WO2011161811A1

WO2011161811A1 - モータ駆動装置およびそれを搭載する車両

Info

Publication number: WO2011161811A1
Application number: PCT/JP2010/060842
Authority: WO
Inventors: 花田　秀人
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-29
Also published as: JP5454685B2; US9054613B2; EP2587664A4; JPWO2011161811A1; EP2587664B1; US20130063061A1; EP2587664A1; CN102959855B; CN102959855A

Abstract

　モータ駆動装置は、直流電源（２０）からの電力を用いてモータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を駆動する。モータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）は、ステータのコイルに駆動電流を流すことによって生じる電流磁界を用いて、永久磁石が設けられたロータを回転させる。そして、モータ駆動装置のＥＣＵ（３００）は、直流電源（２０）からの直流電力を、モータジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を駆動するための交流電力に変換するように構成されたインバータ（１３０）と、ステータのコイルの少なくとも１相にオフセット電流を重畳させて、ロータに設けられた永久磁石を昇温させるようにインバータ（１３０）を制御する。

Description

モータ駆動装置およびそれを搭載する車両

　本発明は、モータ駆動装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、ロータに永久磁石を有する交流モータを駆動する場合の、磁石の昇温制御に関する。

　近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

　これらの車両においては、一般的に、インバータを用いて、蓄電装置からの直流電力をモータジェネレータなどの回転電機を駆動するための交流電力に変換する。そして、回転電機によって発生した駆動力を用いて車両を走行させるとともに、回生制動時などにおいては、駆動輪やエンジンなどからの回転力を電気エネルギに変換して蓄電装置を充電する。

　このような車両に搭載される回転電機としては、界磁磁束の高密度化や電力回生の容易性などから、ロータに永久磁石が埋め込まれた永久磁石型同期機が採用される場合がある。一般的に、永久磁石は、環境温度に応じてその特性が変化することが知られている。たとえば、低温の環境温度においては永久磁石の磁束密度が増加する。これにより、低温時には、回転電機が回転することによって生じる逆起電圧が増加する。

　特開２００８－０４３０９４号公報（特許文献１）は、ロータに永久磁石が設けられたモータジェネレータを備えた車両において、運転開始時に、永久磁石の温度が所定の温度を下回っている場合に、直軸（ｄ軸）電流目標値を時間的に変化するように決定するとともに、横軸（ｑ軸）電流目標値をゼロに設定し、車両を停止状態に維持したまま永久磁石を昇温する技術を開示する。

特開２００８－０４３０９４号公報特開平９－２７５６９６号公報特開２００９－１８９１８１号公報

　上述のように、ロータに永久磁石が設けられたモータにおいては、低温時には永久磁石磁束密度が増加することによって、回転時に発生する逆起電圧が増加する。そのため、この低温時の逆起電圧を考慮して、モータを駆動するインバータなどを設計することが必要である。

　一方で、インバータなどに含まれるスイッチング素子やコンデンサなどの素子は、モータの逆起電圧に耐え得るように設計される必要がある。そのため、低温時を考慮して設計すると、これらの素子を保護するために、通常の使用温度範囲としては過剰な耐電圧設計となり、コストアップにつながる。

　本課題に対して、上述の特開２００８－０４３０９４号公報（特許文献１）においては、低温環境での車両の運転開始時に、モータのｄ軸電流のみを流すことによって永久磁石を昇温し、モータの逆起電圧を低下させている。

　しかしながら、特開２００８－０４３０９４号公報（特許文献１）に開示された技術の場合、永久磁石が所定温度まで昇温されるまでは、車両の走行が制限されてしまうおそれがあった。また、モータ回転速度が低い場合には、低温環境であっても逆起電圧が低いために、必ずしも永久磁石の昇温が必要でないことがあるが、特開２００８－０４３０９４号公報（特許文献１）においてはこの点については考慮されておらず、不必要な電流の印加によって無駄に電力を消費するおそれがあった。

　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータに永久磁石を有する交流モータの駆動装置において、低温環境における走行時に効率的にモータ内の永久磁石を昇温することによってモータの逆起電圧の増加を低減し、コストを抑制しつつ構成部品の保護を可能とすることである。

　本発明によるモータ駆動装置は、直流電源からの電力を用いて交流モータを駆動する。交流モータは、ステータのコイルに駆動電流を流すことによって生じる電流磁界を用いて、永久磁石が設けられたロータを回転させる。モータ駆動装置は、直流電源からの直流電力を、交流モータを駆動するための交流電力に変換するように構成された電力変換装置と、交流モータのコイルの少なくとも１相にオフセット電流を重畳させて永久磁石を昇温させるように電力変換装置を制御するための制御装置とを備える。

　好ましくは、制御装置は、交流モータの回転速度に応じて、オフセット電流の大きさを変化させる。

　好ましくは、制御装置は、回転速度が大きくなるほど、オフセット電流が大きくなるように電力変換装置を制御する。

　好ましくは、制御装置は、回転速度に比例するようにオフセット電流の大きさを設定する。

　好ましくは、制御装置は、回転速度が増加するにつれて、オフセット電流を階段状に増加させる。

　好ましくは、制御装置は、回転速度に基づいて予め定められたマップを用いて、オフセット電流の大きさを設定する。

　好ましくは、制御装置は、回転速度が基準回転速度を下回る場合には、オフセット電流の重畳を停止する。

　好ましくは、制御装置は、交流モータの駆動開始時において、永久磁石に関連する温度が基準値を下回る場合はオフセット電流の重畳を実行し、永久磁石に関連する温度が基準値を上回る場合はオフセット電流の重畳を実行しない。

　好ましくは、制御装置は、交流モータの駆動状態に基づいて永久磁石の温度上昇の時間的変化を定めたマップを有し、交流モータのトルク指令値および回転速度に基づいてマップを用いて永久磁石の温度上昇値を演算するとともに、演算された温度上昇値を交流モータの駆動開始から時間軸方向に積算することによって永久磁石の温度を推定し、推定された永久磁石の温度がしきい値に到達した場合に、オフセット電流の重畳を停止する。

　好ましくは、電力変換装置は、スイッチング素子を含んで構成され、パルス幅変調制御に従ってスイッチング素子を制御することによって電力変換を行なうインバータを含む。制御装置は、永久磁石の温度が基準温度を下回る場合は、永久磁石の温度が基準温度を上回る場合よりも、パルス幅変調制御に用いられる搬送波の周波数を相対的に低く設定する。

　本発明による車両は、直流電源と、交流モータと、電力変換装置と、制御装置とを備える。交流モータは、ステータのコイルに駆動電流を流すことによって生じる電流磁界を用いて、永久磁石が設けられたロータを回転させ、車両を走行するための駆動力を生成する。電力変換装置は、直流電源からの電力を、交流モータを駆動するための交流電力に変換する。制御装置は、交流モータのコイルの少なくとも１相にオフセット電流を重畳させて永久磁石を昇温させるように電力変換装置を制御する。

　本発明によれば、ロータに永久磁石を有する交流モータの駆動装置において、低温環境における走行時に効率的にモータ内の永久磁石を昇温することによってモータの逆起電圧の増加を低減し、コストを抑制しつつ構成部品を保護することができる。

本実施の形態に従うモータ駆動制御システムを搭載した車両の全体構成図である。図１に示す車両のＥＣＵにおける、モータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。ロータに永久磁石を有するモータジェネレータにおける、回転速度と逆起電圧との関係の一例を示す図である。モータジェネレータの回転軸に垂直な断面の概略図である。図４のロータとステータとの関係を平面的に示した図である。本実施の形態における、モータジェネレータの各相の電流波形の例を説明するための図である。本実施の形態の電流修正制御を適用した場合の、ロータとステータの関係を平面的に示した図である。モータジェネレータの回転速度に対応したオフセット電流の設定手法の第１の例を示す図である。モータジェネレータの回転速度に対応したオフセット電流の設定手法の第２の例を示す図である。モータジェネレータの回転速度に対応したオフセット電流の設定手法の第３の例を示す図である。本実施の形態における、ＥＣＵで実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。変形例の場合の、ＥＣＵにおける、モータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。変形例の場合の、ＥＣＵで実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。モータジェネレータの回転速度の変化例を示す図である。実施の形態２における、トルク指令値および回転速度から定められる各動作点における温度上昇量のマップの一例を示す図である。実施の形態２における、ＥＣＵで実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。ＰＷＭ信号生成部におけるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を説明する波形図の一例を示す図である。ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数とインバータ出力電流（モータ電流）との関係を示す図である。実施の形態３における、車両のＥＣＵのモータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。実施の形態３における、ＥＣＵで実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

　［実施例１］
　［車両の基本構成］
　図１は、本実施の形態に従うモータ駆動制御システムを搭載した車両１００の全体構成図である。本実施の形態においては、車両１００としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド車両を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、ハイブリッド車両以外にたとえば電気自動車や燃料電池自動車などが含まれる。

　図１を参照して、車両１００は、直流電源部２０と、負荷装置３０と、コンデンサＣ２と、制御装置（以下、ＥＣＵ「Electronic　Control　Unit」とも称する。）３００とを備える。

　直流電源部２０は、蓄電装置１１０と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１と、コンバータ１２０とを含む。

　蓄電装置１１０は、代表的には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を含んで構成される。また、蓄電装置１１０の電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび温度ＴＢは、電圧センサ１０、電流センサ１２および温度センサ１１によってそれぞれ検出される。そして、検出された電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび温度ＴＢは、ＥＣＵ３００に出力される。

　システムリレーＳＲ１の一方端は蓄電装置１１０の正極端子に接続され、システムリレーＳＲ１の他方端は電力線ＰＬ１に接続される。システムリレーＳＲ２の一方端は蓄電装置１１０の負極端子に接続され、システムリレーＳＲ２の他方端は接地線ＮＬに接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＥＣＵ３００からの信号ＳＥにより制御され、蓄電装置１１０とコンバータ１２０との間の電力の供給と遮断とを切替える。

　コンバータ１２０は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、コンバータ１２０とインバータ１３０とを結ぶ電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣによって制御される。

　本実施の形態において、スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal　Oxide　Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ逆並列に接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線ＰＬ１との間に接続される。

　コンバータ１２０は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２０は、昇圧動作時には、蓄電装置１１０から供給された電圧ＶＢを電圧ＶＨ（インバータ１３１への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する。）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。

　また、コンバータ１２０は、降圧動作時には電圧ＶＨを電圧ＶＢに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、接地線ＮＬへ供給することにより行なわれる。

　これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＢの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２を、オンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＢ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。

　コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に接続される。コンデンサＣ２は、コンバータ１２０からの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１３０へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

　負荷装置３０は、インバータ１３０と、動力分割機構１４０と、エンジン１５０と、駆動輪１６０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを含む。また、インバータ１３０は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのインバータ１３１と、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ１３５とを含む。なお、図１においては、車両１００がインバータおよびモータジェネレータを２組備える例が示されるが、たとえばインバータ１３１とモータジェネレータＭＧ１、あるいはインバータ１３５とモータジェネレータＭＧ２のいずれか１組のみを備える構成としてもよい。

　モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ１３０から供給される交流電力を受けて車両１００を走行させるための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受け、ＥＣＵ３００からの回生トルク指令によって交流電力を発電するとともに回生制動力を発生する。

　また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構１４０を介してエンジン１５０にも連結される。そして、エンジン１５０の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ１をエンジン１５０により駆動される発電機として機能させ、モータジェネレータＭＧ２を駆動輪１６０を駆動するための電動機として機能させるものとする。

　動力分割機構１４０には、エンジン１５０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータＭＧ１との両方に振り分けるために、たとえば遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）を含んで構成される。

　インバータ１３１は、コンバータ１２０から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン１５０を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１３１は、エンジン１５０から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された回生電力を変換し、コンバータ１２０に出力する。このときコンバータ１２０は、降圧回路として動作するようにＥＣＵ３００によって制御される。

　インバータ１３１は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に並列に設けられる、Ｕ相上下アーム１３２と、Ｖ相上下アーム１３３と、Ｗ相上下アーム１３４とを含んで構成される。各相上下アームは、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相上下アーム１３２は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を含んで構成される。Ｖ相上下アーム１３３は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を含んで構成される。Ｗ相上下アーム１３４は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を含んで構成される。また、スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８に対して、ダイオードＤ３～Ｄ８がそれぞれ逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１によって制御される。

　代表的には、モータジェネレータＭＧ１は、ロータ（図示せず）に永久磁石が設けられた、３相の永久磁石型同期電動機であり、ステータ（図示せず）に設けられたＵ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一方端が中性点に共通に接続される。さらに、各相コイルの他方端は、各相上下アーム１３２～１３４のスイッチング素子の接続ノードと接続される。

　モータジェネレータＭＧ１は、インバータ１３１から各相コイルに供給される交流の駆動電流によって回転磁界を発生し、この発生した回転磁界によってロータを回転させる。

　インバータ１３５は、コンバータ１２０に対してインバータ１３１と並列的に接続される。インバータ１３５は、駆動輪１６０を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して、コンバータ１２０の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１３５は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された回生電力をコンバータ１２０に出力する。インバータ１３５の内部の構成は図示しないが、インバータ１３１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

　インバータ１３１は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が正（ＴＲ１＞０）の場合には、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１に応答して、スイッチング素子Ｑ３～Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１３１は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が零の場合（ＴＲ１＝０）には、制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、出力トルクが零になるようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

　さらに、車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１は負に設定される（ＴＲ１＜０）。この場合には、インバータ１３１は、制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）をコンデンサＣ２を介してコンバータ１２０へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバー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。

　インバータ１３５についても同様に、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２に対応した制御信号ＰＷＩ２をＥＣＵ３００から受け、制御信号ＰＷＩ２に応答したスイッチング動作によって直流電圧を交流電圧に変換して所定のトルクになるようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

　電流センサ２４，２５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流をＥＣＵ３００へ出力する。なお、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の電流の瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４，２５は２相分のモータ電流を検出するように配置すれば足りる。

　回転角センサ（レゾルバ）２６，２７は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２を検出し、その検出した回転角θ１，θ２をＥＣＵ３００へ出力する。ＥＣＵ３００は、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２および角速度ω１，ω２（ｒａｄ／ｓ）を算出することができる。なお、回転角センサ２６，２７については、ＥＣＵ３００にてモータ電圧や電流から回転角θ１，θ２を直接演算することによって配置を省略してもよい。

　ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、車両１００の各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

　代表的な機能として、ＥＣＵ３００は、運転者によるアクセルペダル（図示せず）の操作量などに基づいて図示しない上位のＥＣＵで演算されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を受ける。そして、ＥＣＵ３００は、このトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、電圧センサ１０によって検出された直流電圧ＶＢ、電流センサ１２によって検出された電流ＩＢ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４，２５からのモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２、回転角センサ２６，２７からの回転角θ１，θ２等に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に従ったトルクを出力するように、コンバータ１２０およびインバータ１３０の動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２０およびインバータ１３０を上記のように制御するための制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成して、コンバータ１２０およびインバータ１３０へそれぞれ出力する。

　ＥＣＵ３００は、コンバータ１２０の昇圧動作時には、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨが電圧指令値に一致するように制御信号ＰＷＣを生成する。

　また、ＥＣＵ３００は、車両１００が回生制動モードの場合は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するように制御信号ＰＷＩ１、ＰＷＩ２を生成してインバータ１３０へ出力する。これにより、インバータ１３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２０へ供給する。

　さらに、ＥＣＵ３００は、車両１００が回生制動モードの場合は、インバータ１３０から供給された直流電圧を降圧するように制御信号ＰＷＣを生成し、コンバータ１２０へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電圧が、直流電圧に変換され、さらに降圧されて蓄電装置１１０に供給される。

　［モータの制御構成］
　図２は、図１に示す車両１００のＥＣＵ３００における、モータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。なお、図２においては、モータジェネレータＭＧ１に対する制御を例として説明するが、ＥＣＵ３００においては、図２で示された制御ブロックが、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対してそれぞれ個別に設けられる。

　図２を参照して、ＥＣＵ３００は、電流指令生成部３１０と、座標変換部３２０，３４０と、ＰＩ演算部３３０と、ＰＷＭ信号生成部３５０と、修正部３６０とを含む。

　電流指令生成部３１０は、予め作成されたテーブル等に従って、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１に応じて、電流指令値ＩｄＲおよびＩｑＲを生成する。

　修正部３６０は、電流センサ２４によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ１（ｉｖ，ｉｗ，ｉｕ＝－（ｉｖ＋ｉｗ））、および回転角センサ２６によって検出されるモータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を受ける。修正部３６０は、これらの情報に基づいて、モータ電流ＭＣＲＴ１を修正し、修正後のモータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を座標変換部３２０へ出力する。修正部３６０によるモータ電流ＭＣＲＴ１の修正の具体的な手法については後述する。

　座標変換部３２０は、モータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を用いた座標変換（３相→２相）により、修正部３６０からのモータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を基にｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを算出する。

　ＰＩ演算部３３０には、ｄ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝ＩｄＲ－ｉｄ）およびｑ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝ＩｑＲ－ｉｑ）が入力される。ＰＩ演算部３３０は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑのそれぞれについて、所定ゲインによるＰＩ演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯を生成する。

　座標変換部３４０は、回転角センサ２６からのモータジェネレータＭＧ１の回転角θ１、ＰＩ演算部３３０からのｄ軸，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ♯，Ｖｑ♯、および電圧センサ１３で検出された電圧値ＶＨを受ける。座標変換部３４０は、これらの情報に基づいて座標変換（２相→３相）を行ない、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。

　ＰＷＭ信号生成部３５０は、各相における電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと所定の搬送波との比較に基づいて、図１に示した、インバータ１３１（１３５）のスイッチング制御信号ＰＷＩ１（ＰＷＩ２）を生成する。

　インバータ１３１（１３５）は、ＥＣＵ３００によって生成されたスイッチング制御信号ＰＷＩ１（ＰＷＩ２）に従ってスイッチング制御される。これによって、モータジェネレータＭＧ１（ＭＧ２）に対してトルク指令値ＴＲ１（ＴＲ２）に従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。

　［電流修正制御の説明］
　上述のような、ロータに永久磁石が設けられたモータジェネレータにおいては、ロータが回転すると、その回転速度に比例した逆起電圧が生じることが知られている。また、一般的に、永久磁石の磁力は、温度が高くなるにつれて小さくなり、温度が低くなるにつれて大きくなる性質を有している。そのため、極低温下などで、永久磁石の温度が低い状態でモータジェネレータが駆動されると、同じ回転速度において発生する逆起電圧は、永久磁石の温度がより高いときに比べて大きくなる。

　図３は、ロータに永久磁石を有するモータジェネレータにおける、回転速度と逆起電圧との関係の一例を示す図である。上述のように、発生する逆起電圧は、回転速度に比例して大きくなり、磁石温度が大きいほど逆起電圧は小さくなる。

　ここで、図１に示すような車両１００に搭載されるモータ駆動制御システムの設計においては、たとえば図３に示す温度Ｔ２（たとえば、７５℃）を基準として、設計が行なわれる。そして、この基準温度において、モータジェネレータの最高回転速度Ｎｍａｘのときに発生する逆起電圧Ｅ１０に耐え得るように、基本的には、コンデンサなどの各機器の耐圧が設定される。

　しかしながら、モータジェネレータの温度が基準温度Ｔ２より低い温度Ｔ１の場合に発生する逆起電圧は、図３中の曲線Ｗ１１のように、同じ回転速度では、基準温度Ｔ２の場合に発生する逆起電圧（図３中の曲線Ｗ１２）よりも大きくなる。そうすると、最高回転速度Ｎｍａｘにおける逆起電圧がＥ１１（＞Ｅ１０）となる。

　そのため、このような低温状態下の条件をカバーするためには、基準温度Ｔ２の場合の耐圧をより大きくすることが必要となり、コストアップや、素子の体格が大きくなることによる機器のサイズアップなどの問題が発生し得る。また、このような条件を考慮に入れないと、機器の破損や劣化の原因になり得る。あるいは、機器の耐圧を超えないようにするために回転速度を制限する場合には、運転性能の低下につながるおそれがある。

　そこで、本実施の形態においては、モータジェネレータのステータの３相のコイルの少なくとも１相に、オフセット電流を重畳させる電流修正制御を行なう。このようにすることによって、オフセット電流によって発生する磁界内を回転するロータを昇温し、発生する逆起電圧を低減することが期待できる。

　図４は、モータジェネレータの回転軸に垂直な断面の概略図である。上述のように、ステータに巻回されたコイルに交流電流を供給することにより回転磁界が発生する。そして、永久磁石が備えられたロータが、ステータで発生される回転磁界に引き付けられることによりロータが回転する。図５は、図４のロータとステータの関係を平面的に示した図であるが、ステータの回転磁界が回転方向である矢印ＡＲ１のへ移動することにより、ロータの永久磁石の磁極が矢印ＡＲ２の方向に動かされる。

　図６は、本実施の形態における、モータジェネレータの各相の電流波形の例を示したものである。

　図６の上段の波形は、本実施の形態の電流修正制御を適用しない比較例の場合の電流波形を示しており、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相のそれぞれの電流波形Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、互いに１２０°の位相差を有する正弦波となる。

　図６の下段は、本実施の形態の電流修正制御を適用した場合の一例の電流波形を示している。図６においては、Ｕ相の電流に正のオフセット電流が重畳された場合の例が示される（図６中の曲線Ｗ１＊）。このようなオフセット電流が重畳された場合には、図７のように、ステータからは、回転磁界に加えてオフセット電流による一定磁界が発生する。そして、この一定磁界中をロータの永久磁石が移動すると、電磁誘導によって永久磁石上に渦電流が発生し、この渦電流が永久磁石の電気抵抗によって消費されることによって永久磁石が昇温される。なお、オフセット電流は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれのコイルに重畳させてもよく、また、一定磁界が発生すればいずれか１相のコイルでなくとも複数の相のコイルに重畳させてもよい。

　一方で、このようなオフセット電流を重畳することによって、最終的にモータジェネレータから出力されるトルクの精度は悪化しトルク変動を生じ得る。これによって、特にモータジェネレータの回転速度が低い場合には、このトルク変動による振動が車両乗員によって感じやすくなり、車両乗員に違和感を与えてしまうおそれがある。そのため、本実施の形態においては、モータジェネレータの回転速度が低い場合には、上述のオフセット電流を重畳しないようにして、トルク変動による振動を抑制し車両乗員への違和感を低減する。

　また、重畳させるオフセット電流の大きさについては、モータジェネレータの回転速度にかかわらず一定の値に設定することも可能であるが、上述のように、回転速度が大きくなるにつれてモータジェネレータに生じる逆起電圧が大きくなるので、機器の保護の観点を考慮すると、回転速度が大きい場合にはより短い時間で永久磁石を昇温することが好ましい。そのため、本実施の形態においては、回転速度の増加に対応して、重畳させるオフセット電流の大きさを増加させる。これによって、回転速度が大きくなると、オフセット電流によって発生する一定界磁の強さが大きくなるので、永久磁石に発生する渦電流も大きくなり、永久磁石の昇温量が増加する。

　なお、オフセット電流の大きさが大きくなるとトルク変動も大きくなるが、回転速度が大きくなると、それに応じてロータや車両のイナーシャも大きくなるため、トルク変動の影響が現れにくくなる。さらに、トルク変動の周期も短くなるので、車両乗員はトルク変動による振動を感じにくくなる傾向にある。

　図８は、モータジェネレータの回転速度に対応したオフセット電流の設定手法の一例を示す図である。図８においては、横軸に時間が示されており、縦軸には、モータジェネレータの回転速度、電流修正制御を実行するか否かを示すオフセットフラグ、および重畳させるオフセット電流の大きさが示される。

　図８を参照して、時刻ｔ１において、車両の走行が開始され、モータジェネレータの回転速度が時間とともに上昇する。このとき、回転速度が基準回転速度Ｎｌｉｍとなる時刻ｔ２までは、トルク変動による振動の抑制のためにオフセットフラグがオフに設定され、オフセット電流はゼロに設定される。

　モータジェネレータの回転速度が基準回転速度Ｎｌｉｍより大きくなる時刻ｔ２より後においては、オフセットフラグがオンに設定されて、回転速度の増加にほぼ比例してオフセット電流が線形に増加するように設定される。

　なお、オフセット電流の増加の手法については、図８のように回転速度に対して線形に変化させる手法以外を採用することもできる。たとえば、図９に示すように、モータジェネレータの回転速度の増加にともなって、階段状に増加させるようにオフセット電流を設定してもよい。あるいは、図１０に示すように、予め設定されたマップを用いてオフセット電流を設定してもよい。このマップは、たとえば、気温や回転速度の増加率などの他のパラメータを用いて、曲線Ｗ２１のように急速にオフセット電流を増加させて急速昇温させるようなパターンを採用したり、曲線Ｗ２３のように徐々にオフセット電流を増加させるようなパターンを採用したりしてもよい。さらに、たとえば、駆動系の共振周波数帯域を考慮して、特定の回転速度領域では、オフセット電流の大きさを一時的に低下させるようなパターンを採用してもよい（曲線Ｗ２２）。

　そして、図２の修正部３６０において、電流センサ２４から検出したＵ，Ｖ，Ｗ相のうちの所定の相の電流値から、上述のようにして設定されたオフセット電流を差し引くことにより、モータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を設定する。このようにモータ電流のフィードバック値からオフセット電流を差し引くことにより、ＰＩ演算部３３０において、差し引かれた電流を補償するようにフィードバック制御がなされる。その結果として、所定の相の電流にオフセット電流が重畳されるように、座標変換部３４０から電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが出力される。

　図１１は、実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図１１および後述する図１３，図１６，図２０に示すフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。なお、当該フローチャートは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対してそれぞれ個別に設けられ、かつ実行される。

　なお、本電流修正制御は、基本的には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の永久磁石の温度が低温時において車両が始動される場合に実行される。永久磁石の温度を直接測定することは比較的困難であるが、永久磁石の温度に関連する温度としては、たとえば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータやケーシングの温度、蓄電装置１１０の温度ＴＢ、エンジン１５０やインバータ１３１，１３５の冷却水の温度などをパラメータとして採用することができ、それぞれ所定の基準温度より低い場合に永久磁石の温度が低温であると判定し得る。また、外気温などのその他のパラメータを用いて判定してもよい。

　図１および図１１を参照して、低温環境下において車両１００が始動された場合に、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、上位ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、および回転角センサ２６，２７からの回転角θ１，θ２から定まるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を取得する。

　次に、ＥＣＵ３００はＳ１１０にて、電流センサ２４，２５からのモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を取得する。

　ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２のそれぞれが、予め定められた基準速度より大きいか否かを判定する。このとき、この基準速度については、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対して共通の値としてもよいし、個別の値としてもよい。

　回転速度が基準速度より大きい場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められ、ＥＣＵ３００は、図８～図１０で示したような手法のいずれかを用いて、重畳させるオフセット電流の設定値を演算する。

　そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、図２の修正部３６０において、Ｓ１３０にて演算したオフセット電流を所定の相の電流値から差し引くように、検出したモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を補正し、モータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を演算する。

　その後、Ｓ１５０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、修正されたモータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を用いてフィードバック制御を行なうことにより、インバータ１３１，１３５の制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。そして、Ｓ１６０にて、ＥＣＵ３００は、生成した制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に出力してインバータ１３１，１３５を制御する。

　一方、回転速度が基準速度以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、Ｓ１３５に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、オフセット電流をゼロに設定する。そして、Ｓ１４０に処理が進められてオフセット電流設定値によってモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２が補正されるが、この場合はオフセット電流がゼロに設定されているので、ＥＣＵ３００は、電流センサ２４，２５によるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２の検出値をそのままフィードバック制御して、インバータ１３１，１３５を制御する（Ｓ１５０，Ｓ１６０）。

　以上のような制御に従って処理を行なうことによって、モータジェネレータの少なくとも１相のコイルにオフセット電流を重畳させることができ、ロータに設けられた永久磁石を昇温することが可能となる。その結果、低温時における逆起電圧増加を考慮した機器の耐圧の増加を防止することによるコストアップを抑制するとともに、機器の劣化および破損を防止することができる。さらに、回転速度を制限する必要もないので、運転性能の低下を抑制することも可能になる。

　［実施の形態１の変形例］
　上述の実施の形態１においては、オフセット電流をモータ電流の検出値から差し引いて得られたモータ電流ｉｕ＊，ｉｖ＊，ｉｗ＊を用いてフィードバック制御することによって、オフセット電流を重畳させる構成について説明したが、オフセット電流を、図２の電流指令生成部３１０によって生成された電流指令値ＩｄＲおよびＩｑＲに直接加える構成としてもよい。

　図１２は、変形例の場合の、ＥＣＵ３００における、モータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。図１２は、図２に示した実施の形態１の制御ブロック図において、修正部３６０が削除され、その代わりに修正部３６１および座標変換部３２１が追加されたものとなっている。図１２において、図２と重複する要素の説明については繰り返さない。

　図１２を参照して、座標変換部３２０は、電流センサ２４によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴ１（ｉｖ，ｉｗ，ｉｕ＝－（ｉｖ＋ｉｗ））、および回転角センサ２６によって検出されるモータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を受ける。そして、座標変換部３２０は、モータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を用いた座標変換（３相→２相）により、モータ電流ｉｖ，ｉｗ，ｉｕを基にｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを算出する。

　修正部３６１は、回転角センサ２６によって検出されるモータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を受ける。そして、修正部３６１は、回転角θ１から定まるモータジェネレータＭＧ１の回転速度ＭＲＮ１に基づいて、図８～図１０で示したような手法のいずれかを用いて、重畳させるオフセット電流Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを設定し、座標変換部３２１へ出力する。

　座標変換部３２１は、モータジェネレータＭＧ１の回転角θ１を用いた座標変換（３相→２相）により、オフセット電流Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを基に修正値ｉｄ＊，ｉｑ＊を算出し、電流指令生成部３１０で生成された電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲにそれぞれ加えることによって電流指令値を補正する。

　これによって、ＰＩ演算部３３０に入力される電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑは、以下のように設定される。

　　ΔＩｄ＝ＩｄＲ＋ｉｄ＊－ｉｄ　…　（１）
　　ΔＩｑ＝ＩｄＱ＋ｉｑ＊－ｉｑ　…　（２）
　ＰＩ演算部３３０は、この電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯を生成する。

　図１３は、変形例の場合の、ＥＣＵ３００で実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図１３は、実施の形態１の図１１に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１４０がＳ１４５に置き換わったものとなっている。図１３において、図１１と重複するステップの説明は繰り返さない。

　モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２が基準速度より大きい場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、Ｓ１３０にてオフセット電流の設定値が演算される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＲＮ１，ＭＲＮ２が基準速度以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、Ｓ１３５にてオフセット電流の設定値がゼロに設定される。

　その後、処理Ｓ１４５に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、図１２の電流指令生成部３１０で生成された電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲに、オフセット電流値ｉｄ＊，ｉｑ＊を加算する。

　そして、Ｓ１５０において、ＥＣＵ３００は、オフセット電流値ｉｄ＊，ｉｑ＊が加算された電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲと、座標変換部３２０によって座標変換されたモータ電流ｉｄ，ｉｑとを用いて、制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し（Ｓ１５０）、インバータ１３１，１３５を制御する（Ｓ１６０）。

　以上のように、オフセット電流を電流指令値に加算する構成においても、実施の形態１と同様に、モータジェネレータの少なくとも１相のコイルにオフセット電流を重畳させることができる。

　［実施の形態２］
　車両の走行開始後、モータジェネレータの最高回転速度に到達するまでの速度の経路は様々である。図１４には、時間とともに変化するモータジェネレータの回転速度の例が示される。たとえば、曲線Ｗ３１のように走行開始後の比較的短い時間で高回転速度まで到達する場合、曲線Ｗ３３のように低回転速度がしばらくの間継続した後に急激に速度が増加する場合、または曲線Ｗ３２のように段階的に徐々に回転速度が増加する場合などがある。

　このように様々な経路に対して、最大回転速度Ｎｍａｘに到達する前の所定の基準回転速度Ｎｔｈとなるまでに、所望の温度までモータジェネレータの永久磁石を昇温させることが必要である。そして、実施の形態１で説明した電流修正制御においては、基本的には、たとえば、回転速度の時間変化率などをパラメータとして、所定の基準回転速度Ｎｔｈとなる時点で所望の温度に到達するように、オフセット電流の大きさが調整される。

　一方で、上述のようにオフセット電流を重畳させることによって、トルク変動の発生による振動の発生や、オフセット電流を供給することによって効率の悪化をともなうため、所望の温度まで永久磁石の温度が上昇した場合には、速やかに電流修正制御を停止することが望ましい。

　この場合、温度センサを設けて、実際のモータジェネレータの温度を検出することも可能であるが、機器の追加によるコストアップをともなったり、センサの故障の際には適切に制御を停止できなかったりすることが考えられる。

　そのため、実施の形態２においては、図１５のように、トルク指令値および回転速度から定められる各動作点における永久磁石の温度上昇量を予め実験等によって測定したマップを用い、その温度上昇量ΔＴを時間軸方向に積分することでモータジェネレータの永久磁石の温度を推定する。そして、推定した永久磁石の温度が、所望の温度に到達したことに基づいて、オフセット電流の重畳を停止することによって、必要以上に永久磁石が昇温されることを防止する。

　図１６は、実施の形態２における、ＥＣＵ３００で実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図１６は、実施の形態１の図１１に示したフローチャートに、ステップＳ１１５～Ｓ１１７が追加されたものとなっている。図１６において、図１１と重複するステップの説明は繰り返さない。

　図１６を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にてモータ電流を取得すると、次にＳ１１５において、現在のトルク指令値および回転速度に基づいて、たとえば図１５に示したようなマップを用いて永久磁石の温度上昇値ΔＴを演算する。このとき、オフセット電流を重畳する場合と重畳しない場合とで、異なる温度上昇値ΔＴのマップを用いるようにすることが好適である。

　そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１６にて、現在の永久磁石の温度に、Ｓ１１５で求めた温度上昇値ΔＴを加算し、永久磁石の温度推定値ＴＭＥを演算する。ここで、現在の永久磁石の温度は、たとえば車両の運転開始の場合には、外気温を初期値としてもよい。また、車両の運転開始後は、前回の制御周期で算出した温度推定値を現在の永久磁石の温度として、それに温度上昇値ΔＴを加算するようにしてもよい。

　次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１７にて、Ｓ１１６で算出した永久磁石の温度推定値ＴＭＥが、所望の温度のしきい値より大きいか否か判定する。

　永久磁石の温度推定値ＴＭＥがしきい値以下の場合（Ｓ１１７にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、永久磁石の昇温が必要であると判断し、実施の形態１と同様にＳ１２０以降の処理を実行して永久磁石の昇温を行なう。

　一方、永久磁石の温度推定値ＴＭＥがしきい値より大きい場合（Ｓ１１７にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、永久磁石の温度が十分に昇温されたと判断し、Ｓ１３５に処理を進め、オフセット電流をゼロに設定する。

　このような処理に従って制御を行なうことによって、永久磁石の温度を測定するための検出装置を個別に設置することなく、永久磁石の温度が所望の温度まで到達したことを判定できる。さらに、永久磁石の温度が所望の温度まで到達したことに応じて、オフセット電流の重畳を停止することができる。これによって、必要以上に永久磁石が昇温されることが防止でき、振動の発生や効率の低下を抑制することが可能になる。

　［実施の形態３］
　実施の形態１においては、モータジェネレータの少なくとも１相のコイルにオフセット電流を重畳させることによって永久磁石を昇温させる構成について説明した。しかしながら、さらに極低温時の場合や、より短時間でモータジェネレータの昇温を完了させたい場合において、大きすぎるオフセット電流を重畳させると、トルク変動が大きくなってしまい、車両乗員に与える振動が増加したり、適切にモータジェネレータの駆動ができなくなったりするおそれがある。

　そこで、実施の形態３においては、このようにさらなる昇温が必要となるような場合に、モータジェネレータにオフセット電流を重畳させることに加えて、ＰＷＭ信号を生成する際の搬送波のキャリア周波数を低減する。この、キャリア周波数の低減によって、モータジェネレータに供給される電流の高調波成分であるリプル電流が増加するため、リプル電流に起因した損失によってモータジェネレータを昇温することが期待できる。

　図１７には、図２のＰＷＭ信号生成部３５０でのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を説明する波形図が示される。

　ＰＷＭ制御は、一定周期ごとに方形波出力電圧のパルス幅を変化させることによって、周期ごとの出力電圧平均値を変化させる制御方式である。一般的には、一定周期を搬送波の周期に対応する複数のスイッチング周期に分割し、スイッチング周期ごとにスイッチング素子のオン・オフ制御を行なうことにより、上記のパルス幅変調制御が行なわれる。

　図１７を参照して、ＰＷＭ信号生成部３５０では、座標変換部３４０からの各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従う信号波Ｗ４１が、所定周波数の搬送波Ｗ４０と比較される。そして、搬送波電圧が信号波電圧よりも高い区間と、信号波電圧が搬送波電圧よりも高い区間との間で、インバータ１３１（１３５）の各相アームでのスイッチング素子のオン・オフを切替えることにより、各相のインバータ出力電圧として、方形波電圧の集合としての交流電圧をモータジェネレータＭＧ１（ＭＧ２）へ供給することができる。この交流電圧の基本波成分は、図１７中の点線の曲線Ｗ４２で示される。すなわち、搬送波Ｗ４０の周波数（キャリア周波数）は、インバータ１３１（１３５）を構成する各スイッチング素子のスイッチング周波数に相当する。

　なお、図２および図１７に示されるように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、基本的には、ＰＷＭ制御によって制御される。ただし、本発明の適用において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、常時パルス幅変調制御によって制御されることは必ずしも必要ではなく、ＰＷＭ制御と、矩形波電圧制御等の他の制御とがモータ状態に応じて選択的に適用されてもよい。

　図１８は、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数とインバータ出力電流（モータ電流）との関係を示す図である。なお、図１８では、例としてインバータのＵ相の出力電流を示すが、Ｖ相、Ｗ相の出力電流についてもＵ相の出力電流と同様に変化する。

　図１８を参照して、キャリア周波数が低い場合には、波形ＷＶ１に示されるようにＵ相の出力電流に含まれる高調波成分（リップル電流）の振幅が大きくなる。これに対し、図１７の信号波Ｗ４１の周期を変えずに搬送波Ｗ４０の周波数を高くした場合には、信号波Ｗ４１の１周期に含まれる搬送波Ｗ４０のピークの数が多くなる。この場合には、波形ＷＶ２に示されるように、高調波成分が小さくなり、出力電流の波形は正弦波に近づくことになる。なお、図１８に示す波形ＷＶ１，ＷＶ２は、説明のために実際の波形を模式的に示したものである。

　インバータの出力電流、すなわち、モータジェネレータのモータ電流の波形がＷＶ１の場合には、波形がＷＶ２の場合に比較して、高周波電流によるステータでの渦電流が増大することにより、ロータに設けられた永久磁石の温度を含めて、モータジェネレータでの発熱量を相対的に増大させることができる。したがって、キャリア周波数を低下させることにより、磁石温度を積極的に上昇させることが可能となることが理解される。

　図１９は、実施の形態３における、車両のＥＣＵ３００のモータ制御構成を説明するための制御ブロック図である。図１９では、実施の形態１の図２について、モータジェネレータＭＧ１の温度を検出するための温度センサ２２、およびキャリア設定部３７０が追加されたものとなっている。図１９において、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

　図１９を参照して、温度センサ２２は、モータジェネレータＭＧ１の温度を検出し、その検出値ＴＭをＥＣＵ３００へ出力する。温度センサ２２は、たとえば、ステータのコイルの内部や、モータジェネレータＭＧ１のケーシングに取付けられる。ＥＣＵ３００は、温度センサ２２で検出されたモータ温度ＴＭに基づいて、モータジェネレータの永久磁石の温度を推定し得るので、実施の形態３においては、永久磁石の温度を代表する値としてモータ温度ＴＭを用いる。

　キャリア設定部３７０は、温度センサ２２で検出されたモータ温度ＴＭを受ける。そして、キャリア設定部３７０は、モータ温度ＴＭに応じたキャリア周波数を設定し、そのキャリア周波数の搬送波ＣＡＲをＰＷＭ信号生成部３５０へ出力する。

　ＰＷＭ信号生成部３５０は、各相における電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、キャリア設定部３７０からの搬送波ＣＡＲとの比較に基づいて、インバータ１３１のスイッチング制御信号ＰＷＩ１を生成する。

　図２０は、実施の形態３の場合の、ＥＣＵ３００で実行される電流修正制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図２０は、実施の形態１の図１１に示したフローチャートに、ステップＳ１１１～Ｓ１１４が追加されたものとなっている。図２０において、図１１と重複するステップの説明は繰り返さない。

　図２０を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にてモータ電流を取得すると、次にＳ１１１に処理を進め、温度センサ２２からモータ温度ＴＭを取得する。

　ＥＣＵ３００は、Ｓ１１２にて、取得したモータ温度ＴＭは、所定の基準温度よりも大きいか否かを判定する。

　モータ温度ＴＭが基準温度よりも大きい場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１３に進められ、ＥＣＵ３００は、搬送波ＣＡＲのキャリア周波数をデフォルト値であるＦＣ０に設定する。

　一方、モータ温度ＴＭが基準温度以下の場合（Ｓ１１２にてＮＯ）は、処理がＳ１１４に進められ、ＥＣＵ３００は、搬送波ＣＡＲのキャリア周波数をデフォルト値よりも低いＦＣ１に設定する。

　その後、ＥＣＵ３００は、図１１と同様にＳ１２０以降の処理を進めるが、Ｓ１５０においては、モータ温度ＴＭに基づいてＳ１１３またはＳ１１４で設定されたキャリア周波数の搬送波ＣＡＲを用いて、制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。

　以上のような処理に従って制御を行なうことによって、モータジェネレータの温度が低い場合には、モータジェネレータに供給する電流にオフセット電流を重畳することによる永久磁石の昇温に加えて、キャリア周波数の低減によってモータジェネレータを昇温することができる。これによって、より短時間でモータジェネレータを昇温することができるので、低温時におけるモータジェネレータの逆起電圧の増加を抑制することが可能となる。

　ただし、キャリア周波数を低減した搬送波を連続して使用すると、急激に永久磁石の温度が上昇してしまい、逆に磁力が低減してしまう可能性がある。そのため、たとえば、モータ温度や、キャリア周波数の低減を継続している時間などを管理して、磁力の低下を抑制することが好ましい。

　なお、図２０のフローチャートにおけるキャリア周波数の設定は、基準温度より大きいか否かで２つのキャリア周波数を切替える構成としたが、キャリア周波数の数はこれに限られず、２つ以上の基準温度を設けて、モータ温度ＴＭに応じて、より細かい区分でキャリア周波数を設定するようにしてもよい。さらに、予め定められたマップや演算式を用いて、モータ温度ＴＭに応じて、キャリア周波数を連続的に変化させるようにしてもよい。

　また、上記では、温度センサを設けて実際のモータジェネレータの温度を検出する構成を説明したが、実施の形態２のように、温度センサを用いずに、予測した永久磁石の温度に基づいてキャリア周波数をしてもよい。

　さらに、実施の形態３については、上述の実施の形態１の変形例および実施の形態２についても適用可能である。

　なお、本実施の形態における「モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２」は、本発明における「交流モータ」の一例である。本実施の形態における「インバータ１３１，１３５」は、本発明における「電力変換装置」の一例である。

　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て請求の範囲によって示され、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。

　１０，１３　電圧センサ、１１，２２　温度センサ、１２，２４，２５　電流センサ、２０　直流電源部、２６，２７　回転角センサ、３０　負荷装置、１００　車両、１１０　蓄電装置、１２０　コンバータ、１３０，１３１，１３５　インバータ、１３２　Ｕ相上下アーム、１３３　Ｖ相上下アーム、１３４　Ｗ相上下アーム、１４０　動力分割機構、１５０　エンジン、１６０　駆動輪、３００　ＥＣＵ、３１０　電流指令生成部、３２０，３２１，３４０　座標変換部、３３０　ＰＩ演算部、３５０　ＰＷＭ信号生成部、３６０，３６１　修正部、３７０　キャリア設定部、Ｃ１，Ｃ２　コンデンサ、Ｄ１～Ｄ８　ダイオード、Ｌ１　リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２　モータジェネレータ、ＮＬ　接地線、ＰＬ１，ＰＬ２　電力線、Ｑ１～Ｑ８　スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２　システムリレー。

Claims

　直流電源（２０）からの電力を用いて交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を駆動するためのモータ駆動装置であって、
　前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）は、ステータのコイルに駆動電流を流すことによって生じる電流磁界を用いて、永久磁石が設けられたロータを回転させるように構成され、
　前記モータ駆動装置は、
　前記直流電源（２０）からの直流電力を、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を駆動するための交流電力に変換するように構成された電力変換装置（１３０）と、
　前記コイルの少なくとも１相にオフセット電流を重畳させて前記永久磁石を昇温させるように前記電力変換装置（１３０）を制御するための制御装置（３００）とを備える、モータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）の回転速度に応じて、前記オフセット電流の大きさを変化させる、請求の範囲第１項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記回転速度が大きくなるほど、前記オフセット電流が大きくなるように前記電力変換装置（１３０）を制御する、請求の範囲第２項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記回転速度に比例するように前記オフセット電流の大きさを設定する、請求の範囲第３項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記回転速度が増加するにつれて、前記オフセット電流を階段状に増加させる、請求の範囲第３項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記回転速度に基づいて予め定められたマップを用いて、前記オフセット電流の大きさを設定する、請求の範囲第３項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記回転速度が基準回転速度を下回る場合には、前記オフセット電流の重畳を停止する、請求の範囲第２項～第６項のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）の駆動開始時において、前記永久磁石に関連する温度が基準値を下回る場合は前記オフセット電流の重畳を実行し、前記永久磁石に関連する温度が前記基準値を上回る場合は前記オフセット電流の重畳を実行しない、請求の範囲第７項に記載のモータ駆動装置。
　前記制御装置（３００）は、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）の駆動状態に基づいて前記永久磁石の温度上昇の時間的変化を定めたマップを有し、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）のトルク指令値および回転速度に基づいて前記マップを用いて前記永久磁石の温度上昇値を演算するとともに、演算された前記温度上昇値を前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）の駆動開始から時間軸方向に積算することによって前記永久磁石の温度を推定し、推定された前記永久磁石の温度がしきい値に到達した場合に、前記オフセット電流の重畳を停止する、請求の範囲第１項に記載のモータ駆動装置。
　前記電力変換装置（１３０）は、
　スイッチング素子（Ｑ３～Ｑ８）を含んで構成され、パルス幅変調制御に従って前記スイッチング素子（Ｑ３～Ｑ８）を制御することによって電力変換を行なうインバータ（１３４，１３５）を含み、
　前記制御装置（３００）は、前記永久磁石の温度が基準温度を下回る場合は、前記永久磁石の温度が前記基準温度を上回る場合よりも、前記パルス幅変調制御に用いられる搬送波の周波数を相対的に低く設定する、請求の範囲第１項に記載のモータ駆動装置。
　車両であって、
　直流電源（２０）と、
　ステータのコイルに駆動電流を流すことによって生じる電流磁界を用いて、永久磁石が設けられたロータを回転させ、前記車両を走行するための駆動力を生成するように構成された交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）と、
　前記直流電源（２０）からの電力を、前記交流モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を駆動するための交流電力に変換するように構成された電力変換装置（１３０）と、
　前記コイルの少なくとも１相にオフセット電流を重畳させて前記永久磁石を昇温させるように前記電力変換装置（１３０）を制御するための制御装置（３００）とを備える、車両。