される温度に昇温されるようなｄ軸電流印加時間が算出される。電流印加時間が終了すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、通常運転が開始される（Ｓ１６０）。電流印加時間が終了したとき、少なくとも永久磁石１２２の温度はｔ（０）である。
【００５１】
このようにして、算出された永久磁石１２２の温度が低いと、制御部１３０は、永久磁石モータ１００のステータ１１２のコイル１１６に高周波電流を供給して、ロータ１１８の永久磁石１２２の温度を上げる。高周波電流によってジュール熱に加えて鉄損による発熱によって加熱させることができ、より強い加熱を実現できる。また、鉄損による発熱は、実際に加熱したいロータ１１８の永久磁石１２２に隣接するロータコア１２０においても生じるので、効率良く永久磁石１２２を加熱することができる。
【００５２】
このように永久磁石１２２の温度が上昇すると、永久磁石モータ１００の回転速度が最高速度近傍においてインバータ１２６のフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータ１００の永久磁石１２２の温度が高められて、永久磁石１２２が保持する磁束数が減少しているので、インバータ１２６やバッテリ１２８を含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しないようにできる。
【００５３】
[最高速度設定動作]
ハイブリッドシステムに搭載された永久磁石モータ１００のステータ１１２の温度が検出されると（Ｓ１００）、図４に示す温度変換テーブルを用いて温度算出部１７０により永久磁石１２２の温度が算出される（Ｓ１１０）。その温度ｔと図６に示す最高速度変換テーブルとに基づいて、永久磁石モータ１００の最高回転速度が算出される（Ｓ２００）。制御部１３０により、算出された最高回転速度を越えないように、回転速度の許容上限値が設定される。
【００５４】
このようにして、算出された永久磁石１２２の温度が高いと、永久磁石モータ１００の回転速度の上限許容値が高く設定されて、永久磁石１２２の温度が低いと、永久磁石モータ１００の回転速度の上限許容値が低く設定される。算出された永久磁石１２２の温度に基づいて、永久磁石モータ１００の回転速度の上限許容値を設定すると、永久磁石１２２の温度が低い領域で永久磁石モータ１００の回転速度が上限許容値近傍においてインバータフェール等により弱め界磁制御が停止した場合であっても、永久磁石モータ１００の回転速度が上限許容値よりも低く抑えられているので、インバータ１２６やバッテリ１２８を含むシステムを破壊する可能性があるほど高い誘起電圧が発生しない。
【００５５】
以上のようにして、インバータおよびバッテリを含むシステム等を破壊することのない永久磁石モータの制御装置を提供することができる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る制御装置の制御対象である永久磁石モータの断面図である。
【図２】図１に示す永久磁石モータを含むパワートレーンの構成図である。
【図３】本実施の形態に係る制御装置の制御ブロック図である。
【図４】図３の制御部のメモリに記憶される温度変換テーブルである。
【図５】図３の制御部のメモリに記憶される印加時間変換テーブルである。
【図６】図３の制御部のメモリに記憶される最高回転速度変換テーブルである。
【図７】制御部で実行される昇温処理のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図８】制御部で実行される最高速度設定処理のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図９】永久磁石モータの誘起電圧とトルク特性の関係を示す図である。
【図１０】インバータ主回路の回路図である。
【図１１】永久磁石の減磁曲線の温度特性を示す図である。
【図１２】モータロータ温度と誘起電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００永久磁石モータ、１１２ステータ、１１４ステータコア、１１６コイル、１１８ロータ、１２０ロータコア、１２２永久磁石、１２６インバータ、１２８バッテリ、１３０制御部、１３４減速機、１３６差動装置、１３８タイヤ、１４０温度検出器、１４２位置検出器、１４４位置検出部、１４６速度検出部、１４８，１５０電流検出部、１６０，１６４座標変換部、１６２電流制御部、１６６ｑ軸電流指令演算部、１６８ｄ軸電流指令演算部、１７０温度算出部、１７２印加時間算出部。

Claims

ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータの制御装置であって、前記永久磁石モータには、インバータを介して電源より電力が供給され、
前記永久磁石の温度を測定するための測定手段と、
前記測定手段により測定された前記永久磁石の温度において許容される前記永久磁石モータの最高速度を設定するための設定手段と、
前記設定された最高速度を上回らないように前記永久磁石モータを制御するための制御手段とを含み、
前記設定手段は、
前記測定された永久磁石の温度が高いほど、前記インバータおよび前記電源を含むシステムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しないように前記最高速度を高く設定するための手段と、
前記測定された永久磁石の温度が低いほど、前記システムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しないように前記最高速度を低く設定するための手段とを含む、制御装置。
ステータに設けられたコイルに３相電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータの制御装置であって、前記永久磁石はその温度が上昇するに従って保持する磁束数が減少する特性を有し、前記永久磁石モータには、インバータを介して電源より電力が供給され、前記制御装置は、
前記永久磁石の温度を測定するための測定手段と、
前記測定手段により測定された前記永久磁石の温度が、前記インバータおよび前記電源を含むシステムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しない予め定められた温度以下の場合には、前記測定手段により測定された前記永久磁石の温度に基づいて、前記永久磁石の温度が前記予め定められた温度に昇温するように前記ステータのコイルに高周波電流を印加する印加時間を算出するための印加時間算出手段と、
前記印加時間算出手段により算出された印加時間の間だけ前記ステータのコイルに前記高周波電流を供給するための供給手段とを含み、
前記高周波電流は、前記３相電流を回転座標系に変換して求められるｄ軸電流である、制御装置。
前記測定手段は、前記ステータに埋め込まれた温度センサと、前記温度センサにより測定された前記ステータの温度に基づいて前記永久磁石の温度を推定する推定回路とを含む、請求項１または２に記載の制御装置。
ステータに設けられたコイルに電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータの制御方法であって、前記永久磁石モータには、インバータを介して電源より電力が供給され、
前記永久磁石の温度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定した前記永久磁石の温度において許容される前記永久磁石モータの最高速度を設定する設定ステップと、
前記設定された最高速度を上回らないように前記永久磁石モータを制御するための制御ステップとを含み、
前記設定ステップは、
前記測定された永久磁石の温度が高いほど、前記インバータおよび前記電源を含むシステムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しないように前記最高速度を高く設定するステップと、
前記測定された永久磁石の温度が低いほど、前記システムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しないように前記最高速度を低く設定するステップとを含む、制御方法。
ステータに設けられたコイルに３相電流を流して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させる永久磁石モータの制御方法であって、前記永久磁石はその温度が上昇するに従って保持する磁束数が減少する特性を有し、前記永久磁石モータには、インバータを介して電源より電力が供給され、前記制御方法は、
前記永久磁石の温度を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにて測定した前記永久磁石の温度が、前記インバータおよび前記電源を含むシステムの耐圧電圧を超える誘起電圧が発生しない予め定められた温度以下の場合には、前記測定ステップにて測定した前記永久磁石の温度に基づいて、前記永久磁石の温度が前記予め定められた温度に昇温するように前記ステータのコイルに高周波電流を印加する印加時間を算出する印加時間算出ステップと、
前記印加時間算出ステップにて算出した印加時間の間だけ前記ステータのコイルに前記高周波電流を供給する供給ステップとを含み、
前記高周波電流は、前記３相電流を回転座標系に変換して求められるｄ軸電流である、制御方法。
前記測定ステップは、前記ステータに埋め込まれた温度センサにより前記ステータの温度を測定するステップと、前記ステータの温度に基づいて前記永久磁石の温度を推定するステップとを含む、請求項４または５に記載の制御方法。