JP6756277B2 - 回転電機ユニット - Google Patents

Description

本発明は、回転電機ユニットに関する。

従来、インバータを内蔵した回転電機が知られている。この回転電機を備えた車両において、エンジンが自動停止された状態で所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動再始動させるアイドリングストップ制御を実施する場合を想定する。この場合、エンジン始動およびその直後に生じる回転電機の発電動作により、インバータに備わるスイッチング素子に大きな電流が流れ、スイッチング素子の温度が許容レベルを超えるおそれがある。

この対策として、特許文献１に記載の交流発電電動機装置には、温度検出回路が備わっており、インバータに備わる半導体回路（スイッチング素子）の一部領域に設けられたＰＮ接合ダイオードの温度、すなわち半導体回路の温度が検出される。そして、温度検出回路により検出された複数の半導体回路の温度のうち最高温度のものがインバータ温度とされ、アイドリングストップ制御が実施される前に、インバータ温度がしきい値温度以下か否かが判定される。そして、インバータ温度がしきい値温度を超えていれば、エンジン自動停止動作が禁止される。これにより、エンジン再始動時に半導体回路が許容できない高温状態となることを防止することができるとしている。

特開２００４−１５６５８９号公報

ところで、回転電機には、インバータを内蔵するほか、回転電機を制御する制御装置を一体的に備えた機電一体型の回転電機が知られている。このような機電一体型の回転電機では、回転電機が動作した場合に、回転電機に備わるステータ巻線やインバータに備わるスイッチング素子からの受熱により、制御装置の温度が上昇することになる。このとき、制御装置の熱容量が、インバータに備わるスイッチング素子の熱容量よりも高い場合には、制御装置の温度は、スイッチング素子と比較して、上昇しにくい一方で、下降しにくいことになる。したがって、特許文献１に記載の技術を実施しても、エンジンの自動停止及び自動再始動が行われることで上昇した制御装置の温度を十分に下げることができず、その結果、アイドリングストップ制御が実施されるたび制御装置の温度は少しずつ上昇し、許容できない高温状態となるおそれがある。

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、その主たる目的は、素子温度と、装置温度のどちらの温度も、対応する設定温度を超えて高くなることがないように動作抑制することが可能な回転電機ユニットを提供することにある。

第１の発明は、エンジンのクランク軸と互いにトルクを伝達可能に設けられた回転電機と、前記回転電機の相ごとの通電及び遮断を行う複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を制御することにより、前記回転電機の動作を制御する制御装置と、前記スイッチング素子の温度を素子温度として検出する第一温度検出部と、を備える機電一体型の回転電機ユニットであって、前記制御装置の温度を装置温度として検出する第二温度検出部を備え、前記制御装置は、前記第一温度検出部により検出された前記素子温度が前記スイッチング素子に対して設定される素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、前記第二温度検出部により検出された前記装置温度が前記制御装置に対して設定される装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、前記スイッチング素子を制御する。

制御装置と、回転電機と、が一体に設けられた機電一体型の回転電機ユニットでは、回転電機やスイッチング素子が発熱した場合に、制御装置が受熱し、制御装置の温度が上昇する。このとき、スイッチング素子の温度である素子温度が素子設定温度よりも高くならないようにスイッチング素子を制御した場合、スイッチング素子の素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制できる一方で、制御装置の装置温度が装置設定温度よりも高くなるおそれがある。

この対策として、制御装置の装置温度を検出する第二温度検出部が設けられ、第一温度検出部により検出された素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、装置温度が装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、スイッチング素子が制御される。これにより、素子温度と、装置温度と、が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御装置は、前記素子設定温度及び前記装置設定温度よりも低く設定された基準温度から前記素子設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記素子温度までの範囲が占める割合としての素子割合と、前記基準温度から前記装置設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記装置温度までの範囲が占める割合としての装置割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。

素子割合及び装置割合をそれぞれ算出することで、現在の素子温度及び装置温度が対応するそれぞれの設定温度にどれだけ近いかを割合に基づいて把握することができる。換言すれば、素子温度と素子設定温度との関係と、装置温度と装置設定温度との関係と、を割合で規格化することができる。したがって、算出された素子割合と装置割合とを比較することで、素子温度と装置温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度と装置温度との双方の温度を対応する設定温度よりも高くなることを抑制するように制御することができる。つまり、制御装置による温度制御の簡便化を図ることができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記制御装置は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。

上記構成とすることで、対象割合が共通の所定割合よりも高くなった状況に限った温度制御を実施することができる。

第４の発明は、第２又は３の発明において、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有し、前記制御装置は、前記回転電機により前記発電が実施されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による発電量を前記対象割合が前記所定割合よりも高くなる直前の前記発電量よりも少なくなるように前記スイッチング素子を制御する。

回転電機による発電量が少なくなるようにスイッチング素子が制御されることで、スイッチング素子及び回転電機の発熱量が少なくなる。したがって、回転電機により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機による発電量が少なくなるようにスイッチング素子が制御される。これにより、スイッチング素子及び制御装置の単位時間当たりの温度上昇量を低減しつつ、回転電機による発電を継続することができる。

第５の発明は、第２乃至４のいずれか１つの発明において、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸に回転トルクを付与するトルク付与機能を有し、前記制御装置は、前記回転電機により前記クランク軸に前記回転トルクが付与されている期間中に、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による前記クランク軸への前記回転トルクの付与を停止するように、前記スイッチング素子を制御する。

回転電機によりクランク軸に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、仮に、対象割合の単位時間当たりの上昇量を現時点の上昇量よりも少なくするべく、回転電機によりクランク軸に付与される回転トルクが小さくなるようにスイッチング素子を制御する場合を想定する。この場合、対象割合が所定割合よりも高くなって以降も、回転電機はクランク軸に回転トルクを付与することができるが、その一方で、クランク軸に付与される回転トルクは小さくなるため、要求される回転トルクを満足することができなくなる懸念がある。この場合、不足する回転トルク分を補うようにエンジンがクランク軸に回転トルクを出力する制御を実施する必要があり、トルク制御が煩雑となることが考えられる。これを考慮し、回転電機によりクランク軸に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機によるクランク軸への回転トルクの付与が停止されるように、スイッチング素子が制御される。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなって以降は、回転電機によるトルク付与が停止されるため、スイッチング素子及び制御装置の温度が上昇することを抑制することができる。また、回転電機によるトルク付与が停止されることで、エンジンの出力のみでトルク制御を行なうこととなり、制御の簡便化を図ることができる。

第６の発明は、第２乃至５のいずれか１つの発明において、前記素子設定温度は、前記スイッチング素子が破損すると想定される温度として設定され、前記装置設定温度は、前記制御装置が破損すると想定される温度として設定される。

スイッチング素子と、制御装置とで、破損すると想定される温度は異なる。したがって、スイッチング素子と制御装置とで、それぞれに異なる値の設定温度が設けられることで、スイッチング素子と、制御装置と、の双方の温度が、破損すると想定される温度よりも高くならないように、制御することができる。この場合であっても、算出された素子割合と装置割合とを比較することで、素子温度と装置温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度と装置温度との双方の温度を対応する設定温度よりも高くならないように制御することができる。

第７の発明は、第２乃至６のいずれか１つの発明において、前記制御装置は、前記エンジンを制御するエンジン制御部に前記対象割合を送信する。

第８の発明は、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の回転電機ユニット（１６）と、エンジン（４２）と、前記エンジン及び前記回転電機ユニットの動作を制御する制御部（４０）と、を備え、前記制御部は、前記エンジンの自動停止及び自動再始動を実施する自動停止再始動機能を有しており、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有しており、前記制御部により前記自動再始動が実施された後に前記回転電機による発電が実施される車両であって、前記制御部は、前記対象割合が共通の所定割合よりも高くなった場合に、前記自動停止再始動機能の動作を禁止する。

エンジンの自動停止させた状態から自動再始動が行われると、自動再始動後に回転電機により発電が実施され、それによりスイッチング素子に大きな電流が流れ、素子温度が大きく上昇することが考えられる。また、発電時は回転電機が発熱し、その熱を受熱することで、制御装置の温度が上昇することが考えられる。したがって、対象割合が所定割合よりも高くなった場合には、自動停止再始動機能の動作が禁止される。これにより、エンジンの自動再始動後の発電で、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。

本実施形態に係る車載電源システムの概略構成図である。 本実施形態に係る回転電機ユニットの概略構成図である。 本実施形態に係る温度制御の概要を説明する図である。 本実施形態に係る回転電機ＥＣＵが実施する制御フローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、エンジン４２（内燃機関）を駆動源として走行する車両において当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムを具体化している。

図１に示される車載電源システムは、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを有する２電源システムであり、各蓄電池１１，１２からはスタータ１３や、各種の電気負荷１４，１５、回転電機ユニット１６への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１，１２に対しては回転電機ユニット１６による充電が可能となっている。本システムでは、回転電機ユニット１６に対して並列に鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が接続されるとともに、電気負荷１４，１５に対して並列に鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が接続されている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池１２は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池１１，１２の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池１２は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵは、２つの出力端子Ｐ１，Ｐ２を有しており、このうち出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４とが接続され、出力端子Ｐ２に電気負荷１５と回転電機ユニット１６とが接続されている。

各電気負荷１４，１５は、各蓄電池１１，１２から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷１４には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷１５は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷１４は被保護負荷とも言える。また、電気負荷１４は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１５は、電気負荷１４に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。

定電圧要求負荷である電気負荷１４の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンＥＣＵ等の各種ＥＣＵが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。電気負荷１４として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。また、電気負荷１５の具体例としては、シートヒータやリヤウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の送風ファン等が挙げられる。

回転電機ユニット１６は、３相交流モータとしての回転電機２１と、電力変換装置としてのインバータ２２と、回転電機２１の作動を制御する回転電機ＥＣＵ２３とを備えている。回転電機ユニット１６は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）として構成されている。

ここで、回転電機ユニット１６の電気的構成について図２を用いて説明する。回転電機２１は、３相電機子巻線としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗと、界磁巻線２５とを備えている。回転電機２１の回転軸は、エンジン４２のクランク軸４３に対してベルト４４により駆動連結されており（図１参照）、クランク軸４３の回転によって回転電機２１の回転軸が回転する一方、回転電機２１の回転軸の回転によってクランク軸４３が回転する。つまり、回転電機ユニット１６は、クランク軸４３や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、クランク軸４３に対して回転トルクを付与する力行機能とを備えている。

インバータ２２は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗから出力される交流電圧を直流電圧に変換して電池ユニットＵに対して出力する。また、インバータ２２は、電池ユニットＵから入力される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗへ出力する。インバータ２２は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路であり、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ２２は、回転電機２１に供給される電力を調節することで回転電機２１を駆動する駆動回路を構成している。

インバータ２２は、相ごとに上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎを備えている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列に接続されている。

各相におけるスイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体の中間接続点は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端にそれぞれ接続されている。また、インバータ２２の高圧側経路と低圧側経路との間には、インバータ２２の入出力の電圧を検出する電圧センサ２６が設けられている。その他、回転電機ユニット１６には、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗを流れる電流を検出する電流センサ２７と、界磁巻線２５に流れる電流を検出する電流センサ２８が設けられている。なお、電流センサ２７は、インバータ２２と各相巻線との間に設けられていてもよいし、下アームスイッチＳｎとグランドラインとの間に相ごとに設けられていてもよい。上記各センサ２６〜２８の検出信号は回転電機ＥＣＵ２３に適宜入力される。また、図示は略すが、回転電機２１には、回転子の角度情報を検出する回転角度センサが設けられ、インバータ２２には、その回転角度センサからの信号を処理する信号処理回路が設けられている。

回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機ユニット１６内に収容され、基板上に設置されている。この回転電機ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。

回転電機ＥＣＵ２３は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線２５に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１６の発電電圧（電池ユニットＵに対する出力電圧）が制御される。また、回転電機ＥＣＵ２３は、車両の走行開始後にインバータ２２内の各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御することで、クランク軸４３に対して回転電機２１により回転トルクを付与させる。回転電機２１は、エンジン始動時にクランク軸４３に初期回転を付与することが可能であり、エンジン始動装置としての機能も有している。この回転電機ＥＣＵ２３は、制御装置に該当する。

次に、電池ユニットＵにおける電気的構成を説明する。図１に示すように、電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各出力端子Ｐ１，Ｐ２を繋ぐ電気経路Ｌ１と、電気経路Ｌ１上の点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。このうち電気経路Ｌ１にスイッチ３１が設けられ、電気経路Ｌ２にスイッチ３２が設けられている。なお、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを接続する電気経路で言えば、回転電機ユニット１６との接続点Ｎ１よりも鉛蓄電池１１の側にスイッチ３１が設けられ、接続点Ｎ１よりもリチウムイオン蓄電池１２の側にスイッチ３２が設けられている。

これら各スイッチ３１，３２は、例えば２×ｎ個のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）を備え、その２つ一組のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ３１，３２をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。なお、スイッチ３１，３２として、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。

電気経路Ｌ１においてスイッチ３１よりもＰ１側には電圧センサ３３が設けられ、スイッチ３１よりもＰ２側には電圧センサ３４が設けられている。電圧センサ３３により出力端子Ｐ１の端子電圧が検出され、電圧センサ３４により出力端子Ｐ２の端子電圧が検出される。

電池ユニットＵは、各スイッチ３１，３２のオンオフ（開閉）を制御する電池ＥＣＵ３７を備えている。電池ＥＣＵ３７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池ＥＣＵ３７は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、上位制御装置であるエンジンＥＣＵ４０からの指令値に基づいて、各スイッチ３１，３２のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを選択的に用いて充放電が実施される。例えば、電池ＥＣＵ３７は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出し、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池１２への充電量及び放電量を制御する。

回転電機ユニット１６の回転電機ＥＣＵ２３や電池ユニットＵの電池ＥＣＵ３７には、これら各ＥＣＵ２３，３７を統括的に管理する上位制御装置としてのエンジンＥＣＵ（制御部に該当）４０が接続されている。エンジンＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されており、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいて、エンジン４２の運転を制御する。

これら各ＥＣＵ２３，３７，４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを構築する通信線４１により接続されて相互に通信可能となっており、所定周期で双方向の通信が実施される。これにより、各ＥＣＵ２３，３７，４０に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。

ところで、本実施形態に係る回転電機ユニット１６のように、回転電機２１とインバータ２２と回転電機ＥＣＵ２３とが一体に設けられている場合、回転電機２１や各スイッチＳｐ，Ｓｎが発熱した場合に、回転電機ＥＣＵ２３が受熱し、回転電機ＥＣＵ２３の温度が上昇することになる。このとき、基板上に設置された回転電機ＥＣＵ２３の熱容量は、各スイッチＳｐ，Ｓｎの熱容量よりも大きくなる傾向にあり、その場合、回転電機ＥＣＵ２３の温度は、各スイッチＳｐ，Ｓｎと比較して、上昇しにくい一方で、下降しにくいことになる。

回転電機ＥＣＵ２３の熱容量が各スイッチＳｐ，Ｓｎの熱容量よりも大きい場合において、仮に各スイッチＳｐ，Ｓｎの温度（以降、素子温度と呼称）のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する場合を想定する。この制御により、素子最高温度が素子設定温度を超えて高くなることを抑制できたとしても、その一方で、回転電機ＥＣＵ２３の温度としてのユニット温度（装置温度に該当）が、ユニット設定温度（装置設定温度に該当）を超えて高くなるおそれがある。つまり、素子最高温度を対象とした温度制御を実施した場合に、各スイッチＳｐ，Ｓｎへの通電を停止することで各スイッチＳｐ，Ｓｎの温度が十分に低下したとしても、ユニット温度が十分に低下しない可能性がある。その結果、素子最高温度を対象とした温度制御が繰り返されるたびに、ユニット温度が徐々に上昇し、ユニット設定温度を超えて高くなる状況が生じうる。

あるいは、回転電機ユニット１６に電解コンデンサ（図示せず）が設けられており、電解コンデンサがインバータ２２に対して電力供給を実施する場合を想定する。この場合、外気温が低温である状況では、電解コンデンサの容量が低下し、それに伴ってリプル電流が過度に大きくなることになる。これにより、インバータ２２の素子最高温度が大きく上昇することになり、ユニット温度がユニット設定温度よりも低い一方で、素子温度が素子最高温度を超えて高くなる状態が生じうる。本実施形態において、素子設定温度は、インバータ２２に備わるスイッチＳｐ，Ｓｎが破損すると想定される温度として設定され、ユニット設定温度は、回転電機ＥＣＵ２３が破損すると想定される温度として設定される。つまり、素子設定温度とユニット設定温度とでは、多くの場合、異なる値として設定される。

この対策として、回転電機ユニット１６には、各スイッチＳｐ，Ｓｎの素子温度を検出するための素子温度検出部（第一温度検出部に該当）２４が設けられている。素子温度検出部２４は、本実施形態において感温ダイオードとして構成されている。この感温ダイオードには定電流が流れるようになっており、回転電機ＥＣＵ２３は、感温ダイオードのアノード―カソード間電圧、すなわち、順方向降下電圧を取得し、取得した順方向降下電圧に基づいて、各スイッチＳｐ，Ｓｎの素子温度を取得する。

また、回転電機ＥＣＵ２３にはサーミスタ（第二温度検出部に該当）２９が設けられており、回転電機ＥＣＵ２３は、サーミスタの電位に基づいて回転電機ＥＣＵ２３の温度（以降、ユニット温度と呼称）を検出する。回転電機ＥＣＵ２３は、素子温度検出部２４から取得した複数の素子温度のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ２９から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。

ところで、この温度制御の一つとして、素子最高温度と、ユニット温度とを比較して、高い方の温度に基づいて各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する方法が考えられる。しかし、上述の通り、素子設定温度と、ユニット設定温度とでは、異なる値として設定されることが多いため、高い方の温度と対応する設定温度との差が、低い方の温度と対応する設定温度との差よりも小さいとは限らない。換言すれば、高い方の温度が対応する設定温度に到達するまでの間に、低い方の温度が対応する設定温度に到達する場合が生じうる。

この点を考慮し、本温度制御では、素子設定温度及びユニット設定温度よりも低く設定された基準温度（例えば、インバータ２２に備わるスイッチ及び回転電機ＥＣＵ２３の動作を保証することができる下限温度）から素子設定温度までの範囲に対して、基準温度から素子最高温度までの範囲が占める割合を素子割合として算出する。その一方で、基準温度からユニット設定温度までの範囲に対して、基準温度からユニット温度までの範囲が占める割合をユニット割合（装置割合に該当）として算出する。そして、素子割合と、ユニット割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。

本実施形態では、対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいて、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。所定割合は、対象割合の算出元の温度（例えば素子割合がユニット割合よりも高い場合は素子温度）が対応する設定温度となる割合に設定される。つまり、百分率で表現する場合、所定割合は１００％に設定される。

対象割合が共通の所定割合よりも高くなったことで実施される各スイッチＳｐ，Ｓｎの詳細な制御法は、そのときの回転電機２１の駆動状態によって変わる。

回転電機２１による発電は、鉛蓄電池１１やリチウムイオン蓄電池１２、また電気負荷１４，１５への電力供給の兼ね合いから、必要な場合は継続して実施することが要求される。このため、図３に示されるように、回転電機２１により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１による発電量を対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。回転電機２１による発電量が少なくなるように制御するために、スイッチＳｐ，Ｓｎの通電期間が対象割合が所定割合よりも高くなる直前の通電期間よりも短く制御される。これにより、素子温度の単位時間当たりの温度上昇量は小さくなる。それに伴って、回転電機２１の発電量が少なくなり、回転電機２１の発熱量が少なくなるため、ユニット温度の単位時間当たりの温度上昇量も小さくなる。したがって、上述の制御について、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度に維持されるように（対象割合の算出元の温度の単位時間当たりの温度上昇量が０となるように）、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御すると換言してもよい。この制御により、回転電機２１による発電を継続して実施することができる。

なお、図３において、対象割合が１００％を超えて高くなって以降は、回転電機２１による発電量の低減度合いが大きいほど、対象割合を高い値として算出している。このため、例えば素子温度が素子設定温度を超えて所定割合が１００％を超えるのではなく、所定割合が１００％を超える状態は、発電量が低減された状態で素子温度が素子設定温度になっている状態である。本実施形態では、回転電機２１による発電量が０となったときが、対象割合が１２０％となったときとなるように規定している。

一方で、回転電機２１によりクランク軸４３に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、仮に、対象割合の単位時間当たりの上昇量を現時点の上昇量よりも少なくするべく、回転電機２１によりクランク軸４３に付与される回転トルクが小さくなるように各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する場合を想定する。この場合、対象割合が所定割合よりも高くなって以降も、回転電機２１はクランク軸４３に回転トルクを付与することができるが、その一方で、クランク軸４３に付与される回転トルクは小さくなるため、要求される回転トルクを満足することができなくなる懸念がある。この場合、不足する回転トルク分を補うようにエンジン４２がクランク軸４３に回転トルクを出力する制御を実施する必要があり、トルク制御が煩雑となることが考えられる。

これを考慮し、回転電機２１によりクランク軸４３に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１によるクランク軸４３への回転トルクの付与が停止されるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する（図３参照）。より具体的には、クランク軸４３に対して回転電機２１により回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１への通電量が０となるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなって以降は、回転電機２１によるクランク軸４３へのトルク付与が停止されるため、各スイッチＳｐ，Ｓｎ及び回転電機ＥＣＵ２３の温度が上昇することを抑制することができる。また、回転電機２１によるトルク付与が停止されることで、エンジン４２の出力のみでトルク制御を行なうこととなり、制御の簡便化を図ることができる。

本実施形態では、回転電機ＥＣＵ２３により図４に記載の温度制御を実行する。図４に示す温度制御は、回転電機ＥＣＵ２３が電源オンしている期間中に回転電機ＥＣＵ２３によって所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１００では、素子温度検出部２４からスイッチＳｐ，Ｓｎの素子温度をそれぞれ取得するとともに、サーミスタ２９から回転電機ＥＣＵ２３のユニット温度を取得する。そして、ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で取得した複数の素子温度のうち最も高い素子最高温度に基づいて、素子割合を算出する。また、ステップＳ１００で取得したユニット温度に基づいて、ユニット割合を算出する。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で算出した素子割合とユニット割合とのうち、より高い値である対象割合が所定割合よりも高いか否かを判定する。対象割合が所定割合よりも高くないと判定した場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、本制御を終了する。対象割合が所定割合よりも高いと判定した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、回転電機２１が発電を実施しているか否かを判定する。回転電機２１が発電を実施している場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進み、回転電機２１による発電量が対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。そして、本制御を終了する。回転電機２１が発電を実施していない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１５０に進み、回転電機２１への通電が停止されるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御する。そして、本制御を終了する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・インバータ２２に備わるスイッチと、回転電機ＥＣＵ２３とで、破損すると想定される温度は異なる。したがって、スイッチと回転電機ＥＣＵ２３とで、それぞれに異なる値の設定温度が設けられることで、スイッチと、回転電機ＥＣＵ２３と、の双方の温度が、破損すると想定される温度よりも高くならないように、制御することができる。

・素子割合及びユニット割合をそれぞれ算出することで、現在の素子温度及びユニット温度が対応するそれぞれの設定温度にどれだけ近いかを割合に基づいて把握することができる。換言すれば、素子温度と素子設定温度との関係と、ユニット温度とユニット設定温度との関係と、を割合で規格化することができる。したがって、算出された素子割合とユニット割合とを比較することで、素子温度とユニット温度とで、どちらが設定温度により近いかを容易に判断することができる。ひいては、対象割合に基づいた温度制御で、素子温度とユニット温度との双方の温度が、対応する設定温度よりも高くなることを抑制することができる。つまり、回転電機ＥＣＵ２３による温度制御の簡便化を図ることができる。

・上記構成によれば、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいた各スイッチＳｐ，Ｓｎの制御が実施される。これにより、対象割合が所定割合よりも高くなった状況に限って、素子温度とユニット温度との双方の温度が対応する設定温度よりも高くなることを抑制する制御を実施することができる。

上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施形態において、素子温度検出部２４は、感温ダイオードにより構成されていた。このことについて、素子温度検出部２４を感温ダイオードに代えてサーミスタで構成することとし、回転電機ＥＣＵ２３がサーミスタの電位に基づいて各スイッチＳｐ，Ｓｎの素子温度を検出する構成としてもよい。また、回転電機ＥＣＵ２３に設けられたサーミスタ２９に代えて、感温ダイオードを設け、回転電機ＥＣＵ２３が感温ダイオードの順方向降下電圧に基づいて、回転電機ＥＣＵ２３のユニット温度を検出する構成としてもよい。

・上記実施形態において、回転電機ＥＣＵ２３は、素子温度検出部２４により検出された複数の素子温度のうち最も高い温度である素子最高温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ２９から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御していた。このことについて、予めスイッチＳｐ，Ｓｎのうち判定対象とするスイッチを定め、そのスイッチの素子温度が素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、サーミスタ２９から取得したユニット温度がユニット設定温度よりも高くなることを抑制するように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御してもよい。

・上記実施形態では、素子割合と、ユニット割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御していた。このことについて、素子設定温度と素子温度との差と、ユニット設定温度とユニット温度との差とのうち、値がより少ない方の差（以降、対象差と呼称）に基づいて、スイッチング素子を制御する構成としてもよい。この場合、対象差が所定値（例えば０に設定される）よりも低くなったことを条件として、対象差の算出元の温度が対応する設定温度よりも高くなることを抑制するように、スイッチング素子を制御する。

・上記実施形態において、素子設定温度は、インバータ２２に備わるスイッチが破損すると想定される温度として設定され、ユニット設定温度は、回転電機ＥＣＵ２３が破損すると想定される温度として設定されていた。このことについて、例えば、素子設定温度は、インバータ２２に備わるスイッチが破損すると想定される温度よりも所定温度（安全を考慮した余裕温度）低く設定され、ユニット設定温度もまた、回転電機ＥＣＵ２３が破損すると想定される温度よりも所定温度低く設定されてもよい。

・上記実施形態において、所定割合は、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度となる割合に設定されていた。このことについて、所定割合は、対象割合の算出元の温度が、対応する設定温度よりも所定温度低い温度となる割合に設定されてもよい。

・上記実施形態では、回転電機２１によりクランク軸４３に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１によるクランク軸４３への回転トルクの付与が停止されるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎが制御されていた。このことについて、回転電機２１によりクランク軸４３に回転トルクが付与されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１によりクランク軸４３に付与される回転トルクが小さくなるように各スイッチＳｐ，Ｓｎが制御される構成とすることもできる。

・上記実施形態では、回転電機２１により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、回転電機２１による発電量を対象割合が所定割合よりも高くなる直前の発電量よりも少なくなるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御していた。このことについて、回転電機２１により発電が実施されている期間中に、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として回転電機２１による発電が停止されるように、各スイッチＳｐ，Ｓｎが制御される構成とすることもできる。

上記実施形態において、回転電機ＥＣＵ２３は、対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、対象割合に基づいて、各スイッチＳｐ，Ｓｎを制御していた。このことについて、回転電機ＥＣＵ２３は温度制御を実施する一方で、エンジンＥＣＵ４０に対して対象割合を常時送信する構成としてもよく、この場合、エンジンＥＣＵ４０は、回転電機ＥＣＵ２３から取得した対象割合に基づいて、回転電機２１の動作を制御する。

例えば、回転電機２１によりクランク軸４３に回転トルクが付与されている期間中に、所定割合よりも低く設定された閾値よりも対象割合が高くなった場合には、エンジンＥＣＵ４０が回転電機ＥＣＵ２３に対して送信する要求トルク値を、対象割合が閾値よりも高くなる直前の要求トルク値よりも小さく設定する。

あるいは、回転電機２１により発電が実施されている期間中に、対象割合が閾値よりも高くなった場合、回転電機２１の発電量が、対象割合が閾値よりも高くなる直前の発電量よりも小さくなるように、エンジンＥＣＵ４０は回転電機ＥＣＵ２３に対して指示する。

このように制御することで、対象割合が所定割合よりも高くなる状況の発生頻度を抑えることができ、ひいては、回転電機ＥＣＵ２３による温度制御の実施頻度を少なくすることができる。

・エンジンＥＣＵ４０が、エンジン４２の自動停止及び自動再始動を実施するアイドリングストップ機能を有しており、且つ、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジン４２の自動停止後の自動再始動後に回転電機２１による発電を実施させる構成である場合を想定する。この場合、自動再始動後に回転電機２１により発電が実施されることで、各スイッチＳｐ，Ｓｎに大きな電流が流れ、素子温度が大きく上昇することが考えられる。また、発電時は回転電機２１が発熱し、その熱を受熱することで、回転電機ＥＣＵ２３の温度が上昇することが考えられる。したがって、エンジンＥＣＵ４０は、対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、アイドリングストップ機能の動作を禁止する。これにより、エンジン４２の自動再始動後の発電で、対象割合の算出元の温度が対応する設定温度を超えて高くなることを抑制することができる。

１６…回転電機ユニット、２１…回転電機、２３…回転電機ＥＣＵ、２４…素子温度検出部、２９…ユニット温度センサ、４２…エンジン、４３…クランク軸、Ｓｎ…下アームスイッチ、Ｓｐ…上アームスイッチ。

Claims (8)

1. エンジン（４２）のクランク軸（４３）と互いにトルクを伝達可能に設けられた回転電機（２１）と、前記回転電機の相ごとの通電及び遮断を行う複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と、前記複数のスイッチング素子を制御することにより、前記回転電機の動作を制御する制御装置（２３）と、前記スイッチング素子の温度を素子温度として検出する第一温度検出部（２４）と、を備える機電一体型の回転電機ユニット（１６）であって、
   前記制御装置の温度を装置温度として検出する第二温度検出部（２９）を備え、
   前記制御装置は、
   前記第一温度検出部により検出された前記素子温度が前記スイッチング素子に対して設定される素子設定温度よりも高くなることを抑制し、且つ、前記第二温度検出部により検出された前記装置温度が前記制御装置に対して設定される装置設定温度よりも高くなることを抑制するように、前記スイッチング素子を制御し、
   前記素子設定温度及び前記装置設定温度よりも低く設定された基準温度から前記素子設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記素子温度までの範囲が占める割合としての素子割合と、前記基準温度から前記装置設定温度までの範囲に対して、前記基準温度から前記装置温度までの範囲が占める割合としての装置割合とのうち、より高い値である対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する回転電機ユニット。
2. 前記制御装置は、前記対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、前記対象割合に基づいて、前記スイッチング素子を制御する請求項１に記載の回転電機ユニット。
3. 前記対象割合が前記素子割合である場合、前記所定割合は、前記素子温度が、前記素子設定温度よりも所定温度低い温度となる割合であり、
   前記対象割合が前記装置割合である場合、前記所定割合は、前記装置温度が、前記装置設定温度よりも所定温度低い温度となる割合である請求項２に記載の回転電機ユニット。
4. 前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有し、
   前記制御装置は、前記回転電機により前記発電が実施されている期間中に、前記対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による発電量を、前記対象割合が前記所定割合よりも高くなる直前の前記発電量よりも少なくなるように前記スイッチング素子を制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機ユニット。
5. 前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸に回転トルクを付与するトルク付与機能を有し、
   前記制御装置は、前記回転電機により前記クランク軸に前記回転トルクが付与されている期間中に、前記対象割合が所定割合よりも高くなったことを条件として、前記回転電機による前記クランク軸への前記回転トルクの付与を停止するように、前記スイッチング素子を制御する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機ユニット。
6. 前記素子設定温度は、前記スイッチング素子が破損すると想定される温度として設定され、
   前記装置設定温度は、前記制御装置が破損すると想定される温度として設定される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機ユニット。
7. 前記制御装置は、前記エンジンを制御するエンジン制御部（４０）に前記対象割合を送信する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機ユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機ユニット（１６）と、
   エンジン（４２）と、
   前記エンジン及び前記回転電機ユニットの動作を制御する制御部（４０）と、
   を備え、前記制御部は、前記エンジンの自動停止及び自動再始動を実施する自動停止再始動機能を有しており、前記回転電機は、前記エンジンの前記クランク軸の回転により発電する発電機能を有しており、前記制御部により前記自動再始動が実施された後に前記回転電機による発電が実施される車両であって、
   前記制御部は、前記対象割合が所定割合よりも高くなった場合に、前記自動停止再始動機能の動作を禁止する車両。

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