JP4652176B2 - 永久磁石型回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石型回転電機の制御装置に関する。

従来、例えばブラシレスＤＣモータ等の永久磁石を具備するモータの制御において、予め設定した所定基準温度での磁束量と、モータ運転時の磁束量の推定値とに基づき、磁石温度に応じて変化するモータの出力トルクを補正する装置が知られている（例えば、特許文献１または特許文献２または特許文献３参照）。
特開平７−２１２９１５号公報 特開平３−２２２６８６号公報 特開昭６０−１９７１８１号公報

ところで、上記従来技術に係る装置において、モータ運転時の磁束量を誘起電圧から推定する際には、磁石温度に応じて変化する誘起電圧を精度良く算出する必要が生じる。
しかしながら、誘起電圧を精度良く算出するためには、膨大な演算処理が必要となる虞があると共に、モータの運転時に誘起電圧算出のために相対的に高速の演算処理を実行する必要が生じ、制御処理の演算負荷が過剰に増大してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、演算負荷が過剰に増大することを抑制しつつ永久磁石型回転電機に具備された永久磁石の磁石温度を精度良く推定することできると共に、推定した磁石温度に基づき永久磁石型回転電機の出力を適切に制御することが可能な永久磁石型回転電機の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置は、界磁電流の界磁方向を界磁軸（例えば、実施の形態でのｑ軸）とし、該界磁軸に直交する方向をトルク軸（例えば、実施の形態でのｄ軸）とする回転磁束座標を用いたベクトル制御により、永久磁石を有するロータと該ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ巻線を有するステータとを備えた永久磁石型回転電機（例えば、実施の形態でのモータ１２）を、前記ステータ巻線への通電が電源電圧（例えば、実施の形態での電源電圧ＶＢ）に応じた最大電圧（例えば、実施の形態での最大相電圧）以下となるように制御して、回転駆動させる永久磁石型回転電機の制御装置であって、前記ステータ巻線への通電時における界磁弱め電流量（例えば、実施の形態でのｑ軸電流Ｉｑ＿ｓ）と、前記ステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度（例えば、実施の形態での所定基準磁石温度Ｔｍ）に応じて予め設定された界磁弱め電流量（例えば、実施の形態での界磁弱め電流Ｉｑ）とに基づき、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度（例えば、実施の形態での磁石温度Ｔｍａｇ）を推定する磁石温度推定手段（例えば、実施の形態での磁石温度推定部３８）を備えることを特徴としている。

上記構成の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、磁石温度推定手段は、予めステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度に応じて設定された界磁弱め電流量と、ステータ巻線への通電時における実際の界磁弱め電流量との大小関係（例えば、比や差等）に応じて磁石温度を推定する。つまり、永久磁石型回転電機の駆動あるいは回生作動を制御する際に用いられるパラメータである界磁弱め電流量に基づき磁石温度を推定することから、例えば誘起電圧等の新たなパラメータを算出するための演算処理を不要とし、温度推定に要する演算処理が複雑化すること、および、演算誤差が累積されることを防止し、推定精度を向上させることができる。

さらに、請求項１に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置は、前記通電状態に係る状態量である前記永久磁石型回転電機のトルク（例えば、実施の形態でのモータトルクＴＲＱ）および回転数（例えば、実施の形態でのモータ回転数ＮＭ）および前記電源電圧と、前記複数の所定基準磁石温度（例えば、実施の形態での所定基準磁石温度Ｔｍ）とに応じて予め設定された前記界磁弱め電流量のデータを記憶するデータ記憶手段（例えば、実施の形態での基準界磁電流マップ３９）を備え、前記磁石温度推定手段は、前記通電時における前記界磁弱め電流量と、前記通電時に検出された前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧とに対応する前記所定基準磁石温度を前記データから検索して、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定することを特徴としている。

上記構成の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、予め、永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および電源電圧と、界磁弱め電流量との対応関係を示すデータを、複数の所定基準磁石温度毎に記憶しておき、ステータ巻線への通電時に検出されたトルクおよび回転数および電源電圧と、この通電時の界磁弱め電流量とに対応する所定基準磁石温度をデータから検索して、この通電時の磁石温度として設定する。これにより、容易かつ迅速に磁石温度を推定することができる。

また、請求項２に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置は、界磁電流の界磁方向を界磁軸（例えば、実施の形態でのｑ軸）とし、該界磁軸に直交する方向をトルク軸（例えば、実施の形態でのｄ軸）とする回転磁束座標を用いたベクトル制御により、永久磁石を有するロータと該ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ巻線を有するステータとを備えた永久磁石型回転電機（例えば、実施の形態でのモータ１２）を、前記ステータ巻線への通電が電源電圧（例えば、実施の形態での電源電圧ＶＢ）に応じた最大電圧（例えば、実施の形態での最大相電圧）以下となるように制御して、回転駆動させる永久磁石型回転電機の制御装置であって、前記ステータ巻線への通電時におけるトルク電流量（例えば、実施の形態でのｄ軸電流Ｉｄ＿ｓ）と、前記ステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度（例えば、実施の形態での所定基準磁石温度Ｔｍ）に応じて予め設定されたトルク電流量（例えば、実施の形態でのトルク電流Ｉｄ）とに基づき、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度（例えば、実施の形態での磁石温度Ｔｍａｇ）を推定する磁石温度推定手段（例えば、実施の形態での磁石温度推定部３８）を備えることを特徴としている。

上記構成の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、磁石温度推定手段は、予めステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度に応じて設定されたトルク電流量と、ステータ巻線への通電時における実際のトルク電流量との大小関係（例えば、比や差等）に応じて磁石温度を推定する。つまり、永久磁石型回転電機の駆動あるいは回生作動を制御する際に用いられるパラメータであるトルク電流量に基づき磁石温度を推定することから、例えば誘起電圧等の新たなパラメータを算出するための演算処理を不要とし、温度推定に要する演算処理が複雑化すること、および、演算誤差が累積されることを防止し、推定精度を向上させることができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置は、前記通電状態に係る状態量である前記永久磁石型回転電機のトルク（例えば、実施の形態でのモータトルクＴＲＱ）および回転数（例えば、実施の形態でのモータ回転数ＮＭ）および前記電源電圧と、前記複数の所定基準磁石温度（例えば、実施の形態での所定基準磁石温度Ｔｍ）とに応じて予め設定された前記トルク電流量のデータを記憶するデータ記憶手段（例えば、実施の形態での基準トルク電流マップ４９）を備え、前記磁石温度推定手段は、前記通電時における前記トルク電流量と、前記通電時に検出された前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧とに対応する前記所定基準磁石温度を前記データから検索して、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定することを特徴としている。

上記構成の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、予め、永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および電源電圧と、トルク電流量との対応関係を示すデータを、複数の所定基準磁石温度毎に記憶しておき、ステータ巻線への通電時に検出されたトルクおよび回転数および電源電圧と、この通電時のトルク電流量とに対応する所定基準磁石温度をデータから検索して、この通電時の磁石温度として設定する。これにより、容易かつ迅速に磁石温度を推定することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置は、前記磁石温度推定手段により推定された前記磁石温度が所定の閾温度（例えば、実施の形態での所定閾値Ｔ０）を超えた場合には、前記永久磁石型回転電機の出力（例えば、実施の形態でのトルク指令値）が所定値以下となるように制限あるいは前記永久磁石型回転電機の運転を停止する停止手段（例えば、実施の形態での指令値設定部３１）を備えることを特徴としている。

上記構成の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、温度推定に要する演算処理が複雑化することを防止しつつ精度良く推定された磁石温度に基づき、永久磁石型回転電機の出力制限を迅速かつ的確に実行することができ、ロータの磁石温度が過度に増大して永久磁石の減磁が生じることを防止することができる。

請求項１に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、永久磁石型回転電機の駆動あるいは回生作動を制御する際に用いられるパラメータである界磁弱め電流量に基づき磁石温度を推定することから、例えば温度推定のために新たなパラメータを算出するための演算処理を不要とし、温度推定に要する演算処理が複雑化すること、および、演算誤差が累積されることを防止し、推定精度を向上させることができる。
さらに、請求項１に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、単純な演算処理により容易かつ迅速に磁石温度を推定することができる。

また、請求項２に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、永久磁石型回転電機の駆動あるいは回生作動を制御する際に用いられるパラメータであるトルク電流量に基づき磁石温度を推定することから、例えば温度推定のために新たなパラメータを算出するための演算処理を不要とし、温度推定に要する演算処理が複雑化すること、および、演算誤差が累積されることを防止し、推定精度を向上させることができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、単純な演算処理により容易かつ迅速に磁石温度を推定することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の永久磁石型回転電機の制御装置によれば、温度推定に要する演算処理が複雑化することを防止しつつ精度良く推定された磁石温度に基づき、永久磁石型回転電機の出力制限を迅速かつ的確に実行することができ、ロータの磁石温度が過度に増大して永久磁石の減磁が生じることを防止することができる。

以下、本発明の永久磁石型回転電機の制御装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による永久磁石型回転電機の制御装置１０（以下、単に、モータ制御装置１０と呼ぶ）は、例えばハイブリッド車両に内燃機関１１と共に駆動源として搭載されるブラシレスＤＣモータ１２（以下、単に、モータ１２と呼ぶ）を駆動制御するものであって、このモータ１２は、内燃機関１１と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有するロータ（図示略）と、このロータを回転させる回転磁界を発生するステータ（図示略）とを備えて構成されている。
モータ制御装置１０は、例えば図１に示すように、バッテリ１３を直流電源とするパワードライブユニット（ＰＤＵ）２１と、制御部２２とを備えて構成されている。

このモータ制御装置１０において、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のモータ１２の駆動および回生作動は制御部２２から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）２１により行われる。
ＰＤＵ２１は、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、モータ１２と電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ１３が接続されている。
ＰＤＵ２１は、例えばモータ１２の駆動時に、制御部２２から出力される指令値（Ｕ相交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖ相交流電圧指令値Ｖｖ，Ｗ相交流電圧指令値Ｖｗ）に基づき、バッテリ１３から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のモータ１２のステータ巻線への通電を順次転流させることで各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じたＵ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗをモータ１２の各相へと出力する。

制御部２２は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、Ｉｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃに基づいて各電圧指令値Ｖｕ＿ｃ，Ｖｖ＿ｃ，Ｖｗ＿ｃを算出し、ＰＤＵ２１へパルス幅変調信号を入力すると共に、実際にＰＤＵ２１からモータ１２に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流Ｉｑ＿ｓと、Ｉｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。
この制御部２２は、例えば、指令値設定部３１と、電流制御演算部３２と、ｄｑ−３相変換部３４と、相電圧制限部３５と、３相−ｄｑ変換部３６と、角度演算部３７と、磁石温度推定部３８と、基準界磁電流マップ３９とを備えて構成されている。
そして、この制御部２２には、モータ１２の各相のステータ巻線に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する少なくとも２つの相電流検出器４１，４２から出力される検出値（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｗ相電流Ｉｗ）と、バッテリ１３の端子電圧（電源電圧）ＶＢを検出する電圧検出器４３から出力される検出値と、モータ１２のロータの磁極位置（位相角）を検出する回転センサ４４から出力される検出信号と、外部の制御装置（図示略）から出力されるトルク指令値とが入力されている。

指令値設定部３１は、例えば外部の制御装置（図示略）から入力されるトルク指令値（例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量およびモータ１２の回転数Ｎ等に応じて必要とされるトルクをモータ１２に発生させるためのトルク指令値）と、後述する磁石温度推定部３８から入力される磁石温度Ｔｍａｇとに基づき、ＰＤＵ２１からモータ１２に供給する各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのＩｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃとして電流制御演算部３２へ出力されている。

この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えばロータの永久磁石による界磁極の磁束方向をｑ軸（界磁軸）とし、このｑ軸と直交する方向をｄ軸（トルク軸）としており、モータ１２のロータに同期して電気角速度ω（以下、単に、回転角速度ωと呼ぶ）で回転している。これにより、ＰＤＵ２１からモータ１２の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるＩｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃを与えるようになっている。

なお、指令値設定部３１は、例えば、後述する角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭに基づき、予め設定された所定のマップをマップ検索して界磁弱め電流指令Ｉｑｃを算出する。この界磁弱め電流指令Ｉｑｃ（＜０）は、モータ１２の回転数Ｎの増大に伴う誘起電圧の増大を抑制するためにロータの界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する界磁弱め制御での目標電流であり、例えばモータ回転数ＮＭが所定値を超えて増大することに伴い増大傾向に変化するように設定されている。そして、指令値設定部３１は、トルク指令値および磁石温度Ｔｍａｇに基づき設定したＩｑ指令Ｉｑ＿ｃ（例えば、Ｉｑ＿ｃ＝０）に界磁弱め電流指令Ｉｑｃを加算して得た値を、新たに界磁弱め電流指令Ｉｑｃとして設定する（Ｉｑ＿ｃ←Ｉｑ＿ｃ＋Ｉｑｃ）。

電流制御演算部３２は、第１減算部３２ａにおいてＩｄ指令Ｉｄ＿ｃとｄ軸電流Ｉｄ＿ｓとの偏差ΔＩｄを算出し、第２減算部３２ｃにおいてＩｑ指令Ｉｑ＿ｃとｑ軸電流Ｉｑ＿ｓとの偏差ΔＩｑを算出し、第１制御演算部３２ｂにおいて、例えばＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出し、第２制御演算部３２ｄにおいて、例えばＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。

非干渉制御部３３は、指令値設定部３１から出力されるＩｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃと、後述する角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭと、予め記憶しているｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑとに基づき、ｄ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力成分を相殺してｄ軸及びｑ軸を独立して制御するためにｄ軸及びｑ軸に対する各干渉成分を相殺するｄ軸補償項Ｖｄｋ及びｑ軸補償項Ｖｑｋを算出する。
そして、第１加算部３３ａにおいてｄ軸電圧指令値Ｖｄにｄ軸補償項Ｖｄｋを加算して得た値を、新たにｄ軸電圧指令値Ｖｄとして設定し、第２加算部３３ｂにおいてｑ軸電圧指令値Ｖｑにｑ軸補償項Ｖｑｋを加算して得た値を、新たにｑ軸電圧指令値Ｖｑとして設定する。

ｄｑ−３相変換部３４は、後述する角度演算部３７から入力されるロータの回転角度θを用いて、相電圧制限部３５から出力される制限指令に応じて、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流電圧指令値Ｖｕ＿ｃおよびＶ相交流電圧指令値Ｖｖ＿ｃおよびＷ相交流電圧指令値Ｖｗ＿ｃに変換する。そして、各電圧指令値Ｖｕ＿ｃ，Ｖｖ＿ｃ，Ｖｗ＿ｃを、ＰＤＵ２１の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換して出力する。なお、各パルスのデューティは予めｄｑ−３相変換部３４に記憶されている。
また、相電圧制限部３５は、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑの合成スカラーＳ＝（Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２）^{（１／２）}を、少なくとも電圧検出器４３から出力されるバッテリ１３の端子電圧ＶＢの検出値に基づく所定の最大相電圧（例えばＰＤＵ２１からモータ１２へ供給可能な最大電圧や、例えば図２（ａ），（ｂ）に示す電圧ＶＢ／√６等）以下に制限するための制限指令を出力する。

３相−ｄｑ変換部３６は、後述する角度演算部３７から入力される回転角度θを用いて、静止座標上における電流である各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、モータ１２の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄ＿ｓおよびｑ軸電流Ｉｑ＿ｓに変換する。このため、３相−ｄｑ変換部３６には、モータ１２の各相のステータ巻線に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する少なくとも２つの相電流検出器４１，４２から出力される検出値（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ＿ｓ，Ｗ相電流Ｉｗ＿ｓ）が入力されている。なお、ステータは３相であるため、任意の１相を流れる電流は他の２相を流れる電流によって一義的に決まり、例えばＷ相電流Ｉｖ＝｛−（Ｕ相電流Ｉｕ＋Ｗ相電流Ｉｗ）｝となる。

角度演算部３７は、回転センサ４４から出力される検出信号に基づきロータの回転角度（つまり所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度）θおよびモータ回転数ＮＭを算出する。

磁石温度推定部３８は、ステータ巻線への通電時における界磁弱め電流量つまり３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓと、予め基準界磁電流マップ３９に記憶されている界磁弱め電流量つまり界磁弱め電流Ｉｑとの大小関係（例えば、比や差等）に応じて磁石温度Ｔｍａｇを推定する。
すなわち、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑの合成スカラーＳ＝（Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２）^{（１／２）}が最大相電圧となるように電流のフィードバック制御（つまりベクトル制御）が実行されているモータ１２の運転時において、磁石温度Ｔｍａｇが上昇すると、誘起電圧定数Ｋｅが低下傾向に変化（例えば、Ｋｅ→Ｋｅ’へ変化）することに伴い、誘起電圧定数Ｋｅにモータ１２の回転数Ｎを乗算して得た誘起電圧（Ｋｅ・Ｎ）が減少傾向に変化（例えば、Ｋｅ・Ｎ→Ｋｅ’・Ｎへ変化）する。この誘起電圧（Ｋｅ・Ｎ）の減少により、最大相電圧円上における動作点Ｂ（ＸＢ，ＹＢ）が変化（例えば、Ｂ（ＸＢ，ＹＢ）→Ｂ’（ＸＢ’，ＹＢ’）へ変化）し、界磁弱め電流Ｉｑが減少傾向に変化（例えば、Ｉｑ＝Ｉ・ｓｉｎα→Ｉｑ’＝Ｉ’・ｓｉｎα’へ変化）する。なお、位相角α＞位相角α’であって、正弦値ｓｉｎα＞正弦値ｓｉｎα’である。

このため、基準界磁電流マップ３９は、例えば図３および図４に示すように、予め、モータ１２から出力されるモータトルクＴＲＱおよびモータ回転数ＮＭおよび電源電圧ＶＢと、界磁弱め電流Ｉｑとの対応関係を示すデータを、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ毎に記憶する。
これにより、磁石温度推定部３８は、ステータ巻線への通電時に、先ず、例えば図３に示す複数の所定の電源電圧毎のマップデータの中から、電圧検出器４３から出力されるバッテリ１３の端子電圧ＶＢに対応するマップデータを選択する。
次に、選択したマップデータに含まれる複数の所定基準磁石温度Ｔｍ（例えば、０℃，…，１２０℃等）毎のマップデータの中から、トルクセンサ（図示略）により検出されるモータトルクＴＲＱおよび角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭおよび３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓに対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに対応する所定基準磁石温度Ｔｍを磁石温度Ｔｍａｇの推定値として設定する。

なお、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ（例えば、０℃，…，１２０℃等）毎のマップデータにおいて、トルクセンサ（図示略）により検出されるモータトルクＴＲＱおよび角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭに対応する界磁弱め電流Ｉｑおよび複数の所定基準磁石温度Ｔｍに対して、例えば図４に示すように、複数の所定基準磁石温度Ｔｍを滑らかに接続して得た磁石温度の増大に伴い、所定の減少率Ｒｑで減少傾向に変化する界磁弱め電流Ｉｑの対応関係を得ることができる。これにより、基準界磁電流マップ３９に記憶されているマップデータにおいて、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓと同等の界磁弱め電流Ｉｑが存在しない場合であっても、所定基準磁石温度Ｔｍに対する界磁弱め電流Ｉｑとｑ軸電流Ｉｑ＿ｓとの大小関係（例えば、比や差等）、および、所定の減少率Ｒｑに基づき、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓに対応する磁石温度Ｔｍａｇを算出することができる。

本実施形態によるモータ制御装置１０は上記構成を備えており、次に、このモータ制御装置１０の動作、特に、磁石温度Ｔｍａｇを推定し、この推定値に応じてモータ１２の出力を制限する処理について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、電圧検出器４３により検出されるバッテリ１３の端子電圧ＶＢを取得する。
次に、ステップＳ０２においては、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓつまり界磁弱め電流を取得する。
次に、ステップＳ０３においては、角度演算部３７により算出されるモータ回転数ＮＭを取得する。
次に、ステップＳ０４においては、例えばトルクセンサ（図示略）により検出されるモータトルクＴＲＱを取得する。

そして、ステップＳ０５においては、取得した電源電圧ＶＢおよびｑ軸電流Ｉｑ＿ｓおよびモータ回転数ＮＭおよびモータトルクＴＲＱに対応した磁石温度Ｔｍａｇを、基準界磁電流マップ３９のマップデータから検索する。
そして、ステップＳ０６においては、推定した磁石温度Ｔｍａｇが所定閾値Ｔ０よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、外部の制御装置（図示略）から指令値設定部３１に入力されたトルク指令値を所定値以下に制限して、この制限されたトルク指令値に応じてＩｄ指令Ｉｄ＿ｃ及びＩｑ指令Ｉｑ＿ｃを設定し、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施形態による永久磁石型回転電機の制御装置１０によれば、モータ１２の駆動あるいは回生作動を制御する際に用いられるパラメータである界磁弱め電流つまり３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｑ軸電流Ｉｑ＿ｓに基づき磁石温度Ｔｍａｇａを推定することから、例えば温度推定のために新たなパラメータを算出するための演算処理を不要とし、温度推定に要する演算処理が複雑化すること、および、演算誤差が累積されることを防止し、推定精度を向上させることができる。
しかも、ステータ巻線への通電時に取得する電源電圧ＶＢおよびｑ軸電流Ｉｑ＿ｓおよびモータ回転数ＮＭおよびモータトルクＴＲＱに対応した磁石温度Ｔｍａｇを、基準界磁電流マップ３９のマップデータから検索するという単純な演算処理により容易かつ迅速に推定することができ、精度良く推定された磁石温度Ｔｍａｇに基づき、モータ１２の出力制限を迅速かつ的確に実行することができ、磁石温度Ｔｍａｇが過剰に増大して永久磁石の減磁が生じることを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、指令値設定部３１は、推定した磁石温度Ｔｍａｇが所定閾値Ｔ０よりも大きい場合にトルク指令値を所定値以下に制限するとしたが、これに限定されず、例えばモータ１２の運転を停止させてもよい。

なお、上述した実施の形態において、磁石温度推定部３８はステータ巻線への通電時における界磁弱め電流量に基づき磁石温度Ｔｍａｇを推定するとしたが、これに限定されず、ステータ巻線への通電時におけるトルク電流量に基づき磁石温度Ｔｍａｇを推定してもよい。この変形例において、モータ制御装置１０は、上述した実施の形態での基準界磁電流マップ３９の代わりに基準トルク電流マップ４９を備え、基準トルク電流マップ４９は、例えば図７および図８に示すように、予め、モータ１２から出力されるモータトルクＴＲＱおよびモータ回転数ＮＭおよび電源電圧ＶＢと、トルク電流Ｉｄとの対応関係を示すデータを、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ毎に記憶する。

これにより、磁石温度推定部３８は、ステータ巻線への通電時に、先ず、例えば図７に示す複数の所定の電源電圧毎のマップデータの中から、電圧検出器４３から出力されるバッテリ１３の端子電圧ＶＢに対応するマップデータを選択する。
次に、選択したマップデータに含まれる複数の所定基準磁石温度Ｔｍ（例えば、０℃，…，１２０℃等）毎のマップデータの中から、トルクセンサ（図示略）により検出されるモータトルクＴＲＱおよび角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭおよび３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｄ軸電流Ｉｄ＿ｓに対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに対応する所定基準磁石温度Ｔｍを磁石温度Ｔｍａｇの推定値として設定する。

なお、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ（例えば、０℃，…，１２０℃等）毎のマップデータにおいて、トルクセンサ（図示略）により検出されるモータトルクＴＲＱおよび角度演算部３７から出力されるモータ回転数ＮＭに対応するトルク電流Ｉｄおよび複数の所定基準磁石温度Ｔｍに対して、例えば図８に示すように、複数の所定基準磁石温度Ｔｍを滑らかに接続して得た磁石温度の増大に伴い、所定の増加率Ｒｄで増大傾向に変化するトルク電流Ｉｄの対応関係を得ることができる。これにより、基準トルク電流マップ４９に記憶されているマップデータにおいて、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｄ軸電流Ｉｄ＿ｓと同等のトルク電流Ｉｄが存在しない場合であっても、所定基準磁石温度Ｔｍに対するトルク電流Ｉｄとｄ軸電流Ｉｄ＿ｓとの大小関係（例えば、比や差等）、および、所定の増加率Ｒｄに基づき、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｄ軸電流Ｉｄ＿ｓに対応する磁石温度Ｔｍａｇを算出することができる。

そして、この変形例に係るモータ制御装置１０の動作、特に、磁石温度Ｔｍａｇを推定し、この推定値に応じてモータ１２の出力を制限する処理では、例えば図９に示すように、上述した実施の形態でのステップＳ０２の代わりにステップＳ１２の処理を実行すると共に、上述した実施の形態でのステップＳ０５の代わりにステップＳ１５の処理を実行する。
すなわち、ステップＳ１２においては、３相−ｄｑ変換部３６から出力されるｄ軸電流Ｉｄ＿ｓつまりトルク電流を取得する。
また、ステップＳ１５においては、取得した電源電圧ＶＢおよびｄ軸電流Ｉｄ＿ｓおよびモータ回転数ＮＭおよびモータトルクＴＲＱに対応した磁石温度Ｔｍａｇを、基準トルク電流マップ４９のマップデータから検索する。

本発明の実施形態に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成図である。 図２（ａ）は磁石温度＝６０℃でのベクトル図の一例を示す図であり、図２（ｂ）は磁石温度＝７５℃でのベクトル図の一例を示す図である。 モータトルクＴＲＱおよびモータ回転数ＮＭおよび電源電圧ＶＢと、界磁弱め電流Ｉｑとの対応関係を、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ毎に示すデータの一例である。 界磁弱め電流Ｉｑと磁石温度と対応関係の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る永久磁石型回転電機の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成図である。 モータトルクＴＲＱおよびモータ回転数ＮＭおよび電源電圧ＶＢと、トルク電流Ｉｄとの対応関係を、複数の所定基準磁石温度Ｔｍ毎に示すデータの一例である。 トルク電流Ｉｄと磁石温度と対応関係の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態の変形例に係る永久磁石型回転電機の制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 永久磁石型回転電機の制御装置
１２ モータ（永久磁石型回転電機）
３１ 指令値設定部（停止手段）
３８ 磁石温度推定部（磁石温度推定手段）
３９ 基準界磁電流マップ（データ記憶手段）
４９ 基準トルク電流マップ（データ記憶手段）

Claims (3)

1. 界磁電流の界磁方向を界磁軸とし、該界磁軸に直交する方向をトルク軸とする回転磁束座標を用いたベクトル制御により、永久磁石を有するロータと該ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ巻線を有するステータとを備えた永久磁石型回転電機を、前記ステータ巻線への通電が電源電圧に応じた最大電圧以下となるように制御して、回転駆動させる永久磁石型回転電機の制御装置であって、
   前記ステータ巻線への通電時における界磁弱め電流量と、前記ステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度に応じて予め設定された界磁弱め電流量とに基づき、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定する磁石温度推定手段と、
   前記通電状態に係る状態量である前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧と、前記複数の所定基準磁石温度とに応じて予め設定された前記界磁弱め電流量のデータを記憶するデータ記憶手段とを備え、
   前記磁石温度推定手段は、前記通電時における前記界磁弱め電流量と、前記通電時に検出された前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧とに対応する前記所定基準磁石温度を前記データから検索して、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定する
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機の制御装置。
2. 界磁電流の界磁方向を界磁軸とし、該界磁軸に直交する方向をトルク軸とする回転磁束座標を用いたベクトル制御により、永久磁石を有するロータと該ロータを回転させる回転磁界を発生するステータ巻線を有するステータとを備えた永久磁石型回転電機を、前記ステータ巻線への通電が電源電圧に応じた最大電圧以下となるように制御して、回転駆動させる永久磁石型回転電機の制御装置であって、
   前記ステータ巻線への通電時におけるトルク電流量と、前記ステータ巻線への通電状態および複数の所定基準磁石温度に応じて予め設定されたトルク電流量とに基づき、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定する磁石温度推定手段と、
   前記通電状態に係る状態量である前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧と、前記複数の所定基準磁石温度とに応じて予め設定された前記トルク電流量のデータを記憶するデータ記憶手段とを備え、
   前記磁石温度推定手段は、前記通電時における前記トルク電流量と、前記通電時に検出された前記永久磁石型回転電機のトルクおよび回転数および前記電源電圧とに対応する前記所定基準磁石温度を前記データから検索して、前記通電時における前記永久磁石の磁石温度を推定する
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機の制御装置。
3. 前記磁石温度推定手段により推定された前記磁石温度が所定の閾温度を超えた場合には、前記永久磁石型回転電機の出力が所定値以下となるように制限あるいは前記永久磁石型回転電機の運転を停止する停止手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石型回転電機の制御装置。

Images