回転電機制御システム
【課題】回転電機において、コイルおよび永久磁石の過熱を防止する制御を行うことである。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、電源回路１２と、回転電機１４と、電源回路１２に含まれるインバータ２４の作動を制御するインバータＥＣＵ４０と、これらの各構成要素の作動を全体として制御する制御部５０を含んで構成される。制御部５０に接続される記憶部４４には、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの間の温度差に関する温度差マップ４６と、キャリア周波数ｆと制限開始温度Ｔ0に関する制限開始温度マップ４８が記憶され、制御部５０は、これらのマップを用いて、キャリア周波数ｆとコイル温度ＴCとに基き、回転電機１４の出力制限を行う出力制限モジュール５２を含んで構成される。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、電源回路１２と、回転電機１４と、電源回路１２に含まれるインバータ２４の作動を制御するインバータＥＣＵ４０と、これらの各構成要素の作動を全体として制御する制御部５０を含んで構成される。制御部５０に接続される記憶部４４には、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの間の温度差に関する温度差マップ４６と、キャリア周波数ｆと制限開始温度Ｔ0に関する制限開始温度マップ４８が記憶され、制御部５０は、これらのマップを用いて、キャリア周波数ｆとコイル温度ＴCとに基き、回転電機１４の出力制限を行う出力制限モジュール５２を含んで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機について、回転電機のコイル温度によって出力制限を行う回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルに流される駆動電流と永久磁石との間の電磁変換に基いて作動する永久磁石型の回転電機では、コイルに流される駆動電流が大きくなるにつれ、コイルの発熱が多くなる。これによって回転電機の温度上昇が生じるので、コイルの焼損、永久磁石の減磁等を防止または抑制するため、回転電機の過熱防止として、トルク制限等が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、永久磁石式モータである同期機の永久磁石の不可逆減磁とコイル焼損を防止する制御装置として、従来の方法である電機子鎖交磁束あるいは誘起電圧から磁石温度を推定する場合にはその関係式に含まれるコイル抵抗、ｄ軸インダクタンスが温度依存性を有するので精度に限界があることを指摘している。そして、電機子鎖交磁束の高次成分はコイル抵抗、ｄ軸インダクタンスに依存しないことを導き、電機子鎖交磁束の高次成分と磁石温度の関係を用いることで、磁石温度を推定して同期機の出力を調整して不可逆減磁を防止し、また、誘起電圧からコイル温度を推定してコイル焼損を防止することが述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３５２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機の過熱防止として、回転電機の温度を検出するのに便利なのはコイルの温度検出である。したがって、コイルの温度検出に応じた回転電機のトルク制限等によって、回転電機の過熱防止を行うことができる。
【０００６】
ここで、回転電機の作用制御にインバータ回路技術が広く用いられている。例えば、キャリア周波数と制御目標信号とを用いてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技術を用いて回転電機の駆動制御が行われている。このとき、インバータの過熱防止、回転電機を用いるシステムの損失抑制あるいは燃費向上等の観点からキャリア周波数を低減することが要求されることがある。このキャリア周波数を下げると、インバータの出力電流におけるリップル成分が増加し、これによって鉄損が増加することが生じる。
【０００７】
このように、インバータのキャリア周波数を低減すると、回転電機において鉄損が増加し、これにより、永久磁石自体の温度が上昇することが生じる。場合によっては、コイルの温度よりも、永久磁石の温度の方が高温となることも生じえる。そこで、コイル温度とは別に、永久磁石の温度を検出することも考えられるが、永久磁石にセンサ等を設けると、磁気特性が変化することがある。
【０００８】
したがって、従来技術のようにコイル温度の監視のみで回転電機の出力制限を行う方法では、コイル温度以上に永久磁石の温度が上昇してもその検出が行うことができないので、永久磁石が過熱し、磁力低下、減磁を生じることがある。
【０００９】
本発明の目的は、コイル温度の監視のみでコイルおよび永久磁石の過熱を防止できる回転電機制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転電機制御システムは、予め定められたキャリア周波数で作動するインバータと、インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機と、回転電機のコイル温度を取得するコイル温度取得手段と、キャリア周波数とコイル温度とに基いて磁石温度を取得し、コイル温度と磁石温度とに基いて回転電機の出力制限を行う出力制限部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶する温度差記憶部と、回転電機の作動条件であるキャリア周波数とトルクとを検索キーとして温度差記憶部から温度差を検索し、検索された温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定する手段と、推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出する比較手段と、を備え、出力制限部は、比較手段によって高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶する制限開始温度記憶部を備え、出力制限部は、キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、回転電機制御システムは、キャリア周波数とコイル温度とに基き磁石温度を取得し、コイル温度のほかに磁石温度を考慮して回転電機の出力制限を行う。このように、回転電機の出力制限にコイル温度の他にキャリア周波数の影響を考慮することで、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【００１４】
また、回転電機制御システムにおいて、キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶し、この温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定し、推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出して、高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行う。これによって、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【００１５】
また、回転電機制御システムにおいて、予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶し、キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更する。これによって、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電源回路に接続される回転電機として、モータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを１台用いるものとして説明するが、これを２台のモータ・ジェネレータを用いるものとしてもよい。その場合に、モータ機能のみを有する回転電機を１台、発電機機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。
【００１７】
回転電機に接続される電源回路の構成として、蓄電装置、電圧変換器、平滑コンデンサ、インバータを用いるものとして説明するが、必要に応じ、これ以外の要素を付加するものとしてもよい。例えば、システムメインリレー、ＤＣ／ＤＣコンバータ、低電圧電源等を有する構成としてもよい。
【００１８】
以下で述べるキャリア周波数、トルク、コイル温度と磁石温度との間の温度差等の数値は説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。例えば、以下ではキャリア周波数として、代表的に５ｋＨｚと１ｋＨｚとを用いて説明するが、勿論、これ以外の周波数であってもよい。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、回転電機を搭載するハイブリッド車両の作動制御を行うハイブリッド車両制御システムのうち、回転電機の制御に関わる部分を抜き出して、回転電機制御システム１０として示す図である。この回転電機制御システム１０は、車両の走行に関連して、アクセル等によって与えられる要求トルクに従って回転電機を作動制御する機能を有するが、ここでは特に、回転電機の過熱防止に関わる作動制御を行う機能を有する。
【００２１】
この回転電機制御システム１０は、電源回路１２と、回転電機１４と、電源回路１２に含まれるインバータ２４の作動を制御するインバータＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０と、これらの各構成要素の作動を全体として制御する制御部５０を含んで構成される。
【００２２】
電源回路１２は、蓄電装置１６と、蓄電装置側平滑コンデンサ１８と、電圧変換器２０と、インバータ側平滑コンデンサ２２と、インバータ２４とを含んで構成される。
【００２３】
蓄電装置１６は充放電可能な高電圧用２次電池である。蓄電装置１６としては、例えば、約２００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００２４】
電圧変換器２０は、蓄電装置１６とインバータ２４の間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器２０としては、リアクトルと、制御部５０の制御の下で作動するスイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、蓄電装置側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ側に供給する昇圧機能と、インバータ側からの電力を蓄電装置側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。なお、電圧変換器等の昇圧機能を有しない場合であっても、本発明を適用することができる。
【００２５】
蓄電装置１６と電圧変換器２０との間に設けられる蓄電装置側平滑コンデンサ１８と、
電圧変換器２０とインバータ２４との間に設けられるインバータ側平滑コンデンサ２２は、電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有するコンデンサである。
【００２６】
インバータ２４は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータ２４は、制御部５０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成される。図１では、回転電機１４の三相のコイル３０のそれぞれに対応して、スイッチング素子とダイオードが並列に接続された上アームと呼ばれる部分と、同様にスイッチング素子とダイオードが並列に接続された下アームと呼ばれる部分が直列に接続された回路が３組並列に接続された構成としてインバータ２４が示されている。
【００２７】
インバータ２４は、インバータＥＣＵ４０の下で作動制御される。図１の例では６つのスイッチング素子に対するそれぞれのスイッチング信号と、キャリア周波数ｆがインバータＥＣＵ４０から与えられ、これによって、所望の三相出力電流が回転電機１４に対する三相駆動電流として出力される。
【００２８】
インバータ２４は、交流−直流変換も、直流−交流変換も行うことができる。回転電機１４を発電機として機能させるとき、インバータ２４は、回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機１４をモータとして機能させる場合において、車両が力行のとき、インバータ２４は、蓄電装置側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１４に駆動電力として供給する直交変換機能を有し、また、車両が制動のとき、逆に回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。
【００２９】
回転電機１４は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電源回路１２から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。勿論、これ以外に、例えば単相同期型回転電機であっても、本発明を適用することができる。
【００３０】
回転電機１４は、三相コイルが巻回されるステータと、永久磁石を有するロータとを含んで構成される。例えば、モータとして機能するときは、インバータ２４から出力される三相駆動電流の各相電流がステータの三相コイルの各相コイル３０にそれぞれ供給され、ステータに回転磁界を生成する。この回転磁界と永久磁石との協働作用によって、永久磁石、すなわちロータに回転トルクが発生し、ロータの出力軸から車両の車軸に対し、所望のトルクＴqが出力される。
【００３１】
このとき、コイル３０には、コイル温度ＴCを検出するためのコイル温度計が設けられる。コイル温度計は、例えばサーミスタのような温度センサを用いることができる。コイル温度計は、複数のコイルの中で、代表的な１つのコイルのみに設けるものしてもよく、あるいは、２以上のコイルにそれぞれ設けるものとしてもよい。
【００３２】
インバータＥＣＵ４０は、インバータ２４の作動制御を行う機能を有する制御装置で、実質的には回転電機１４の作動制御を行うことができる。インバータＥＣＵ４０は、まず、制御部５０から、回転電機１４のトルクＴqについての指令と回転数Ｎについての指令を受け取る。そして、つぎに、予め設定されるキャリア周波数ｆの下で、このトルクＴqと回転数Ｎで回転電機１４が作動する三相駆動電流をインバータ２４が出力するように、インバータ２４の６つのスイッチング素子に対するスイッチング信号を生成する。このようにして、インバータＥＣＵ４０は、インバータ２４の作動制御を行う。
【００３３】
ここで、インバータＥＣＵ４０において設定されるキャリア周波数ｆは、インバータ２４の過熱防止、回転電機１４を用いるハイブリッド車両の燃費向上等の観点から、できれば低い周波数が好ましい。しかしながら、キャリア周波数ｆを低い周波数に設定すると、それに応じて、インバータ２４から出力される駆動電流Ｉに重畳するリップル成分が増加する。そしてこれによって、回転電機１４の作動における鉄損が増加し、磁石の温度が上昇することが生じる。
【００３４】
図２、図３を用いて、キャリア周波数ｆに対するコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの関係の様子を説明する。図２は、回転電機１４のコイルと磁石に関連する構造の例と、キャリア周波数ｆを変更したときの駆動電流Ｉに重畳するリップル成分の様子を定性的に説明する図である。図３は、キャリア周波数ｆを変更したときのコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの関係を定性的に説明する図である。
【００３５】
図２は例示であるが、上段はキャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの様子を示し、下段は、キャリア周波数ｆを低減して、ｆ＝１ｋＨｚとしたときの様子を示す図である。各段の図において、右側の図は、回転電機１４の軸方向に垂直な面内の断面図である。ここで示されるように、回転電機１４は、円筒状のステータ２６に三相コイルの各相コイル３０が巻回されている。そして、円筒状のステータ２６の内周側空間にロータ２８が配置される。ロータ２８の外周には磁石３２が配置される。
【００３６】
上記のように、三相コイルの各相コイル３０には、インバータ２４から各相駆動電流Ｉが供給され、これによって、ステータ２６に矢印で示すような回転磁界が生成される。この回転磁界とロータ２８の磁石３２との電磁協働作用によって、ロータ２８は、矢印で示される回転トルクを発生し、これが回転電機１４の出力軸からトルクＴqとして出力されることになる。
【００３７】
インバータ２４から出力される駆動電流Ｉの波形の様子が各段の図において、左側に示されている。図２の各段の左側の図には、インバータ２４におけるキャリア周波数ｆが低くなると、高い周波数の場合に比べ、リップル成分の振幅が増加する様子が示される。そして、このリップル成分の増加に伴って、磁石３２の温度が上昇する。そこで、図２の各段の右側にそれぞれ示されているように、キャリア周波数ｆが高いときは、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMより高くても、キャリア周波数ｆが低くなると、コイル温度ＴCよりも磁石温度ＴMが高くなることが生じる。
【００３８】
図３は、回転電機１４のトルクＴqに対するコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの変化の様子を、キャリア周波数ｆが高い場合と低い場合について示す図である。これらの図に示されるように、コイル温度ＴCも磁石温度ＴMも回転電機１４のトルクＴqが増加するに連れて上昇する。そして、図３の左側の図に示されるように、キャリア周波数ｆが高いときは、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMより高い。これに対し、図３の右側の図に示されるように、キャリア周波数ｆが低くなると、コイル温度ＴCよりも磁石温度ＴMが高くなる。
【００３９】
このように、キャリア周波数ｆの変更に伴って、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとは相互に異なった挙動を示す。したがって、コイル３０の温度を検出するだけでは、磁石３２の温度上昇を見逃し、回転電機１４の過熱が防止できないことが生じえることになる。
【００４０】
再び図１に戻り、制御部５０に接続されるアクセル４２は、ハイブリッド車両の走行において、ユーザからの加速等の要求を取得する手段である。具体的には、アクセル踏み度を検出する手段によって、ユーザのアクセル踏み度を取得し、これを制御部５０に適当な信号線で伝送することで、制御部５０はユーザの要求トルクの程度を取得できる。このユーザの要求トルクに基いて、制御部５０は、回転電機１４のトルクＴqに対する指令をインバータＥＣＵ４０に出力することになる。
【００４１】
制御部５０に接続される記憶部４４は、プログラム等を格納する機能を有するが、ここでは特に、回転電機１４の作動制御に用いられるマップを記憶する機能を有する。記憶されるマップの１つは、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの間の温度差に関する温度差マップ４６である。もう１つのマップは、キャリア周波数ｆと回転電機１４の出力の制限開始温度Ｔ0に関する制限開始温度マップ４８である。
【００４２】
温度差マップ４６は、予め図３に示されるような関係を求めておき、これをマップ化したものである。温度差マップ４６は、キャリア周波数ｆと、回転電機１４のトルクＴqとに関連づけて、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの差である温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCを記憶する。温度差マップ４６は、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを検索キーとして、温度差ΔＴを検索できるものであればよく、マップ形式のほか、キャリア周波数ｆとトルクＴqと温度差ΔＴとの関係をテーブル化したルックアップテーブル形式でもよく、あるいは、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを入力することで温度差ΔＴを出力する関係式の形式であってもよい。
【００４３】
制限開始温度マップ４８は、キャリア周波数ｆに関連づけて、回転電機１４の出力制限を開始する制限開始温度Ｔ0を記憶する。制限開始温度Ｔ0とは、それ以下の温度であれば、回転電機１４が出力するトルクＴqを予め定めた最大許容トルクとし、これを超える温度のときは、超えた温度に応じて、最大許容トルクから次第に低いトルクに回転電機１４が出力するトルクＴqを制限する温度である。つまり、制限開始温度Ｔ0を超えると、回転電機１４が出力できるトルクＴqの上限が小さく制限される。具体的には、インバータ２４の出力する三相駆動電流の大きさが制限される。これによって、回転電機１４の過熱が防止されることになる。
【００４４】
制限開始温度Ｔ0は、回転電機１４の特性と、図３のデータとに基いて予め求めることができる。すなわち、キャリア周波数ｆが高く、コイル温度ＴCで回転電機１４の最高温度が定まる場合には、従来から用いられているコイル温度ＴCの許容限度温度を制限開始温度Ｔ0とすることができる。キャリア周波数ｆが低く、磁石温度ＴMで回転電機１４の最高温度が定まる場合には、従来から用いられているコイル温度ＴCの許容限度温度に代えて、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの差である温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに相当する分、制限開始温度Ｔ0を低くするものとする。このようにして、キャリア周波数ｆごとに予め制限開始温度Ｔ0を求めることができる。
【００４５】
制限開始温度マップ４８は、キャリア周波数ｆを検索キーとして、制限開始温度Ｔ0を検索できるものであればよく、マップ形式のほか、キャリア周波数ｆと制限開始温度Ｔ0との関係をテーブル化したルックアップテーブル形式でもよく、あるいは、キャリア周波数ｆを入力することで制限開始温度Ｔ0を出力する関係式の形式であってもよい。
【００４６】
図１において、制御部５０は、ハイブリッド車両を構成する各要素の動作を全体として制御する機能を有する統括ＥＣＵである。制御部５０は、車両の走行に関連して、アクセル４２によって与えられる要求トルクに従って回転電機１４を作動制御する機能を有するが、ここでは特に、回転電機１４の過熱防止に関わる作動制御を行う機能を有する。かかる制御部５０は、車両の搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。なお、インバータＥＣＵ４０の機能を制御部５０の機能の一部としてもよく、記憶部４４を制御部５０に内蔵する構成としてもよい。
【００４７】
制御部５０は、キャリア周波数ｆとコイル温度ＴCとに基き、回転電機１４の出力制限を行う出力制限モジュール５２を含んで構成される。また、出力制限モジュール５２が実行する機能の１つのために、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを検索キーとして温度差マップ４６から温度差ΔＴを検索し、検索された温度差ΔＴとコイル温度ＴCとに基いて磁石温度ＴMを推定する磁石温度推定モジュール５４を含んで構成される。
【００４８】
かかる機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、ハイブリッド車両制御プログラムの中の回転電機制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００４９】
制御部５０の出力制限モジュール５２が実行する機能として２種類あり、いずれを実行しても回転電機１４の過熱を効果的に防止できる。以下では、１つ目の機能として、予め記憶部４４に記憶されている温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに基いて磁石温度ＴMを推定し、それに基いて回転電機１４の出力制限を行うことを先に説明し、ついで、２つ目の機能として、キャリア周波数ｆに基いて直接的に回転電機１４の出力制限を行うことを説明する。
【００５０】
図４、図５は、出力制限の１つ目の機能を説明する図である。図４は、出力制限処理に伴うデータの流れを示す図であり、図５は出力制限の様子を示す図である。
【００５１】
図４において、インバータ２４から制御部５０に対し、現在設定されているキャリア周波数ｆのデータが伝送される。また、回転電機１４のコイル３０に設けられるコイル温度計からコイル温度ＴCのデータが制御部５０に伝送される。制御部５０では、記憶部４４の温度差マップ４６を参照して、温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCを検索する。この検索は、伝送されたキャリア周波数ｆと、制御部５０で把握している回転電機１４の現在のトルクＴqとを検索キーとして、対応する温度差ΔＴを取得することで行われる。そして、制御部５０は、取得したΔＴと、伝送されてきたコイル温度ＴCとから、磁石温度ＴMを、ＴM＝ΔＴ＋ＴCとして推定する。この手順は、制御部５０の磁石温度推定モジュール５４の機能によって実行される。
【００５２】
推定された磁石温度ＴMのデータは、Ｈｉセレクト部５６に出力される。Ｈｉセレクト部５６には、回転電機１４から伝送されるコイル温度ＴCのデータも供給される。Ｈｉセレクト部５６は、入力されたＴMとＴCのいずれが高温であるかを判断し、高い方の温度を抽出してその温度を出力する機能を有する。抽出された高い方の温度に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。
【００５３】
一例を数字で示すと、いま、ＴC＝１４０℃とし、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚとし、回転電機１４のトルクＴq＝１５０Ｎｍとする。図４で示される温度差マップ４６によれば、ΔＴ＝＋５℃となる。つまり、キャリア周波数ｆを低減したことで、磁石温度ＴMの方がコイル温度ＴCよりも高温となっている。磁石温度ＴMは、＋５℃＋１４０℃＝１４５℃と推定される。Ｈｉセレクト部５６では、ＴC＝１４０℃とＴM＝１４５℃との比較が行われ、高温側の温度が出力されるので、この場合、ＴM＝１４５℃が出力される。
【００５４】
図５は、抽出された高い方の温度で出力制限が行われる様子を示す図である。ここでは、横軸にコイル温度ＴCをとり、縦軸に回転電機１４のトルクＴqがとられている。そして、左側の図はキャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの場合、右側の図はキャリア周波数をｆ＝１ｋＨｚに変更した場合を示す図である。
【００５５】
上記のように、左側の図は、キャリア周波数がｆ＝５ｋＨｚのように十分高くて、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMよりも高い温度である場合である。このときは、従来技術と同様に、コイル温度ＴCに基いて出力制限が行われる。すなわち、出力制限が開始する温度である制限開始温度Ｔ0が、ＴCとされる。右側の図は、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合で、磁石温度ＴMがコイル温度ＴCよりも高い温度である場合である。このときには、コイル温度計によって実測されたコイル温度ＴCに代えて、推定された磁石温度ＴMに基いて出力制限が行われる。すなわち、出力制限が開始する温度である制限開始温度Ｔ0が、ＴMとされる。
【００５６】
このように、制御部５０の出力制限モジュール５２の１つ目の機能によれば、予め記憶部４４に記憶されている温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに基いて磁石温度ＴMを推定し、磁石温度ＴMとコイル温度ＴCとを比較し、高い方の温度を制限開始温度として、回転電機１４の出力制限が行われる。これによって、キャリア周波数ｆを変更しても、コイル３０、磁石３２の過熱を防止できる。
【００５７】
図６、図７は、出力制限の２つ目の機能を説明する図である。図６は、図４と同様に、出力制限処理に伴うデータの流れを示す図であり、図７は、図５と同様に、は出力制限の様子を示す図である。
【００５８】
図６において、インバータ２４から制御部５０に対し、現在設定されているキャリア周波数ｆのデータが伝送される。また、回転電機１４のコイル３０に設けられるコイル温度計からコイル温度ＴCのデータが制御部５０に伝送される。ここまでは、図４で説明した内容と同じである。
【００５９】
制御部５０では、記憶部４４の制限開始温度マップ４８を参照して、キャリア周波数ｆに対応する制限開始温度Ｔ0を検索する。この検索は、伝送されたキャリア周波数ｆを検索キーとして、対応する制限開始温度Ｔ0を取得することで行われる。取得された制限開始温度Ｔ0に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。
【００６０】
一例を数字で示すと、いま、キャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚとすると、図６で示される制限開始温度マップ４８によれば、Ｔ0＝１５０℃である。一方、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚとすると、Ｔ0＝１２０℃である。
【００６１】
図７は、取得された制限開始温度Ｔ0に基いて出力制限が行われる様子を示す図である。左側の図は、キャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの場合で、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMよりも高い温度であり、制限開始温度Ｔ0が１５０℃となる場合である。このときは、コイル温度ＴCに基いて制限開始温度Ｔ0が定められることになるので、実際上、コイル温度ＴCに基く出力制限が行われることになる。右側の図は、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合で、磁石温度ＴMがコイル温度ＴCよりも高い温度であり、制限開始温度Ｔ0が１２０℃となる場合である。このときには、推定された磁石温度ＴMに基いて制限開始温度Ｔ0が定められることになるので、実際上、推定された磁石温度ＴMに基く出力制限が行われることになる。
【００６２】
このように、制御部５０の出力制限モジュール５２の２つ目の機能によれば、予め記憶部４４に記憶されているキャリア周波数ｆごとの制限開始温度Ｔ0に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。これによって、キャリア周波数ｆを変更しても、コイル３０、磁石３２の過熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機制御システムの構成を示す図である。
【図２】回転電機のコイルと磁石に関連する構造の例と、キャリア周波数を変更したときの駆動電流に重畳するリップル成分の様子を定性的に説明する図である。
【図３】キャリア周波数を変更したときのコイル温度と磁石温度の関係を定性的に説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、出力制限の１つ目の機能についてデータの流れを示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、出力制限の１つ目の機能について出力制限の様子を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、出力制限の２つ目の機能についてデータの流れを示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、出力制限の２つ目の機能について出力制限の様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 回転電機制御システム、１２ 電源回路、１４ 回転電機、１６ 蓄電装置、１８ 蓄電装置側平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２２ インバータ側平滑コンデンサ、２４ インバータ、２６ ステータ、２８ ロータ、３０ コイル、３２ 磁石、４０ インバータＥＣＵ、４２ アクセル、４４ 記憶部、４６ 温度差マップ、４８ 制限開始温度マップ、５０ 制御部、５２ 出力制限モジュール、５４ 磁石温度推定モジュール、５６ Ｈｉセレクト部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機について、回転電機のコイル温度によって出力制限を行う回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルに流される駆動電流と永久磁石との間の電磁変換に基いて作動する永久磁石型の回転電機では、コイルに流される駆動電流が大きくなるにつれ、コイルの発熱が多くなる。これによって回転電機の温度上昇が生じるので、コイルの焼損、永久磁石の減磁等を防止または抑制するため、回転電機の過熱防止として、トルク制限等が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、永久磁石式モータである同期機の永久磁石の不可逆減磁とコイル焼損を防止する制御装置として、従来の方法である電機子鎖交磁束あるいは誘起電圧から磁石温度を推定する場合にはその関係式に含まれるコイル抵抗、ｄ軸インダクタンスが温度依存性を有するので精度に限界があることを指摘している。そして、電機子鎖交磁束の高次成分はコイル抵抗、ｄ軸インダクタンスに依存しないことを導き、電機子鎖交磁束の高次成分と磁石温度の関係を用いることで、磁石温度を推定して同期機の出力を調整して不可逆減磁を防止し、また、誘起電圧からコイル温度を推定してコイル焼損を防止することが述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３５２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機の過熱防止として、回転電機の温度を検出するのに便利なのはコイルの温度検出である。したがって、コイルの温度検出に応じた回転電機のトルク制限等によって、回転電機の過熱防止を行うことができる。
【０００６】
ここで、回転電機の作用制御にインバータ回路技術が広く用いられている。例えば、キャリア周波数と制御目標信号とを用いてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技術を用いて回転電機の駆動制御が行われている。このとき、インバータの過熱防止、回転電機を用いるシステムの損失抑制あるいは燃費向上等の観点からキャリア周波数を低減することが要求されることがある。このキャリア周波数を下げると、インバータの出力電流におけるリップル成分が増加し、これによって鉄損が増加することが生じる。
【０００７】
このように、インバータのキャリア周波数を低減すると、回転電機において鉄損が増加し、これにより、永久磁石自体の温度が上昇することが生じる。場合によっては、コイルの温度よりも、永久磁石の温度の方が高温となることも生じえる。そこで、コイル温度とは別に、永久磁石の温度を検出することも考えられるが、永久磁石にセンサ等を設けると、磁気特性が変化することがある。
【０００８】
したがって、従来技術のようにコイル温度の監視のみで回転電機の出力制限を行う方法では、コイル温度以上に永久磁石の温度が上昇してもその検出が行うことができないので、永久磁石が過熱し、磁力低下、減磁を生じることがある。
【０００９】
本発明の目的は、コイル温度の監視のみでコイルおよび永久磁石の過熱を防止できる回転電機制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転電機制御システムは、予め定められたキャリア周波数で作動するインバータと、インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機と、回転電機のコイル温度を取得するコイル温度取得手段と、キャリア周波数とコイル温度とに基いて磁石温度を取得し、コイル温度と磁石温度とに基いて回転電機の出力制限を行う出力制限部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶する温度差記憶部と、回転電機の作動条件であるキャリア周波数とトルクとを検索キーとして温度差記憶部から温度差を検索し、検索された温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定する手段と、推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出する比較手段と、を備え、出力制限部は、比較手段によって高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶する制限開始温度記憶部を備え、出力制限部は、キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、回転電機制御システムは、キャリア周波数とコイル温度とに基き磁石温度を取得し、コイル温度のほかに磁石温度を考慮して回転電機の出力制限を行う。このように、回転電機の出力制限にコイル温度の他にキャリア周波数の影響を考慮することで、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【００１４】
また、回転電機制御システムにおいて、キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶し、この温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定し、推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出して、高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行う。これによって、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【００１５】
また、回転電機制御システムにおいて、予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶し、キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更する。これによって、コイルと磁石の過熱を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、電源回路に接続される回転電機として、モータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを１台用いるものとして説明するが、これを２台のモータ・ジェネレータを用いるものとしてもよい。その場合に、モータ機能のみを有する回転電機を１台、発電機機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。
【００１７】
回転電機に接続される電源回路の構成として、蓄電装置、電圧変換器、平滑コンデンサ、インバータを用いるものとして説明するが、必要に応じ、これ以外の要素を付加するものとしてもよい。例えば、システムメインリレー、ＤＣ／ＤＣコンバータ、低電圧電源等を有する構成としてもよい。
【００１８】
以下で述べるキャリア周波数、トルク、コイル温度と磁石温度との間の温度差等の数値は説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。例えば、以下ではキャリア周波数として、代表的に５ｋＨｚと１ｋＨｚとを用いて説明するが、勿論、これ以外の周波数であってもよい。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、回転電機を搭載するハイブリッド車両の作動制御を行うハイブリッド車両制御システムのうち、回転電機の制御に関わる部分を抜き出して、回転電機制御システム１０として示す図である。この回転電機制御システム１０は、車両の走行に関連して、アクセル等によって与えられる要求トルクに従って回転電機を作動制御する機能を有するが、ここでは特に、回転電機の過熱防止に関わる作動制御を行う機能を有する。
【００２１】
この回転電機制御システム１０は、電源回路１２と、回転電機１４と、電源回路１２に含まれるインバータ２４の作動を制御するインバータＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０と、これらの各構成要素の作動を全体として制御する制御部５０を含んで構成される。
【００２２】
電源回路１２は、蓄電装置１６と、蓄電装置側平滑コンデンサ１８と、電圧変換器２０と、インバータ側平滑コンデンサ２２と、インバータ２４とを含んで構成される。
【００２３】
蓄電装置１６は充放電可能な高電圧用２次電池である。蓄電装置１６としては、例えば、約２００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００２４】
電圧変換器２０は、蓄電装置１６とインバータ２４の間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。電圧変換器２０としては、リアクトルと、制御部５０の制御の下で作動するスイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、蓄電装置側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ側に供給する昇圧機能と、インバータ側からの電力を蓄電装置側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。なお、電圧変換器等の昇圧機能を有しない場合であっても、本発明を適用することができる。
【００２５】
蓄電装置１６と電圧変換器２０との間に設けられる蓄電装置側平滑コンデンサ１８と、
電圧変換器２０とインバータ２４との間に設けられるインバータ側平滑コンデンサ２２は、電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有するコンデンサである。
【００２６】
インバータ２４は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータ２４は、制御部５０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成される。図１では、回転電機１４の三相のコイル３０のそれぞれに対応して、スイッチング素子とダイオードが並列に接続された上アームと呼ばれる部分と、同様にスイッチング素子とダイオードが並列に接続された下アームと呼ばれる部分が直列に接続された回路が３組並列に接続された構成としてインバータ２４が示されている。
【００２７】
インバータ２４は、インバータＥＣＵ４０の下で作動制御される。図１の例では６つのスイッチング素子に対するそれぞれのスイッチング信号と、キャリア周波数ｆがインバータＥＣＵ４０から与えられ、これによって、所望の三相出力電流が回転電機１４に対する三相駆動電流として出力される。
【００２８】
インバータ２４は、交流−直流変換も、直流−交流変換も行うことができる。回転電機１４を発電機として機能させるとき、インバータ２４は、回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機１４をモータとして機能させる場合において、車両が力行のとき、インバータ２４は、蓄電装置側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１４に駆動電力として供給する直交変換機能を有し、また、車両が制動のとき、逆に回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。
【００２９】
回転電機１４は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電源回路１２から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。勿論、これ以外に、例えば単相同期型回転電機であっても、本発明を適用することができる。
【００３０】
回転電機１４は、三相コイルが巻回されるステータと、永久磁石を有するロータとを含んで構成される。例えば、モータとして機能するときは、インバータ２４から出力される三相駆動電流の各相電流がステータの三相コイルの各相コイル３０にそれぞれ供給され、ステータに回転磁界を生成する。この回転磁界と永久磁石との協働作用によって、永久磁石、すなわちロータに回転トルクが発生し、ロータの出力軸から車両の車軸に対し、所望のトルクＴqが出力される。
【００３１】
このとき、コイル３０には、コイル温度ＴCを検出するためのコイル温度計が設けられる。コイル温度計は、例えばサーミスタのような温度センサを用いることができる。コイル温度計は、複数のコイルの中で、代表的な１つのコイルのみに設けるものしてもよく、あるいは、２以上のコイルにそれぞれ設けるものとしてもよい。
【００３２】
インバータＥＣＵ４０は、インバータ２４の作動制御を行う機能を有する制御装置で、実質的には回転電機１４の作動制御を行うことができる。インバータＥＣＵ４０は、まず、制御部５０から、回転電機１４のトルクＴqについての指令と回転数Ｎについての指令を受け取る。そして、つぎに、予め設定されるキャリア周波数ｆの下で、このトルクＴqと回転数Ｎで回転電機１４が作動する三相駆動電流をインバータ２４が出力するように、インバータ２４の６つのスイッチング素子に対するスイッチング信号を生成する。このようにして、インバータＥＣＵ４０は、インバータ２４の作動制御を行う。
【００３３】
ここで、インバータＥＣＵ４０において設定されるキャリア周波数ｆは、インバータ２４の過熱防止、回転電機１４を用いるハイブリッド車両の燃費向上等の観点から、できれば低い周波数が好ましい。しかしながら、キャリア周波数ｆを低い周波数に設定すると、それに応じて、インバータ２４から出力される駆動電流Ｉに重畳するリップル成分が増加する。そしてこれによって、回転電機１４の作動における鉄損が増加し、磁石の温度が上昇することが生じる。
【００３４】
図２、図３を用いて、キャリア周波数ｆに対するコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの関係の様子を説明する。図２は、回転電機１４のコイルと磁石に関連する構造の例と、キャリア周波数ｆを変更したときの駆動電流Ｉに重畳するリップル成分の様子を定性的に説明する図である。図３は、キャリア周波数ｆを変更したときのコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの関係を定性的に説明する図である。
【００３５】
図２は例示であるが、上段はキャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの様子を示し、下段は、キャリア周波数ｆを低減して、ｆ＝１ｋＨｚとしたときの様子を示す図である。各段の図において、右側の図は、回転電機１４の軸方向に垂直な面内の断面図である。ここで示されるように、回転電機１４は、円筒状のステータ２６に三相コイルの各相コイル３０が巻回されている。そして、円筒状のステータ２６の内周側空間にロータ２８が配置される。ロータ２８の外周には磁石３２が配置される。
【００３６】
上記のように、三相コイルの各相コイル３０には、インバータ２４から各相駆動電流Ｉが供給され、これによって、ステータ２６に矢印で示すような回転磁界が生成される。この回転磁界とロータ２８の磁石３２との電磁協働作用によって、ロータ２８は、矢印で示される回転トルクを発生し、これが回転電機１４の出力軸からトルクＴqとして出力されることになる。
【００３７】
インバータ２４から出力される駆動電流Ｉの波形の様子が各段の図において、左側に示されている。図２の各段の左側の図には、インバータ２４におけるキャリア周波数ｆが低くなると、高い周波数の場合に比べ、リップル成分の振幅が増加する様子が示される。そして、このリップル成分の増加に伴って、磁石３２の温度が上昇する。そこで、図２の各段の右側にそれぞれ示されているように、キャリア周波数ｆが高いときは、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMより高くても、キャリア周波数ｆが低くなると、コイル温度ＴCよりも磁石温度ＴMが高くなることが生じる。
【００３８】
図３は、回転電機１４のトルクＴqに対するコイル温度ＴCと磁石温度ＴMの変化の様子を、キャリア周波数ｆが高い場合と低い場合について示す図である。これらの図に示されるように、コイル温度ＴCも磁石温度ＴMも回転電機１４のトルクＴqが増加するに連れて上昇する。そして、図３の左側の図に示されるように、キャリア周波数ｆが高いときは、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMより高い。これに対し、図３の右側の図に示されるように、キャリア周波数ｆが低くなると、コイル温度ＴCよりも磁石温度ＴMが高くなる。
【００３９】
このように、キャリア周波数ｆの変更に伴って、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとは相互に異なった挙動を示す。したがって、コイル３０の温度を検出するだけでは、磁石３２の温度上昇を見逃し、回転電機１４の過熱が防止できないことが生じえることになる。
【００４０】
再び図１に戻り、制御部５０に接続されるアクセル４２は、ハイブリッド車両の走行において、ユーザからの加速等の要求を取得する手段である。具体的には、アクセル踏み度を検出する手段によって、ユーザのアクセル踏み度を取得し、これを制御部５０に適当な信号線で伝送することで、制御部５０はユーザの要求トルクの程度を取得できる。このユーザの要求トルクに基いて、制御部５０は、回転電機１４のトルクＴqに対する指令をインバータＥＣＵ４０に出力することになる。
【００４１】
制御部５０に接続される記憶部４４は、プログラム等を格納する機能を有するが、ここでは特に、回転電機１４の作動制御に用いられるマップを記憶する機能を有する。記憶されるマップの１つは、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの間の温度差に関する温度差マップ４６である。もう１つのマップは、キャリア周波数ｆと回転電機１４の出力の制限開始温度Ｔ0に関する制限開始温度マップ４８である。
【００４２】
温度差マップ４６は、予め図３に示されるような関係を求めておき、これをマップ化したものである。温度差マップ４６は、キャリア周波数ｆと、回転電機１４のトルクＴqとに関連づけて、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの差である温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCを記憶する。温度差マップ４６は、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを検索キーとして、温度差ΔＴを検索できるものであればよく、マップ形式のほか、キャリア周波数ｆとトルクＴqと温度差ΔＴとの関係をテーブル化したルックアップテーブル形式でもよく、あるいは、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを入力することで温度差ΔＴを出力する関係式の形式であってもよい。
【００４３】
制限開始温度マップ４８は、キャリア周波数ｆに関連づけて、回転電機１４の出力制限を開始する制限開始温度Ｔ0を記憶する。制限開始温度Ｔ0とは、それ以下の温度であれば、回転電機１４が出力するトルクＴqを予め定めた最大許容トルクとし、これを超える温度のときは、超えた温度に応じて、最大許容トルクから次第に低いトルクに回転電機１４が出力するトルクＴqを制限する温度である。つまり、制限開始温度Ｔ0を超えると、回転電機１４が出力できるトルクＴqの上限が小さく制限される。具体的には、インバータ２４の出力する三相駆動電流の大きさが制限される。これによって、回転電機１４の過熱が防止されることになる。
【００４４】
制限開始温度Ｔ0は、回転電機１４の特性と、図３のデータとに基いて予め求めることができる。すなわち、キャリア周波数ｆが高く、コイル温度ＴCで回転電機１４の最高温度が定まる場合には、従来から用いられているコイル温度ＴCの許容限度温度を制限開始温度Ｔ0とすることができる。キャリア周波数ｆが低く、磁石温度ＴMで回転電機１４の最高温度が定まる場合には、従来から用いられているコイル温度ＴCの許容限度温度に代えて、コイル温度ＴCと磁石温度ＴMとの差である温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに相当する分、制限開始温度Ｔ0を低くするものとする。このようにして、キャリア周波数ｆごとに予め制限開始温度Ｔ0を求めることができる。
【００４５】
制限開始温度マップ４８は、キャリア周波数ｆを検索キーとして、制限開始温度Ｔ0を検索できるものであればよく、マップ形式のほか、キャリア周波数ｆと制限開始温度Ｔ0との関係をテーブル化したルックアップテーブル形式でもよく、あるいは、キャリア周波数ｆを入力することで制限開始温度Ｔ0を出力する関係式の形式であってもよい。
【００４６】
図１において、制御部５０は、ハイブリッド車両を構成する各要素の動作を全体として制御する機能を有する統括ＥＣＵである。制御部５０は、車両の走行に関連して、アクセル４２によって与えられる要求トルクに従って回転電機１４を作動制御する機能を有するが、ここでは特に、回転電機１４の過熱防止に関わる作動制御を行う機能を有する。かかる制御部５０は、車両の搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。なお、インバータＥＣＵ４０の機能を制御部５０の機能の一部としてもよく、記憶部４４を制御部５０に内蔵する構成としてもよい。
【００４７】
制御部５０は、キャリア周波数ｆとコイル温度ＴCとに基き、回転電機１４の出力制限を行う出力制限モジュール５２を含んで構成される。また、出力制限モジュール５２が実行する機能の１つのために、キャリア周波数ｆと回転電機１４のトルクＴqとを検索キーとして温度差マップ４６から温度差ΔＴを検索し、検索された温度差ΔＴとコイル温度ＴCとに基いて磁石温度ＴMを推定する磁石温度推定モジュール５４を含んで構成される。
【００４８】
かかる機能は、ソフトウェアによって実現でき、具体的には、ハイブリッド車両制御プログラムの中の回転電機制御プログラムを実行することで実現できる。かかる機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。
【００４９】
制御部５０の出力制限モジュール５２が実行する機能として２種類あり、いずれを実行しても回転電機１４の過熱を効果的に防止できる。以下では、１つ目の機能として、予め記憶部４４に記憶されている温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに基いて磁石温度ＴMを推定し、それに基いて回転電機１４の出力制限を行うことを先に説明し、ついで、２つ目の機能として、キャリア周波数ｆに基いて直接的に回転電機１４の出力制限を行うことを説明する。
【００５０】
図４、図５は、出力制限の１つ目の機能を説明する図である。図４は、出力制限処理に伴うデータの流れを示す図であり、図５は出力制限の様子を示す図である。
【００５１】
図４において、インバータ２４から制御部５０に対し、現在設定されているキャリア周波数ｆのデータが伝送される。また、回転電機１４のコイル３０に設けられるコイル温度計からコイル温度ＴCのデータが制御部５０に伝送される。制御部５０では、記憶部４４の温度差マップ４６を参照して、温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCを検索する。この検索は、伝送されたキャリア周波数ｆと、制御部５０で把握している回転電機１４の現在のトルクＴqとを検索キーとして、対応する温度差ΔＴを取得することで行われる。そして、制御部５０は、取得したΔＴと、伝送されてきたコイル温度ＴCとから、磁石温度ＴMを、ＴM＝ΔＴ＋ＴCとして推定する。この手順は、制御部５０の磁石温度推定モジュール５４の機能によって実行される。
【００５２】
推定された磁石温度ＴMのデータは、Ｈｉセレクト部５６に出力される。Ｈｉセレクト部５６には、回転電機１４から伝送されるコイル温度ＴCのデータも供給される。Ｈｉセレクト部５６は、入力されたＴMとＴCのいずれが高温であるかを判断し、高い方の温度を抽出してその温度を出力する機能を有する。抽出された高い方の温度に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。
【００５３】
一例を数字で示すと、いま、ＴC＝１４０℃とし、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚとし、回転電機１４のトルクＴq＝１５０Ｎｍとする。図４で示される温度差マップ４６によれば、ΔＴ＝＋５℃となる。つまり、キャリア周波数ｆを低減したことで、磁石温度ＴMの方がコイル温度ＴCよりも高温となっている。磁石温度ＴMは、＋５℃＋１４０℃＝１４５℃と推定される。Ｈｉセレクト部５６では、ＴC＝１４０℃とＴM＝１４５℃との比較が行われ、高温側の温度が出力されるので、この場合、ＴM＝１４５℃が出力される。
【００５４】
図５は、抽出された高い方の温度で出力制限が行われる様子を示す図である。ここでは、横軸にコイル温度ＴCをとり、縦軸に回転電機１４のトルクＴqがとられている。そして、左側の図はキャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの場合、右側の図はキャリア周波数をｆ＝１ｋＨｚに変更した場合を示す図である。
【００５５】
上記のように、左側の図は、キャリア周波数がｆ＝５ｋＨｚのように十分高くて、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMよりも高い温度である場合である。このときは、従来技術と同様に、コイル温度ＴCに基いて出力制限が行われる。すなわち、出力制限が開始する温度である制限開始温度Ｔ0が、ＴCとされる。右側の図は、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合で、磁石温度ＴMがコイル温度ＴCよりも高い温度である場合である。このときには、コイル温度計によって実測されたコイル温度ＴCに代えて、推定された磁石温度ＴMに基いて出力制限が行われる。すなわち、出力制限が開始する温度である制限開始温度Ｔ0が、ＴMとされる。
【００５６】
このように、制御部５０の出力制限モジュール５２の１つ目の機能によれば、予め記憶部４４に記憶されている温度差ΔＴ＝ＴM−ＴCに基いて磁石温度ＴMを推定し、磁石温度ＴMとコイル温度ＴCとを比較し、高い方の温度を制限開始温度として、回転電機１４の出力制限が行われる。これによって、キャリア周波数ｆを変更しても、コイル３０、磁石３２の過熱を防止できる。
【００５７】
図６、図７は、出力制限の２つ目の機能を説明する図である。図６は、図４と同様に、出力制限処理に伴うデータの流れを示す図であり、図７は、図５と同様に、は出力制限の様子を示す図である。
【００５８】
図６において、インバータ２４から制御部５０に対し、現在設定されているキャリア周波数ｆのデータが伝送される。また、回転電機１４のコイル３０に設けられるコイル温度計からコイル温度ＴCのデータが制御部５０に伝送される。ここまでは、図４で説明した内容と同じである。
【００５９】
制御部５０では、記憶部４４の制限開始温度マップ４８を参照して、キャリア周波数ｆに対応する制限開始温度Ｔ0を検索する。この検索は、伝送されたキャリア周波数ｆを検索キーとして、対応する制限開始温度Ｔ0を取得することで行われる。取得された制限開始温度Ｔ0に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。
【００６０】
一例を数字で示すと、いま、キャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚとすると、図６で示される制限開始温度マップ４８によれば、Ｔ0＝１５０℃である。一方、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚとすると、Ｔ0＝１２０℃である。
【００６１】
図７は、取得された制限開始温度Ｔ0に基いて出力制限が行われる様子を示す図である。左側の図は、キャリア周波数ｆ＝５ｋＨｚの場合で、コイル温度ＴCが磁石温度ＴMよりも高い温度であり、制限開始温度Ｔ0が１５０℃となる場合である。このときは、コイル温度ＴCに基いて制限開始温度Ｔ0が定められることになるので、実際上、コイル温度ＴCに基く出力制限が行われることになる。右側の図は、キャリア周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合で、磁石温度ＴMがコイル温度ＴCよりも高い温度であり、制限開始温度Ｔ0が１２０℃となる場合である。このときには、推定された磁石温度ＴMに基いて制限開始温度Ｔ0が定められることになるので、実際上、推定された磁石温度ＴMに基く出力制限が行われることになる。
【００６２】
このように、制御部５０の出力制限モジュール５２の２つ目の機能によれば、予め記憶部４４に記憶されているキャリア周波数ｆごとの制限開始温度Ｔ0に基いて、回転電機１４の出力制限が行われる。これによって、キャリア周波数ｆを変更しても、コイル３０、磁石３２の過熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機制御システムの構成を示す図である。
【図２】回転電機のコイルと磁石に関連する構造の例と、キャリア周波数を変更したときの駆動電流に重畳するリップル成分の様子を定性的に説明する図である。
【図３】キャリア周波数を変更したときのコイル温度と磁石温度の関係を定性的に説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、出力制限の１つ目の機能についてデータの流れを示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、出力制限の１つ目の機能について出力制限の様子を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、出力制限の２つ目の機能についてデータの流れを示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、出力制限の２つ目の機能について出力制限の様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 回転電機制御システム、１２ 電源回路、１４ 回転電機、１６ 蓄電装置、１８ 蓄電装置側平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２２ インバータ側平滑コンデンサ、２４ インバータ、２６ ステータ、２８ ロータ、３０ コイル、３２ 磁石、４０ インバータＥＣＵ、４２ アクセル、４４ 記憶部、４６ 温度差マップ、４８ 制限開始温度マップ、５０ 制御部、５２ 出力制限モジュール、５４ 磁石温度推定モジュール、５６ Ｈｉセレクト部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められたキャリア周波数で作動するインバータと、
インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機と、
回転電機のコイル温度を取得するコイル温度取得手段と、
キャリア周波数とコイル温度とに基いて磁石温度を取得し、コイル温度と磁石温度とに基いて回転電機の出力制限を行う出力制限部と、
を備えることを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶する温度差記憶部と、
回転電機の作動条件であるキャリア周波数とトルクとを検索キーとして温度差記憶部から温度差を検索し、検索された温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定する手段と、
推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出する比較手段と、
を備え、
出力制限部は、比較手段によって高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行うことを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶する制限開始温度記憶部を備え、
出力制限部は、
キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項１】
予め定められたキャリア周波数で作動するインバータと、
インバータによって作動し、磁石とコイルとを有する回転電機と、
回転電機のコイル温度を取得するコイル温度取得手段と、
キャリア周波数とコイル温度とに基いて磁石温度を取得し、コイル温度と磁石温度とに基いて回転電機の出力制限を行う出力制限部と、
を備えることを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
キャリア周波数と、回転電機のトルクとに関連づけて、コイル温度と磁石温度との差である温度差を記憶する温度差記憶部と、
回転電機の作動条件であるキャリア周波数とトルクとを検索キーとして温度差記憶部から温度差を検索し、検索された温度差とコイル温度とに基いて磁石温度を推定する手段と、
推定された磁石温度と取得されたコイル温度とを比較して高い方の温度を抽出する比較手段と、
を備え、
出力制限部は、比較手段によって高い方とされた温度に基いて回転電機の出力制限を行うことを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
予め求められたキャリア周波数とコイル温度と磁石温度との関係に基いて、キャリア周波数に関連づけられた回転電機の出力制限を開始する温度を記憶する制限開始温度記憶部を備え、
出力制限部は、
キャリア周波数に応じて、回転電機の出力制限を開始する温度を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４１８６９（Ｐ２０１０−４１８６９Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０３８４９（Ｐ２００８−２０３８４９）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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