JPWO2020065720A1 - 交流回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

交流回転電機の制御装置は、保護部７０の温度を検出する温度検出部５０と、温度検出部５０が検出した保護部７０の温度が設定温度を超えないように、交流回転電機３０の最大電流を調整する最大電流調整部５１と、最大電流調整部５１で調整された最大電流に基づいて、許容トルクを算出する許容トルク算出部５２と、許容トルクに基づいて、交流回転電機３０に対するトルク指令値を調整するトルク指令調整部５５と、最大電流調整部５１で調整された最大電流に基づいて、交流回転電機３０の上限回転数を算出する上限回転数算出部５３と、上限回転数に基づいて、交流回転電機３０の回転数を調整する回転数調整部５４とを備えている。

Description

本発明は、交流回転電機の制御装置に関する。

一般に、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両は、車両の駆動源として、交流回転電機を搭載している。そして、この交流回転電機に接続される電力変換装置は、直流電源からの直流電力を交流回転電機に供給するために、直流電力を交流電力に変換する電力変換機能を有している。従って、電力変換装置には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)等のスイッチング素子により構成された電力変換回路が設けられている。

通常、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子は、予め定められたジャンクション温度Ｔｊを超える温度に達すると、ジャンクション破壊を起こして破損する可能性がある。また、交流回転電機も、一定の温度を超えることにより破損する可能性がある。従って、このような素子あるいは機器を、過熱から保護するために、それぞれに定められた温度を超えないように、温度上昇を抑制する必要がある。

例えば、特許文献１に開示された従来の電動機制御装置によれば、電力用半導体素子の温度を検出し、検出した温度と設定温度との偏差をなくすように、トルク指令値を補正する方法が提案されている。

特許第６１０７９３６号公報

一般に、インバータで駆動される交流回転電機として、永久磁石同期電動機が広く用いられている。永久磁石同期電動機の制御方法として、最大トルク制御と弱め磁束制御との２つの制御法が知られている。最大トルク制御は、加速初期に最大のトルクが得られるようにトルクの制御を行う。

永久磁石同期電動機の角速度が上昇するのに従い、永久磁石同期電動機が発生する誘起電圧も上昇する。誘起電圧は、永久磁石同期電動機が接続された直流電源の両端に印加される。誘起電圧が直流電源の両端電圧の制限値に達すると、最大トルク制御から弱め磁束制御に移行する。

弱め磁束制御は、界磁磁束を減少させることによって、誘起電圧の上昇を抑制する。このとき、永久磁石同期電動機の界磁を直接弱めることはできない為、ｄ軸電機子に負の電流を流すことにより、ｄ軸電機子反作用によって減磁作用を発生させる。

しかしながら、特許文献１においては、ｄ軸電機子に流れる負の電流については考慮せずに、単にトルク指令値のみを補正している。そのため、高回転域では、トルク指令値をゼロとしても、一定以上の電流がスイッチング素子に流れてしまう可能性がある。その結果、スイッチング素子の温度が設定温度以上となって、スイッチング素子が破損する可能性がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、スイッチング素子の過熱による破損を防止することが可能な、交流回転電機の制御装置を提供する事を目的としている。

本発明は、交流回転電機に接続された電力変換回路のスイッチング素子の温度上昇に比例して温度が上昇する保護部の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出した前記保護部の温度が、予め設定された設定温度を超えないように、前記交流回転電機の最大電流を調整する、最大電流調整部と、前記最大電流調整部で調整された前記最大電流に基づいて、許容トルクを算出する許容トルク算出部と、前記許容トルクに基づいて、前記交流回転電機に対するトルク指令値を調整するトルク指令調整部と、前記最大電流調整部で調整された前記最大電流に基づいて、前記交流回転電機の上限回転数を算出する上限回転数算出部と、前記上限回転数に基づいて、前記交流回転電機の回転数を調整する回転数調整部とを備えた、交流回転電機の制御装置である。

本発明に係る交流回転電機の制御装置は、スイッチング素子の過熱による破損を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第１構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第２構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第３構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第４構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第５構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る最大電流調整部の第６構成例の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る許容トルク算出部における許容トルクの上限値の算出方法を説明する説明図である。 本発明の実施の形態１に係る許容トルク算出部における許容トルクの下限値の算出方法を説明する説明図である。 本発明の実施の形態１に係る上限回転数算出部における上限回転数の算出方法を説明する説明図である。 従来装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値を調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 従来装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値を調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 従来装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値を調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 従来装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値を調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値と回転数とを調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値と回転数とを調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値と回転数とを調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置によって、ハイブリッド車におけるトルク指令値と回転数とを調整することで保護部の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明に係る交流回転電機の制御装置の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置を示す構成図である。当該制御装置は、交流回転電機３０を制御する。当該制御装置は、図１に示すように、直流電源１０、電圧検出部１１、インバータ２０、磁極位置検出部３１、電気角速度検出部３２、電流センサ３３ａ〜３３ｃ、インバータ制御部４０、温度検出部５０、最大電流調整部５１、許容トルク算出部５２、上限回転数算出部５３、回転数調整部５４、および、トルク指令調整部５５を備えて構成されている。

以下、図１に示す制御装置の各部について説明する。

直流電源１０は、充放電可能な電源である。直流電源１０は、インバータ２０を介して、交流回転電機３０と電力のやり取りを行う。直流電源１０は、高電圧側ノードＰと低電圧側ノードＮとを有している。直流電源１０とインバータ２０とは、高電圧側ノードＰと低電圧側ノードＮとを介して接続されている。なお、直流電源１０とインバータ２０との間に、昇圧コンバータを設けて、直流電源１０から供給される直流電圧を、ＤＣ／ＤＣ変換により昇圧してもよい。また、直流電圧を平滑化する平滑コンデンサを、高電圧側ノードＰと低電圧側ノードＮとの間に接続してもよい。

電圧検出部１１は、直流電源１０の直流電圧Ｖｄｃを検出する。具体的には、電圧検出部１１は、高電圧側ノードＰと低電圧側ノードＮとの間の端子間電圧を計測し、直流電圧Ｖｄｃとして出力する。

インバータ２０は、図１に示すように、上アーム側パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃ、および、下アーム側パワー半導体素子２２ａ〜２２ｃを有する電力変換回路を備えて構成されている。インバータ２０は、上アーム側パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃ、および、下アーム側パワー半導体素子２２ａ〜２２ｃのスイッチング動作を用いて、直流電源１０からの高圧の直流電圧を、ＤＣ／ＡＣ変換による、交流電圧に変換する。得られた交流電圧は、交流回転電機３０に印加される。

インバータ２０において、各パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃおよび２２ａ〜２２ｃは、半導体スイッチング素子と半導体整流素子とを相互に逆並列に接続して構成されている。従って、半導体スイッチング素子と半導体整流素子との組が、各パワー半導体素子を構成する一単位となっている。半導体スイッチング素子と半導体整流素子との接続方法としては、例えば、半導体スイッチング素子のコレクタ電極に、半導体整流素子のカソード電極が接続され、半導体スイッチング素子のエミッタ電極に、半導体整流素子のアノード電極が接続されている。こうして、半導体スイッチング素子と半導体整流素子とは相互に逆並列に接続されて、パワー半導体素子を構成する一単位となっている。

交流回転電機３０は、インバータ２０から出力される交流電圧が印加されることにより、車両の駆動力および制動力を制御する。交流回転電機３０は、例えば永久磁石同期電動機から構成される。本実施の形態１では、交流回転電機３０として、３相の電機子巻線を備えた交流回転電機を例に挙げて説明する。しかしながら、交流回転電機３０の相数は、３相に限定されず、任意の総数としてよい。すなわち、本実施の形態１に係る制御装置は、多相電機子巻線を備えた交流回転電機に適用可能である。

磁極位置検出部３１は、交流回転電機３０の磁極位置を検出する。磁極位置検出部３１は、ホール素子またはエンコーダを備えて構成されている。磁極位置検出部３１は、交流回転電機３０の回転子の基準回転位置に対する磁極の回転角度を検出し、検出した回転角度の検出値を示す信号を磁極位置θとして出力する。なお、ここで、磁極位置θは、ｑ軸の回転角度を示す。また、回転子の基準回転位置は、任意の位置に予め適宜設定されている。

電気角速度検出部３２は、交流回転電機３０の電気角速度ωを検出し、検出した電気角速度ωの検出値を示す信号を電気角速度として出力する。電気角速度検出部３２は、磁極位置検出部３１と同様に、ホール素子またはエンコーダを備えて構成されてもよく、あるいは、磁極位置検出部３１から出力される磁極位置を用いて、演算により、電気角速度ωを求める構成としてもよい。

電流センサ３３ａ〜３３ｃは、交流回転電機３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる電流量ｉＵ，ｉＶ，ｉＷをそれぞれ検出し、電流座標変換器４７へ出力する。図１では、３つの電流センサを設けて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの電流量を検出しているが、この場合に限らず、電流センサの個数は２つにしてもよい。その場合には、電流量の検出は２相のみとして、もう１相の電流量は、検出した２相の電流量から演算により求める。

インバータ制御部４０は、インバータ２０に含まれる上アーム側パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃおよび下アーム側パワー半導体素子２２ａ〜２２ｃ内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御して、インバータ２０と交流回転電機３０との接続ノードＵａｃ、Ｖａｃ、Ｗａｃの電位を調整することで、交流回転電機３０に流れる電流量を制御する。以下、インバータ制御部４０の構成について説明する。

インバータ制御部４０は、図１に示すように、電流指令演算部４１、ｄ軸電流調整器４２、ｑ軸電流調整器４３、電圧座標変換器４４、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路４５、ゲートドライバ４６、および、電流座標変換器４７を備えて構成されている。インバータ制御部４０は、ｄｑベクトル制御によってインバータ２０を制御することにより、交流回転電機３０の回転制御を行う。以下、インバータ制御部４０を構成する各部について説明する。

電流指令演算部４１には、交流回転電機３０に発生させるトルクを指令する調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊが、トルク指令調整部５５から入力される。電流指令演算部４１は、トルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｃｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｃｉｑを演算して、ｄ軸電流調整器４２およびｑ軸電流調整器４３に出力する。

電流座標変換器４７は、電流センサ３３ａ〜３３ｃからの３相の電流量ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを、２相の電流量、すなわち、ｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑに変換する。電流座標変換器４７は、ｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑをそれぞれｄ軸電流調整器４２およびｑ軸電流調整器４３に出力する。

ｄ軸電流調整器４２は、電流指令演算部４１からのｄ軸電流指令値Ｃｉｄと電流座標変換器４７からのｄ軸電流値ｉｄとの偏差が「０」となるように、直流のｄ軸電圧指令値Ｃｖｄを演算し、電圧座標変換器４４に出力する。

ｑ軸電流調整器４３は、電流指令演算部４１からのｑ軸電流指令値Ｃｉｑと電流座標変換器４７からのｑ軸電流値ｉｑとの偏差が「０」となるように、直流のｑ軸電圧指令値Ｃｖｑを演算し、電圧座標変換器４４に出力する。

電圧座標変換器４４は、磁極位置検出部３１からの磁極位置θに基づいて、２相直流のｄ軸電圧指令値Ｃｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｃｖｑを、３相交流電圧指令値Ｃｖｕ、Ｃｖｖ、Ｃｖｗに変換し、ＰＷＭ回路４５に出力する。

ＰＷＭ回路４５は、インバータ２０に含まれる上アーム側パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃおよび下アーム側パワー半導体素子２２ａ〜２２ｃ内の半導体スイッチング素子を制御する各制御信号を生成し、ゲートドライバ４６に出力する。

ゲートドライバ４６は、ゲートドライバ４６からの各制御信号に基づいて、上アーム側パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃおよび下アーム側パワー半導体素子２２ａ〜２２ｃ内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御し、インバータ２０でのＤＣ／ＡＣ変換を行う。

温度検出部５０は、保護部７０の温度を検出する。保護部７０は、インバータ２０の各パワー半導体素子２１ａ〜２１ｃおよび２２ａ〜２２ｃ内に含まれるスイッチング素子の温度上昇、および、交流回転電機に含まれるコイルおよび磁石の温度上昇に比例して、温度が上昇する部材である。保護部７０は、これらのスイッチング素子、コイル、および、磁石が、過熱によって破損することを防止するために設けられている。以下、保護部７０について説明する。保護部７０は、スイッチング素子の過熱を防止する場合、例えば、スイッチング素子が設けられている同一基板上に設けられている。保護部７０は、スイッチング素子と同じ環境下にあるため、それらのスイッチング素子の温度上昇に比例して、温度が上昇する。従って、保護部７０の温度が、予め設定された設定温度を超えないように制御することができれば、スイッチング素子についても、過熱による破損を防止することができる。このように、保護部７０は、過熱を防止したい部材と同じ環境下に設置すればよいが、それに限定されない。温度検出部５０は、温度センサ等を備えて構成され、保護部７０の温度を直接検出する。あるいは、温度検出部５０は、予め設定された演算を用いて、保護部７０の温度の推定値を求める。その場合には、例えば、温度検出部５０は、ジャンクション温度を推定する推定アルゴリズムに従う演算を用いて、保護部７０の温度の推定値を算出する。ジャンクション温度を推定する推定アルゴリズムについては公知のものであるため、ここでは、その説明を省略する。また、他の推定アルゴリズムを用いて、保護部７０の温度を推定するようにしてもよい。

最大電流調整部５１は、温度検出部５０により検出された保護部７０の温度に基づいて、最大電流Ｉｍａｘを調整して、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力する。最大電流調整部５１は、温度検出部５０により検出された保護部７０の温度が、予め設定された設定温度を超えないように、当該保護部７０の温度に基づいて、最大電流Ｉｍａｘの値を調整する。これにより、インバータ２０のスイッチング素子の温度の上昇が抑えられ、スイッチング素子の過熱による破損を防止することができる。最大電流調整部５１の具体的な構成および動作については、図３〜図８を用いて後述する。

許容トルク算出部５２は、最大電流調整部５１から出力される調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊに基づいて、許容トルクＣｔｒｑ＿ａｌｗを算出する。許容トルク算出部５２における許容トルクＣｔｒｑ＿ａｌｗの算出方法については後述する。

ここで、最大電流調整部５１が出力する最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊについて説明する。最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊは、下式（１）で示される相電流絶対値に対して現時点で許容される最大値を示す。

例えば、最大電流調整部５１から出力される調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが５００Ａの時、許容トルク算出部５２は、相電流絶対値が５００Ａ以下となる条件で、相電流絶対値が最大のトルクを算出する。従って，許容トルク内のトルク指令値が入力された場合は、電流指令演算部４１から出力されるｄ軸電流指令値Ｃｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｃｉｑは、基本的に、下式（２）の条件を満たす。

ｄｑ軸電流は指令値に対してフィードバック制御されるため、ｄｑ軸電流の指令値の絶対値を最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊ以下にすることで、同様に、相電流絶対値を最大電流以下にすることができる。

上限回転数算出部５３は、最大電流調整部５１から出力される調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊに基づいて、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを算出する。上限回転数算出部５３の上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍの算出方法については後述する。

回転数調整部５４は、上限回転数算出部５３から出力される上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍに基づいて、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔを調整する。回転数調整部５４は、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔが、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍに達している場合には、回転数Ｒｏｔを抑制するための制御指令値を出力する。当該制御指令値については、後述する。

トルク指令調整部５５は、許容トルク算出部５２から出力される許容トルクＣｔｒｑ＿ａｌｗの範囲内になるように、交流回転電機３０のトルク指令値Ｃｔｒｑを調整する。トルク指令調整部５５は、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊを電流指令演算部４１に出力する。また、トルク指令調整部５５は、トルク指令値を「０」にするためのトルク制御指令値Ｃｔｒｑ＿ｌｉｍを、回転数調整部５４から受信した場合には、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊを「０」に設定して、電流指令演算部４１に出力する。

次に、図１に示した制御装置における、最大電流調整部５１、許容トルク算出部５２、上限回転数算出部５３、回転数調整部５４、および、トルク指令調整部５５の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１００において、図１に示す制御装置の制御を開始する。

次に、ステップＳ１０１で、温度検出部５０により、保護部７０の温度を取得する。同時に、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で、トルク指令値Ｃｔｒｑ及び交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔを取得する。

次に、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で取得した検出温度と予め設定されている設定温度との温度偏差ΔＴを減算器により算出し、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、最大電流調整部５１により、温度偏差ΔＴに基づいて、最大電流Ｉｍａｘを調整する。最大電流調整部５１は、温度偏差ΔＴに基づいて、保護部７０の温度が設定温度を超えないように、最大電流Ｉｍａｘの調整を行う。最大電流調整部５１は、比例調整器６０と積分調整器６１とを備えて構成されている。最大電流調整部５１は、例えば、以下の図３〜図５に示す３つの構成例のうちのいずれか１つから構成される。

図３に、最大電流調整部５１の第１構成例を示す。図３の第１構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した保護部７０の検出温度との偏差が入力される。当該偏差は、設定温度から検出温度を減算した値である。従って、検出温度が設定温度を超えている場合、当該偏差の値は負の値となる。従って、この場合、検出温度が高くなればなるほど、当該偏差の値は小さくなる。

図３の第１構成例では、比例調整器６０の比例ゲインＫｐは正の値であるとする。比例調整器６０は、入力された偏差に、比例ゲインＫｐを乗算した値を出力する。

図３の第１構成例では、積分調整器６１の初期値を「最大電流Ｉｍａｘの上限値」として、比例調整器６０の出力を積分する。なお、ここで、「最大電流Ｉｍａｘの上限値」とは、非制限時の値を示す。「最大電流Ｉｍａｘの上限値」は、上記の式（１）によって示された「相電流絶対値」の設計上の上限値である。「最大電流Ｉｍａｘの上限値」は、主にスイッチング素子で発生する損失と冷却性能により定まる値で、基本的に一定値である。いかなる条件でも、意図的に、「最大電流Iｍａｘの上限値」よりも大きい「相電流絶対値」の電流を流すことはない。一方、「最大電流」は上述したように変化する量である。「最大電流」の調整範囲は、ゼロと「最大電流Iｍａｘの上限値」との間になる。

なお、ここで、積分調整器６１の初期値を「最大電流Ｉｍａｘの上限値」に設定する理由は、インバータ２０が起動した直後に確実にトルクを出力できるようにするためである。図３の第１構成例では、フィードバック制御で最大電流を調整するために、起動後に最大電流が適切な値となるまでにある程度の時間が必要である。従って、例えば積分調整器６１の初期値をゼロにした場合、保護部７０の温度が低く保護が不要である場合においても、起動直後は最大電流が小さい値であるため、トルクを十分出力することができない。これは、例えば交流回転電機を用いてエンジンを始動させる場合に問題となる。一方、積分調整器６１の初期値を「最大電流Ｉｍａｘの上限値」に設定した場合、保護部７０の温度が設定値を上回っている状態でインバータ２０が起動した際でも、確実に保護することができる。

図３の第１構成例では、温度検出部５０で検出した保護部７０の検出温度が設定温度よりも高くなると、比例調整器６０の出力は負の値となり、これに伴い、積分調整器６１の出力は減少する。具体的には、検出温度が設定温度よりも高い場合には、偏差は負の値となる。比例調整器６０は、偏差に比例ゲインＫｐを乗算した値を出力する。そのため、偏差が負の値の場合には、比例調整器６０の出力は負の値となる。また、積分調整器６１は負の値を積分するため、積分調整器６１の出力は、初期値から徐々に減少する。一方、保護部７０の検出温度が設定温度以下の場合には、比例調整器６０の出力は正の値となり、これに伴い、積分調整器６１の出力は増加する。図３の構成例では、比例調整器６０の出力と積分調整器６１の出力とを加算器により加算する。当該加算器の出力が、比例・積分補償の出力値となる。こうして、比例調整器６０および積分調整器６１により、上記偏差に対する比例・積分補償を行う。

図３の第１構成例では、次に、上下限制限部６２において、比例・積分補償の出力値に対する上限制限および下限制限を行う。上下限制限部６２では、上限値を、最大電流Ｉｍａｘの上限値とし、下限値を「０」とする。上下限制限部６２は、当該上限値および下限値を用いて、比例・積分補償の出力値に対する上限制限および下限制限を行うことで、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを算出する。具体的には、比例調整器６０の出力と積分調整器６１との出力とを加算器で加算した加算結果が、上下限制限部６２に入力される。上下限制限部６２は、当該加算結果が、上限値以下で、且つ、下限値以上の場合には、加算結果をそのまま、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとして出力する。一方、加算結果が上限値より大きい場合には、上限値を調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとして出力する。また、加算結果が下限値より小さい場合には、下限値を調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとして出力する。

図３の第１構成例では、上限値が最大電流Ｉｍａｘの上限値に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

図４に、最大電流調整部５１の第２構成例の構成を示す。図４の第２構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した保護部７０の検出温度との偏差が入力される。以下では、図３の第１構成例と異なる動作について主に説明する。

図４の第２構成例では、積分調整器６１の初期値を１として、比例調整器６０および積分調整器６１で、比例・積分補償を行う。更に、上下限制限部６２において、上限値を「１」とし、下限値を「０」として、上下限制限を行う。また、上下限制限部６２の出力と、最大電流Ｉｍａｘの上限値との積を乗算器で算出して、算出結果を、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとして出力する。具体的には、比例調整器６０の出力と積分調整器６１との出力とを加算器で加算した加算結果が、上限値以下で、且つ、下限値以上の場合には、加算結果と最大電流Ｉｍａｘの上限値との積を算出する。一方、加算結果が上限値より大きい場合には、上限値と最大電流Ｉｍａｘの上限値との積を算出する。また、加算結果が下限値より小さい場合には、下限値と最大電流Ｉｍａｘの上限値との積を算出する。

図４の第２構成例では、上限値が１に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

図５に、最大電流調整部５１の第３構成例の構成を図５に示す。図５の第３構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した保護部７０の検出温度との偏差が入力される。以下では、図３の第１構成例と異なる動作について主に説明する。

図５の第３構成例では、積分調整器６１の初期値を「０」とし、比例・積分補償を行う。更に、上下限制限部６２において、上限値を「０」とし、下限値を最大電流Ｉｍａｘの上限値に「−１」を乗じた値とする。また、上下限制限部６２の出力と、最大電流Ｉｍａｘの上限値との和を加算器で算出して、算出結果を、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとして出力する。具体的には、比例調整器６０の出力と積分調整器６１との出力とを加算器で加算した加算結果が、上限値以下で、且つ、下限値以上の場合には、加算結果と最大電流Ｉｍａｘの上限値との和を算出する。一方、加算結果が上限値より大きい場合には、上限値と最大電流Ｉｍａｘの上限値との和を算出する。また、加算結果が下限値より小さい場合には、下限値と最大電流Ｉｍａｘの上限値との和を算出する。

図５の第３構成例では、上限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が、最大電流Ｉｍａｘの上限値に「−１」を乗じた値に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

また、保護部７０と温度検出部５０とがそれぞれ複数ある場合、温度検出部５０から検出した検出温度の中から、最も保護が必要とされる検出温度を選択する。なお、「最も保護が必要とされる検出温度」については、図６〜図８の例を挙げて後述する。最大電流調整部５１は、選択した検出温度に基づいて、最大電流Ｉｍａｘを調整する。図６〜図８に、保護部７０と温度検出部５０とがそれぞれ複数ある場合の３つの構成例を示す。以下では、図６〜図８の構成例を、それぞれ、第４構成例、第５構成例、第６構成例と呼ぶ。図６〜図８において、最大電流調整部５１の基本的な構成は、図３に示した第１構成例の構成で説明するが、その場合に限らず、図４の第２構成例又は図５の第３構成例の構成としてもよい。

図６に、保護部７０と温度検出部５０とがそれぞれ複数ある場合の構成例を、第４構成例として示す。図６の第４構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２と、最小値算出部６３とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、各保護部７０に対して予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した各保護部７０の検出温度との偏差が入力される。

図６に示す第４の構成例では、入力された各偏差に対して、比例調整器６０と積分調整器６１で比例・積分補償を行う。また、最小値算出部６３が、比例・積分補償の出力値のうち、最小となる出力値を選択して出力する。すなわち、この場合の「最も保護が必要とされる検出温度」は、最小値算出部６３への入力値（Ｉ１，Ｉ２，．．．，ＩＮ）のうちの値が最も小さいものである。すなわち、「最も保護が必要とされる検出温度」として最小値算出部６３で選択される値は、ｍｉｎ（Ｉ１，Ｉ２，．．．，ＩＮ）である。また、上下限制限部６２が、最小値算出部６３からの出力値に対して、上下限制限することで、最大電流Ｉｍａｘを調整し、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力する。

図６の第４構成例では、上限値が最大電流Ｉｍａｘの上限値に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

図７に、保護部７０と温度検出部５０が複数ある場合の構成例を、第５構成例として示す。図７の第５構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２と、最小値算出部６５とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、各保護部７０に対して予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した各保護部７０の検出温度との偏差が入力される。

図７の第５構成例では、最小値算出部６５が、各比例調整器６０の出力値のうち、最小となる出力値を選択して出力する。すなわち、この場合の「最も保護が必要とされる検出温度」は、最小値算出部６５への入力値（Ｉｐ１，Ｉｐ２，．．．，ＩｐＮ）および入力値（ΔＩｉ１，ΔＩｉ２，．．．，ΔＩｉＮ）のうちの値が最も小さいものである。すなわち、「最も保護が必要とされる検出温度」として最小値算出部６５で選択される値は、ｍｉｎ（Ｉｐ１，Ｉｐ２，．．．，ＩｐＮ）およびｍｉｎ（ΔＩｉ１，ΔＩｉ２，．．．，ΔＩｉＮ）である。積分調整器６１は、最小値算出部６５から出力された出力値ｍｉｎ（ΔＩｉ１，ΔＩｉ２，．．．，ΔＩｉＮ）を用いて、積分を行う。その後、最小値算出部６５から出力された出力値ｍｉｎ（Ｉｐ１，Ｉｐ２，．．．，ＩｐＮ）と積分調整器６１からの出力値とが加算器により加算されて、比例・積分補償の出力値として出力される。上下限制限部６２は、上限値を最大電流Ｉｍａｘの上限値とし、下限値を「０」とする。上下限制限部６２は、上限値および下限値を用いて、比例・積分補償の出力値に対する上限制限および下限制限を行うことで、最大電流Ｉｍａｘを調整し、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力する。

図７の第５構成例では、上限値が最大電流Ｉｍａｘの上限値に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

図８に、保護部７０と温度検出部５０が複数ある場合の構成例を、第６構成例として示す。図８の第６構成例においては、最大電流調整部５１が、比例調整器６０と、積分調整器６１と、上下限制限部６２と、最小値算出部６６とを備えて構成されている。最大電流調整部５１には、各保護部７０に対して予め設定された設定温度と、温度検出部５０で検出した各保護部７０の検出温度との温度偏差ΔＴが入力される。

図８の第６構成例では、最小値算出部６６が、最大電流調整部５１に入力される各温度偏差ΔＴのうち、最小となる入力値を選択して出力する。すなわち、この場合の「最も保護が必要とされる検出温度」は、最小値算出部６６への入力値（Ｄ１，Ｄ２，．．．，ＤＮ）のうちの値が最も小さいもの、すなわち、設定温度から検出温度を差し引いた値が最小であるものとなる。従って、「最も保護が必要とされる検出温度」として最小値算出部６６で選択される値は、ｍｉｎ（Ｄ１，Ｄ２，．．．，ＤＮ）である。比例調整器６０は、最小値算出部６６の出力値に比例ゲインＫｐを乗算した値を出力する。また、積分調整器６１は、最小値算出部６６の出力を積分する。そして、比例調整器６０の出力値と、積分調整器６１の出力値とが、加算器により加算される。上下限制限部６２は、上限値を最大電流Ｉｍａｘの上限値とし、下限値を「０」とする。上下限制限部６２は、上限値および下限値を用いて、比例・積分補償の出力値に対する上限制限および下限制限を行うことで、最大電流Ｉｍａｘを調整し、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力する。

図８の第６構成例では、上限値が最大電流Ｉｍａｘの上限値に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、最大電流Ｉｍａｘの上限値を超えることはない。また、下限値が０に設定されているため、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊが、負の値となることを防止することができる。

図２に戻り、ステップＳ１０５では、最大電流調整部５１が、図３〜図８に示した上記のいずれかの構成例で、最大電流Ｉｍａｘを調整し、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力した後、ステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６では、許容トルク算出部５２が、許容トルクＣｔｒｑ＿ａｌｗを算出するとともに、上限回転数算出部５３が、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを算出する。以下、それぞれの算出方法を説明する。

許容トルク算出部５２は、まず、電圧検出部１１から検出された直流電圧Ｖｄｃと、予め設定された最大変調率ＭＦｍａｘとを用いて、演算式 Ｖｍａｘ＝ｓｑｒｔ（３／２）×Ｖｄｃ×（１／２）×ＭＦｍａｘに基づいて、最大電圧Ｖｍａｘを演算する。次に、許容トルク算出部５２は、最大電圧Ｖｍａｘと、電気角速度検出部３２からの電気角速度ωとを用いて、演算式 ＦＬｍａｘ＝Ｖｍａｘ÷ωに基づいて、最大鎖交磁束ＦＬｍａｘを演算する。さらに、許容トルク算出部５２は、最大鎖交磁束ＦＬｍａｘと、最大電流調整部５１からの調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとに基づいて、許容トルクＣｔｒｑ＿ａｌｗの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒと下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒとを求める。許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒと下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒとを求める一例として、図９および図１０にテーブルの一例を示す。図９が許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒを求めるためのテーブルで、図１０が許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒを求めるためのテーブルである。図９および図１０において、横軸は最大鎖交磁束ＦＬｍａｘ、縦軸は調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを示す。許容トルク算出部５２は、例えば、図９および図１０のテーブルを用いて、許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒと下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒとをそれぞれ求める。

上限回転数算出部５３は、許容トルク算出部５２と同様に、まず、電圧検出部１１から検出された直流電圧Ｖｄｃと、予め設定された最大変調率ＭＦｍａｘとを用いて、演算式 Ｖｍａｘ＝ｓｑｒｔ（３／２）×Ｖｄｃ×（１／２）×ＭＦｍａｘに基づいて、最大電圧Ｖｍａｘを演算する。次に、上限回転数算出部５３は、最大電圧Ｖｍａｘと、最大電流調整部５１からの調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊとに基づいて、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを求める。上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを求める一例として、図１１にテーブルの一例を示す。図１１において、横軸は調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを示し、縦軸は最大電圧Ｖｍａｘを示す。上限回転数算出部５３は、例えば、図１１のテーブルを用いて、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを求める。

このようにして、許容トルク算出部５２と上限回転数算出部５３とが、許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒと下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒ、および、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを算出した後、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７では、回転数調整部５４が、ステップＳ１０６で算出した上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍとステップＳ１０３で取得した回転数Ｒｏｔとを比較する。Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍ＞Ｒｏｔであれば、回転数調整部５４が、回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍ未満であると判定し、ステップＳ１０８へ移行する。一方、Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍ＞Ｒｏｔでなければ、回転数調整部５４が、回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍ以上であると判定し、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ１１２では、回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍに達しているため、回転数調整部５４が、回転数Ｒｏｔを抑制するための制御指令値を出力する。４つの制御指令値を例として以下に説明する。

１つ目の制御指令値としては、トルク指令調整部５５へトルク指令を「０」にするためのトルク制御指令値Ｃｔｒｑ＿ｌｉｍをトルク指令調整部５５に出力する。トルク指令調整部５５は、回転数調整部５４からトルク制御指令値Ｃｔｒｑ＿ｌｉｍを受信した場合、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊを、Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝０として、電流指令演算部４１に出力する。２つ目の制御指令値としては、車両のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）内の変速制御部へギヤ比を変更するための変速制御指令Ｃｓｆｔを出力する。３つ目の制御指令値としては、ＥＣＵ内のブレーキ制御部へブレーキ制御指令Ｃｂｒｋを出力する。また、車両がハイブリッド車の場合、４つ目の制御指令値として、ＥＣＵ内の燃料噴射制御部へ燃料噴射を停止させるための燃料噴射制御指令Ｃｓｔｐを出力する。上記４つの制御指令値のうち、少なくとも１つ以上の制御指令値を出力することにより、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔを抑制する。

ステップＳ１０８では、トルク指令調整部５５が、ステップＳ１０６で算出した許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒとステップＳ１０２で取得したトルク指令値Ｃｔｒｑとを比較する。トルク指令値Ｃｔｒｑ＞許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒであれば、トルク指令調整部５５が、トルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒより大きいと判定し、ステップＳ１０９へ移行する。トルク指令値Ｃｔｒｑ＞許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒでなければ、トルク指令調整部５５が、トルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒ以下であると判断し、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０では、トルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒを超えていないため、トルク指令調整部５５は、ステップＳ１０６で算出した許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒとステップＳ１０２で取得したトルク指令値Ｃｔｒｑとを比較する。トルク指令値Ｃｔｒｑ＜許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒであれば、トルク指令調整部５５は、トルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒ未満であると判定し、ステップＳ１０９へ移行する。トルク指令値Ｃｔｒｑ＜許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒでなければ、トルク指令調整部５５は、トルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒ以上であると判定し、ステップＳ１１１へ移行する。

ステップＳ１１１では、トルク指令値Ｃｔｒｑが、許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒを超えておらず、且つ、許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒを下回っていないため、トルク指令値Ｃｔｒｑの値を、そのまま、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊとして出力する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８でトルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒを超えていると判定された場合には、トルク指令調整部５５は、Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒとして、トルク指令値Ｃｔｒｑを調整する。すなわち、トルク指令調整部５５は、許容トルクの上限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒを、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊとして出力する。一方、ステップＳ１１０でトルク指令値Ｃｔｒｑが許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒを下回っていると判定された場合には、トルク指令調整部５５は、Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒとして、トルク指令値Ｃｔｒｑを調整する。すなわち、トルク指令調整部５５は、許容トルクの下限値Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒを、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊとして出力する。

すなわち、図２のフローチャートの内容をまとめると、以下のようになる。本実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置においては、まず、最大電流調整部５１において、温度検出部５０によって検出された保護部７０の温度に基づいて、保護部７０の温度が設定温度を超えないように、最大電流Ｉｍａｘを調整して、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊを出力する。

許容トルク算出部５２は、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊに基づいて、図９および図１０のテーブルを用いて、許容トルクの上限値と下限値とを算出する。

上限回転数算出部５３は、調整後の最大電流Ｉｍａｘ＿ａｄｊに基づいて、図１１のテーブルを用いて、上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを算出する。

このとき、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍを超えていたら、回転数Ｒｏｔを抑制するために、回転数調整部５４が、トルク制御指令値Ｃｔｒｑ＿ｌｉｍをトルク指令調整部５５に出力する。トルク指令調整部５５は、トルク制御指令値Ｃｔｒｑ＿ｌｉｍを受けて、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊを０に設定して、電流指令演算部４１に出力する。

一方、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍ以下の場合、以下の（１）〜（３）に示すように、トルク指令調整部５５が、調整後のトルク指令値Ｃｔｒｑ＿ａｄｊの値を設定する。

（１）トルク指令値＞許容トルクの上限値の場合：
→ Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｕｐｐｅｒ
（２）許容トルクの上限値≧トルク指令値≧許容トルクの下限値の場合：
→ Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝Ｃｔｒｑ
（３）トルク指令値＜許容トルクの下限値の場合：
→ Ｃｔｒｑ＿ａｄｊ＝Ｃｔｒｑ＿ａｌｗ＿ｌｏｗｅｒ

このように、本実施の形態１においては、トルク指令値を直接補正するのではなく、最大電流を調整するようにした。これにより、調整後の最大電流の値に基づいて、許容トルクと上限回転数とを調整することができる。また、許容トルクだけでなく、許容トルクと上限回転数の両方を調整するようにしたので、スイッチング素子の保護を確実に行うことができる。

上記の特許文献１においては、トルク指令値を補正していた。そのため、高回転域では、トルク指令値を０としても、ｄ軸電流を流す必要があるので、一定以上の電流がスイッチング素子に流れる。この電流により、スイッチング素子の温度が設定温度以上になり、スイッチング素子が破損する可能性があった。本実施の形態１では、上記構成により、当該課題を解決することが出来ており、スイッチング素子の過熱による破損を確実に防止することができる。

図１６〜図１９に、本実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置が、ハイブリッド車において、トルク指令値Ｃｔｒｑと回転数Ｒｏｔとを調整することで、保護部７０の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す。図１６〜図１９において、横軸は時間を示す。また、図１６の縦軸は交流回転電機３０の回転数を示す。図１７の縦軸は交流回転電機３０のトルクとエンジントルクとを示す。図１８の縦軸は保護部７０の検出温度を示す。図１９の縦軸は電流指令値と最大電流とを示す。

なお、図１６〜図１９のシミュレーション結果の説明の前に、比較例として、従来の制御装置におけるシミュレーション結果について図１２〜図１５を用いて説明する。

図１２〜図１５は、ハイブリッド車における、従来の制御装置により、トルク指令値を調整することで、保護部７０の温度制御を行った時の保護部温度等のシミュレーション結果を示す図である。

図１２〜図１５において、横軸は時間を示す。また、図１２の縦軸は交流回転電機の回転数を示す。図１３の縦軸は交流回転電機のトルクとエンジントルクとを示す。図１４の縦軸は保護部７０の検出温度を示す。図１５の縦軸は電流指令値と最大電流とを示す。

図１２〜図１５に示す従来の制御装置によるシミュレーション結果では、図１３に示すように、開始直後に、最大トルク制御により、交流回転電機トルクが最大となり、その後、弱め磁束制御により、トルク指令値が抑制される。また、図１４に示すように、保護部７０の検出温度と設定温度との偏差がなくなることにより、トルク指令値＝０となり、図１３に示すように、交流回転電機トルクも「０」となっている。しかしながら、エンジントルクは抑制されていない為、図１２に示すように、交流回転電機３０の回転数は上昇し続ける。その結果、弱め磁束制御による負のｄ軸電流により、図１４に示すように、保護部７０の検出温度が設定温度を超えてしまう。

これに対して、図１６〜図１９に示す本実施の形態１の制御装置によるシミュレーション結果では、図１７に示すように、開始直後に、最大トルク制御により交流回転電機トルクが最大となり、その後、弱め磁束制御により、トルク指令値が抑制される。更に、保護部７０の検出温度と設定温度との偏差がなくなることによりトルク指令値＝０となり、交流回転電機トルクも「０」となっている。

このとき、本実施の形態１においては、図１６に示すように、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔが上限回転数Ｃｒｏｔ＿ｌｉｍに達すると、燃料噴射制御へ燃料噴射を停止させるための燃料噴射制御指令Ｃｓｔｐを出力することで、図１７に示すように、エンジントルクも「０」となり、図１６に示すように、交流回転電機３０の回転数Ｒｏｔが抑制される。このことにより、本実施の形態１においては、弱め磁束制御による負のｄ軸電流を抑制することができる。その結果、図１８に示すように、保護部７０の検出温度が設定温度を超えることがない。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態１に係る制御装置にあっては、次に列挙する効果が得られる。

本実施の形態１に係る制御装置においては、温度検出部５０から検出した温度から最大電流を調整することにより、許容トルクと上限回転数が算出される。また、算出した許容トルクと上限回転数とに基づいて、トルク指令値と回転数とを調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。その結果、過熱によるスイッチング素子の破損を防止することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、最大電流調整部５１が、温度検出部５０より得られた温度が予め設定された設定温度を超えないように最大電流を調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、許容トルク算出部５２が、最大電流調整部５１において調整された最大電流と、電圧検出部１１から検出した直流電圧と、予め設定された最大変調率と、電気角速度検出部３２から検出した電気角速度に基づいて、許容トルクを算出することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、上限回転数算出部５３が、最大電流調整部５１において調整された最大電流と、電圧検出部１１から検出した直流電圧と、予め設定された最大変調率に基づいて、上限回転数を算出することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、回転数調整部５４が、変速指令値を出力することにより、交流回転電機の回転数を調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、回転数調整部５４が、ブレーキ指令値を出力することにより交流回転電機の回転数を調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、回転数調整部５４が、燃料噴射停止指令値を出力することにより交流回転電機の回転数を調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、回転数調整部５４が、トルク制御指令値を出力することにより交流回転電機の回転数を調整することで、保護部７０の温度を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置においては、少なくとも２つ以上の保護部７０が設けられている場合、最大電流調整部５１が、最も保護が必要とされる保護部７０の検出温度に基づいて、最大電流を調整することで、全ての保護部７０の温度を制御することができる。

なお、上述した実施の形態１に係る制御装置における各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。インバータ制御部４０、最大電流調整部５１、許容トルク算出部５２、上限回転数算出部５３、回転数調整部５４、および、トルク指令調整部５５の各部の機能それぞれを個別の処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。

一方、処理回路がプロセッサの場合、インバータ制御部４０、最大電流調整部５１、許容トルク算出部５２、上限回転数算出部５３、回転数調整部５４、および、トルク指令調整部５５の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリに格納される。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御装置は、処理回路により実行されるときに、インバータ制御ステップ、最大電流調整ステップ、許容トルク算出ステップ、上限回転数算出ステップ、回転数調整ステップ、および、トルク指令調整ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリに該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

産業上の利用の可能性

本発明は、交流回転電機の制御装置を製造するあらゆる産業で利用される。

１０ 直流電源、１１ 電圧検出部、２０ インバータ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 上アーム側パワー半導体素子、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 下アーム側パワー半導体素子、３０ 交流回転電機、３１ 磁極位置検出部、３２ 電気角速度検出部、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 電流センサ、４０ インバータ制御部、４１ 電流指令演算部、４２ ｄ軸電流調整器、４３ ｑ軸電流調整器、４４ 電圧座標変換器、４５ ＰＷＭ回路、４６ ゲートドライバ、４７ 電流座標変換器、５０ 温度検出部、５１ 最大電流調整部、５２ 許容トルク算出部、５３ 上限回転数算出部、５４ 回転数調整部、５５ トルク指令調整部、６０ 比例調整器、６１ 積分調整器、７０ 保護部。

Claims (9)

1. 交流回転電機に接続された電力変換回路のスイッチング素子の温度上昇に比例して温度が上昇する保護部の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した前記保護部の温度が、予め設定された設定温度を超えないように、前記交流回転電機の最大電流を調整する、最大電流調整部と、
   前記最大電流調整部で調整された前記最大電流に基づいて、許容トルクを算出する許容トルク算出部と、
   前記許容トルクに基づいて、前記交流回転電機に対するトルク指令値を調整するトルク指令調整部と、
   前記最大電流調整部で調整された前記最大電流に基づいて、前記交流回転電機の上限回転数を算出する上限回転数算出部と、
   前記上限回転数に基づいて、前記交流回転電機の回転数を調整する回転数調整部と
   を備えた、交流回転電機の制御装置。
2. 直流電源と、
   前記直流電源の直流電圧を検出する電圧検出部と、
   前記交流回転電機の電気角速度を検出する電気角速度検出部と
   をさらに備え、
   前記許容トルク算出部は、
   前記直流電源の前記直流電圧と予め設定された最大変調率とに基づいて、最大電圧を算出し、
   前記最大電圧と前記電気角速度とに基づいて、最大鎖交磁束を算出し、
   前記最大鎖交磁束と前記最大電流調整部で調整された前記最大電流とに基づいて、前記許容トルクを算出する、
   請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
3. 直流電源と、
   前記直流電源の直流電圧を検出する電圧検出部と
   をさらに備え、
   前記上限回転数算出部は、
   前記直流電源の前記直流電圧と予め設定された最大変調率とに基づいて、最大電圧を算出し、
   前記最大電圧と前記最大電流調整部で調整された前記最大電流とに基づいて、前記上限回転数を算出する、
   請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
4. 前記回転数調整部は、
   前記回転数と前記上限回転数とを比較して、前記回転数が前記上限回転数以上の場合には、変速制御に変更するための変速制御指令を出力することにより前記交流回転電機の前記回転数を調整する、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
5. 前記回転数調整部は、
   前記回転数と前記上限回転数とを比較して、前記回転数が前記上限回転数以上の場合には、ブレーキ制御を行うためのブレーキ制御指令を出力することにより前記交流回転電機の前記回転数を調整する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
6. 前記回転数調整部は、
   前記回転数と前記上限回転数とを比較して、前記回転数が前記上限回転数以上の場合には、燃料噴射を停止させるための燃料噴射制御指令を出力することにより前記交流回転電機の前記回転数を調整する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
7. 前記回転数調整部は、
   前記回転数と前記上限回転数とを比較し、
   前記回転数が前記上限回転数以上の場合には、前記トルク指令値を０にするためのトルク制御指令値を、前記トルク指令調整部に出力する、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
8. 前記トルク指令調整部は、
   前記回転数が前記上限回転数未満で、且つ、前記トルク指令値が前記許容トルクの上限値より大きい場合は、前記トルク指令値を前記許容トルクの上限値に設定し、
   前記回転数が前記上限回転数未満で、且つ、前記トルク指令値が前記許容トルクの下限値より小さい場合は、前記トルク指令値を前記許容トルクの下限値に設定し、
   前記回転数が前記上限回転数未満で、且つ、前記トルク指令値が、前記許容トルクの上限値以下で、前記許容トルクの下限値以上の場合は、前記トルク指令値をそのままの値とすることで、
   前記トルク指令値を調整する、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
9. 前記保護部が２以上設けられている場合に、
   前記最大電流調整部は、前記保護部の検出温度と前記設定温度との温度偏差の絶対値が最も大きい保護部を選択し、選択した前記保護部の温度が予め設定された設定温度を超えないように、前記交流回転電機の前記最大電流を調整する、
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。

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