WO2008102714A1 - 回転電機の駆動制御装置および車両 - Google Patents

回転電機の駆動制御装置および車両 Download PDF

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Tetsuya Miura
Akira Takasaki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a drive control device for a rotating electrical machine and a vehicle, and particularly to a technique for preventing demagnetization of a permanent magnet included in a rotor in a permanent magnet type synchronous machine.
  • Such an electric vehicle includes a power storage device including a secondary battery and the like, and a motor generator for receiving electric power from the power storage device and generating a driving force.
  • the motor generator generates driving force when starting or accelerating, and converts the vehicle's kinetic energy into electrical energy and recovers it to the power storage device when braking.
  • a permanent magnetic synchronous machine As a motor generator mounted on such an electric vehicle, a permanent magnetic synchronous machine is often used because of the high density of field magnetic flux and the ease of power regeneration.
  • the interior permanent magnet synchronous machine force that can be used in combination with the driving torque (reluctance streak) generated by the asymmetry of the magnetic resistance is frequently used.
  • the coercive force of a permanent magnet changes according to the environmental temperature. For example, if a ferromagnetic material that is the main component of a permanent magnet is exposed to a high ambient temperature that exceeds the Curie point at which a phase transition occurs, the coercive force of the permanent magnet will decrease, causing irreversible demagnetization that cannot be restored. Can occur.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2 0 1-1 5 7 3 0 4 discloses a rotating electric machine for a hybrid vehicle that can prevent demagnetization of a magnet due to temperature rise.
  • the hybrid vehicle includes first and second rotating electric machines and a control device.
  • This control device includes the engine and the first and first Based on the data input for the control of the second rotating electrical machine, the temperature of the permanent magnet of the 1 'rotating electrical machine is estimated.
  • the control device estimates the armature coil temperature from the temperature of the permanent magnet, and sets the maximum energizable current value from the armature coil temperature.
  • the control device limits the value of the current flowing through the armature to below this maximum value.
  • the method for estimating the temperature of a permanent magnet disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1-1 5 7 3 0 4 is as follows. First, the absolute value ratio K between the torque command value of the first rotating electrical machine and the output torque is calculated. Next, the calculated temperature K is substituted into a map in which the magnet temperature and the ratio K are associated, and the magnet temperature is estimated.
  • the estimation accuracy may vary depending on the structure of the rotating electrical machine. If the estimation accuracy is low, the estimated temperature may be lower than the actual magnet temperature. If the estimated temperature is lower than the actual temperature, there is a possibility that the rotating electrical machine will continue to operate without the temperature rise of the rotating electrical machine being suppressed. Therefore, the possibility of permanent magnet demagnetization increases. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a drive control device for a rotating electrical machine capable of estimating the temperature estimation of a permanent magnet included in the rotating electrical machine with higher accuracy, and a vehicle including the drive control device.
  • the present invention includes a first rotating electric machine including a first rotor including a first permanent magnet, and a structure different from the first rotating electric machine, and includes a second permanent magnet.
  • a drive control device that drives and controls a second rotating electrical machine (M 2) including a second rotor.
  • the drive control device estimates the drive unit that drives the first and second rotating electrical machines, the temperature of the first permanent magnet, and the temperature of the second permanent magnet, and based on the estimation result
  • the control unit includes a temperature estimation unit.
  • the temperature estimation unit corresponds to each of the first and second rotating electric machines from among a plurality of parameters related to the state of the first and second rotating electric machines based on the difference in the structure of the first and second rotating electric machines.
  • the temperature estimation unit estimates the temperature of the first permanent magnet and the temperature of the second permanent magnet using the first and second parameters, respectively.
  • the length of the second rotating electrical machine in the rotational axis direction is longer than the length of the first rotating electrical machine in the rotational axis direction.
  • the first rotating electrical machine further includes a first stator provided around the first rotor.
  • the second rotating electrical machine further includes a second stator provided around the second rotor.
  • the first and second rotors and the first and second stators are cooled by a cooling medium.
  • the first parameter is the temperature of the cooling medium.
  • the second parameter is the temperature of the second stator.
  • the cooling medium is a cooling oil.
  • the drive unit includes first and second inverters for driving the first and second rotating electric machines, respectively.
  • the control unit further includes an inverter control unit.
  • the inverter control unit limits the output current of the first inverter when the temperature of the first permanent magnet is equal to or higher than the first threshold temperature.
  • the inverter control unit limits the output current of the second inverter when the temperature of the second permanent magnet is equal to or higher than the second threshold temperature.
  • the first and second rotating electric machines are mounted on a vehicle including an internal combustion engine and drive wheels.
  • the first rotating electrical machine is coupled to the internal combustion engine.
  • the second rotating electrical machine is coupled to the drive wheel.
  • the first rotating electric machine including the first rotor having the first permanent magnet, and a structure different from the first rotating electric machine
  • a second rotating electric machine including a second rotor having a second permanent magnet, a drive unit for driving the first and second rotating electric machines, a temperature of the first permanent magnet, and a second permanent magnet
  • the control unit includes a temperature estimation unit. Based on the difference in the structure of the first and second rotating electrical machines, the temperature estimation unit applies each of the first and second rotating electrical machines from among a plurality of parameters related to the state of the first and second rotating electrical machines. Select the corresponding first and second parameters. The temperature estimation unit estimates the temperature of the first permanent magnet and the temperature of the second permanent magnet using the first and second parameters, respectively.
  • the length of the second rotating electrical machine in the rotational axis direction is longer than the length of the first rotating electrical machine in the rotational axis direction.
  • the first rotating electric machine further includes a first stator provided around the first rotor.
  • the second rotating electrical machine further includes a second stator provided around the second rotor.
  • the first and second rotors and the first and second stators are cooled by a cooling medium.
  • the first parameter is the temperature of the cooling medium.
  • the second parameter is the temperature of the second stator.
  • the cooling medium is a cooling oil.
  • the drive unit includes first and second inverters for driving the first and second rotating electric machines, respectively.
  • the control unit includes an inverter control unit.
  • the inverter control unit limits the output current of the first inverter when the temperature of the first permanent magnet is equal to or higher than the threshold temperature of the ⁇ .
  • the inverter control unit limits the output current of the second inverter when the temperature of the second permanent magnet is equal to or higher than the second threshold temperature.
  • the vehicle further includes an internal combustion engine to which the first rotating electric machine is coupled, and drive wheels to which the second rotating electric machine is coupled.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of a hybrid vehicle equipped with a drive control device for a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of power split device 2 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing in detail a portion related to drive control of AC motors M 1 and M 2 in hybrid vehicle drive apparatus 100 of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the inverters 14 and 31.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a main part of a permanent magnet type rotating electrical machine used for AC motors M 1 and M 2.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of AC motors M 1 and M 2.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the control device 30 in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the eddy current generated in the permanent magnet.
  • FIG. 9 is a thermal model diagram for explaining the temperature estimation method of the present embodiment.
  • Fig. 10 shows the result of applying the thermal model of Fig. 9 to AC motor M1.
  • FIG. 11 shows the result of applying the thermal model of FIG. 9 to AC motor M 2.
  • 'FIG. 12 is a diagram showing a map stored in the temperature estimation unit 302 of FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the control process of AC motor Ml in the present embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the load factor limiting process for AC motor M 1.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a control process for AC motor M2 in the present embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the load factor limiting process for AC motor M2. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of a hybrid vehicle equipped with a drive control device for a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
  • hybrid vehicle 200 includes a hybrid vehicle drive device 100, a power split mechanism 210, a differential gear (DG: D i f f e ren tia 1 Ge a r) 220, and a front wheel 230.
  • Hybrid vehicle drive device 100 includes DC power supply B, system relays SR 1 and SR2, boost converter 12 and 2, inverters 14 and 31, DCZDC converter 20, auxiliary battery 21 and control device 30.
  • the engine 60 and AC motors Ml and M2 are provided.
  • Inverters 14 and 31 constitute an IPM (intelligent power module) 35.
  • I PM35 is a drive unit that drives AC motors Ml and M2.
  • AC motor Ml is coupled to engine 60 through power split device 210. Then, AC motor VII starts engine 60 or generates electric power by the rotational force of engine 60.
  • AC motor M2 drives front wheel 230 via power split mechanism 210 and differential gear 220.
  • AC motors Ml and M2 are permanent magnet type three-phase AC synchronous rotating electrical machines. That is, each of AC motors Ml and M2 is configured to rotate a rotor having a permanent magnet by a current magnetic field (rotating magnetic field) generated by a drive current flowing in a coil provided in the stator.
  • the DC power source B consists of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion.
  • System relays SR 1 and SR 2 are turned on and off by signal SE from control device 30. More specifically, the system relays SR 1 and _SR 2 are turned on by an H (logic high) level signal SE from the control device 30 and an L (logical low) level signal SE from the control device 30. Turned off.
  • Boost converter 12 boosts the DC voltage supplied from DC power supply B and supplies it to inverters 14 and 31. More specifically, when boost converter 12 receives signal PWMU from control device 30, it boosts the DC voltage and supplies it to inverters 14 and 31. Further, when boost converter 12 receives signal PWMD from control device 30, boost converter 12 steps down the DC voltage supplied from inverter 14 (or 31) and supplies it to DC power supply B and DC / DC converter 20. Further, boost converter 12 stops the boost operation and the step-down operation by signal STP 1 from control device 30.
  • inverter 14 converts the DC voltage into an AC voltage based on signal DRV 1 from control device 30 to drive AC motor Ml. Inverter 14 also converts the AC voltage generated by AC motor Ml into a DC voltage based on signal DRV 1 from control device 30, and supplies the converted DC voltage to boost converter 12.
  • inverter 31 converts the DC voltage into an AC voltage based on signal DR V 2 from control device 30 and drives AC motor M 2.
  • the inverter 31 converts the AC voltage generated by the AC motor M 2 into a DC voltage based on the signal DRV 2 from the control device 30 during regenerative braking of the hybrid vehicle on which the hybrid vehicle drive device 100 is mounted.
  • the converted DC voltage is supplied to the boost converter 12.
  • regenerative braking here refers to a driver driving a hybrid vehicle. Although braking with regenerative power generation when the foot brake is operated or foot brake is not operated, turning off the accelerator pedal while driving decelerates the vehicle (or stops acceleration) while generating regenerative power. Including that.
  • the DC / DC converter 20 is driven by the signal DRV from the control device 30 and converts the DC voltage from the DC power source B to charge the auxiliary battery 21.
  • the DC / DC converter 20 is stopped by a signal STP 2 from the control device 3 °.
  • the auxiliary battery 21 stores the electric power supplied from the DCZDC converter 20.
  • the control device 30 generates a signal DRV 1 for controlling the inverter 14 when the inverter 14 drives the AC motor M 1, and outputs the generated signal DRV 1 to the inverter 14.
  • Control device 30 generates signal DRV 2 for controlling inverter 31 when inverter 31 drives AC motor M 2, and outputs the generated signal DRV 2 to inverter 31.
  • control device 30 when inverter 14 (or 3 1) drives AC motor Ml (or M2), control device 30 generates signal PW MU for controlling boost converter 12 and uses the generated signal PWMU as boost converter. Output to 12. Furthermore, the control device 30 generates a signal DRV 2 for converting the AC voltage generated by the AC motor M 2 into a DC voltage during regenerative braking of the hybrid vehicle 200 on which the hybrid vehicle drive device 100 is mounted. The signal DRV 2 is output to the inverter 3 1.
  • control device 30 generates signal PWMD for stepping down the DC voltage supplied from inverter 31 at the time of regenerative braking of hybrid vehicle 200, and outputs the generated signal PWMD to boost converter 12.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of power split device 210 shown in FIG.
  • dynamic force dividing mechanism 210 includes a ring gear 21 1, a carrier gear 21 2, and a sun gear 2 13 and a force.
  • the shaft 251 of the engine 60 is connected to the pinion gear 21 2 through the planetary carrier 253, the shaft 252 of the AC motor Ml is connected to the sun gear 213, and the shaft 254 of the AC motor M 2 is connected to the ring gear 2 1 1. It is connected.
  • the shaft 254 of AC motor M 2 is DG220 It is coupled to the drive shaft of the front wheel 230 via
  • AC motor M 1 rotates shaft 251 via shaft 252, sun gear 213, pinion gear 212, and planetary carrier 253 to start engine 60.
  • AC motor Ml receives the rotational force of engine 60 through shaft 251, planetary carrier 253, pinion gear 212, sun gear 213, and shaft 252, and generates electric power by the received rotational force.
  • FIG. 3 is a diagram showing in detail a portion related to drive control of AC motors Ml and M2 in hybrid vehicle drive apparatus 100 of FIG.
  • DC power supply B outputs a DC voltage.
  • the voltage sensor 10 detects the voltage Vb output from the direct current power supply B, and outputs the detected voltage Vb to the control device 30.
  • Capacitor C 1 smoothes the DC voltage supplied from DC power supply B via system relays SR 1 and SR 2, and supplies the smoothed DC voltage to boost converter 12.
  • the voltage sensor 11 detects the voltage V c across the capacitor C 1 and outputs the detected voltage V c to the control device 30.
  • Boost converter 12 includes a reactor L 1, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) elements Q 1 and Q 2, and diodes D 1 and D 2.
  • One end of the reactor L 1 is connected to the power line of the DC power source B, and the other end is an intermediate point between the I GBT element Q 1 and the I 08 element 02, that is, the I 08 element (31 emitters and I GBT element Q2 is connected between the collector of Q 2.
  • I GBT elements Ql and Q2 are connected in series between the power line and the ground line 1. 8 elements (31, Q2 are above An arm and a lower arm are formed respectively.
  • the collector of I GBT element Q 1 is connected to the power line, and the emitter of I GBT element Q 2 is connected to the earth line.
  • diodes D 1 and D 2 for passing current from the emitter side to the collector side are arranged between the collector emitters of the IGBT elements Q l and Q2, respectively.
  • boost converter 12 I GBT elements Q1 and Q2 are turned on by controller 30.
  • the DC voltage supplied from the capacitor C 1 is boosted and the output voltage is supplied to the capacitor C 2.
  • boost converter 12 lowers the DC voltage generated by AC motor Ml or M2 and converted by inverter 14 or 31 during regenerative braking of the hybrid vehicle, and supplies the voltage to capacitor C1.
  • Capacitor C 2 smoothes the DC voltage supplied from boost converter 12, and supplies the smoothed DC voltage to inverters 14 and 31.
  • Voltage sensor 13 detects the voltage on both sides of capacitor C 2, that is, output voltage Vm of boost converter 12.
  • the inverter 14 converts the DC voltage into an AC voltage based on the signal DRV 1 from the control device 30 and drives the AC motor VII. As a result, AC motor Ml is driven so as to generate torque specified by torque command value TR 1.
  • the inverter 14 converts the AC voltage generated by the AC motor Ml into a DC voltage based on the signal DRV 1 from the controller 30 when the AC motor Ml generates power, and converts the converted DC voltage to the capacitor C 2 To the boost converter 1 2.
  • the inverter 31 converts the DC voltage into an AC voltage based on the signal D R V 2 from the control device 30 and drives the AC motor M 2. As a result, AC motor M 2 is driven to generate the torque specified by torque command value TR 2.
  • the inverter 31 converts the AC voltage generated by the AC motor M 2 into a DC voltage based on the signal DRV 2 from the control device 30 during regenerative braking of the hybrid vehicle equipped with the hybrid vehicle drive device 100. Then, the converted DC voltage is supplied to the boost converter 12 via the capacitor C2.
  • the rotation angle detector 3 2 A is arranged in the AC motor Ml.
  • the rotation angle detector 32 A is connected to the rotation shaft of the AC motor Ml.
  • the rotation angle detector 32A detects the rotation angle 61 based on the rotation position of the rotor of the AC motor Ml, and outputs the detected rotation angle 01 to the control device 30.
  • the rotation angle detector 3 2 B is disposed in the AC motor M2.
  • the rotation angle detector 3 2 B is connected to the rotation shaft of the AC motor M2.
  • Rotation angle detector 3 2 B is an AC motor M2
  • the rotation angle 0 2 is detected based on the rotation position of the rotor, and the detected rotation angle 02 is controlled and output to the device 30.
  • the control device 30 receives torque command values TR1, TR2 and motor rotational speeds MRN1, MRN2 from an ECU (Electric continent ununit) provided outside. Control device 30 further receives voltage Vb from voltage sensor 10, receives voltage Vc from voltage sensor 11 and receives voltage Vm from voltage sensor 13 and receives motor current MCRT 1 from current sensor 24, and current sensor. 28 receives motor current MCRT2. Control device 30 further receives rotation angles 0 1 and 0 2 from rotation angle detectors 32 A and 32 B, respectively.
  • control device 30 Based on voltage Vm, motor current MCRT 1, torque command value TR 1, and rotation angle 0 1, control device 30 performs switching control of the switching elements included in inverter 14 when inverter 14 drives AC motor Ml. Signal DR VI to generate Control device 30 outputs the generated signal DRV 1 to inverter 14.
  • the control device 30 controls the switching elements included in the inverter 31 when the inverter 31 drives the AC motor M2.
  • the signal DRV2 is generated.
  • Control device 30 outputs the generated signal DRV 2 to inverter 31.
  • the controller 30 controls the voltage Vb, Vm, the torque command value TR 1 (or TR2), and the motor speed MRN 1 (or MRN2). Based on the above, it generates the signal PWMU for switching control of the I & 8 elements 01 and Q2 of the boost converter 12. Control device 30 outputs the generated signal PWMU to boost converter 12.
  • Control device 30 generates signal DRV 2 for converting the AC voltage generated by AC motor M 2 into a DC voltage during regenerative braking of hybrid vehicle 200.
  • Control device 30 outputs signal DRV2 to inverter 31.
  • the switching element of the inverter 31 is controlled by the signal DRV 2. This
  • the inverter 31 converts the AC voltage generated by the AC motor M 2 into a DC voltage and supplies it to the boost converter 12.
  • control device 30 generates a signal PWMD for stepping down the DC voltage supplied from inverter 14 (or 31), and outputs the generated signal PWMD to boost converter 12.
  • the AC voltage generated by AC motor Ml or M2 is converted into a DC voltage, stepped down, and supplied to DC power source B.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the inverters 14 and 31.
  • the configuration of the inverter 31 is the same as that of the inverter 14.
  • the configuration of inverter 14 is typically described, but the configuration of inverter 3 1 is equivalent to the configuration of inverter 14 described below, with “inverter 14” replaced by “inverter 3 1”. .
  • inverter 14 includes a U-phase arm 15, a V-phase arm 16, and a W-phase arm 17.
  • U-phase arm 15, V-phase arm 16, and W-phase arm 17 are provided in parallel between power supply line 1 and earth line 2.
  • U-phase arm 15 consists of I GBT elements Q 3 and Q 4 force connected in series
  • V-phase arm 16 consists of I GBT elements Q 5 and Q 6 force connected in series
  • W-phase arm 17 Is composed of I 08 elements (37, Q 8 force connected in series.
  • diode D 3 allows current to flow from the emitter side to the collector side between the collector and emitter of each I GBT element Q 3 to Q 8. ⁇ D8 are connected respectively.
  • each phase arm of inverter 14 is connected to each phase end of each phase coil of AC motor Ml. That is, the other end of the U-phase coil of AC motor Ml is at the midpoint of I GBT elements Q3 and Q4, the other end of the V-phase coil is at the midpoint of IGBT elements Q5 and Q6, and the other end of the W-phase coil Are connected to the intermediate points of I GBT elements Q 7 and Q 8, respectively. Similarly, the intermediate point of each phase arm of inverter 31 is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a main part of a permanent magnet type rotating electric machine used for AC motors Ml and M2.
  • a plurality of holes 52 are formed in the rotor core 50, and the permanent magnet 54 is inserted and disposed in the hole 52 to form a pole.
  • the rotor core 5 A plurality of coils (not shown) are arranged so as to surround 0. The rotor is driven to rotate based on a rotating magnetic field formed by passing through a plurality of coils.
  • the control device 30 controls the inverters 14 and 31 in the first mode, and the magnet temperature exceeds the threshold temperature. In the second mode, the inverters 14 and 31 are controlled in the second mode in which the temperature rise of the permanent magnet can be suppressed more than in the first mode.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section of AC motors Ml and M2.
  • the cross-sectional direction of AC motors Ml and M2 is parallel to the rotation axis of AC motors Ml and M2.
  • AC motors Ml and M2 are housed in case 65.
  • the AC motor Ml includes a rotor core 50.1 and a permanent magnet 54.1.
  • the permanent magnet 54.1 is inserted into the rotor core 50.1.
  • AC Motor] VII further includes a stator core 46.1 and a stator coil 46.1 wound around the stator core 40.1.
  • the stator core 40.1 (and the stator coil 46.1) is provided around the rotor core S-O-1.
  • AC motor M2 includes a rotor core 50.2 and a permanent magnet 54.2.
  • the permanent magnet 54.2 is inserted into the rotor core 50.2.
  • AC motor M2 further includes a stator core 40.2 and a stator coil 46.2 wound around stator core 40.2.
  • the stator core 40.2 (and the stator coil 46.2) is placed around the mouth-tacore 50.2.
  • the number of permanent magnets 54.1 and the number of permanent magnets 54.2 are not particularly limited.
  • Axis X is the rotating shaft of AC motor Ml and the rotating shaft of AC motor M2. As shown in Fig. 6, the length of the rotor core 50.1 in the axis X direction is the rotor core 50. It is longer than the length of the 2 axis X direction. Thus, AC motor Ml and AC motor M2 have different structures.
  • Rotor core 50.1 and stator (stator core 40.1 and stator coil 46.1) are cooled by oil 70.
  • rotor core 50.2 and stator (stator core 40.2 and stator coil
  • the oil 70 is specifically an automatic transmission fluid (ATF) of an automatic transmission.
  • ATF automatic transmission fluid
  • the rotor and the stator can be cooled by the cooling oil that is liquid.
  • the rotor and the stator can be cooled by the ATF.
  • the cooling medium is oil, but for example, the cooling medium may be a gas.
  • a temperature sensor 72 for detecting the temperature of the oil 70 is provided at the bottom of the case 65.
  • a temperature sensor 74 is provided in the vicinity of the stator coil 46.2 in order to detect the temperature of the stator of the AC motor M2.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the control device 30 of FIG. Note that the control device 30 shown in FIG. 7 may be realized by hardware or software.
  • control device 30 includes a converter control unit 301, a temperature estimation unit 3 02, and an inverter control unit 303. Based on the voltage Vb of the DC power supply B, the voltage Vc of the capacitor C1, the motor rotation speeds MRN1 and MRN2, and the torque command values TR1 and TR2, the converter control unit 301 generates signals PWMU, PWMD, Generate and output STP 1.
  • Temperature estimation unit 302 receives motor rotation speeds MRN 1 and MRN 2 and torque command values TR 1 and TR 2. Temperature estimation unit 302 further receives temperature Ta of oil 70 from temperature sensor 72 (see FIG. 6), and receives temperature T s of stator coil 46.2 from temperature sensor 74 (see FIG. 6). The temperature estimation unit 302 calculates the rotor core of the AC motor Ml based on the motor rotational speed MRN1, the torque command direct TR 1, and the temperature Ta.
  • the inverter control unit 303 generates a signal DRV 1 based on the rotation angles 0 1 and 0 2, the torque command values TR 1 and TR 2, the motor currents MCRT 1 and MCRT 2, and the output voltage V m of the boost converter 12. , Generate and output DRV 2.
  • the inverter control unit 303 receives the estimated magnet temperature value from the temperature estimation unit 302. Inverter control section 303 limits the load factor of AC motor Ml (M2) when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the eddy current generated in the permanent magnet.
  • eddy current I is generated in permanent magnet 54.
  • Eddy current I flows only near the surface of the permanent magnet 54. Since Joule heat is generated by the eddy current I, the temperature of the permanent magnet 54 rises. The eddy current I increases as the fluctuation of the magnetic field increases. As a result, the temperature of the permanent magnet 54 increases.
  • Joule heat due to eddy current is not generated.
  • the rotor of an AC motor is configured to be rotatable, if a temperature sensor is used to directly detect the temperature of the permanent magnet provided in the rotor, the rotating rotor and the stationary stator side It is necessary to configure the sensor wiring between them with a rotary joint. This complicates the motor structure.
  • control device 30 Based on the difference in the structure of AC motors Ml and M2, control device 30 has first and second corresponding to each of AC motors Ml and M2 among a plurality of parameters related to the states of AC motors M1 and M2. Select the second parameter.
  • the first parameter is the temperature Ta of the oil 70
  • the second parameter is the temperature T s of the stator coil 46.2.
  • the control device 30 estimates the temperature of the permanent magnet 54.1 included in the AC motor Ml based on the temperature T s and calculates the temperature of the permanent magnet 54.2 included in the AC motor M2 based on the temperature T s. presume. By selecting an appropriate parameter from among multiple parameters according to the structure of the AC motor, the temperature of the permanent magnet can be estimated more accurately.
  • FIG. 9 is a thermal model diagram for explaining the temperature estimation method of the present embodiment.
  • the magnet temperature, calorific value, and heat capacity are Tin, Qm, and Mm, respectively.
  • T r, Q r, and Mr be the rotor temperature, heat value, and heat capacity, respectively.
  • T s, Q s, and Ms be the stator temperature, heat value, and heat capacity, respectively.
  • the temperature of the atmosphere (oil) be Ta.
  • the thermal resistance between the magnet and the rotor, the thermal resistance between the rotor and the stator, the thermal resistance between the stator and the atmosphere, and the thermal resistance between the rotor and the atmosphere are respectively R 1, R 2, R 3 , R4.
  • the unit of temperature is [° C].
  • the unit of heat capacity is [JZ ° C] and the unit of thermal resistance is [° CZW].
  • Tm (R 1 + R 4) Qm + R4 (Q r + Q s) — (R 4 / R 3) T s + (1 + R 4 / R 3) T a (4)
  • Equation (4) shows that the temperature Tm is a linear function determined by the calorific value and temperature.
  • FIG. 10 is a diagram showing a result of applying the thermal model of FIG. 9 to AC motor M 1.
  • the temperature is the measured value
  • the calorific value is the calculated value.
  • the contribution rate is a value indicating the degree of coincidence between the measured value and the estimated value, and is a value in the range of 0 to 1. The closer the contribution rate is to 1, the smaller the difference between the estimated value and the measured value. As shown in FIG. 10, a plurality of points indicating the relationship between the estimated value and the actually measured value are distributed in the vicinity of a straight line indicating that the estimated value and the actually measured value are equal.
  • FIG. 11 shows the result of applying the thermal model of FIG. 9 to AC motor M 2.
  • the temperature is a measured value
  • the heat value is a calculated value.
  • a high correlation was obtained between magnet heat generation Q m and stator temperature T s.
  • the horizontal axis shows the estimated value of the magnet temperature obtained from the regression equation
  • the vertical axis shows the measured value of the magnet temperature.
  • the contribution ratio (R 2 ) was 0.9699.9.
  • a plurality of points indicating the relationship between the estimated value and the actually measured value are distributed in the vicinity of a straight line indicating that the estimated value and the actually measured value are equal.
  • the temperature of oil 70 is the ambient temperature of AC motors Ml and M2. Therefore, if the AC motor continues to be used without changing the operating point of the AC motor, the ambient temperature and the temperature of the permanent magnet will be approximately equal. For this reason, the temperature of AC motor M1 and the oil temperature are considered to be correlated.
  • AC motor M2 has a longer shaft length than AC motor Ml.
  • stator of AC motor M 2 (stator core 40.2 and stator coil 46.2) Receives a lot of heat generated from the rotor (heat receiving area increases).
  • temperature of oil 70 reflects the average temperature of AC motors Ml and M2. Therefore, the temperature of stator coil 46.2 is higher than that of oil 70. Permanent magnet 54.
  • temperature estimation unit 302 in FIG. 7 stores a map that associates the operating state of AC motor M 1 with the magnet temperature, and is included in the rotor of AC motor M 1 with reference to this map. Estimate the temperature of the permanent magnet.
  • FIG. 12 is a diagram showing a map recorded by the temperature estimation unit 302 in FIG.
  • each of maps MP 1 to MP 4 defines the correspondence between the magnet temperature and the operating point of AC motor Ml determined by the torque and rotational speed of AC motor Ml.
  • the oil temperature (temperature Ta) conditions differ between maps MP1 to MP4.
  • the temperature estimation unit 302 stores a plurality of maps (maps MP 1, MP 2, MP 3, MP 4, etc.) that differ for each oil temperature (temperature Ta).
  • the number of maps is not particularly limited, but the larger the number of maps, the more accurately the temperature of the permanent magnet included in the rotor of AC motor Ml can be estimated.
  • the temperature estimation unit 302 receives the temperature Ta from the temperature sensor 72 and selects a map corresponding to the temperature Ta from a plurality of maps. Next, temperature estimation section 302 refers to the map and calculates the magnet temperature from the operating point on the map determined by torque command value TR 1 and motor rotational speed MRN1. Fig. 12 shows 110 ° C, 150 ° C, and 190 ° C as examples of magnet temperatures defined in the map.
  • the method for estimating the magnet temperature of AC motor M 2 by temperature estimation unit 302 is as follows.
  • the temperature estimation unit 302 stores a correlation equation between the stator temperature and the magnet temperature, which is obtained in advance.
  • the temperature estimation unit 302 estimates the magnet temperature of the AC motor M2 based on the stator temperature T s obtained by the temperature sensor 74 and its correlation equation.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the control process of AC motor Ml in the present embodiment.
  • control device 30 sets the initial temperature of the permanent magnet included in the rotor of AC motor Ml (M2) (step S1).
  • the process of step S1 is executed, for example, when a start instruction is given to the hybrid vehicle drive apparatus 100.
  • the initial temperature of the permanent magnet of AC motor Ml is set to temperature Ta (oil temperature).
  • control device 30 (more specifically, temperature estimation unit 302 shown in FIG. 6) obtains temperature Ta, torque command value TR 1, and motor rotation speed MRN 1.
  • the control device 30 selects a map corresponding to the temperature T′a from among a plurality of maps.
  • control device 30 estimates magnet temperature Tmg 1 of the permanent magnet included in the rotor of AC motor Ml based on the map, torque command value TR 1 and motor rotational speed MRN 1.
  • control device 30 determines whether or not magnet temperature Tmg1 is equal to or higher than a predetermined temperature T1. If magnet temperature Tmg 1 is equal to or higher than temperature T 1 (YES in step S 3), the process proceeds to step S 4. On the other hand, when magnet temperature Tmg 1 is lower than temperature T 1 (NO in step S 3), the process returns to step S 2.
  • control device 30 executes a process (load factor limiting process) for limiting torque of AC motor Ml (step S 4). Specifically, control device 30 limits the current flowing through AC motor Ml, that is, the output current of inverter 14. When the process of step S4 ends, the process returns to step S2.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the load factor limiting process for AC motor Ml.
  • the horizontal axis of the graph represents the estimated magnet temperature (magnet temperature Tmg 1)
  • the vertical axis of the graph represents the torque limit value of AC motor M1.
  • the control device 30 reduces the torque limit value when the magnet temperature exceeds T1.
  • control device 30 sets the torque limit value to 0, for example.
  • the control device 30 controls the output current of the inverter 14 so as not to exceed the torque limit value of the AC motor Ml. Therefore, when magnet temperature Tmg 1 exceeds T 1, the torque of AC motor Ml is limited.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the control processing of AC motor M2 in the present embodiment.
  • control device 30 sets the initial temperature of the permanent magnet included in the rotor of AC motor M2 (step S1A).
  • the initial temperature of the permanent magnet of AC motor M 2 is set to temperature T s (stator coil temperature).
  • step S 2 A the control device 30 (more specifically, the temperature estimation unit 302 shown in FIG. 6) substitutes the temperature T s into a correlation equation that is stored in advance, and includes a permanent magnet included in the rotor of the AC motor M2. Estimate the magnet temperature Tmg2.
  • step S 3 A the controller 30 determines that the magnet temperature Tmg 2 is equal to the predetermined temperature T 1.
  • step S 3 A judges whether it is A or more. If magnet temperature Tmg 2 is equal to or higher than temperature T 1 A (YES in step S 3 A), the process proceeds to step S 4 A. On the other hand, when magnet temperature Tmg 2 is lower than temperature T 1 A (NO in step S 3 A), the process returns to step S 2 A.
  • control device 30 executes a process of limiting the torque of AC motor M 2 (load factor limiting process) (step S4A).
  • the control device 30 limits the current flowing through the AC motor M 2, that is, the output current of the inverter 31.
  • the process of step S 4 A ends, the process returns to step S 2 A.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the load factor limiting process for AC motor M2.
  • the horizontal axis of the graph shows the estimated magnet temperature (magnet temperature Tmg 2), and the vertical axis of the graph shows the torque limit value of AC motor M2.
  • the control device 30 decreases the torque limit value when the magnet temperature exceeds T l A. When the magnet temperature becomes T 2 A or higher, control device 30 sets the torque limit value to 0, for example.
  • the control device 30 controls the output current of the inverter 14 so that the output torque of the AC motor M2 does not exceed the torque limit value. Therefore, when magnet temperature Tmg 2 exceeds T 1 A, the torque of AC motor M2 is limited.
  • the temperature of the permanent magnet can be lowered by operating the AC motor Ml (M2) with the output torque limited. Therefore, demagnetization of the permanent magnet can be prevented.
  • AC motors Ml and M2 are motors having different structures (having different shaft lengths).
  • the controller 30 estimates the magnet temperatures Tmg l and Tmg 2 and controls the I PM 35 (inverters 14 and 31) based on the magnet temperatures Tmg 1 and Tmg 2.
  • Control device 30 estimates magnet temperature Tmg 1 using the first parameter (temperature of cooling oil of AC motors Ml and M2).
  • the control device 30 estimates the magnet temperature Tmg 2 based on the second parameter (temperature of the stator coil 46.2).
  • the magnet temperature can be estimated more accurately by selecting an appropriate parameter from the multiple parameters related to the state of the AC motors Ml and M2 based on the difference in the structure of the AC motors Ml and M2. .
  • the vehicle of the present embodiment it is possible to drive a plurality of rotating electric machines having different structures while preventing demagnetization of the permanent magnet.
  • converter control unit 301, temperature estimation unit 302, and inverter control unit 303 in control device 30 in the present embodiment may be configured by a circuit having a function corresponding to each block, or set in advance. You may implement
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • the plurality of parameters relating to the state of the AC motor are not limited to the parameters used in the thermal model of FIG. 9, and may include other parameters such as the number of rotations of the AC motor.

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Abstract

互いに構造が異なる第1及び第2のモータと、前記第1のモータの第1の磁石温度及び第2のモータの第2の磁石温度を推定し、前記第1および第2の磁石温度に基づいて、駆動部を制御する制御装置と、前記制御装置は第1のパラメータ(第1、第2のモータの冷却油の温度)を用いて第1の磁石温度を推定し、第2のモータのステータの温度を用いて第2の磁石温度を推定する。第1及び第2のモータの構造の違いに基づいて、第1及び第2のモータの状態に関する複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択されることで、第1及び第2の磁石温度をより正確に推定することができる。

Description

明細書 回転電機の駆動制御装置および車両 技術分野
本発明は、 回転電機の駆動制御装置、 および車両に関し、 特に永久磁石型同期 機において、 ロータに含まれる永久磁石の減磁を防ぐ技術に関する。 背景技術
近年、 環境に配慮した自動車として、 ハイプリッド自動車 (Hybrid Vehicle) や電気自動車 (Electric Vehicle) などの電動車両が大きく注目されている。 こ のような電動車両は、 二次電池などからなる蓄電装置と、 当該蓄電装置から電力 を受けて駆動力を発生するためのモータジェネレータとを備えている。 モータジ エネレータは、 発進時や加速時などにおいて駆動力を発生するとともに、 制動時 などにおいて車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置に回収 する。
このような電動車両に搭載されるモータジェネレータとしては、 界磁磁束の高 密度化や電力回生の容易性などから永久磁石形同期機 (permanent magnetic synchronous machine) が用いられることが多い。 特に、 磁気抵抗の非対称性に よって生じる駆動トルク (リラクタンストノレク) を併用して利用できる埋込構造 の永久磁 形同期機 (interior permanent magnet synchronous machine) 力 ¾ 繁に採用される。
一般的に、 永久磁石は、 環境温度に応じて保磁力が変化することが知られてい る。 たとえば、 永久磁石の主成分である強磁性体が相転移を生じるキュリー点を 超えるような高温の環境温度に晒されると、 永久磁石の保磁力が低下し、 元に戻 らない不可逆減磁が生じ得る。
特開 2 0 0 1— 1 5 7 3 0 4号公報は、 温度上昇による磁石の減磁を防止可能 なハイブリッド車用回転電機を開示する。 ハイブリッド車は、 第 1および第 2の 回転電機と制御装置とを備える。 この制御装置は、 エンジンおよび第 1および第 2の回転電機の制御のために入力されるデータに基づいて、 第 1 'の回転電機が有 する永久磁石の温度を推定する。 制御装置は、 永久磁石の温度から電機子コイル 温度を推定して、 その電機子コイル温度から最大通電可能電流値を設定する。 制 御装置は、 電機子に流れる電流値をこの最大値以下に制限する。
特開 2 0 0 1— 1 5 7 3 0 4号公報に開示される永久磁石の温度推定方法はた とえば以下のとおりである。 まず、 第 1の回転電機のトルク指令値と出力トルク との絶対値の比 Kを算出する。 次に、 算出した比 Kを磁石温度と比 Kとが対応付 けられたマップに代入して磁石温度を推定する。
上述した温度推定方法の場合、 回転電機の構造の違いに応じて推定精度が異な ることが考えられる。 推定精度が低い場合には実際の磁石温度よりも推定温度が 低いことが起こり得る。 推定温度が実際の温度よりも低い場合、 回転電機の温度 上昇が抑制されないまま回転電機が動作し続ける可能性がある。 よつて永久磁石 の減磁が生じる可能性が高くなる。 発明の開示
本発明の目的は、 回転電機に含まれる永久磁石の温度推定をより精度よく推定 することが可能な回転電機の駆動制御装置および、 その駆動制御装置を備える車 両を提供することである。
本発明は要約すれば、 第 1の永久磁石を含む第 1の回転子を備える第 1の回転 電機と、 第 1の回転電機と異なる構造を有し、 力つ、 第 2の永久磁石を含む第 2 の回転子を備える第 2の回転電機 (M 2 ) とを駆動制御する駆動制御装置である。 駆動制御装置は、 第 1および第 2の回転電機を駆動する駆動部と、 第 1の永久磁 石の温度と、 第 2の永久磁石の温度とを推定するとともに、 その推定結果に基づ いて駆動部を制御する制御部とを備える。 制御部は、 温度推定部を含む。 温度推 定部は、 第 1および第 2の回転電機の構造の違いに基づいて、 第 1および第 2の 回転電機の状態に関する複数のパラメータの中から第 1および第 2の回転電機に それぞれ対応する第 1および第 2のパラメータを選択する。 温度推定部は、 第 1 および第 2のパラメータを用いて、 第 1の永久磁石の温度と、 第 2の永久磁石の 温度とをそれぞれ推定する。 好ましくは、 第 2の回転電機の回転軸方向の長さは、 第 1の回転電機の回転軸 方向の長さよりも長い。
より好ましくは、 第 1の回転電機は、 第 1の回転子の周囲に設けられる第 1の 固定子をさらに含む。 第 2の回転電機は、 第 2の回転子の周囲に設けられる第 2 の固定子をさらに含む。 第 1および第 2の回転子と第 1および第 2の固定子とは 冷却媒体により冷却される。 第 1のパラメータは、 冷却媒体の温度である。 第 2 のパラメータは、 第 2の固定子の温度である。
さらに好ましくは、 冷却媒体は、 冷却油である。
好ましくは、 駆動部は、 第 1および第 2の回転電機をそれぞれ駆動する第 1お よび第 2のインバータを含む。 制御部は、 インバータ制御部をさらに含む。 イン バ一タ制御部は、 第 1の永久磁石の温度が第 1のしきい温度以上の場合には、 第 1のインバータの出力電流を制限する。 インバータ制御部は、 第 2の永久磁石の 温度が第 2のしきい温度以上の場合には、 第 2のィンバ一タの出力電流を制限す る。
好ましくは、 第 1および第 2の回転電機は、 内燃機関および駆動輪を備える車 両に搭載される。 第 1の回転電機は、 内燃機関に結合される。 第 2の回転電機は、 駆動輪に結合される。
本発明の他の局面に従うと、 車両であって、 第 1の永久磁石を有する第 1の回 転子を含む第 1の回転電機と、 第 1の回転電機と異なる構造を有し、 かつ、 第 2 の永久磁石を有する第 2の回転子を含む第 2の回転電機と、 第 1および第 2の回 転電機を駆動する駆動部と、 第 1の永久磁石の温度と、 第 2の永久磁石の温度と を推定するとともに、 その推定結果に基づいて駆動部を制御する制御部とを備え る。 制御部は、 温度推定部を含む。 温度推定部は、 第 1および第 2の回転電機の 構造の違いに基づいて、 第 1および第 2の回転電機の状態に関する複数のパラメ ータの中から第 1および第 2の回転電機にそれぞれ対応する第 1および第 2のパ ラメータを選択する。 温度推定部は、 第 1および第 2のパラメータを用いて第 1 の永久磁石の温度と、 第 2の永久磁石の温度とをそれぞれ推定する。
好ましくは、 第 2の回転電機の回転軸方向の長さは、 第 1の回転電機の回転軸 方向の長さよりも長い。 より好ましくは、 第 1の回転電機は、 第 1の回転子の周囲に設けられる第 1の 固定子をさらに有する。 第 2の回転電機は、 第 2の回転子の周囲に設けられる第 2の固定子をさらに有する。 第 1および第 2の回転子と第 1および第 2の固定子 とは冷却媒体により冷却される。 第 1のパラメータは、 冷却媒体の温度である。 第 2のパラメータは、 第 2の固定子の温度である。
さらに好ましくは、 冷却媒体は、 冷却油である。
好ましくは、 駆動部は、 第 1および第 2の回転電機をそれぞれ駆動する第 1お よび第 2のインバータを含む。 制御部は、 インバータ制御部を含む。 インバータ 制御部は、 第 1の永久磁石の温度が第 Γのしきい温度以上の場合には、 第 1のィ ンバータの出力電流を制限する。 インバータ制御部は、 第 2の永久磁石の温度が 第 2のしきい温度以上の場合には、 第 2のィンバータの出力電流を制限する。 好ましくは、 車両は、 第 1の回転電機が結合される内燃機関と、 第 2の回転電 機が結合される駆動輪とをさらに備える。
本発明によれば、 回転電機に含まれる永久磁石の温度推定をより精度よく推定 することが可能になる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に従う回転電機の駆動制御装置を搭載したハイブ リッド自動車の一例を示す概略ブロック図である。
図 2は、 図 1に示す動力分割機構 2 1 0の模式図である。
図 3は、 図 1のハイブリッド車駆動装置 1 0 0において交流モータ M l, M 2 の駆動制御に関する部分を詳細に示す図である。
図 4は、 インバータ 1 4 , 3 1の構成を説明する図である。
図 5は、 交流モータ M l , M 2に用いられる永久磁石形回転電機の要部の構成 例を示す図である。
図 6は、 交流モータ M l , M 2の断面を模式的に示す図である。
図 7は、 図 1の制御装置 3 0の機能ブロック図である。
図 8は、 永久磁石に生じる渦電流を説明するための図である。
図 9は、 本実施の形態の温度推定方法を説明するための熱モデル図である。 図 10は、 図 9の熱モデルを交流モータ M 1に適用した結果を示す である。 図 1 1は、 図 9の熱モデルを交流モータ M 2に適用した結果を示す図である。' 図 12は、 図 7の温度推定部 302が記憶するマップを示す図である。
図 13は、 本実施の形態における、 交流モータ Mlの制御処理を示すフローチ ヤートである。
図 14は、 交流モータ M 1に対する負荷率制限処理を説明する図である。
図 15は、 本実施の形態における、 交流モータ M2の制御処理を示すフローチ ヤートである。
図 16は、 交流モータ M2に対する負荷率制限処理を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
以下において、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら詳細に説明 する。 なお、 図中の同一または相当部分については、 同一符号を付してその説明 は繰返さない。
[全体構成]
図 1は、 本発明の実施の形態に従う回転電機の駆動制御装置を搭載したハイブ リッド自動車の一例を示す概略プロック図である。
図 1を参照して、 ハイブリッド自動車 200は、 ハイブリッド車駆動装置 10 0と、 動力分割機構 210と、 ディファレンシャルギヤ (DG : D i f f e r e n t i a 1 Ge a r) 220と、 前輪 230とを備える。 ハイブリッド車駆動 装置 100は、 直流電源 Bと、 システムリ レー SR 1, SR2と、 昇圧コンバー タ 1 2と、 インバータ 14, 31と、 DCZDCコンバータ 20と、 補機バッテ リ 21と、 制御装置 30と、 エンジン 60と、 交流モータ Ml, M2とを備える。 なおインバータ 14, 31は I PM (インテリジェントパワーモジュール) 35 を構成する。 I PM35は交流モータ Ml, M 2を駆動する駆動部である。
交流モータ Mlは、 動力分割機構 210を介してエンジン 60と結合される。 そして、 交流モータ] VIIは、 エンジン 60を始動し、 またはエンジン 60の回転 力によって発電する。 また、 交流モータ M2は、 動力分割機構 210およびディ ファレンシャルギヤ 220を介して前輪 230を駆動する。 交流モータ Ml, M2は、 一例として、 永久磁石形の三相交流同期回転電機で ある。 すなわち、 交流モータ Ml, M2の各々は、 ステータに設けられたコイル に駆動電流が流されることで生じる電流磁界 (回転磁界) によって、 永久磁石を 有するロータを回転させるように構成される。
直流電源 Bは、 ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。 シ ステムリレー SR 1, SR2は、 制御装置 30からの信号 SEによりオンノオフ される。 より具体的には、 システムリレー SR 1,_ SR 2は、 制御装置 30から の H (論理ハイ) レベルの信号 S Eによりオンされ、 制御装置 30からの L (論 理ロー) レベルの信号 S Eによりオフされる。
昇圧コンバータ 12は、 直流電源 Bから供給された直流電圧を昇圧してインバ ータ 14, 31へ供給する。 より具体的には、 昇圧コンバータ 12は、 制御装置 30から信号 PWMUを受けると、 直流電圧を昇圧してインバータ 14, 31に 供給する。 また、 昇圧コンバータ 12は、 制御装置 30から信号 PWMDを受け ると、 インバータ 14 (または 31) から供給された直流電圧を降圧して直流電 源 Bおよび DC/DCコンバータ 20へ供給する。 さらに、 昇圧コンバータ 1 2 は、 制御装置 30からの信号 S TP 1によって昇圧動作および降圧動作を停止す る。
インバータ 14は、 昇圧コンバータ 12から直流電圧が供給されると、 制御装 置 30からの信号 DRV 1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ Mlを駆動する。 また、 インバータ 14は、 交流モータ Mlが発電した交流電圧 を制御装置 30からの信号 D R V 1に基づいて直流電圧に変換し、 その変換した 直流電圧を昇圧コンバータ 12へ供給する。
インバータ 3 1は、 昇圧コンバータ 12から直流電圧が供給されると、 制御装 置 30からの信号 DR V 2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ M 2を駆動する。 また、 インバータ 31は、 ハイブリッド車駆動装置 100が搭 載されたハイプリッド自動車の回生制動時、 交流モータ M 2が発電した交流電圧 を制御装置 30からの信号 DRV 2に基づいて直流電圧に変換し、 その変換した 直流電圧を昇圧コンバータ 12へ供給する。
なお、 ここで言う回生制動とは、 ハイブリッド自動車を運転する運転者による フットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、 フットブレーキを操 作しないものの、 走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせなが ら車両を減速 (または加速の中止) させることを含む。
DC/DCコンバータ 20は、 制御装置 30からの信号 DRVによって駆動さ れ、 直流電源 Bからの直流電圧を変換して補機バッテリ 21を充電する。 また、 DC/DCコンバータ 20は、 制御装置 3◦からの信号 STP 2によって停止さ れる。 補機バッテリ 21は、 DCZDCコンバータ 20から供給される電力を蓄 積する。
制御装置 30は、 ィンバータ 14が交流モータ M 1を駆動するときにィンバ一 タ 14を制御するための信号 DRV 1を生成し、 その生成した信号 DRV 1をィ ンバータ 14へ出力する。 また、 制御装置 30は、 インバータ 31が交流モータ M 2を駆動するときにインバータ 3 1を制御するための信号 DRV 2を生成し、 その生成した信号 DRV 2をインバータ 31へ出力する。
さらに、 制御装置 30は、 インバータ 14 (または 3 1) が交流モータ Ml (または M2) を駆動するとき、 昇圧コンバータ 12を制御するための信号 PW MUを生成し、 その生成した信号 PWMUを昇圧コンバータ 12へ出力する。 さらに、 制御装置 30は、 ハイブリッド車駆動装置 100が搭載されたハイブ リツド自動車 200の回生制動時、 交流モータ M 2で発電された交流電圧を直流 電圧に変換するための信号 DRV 2を生成して、 信号 DRV 2をインバータ 3 1 へ出力する。
さらに、 制御装置 30は、 ハイブリッド自動車 200の回生制動時、 インバー タ 3 1から供給された直流電圧を降圧するための信号 PWMDを生成し、 その生 成した信号 PWMDを昇圧コンバータ 12へ出力する。
図 2は、 図 1に示す動力分割機構 210の模式図である。 図 2を参照して、 動 力分割機構 210は、 リングギヤ 21 1と、 キャリアギヤ 21 2と、 サンギヤ 2 13と力 ら成る。 エンジン 60のシャフト 251は、 プラネタリキャリア 253 を介してピ-オンギヤ 21 2に接続され、 交流モータ Mlのシャフト 252は、 サンギヤ 213に接続され、 交流モータ M 2のシャフト 254は、 リングギヤ 2 1 1に接続されている。 なお、 交流モータ M 2のシャフト 254は、 DG220 を介して前輪 230の駆動軸に結合される。
交流モータ M 1は、 シャフト 252、 サンギヤ 213、 ピニオンギヤ 212お よびプラネタリキャリア 253を介してシャフト 251を回転し、 エンジン 60 を始動する。 また、 交流モータ Mlは、 シャフト 251、 プラネタリキャリア 2 53、 ピニオンギヤ 212、 サンギヤ 213およびシャフ ト 252を介してェン ジン 60の回転力を受け、 その受けた回転力によって発電する。
図 3は、 図 1のハイブリッド車駆動装置 100において交流モータ Ml, M2 の駆動制御に関する部分を詳細に示す図である。
図 3を参照して、 直流電源 Bは、 直流電圧を出力する。 電圧センサ 10は、 直 流電源 Bから出力される電圧 Vbを検出し、 その検出した電圧 Vbを制御装置 3 0へ出力する。
システムリレー SR 1, SR 2は、 制御装置 30からの信号 SEによってオン されると、 直流電源 Bからの直流電圧をコンデンサ C 1に供給する。 コンデンサ C 1は、 直流電源 Bからシステムリ レー SR 1, SR 2を介して供給された直流 電圧を平滑化し、 その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ 1 2へ供給する。 電 圧センサ 1 1は、 コンデンサ C 1の両端の電圧 V cを検出し、 その検出した電圧 V cを制御装置 30へ出力する。
昇圧コンバータ 1 2は、 リアク トル L 1 と、 I GB T (Insulated Gate Bipolar Transistor) 素子 Q 1, Q 2と、 ダイォード D 1 , D 2とを含む。 リァ ク トル L 1の一方端は直流電源 Bの電源ラインに接続され、 他方端は I GBT素 子 Q 1と I 08丁素子02との中間点、 すなわち、 I 08丁素子(31のェミッタ と I GBT素子 Q 2のコレクタとの間に接続される。 I GBT素子 Ql, Q 2は、 電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。 1。8丁素子(31, Q2 は上アームおよび下アームをそれぞれ形成する。
I GBT素子 Q 1のコレクタは電源ラインに接続され、 I GBT素子 Q2のェ ミッタはアースラインに接続される。 また、 各 I GBT素子 Q l, Q2のコレク タ一ェミッタ間には、 ェミツタ側からコレクタ側へ電流を流すダイォード D 1 , D 2がそれぞれ配置されている。
昇圧コンバータ 12は、 制御装置 30によって I GBT素子 Q 1, Q2がオン /オフされ、 コンデンサ C 1から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコン デンサ C 2に供給する。 また、 昇圧コンバータ 1 2は、 ハイブリッド自動車の回 生制動時、 交流モータ Mlまたは M2によって発電され、 インバータ 14または 3 1によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサ C 1へ供給する。
コンデンサ C 2は、 昇圧コンバータ 1 2から供給された直流電圧を平滑化し、 その平滑化した直流電圧をインバータ 14, 3 1へ供給する。 電圧センサ 1 3は、 コンデンサ C 2の両側の電圧、 すなわち、 昇圧コンバータ 1 2の出力電圧 Vmを 検出する。
インバータ 14は、 コンデンサ C 2から直流電圧が供給されると制御装置 30 からの信号 DRV 1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ] VIIを 駆動する。 これにより、 交流モータ Mlは、 トルク指令値 TR 1によって指定さ れたトルクを発生するように駆動される。 また、 インバータ 14は、 交流モータ Mlの発電時には、 交流モータ Mlが発電した交流電圧を制御装置 3 0からの信 号 DRV 1に基づいて直流電圧に変換し、 その変換した直流電圧をコンデンサ C 2を介して昇圧コンバータ 1 2へ供給する。
インバータ 3 1は、 コンデンサ C 2から直流電圧が供給されると制御装置 30 からの信号 D R V 2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ M 2を 駆動する。 これにより、 交流モータ M 2は、 トルク指令値 TR 2によって指定さ れたトルクを発生するように駆動される。 また、 インバータ 3 1は、 ハイブリツ ド車駆動装置 1 00が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、 交流モータ M 2が発電した交流電圧を制御装置 30からの信号 D R V 2に基づいて直流電圧 に変換し、 その変換した直流電圧をコンデンサ C 2を介して昇圧コンバータ 1 2 へ供給する。
交流モータ Mlには回転角検出部 3 2 Aが配置される。 回転角検出部 32 Aは 交流モータ Mlの回転軸に連結される。 回転角検出部 3 2Aは、 交流モータ Ml のロータの回転位置に基づいて回転角 6 1を検出し、 検出した回転角 0 1を制御 装置 30へ出力する。
交流モータ M2には回転角検出部 3 2 Bが配置される。 回転角検出部 3 2 Bは 交流モータ M2の回転軸に連結される。 回転角検出部 3 2 Bは、 交流モータ M2 のロータの回転位置に基づいて回転角 0 2を検出し、 検出した回転角 02を制御. 装置 30へ出力する。
制御装置 30は、 外部に設けられた ECU (E l e c t r i c a l Co n t r o l Un i t) からトルク指令値 TR 1, TR 2およびモータ回転数 MRN 1, MRN 2を受ける。 制御装置 30は、 さらに、 電圧センサ 10から電圧 Vb を受け、 電圧センサ 1 1から電圧 Vcを受け、 電圧センサ 1 3から電圧 Vmを受 け、 電流センサ 24からモータ電流 MCRT 1を受け、 電流センサ 28からモー タ電流 MCRT2を受ける。 制御装置 30は、 さらに、 回転角検出部 32 A, 3 2Bから回転角 0 1, 0 2をそれぞれ受ける。
制御装置 30は、 電圧 Vm、 モータ電流 MCRT 1、 トルク指令値 TR 1、 お よび回転角 0 1に基づいて、 インバータ 14が交流モータ Mlを駆動するときに インバータ 14に含まれるスィツチング素子をスィツチング制御するための信号 DR V Iを生成する。 制御装置 30は、 その生成した信号 DRV 1をインバータ 14へ出力する。
制御装置 30は、 電圧 Vm、 モータ電流 MCRT 2、 トルク指令値 TR 2、 お よび回転角 Θ 2に基づいて、 インバータ 31が交流モータ M2を駆動するときに インバータ 31に含まれるスィツチング素子をスィツチング制御するための信号 DRV2を生成する。 制御装置 30は、 その生成した信号 DRV 2をインバータ 31へ出力する。
制御装置 30は、 インバータ 14 (または 31) が交流モータ Ml (または M 2) を駆動するとき、 電圧 Vb, Vm、 トルク指令値 TR 1 (または TR2) お よびモータ回転数 MRN 1 (または MRN2) に基づいて、 昇圧コンバータ 12 の I &8丁素子01, Q 2をスイッチング制御するための信号 PWMUを生成す る。 制御装置 30は、 その生成した信号 PWMUを昇圧コンバータ 12へ出力す る。
制御装置 30は、 ハイプリッド自動車 200の回生制動時、 交流モータ M 2で 発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号 DRV 2を生成する。 制御 装置 30は、 信号 DRV2をインバータ 31へ出力する。 この場合、 インバータ 31のスイッチング素子は信号 DRV 2によってスイッチング制御される。 これ により、 インバ一タ 31は、 交流モータ M 2で発電された交流電圧を直流電圧に 変換して昇圧コンバータ 12へ供給する。
さらに、 制御装置 30は、 インバータ 14 (または 3 1) から供給された直流 電圧を降圧するための信号 PWMDを生成し、 その生成した信号 PWMDを昇圧 コンバータ 12へ出力する。 これにより、 交流モータ Mlまたは M2が発電した 交流電圧は、 直流電圧に変換され、 降圧されて直流電源 Bに供給される。
図 4は、 インバータ 14, 31の構成を説明する図である。 なおインバータ 3 1の構成はインバータ 14の構成と同様である。 以下では代表的にインバータ 1 4の構成を説明するが、.ィンバータ 3 1の構成は以下に説明するインバータ 14 の構成において、 「インバータ 14」 を 「インバータ 3 1」 に置き換えたものと 等価である。
図 4を参照して、 インバータ 14は、 U相アーム 15と、 V相アーム 16と、 W相アーム 17とを含む。 U相アーム 15、 V相アーム 16および W相アーム 1 7は、 電源ライン 1とアースライン 2との間に並列に設けられる。
U相アーム 15は、 直列に接続された I GBT素子 Q 3, Q 4力 ら成り、 V相 アーム 16は、 直列に接続された I GBT素子 Q 5, Q 6力 ら成り、 W相アーム 17は、 直列に接続された I 08丁素子(37, Q 8力 ら成る。 また、 各 I GBT 素子 Q 3 ~Q 8のコレクターエミッタ間には、 エミッタ側からコレクタ側へ電流 を流すダイォード D 3〜D 8がそれぞれ接続されている。
ィンバータ 14の各相アームの中間点は、 交流モータ Mlの各相コイルの各相 端に接続されている。 すなわち、 交流モータ Mlの U相コイルの他端が I GBT 素子 Q3, Q 4の中間点に、 V相コイルの他端が I GBT素子 Q 5, Q6の中間 点に、 W相コイルの他端が I GBT素子 Q 7, Q 8の中間点にそれぞれ接続され ている。 同様にインバータ 31の各相アームの中間点は、 交流モータ M2の各相 コイルの各相端に接続されている。
図 5は、 交流モータ Ml, M 2に用いられる永久磁石形回転電機の要部の構成 例を示す図である。 図 5を参照して、 永久磁石形同期機のロータにおいては、 口 ータコア 50に複数の穴 52を開け、 この穴 52の内部に永久磁石 54を挿入配 置することによって極が形成される。 そして、 ステータ 40では、 ロータコア 5 0を取り囲むように複数のコイル (図示せず) が配置される。 複数のコイルに通 電して形成された回転磁界に基づいて、 ロータが回転駆動される。
ここで、 ステータ 40のコイルによって発生される磁束は永久磁石 54を貫く ため、 永久磁石 54において渦電流が発生する。 磁石中に発生した渦電流は、 回 転電機の小型化、 高速化および高出力化に伴い、 その発熱および損失の問題が顕 著となる。 すなわち、 発熱は磁石の減磁につながり、 回転電機の故障の原因とな る。 また、 渦電流による損失は、 回転電機の効率を低下させることとなる。 この ため、 制御装置 30は、 永久磁石の磁石温度が所定のしきい温度以下の場合には、 第 1のモードでインバータ 14, 3 1を制御し、 磁石温度がそのしきい温度を越 える場合には、 第 1のモードよりも永久磁石の温度上昇を抑制可能な第 2のモー ドでィンバータ 14, 31を制御する。
図 6は、 交流モータ Ml, M 2の断面を模式的に示す図である。 図 6において、 交流モータ Ml, M 2の断面方向は交流モータ Ml, M 2の回転軸と平行方向で ある。
図 6を参照して、 交流モータ Ml, M2はケース 65に収納される。 交流モー タ Mlはロータコア 50. 1と、 永久磁石 54. 1とを含む。 永久磁石 54. 1 はロータコア 50. 1に挿入される。 交流モータ] VIIは、 さらに、 ステータコア 40. 1と、 ステータコア 40. 1に巻回されるステータコイル 46. 1とを含 む。 ステータコア 40. 1 (およびステータコイル 46. 1) はロータコア S O- 1の周固に設けられる。
交流モータ M2は、 ロータコア 50. 2と、 永久磁石 54. 2とを含む。 永久 磁石 54. 2はロータコア 50. 2に挿入される。 交流モータ M2は、 さらに、 ステータコア 40. 2と、 ステータコア 40. 2に巻回されるステータコイル 4 6. 2とを含む。 ステータコア 40. 2 (およびステータコイル 46. 2) は口 —タコア 50. 2の周囲に設けられる。
なお、 永久磁石 54. 1の数および永久磁石 54. 2の数は特に限定されるも のではない。
軸 Xは交流モータ Mlの回転軸であるとともに交流モータ M2の回転軸である。 図 6に示すように、 ロータコア 50. 1の軸 X方向の長さは、 ロータコア 50. 2の軸 X方向の長さよりも長い。 このように交流モータ Mlと交流モータ M2と では構造が異なる。
ケース 65の底部に溜められた油 70はロータコア 50. 1, 50. 2の各々 により搔き揚げられる。 ロータコア 50. 1およびステータ (ステータコア 40. 1とおよびステータコイル 46. 1) は油 70により冷却される。 同様に、 ロー タコア 50. 2およびステ一タ (ステータコア 40. 2とおよびステ一タコイル
46. 2) は油 70により冷却される。
油 70は具体的には自動変速機の AT F (Automatic Transmission Fluid) で ある。 本実施の形態によれば液体である冷却油によりロータおよびステータを冷 却することができる。 さらに本実施の形態では AT Fによりロータおよびステー タを冷却することができる。 なお本実施の形態では冷却媒体は油であるが、 たと えば冷却媒体は気体でもよい。
ケース 65の底部には油 70の温度を検知するための温度センサ 72が設けら れる。 また、 交流モータ M2のステータの温度を検知するために、 温度センサ 7 4がステータコイル 46. 2の近傍に設けられる。
図 7は、 図 1の制御装置 30の機能ブロック図である。 なお、 図 7に示す制御 装置 30はハードウェアにより実現されてもよいしソフトウエアにより実現され てもよい。
図 7を参照して、 制御装置 30は、 コンバータ制御部 301と、 温度推定部 3 02と、 インバータ制御部 303とを含む。 コンバータ制御部 301は、 直流電 源 Bの電圧 Vbと、 コンデンサ C 1の電圧 V cと、 モータ回転数 MRN1, MR N2と、 トルク指令値 TR 1, TR 2とに基づいて、 信号 PWMU, PWMD, STP 1を生成して出力する。
温度推定部 302は、 モータ回転数 MRN 1, MRN2と、 トルク指令値 TR 1, TR 2とを受ける。 温度推定部 302は、 さらに、 温度センサ 72 (図 6参 照) から油 70の温度 T aを受け、 温度センサ 74 (図 6参照) からステータコ ィル 46. 2の温度 T sを受ける。 温度推定部 302は、 モータ回転数 MRN1 とトルク指令ィ直 TR 1と、 温度 T aとに基づいて、 交流モータ Mlのロータコア
50. 1に挿入される永久磁石 54. 1の温度を推定する。 温度推定部 302は 温度 T sに基づいて交流モータ Μ2のロータコア 50. 2に挿入される永久磁石 54. 2の温度を推定する。 なお、 温度推定方法の詳細については後述する。 インバータ制御部 303は、 回転角 0 1, 0 2と、 トルク指令値 TR 1, TR 2と、 モータ電流 MCRT 1 , MCRT 2と、 昇圧コンバータ 1 2の出力電圧 V mとに基づいて信号 DRV 1, DRV 2を生成して出力する。 インバータ制御部 303は、 温度推定部 302から磁石温度の推定値を受ける。 インバータ制御部 303は磁石温度が所定のしきい温度を超えた場合には、 交流モータ Ml (M 2) の負荷率を制限する。
[磁石温度推定方法]
図 8は、 永久磁石に生じる渦電流を説明するための図である。 図 8を参照して、 永久磁石 54を貫く磁界が破線の矢印に示される方向に変動した場合には、 永久 磁石 54において渦電流 Iが生じる。 渦電流 Iは永久磁石 54の表面付近のみ流 れる。 渦電流 Iによってジュール熱が生じるので永久磁石 54の温度が上昇する。 磁界の変動が大きくなるほど渦電流 Iが大きくなる。 この結果、 永久磁石 54の 温度が高くなる。 なお、 永久磁石 54を貫通する磁界が時間的に一定である場合 には、 渦電流によるジュール熱は発生しない。
交流モータのロータは回転可能に構成されるので、 温度センサなどを用いて口 ータに設けられる永久磁石の温度を直接的に検出しようとすると、 回転するロー タと静止しているステータ側との間のセンサ配線を回転ジョイントなどによって 構成する必要がある。 そのため、 モータの構造が複雑化してしまう。
制御装置 30は交流モータ Ml, M 2の構造の違いに基づいて、 交流モータ M 1, M 2の状態に関する複数のパラメータの中から交流モータ Ml, M2のそれ ぞれに対応する第 1および第 2のパラメータを選択する。 後述するように、 本実 施の形態では、 第 1のパラメータは油 70の温度 T aであり、 第 2のパラメータ は、 ステータコイル 46. 2の温度 T sである。 制御装置 30は、 温度 T sに基 づいて交流モータ Mlに含まれる永久磁石 54. 1の温度を推定し、 温度 T sに 基づいて、 交流モータ M2に含まれる永久磁石 54. 2の温度を推定する。 交流 モータの構造に応じて複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択される ことで、 永久磁石の温度をより正確に推定することができる。 図 9は、 本実施の形態の温度推定方法を説明するための熱モデル図である。 図 9に示されるように、 磁石の温度、 発熱量、 および熱容量をそれぞれ、 Tin, Qm, Mmとする。 同様にロータの温度、 発熱量、 および熱容量をそれぞれ、 T r , Q r , Mrとする。 ステータの温度、 発熱量、 および熱容量をそれぞれ、 T s , Q s, Msとする。 雰囲気 (油) の温度を T aとする。 磁石とロータとの間 の熱抵抗、 ロータとステータとの間の熱抵抗、 ステータと雰囲気との間の熱抵抗、 およびロータと雰囲気との間の熱抵抗をそれぞれ R 1, R 2, R 3, R4とする。 図 9に示す熱モデルに用いられるこれらのパラメータは、 交流モータ Ml, M2 の状態に関する複数のパラメータに相当する。
なお、 この熱モデルでは温度の単位を [°C] とする。 またこの熱モデルでは 「発熱量」 とは 1秒あたりの発熱量であり、 その単位は [W] (= [JZ秒] ) である。 さらに、 熱容量の単位は [JZ°C] であり、 熱抵抗の単位は [°CZW] である。
この熱モデルの状態が定常状態であるときには以下の式 (1) 〜 (3) の関係 が成立する。
Qm= (Tm-T r ) /R 1 ··' (1)
Qm+Q r = (T r—T s) /R 2 + (T r -T a) /R 4 ··· (2)
Q s = (T s -T a ) /R 3 - (T r—T s) /R 2 … (3)
上記式 (1) 、 式 (2) 、 式 (3) から以下の式 (4) が得られる。
Tm= (R 1 +R 4) Qm+R4 (Q r +Q s) — (R 4/R 3) T s + ( 1 + R 4/R 3) T a ··· (4)
式 (4) は温度 Tmが発熱量および温度により定まる線形関数であることを示 す。 次に式 (4) の妥当性、 すなわち図 9の熱モデルの妥当性について説明する。 図 1 0は、 図 9の熱モデルを交流モータ M 1に適用した結果を示す図である。 図 10を参照して、 グラフは磁石の温度 Tmを目的変数とし、 磁石の発熱量 Q m、 ロータコアの発熱量 Q r、 ステータの発熱量 Q s、 ステータの温度 T s、 お よび油温 T aを説明変数として N= 36の重回帰分析を行なった結果を表わす。 温度は実測値であり、 発熱量は計算値である。 この結果、 交流モータ Mlでは磁 石の発熱 Qmと油温 T aとの間に高い相関が得られた。 図 1 0のグラフにおいて、 横軸は回帰式により得られる磁石温度の推定値を示 し、 縦軸は磁石温度の実測値を示す。 上記の重回帰分析の結果、 寄与率 (R 2) は 0 . 9 0 5 9となった。
寄与率は実測値と推定値との一致の度合いを示す値であり、 0から 1の範囲の 値となる。 寄与率が 1に近いほど推定値と実測値との差は小さくなる。 図 1 0に 示されるように、 推定値と実測値との関係を示す複数の点は、 推定値と実測値と が等しいことを示す直線の近傍に分布する。
図 1 1は、 図 9の熱モデルを交流モータ M 2に適用した結果を示す図である。 図 1 1を参照して、 グラフは磁石の温度 T mを目的変数とし、 磁石の発熱量 Q m、 ロータコアの発熱量 Q r、 ステ一タの発熱量 Q s、 ステータの温度 T s、 油 温 T aを説明変数として N = 3 6の重回帰分析を行なった結果を表わす。 交流モ ータ M lの場合と同様に、 温度は実測値であり、 発熱量は計算値である。 この結 果、 交流モータ M 2では磁石の発熱 Q mとステータの温度 T sとの間に高い相関 が得られた。
図 1 1のグラフにおいて横軸は回帰式により得られる磁石温度の推定値を示し、 縦軸は磁石温度の実測値を示す。 上記の重回帰分析の結果、 寄与率 (R2) は 0 . 9 6 9 9となった。 図 1 0と同様に図 1 1のグラフにおいても推定値と実測値と の関係を示す複数の点は、 推定値と実測値とが等しいことを示す直線の近傍に分 布する。
図 1 0から、 交流モータ M lでは磁石温度と油温との相関が高いことが導き出 される。 図 1 1から、 交流モータ M 2では磁石温度とステータの温度との相関が 高いことが導き出される。 このような結果が得られる理由については、 以下のよ うに考えられる。
図 6において、 油 7 0の温度は交流モータ M l, M 2の雰囲気温度である。 し たがって交流モータの動作点が変わらないまま交流モータの使用が続く場合には、 雰囲気温度と永久磁石との温度とはほぼ等しくなると考えられる。 このため、 交 流モータ M 1の温度と油温とは相関関係にあると考えられる。
しかし、 交流モータ M 2は交流モータ M lよりも軸長が長い。 このため、 交流 モータ M 2のステータ (ステータコア 4 0 . 2およびステータコイル 4 6 . 2 ) はロータから発せられる熱を多く受けることになる (受熱面積が大きくなる) 。 一方、 油 70の温度は交流モータ Ml, M 2の平均的な温度を反映している。 よ つて油 70の温度よりもステータコイル 46. 2の温度のほう力 永久磁石 54.
2の温度により近くなると考えられる。
本実施の形態では、 図 7の温度推定部 302は、 交流モータ M 1の動作状態と 磁石温度とを対応付けるマップを記憶し、 このマップを参照して交流モ一タ M 1 の回転子に含まれる永久磁石の温度を推定する。
図 12は、 図 7の温度推定部 302が記億するマップを示す図である。
図 12を参照して、 マップ MP 1~MP 4の各々は、 磁石温度と、 交流モータ Mlのトルクおよび回転数により定まる交流モータ Mlの動作点との対応を定め たものである。 なお油温 (温度 Ta) の条件はマップ MP 1〜MP 4間で互いに 異なる。
温度推定部 302は油温 (温度 Ta) ごとに異なる複数のマップ (マップ MP 1, MP 2, MP 3, MP 4等) を記憶する。 なおマップの数は特に限定される ものではないが、 マップの数が多いほど交流モータ Mlの回転子に含まれる永久 磁石の温度をより精度よく推定することが可能になる。
温度推定部 302は温度センサ 72から温度 T aを受けて、 複数のマップの中 から温度 T aに対応するマップを選択する。 次に温度推定部 302は、 そのマツ プを参照して、 トルク指令値 TR 1とモータ回転数 MRN1とにより定まるマツ プ上の動作点から磁石温度を算出する。 なお、 図 12には、 マップに定められる 磁石温度の例として 1 10°C、 150°C、 および 190°Cを示す。
一方、 温度推定部 302による交流モータ M 2の磁石温度の推定方法は以下の とおりである。 温度推定部 302は、 予め求められた、 ステータ温度と磁石温度 との相関式を記憶する。 そして、 温度推定部 302は温度センサ 74により得ら れるステータの温度 T sと、 その相関式とに基づいて交流モータ M2の磁石温度 を推定する。
[交流モータの制御方法]
図 13は、 本実施の形態における、 交流モータ Mlの制御処理を示すフローチ ヤートである。 図 13および図 1を参照して、 処理が開始されると、 制御装置 30は交流モー タ Ml (M2) のロータに含まれる永久磁石の初期温度を設定する (ステップ S 1 ) 。 ステップ S 1の処理は、 たとえばハイブリッド車駆動装置 100に起動指 示が与えられたときに実行される。 交流モータ Mlの永久磁石の初期温度は、 温 度 T a (油温) に設定される。
ステップ S 2において、 制御装置 30 (より具体的には図 6に示す温度推定部 302) は、 温度 T a、 トルク指令値 TR 1、 およびモータ回転数 MR N 1を取 得する。 制御装置 30は、 複数のマップの中から温度 T'aに対応するマップを選 択する。 上述したように制御装置 30は、 そのマップとトルク指令値 TR 1とモ —タ回転数 MRN 1とに基づいて交流モータ Mlのロータに含まれる永久磁石の 磁石温度 Tmg 1を推定する。
ステップ S 3において、 制御装置 30は磁石温度 Tmg 1が所定の温度 T 1以 上であるか否かを判定する。 磁石温度 Tmg 1が温度 T 1以上である場合 (ステ ップ S 3において YES) 、 処理はステップ S 4に進む。 一方、 磁石温度 Tmg 1が温度 T 1より小さい場合 (ステップ S 3において NO) 、 処理はステップ S 2に戻る。
磁石温度 Tmg 1が温度 T 1以上になると、 制御装置 30は交流モータ Mlの 、 トルクを制限する処理 (負荷率制限処理) を実行する (ステップ S 4) 。 具体的 には制御装置 30は、 交流モータ Mlに流れる電流、 すなわちインバータ 14の 出力電流を制限する。 ステップ S 4の処理が終了すると、 処理はステップ S 2に 戻る。
図 14は、 交流モータ Mlに対する負荷率制限処理を説明する図である。 図 14において、 グラフの横軸は磁石推定温度 (磁石温度 Tmg 1) を示し、 グラフの縦軸は交流モータ M 1のトルク制限値を示す。 制御装置 30は、 磁石温 度が T 1を超えると トルク制限値を減少させる。 磁石温度が T 2以上になると、 制御装置 30はトルク制限値をたとえば 0に設定する。 制御装置 30は、 交流モ ータ Mlの出力トゾレタカ;トルク制限値を超えないようにインバータ 14の出力電 流を制御する。 よって磁石温度 Tmg 1が T 1を超えると交流モータ Mlのトル クが制限される。 • 図 1 5は、 本実施の形態における、 交流モータ M2の制御処理を示すフローチ ヤートである。
図 1 5および図 1を参照して、 処理が開始されると、 制御装置 30は交流モー タ M2のロータに含まれる永久磁石の初期温度を設定する (ステップ S 1A) 。 交流モータ M 2の永久磁石の初期温度は、 温度 T s (ステータコイルの温度) に 設定される。
ステップ S 2 Aにおいて、 制御装置 30 (より具体的には図 6に示す温度推定 部 302) は、 温度 T sを予め記憶する相関式に代入して交流モータ M2のロー タに含まれる永久磁石の磁石温度 Tmg 2を推定する。
ステップ S 3 Aにおいて、 制御装置 30は磁石温度 Tmg 2が所定の温度 T 1
A以上であるか否かを判定する。 磁石温度 Tmg 2が温度 T 1 A以上である場合 (ステップ S 3 Aにおいて YE S) 、 処理はステップ S 4 Aに進む。 一方、 磁石 温度 Tmg 2が温度 T 1 Aより小さい場合 (ステップ S 3 Aにおいて NO) 、 処 理はステップ S 2 Aに戻る。
磁石温度 Tmg 2が温度 T 1 A以上になると、 制御装置 30は交流モータ M 2 のトルクを制限する処理 (負荷率制限処理) を実行する (ステップ S4A) 。 制 御装置 30は交流モータ M 2に流れる電流、 すなわちインバータ 31の出力電流 を制限する。 ステップ S 4 Aの処理が終了すると、 処理はステップ S 2 Aに戻る。 図 16は、 交流モータ M 2に対する負荷率制限処理を説明する図である。
図 16において、 グラフの横軸は磁石推定温度 (磁石温度 Tmg 2) を示し、 グラフの縦軸は交流モータ M 2のトルク制限値を示す。 制御装置 30は、 磁石温 度が T l Aを超えるとトルク制限値を減少させる。 磁石温度が T 2 A以上になる と、 制御装置 30はトルク制限値をたとえば 0に設定する。 制御装置 30は、 交 流モータ M 2の出力トルクがトルク制限値を超えないようにインバータ 14の出 力電流を制御する。 よって磁石温度 Tmg 2が T 1 Aを超えると交流モータ M2 のトルクが制限される。
出力トルクを制限した状態で交流モータ Ml (M2) を動作させることにより 永久磁石の温度を下げることができる。 よって、 永久磁石の減磁を防ぐことがで さる。 このように本実施の形態では、 交流モータ Ml , M 2は互いに構造の異なる (軸長が異なる) モータである。 制御装置 30は、 磁石温度 Tmg l, Tmg 2 を推定して、 磁石温度 Tmg 1, Tmg 2に基づいて、 I PM35 (インバータ 14, 31) を制御する。 制御装置 30は、 第 1のパラメータ (交流モータ Ml, M2の冷却油の温度) を用いて磁石温度 Tmg 1を推定する。 制御装置 30は、 第 2のパラメータ (ステータコイル 46. 2の温度) に基づいて磁石温度 Tmg 2を推定する。 交流モータ Ml, M 2の構造の違いに基づいて交流モータ Ml, M 2の状態に関する複数のパラメータの中から適切なパラメータが選択されるこ とで、 磁石温度をより正確に推定することができる。
また、 本実施の形態によれば、 車両のエンジンに結合される回転電機と車両の 駆動輪に結合される回転電機とに対して、 永久磁石の減磁を防ぎながら駆動制御 を行なうことができる。
また、 本実施の形態の車両によれば、 永久磁石の減磁を防ぎつつ、 構造の異な る複数の回転電機を駆動させることができる。
なお、 本実施の形態における制御装置 30内のコンバータ制御部 301、 温度 推定部 302、 およびインバータ制御部 303は、 各ブロックに相当する機能を 有する回路で構成してもよいし、 予め設定されたプログラムに従って制御部が処 理を実行することにより実現してもよい。 後者の場合、 上述した制御装置 30の 制御は、 CPU (Central Processing Unit) によって行なわれ、 CPUは、 上 記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実行するためのプログ ラムを ROM (Read Only Memory) から読出し、 その読出したプログラムを実行 して上記の機能ブロックおよびフローチャートに従って処理を実行する。 したが つて、 ROMは、 上記の機能ブロックおよびフローチャートに示される処理を実 行するためのプログラムを記録したコンピュータ (CPU) 読取可能な記録媒体 に相当する。
また、 交流モータの状態に関する複数のパラメータは、 図 9の熱モデルに用い られるパラメータに限定されるものではなく、 たとえば交流モータの回転数等、 他のパラメータを含んでもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない と考えられるべきである。 本発明の範囲は、 上記した説明ではなく、 請求の範囲 によつて示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含ま れることが意図される。

Claims

請求の範囲
1. 第 1の永久磁石 (54. 1) を含む第 1の回転子 (50. 1) を備える第 1の回転電機 (Ml) と、 前記第 1の回転電機 (Ml) と異なる構造を有し、 か つ、 第 2の永久磁石 (54. 2) を含む第 2の回転子 (50. 2) を備える第 2 の回転電機 (M2) とを駆動制御する駆動制御装置であって、
前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) を駆動する駆動部 (35) と、 前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (Tmg l) と、 前記第 2の永久磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) とを推定するとともに、 その推定結果に基づい て前記駆動部 (35) を制御する制御部 (30) とを備え、
前記制御部 ( 30 ) は、
前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) の構造の違いに基づいて、 前記 第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) の状態に関する複数のパラメータの中 から前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) にそれぞれ対応する第 1およ び第 2のパラメータを選択するとともに、 前記第 1および第 2のパラメータを用 いて、 前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (Tmg l) と、 前記第 2の永久 磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) とをそれぞれ推定する温度推定部 (30 2) を含む、 回転電機の駆動制御装置。
2. 前記第 2の回転電機 (M 2) の回転軸方向の長さは、 前記第 1の回転電機 (Ml) の回転軸方向の長さよりも長い、 請求の範囲第 1項に記載の回転電機の 駆動制御装置。
3. 前記第 1の回転電機 (Ml) は、 前記第 1の回転子 (50. 1) の周囲に 設けられる第 1の固定子 (40. 1) をさらに含み、
前記第 2の回転電機 (M2) は、 前記第 2の回転子 (50. 2) の周囲に設け られる第 2の固定子 (40. 2) をさらに含み、
前記第 1および第 2の回転子 (50. 1, 50. 2) と前記第 1および第 2の 固定子 (40. 1, 40. 2) とは冷却媒体 (70) により冷却され、
前記第 1のパラメータは、 前記冷却媒体 (70) の温度であり、
前記第 2のパラメータは、 前記第 2の固定子 (40. 2) の温度である、 請求 の範囲第 2項に記載の回転電機の駆動制御装置。
4. 前記冷却媒体 (70) は、 冷却油である、 請求の範囲第 3項に記載の回転 電機の駆動制御装置。
5. 前記駆動部 ( 35 ) は、
前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) をそれぞれ駆動する第 1および 第 2のインバータ (14, 31) を含み、
前記制御部 ( 30 ) は、
前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (T.mg l) が第 1のしきい温度 (T 1) 以上の場合には、 前記第 1のインバータ (14) の出力電流を制限し、 前記 第 2の永久磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) が第 2のしきい温度 (T 1 A) 以上の場合には、 前記第 2のインバータ (31) の出力電流を制限するインバー タ制御部 (303) をさらに含む、 請求の範囲第 1項に記載の回転電機の駆動制 御装置。
6.. 前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) は、 内燃機関 (60) およ び駆動輪 (230) を備える車両 (100) に搭載され、
前記第 1の回転電機 (Ml) は、 前記内燃機関 (60) に結合され、 前記第 2の回転電機 (M2) は、 前記駆動輪 (230) に結合される、 請求の 範囲第 1項に記載の回転電機の駆動制御装置。
7. 第 1の永久磁石 (54. 1) を有する第 1の回転子 (50. 1) を含む第 1の回転電機 (Ml) と、
前記第 1の回転電機 (Ml) と異なる構造を有し、 かつ、 第 2の永久磁石 (5 4. 2) を有する第 2の回転子 (50. 2) を含む第 2の回転電機 (M2) と、 前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) を駆動する駆動部 (35) と、 前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (Tmg l) と、 前記第 2の永久磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) とを推定するとともに、 その推定結果に基づい て前記駆動部 (35) を制御する制御部 (30) とを備え、
前記制御部 (30) は、
前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) の構造の違いに基づいて、 前記 第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) の状態に関する複数のパラメータの中 から前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) にそれぞれ対応する第 1およ び第 2のパラメータを選択するとともに、 前記第 1および第 2のパラメータを用 いて、 前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (Tmg l) と、 前記第 2の永久 磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) とをそれぞれ推定する温度推定部 (30 2) を含む、 車両。
8. 前記第 2の回転電機 (M2) の回転軸方向の長さは、 前記第 1の回転電機 (Ml) の回転軸方向の長さよりも長い、 請求の範囲第 7項に記載の車両。
9. 前記第 1の回転電機 (Ml) は、 前記第 1の回転チ (50. 1) の周囲に 設けられる第 1の固定子 (40. 1) をさらに有し、
前記第 2の回転電機'(M 2) は、 前記第 2の回転子 (50. 2) の周囲に設け られる第 2の固定子 (40. 2) をさらに有し、
前記第 1および第 2の回転子 (50. 1, 50. 2) と前記第 1および第 2の 固定子 (40. 1, 40. 2) とは冷却媒体 (70) により冷却され、
前記第 1のパラメータは、 前記冷却媒体 (70) の温度であり、
前記第 2のパラメータは、 前記第 2の固定子 (40. 2) の温度である、 請求 の範囲第 8項に記載の車両。
10. 前記冷却媒体 (70) は、 冷却油である、 請求の範囲第 9項に記載の車 両0
1 1. 前記駆動部 (35) は、
前記第 1および第 2の回転電機 (Ml, M2) をそれぞれ駆動する第 1および 第 2のインバーク (14, 31) を含み、
前記制御部 (30) は、
前記第 1の永久磁石 (54. 1) の温度 (Tmg l) が第 1のしきい温度 (T 1) 以上の場合には、 前記第 1のインバータ (14) の出力電流を制限し、 前記 第 2の永久磁石 (54. 2) の温度 (Tmg 2) が第 2のしきい温度 (T 1 A) 以上の場合には、 前記第 2のインバータ (3 1) の出力電流を制限するインバー タ制御部 (303) をさらに含む、 請求の範囲第 7項に記載の車両。
12. 前記車両は、
前記第 1の回転電機 (Ml) が結合される内燃機関 (60) と、 前記第 2の回転電機 (M2) が結合される駆動輪 (230) とをさらに備える. 請-求の範囲第 7項に記載の車両。
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