JP6954150B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式の交流電動機の制御装置に関する。

永久磁石式モータは高温領域で不可逆減磁特性によりトルクの出力が低下するため、従来、モータの減磁を判定する装置が知られている。例えば特許文献１に開示されたモータ駆動装置は、制御中のモータの電流および回転数から、モータに減磁が発生していないときのｑ軸電圧の操作量を基準値とし、基準値と制御における実際値との比較に基づいて減磁量を推定する。すなわち、このモータ駆動装置は、実際のｑ軸の電圧操作量Ｖｑ１が、減磁が生じていない場合のｑ軸の電圧操作量Ｖｑｃより小さいとき、減磁が生じていると判断し、モータの動作制限を行う。

特許第４２２３８８０号公報

ここで、永久磁石が減磁していない基準状態での磁束を基準磁束と定義し、永久磁石の磁束の基準磁束に対する差分を磁束変化量と定義する。また、基準状態で交流電動機に印加されるｄｑ軸電圧をｄ軸基準電圧及びｑ軸基準電圧と定義する。特許文献１の従来技術は、ｑ軸実電圧とｑ軸基準電圧との差分に基づいて磁束変化量を推定するものである。

特許文献１の従来技術では、磁束変化量の推定にｑ軸電圧のみを用い、ｄ軸電圧を用いていない。そのため、電圧センサ等の検出誤差の影響を受けやすく、制御装置が認識したｑ軸電圧の変化が減磁によるものか、センサ誤差によるものかを判別することが難しい。その結果、磁束変化量の推定精度が低下し、減磁診断の信頼性の確保が難しくなる。

また、特許文献１の従来技術では、減磁した交流電動機について、磁束の変化以外に、電圧方程式における機器定数であるインダクタンス等の特性変化を考慮していない。そのため、推定精度がさらに低下し、減磁の判定を誤る可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁束変化量の推定精度を向上させ、さらに、減磁発生時における交流電動機の特性変化を考慮して適切に減磁を判定する交流電動機の制御装置を提供することにある。

本発明による交流電動機の制御装置は、永久磁石式の交流電動機（８０）の通電を制御する制御装置であって、電圧指令演算部（２４）と、電力変換器（６２）と、磁束変化量推定部（３０）と、減磁判定部（４０）と、を備える。電圧指令演算部は、交流電動機に対するトルク指令に基づいて電圧指令値（Ｖｄ^*、Ｖｑ^*）を演算する。電力変換器は、電圧指令値に基づいて直流電力を交流電力に変換し、交流電動機に供給する。

交流電動機の永久磁石が減磁していない基準状態での磁束を基準磁束と定義する。磁束変化量推定部は、永久磁石の実磁束の基準磁束に対する差分である磁束変化量（Δφ）を推定する。減磁判定部は、磁束変化量推定部により推定された磁束変化量推定値が負の診断閾値（Δφ＿ｄｉａｇ）を下回ったとき、永久磁石が減磁していると判定する。

磁束変化量推定部は、実電圧推定部（３１）と、基準電圧演算部（３２）と、磁束変化量推定値演算部（３３）と、磁束変化量推定値補正部（３５）と、を有する。実電圧推定部は、電圧指令値に追従して交流電動機に印加されるｄ軸実電圧（Ｖｄ＿ｒｅａｌ）及びｑ軸実電圧（Ｖｑ＿ｒｅａｌ）を推定し、又は検出値を取得する。基準電圧演算部は、交流電動機の電気角速度及び電流に基づいて、基準状態で交流電動機に印加されるｄ軸基準電圧（Ｖｄ＿ｓｔｄ）及びｑ軸基準電圧（Ｖｑ＿ｓｔｄ）を演算する。

磁束変化量推定値演算部は、ｄ軸実電圧に対するｄ軸基準電圧の比をｑ軸実電圧に乗じた値とｑ軸基準電圧との差分に基づいて、基本磁束変化量推定値（Δφ＿ｂ）を演算する。磁束変化量推定値補正部は、交流電動機の減磁発生時における特性変化に応じて、減磁判定部に入力される磁束変化量推定値を診断閾値に対して相対的に変化させる。

本発明の磁束変化量推定値演算部は、ｑ軸電圧に加えてｄ軸電圧の情報を用いて基本磁束変化量推定値を演算するため、従来技術に対し、センサ誤差等による推定誤差への影響を小さくし、磁束変化量の推定精度を向上させることができる。また本発明は、磁束変化量推定値補正部により磁束変化量推定値を診断閾値に対して相対的に変化させることで、減磁発生時における交流電動機の特性変化を考慮して、適切に減磁を判定することができる。

好ましくは、磁束変化量推定値補正部は、交流電動機の減磁発生時における特性変化に応じた補正値を演算し、当該補正値により基本磁束変化量推定値を補正した磁束変化量推定値を減磁判定部に出力するものである。この場合、磁束変化量推定値補正部は、第１補正マップ（３６）と、一つ以上の第２補正マップ（３７）と、マップ切替部（３８）と、補正演算器（３９）と、を含む。第１補正マップは、永久磁石が減磁していない正常状態での交流電動機の特性が反映される。一つ以上の第２補正マップは、永久磁石が正常状態から不可逆減磁状態に至る段階の交流電動機の特性が反映される。第１補正マップ及び第２補正マップは、交流電動機のトルクもしくは電流、又は電気角速度に基づいて、ｄ軸実電圧とｄ軸基準電圧とが一致するように基本磁束変化量推定値を補正するマップ値（Δφ＿ｍａｐ１、Δφ＿ｍａｐ２）を算出する。

マップ切替部は、診断閾値より大きい負の値に設定され減磁発生兆候が反映された一つ以上のマップ切替閾値（Δφ＿ｍａｐｘ）と基本磁束変化量推定値とを比較する。マップ切替部は、基本磁束変化量推定値がマップ切替閾値より大きい場合、第１補正マップを用い、基本磁束変化量推定値がマップ切替閾値以下の場合、第２補正マップを用いるように切り替える。補正演算器は、マップ切替部により選択された補正マップのマップ値を用いて基本磁束変化量推定値を補正する。この構成では診断閾値が一定値に設定され、磁束変化量の値に応じて補正マップを切り替えることで磁束変化量推定値を補正する。

各実施形態のＭＧ制御装置が適用されるＭＧ駆動システムの全体構成図。 各実施形態によるＭＧ制御装置の制御ブロック図。 従来技術に基づく磁束変化量の推定を説明する図。 第１実施形態による磁束変化量推定部の制御ブロック図。 ＶｄＶｑ方式及びＶｑ方式による磁束変化量の推定を説明する図。 第１実施形態による磁束変化量推定演算及び減磁判定のフローチャート。 第１実施形態による補正前後の磁束変化量推定値を示す図。 第２実施形態による磁束変化量推定値と診断閾値との関係を示す図。

以下、交流電動機の制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の交流電動機の制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータ（以下「ＭＧ」）を駆動するシステムにおいて、永久磁石式の交流電動機であるＭＧの通電を制御する装置である。実施形態の「ＭＧ」及び「ＭＧ制御装置」は、「交流電動機」及び「交流電動機の制御装置」に相当する。

（第１実施形態）
図１を参照し、ＭＧ駆動システム９０の全体構成について説明する。図１においてＭＧ制御装置２０は、主な構成のみを記す。ＭＧ制御装置２０は、電圧指令演算部２４、磁束変化量推定部３０、減磁判定部４０、変調器６１及びインバータ６２等を備える。ＭＧ８０は、永久磁石式同期型三相交流電動機である。基本的にはＩＰＭＳＭ（埋込永久磁石型同期モータ）を想定するがＳＰＭＳＭ（表面永久磁石型同期モータ）であってもよい。本実施形態のＭＧ８０は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝達されるトルクを発電によってエネルギー回収する発電機としての機能を兼ね備える。

電流センサ７０は、ＭＧ８０の三相巻線８１、８２、８３のうち二相又は三相に流れる相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。なお、二相の電流を検出する構成では、他の一相の電流は、キルヒホッフの法則により算出される。回転角センサ８５は、レゾルバ等の回転角センサであり、ＭＧ８０の電気角θを検出する。

「電力変換器」としてのインバータ６２は、上下アームの６つのスイッチング素子６３−６８がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子６３、６４、６５は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子６６、６７、６８は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子６３−６８は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。ＩＧＢＴ及び還流ダイオードは、パワーカードの形態で構成されてもよい。

平滑コンデンサ１５は、インバータ６２の入力部に設けられ、バッテリ１０から入力される直流電圧Ｖｄｃを平滑化する。なお、バッテリ１０とインバータ６２との間に昇圧コンバータが設けられてもよい。インバータ６２は、ＭＧ制御装置２０から指令されるスイッチングパルス（図中「ＳＷパルス」）信号に従ってスイッチング素子６３−６８が動作することで、直流電力を三相交流電力に変換する。そして、インバータ６２は、三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＭＧ８０の各相巻線８１、８２、８３に印加する。

ＭＧ制御装置２０の電圧指令演算部２４及び変調器６１は、マイコン等により構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を内部に備えている。マイコンは、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

電圧指令演算部２４は、統合ＥＣＵ５０からのトルク指令Ｔｒｑ^*、並びに、電流センサ７０及び回転角センサ８５からフィードバックされる相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、電気角θの情報に基づいて、ＭＧ８０に印加する電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を演算する。変調器６１は、直流電圧Ｖｄｃ、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*、電気角θ等に基づいてスイッチングパルス信号を生成し、インバータ６２のスイッチング素子６３−６８に指令する。

磁束変化量推定部３０はＭＧ８０の永久磁石の磁束変化量Δφを推定する。磁束変化量推定部３０の詳細な構成は後述する。減磁判定部４０は、磁束変化量推定部３０により推定された磁束変化量推定値Δφが負の診断閾値を下回ったとき、永久磁石が減磁していると判定する。減磁判定部４０は、減磁を判定すると、車両の統合ＥＣＵ５０に故障情報を通知する。故障情報を受信した統合ＥＣＵ５０は、メータＥＣＵ等の表示装置５５に対し故障情報の表示を要求する。なお、図１では、磁束変化量推定部３０及び減磁判定部４０への入力パラメータの図示を省略する。

ＭＧ制御装置２０の構成について、図２を参照して説明する。図２では、電流フィードバック制御により電圧指令値を演算する構成を例示するが、トルクフィードバック制御により電圧指令値を演算する方式に適用されてもよい。ＭＧ制御装置２０は、一般的な電流フィードバック制御の構成として、電圧指令演算部２４、ｄｑ変換部２９、変調器６１、インバータ６２、角速度演算部８６等を含む。また、ＭＧ制御装置２０は、本実施形態に特有の構成として磁束変化量推定部３０を含む。なお、回転座標系のｄｑ座標を用いるベクトル制御は周知技術であり、ＭＧ制御装置２０の制御演算に用いられる電圧、電流は、特にことわらない限り、ｄｑ軸の電圧、電流を表すものとする。

電圧指令演算部２４は、電流指令演算部２１、電流偏差算出部２２、制御器２３を含む。電流指令演算部２１は、トルク指令Ｔｒｑ^*に基づいて、電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を演算する。電流偏差算出部２２は、電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*と、ｄｑ変換部２９からフィードバックされた電流検出値Ｉｄ、Ｉｑとの電流偏差を算出する。制御器２３は、電流偏差を０に近づけるように、ＰＩ制御により、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を演算する。ｄｑ変換部２９は、電気角θに基づいて３相電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑにｄｑ変換し、電流偏差算出部２２にフィードバックする。

変調器６１は、直流電圧Ｖｄｃ、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*、電気角θ等に基づいてスイッチングパルス信号を生成し、インバータ６２に出力する。変調器６１は、変調率やＭＧ８０の回転数−トルク特性に応じて、ＰＷＭ制御による三相変調又は二相変調方式、パルスパターン方式、矩形波制御方式等の変調方式を切り替える。インバータ６２は、変調器６１から出力されるスイッチングパルス信号に従ってスイッチング素子６３−６８が動作することでバッテリ１０の直流電力を交流電力に変換し、ＭＧ８０に供給する。

ＭＧ８０の永久磁石が減磁していない基準状態での磁束を「基準磁束」と定義すると、磁束変化量推定部３０は、基準磁束に対する永久磁石の実磁束の差分である「磁束変化量Δφ」を推定する。減磁の場合には、実磁束が基準磁束よりも小さくなるため、磁束変化量Δφは負の値となる。減磁判定部４０は、磁束変化量推定部３０により推定された磁束変化量推定値が負の診断閾値を下回ったとき、永久磁石が減磁していると判定する。

図２において磁束変化量推定部３０には各種のパラメータが入力される。基本的には、実線で示すように、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*、電流検出値Ｉｄ、Ｉｑ、及び、角速度演算部８６で電気角θが時間微分された電気角速度ωが入力される。なお、電流検出値Ｉｄ、Ｉｑに代えて、破線で示す電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*が入力されてもよい。また、電気角速度ω［ｒａｄ／ｓ］は係数を乗ずることで回転数［ｒｐｍ］に換算されるため、本実施形態では回転数にも同じ記号ωを用いて「回転数ω」と記す。また回転数ωは、随時、電気角速度ωに読み替えて解釈されるものとする。

次に、本実施形態の磁束変化量推定部３０の構成を説明する前に、特許文献１（特許第４２２３８８０号公報）の従来技術による「Ｖｑ方式」の磁束変化量推定演算について説明する。一般に、ＭＧ８０に印加される電圧と電流との関係は、巻線抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、磁石磁束φを用いた式（１）の電圧方程式で表される。

式（１）のｑ軸電圧方程式を磁束φについて整理すると、式（２）が得られる。

ここで、基準磁束をφｓｔｄ、永久磁石の実磁束をφｒｅａｌと記す。また、ＭＧ８０が基準状態にあるとき、すなわち、磁石磁束が基準磁束φｓｔｄであるときにＭＧ８０に印加される電圧を「基準電圧」と定義し、そのｄ軸成分及びｑ軸成分をＶｄ＿ｓｔｄ、Ｖｑ＿ｓｔｄと表す。これに対しＭＧ８０に実際に印加される電圧を「実電圧」といい、そのｄ軸成分及びｑ軸成分をＶｄ＿ｒｅａｌ、Ｖｑ＿ｒｅａｌと表す。式（１）のｑ軸電圧方程式をｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄ及びｑ軸実電圧Ｖｑ＿ｒｅａｌについて適用すると、式（３．１）、（３．２）のようになる。

ここで、従来技術のＶｑ方式の演算と、本実施形態が採用するＶｄＶｑ方式の演算とを比較するにあたり、ＶｄＶｑ方式の演算による磁束変化量推定値を「第１磁束変化量推定値Δφ１」、Ｖｑ方式の演算による磁束変化量推定値を「第２磁束変化量推定値Δφ２」と定義する。式（３．１）、（３．２）により、第２磁束変化量推定値Δφ２は式（４）で表される。また、式（４）の分子、すなわち、ｑ軸実電圧Ｖｑ＿ｒｅａｌとｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄとの差分を「第２ｑ軸電圧変化量ΔＶｑ２」と定義する。

図３において、式（３．１）及び式（４）の関係は、Ｖｄ−Ｖｑ座標上に図示される。実線の太線矢印で示す部分が式（３．１）を反映し、合成ベクトルの終点のｑ軸成分はｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄである。また、ブロック矢印で示す部分が式（４）を反映する。なお、電気角速度ωを乗じる前の「電圧×時間」次元のベクトルは破線矢印で表される。

ところで、Ｖｑ方式の磁束変化量の推定ではｑ軸電圧のみを用い、ｄ軸電圧を用いていない。そのため、電圧センサ等の検出誤差の影響を受けやすく、制御装置が認識したｑ軸電圧の変化が減磁によるものか、センサ誤差によるものかを判別することが難しい。その結果、磁束変化量の推定精度が低下し、減磁診断の信頼性の確保が難しくなる。そこで、本実施形態の磁束変化量推定部３０は、推定誤差への影響を小さくするため、ｑ軸電圧に加えてｄ軸電圧の情報を用いる「ＶｄＶｑ方式」の磁束変化量推定演算を採用する。

本実施形態では、ＶｄＶｑ方式の演算を採用することで、磁束変化量Δφの推定精度を向上させることができる。しかし、ｑ軸電圧の電圧方程式（１）の「ω×Ｌｄ×Ｉｄ」の項について、減磁発生時にｄ軸自己インダクタンスＬｄが変化することは考慮されていない。そのため、ｑ軸電圧Ｖｑの変化だけに注目していると、減磁判定の誤判定を招くおそれがある。なお、巻線抵抗Ｒの変化は、回転数ωの低い領域を除いて影響が小さいため、それほど考慮しなくてもよい。

そこで本実施形態では、ｄ軸実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌとｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄとが一致するように基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正する補正マップが、正常状態と、正常状態から不可逆減磁状態に至る段階とに応じてそれぞれ用意される。そして、磁束変化量Δφの低下レベルに応じて補正マップを切り替えることで、適切に減磁を判定することを目的とするものである。続いて、その詳細な構成について説明する。

図４を参照し、磁束変化量推定部３０の構成を説明する。磁束変化量推定部３０は、実電圧推定部３１、基準電圧演算部３２、磁束変化量推定値演算部３３、及び、磁束変化量推定値補正部３５を有する。磁束変化量推定値補正部３５は、第１補正マップ３６、第２補正マップ３７、マップ切替部３８、及び、補正演算器３９を含む。

実電圧推定部３１は、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*に追従してＭＧ８０に印加されるｄ軸実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌ及びｑ軸実電圧Ｖｑ＿ｒｅａｌを推定し、又は検出値を取得する。具体的に実電圧推定部３１は、電圧指令値Ｖｄ^*、Ｖｑ^*を適宜補正した値を実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌ、Ｖｑ＿ｒｅａｌとして扱ってもよい。図２、図３における実電圧推定部３１への入力図示は、この構成を想定したものである。或いは、実電圧推定部３１は、電圧センサから実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌ、Ｖｑ＿ｒｅａｌの検出値を取得してもよい。

基準電圧演算部３２は、ＭＧ８０の電気角速度ω及び電流Ｉｄ、Ｉｑ（又は電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）に基づいて、式（１）の電圧方程式により、ｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄ及びｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄを演算する。ただし、基準電圧は固定の値である必要はなく、巻線抵抗やインダクタンス、磁石等の温度特性を考慮し、ＭＧ８０各部の温度に応じて可変に設定されてもよい。また、基準電圧演算部３２は、不可逆減磁が起きていない状況において、動作点や温度等に応じた電圧値を学習し、ＭＧ特性の個体差に応じて基準電圧を可変に設定してもよい。また、式（１）に代えて鎖交磁束λｑ、λｄを含む式（５）を用いてもよい。

実電圧推定部３１が推定した実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌ、Ｖｑ＿ｒｅａｌ、及び、基準電圧演算部３２が演算した基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄ、Ｖｑ＿ｓｔｄは、磁束変化量推定値演算部３３に出力される。磁束変化量推定値演算部３３は、ＶｄＶｑ方式の式（６）に基づき、「基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂ」を演算する。

上述のようにＶｑ方式との比較の都合上、ここでは、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを「第１磁束変化量推定値Δφ１」として説明する。式（６）の分子では、「ｄ軸実電圧に対するｄ軸基準電圧の比（Ｖｄ＿ｓｔｄ／Ｖｄ＿ｒｅａｌ）をｑ軸実電圧Ｖｑ＿ｒｅａｌに乗じた値」とｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄとの差分が演算される。この式（６）の分子の第１項を「ｑ軸実電圧補正値」と定義し、［Ｖｑ］の記号で表す。また、ｑ軸実電圧補正値［Ｖｑ］とｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄとの差分を「第１ｑ軸電圧変化量ΔＶｑ１」と定義する。

ここで図５を参照し、Ｖｑ方式及びＶｄＶｑ方式の磁束変化量の推定演算を比較する。Ｖｄ−Ｖｑ座標上で、ｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄとｑ軸基準電圧Ｖｑ＿ｓｔｄとの交点をＡ、ｄ軸実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌとｑ軸実電圧Ｖｑ＿ｒｅａｌとの交点をＢと記す。また、ｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄとｑ軸実電圧補正値［Ｖｑ］との交点をＣと記す。点Ｃは、座標原点と点Ｂとを結ぶ直線を、ｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄまで延長した線上の点である。

Ｖｑ方式の第２ｑ軸電圧変化量ΔＶｑ２は、ｄ軸電圧Ｖｄの値が異なる点Ａから点Ｂまでのｑ軸電圧変化量に相当し、「減磁発生による磁束低下量に対応する量」と「センサ誤差等により制御で誤認識される量」とが合計された量と考えられる。

一方、ＶｄＶｑ方式の第１ｑ軸電圧変化量ΔＶｑ１は、共通のｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄを通る点Ａから点Ｃまでのｑ軸電圧変化量に相当し、第２ｑ軸電圧変化量ΔＶｑ２に比べ、センサ誤差等による誤認識量が低減する。したがって、「減磁発生による磁束低下量に対応する量」がより精度良く反映された量となる。以上のように磁束変化量推定値演算部３３は、ＶｄＶｑ方式の式（６）に基づき、「基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂ」を演算する。

次に、磁束変化量推定値補正部３５は、ＭＧ８０の減磁発生時における特性変化に応じて、減磁判定部４０に入力される磁束変化量推定値Δφを診断閾値Δφ＿ｄｉａｇに対して相対的に変化させる。特に第１実施形態では、磁束変化量推定値補正部３５は、固定された診断閾値Δφ＿ｄｉａｇに対し、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正した磁束変化量推定値Δφを演算する。

第１補正マップ３６及び第２補正マップ３７には、入力パラメータとしてトルク指令値Ｔｒｑ^*もしくはｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*、及び回転数ωが入力される。トルク指令値Ｔｒｑ^*は、ｄｑ軸電流と相関があるため、適宜換算可能である。なお、トルク指令値Ｔｒｑ^*に代えてトルク検出値が入力されてもよく、電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*に代えて電流検出値Ｉｄ、Ｉｑが入力されてもよい。

第１補正マップ３６は、永久磁石が減磁していない正常状態でのＭＧ８０の特性が反映される。第１補正マップ３６は、上記の入力パラメータに基づいて、ｄ軸実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌとｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄとが一致するように基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正する第１マップ値Δφ＿ｍａｐ１を算出する。

第２補正マップ３７は、永久磁石が正常状態から不可逆減磁状態に至る段階のＭＧ８０の特性が反映される。第２補正マップ３７は、第１補正マップ３６と同様に、上記の入力パラメータに基づいて、ｄ軸実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌとｄ軸基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄとが一致するように基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正する第２マップ値Δφ＿ｍａｐ２を算出する。

マップ切替部３８は、診断閾値Δφ＿ｄｉａｇより大きい負の値に設定された一つ以上のマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘと基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂとを比較する。マップ切替部３８は、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂがマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘより大きい場合、第１補正マップ３６を用い、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂがマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘ以下の場合、第２補正マップ３７を用いるように切り替える。マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘの意義については、図７を参照して後述する。補正演算器３９は、マップ切替部３８により選択された補正マップのマップ値を基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂに加算して補正し、補正後の磁束変化量推定値Δφを減磁判定部４０に出力する。

なお、図４では、第１補正マップ３６及び第２補正マップ３７が常にマップ値Δφ＿ｍａｐ１、Δφ＿ｍａｐ２を演算した上で、それらのいずれかが選択されるように示されている。しかし、その構成に限らず、先にマップ切替部３８がいずれかのマップ値を用いるかを決定してから、いずれか一方の補正マップにより第１マップ値Δφ＿ｍａｐ１又は第２マップ値Δφ＿ｍａｐ２を算出するようにしてもよい。

次に図６のフローチャートを参照し、本実施形態による磁束変化量推定演算及び減磁判定処理について説明する。フローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。Ｓ１１で基準電圧演算部３２は、電圧方程式（１）に基づき基準電圧Ｖｄ＿ｓｔｄ、Ｖｑ＿ｓｔｄを演算する。Ｓ１２で実電圧推定部３１は、実電圧Ｖｄ＿ｒｅａｌ、Ｖｑ＿ｒｅａｌを演算する。

Ｓ２１で演算切替部３５は、ＶｄＶｑ方式の式（６）により、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを演算する。Ｓ３０でマップ切替部３８は、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂがマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘ以下であるか否か判断する。

基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂがマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘより大きい場合、Ｓ３０でＮＯと判断され、Ｓ３１に移行する。Ｓ３１では、補正演算器３９にて基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂに第１マップ値Δφ＿ｍａｐ１が加算された値が磁束変化量推定値Δφとして出力される。

基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂがマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘ以下の場合、Ｓ３０でＹＥＳと判断され、Ｓ３２に移行する。Ｓ３２では、補正演算器３９にて基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂに第２マップ値Δφ＿ｍａｐ２が加算された値が磁束変化量推定値Δφとして出力される。

ここで、Ｓ３０〜Ｓ３２に関して図７を参照する。図７の縦軸は磁束変化量Δφであり、例えば［ｍＷｂ］の単位で表される。縦軸の「０」は、永久磁石が理想的に減磁していない状態を示す。減磁を判定する診断閾値Δφ＿ｄｉａｇは、磁束変化量Δφの負の値として設定される。また、マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘは、診断閾値Δφ＿ｄｉａｇより大きい値に設定される。例えば診断閾値Δφ＿ｄｉａｇは−４０［ｍＷｂ］に設定され、マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘは−２５［ｍＷｂ］に設定される。

マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘより大きい領域は、センサ誤差等の影響による磁束変化量Δφの推定誤差のため、実際には減磁していない正常状態であるにもかかわらず見かけの磁束変化量Δφが低下する領域である。第１補正マップ３６は、この正常状態でのＭＧ８０の特性が反映される。一方、マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘ以下の領域は、実際に減磁が発生していると推認される領域である。第２補正マップ３７は、この正常状態から不可逆減磁状態に至る段階のＭＧ８０の特性が反映される。つまり、マップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘは、減磁発生兆候を判断する値としての意義を有する。

図７の横軸は、ＭＧ８０のトルク（単位は例えば［Ｎｍ］）又は回転数（単位は例えば［ｒｐｍ］）であり、正転方向を正、逆転方向を負として表す。第１実施形態の診断閾値Δφ＿ｄｉａｇは、トルク又は回転数に対して一定値に設定される。トルク又は回転数と磁束変化量Δφとの関係に注目すると、（＊１）に示すように、正常状態では、第１補正マップ３６により補正された磁束変化量推定値Δφは０［ｍＷｂ］の近傍の値となる。したがって、減磁と誤判定される可能性は低い。

しかし、第１補正マップ３６では、減磁発生時におけるインダクタンス等のＭＧ特性が反映されていない。そのため、（＊２）に示すように、実際に減磁が発生すると、トルク又は回転数に対する依存性が現れる。図７の例では、第１補正マップ３６により補正された磁束変化量推定値Δφは、トルク又は回転数が０のときを最小値として、トルク又は回転数の絶対値が増大するにつれ大きくなる（すなわち０に近づく）カーブ状となる。すると、トルク又は回転数の絶対値が「ａ」のとき、磁束変化量推定値Δφが診断閾値Δφ＿ｄｉａｇを上回るため、実際には減磁しているにもかかわらず、減磁していないと誤判定される可能性がある。

それに対し、第２補正マップ３７により補正された磁束変化量推定値Δφは、（＊３）に示すように、トルク又は回転数に対する依存性が解消される。その結果、トルク又は回転数の影響を受けることなく、診断閾値Δφ＿ｄｉａｇとの比較に基づいて適切に減磁が判定される。

Ｓ４０で減磁判定部４０は、磁束変化量推定値Δφが負の診断閾値Δφ＿ｄｉａｇ以下であるか判断する。Ｓ４０でＹＥＳのとき、Ｓ４１で減磁異常カウンタがアップされ、Ｓ４０でＮＯのとき、Ｓ４２で減磁異常カウンタがリセットされる。減磁異常カウンタが異常判定閾値Ｎ＿ｔｈに達しない場合、Ｓ４３でＮＯと判定され、Ｓ１１の前に戻って、再び磁束変化量推定値Δφが演算される。

減磁異常カウンタが異常判定閾値Ｎ＿ｔｈに達すると、Ｓ４３でＹＥＳと判定され、Ｓ４４で減磁異常が確定する。このように減磁異常を確定することで、少なくとも不可逆減磁異常でない場合に、一時的な可逆減磁や推定演算の誤差により不可逆減磁異常と誤判定することを防止することができる。ただし、誤判定の可能性が低い場合等には、異常判定閾値Ｎ＿ｔｈを１回に設定すること等により、Ｓ４０でＹＥＳと判断されたらすぐに減磁異常を確定するようにしてもよい。

減磁異常が確定すると、Ｓ５０でＭＧ制御装置２０は、インバータ６２のスイッチング動作を停止すると共に、統括ＥＣＵ５０へ故障情報を通知する。統括ＥＣＵ５０は、メータＥＣＵ等の表示装置５５に対し故障情報の表示を要求する。また、ハイブリッド自動車に適用される場合、例えば統括ＥＣＵ５０は、エンジンでの退避走行に切り替える。

このように本実施形態のＭＧ制御装置２０は、磁束変化量推定値演算部３３により、ｑ軸電圧に加えてｄ軸電圧の情報を用いて基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを推定する。したがって、センサ誤差等による推定誤差への影響を小さくし、磁束変化量Δφの推定精度を向上させることができる。

また、磁束変化量推定値補正部３５は、ｄ軸実電圧とｄ軸基準電圧とが一致するように基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正するマップ値を算出する補正マップを、永久磁石が正常状態から不可逆減磁状態に至る段階に応じて切り替える。これにより、本実施形態のＭＧ制御装置２０は、減磁発生時における交流電動機の特性変化を考慮して適切に減磁を判定することができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について、第１実施形態の図７に対応する図８を参照して説明する。第２実施形態は第１実施形態に対し、磁束変化量推定値補正部３５により、「減磁判定部４０に入力される基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを診断閾値Δφ＿ｄｉａｇ診断閾値に対して相対的に変化させる」構成が異なる。すなわち、第２実施形態では、補正マップ等により基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを直接補正するのでなく、診断閾値Δφ＿ｄｉａｇを可変とすることで、基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを相対的かつ間接的に補正する。

図８に示すように、診断閾値Δφ＿ｄｉａｇは、トルク又は回転数が０のときを最小値として、トルク又は回転数の絶対値が増大するにつれ大きくなる（すなわち０に近づく）カーブ状に設定されている。つまり、第１実施形態で第１補正マップ３６を用いたときの磁束変化量推定値Δφのカーブにほぼ沿って診断閾値Δφ＿ｄｉａｇが設定されている。そのため、トルク又は回転数の絶対値が「ａ」のときにおいても磁束変化量推定値Δφが診断閾値Δφ＿ｄｉａｇを下回っており、減磁していると判定される。

ここで、第２実施形態における診断閾値Δφ＿ｄｉａｇは、トルク又は回転数以外に、トルクと相関のある電流Ｉｄ、Ｉｑに応じて変化するように設定されてもよい。このように、磁束変化量推定値補正部３５がＭＧ８０の動作状態に応じて診断閾値Δφ＿ｄｉａｇを可変に設定する構成によっても、ＭＧ制御装置２０は、減磁発生時におけるＭＧ８０の特性変化を考慮して適切に減磁を判定することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）第１実施形態において、第２補正マップ３７は一つに限らず、永久磁石が正常状態から不可逆減磁状態に至る段階毎に二つ以上規定されてもよい。その場合、各第２補正マップ３７の適用範囲を切り替えるマップ切替閾値Δφ＿ｍａｐｘがさらに一つ以上設定される。永久磁石が不可逆減磁状態に至るまでの複数の段階で第２補正マップ３７を切り替えることにより、減磁の発生兆候をより正確に把握することができる。

（ｂ）第１記実施形態の磁束変化量推定値補正部３５は、補正マップを参照する構成に限らず、数式演算により基本磁束変化量推定値Δφ＿ｂを補正してもよい。また、補正演算は、磁束変化量推定値補正部３５に対して補正値が加算される演算に限らず、補正比率が乗算される演算や、それらを組み合わせた演算としてもよい。

（ｃ）本発明による交流電動機の制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車のＭＧに限らず、あらゆる分野の永久磁石式の交流電動機に適用可能である。また、交流電動機の相の数は、三相に限らず何相でもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２０・・・ＭＧ制御装置（交流電動機の制御装置）、
２４・・・電圧指令演算部、
３０・・・磁束変化量推定部、
３１・・・実電圧推定部、
３２・・・基準電圧演算部、
３３・・・磁束変化量推定値演算部、
３５・・・磁束変化量推定値補正部、
４０・・・減磁判定部、
６２・・・インバータ（電力変換器）、
８０・・・ＭＧ（交流電動機）。

Claims (3)

1. 永久磁石式の交流電動機（８０）の通電を制御する制御装置であって、
   前記交流電動機に対するトルク指令に基づいて電圧指令値（Ｖｄ^*、Ｖｑ^*）を演算する電圧指令演算部（２４）と、
   前記電圧指令値に基づいて直流電力を交流電力に変換し、前記交流電動機に供給する電力変換器（６２）と、
   前記交流電動機の永久磁石が減磁していない基準状態での磁束を基準磁束と定義すると、前記永久磁石の実磁束の前記基準磁束に対する差分である磁束変化量（Δφ）を推定する磁束変化量推定部（３０）と、
   前記磁束変化量推定部により推定された磁束変化量推定値が負の診断閾値（Δφ＿ｄｉａｇ）を下回ったとき、前記永久磁石が減磁していると判定する減磁判定部（４０）と、
   を備え、
   前記磁束変化量推定部は、
   前記電圧指令値に追従して前記交流電動機に印加されるｄ軸実電圧（Ｖｄ＿ｒｅａｌ）及びｑ軸実電圧（Ｖｑ＿ｒｅａｌ）を推定し、又は検出値を取得する実電圧推定部（３１）と、
   前記交流電動機の電気角速度及び電流に基づいて、前記基準状態で前記交流電動機に印加されるｄ軸基準電圧（Ｖｄ＿ｓｔｄ）及びｑ軸基準電圧（Ｖｑ＿ｓｔｄ）を演算する基準電圧演算部（３２）と、
   前記ｄ軸実電圧に対する前記ｄ軸基準電圧の比を前記ｑ軸実電圧に乗じた値と前記ｑ軸基準電圧との差分に基づいて、基本磁束変化量推定値（Δφ＿ｂ）を演算する磁束変化量推定値演算部（３３）と、
   前記交流電動機の減磁発生時における特性変化に応じて、前記減磁判定部に入力される前記磁束変化量推定値を前記診断閾値に対して相対的に変化させる磁束変化量推定値補正部（３５）と、
   を有する交流電動機の制御装置。
2. 前記磁束変化量推定値補正部は、前記交流電動機の動作状態減磁発生時における特性変化に応じた補正値を演算し、当該補正値により前記基本磁束変化量推定値を補正した磁束変化量推定値を前記減磁判定部に出力するものであり、
   前記永久磁石が減磁していない正常状態での前記交流電動機の特性が反映され、前記交流電動機のトルクもしくは電流、又は電気角速度に基づいて、前記ｄ軸実電圧と前記ｄ軸基準電圧とが一致するように前記基本磁束変化量推定値を補正する第１マップ値（Δφ＿ｍａｐ１）を算出する第１補正マップ（３６）と、
   前記永久磁石が正常状態から不可逆減磁状態に至る段階の前記交流電動機の特性が反映され、前記交流電動機のトルクもしくは電流、又は電気角速度に基づいて、前記ｄ軸実電圧と前記ｄ軸基準電圧とが一致するように前記基本磁束変化量推定値を補正する第２マップ値（Δφ＿ｍａｐ２）を算出する一つ以上の第２補正マップ（３７）と、
   前記診断閾値より大きい負の値に設定された一つ以上のマップ切替閾値（Δφ＿ｍａｐｘ）と前記基本磁束変化量推定値とを比較し、前記基本磁束変化量推定値が前記マップ切替閾値より大きい場合、前記第１補正マップを用い、前記基本磁束変化量推定値が前記マップ切替閾値以下の場合、前記第２補正マップを用いるように切り替えるマップ切替部（３８）と、
   前記マップ切替部により選択された補正マップのマップ値を用いて前記基本磁束変化量推定値を補正する補正演算器（３９）と、
   を含む請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
3. 前記診断閾値は、前記交流電動機のトルクもしくは電流、又は電気角速度に応じて変化するように設定されている請求項１に記載の交流電動機の制御装置。

Images