JP5708373B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源及び回転機の間に介在する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記回転機の制御量を制御する制御手段を備える回転機の制御装置に関する。

従来、回転機の生成トルクを指令トルクとすべく、直流電源及び回転機の間に介在するインバータのスイッチング素子を操作する技術が知られている。ここで、スイッチング素子を流れる電流が大きくなると、スイッチング素子の温度が過度に上昇し、スイッチング素子の信頼性が低下するおそれがある。

こうした問題を解決すべく、下記特許文献１に見られるように、スイッチング素子の温度が過度に上昇する温度異常を検出し、温度異常が検出された場合にスイッチング素子を流れる電流を制限するスイッチング素子の保護装置が知られている。詳しくは、この装置では、スイッチング素子温度が所定値を上回ると判断された場合、スイッチング素子温度が高いほど回転機の指令トルクを低下させ、回転機を流れる電流を低下させている。これにより、スイッチング素子に流れる電流を低下させ、スイッチング素子温度の上昇の抑制を図っている。

特開平７−１９４０９４号公報

ところで、上記特許文献１に記載された技術では、スイッチング素子を流れる電流を低下させるべく回転機の指令トルクを低下させることはできるものの、回転機の実際の生成トルクが指令トルクとなるまでの時間が長くなり得る。この場合、スイッチング素子温度の上昇を適切に抑制することができず、スイッチング素子の信頼性が低下するおそれがある。

こうした問題の対応策としては、例えば、指令トルクを低下させる閾値となる上記所定値を低く設定することも考えられる。しかしながら、この場合、回転機の生成トルクが制約されるなどの不都合が生じる懸念がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スイッチング素子温度が過度に上昇することに起因したスイッチング素子の信頼性の低下を好適に回避することのできる回転機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、直流電源及び回転機の間に介在する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記回転機の制御量を制御する制御手段を備える回転機の制御装置において、前記スイッチング素子の温度が規定温度を上回る場合、前記回転機を流れる電流が小さくなる側に前記制御量の指令値を変更する処理を行う変更手段と、前記変更手段によって前記指令値が変更される場合、前記制御量が前記変更手段によって変更された指令値に到達するまでの時間を短縮する処理を行う時短手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、スイッチング素子の温度が規定温度を上回る場合に回転機を流れる電流が小さくなる側に回転機の制御量の指令値を変更し、制御量が上記変更された指令値に到達するまでの時間を短縮する。すなわち、スイッチング素子の温度が規定温度を上回る場合に回転機に流れる電流を極力速やかに低下させる。これにより、スイッチング素子の温度が過度に上昇することを回避することができ、ひいてはスイッチング素子の信頼性が低下することを好適に回避することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記回転機の指令トルクの変化を遅延させる遅延手段を更に備え、前記制御手段は、前記回転機を流れる電流を前記遅延手段によって変化が遅延された指令トルクに応じた指令電流に制御すべく前記スイッチング素子を操作し、前記変更手段は、前記変更する処理として、前記指令トルクを低下させる処理を行い、前記時短手段は、前記短縮する処理として、前記遅延手段による前記指令トルクの変化の遅延度合いを小さくする処理を行うことを特徴とする。

上記発明では、指令トルクの急変の回避等を目的として遅延手段が備えられている。ここで、遅延手段によって指令トルクの変化が遅延されると、スイッチング素子の温度の上昇を適切に抑制することができなくなるおそれがある。この点、上記発明では、回転機の指令トルクを低下させると、制御量としての回転機を流れる電流が小さくなる傾向にあることに鑑み、指令トルクを低下させることで、制御量の指令値としての指令電流を低下させる。そして、遅延手段による指令トルクの変化の遅延度合いを小さくする。これにより、スイッチング素子の温度が高い場合に回転機を流れる電流を速やかに指令電流まで低下させることができ、ひいてはスイッチング素子の温度が過度に上昇することを好適に回避することができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記遅延手段は、１次遅れフィルタであり、前記時短手段は、前記短縮する処理として、前記１次遅れフィルタの時定数を小さくする処理を行うことを特徴とする。

上記発明では、１次遅れフィルタの時定数を小さくすることで、指令トルクの変化の遅延度合いを小さくする構成を簡易且つ適切に実現することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記制御手段は、前記回転機を流れる電流を指令電流にフィードバック制御すべく前記スイッチング素子を操作し、前記変更手段は、前記変更する処理として、前記指令電流を低下させる処理を行い、前記時短手段は、前記短縮する処理として、前記フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを増大させる処理を行うことを特徴とする。

上記発明では、制御量の指令値としての指令電流を低下させ、さらに電流フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを増大させる。これにより、制御量としての回転機を流れる電流が上記低下された指令電流に到達するまでの時間を短縮することができ、スイッチング素子の温度が高い場合に回転機を流れる電流を速やかに低下させることができる。したがって、スイッチング素子の温度が過度に上昇することを好適に回避することができる。

第５の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記制御手段は、前記回転機の生成トルクを該回転機の指令トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段を更に備え、該設定される位相に基づき前記スイッチング素子を操作し、前記変更手段は、前記変更する処理として、前記指令トルクを低下させる処理を行い、前記時短手段は、前記短縮する処理として、前記フィードバック制御において前記位相の設定に用いるフィードバックゲインを増大させる処理を行うことを特徴とする。

上記発明では、制御量としての回転機の指令トルクを低下させると、回転機を流れる電流が小さくなる傾向にあることに鑑み、制御量の指令値としての指令トルクを低下させる。そして、トルクフィードバック制御において上記位相の設定に用いるフィードバックゲインを増大させる。このため、回転機の生成トルクが上記低下された指令トルクに到達するまでの時間を短縮することができる。すなわち、回転機を流れる電流を速やかに低下させることができる。これにより、スイッチング素子の温度が過度に上昇することを好適に回避することができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、前記スイッチング素子の温度が低下すると判断された場合、前記時短手段による前記短縮する処理の実行を中止する中止手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、中止手段を備えることで、スイッチング素子の温度が過度に上昇するおそれが小さくなる状況下において、回転機の制御の安定性を優先することができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理等を示すブロック図。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理態様を示す図。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理態様を示す図。 第２の実施形態にかかる応答時間短縮処理等を示すブロック図。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施形態にかかる応答時間短縮処理等を示すブロック図。 第４の実施形態にかかる応答時間短縮処理等を示すブロック図。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理の手順を示すフローチャート。 第５の実施形態にかかる応答時間短縮処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる応答時間短縮処理態様を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機として回転機を備える車両（例えばハイブリッド車両）に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるモータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ、昇圧コンバータ１２及びリレー１４を介して高圧バッテリ１６に接続されている。なお、本実施形態では、モータジェネレータ１０として、永久磁石同期モータ（例えば埋め込み磁石同期モータ）を用いている。

高圧バッテリ１６は、その端子電圧が例えば百Ｖ以上の高電圧となる蓄電池である。なお、高圧バッテリ１６としては、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を採用することができる。

昇圧コンバータ１２は、高圧バッテリ１６の電圧を所定の電圧（例えば「６５０Ｖ」）を上限として昇圧する機能を有している。昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧はインバータＩＶに印加される。

インバータＩＶは、パワー素子としての高電位側のスイッチング素子Ｓｊｐ（ｊ＝ｕ，ｖ，ｗ）及び低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎの直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら高電位側のスイッチング素子Ｓｊｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎの接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。なお、本実施形態において、上記スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎは、いずれも電圧制御形のスイッチング素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にて構成されている。また、高電位側のスイッチング素子Ｓｊｐ，低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、フリーホイールダイオードＦＤｐ，ＦＤｎが接続されている。

スイッチング素子Ｓｊｋ（ｋ＝ｐ，ｎ）付近には、スイッチング素子Ｓｊｋの温度を検出する感温ダイオードＳＤｊｋが設けられている。詳しくは、感温ダイオードＳＤｊｋは、スイッチング素子Ｓｊｋの温度に応じた出力電圧を出力する。なお、感温ダイオードＳＤｊｋの出力電圧とスイッチング素子Ｓｊｋの温度とは負の相関を有する。

ハイブリッド制御装置（ＨＶＥＣＵ１８）は、後述するモータジェネレータ制御装置（ＭＧＥＣＵ２０）よりも上位（アクセルペダル等のユーザインターフェースから入力されるユーザの要求を最上流とした場合の上流側）の電子制御装置である。ＨＶＥＣＵ１８は、ＭＧＥＣＵ２０に対してモータジェネレータ１０の指令トルクを出力する等の機能を有している。

一方、ＭＧＥＣＵ２０は、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｊｋを操作することでモータジェネレータ１０の制御量（例えばトルク）を所望に制御するための電子制御装置である。詳しくは、ＭＧＥＣＵ２０は、モータジェネレータ１０の回転子の回転角（電気角）を検出する回転角センサ２２（例えばレゾルバ）や、モータジェネレータ１０のＶ，Ｗ相を流れる電流を検出する電流センサ２４，２６、インバータＩＶの入力電圧を検出する電圧センサ２８、更には感温ダイオードＳＤｊｋの検出値等に基づき、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについてのスイッチング素子Ｓｊｐを操作する操作信号ｇｊｐと、スイッチング素子Ｓｊｎを操作する操作信号ｇｊｎとを生成して出力する。これにより、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎは、それらの導通制御端子（ゲート）に接続されるドライブユニットＤＵを介してＭＧＥＣＵ２０により操作される。なお、操作信号ｇｊｐと操作信号ｇｊｎとは、交互にオン操作指令となる相補信号である。

ちなみに、インバータＩＶを備える車載高圧システムと、ＨＶＥＣＵ１８やＭＧＥＣＵ２０を備える車載低圧システムとは、図示しないフォトカプラ等からなるインターフェース３０によって絶縁されており、上記操作信号ｇｊｋ（ｊ＝ｕ，ｖ，ｗ、ｋ＝ｐ，ｎ）は、インターフェース３０を介して高圧システムに出力される。また、感温ダイオードＳＤｊｋによって検出されるスイッチング素子Ｓｊｋの温度Ｔｊｋや、回転角センサ２２によって検出される回転角θ、電流センサ２４，２６によって検出される電流値ｉｖ，ｉｗ、更には電圧センサ２８によって検出されるインバータＩＶの入力電圧ＶＩＮＶは、インターフェース３０を介して低圧システムに出力される。

次に、図２を用いて、ＭＧＥＣＵ２０によって実行されるモータジェネレータ１０の制御量の制御（電流フィードバック制御）に関する処理について説明する。

指令電流設定部Ｂ１は、モータジェネレータ１０の生成トルクを後述するなまし処理部Ｂ１２から出力される指令トルクＴｒｑｃとするための回転２相座標系の電流の指令値であるｄ軸上の指令電流（ｄ軸指令電流ｉｄ＊）と、ｑ軸上の指令電流（ｑ軸指令電流ｉｑ＊）とを設定する。ここでは、モータジェネレータ１０の生成トルクＴが、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸の電流ｉｄ、ｑ軸の電流ｉｑ、電機子鎖交磁束定数φ及び極対数Ｐを用いると、以下の式（ｅ１）となることが利用される。
Ｔ＝Ｐ｛φ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ｝…（ｅ１）
ちなみに、ｄ軸指令電流ｉｄ＊，ｑ軸指令電流ｉｑ＊は、具体的には例えば、指令トルクＴｒｑｃと関係付けられたこれら指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊が規定されるマップ（電流指令マップ）を用いて算出すればよい。

２相変換部Ｂ２は、回転角センサ２２によって検出される回転角θと、電流センサ２４，２６によって検出されるＶ相電流ｉｖ，Ｗ相電流ｉｗとに基づき、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、回転２相座標系の実電流であるｄ軸上の実電流（ｄ軸実電流ｉｄｒ）と、ｑ軸上の実電流（ｑ軸実電流ｉｑｒ）とに変換する。なお、これら実電流の変換の際に用いられるモータジェネレータ１０のＵ相を流れる電流ｉｕは、Ｖ相電流ｉｖ，Ｗ相電流ｉｗに基づき算出する。

速度算出部Ｂ３は、回転角センサ２２によって検出される回転角θに基づき、モータジェネレータ１０の回転子の回転速度ω（電気角速度）を算出する。

ｄ軸電流比較部Ｂ４は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊とｄ軸実電流ｉｄｒとの偏差Δｉｄを算出する。ここで、上記偏差Δｉｄは、ｄ軸指令電流ｉｄ＊からｄ軸実電流ｉｄｒを減算した値である。一方、ｑ軸電流比較部Ｂ５は、ｑ軸指令電流ｉｑ＊とｑ軸実電流ｉｑｒとの偏差Δｉｑを算出する。ここで、上記偏差Δｉｑは、ｑ軸指令電流ｉｑ＊からｑ軸実電流ｉｑｒを減算した値である。

ｄ軸指令電圧設定部Ｂ６は、上記偏差Δｉｄを用いた比例積分制御（ＰＩ制御）に基づくフィードバック操作量に、周知の非干渉化制御を行うための非干渉項をフィードフォワード操作量として加えることで、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を設定する。なお、上記フィードバック操作量は、具体的には、上記偏差Δｉｄ及び比例ゲインＫｐの乗算値と、上記偏差Δｉｄ及び積分ゲインＫｉの乗算値の積分演算値との加算値として算出される。また、非干渉項は、速度算出部Ｂ３から出力される回転速度ωと、指令電流設定部Ｂ１から出力されるｄ軸指令電流ｉｄ＊，ｑ軸指令電流ｉｑ＊とを入力として非干渉項算出部Ｂ８によって算出される。

ｑ軸指令電圧設定部Ｂ７は、上記偏差Δｉｑを用いた比例積分制御（ＰＩ制御）に基づくフィードバック操作量に、非干渉化制御を行うための非干渉項をフィードフォワード操作量として加えることで、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を設定する。なお、上記フィードバック操作量は、具体的には、上記偏差Δｉｑ及び比例ゲインＫｐの乗算値と、上記偏差Δｉｑ及び積分ゲインＫｉの乗算値の積分演算値との加算値として算出される。

３相変換部Ｂ９は、回転角センサ２２によって検出される回転角θに基づき、指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を３相の固定座標系の指令電圧であるＵ相の指令電圧Ｖｕ，Ｖ相の指令電圧Ｖｖ，Ｗ相の指令電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ変調部Ｂ１０は、インバータＩＶの３相の出力電圧を指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを模擬した電圧とするための上記操作信号ｇｊｋ（ｊ＝ｕ，ｖ，ｗ；ｋ＝ｐ，ｎ）を生成する。ここでは、例えば、電圧センサ２８によって検出されるインバータＩＶの入力電圧ＶＩＮＶにて指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを規格化したものと、三角波形状のキャリアとの大小比較結果を上記操作信号ｇｊｋとすればよい。そして、生成された操作信号ｇｊｋをインバータＩＶに対して出力する。

ところで、スイッチング素子Ｓｊｋの温度が過度に上昇すると、スイッチング素子Ｓｊｋの信頼性が低下するおそれがある。こうした事態の発生を回避すべく、本実施形態では、スイッチング素子温度を入力として、ＨＶＥＣＵ１８から出力される指令トルクＴｒｑ＊を低下させる指令トルク制限部Ｂ１１を備えている。

詳しくは、指令トルク制限部Ｂ１１は、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど指令トルクＴｒｑ＊を低下させるトルク制限処理を行う。この処理について説明すると、まず、トルク制限係数Ｋｔｒｑを設定する。トルク制限係数Ｋｔｒｑは、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１以下の場合に１に設定され、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回って且つ閾値温度Ｔ１よりも高い上限温度Ｔ２未満となる場合にスイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど小さく設定され、スイッチング素子温度Ｔｔｈが上限温度Ｔ２以上となる場合に０に設定される。そして、設定されたトルク制限係数Ｋｔｒｑを指令トルクＴｒｑ＊に乗算することで、指令トルクＴｒｑ＊を低下させる。

なお、トルク制限係数Ｋｔｒｑの設定に用いるスイッチング素子温度Ｔｔｈは、例えば、インバータＩＶの有する全て（６つ）のスイッチング素子Ｓｊｋの温度Ｔｊｋのうちの最大値とすればよい。また、上限温度Ｔ２は、例えば、スイッチング素子Ｓｊｋの信頼性を維持可能な上限値として設定すればよい。

なまし処理部Ｂ１２は、１次遅れフィルタにて構成され、指令トルク制限部Ｂ１１から出力される指令トルクの変化を遅延させる処理を行う。これは、指令トルク制限部Ｂ１１から出力される指令トルクの急変を回避する（指令トルクの変化を滑らかにする）ためのものであり、ドライバビリティの低下の回避等を図るためのものである。

ここで、なまし処理部Ｂ１２によれば、指令電流設定部Ｂ１に入力される指令トルクＴｒｑｃの変化を滑らかにすることができるものの、モータジェネレータ１０の実際の生成トルクが指令トルク制限部Ｂ１１によって低下された指令トルクとなるまでの時間が長くなる懸念がある。この場合、スイッチング素子Ｓｊｋの温度上昇を適切に抑制することができず、スイッチング素子Ｓｊｋの信頼性が低下するおそれがある。

こうした問題を解決すべく、本実施形態では、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断されて指令トルクＴｒｑ＊が低下される状況下、なまし処理部Ｂ１２の１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを小さくする応答時間短縮処理を行う。

図３に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理を含むモータジェネレータ１０の制御処理の手順を示す。この処理は、ＭＧＥＣＵ２０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、ステップＳ１０においてスイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回っているか否かを判断する。

ステップＳ１０においてスイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１以下であると判断された場合には、ステップＳ１２に進み、トルク制限係数Ｋｔｒｑを１に設定する。

続くステップＳ１４では、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを第１の時定数Ｔａに設定する。

一方、上記ステップＳ１０において否定判断された場合には、スイッチング素子に流れる電流を抑制する必要があると判断し、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、上述したように、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほどトルク制限係数Ｋｔｒｑを小さく設定するトルク制限処理を行う（先の図２参照）。

続くステップＳ１８では、１次フィルタの時定数Ｔｓを第１の時定数Ｔａよりも小さい第２の時定数Ｔｂに設定する応答時間短縮処理を行う。なお、第２の時定数Ｔｂは、例えば、モータジェネレータ１０を流れる電流の低下度合いを大きくしたい場合には０に設定してもよい。

ステップＳ１４，Ｓ１８の処理の完了後、ステップＳ２０において、ＨＶＥＣＵ１８から出力される指令トルクＴｒｑ＊、トルク制限係数Ｋｔｒｑ、及びなまし処理部Ｂ１２における１次遅れフィルタに基づき、指令トルクＴｒｑｃを算出する。

なお、ステップＳ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理の一例を示す。詳しくは、図４（ａ）に、スイッチング素子温度Ｔｔｈの推移を示し、図４（ｂ）に、モータジェネレータ１０の生成トルクの推移を示す。

図中実線にて示すように、時刻ｔ１においてスイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると、トルク制限処理とともに、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓが小さく設定される応答時間短縮処理が開始される。このため、モータジェネレータ１０の生成トルクを指令トルクＴｒｑｃまで速やかに低下させることができる。すなわち、モータジェネレータ１０に流れる電流を速やかに低下させることができ、スイッチング素子温度Ｔｔｈが過度に上昇することを回避することができる。

これに対し、図中破線にて示すように、応答時間短縮処理が行われない場合には、モータジェネレータ１０の生成トルクを指令トルクＴｒｑｃまで速やかに低下させることができず、モータジェネレータ１０に流れる電流を速やかに低下させることができない。このため、スイッチング素子温度Ｔｔｈが大きく上昇することとなる。

続いて、図５を用いて、応答時間短縮処理を用いるメリットについて更に説明する。詳しくは、図５（ａ）及び図５（ｂ）のそれぞれは、先の図４（ａ）及び図４（ｂ）のそれぞれに対応している。なお、図５の破線にて示す波形は、先の図４の破線にて示す波形と同一である。

上述したように、応答時間短縮処理によれば、スイッチング素子温度Ｔｔｈが過度に上昇することを回避することができる。このため、閾値温度をＴ１からＴ１’に上昇させることができる。これにより、図中実線にて示すように、トルク制限処理を開始するタイミングを時刻ｔ１から時刻ｔ２に遅らせることができる等、モータジェネレータ１０の生成トルクの制約を抑制することなどができる。

このように、本実施形態では、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、トルク制限処理とともに、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを小さく設定する応答時間短縮処理を行うことで、スイッチング素子温度Ｔｔｈが過度に上昇することを回避することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど指令トルクＴｒｑ＊を低下させるトルク制限処理を行うとともに、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを小さく設定する応答時間短縮処理を行った。これにより、モータジェネレータ１０を流れる電流を速やかに低下させることができ、スイッチング素子温度が過度に上昇することを回避することができる。したがって、スイッチング素子Ｓｊｋの信頼性が低下することを回避することができる。

（２）１次遅れフィルタを用いて指令トルク制限部Ｂ１１から出力される指令トルクの変化を遅延させた。これにより、時定数Ｔｓの変更によって指令トルクの変化の遅延度合いを簡易且つ適切に調節することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の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。

図６に、本実施形態にかかる電流フィードバック制御に関する処理のブロック図を示す。なお、図６において、先の図２に示した同一の処理については、便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、応答時間短縮処理として、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを小さく設定する処理に加えて、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、ｄ軸指令電圧設定部Ｂ６及びｑ軸指令電圧設定部Ｂ７において比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉを増大させるゲイン増大処理を行う。

図７に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理を含むモータジェネレータ１０の制御処理の手順を示す。この処理は、ＭＧＥＣＵ２０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図７において、先の図３に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１４の処理が完了した場合、ステップＳ２２において比例ゲインＫｐを第１の比例ゲインＫｐａに設定して且つ、積分ゲインＫｉを第１の積分ゲインＫｉａに設定する。

一方、ステップＳ１８の処理が完了した場合には、ステップＳ２４において比例ゲインＫｐを第１の比例ゲインＫｐａよりも大きい第２の比例ゲインＫｐｂに設定して且つ、積分ゲインＫｉを第１の積分ゲインＫｉａよりも大きい第２の積分ゲインＫｉｂに設定する。なお、ｄ軸実電流ｉｄｒ，ｑ軸実電流ｉｑｒの制御性の低下を回避すべく、例えば、第２の比例ゲインＫｐｂに対する第２の積分ゲインＫｉｂの比率を、第１の比例ゲインＫｐａに対する第１の積分ゲインＫｉａの比率と略同一としてもよい。

ステップＳ２２，Ｓ２４の処理が完了した場合、ステップＳ２０に進む。

なお、ステップＳ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

このように、本実施形態では、応答時間短縮処理として、更にゲイン増大処理を行うことで、モータジェネレータ１０を流れる電流を迅速に低下させることができる。これにより、スイッチング素子の温度が過度に上昇することをより好適に回避することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の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、モータジェネレータ１０の制御量の制御として、トルクフィードバック制御を行う。

図８に、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御に関する処理のブロック図を示す。なお、図８において、先の図６に示した同一の処理については、便宜上同一の符号を付している。

トルク推定部Ｂ１３は、２相変換部Ｂ２から出力されるｄ軸実電流ｉｄｒ及びｑ軸実電流ｉｑｒに基づき、モータジェネレータ１０の推定トルクＴｅを算出する。ここで、推定トルクＴｅは、具体的には例えば、これら実電流ｉｄｒ，ｉｑｒと推定トルクＴｅとが関係付けられたマップや数式を用いて算出すればよい。

偏差算出部Ｂ１４は、なまし処理部Ｂ１２から出力される指令トルクＴｒｑｃと推定トルクＴｅとの偏差ΔＴｒを算出する。ここで、上記偏差ΔＴｒは、指令トルクＴｒｑｃから推定トルクＴｅを減算した値である。

位相設定部Ｂ１５は、上記偏差ΔＴｒに基づき、推定トルクＴｅを指令トルクＴｒｑｃにフィードバック制御するための操作量として位相δを設定する。詳しくは、上記偏差ΔＴｒを用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって位相δを設定する。より具体的には、上記偏差ΔＴｒ及び比例ゲインＫｐの乗算値と、上記偏差ΔＴｒ及び積分ゲインＫｉの乗算値の積分演算値との加算値として上記位相δを設定する。

ここで、本実施形態では、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、応答時間短縮処理として、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉを増大させるゲイン増大処理を行う。

ノルム設定部Ｂ１６は、なまし処理部Ｂ１２から出力される指令トルクＴｒｑｃと、電気角速度ωとを入力として、インバータＩＶの出力電圧ベクトルのノルムＶｎを設定する。ここで、ベクトルのノルムとは、ベクトルの各成分の２乗の和の平方根にて定義される。ちなみに、上記ノルムＶｎは、具体的には例えば、指令トルクＴｒｑｃ及び電気角速度ωと上記ノルムＶｎとが関係付けられたマップ等、指令トルクＴｒｑｃ及び電気角速度ωからノルムＶｎを一義的に算出する手段を備えることで設定することができる。

操作信号生成部Ｂ１７は、上記位相δ、上記ノルムＶｎ、インバータＩＶの入力電圧ＶＩＮＶ及び電気角θに基づき、操作信号ｇｊｋを生成して出力する。詳しくは、操作信号生成部Ｂ１７は、変調率毎に、電気角の１回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。操作信号生成部Ｂ１７では、インバータＩＶの入力電圧ＶＩＮＶ及びノルムＶｎに基づき変調率を算出し、これに応じて該当する操作信号波形を選択する。操作信号波形が選択されると、操作信号生成部Ｂ１７では、この波形の出力タイミングを上記位相δに基づき設定することで操作信号ｇｊｋを生成する。

なお、本実施形態にかかる応答時間短縮処理を含むモータジェネレータ１０の制御処理の手順は、先の図７に示した手順に準ずる。

また、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御と、上記第２の実施形態にかかる電流フィードバック制御とは、実際にはモータジェネレータ１０の運転状態に応じて選択されて実行される。具体的には例えば、変調率が１よりも大きい所定値未満になると判断された場合、電流フィードバック制御が実行され、変調率が上記所定値以上になると判断された場合、トルクフィードバック制御が実行される。

このように、本実施形態では、トルクフィードバック制御を行う構成において応答時間短縮処理を行うことで、スイッチング素子の温度が過度に上昇することを好適に回避することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第２の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。

図９に、本実施形態にかかる電流フィードバック制御に関する処理のブロック図を示す。なお、図９において、先の図６に示した同一の処理については、便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、指令電流設定部Ｂ１においてｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を低下させる処理を行う。詳しくは、まず、ＨＶＥＣＵ１８から出力される指令トルクＴｒｑ＊を入力として、電流指令マップを用いてｄ軸指令電流ｉｄｍ及びｑ軸指令電流ｉｑｍを算出する。

そして、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほどｄ軸指令電流ｉｄｍ及びｑ軸指令電流ｉｑｍを小さくする。すなわち、モータジェネレータ１０に対する指令電流ベクトルのノルムを小さくする。ここで、指令電流を小さくする手法について説明すると、具体的には例えば、まず、電流制限係数ａを設定する。電流制限係数ａは、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１以下の場合に１に設定され、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回って且つ閾値温度Ｔ１よりも高い上限温度Ｔ２未満となる場合にスイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど小さく設定され、スイッチング素子温度Ｔｔｈが上限温度Ｔ２以上となる場合に０に設定される。そして、電流制限係数ａをｄ軸指令電流ｉｄｍ及びｑ軸指令電流ｉｑｍのそれぞれに乗算することで、これら指令電流ｉｄｍ，ｉｑｍを小さくする。

図１０に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理を含むモータジェネレータ１０の制御処理の手順を示す。この処理は、ＭＧＥＣＵ２０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１０において、先の図７に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１０において否定判断された場合には、ステップＳ２６に進み、電流制限係数ａを１に設定する。ステップＳ２６の処理が完了した場合、ステップＳ２２に進む。

一方、上記ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ２８に進み、上述したように、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど電流制限係数ａを小さく設定する（先の図９参照）。ステップＳ２８の処理が完了した場合、ステップＳ２４に進む。

なお、ステップＳ２２，Ｓ２４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

このように、本実施形態では、指令電流設定部Ｂ１において、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、電流指令マップに基づき算出されるｄ軸指令電流ｉｄｍ及びｑ軸指令電流ｉｑｍを小さくすることで、スイッチング素子の温度が過度に上昇することを好適に回避することができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第１の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。

図１１に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理を含むモータジェネレータ１０の制御処理の手順を示す。この処理は、ＭＧＥＣＵ２０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１１において、先の図３に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１６の処理が完了した場合、ステップＳ３０においてスイッチング素子温度Ｔｔｈの変化量（温度変化量ΔＴｔｈ）を算出する。本実施形態では、温度変化量ΔＴｔｈを、今回のサンプリングタイミングにおけるスイッチング素子温度Ｔｔｈ（ｎ）から前回のサンプリングタイミングにおけるスイッチング素子温度Ｔｔｈ（ｎ―１）を減算した値として算出する。

続くステップＳ３２では、温度変化量ΔＴｔｈが０よりも大きいか否かを判断する。この処理は、スイッチング素子温度Ｔｔｈが低下している状況であるか否かを判断するための処理である。

ステップＳ３２において肯定判断された場合には、スイッチング素子温度Ｔｔｈが未だ上昇傾向にあると判断し、ステップＳ１８に進む。すなわち、なまし処理部Ｂ１２における１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを第２の時定数Ｔｂに維持し、応答時間短縮処理を継続する。

一方、上記ステップＳ３２において否定判断された場合には、スイッチング素子温度Ｔｔｈが低下している状況であると判断し、ステップＳ１４に進む。すなわち、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを第１の時定数Ｔａに戻し、応答時間短縮処理を中止する。

なお、ステップＳ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図１２に、本実施形態にかかる応答時間短縮処理の一例を示す。詳しくは、図１２（ａ）は、先の図４（ａ）に対応している。また、図１２（ｂ）は、トルク制限処理の実行の有無の推移を示し、図１２（ｃ）は、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓの推移を示す。

図示される例では、時刻ｔ１においてスイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断されることで、トルク制限処理が開始されるとともに、時定数Ｔｓが第１の時定数Ｔａから第２の時定数Ｔｂに切り替えられる。

その後、時刻ｔ２において、温度変化量ΔＴｔｈが０以下になると判断されることで、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓが第２の時定数Ｔｂから第１の時定数Ｔａに切り替えられて応答時間短縮処理が中止される。なお、その後時刻ｔ３において、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１以下になると判断されることで、トルク制限処理が終了される。

このように、本実施形態では、温度変化量ΔＴｔｈに基づき１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを切り替えた。こうした構成によれば、スイッチング素子温度Ｔｔｈの上昇度合いが大きい状況においてモータジェネレータ１０を流れる電流を迅速に低下させ、その後スイッチング素子温度Ｔｔｈが低下する状況においてｄ軸実電流ｉｄｒ，ｑ軸実電流ｉｑｒの制御の安定性の低下を回避することができる。

（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。

・上記第１の実施形態において、指令トルク制限部Ｂ１１及びなまし処理部Ｂ１２における処理をＨＶＥＣＵ１８にて行ってもよい。

・上記各実施形態では、スイッチング素子Ｓｊｋのそれぞれの温度を各別に検出可能なように感温ダイオードＳＤｊｋを備えたがこれに限らない。例えば、これらスイッチング素子Ｓｊｋのうちの比較的温度が上昇しやすいものの付近のみに感温ダイオードを配置してもよい。

・上記第２，第３の実施形態において、なまし処理部Ｂ１２を備えなくてもよい。この場合であっても、ゲイン増大処理が行われるため、スイッチング素子温度Ｔｔｈが過度に上昇することを抑制することはできる。

・１次遅れフィルタの時定数Ｔｓの設定態様としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが高いほど時定数Ｔｓを段階的に小さく設定してもよい。

・遅延手段としては、１次遅れフィルタに限らず、例えば２次遅れフィルタであってもよい。この場合、例えば、２次遅れフィルタの減衰係数を１よりも大きくしつつ、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、２次遅れフィルタの固有周波数を高く設定すればよい。

・フィードバックゲインの増大手法としては、上記第２〜４の実施形態に例示したものに限らない。例えば、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉのうちいずれかを増大させてもよい。

また、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であってもよい。この場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると判断された場合、微分ゲインを増大させてもよい。

・上記第４の実施形態において、ｄ軸指令電流ｉｄｍ及びｑ軸指令電流ｉｑｍのうちいずれかを小さくする処理を行ってもよい。

・上記第５の実施形態において、温度変化量ΔＴｔｈが０以下とならなくても、温度変化量ΔＴｔｈが正であって且つ、温度変化量ΔＴｔｈの絶対値が非常に小さい場合、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを第１の時定数Ｔａに切り替えてもよい。

・上記第５の実施形態において、１次遅れフィルタの時定数Ｔｓを小さくする処理に加えて、上記第２の実施形態に示したゲイン増大処理を行ってもよい。この場合、スイッチング素子温度Ｔｔｈが閾値温度Ｔ１を上回ると一旦判断された後、温度変化量ΔＴｔｈが０以下になると判断された場合、時定数Ｔｓを小さくする処理に加えてゲイン増大処理を中止すればよい。

なお、上記第５の実施形態において、応答時間短縮処理として、時定数Ｔｓを小さくする処理に代えてゲイン増大処理を行ってもよい。

・スイッチング素子温度Ｔｔｈの検出手法としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、スイッチング素子Ｓｊｋ付近にサーミスタを備え、サーミスタによってスイッチング素子Ｓｊｋの温度Ｔｊｋを検出してもよい。

また、スイッチング素子温度を直接検出する手法に限らず、スイッチング素子温度を推定する手法を採用してもよい。この手法を採用することで、スイッチング素子温度を検出するセンサ数を低減させることができる。ここで、スイッチング素子温度の推定手法について説明すると、具体的には例えば、まず、スイッチング素子Ｓｊｋのうちの一部のスイッチング素子の温度のみ感温ダイオードによって検出する。そして、検出されたスイッチング素子温度と、感温ダイオードの検出対象となるスイッチング素子以外の特定のスイッチング素子及び上記検出対象となるスイッチング素子（以下、一対のスイッチング素子）のそれぞれを流れる電流量とを入力とし、一対のスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係と上記一対のスイッチング素子を流れる電流量との間の相関関係に基づき、上記特定のスイッチング素子の温度を推定する。この手法は、一対のスイッチング素子を流れる電流量の相対的な大小関係と、これらスイッチング素子の各温度間の相対的な大小関係との間に相関関係があることに鑑みたものである。

・本願発明が適用される回転機としては、駆動輪に機械的に連結されるものに限らず、例えば、高圧バッテリ１６を直接の電源とする空調装置のコンプレッサに内蔵される回転機であってもよい。

・回転機としては、ブラシレスＤＣモータに限らず、ブラシ付きＤＣモータであってもよい。この場合、回転機に適用される電力変換回路としては、直流電源の電力を交流電力に変換する直流交流変換回路（インバータ）に限らず、例えばＨブリッジ回路であってもよい。

１０…モータジェネレータ、１６…高圧バッテリ、２０…ＭＧＥＣＵ（回転機の制御装置の一実施形態）、ＩＶ…インバータ、Ｓｊｋ…スイッチング素子、ＳＤｊｋ…感温ダイオード。

Claims (5)

1. 直流電源及び回転機の間に介在する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記回転機の制御量であるトルクを制御する制御手段を備える回転機の制御装置において、
   前記スイッチング素子の温度が規定温度を上回る場合、前記制御量の指令値である指令トルクを低下させる処理を行う変更手段と、
   前記指令トルクの変化を遅延させる遅延手段とを備え、
   前記制御手段は、前記回転機を流れる電流を前記遅延手段によって変化が遅延された指令トルクに応じた指令電流に制御すべく前記スイッチング素子を操作し、
   前記変更手段によって前記指令トルクが低下される場合、前記遅延手段による前記指令トルクの変化の遅延度合いを小さくする処理を行う時短手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記遅延手段は、１次遅れフィルタであり、
   前記時短手段は、前記遅延度合いを小さくする処理として、前記１次遅れフィルタの時定数を小さくする処理を行うことを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記回転機を流れる電流を前記指令電流にフィードバック制御すべく前記スイッチング素子を操作し、
   前記スイッチング素子の温度が前記規定温度を上回る場合、前記フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを増大させる処理を行う手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記回転機の生成トルクを前記指令トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段を更に備え、該設定される位相に基づき前記スイッチング素子を操作し、
   前記スイッチング素子の温度が前記規定温度を上回る場合、前記フィードバック制御において前記位相の設定に用いるフィードバックゲインを増大させる処理を行う手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の制御装置。
5. 前記スイッチング素子の温度が低下すると判断された場合、前記時短手段による前記遅延度合いを小さくする処理の実行を中止する中止手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。

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