電動機の制御装置
【課題】電動機出力を確保しつつ電動機の過温度上昇を防止することが可能な出力制限を実現する。
【解決手段】実験結果に基づき、電動機での損失電力をパラメータとして、各損失電力における動作点の集合、すなわち、電動機回転速度Ｎｍおよび出力トルクＴｑの対応関係を示す損失特性線１５０を予めマップ化される。電動機の運転時には、電動機温度の検出値に基づいて電動機での損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定するとともに、設定した損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０に従って、各回転速度Ｎｍに対するトルク上限値が設定される。これにより、最大出力線１１０に従うトルク上限値に制限係数（＜１．０）を乗算することによりトルク上限値を設定する場合と比較して、電動機の過熱を防止した上で出力トルクを確保することができる。
【解決手段】実験結果に基づき、電動機での損失電力をパラメータとして、各損失電力における動作点の集合、すなわち、電動機回転速度Ｎｍおよび出力トルクＴｑの対応関係を示す損失特性線１５０を予めマップ化される。電動機の運転時には、電動機温度の検出値に基づいて電動機での損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定するとともに、設定した損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０に従って、各回転速度Ｎｍに対するトルク上限値が設定される。これにより、最大出力線１１０に従うトルク上限値に制限係数（＜１．０）を乗算することによりトルク上限値を設定する場合と比較して、電動機の過熱を防止した上で出力トルクを確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機の制御装置に関し、より特定的には、電動機の温度上昇に伴う出力制限のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機制御の一環として、電動機温度を検出するとともに、電動機温度が許容値以上の場合には電動機の出力を制限して過熱を防止するようにした構成が知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００４−１６６４１５号公報（特許文献１）の図６には、モータ温度に対してモータ出力制限係数を設定するモータ出力制限マップが開示され、本来のトルク指令値とモータ出力制限係数との積に従ってトルク指令値を補正するモータ駆動制御装置が開示されている。特に、特許文献１のモータ駆動制御装置は、モータ温度に応じたモータ出力制限係数とインバータ温度に応じたモータ出力制限係数のうちの小さい方を総合出力制限係数として、この総合出力制限係数と本来のトルク指令値との積に従ってトルク指令値を補正する。
【特許文献１】特開２００４−１６６４１５号公報
【特許文献２】特開２００６−４６５７６号公報
【特許文献３】特開平７−６７３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動機での温度上昇度合、すなわち発熱量は、単純に出力トルクに比例する特性ではないため、特許文献１のモータ駆動制御装置のような出力制限では、電動機の過熱を精密に防止することが困難である。このため、電動機保護を優先するためには出力制限係数を安全側に設定する必要が生じ、電動機の過熱を防止できる範囲内で可能な限り電動機出力を確保するという観点からは必ずしも適切な出力制限を行なうことができない。
【０００５】
特に、ハイブリッド車に搭載された電動機では、車両発進時あるいは坂道走行時等の低速時に電動機出力が要求される傾向にあるため、このような領域で特許文献１に開示されたような出力制限を行なうと、十分な車両性能を発揮できない可能性がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動機出力を最大限確保しつつ電動機の過熱を防止することが可能な制御構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電動機の制御装置は、電動機の温度を検出する温度検出器と、温度検出器により検出された電動機温度に基づき、電動機の出力を制限するための出力制限手段とを備える。そして、出力制限手段は、電動機温度に応じて電動機で発生する損失電力の許容値を設定するとともに、設定した許容値に基づいて電動機の出力を制限する。
【０００８】
上記電動機の制御装置によれば、電動機の温度上昇に直接影響を与える電動機での損失電力の許容値に着目して出力制限を行なうので、より高精度に電動機の過熱状態を防止できるとともに、過熱状態とならない限界まで電動機の出力確保を図ることが可能となる。
【０００９】
好ましくは、出力制限手段は、損失許容値設定手段と、制限手段とを含む。損失許容値設定手段は、電動機温度に基づいて損失電力の許容値を設定する。制限手段は、電動機の回転速度および出力トルクの組合わせにより定義される動作点に対する電動機での損失電力予測値に基づき、損失電力予測値が許容値以下となる範囲内に動作点を制限する。
【００１０】
上記構成とすることにより、電動機温度に基づいて電動機での損失電力の許容値を設定し、この許容値内に電動機の動作点（回転速度，出力トルク）を制限することによって、上記のような電動機の出力制限を実現することができる。
【００１１】
さらに好ましくは、制限手段は、損失特性記憶手段と、トルク制限手段とを有する。損失特性記憶手段と、損失電力予測値が一定となる電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を記憶する。トルク制限手段は、損失電力予測値が損失許容値設定手段によって設定された許容値であるときの損失特性に従って、現在の回転速度に基づき出力トルクの上限値を設定する。
【００１２】
上記構成とすることにより、予め実験等で求めた損失電力予測値に基づき、損失電力予測値が一定となる電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を予めマップ化しておき、かつ、電動機の運転中には当該マップを適宜参照する態様によって、現在の電動機温度における損失電力許容値に対応した電動機のトルク制限を簡易に実現することができる。
【００１３】
好ましくは、電動機は、車両に搭載されて、車両の駆動力を発生するように構成される。
【００１４】
上記構成によれば、車両搭載用電動機の低回転速度領域において過熱状態の発生を防止しつつ出力を確保することが可能となる。したがって、車両発進時あるいは坂道走行時（登坂時）のような電動機に高トルク出力が要求される場面において、車両駆動力を確保できるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による電動機の制御装置によれば、電動機出力を確保しつつ電動機の過温度上昇を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下にこの発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に従う電動機の制御装置による電動機制御構成を説明する図である。以下の実施の形態では、制御対象となる電動機について、電動車両に搭載された車両駆動用電動機を代表例として説明する。
【００１８】
図１を参照して、電動車両１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、代表的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成される制御回路５０および制御装置８０と、モータジェネレータＭＧと、駆動軸６２と、駆動軸６２の回転に伴って回転駆動される車輪６５とを含む。駆動軸６２は、一般的には図示しない減速機等の変速機構を介して、モータジェネレータＭＧの出力軸との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。また、車輪６５には、制動機構、代表的には油圧供給により機械的に制動力を発揮する油圧ブレーキ９０が設けられる。
【００１９】
モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載されて、力行時に車輪の駆動トルクを発生するとともに、回生時には、駆動輪６５の回転方向と反対方向の回生トルクを発生することにより、電気的な制動力（回生制動力）の発生による回生発電を行なう。すなわち、モータジェネレータＭＧは、本発明での「電動機」に対応する。ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成された、別のモータジェネレータがさらに設けられてもよい。なお、電動車両１００がハイブリッド自動車である場合には、エンジン（図示せず）の出力によっても駆動軸６２を回転可能なように車両駆動系が構成されてもよい。
【００２０】
直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。直流電源Ｂとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用可能である。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御回路５０へ出力する。
【００２１】
システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からの制御信号ＳＥに応答してオン／オフされる。
【００２２】
昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。
【００２３】
本発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）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に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。
【００２４】
インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５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相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。
【００２５】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相コイル巻線の一端が中性点Ｎに共通接続されて構成される。さらに、各相コイル巻線の他端は、各相アーム２２，２４，２６のスイッチング素子の中間点と接続されている。
【００２６】
昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０への入力電圧に相当）をインバータ２０へ供給する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。
【００２７】
また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
【００２８】
平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２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２０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧（すなわち、インバータ入力電圧）を検出し、その検出値ＶＨを制御回路５０へ出力する。
【００２９】
インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、平滑コンデンサＣ０から供給される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ＭＧを駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答した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トルクが零になるようにモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ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。
【００３０】
さらに、電動車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ２０は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６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ＭＧ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）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。
【００３１】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車の運転者によるフットブレーキ（ブレーキペダル）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。
【００３２】
電流センサ２７は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御回路５０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ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２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。
【００３３】
回転角センサ（レゾルバ）２８は、モータジェネレータＭＧの図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御回路５０へ送出する。制御回路５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｍを算出することができる。
【００３４】
モータジェネレータＭＧには、温度センサ２９がさらに設けられる。一般に、温度センサ２９は、温度上昇による絶縁被覆の破壊等が懸念されるコイル巻線部位の温度を測定して、少なくとも制御装置８０へ出力するように設けられる。以下では、温度センサ２９により測定された温度をモータ温度Ｔｍと称する。
【００３５】
制御装置８０には、直流電源（バッテリ）Ｂの充電状態や入出力電力制限を示すバッテリ情報や、各種車両センサ信号（たとえば、車速や路面状況等の車両状態を示すセンサ検出値や、車両内の各種機器の動作状態を示すセンサ検出値）が入力される。制御装置８０は、車両状態および運転者によるアクセル／ブレーキ操作等に基づいて、電動車両１００が要求された所要の性能を発揮するように、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを発生する。
【００３６】
なお、制御装置８０は、直流電源Ｂに関する、満充電時を１００％とした充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力Ｐｉｎ、放電制限を示す出力可能電力Ｐｏｕｔ等の情報に基づき、直流電源Ｂの過充電あるいは過放電が発生しない範囲内で、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを生成する。また、制御装置８０は、温度センサ２９により検出されたモータ温度Ｔｍに基づき、モータジェネレータＭＧの過熱状態発生を防止するような、モータジェネレータＭＧの出力制限を、代表的には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ設定時の上限値を制限することにより実行する。
【００３７】
電動機制御用の制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０は、制御装置８０から入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、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２７からのモータ電流ＭＣＲＴ、回転角センサ２８からの回転角θに基づいて、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ２０の動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。
【００３８】
昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御回路５０は、モータジェネレータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値を算出し、この指令値および電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００３９】
また、制御回路５０は、電動車両１００が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを制御装置８０から受けると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクの出力によりモータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ２０へ出力する。これにより、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。
【００４０】
さらに、制御回路５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ２０から供給された直流電圧を必要に応じて直流電源Ｂの充電電圧に降圧するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、モータジェネレータＭＧからの回生電力は、直流電源Ｂの充電に用いられる。
【００４１】
さらに、制御回路５０は、電動車両１００の駆動システム起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００４２】
なお、図１の例では、制御回路５０および制御装置８０を別個のＥＣＵで構成したが、両者の機能を単一のＥＣＵに一体化する構成とすることも可能である。
【００４３】
次に図２および図３を用いて、比較例として示される一般的なモータ出力制限について説明する。
【００４４】
図２を参照して、モータジェネレータＭＧの動作点は、横軸をモータ回転速度Ｎｍとし、縦軸を出力トルクＴｑとした平面上の各点で示される。最大出力線１１０は、モータ温度等による出力制限が不要である場合における、モータジェネレータＭＧの各回転速度Ｎｍにおける出力トルク上限値の集合で示される。なお、以下では代表例として、モータジェネレータＭＧの動作点のうちの、Ｎｍ＞０かつＴｑ＞０の象限についてモータジェネレータＭＧの出力制限を説明する。
【００４５】
図３には、モータ温度に対する出力制限係数の設定例が示される。
図３に示されるように、モータ温度Ｔｍ≦Ｔａのときには出力制限係数ＫＬ＝１．０に設定されて、図２の最大出力線１１０に従って各回転速度におけるトルク上限値が設定される。すなわち、モータジェネレータＭＧの動作点は、最大出力線１１０の範囲内に設定されることになる。
【００４６】
これに対して、モータ温度Ｔｍ＞Ｔａの領域では、ＫＬが１．０から徐々に減少される。たとえば、ＫＬ＝０．５となるモータ温度Ｔｂでは、図２の５０％出力制限線で示されるように、各回転速度において、最大出力線１１０上のトルク上限値を０．５倍した値にトルク上限値が設定される。すなわち、５０％の出力制限線１２０の範囲内にモータジェネレータＭＧの動作点が制限されることになる。さらに、モータ温度が上昇してモータ温度Ｔｍ≧Ｔｃとなると、ＫＬ＝０とされてモータジェネレータＭＧによるトルク出力が禁止される。
【００４７】
しかしながら、モータジェネレータＭＧでの発熱は、出力トルクに単純に比例するのではなく、モータジェネレータＭＧで発生する損失電力（以下、モータ損失電力と称する）に応じたものとなる。このモータ損失電力は、主に、モータ電流によって発生する銅損と、モータコアに発生する渦電流によって生じる鉄損との和で示される。銅損は、モータ電流の上昇、すなわち、出力トルクの上昇に応じて増加し、鉄損は、モータ回転速度の上昇に応じて増加する特性を示す。
【００４８】
ここで、モータジェネレータＭＧの各動作点におけるモータ損失電力は、予め実験によって実測することが可能である。したがって、この実験結果に基づき、モータ損失電力が一定値である下のモータジェネレータＭＧの動作点の集合を求めることができる。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態では、上記のような実験結果に基づき、モータ損失電力をパラメータとして、各モータ損失電力における動作点の集合、すなわち、モータ回転速度Ｎｍおよび出力トルクＴｑの対応関係を示す損失特性線１５０を予めマップ化しておく。
【００５０】
そして、図５に示すように、本実施の形態では、モータ温度Ｔｍに対して、モータジェネレータＭＧでの発熱量に直接的に関係する損失電力について、損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。
【００５１】
図５に示されるように、モータ温度Ｔｍ≦Ｔａの範囲では、Ｌｌｍｔ＝Ｌｍａｘに設定される。このときには、図３でのＫＬ＝１．０の場合と同様に、最大出力線１１０に従って各回転速度Ｎｍにおけるトルク上限値が設定される。
【００５２】
一方、モータ温度ＴｍがＴａ〜Ｔｃの範囲内では、モータジェネレータＭＧでの損失電力許容値ＬｌｍｔがＬｍａｘより小さい値に設定される。
【００５３】
そして、図４上において、図５に従って設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０に従って、各回転速度Ｎｍに対するトルク上限値が設定される。
【００５４】
図６は、本発明の実施の形態によるモータ出力制限の制御構成を説明する概略ブロック図である。図６に示される各ブロックの機能は、制御装置８０によってハードウェア的あるいはソフトウェア的に実現される。
【００５５】
図６を参照して、出力制限部２００は、損失許容値設定部２１０と、損失特性マップ２２０と、トルク上限値設定部２３０とを含む。損失許容値設定部２１０は、図５に示すような制限特性に従い、モータ温度Ｔｍに基づきモータジェネレータＭＧでの損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。
【００５６】
損失特性マップ２２０は、損失電力許容値Ｌｌｍｔの値をパラメータとして、図４中に示した損失特性線１５０が複数設定されたマップに相当する。損失特性マップ２２０からは、損失許容値設定部２１０において設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔと、そのときのモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｍを引数として、損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０上のトルク値Ｔｑが読出される。
【００５７】
トルク上限値設定部２３０は、損失特性マップ２２０から読出されたトルク値Ｔｑをトルク上限値Ｔｑｍａｘとして設定する。そしてトルク上限値設定部２３０は、モータジェネレータＭＧに本来要求されるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯と、トルク上限値Ｔｑｍａｘとを比較し、トルク上限値Ｔｑｍａｘを超えないように制限してトルク指令値Ｔｑｃｏｍを最終的に設定する。
【００５８】
図７は、図６に示したモータ出力制限を制御装置８０でのプログラム処理によって実現するためのフローチャートである。
【００５９】
図７を参照して、制御装置８０は、ステップＳ１００では、温度センサ２９の出力によりモータ温度Ｔｍを取得する。続いて、制御装置８０は、ステップＳ１１０では、モータ温度Ｔｍに基づいて損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は図６に示した損失許容値設定部２１０の機能に相当する。
【００６０】
さらに、制御装置８０は、ステップＳ１２０では、損失特性マップ２２０の参照により、現在のモータ回転速度Ｎｍと、ステップＳ１１０で設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する出力トルク値を読出す。すなわち、ステップＳ１２０の処理は、図６における損失特性マップ２２０の参照動作に対応する。
【００６１】
そして、制御装置８０は、ステップＳ１３０では、読出した出力トルク値をトルク上限値Ｔｑｍａｘに設定し、ステップＳ１４０により、本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯がトルク上限値Ｔｑｍａｘより大きいか否かを判定する。
【００６２】
制御装置８０は、Ｔｑｃｏｍ♯＞Ｔｑｍａｘのとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｍａｘに設定する。一方、制御装置８０は、Ｔｑｃｏｍ♯≦Ｔｑｍａｘのとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯を修正することなくそのまま最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍとする。
【００６３】
これにより、モータジェネレータＭＧでの損失電力がモータ温度Ｔｍに基づく損失電力許容値Ｌｌｍｔを超えない範囲内に制限してトルク指令値Ｔｑｃｏｍの上限が設定されるような、モータジェネレータの出力制限が実現される。
【００６４】
このように本実施の形態によれば、モータジェネレータＭＧでの発熱に直接的に影響するモータ損失電力を許容値以下に制限するように出力制限を行なうので、より精密にモータジェネレータＭＧの過熱を防止することができる。特に、損失電力許容値に基づく出力制限とすることにより、モータジェネレータＭＧが過熱状態に至らない範囲内での出力確保を追求できる。
【００６５】
たとえば、図４から理解されるように、従来（図３）の出力制限係数設定において出力制限係数＝０．５となるときのモータ温度Ｔｂに対する、出力制限線１２０および損失特性線１５０とを比較すると、本実施の形態では、図４中にハッチングした領域について従来よりも出力トルクを確保することができる。
【００６６】
一般に、最大出力線１１０の設定において、モータ低回転速度領域でのトルク上限値は一定値に制限される。したがって、最大出力線１１０の相似形によるのではなく、モータジェネレータＭＧでの損失電力を評価して出力（トルク）上限を設定する本実施の形態によれば、特に車両発進時や登坂時等に使用されるモータジェネレータＭＧの低回転速度領域において、モータ温度上昇時にも出力トルクを確保する余地が生じる。したがって、本発明の実施の形態による電動機の制御装置により制御されるモータジェネレータＭＧを搭載した車両では、このような領域で車両性能を確保することが可能となる。
【００６７】
なお、以上の説明では、Ｎｍ＞０かつＴｑ＞０の象限のみを例示して、モータジェネレータＭＧの出力制限を説明したが、出力トルクが負（Ｔｑ＜０）のときを含む他の象限についても、同様の手法に基づく出力制限を行なうことができる。
【００６８】
制御対象となる電動機についても、電動機あるいは発電機の機能のみを有するものとすることも可能であり、例示した永久磁石型モータ以外とすることも可能である。また、電動車両搭載用以外に適用される電動機についても、本発明による出力制限を適用できる。すなわち、本発明は、過熱状態回避のための出力制限が必要とされる電動機であれば、電動機の種類・形式や適用用途を特に限定することなく共通に適用することが可能である。
に限定されるものではない。すなわち、共通に本発明を適用することが可能である。
【００６９】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に従う電動機の制御装置による電動機の制御構成を説明する図である。
【図２】比較例として示される一般的なモータ出力制限を説明する概念図である。
【図３】図２に示したモータ出力制限における出力制限係数の設定例を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態によるモータ出力制限を説明する概念図である。
【図５】本発明の実施の形態によるモータ出力制限における損失電力許容値の設定を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態によるモータ出力制限の制御構成を説明する概略ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態によるモータ出力制限プログラム処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ 昇降圧コンバータ、１３ 電圧センサ、２０ インバータ、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、２９ 温度センサ、５０ 制御回路、６２ 駆動軸、６５ 車輪（駆動輪）、８０ 制御装置、９０ 油圧ブレーキ、１００ 電動車両、１１０ 最大出力線、１２０ 出力制限線、１５０ 損失特性線、２００ 出力制限部、２１０ 損失許容値設定部、２２０ 損失特性マップ、２３０ トルク上限値設定部、Ｂ 直流電源、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ 三相電流、Ｌ１ リアクトル、Ｌｌｍｔ 損失電力許容値、ＭＣＲＴ モータ電流、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、Ｎｍ モータ回転速度、Ｐｉｎ 入力可能電力、Ｐｏｕｔ 出力可能電力、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＧＥ 回生指示信号、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６ スイッチング制御信号、ＳＥ 制御信号（システムリレー）、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔｍ モータ温度、Ｔｑｃｏｍ♯ トルク指令値（本来）、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値（最終）、Ｔｑｍａｘ トルク上限値、Ｖｂ バッテリ電圧、ＶＨ 直流電圧、θ 回転角。
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機の制御装置に関し、より特定的には、電動機の温度上昇に伴う出力制限のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機制御の一環として、電動機温度を検出するとともに、電動機温度が許容値以上の場合には電動機の出力を制限して過熱を防止するようにした構成が知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００４−１６６４１５号公報（特許文献１）の図６には、モータ温度に対してモータ出力制限係数を設定するモータ出力制限マップが開示され、本来のトルク指令値とモータ出力制限係数との積に従ってトルク指令値を補正するモータ駆動制御装置が開示されている。特に、特許文献１のモータ駆動制御装置は、モータ温度に応じたモータ出力制限係数とインバータ温度に応じたモータ出力制限係数のうちの小さい方を総合出力制限係数として、この総合出力制限係数と本来のトルク指令値との積に従ってトルク指令値を補正する。
【特許文献１】特開２００４−１６６４１５号公報
【特許文献２】特開２００６−４６５７６号公報
【特許文献３】特開平７−６７３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動機での温度上昇度合、すなわち発熱量は、単純に出力トルクに比例する特性ではないため、特許文献１のモータ駆動制御装置のような出力制限では、電動機の過熱を精密に防止することが困難である。このため、電動機保護を優先するためには出力制限係数を安全側に設定する必要が生じ、電動機の過熱を防止できる範囲内で可能な限り電動機出力を確保するという観点からは必ずしも適切な出力制限を行なうことができない。
【０００５】
特に、ハイブリッド車に搭載された電動機では、車両発進時あるいは坂道走行時等の低速時に電動機出力が要求される傾向にあるため、このような領域で特許文献１に開示されたような出力制限を行なうと、十分な車両性能を発揮できない可能性がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動機出力を最大限確保しつつ電動機の過熱を防止することが可能な制御構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電動機の制御装置は、電動機の温度を検出する温度検出器と、温度検出器により検出された電動機温度に基づき、電動機の出力を制限するための出力制限手段とを備える。そして、出力制限手段は、電動機温度に応じて電動機で発生する損失電力の許容値を設定するとともに、設定した許容値に基づいて電動機の出力を制限する。
【０００８】
上記電動機の制御装置によれば、電動機の温度上昇に直接影響を与える電動機での損失電力の許容値に着目して出力制限を行なうので、より高精度に電動機の過熱状態を防止できるとともに、過熱状態とならない限界まで電動機の出力確保を図ることが可能となる。
【０００９】
好ましくは、出力制限手段は、損失許容値設定手段と、制限手段とを含む。損失許容値設定手段は、電動機温度に基づいて損失電力の許容値を設定する。制限手段は、電動機の回転速度および出力トルクの組合わせにより定義される動作点に対する電動機での損失電力予測値に基づき、損失電力予測値が許容値以下となる範囲内に動作点を制限する。
【００１０】
上記構成とすることにより、電動機温度に基づいて電動機での損失電力の許容値を設定し、この許容値内に電動機の動作点（回転速度，出力トルク）を制限することによって、上記のような電動機の出力制限を実現することができる。
【００１１】
さらに好ましくは、制限手段は、損失特性記憶手段と、トルク制限手段とを有する。損失特性記憶手段と、損失電力予測値が一定となる電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を記憶する。トルク制限手段は、損失電力予測値が損失許容値設定手段によって設定された許容値であるときの損失特性に従って、現在の回転速度に基づき出力トルクの上限値を設定する。
【００１２】
上記構成とすることにより、予め実験等で求めた損失電力予測値に基づき、損失電力予測値が一定となる電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を予めマップ化しておき、かつ、電動機の運転中には当該マップを適宜参照する態様によって、現在の電動機温度における損失電力許容値に対応した電動機のトルク制限を簡易に実現することができる。
【００１３】
好ましくは、電動機は、車両に搭載されて、車両の駆動力を発生するように構成される。
【００１４】
上記構成によれば、車両搭載用電動機の低回転速度領域において過熱状態の発生を防止しつつ出力を確保することが可能となる。したがって、車両発進時あるいは坂道走行時（登坂時）のような電動機に高トルク出力が要求される場面において、車両駆動力を確保できるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による電動機の制御装置によれば、電動機出力を確保しつつ電動機の過温度上昇を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下にこの発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に従う電動機の制御装置による電動機制御構成を説明する図である。以下の実施の形態では、制御対象となる電動機について、電動車両に搭載された車両駆動用電動機を代表例として説明する。
【００１８】
図１を参照して、電動車両１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、代表的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成される制御回路５０および制御装置８０と、モータジェネレータＭＧと、駆動軸６２と、駆動軸６２の回転に伴って回転駆動される車輪６５とを含む。駆動軸６２は、一般的には図示しない減速機等の変速機構を介して、モータジェネレータＭＧの出力軸との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。また、車輪６５には、制動機構、代表的には油圧供給により機械的に制動力を発揮する油圧ブレーキ９０が設けられる。
【００１９】
モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載されて、力行時に車輪の駆動トルクを発生するとともに、回生時には、駆動輪６５の回転方向と反対方向の回生トルクを発生することにより、電気的な制動力（回生制動力）の発生による回生発電を行なう。すなわち、モータジェネレータＭＧは、本発明での「電動機」に対応する。ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成された、別のモータジェネレータがさらに設けられてもよい。なお、電動車両１００がハイブリッド自動車である場合には、エンジン（図示せず）の出力によっても駆動軸６２を回転可能なように車両駆動系が構成されてもよい。
【００２０】
直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。直流電源Ｂとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用可能である。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御回路５０へ出力する。
【００２１】
システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からの制御信号ＳＥに応答してオン／オフされる。
【００２２】
昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。
【００２３】
本発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）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に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。
【００２４】
インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５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相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。
【００２５】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相コイル巻線の一端が中性点Ｎに共通接続されて構成される。さらに、各相コイル巻線の他端は、各相アーム２２，２４，２６のスイッチング素子の中間点と接続されている。
【００２６】
昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０への入力電圧に相当）をインバータ２０へ供給する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。
【００２７】
また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。
【００２８】
平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２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２０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧（すなわち、インバータ入力電圧）を検出し、その検出値ＶＨを制御回路５０へ出力する。
【００２９】
インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、平滑コンデンサＣ０から供給される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ＭＧを駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答した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トルクが零になるようにモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ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。
【００３０】
さらに、電動車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ２０は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６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ＭＧ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）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。
【００３１】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車の運転者によるフットブレーキ（ブレーキペダル）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。
【００３２】
電流センサ２７は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御回路５０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ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２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。
【００３３】
回転角センサ（レゾルバ）２８は、モータジェネレータＭＧの図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御回路５０へ送出する。制御回路５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｍを算出することができる。
【００３４】
モータジェネレータＭＧには、温度センサ２９がさらに設けられる。一般に、温度センサ２９は、温度上昇による絶縁被覆の破壊等が懸念されるコイル巻線部位の温度を測定して、少なくとも制御装置８０へ出力するように設けられる。以下では、温度センサ２９により測定された温度をモータ温度Ｔｍと称する。
【００３５】
制御装置８０には、直流電源（バッテリ）Ｂの充電状態や入出力電力制限を示すバッテリ情報や、各種車両センサ信号（たとえば、車速や路面状況等の車両状態を示すセンサ検出値や、車両内の各種機器の動作状態を示すセンサ検出値）が入力される。制御装置８０は、車両状態および運転者によるアクセル／ブレーキ操作等に基づいて、電動車両１００が要求された所要の性能を発揮するように、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを発生する。
【００３６】
なお、制御装置８０は、直流電源Ｂに関する、満充電時を１００％とした充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力Ｐｉｎ、放電制限を示す出力可能電力Ｐｏｕｔ等の情報に基づき、直流電源Ｂの過充電あるいは過放電が発生しない範囲内で、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを生成する。また、制御装置８０は、温度センサ２９により検出されたモータ温度Ｔｍに基づき、モータジェネレータＭＧの過熱状態発生を防止するような、モータジェネレータＭＧの出力制限を、代表的には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ設定時の上限値を制限することにより実行する。
【００３７】
電動機制御用の制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０は、制御装置８０から入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、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２７からのモータ電流ＭＣＲＴ、回転角センサ２８からの回転角θに基づいて、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ２０の動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。
【００３８】
昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御回路５０は、モータジェネレータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値を算出し、この指令値および電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。
【００３９】
また、制御回路５０は、電動車両１００が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを制御装置８０から受けると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクの出力によりモータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ２０へ出力する。これにより、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。
【００４０】
さらに、制御回路５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ２０から供給された直流電圧を必要に応じて直流電源Ｂの充電電圧に降圧するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、モータジェネレータＭＧからの回生電力は、直流電源Ｂの充電に用いられる。
【００４１】
さらに、制御回路５０は、電動車両１００の駆動システム起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００４２】
なお、図１の例では、制御回路５０および制御装置８０を別個のＥＣＵで構成したが、両者の機能を単一のＥＣＵに一体化する構成とすることも可能である。
【００４３】
次に図２および図３を用いて、比較例として示される一般的なモータ出力制限について説明する。
【００４４】
図２を参照して、モータジェネレータＭＧの動作点は、横軸をモータ回転速度Ｎｍとし、縦軸を出力トルクＴｑとした平面上の各点で示される。最大出力線１１０は、モータ温度等による出力制限が不要である場合における、モータジェネレータＭＧの各回転速度Ｎｍにおける出力トルク上限値の集合で示される。なお、以下では代表例として、モータジェネレータＭＧの動作点のうちの、Ｎｍ＞０かつＴｑ＞０の象限についてモータジェネレータＭＧの出力制限を説明する。
【００４５】
図３には、モータ温度に対する出力制限係数の設定例が示される。
図３に示されるように、モータ温度Ｔｍ≦Ｔａのときには出力制限係数ＫＬ＝１．０に設定されて、図２の最大出力線１１０に従って各回転速度におけるトルク上限値が設定される。すなわち、モータジェネレータＭＧの動作点は、最大出力線１１０の範囲内に設定されることになる。
【００４６】
これに対して、モータ温度Ｔｍ＞Ｔａの領域では、ＫＬが１．０から徐々に減少される。たとえば、ＫＬ＝０．５となるモータ温度Ｔｂでは、図２の５０％出力制限線で示されるように、各回転速度において、最大出力線１１０上のトルク上限値を０．５倍した値にトルク上限値が設定される。すなわち、５０％の出力制限線１２０の範囲内にモータジェネレータＭＧの動作点が制限されることになる。さらに、モータ温度が上昇してモータ温度Ｔｍ≧Ｔｃとなると、ＫＬ＝０とされてモータジェネレータＭＧによるトルク出力が禁止される。
【００４７】
しかしながら、モータジェネレータＭＧでの発熱は、出力トルクに単純に比例するのではなく、モータジェネレータＭＧで発生する損失電力（以下、モータ損失電力と称する）に応じたものとなる。このモータ損失電力は、主に、モータ電流によって発生する銅損と、モータコアに発生する渦電流によって生じる鉄損との和で示される。銅損は、モータ電流の上昇、すなわち、出力トルクの上昇に応じて増加し、鉄損は、モータ回転速度の上昇に応じて増加する特性を示す。
【００４８】
ここで、モータジェネレータＭＧの各動作点におけるモータ損失電力は、予め実験によって実測することが可能である。したがって、この実験結果に基づき、モータ損失電力が一定値である下のモータジェネレータＭＧの動作点の集合を求めることができる。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態では、上記のような実験結果に基づき、モータ損失電力をパラメータとして、各モータ損失電力における動作点の集合、すなわち、モータ回転速度Ｎｍおよび出力トルクＴｑの対応関係を示す損失特性線１５０を予めマップ化しておく。
【００５０】
そして、図５に示すように、本実施の形態では、モータ温度Ｔｍに対して、モータジェネレータＭＧでの発熱量に直接的に関係する損失電力について、損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。
【００５１】
図５に示されるように、モータ温度Ｔｍ≦Ｔａの範囲では、Ｌｌｍｔ＝Ｌｍａｘに設定される。このときには、図３でのＫＬ＝１．０の場合と同様に、最大出力線１１０に従って各回転速度Ｎｍにおけるトルク上限値が設定される。
【００５２】
一方、モータ温度ＴｍがＴａ〜Ｔｃの範囲内では、モータジェネレータＭＧでの損失電力許容値ＬｌｍｔがＬｍａｘより小さい値に設定される。
【００５３】
そして、図４上において、図５に従って設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０に従って、各回転速度Ｎｍに対するトルク上限値が設定される。
【００５４】
図６は、本発明の実施の形態によるモータ出力制限の制御構成を説明する概略ブロック図である。図６に示される各ブロックの機能は、制御装置８０によってハードウェア的あるいはソフトウェア的に実現される。
【００５５】
図６を参照して、出力制限部２００は、損失許容値設定部２１０と、損失特性マップ２２０と、トルク上限値設定部２３０とを含む。損失許容値設定部２１０は、図５に示すような制限特性に従い、モータ温度Ｔｍに基づきモータジェネレータＭＧでの損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。
【００５６】
損失特性マップ２２０は、損失電力許容値Ｌｌｍｔの値をパラメータとして、図４中に示した損失特性線１５０が複数設定されたマップに相当する。損失特性マップ２２０からは、損失許容値設定部２１０において設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔと、そのときのモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｍを引数として、損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する損失特性線１５０上のトルク値Ｔｑが読出される。
【００５７】
トルク上限値設定部２３０は、損失特性マップ２２０から読出されたトルク値Ｔｑをトルク上限値Ｔｑｍａｘとして設定する。そしてトルク上限値設定部２３０は、モータジェネレータＭＧに本来要求されるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯と、トルク上限値Ｔｑｍａｘとを比較し、トルク上限値Ｔｑｍａｘを超えないように制限してトルク指令値Ｔｑｃｏｍを最終的に設定する。
【００５８】
図７は、図６に示したモータ出力制限を制御装置８０でのプログラム処理によって実現するためのフローチャートである。
【００５９】
図７を参照して、制御装置８０は、ステップＳ１００では、温度センサ２９の出力によりモータ温度Ｔｍを取得する。続いて、制御装置８０は、ステップＳ１１０では、モータ温度Ｔｍに基づいて損失電力許容値Ｌｌｍｔを設定する。すなわち、ステップＳ１１０の処理は図６に示した損失許容値設定部２１０の機能に相当する。
【００６０】
さらに、制御装置８０は、ステップＳ１２０では、損失特性マップ２２０の参照により、現在のモータ回転速度Ｎｍと、ステップＳ１１０で設定された損失電力許容値Ｌｌｍｔに対応する出力トルク値を読出す。すなわち、ステップＳ１２０の処理は、図６における損失特性マップ２２０の参照動作に対応する。
【００６１】
そして、制御装置８０は、ステップＳ１３０では、読出した出力トルク値をトルク上限値Ｔｑｍａｘに設定し、ステップＳ１４０により、本来のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯がトルク上限値Ｔｑｍａｘより大きいか否かを判定する。
【００６２】
制御装置８０は、Ｔｑｃｏｍ♯＞Ｔｑｍａｘのとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｑｍａｘに設定する。一方、制御装置８０は、Ｔｑｃｏｍ♯≦Ｔｑｍａｘのとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯を修正することなくそのまま最終的なトルク指令値Ｔｑｃｏｍとする。
【００６３】
これにより、モータジェネレータＭＧでの損失電力がモータ温度Ｔｍに基づく損失電力許容値Ｌｌｍｔを超えない範囲内に制限してトルク指令値Ｔｑｃｏｍの上限が設定されるような、モータジェネレータの出力制限が実現される。
【００６４】
このように本実施の形態によれば、モータジェネレータＭＧでの発熱に直接的に影響するモータ損失電力を許容値以下に制限するように出力制限を行なうので、より精密にモータジェネレータＭＧの過熱を防止することができる。特に、損失電力許容値に基づく出力制限とすることにより、モータジェネレータＭＧが過熱状態に至らない範囲内での出力確保を追求できる。
【００６５】
たとえば、図４から理解されるように、従来（図３）の出力制限係数設定において出力制限係数＝０．５となるときのモータ温度Ｔｂに対する、出力制限線１２０および損失特性線１５０とを比較すると、本実施の形態では、図４中にハッチングした領域について従来よりも出力トルクを確保することができる。
【００６６】
一般に、最大出力線１１０の設定において、モータ低回転速度領域でのトルク上限値は一定値に制限される。したがって、最大出力線１１０の相似形によるのではなく、モータジェネレータＭＧでの損失電力を評価して出力（トルク）上限を設定する本実施の形態によれば、特に車両発進時や登坂時等に使用されるモータジェネレータＭＧの低回転速度領域において、モータ温度上昇時にも出力トルクを確保する余地が生じる。したがって、本発明の実施の形態による電動機の制御装置により制御されるモータジェネレータＭＧを搭載した車両では、このような領域で車両性能を確保することが可能となる。
【００６７】
なお、以上の説明では、Ｎｍ＞０かつＴｑ＞０の象限のみを例示して、モータジェネレータＭＧの出力制限を説明したが、出力トルクが負（Ｔｑ＜０）のときを含む他の象限についても、同様の手法に基づく出力制限を行なうことができる。
【００６８】
制御対象となる電動機についても、電動機あるいは発電機の機能のみを有するものとすることも可能であり、例示した永久磁石型モータ以外とすることも可能である。また、電動車両搭載用以外に適用される電動機についても、本発明による出力制限を適用できる。すなわち、本発明は、過熱状態回避のための出力制限が必要とされる電動機であれば、電動機の種類・形式や適用用途を特に限定することなく共通に適用することが可能である。
に限定されるものではない。すなわち、共通に本発明を適用することが可能である。
【００６９】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に従う電動機の制御装置による電動機の制御構成を説明する図である。
【図２】比較例として示される一般的なモータ出力制限を説明する概念図である。
【図３】図２に示したモータ出力制限における出力制限係数の設定例を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態によるモータ出力制限を説明する概念図である。
【図５】本発明の実施の形態によるモータ出力制限における損失電力許容値の設定を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態によるモータ出力制限の制御構成を説明する概略ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態によるモータ出力制限プログラム処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ 昇降圧コンバータ、１３ 電圧センサ、２０ インバータ、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、２９ 温度センサ、５０ 制御回路、６２ 駆動軸、６５ 車輪（駆動輪）、８０ 制御装置、９０ 油圧ブレーキ、１００ 電動車両、１１０ 最大出力線、１２０ 出力制限線、１５０ 損失特性線、２００ 出力制限部、２１０ 損失許容値設定部、２２０ 損失特性マップ、２３０ トルク上限値設定部、Ｂ 直流電源、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ 三相電流、Ｌ１ リアクトル、Ｌｌｍｔ 損失電力許容値、ＭＣＲＴ モータ電流、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、Ｎｍ モータ回転速度、Ｐｉｎ 入力可能電力、Ｐｏｕｔ 出力可能電力、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＧＥ 回生指示信号、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６ スイッチング制御信号、ＳＥ 制御信号（システムリレー）、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔｍ モータ温度、Ｔｑｃｏｍ♯ トルク指令値（本来）、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値（最終）、Ｔｑｍａｘ トルク上限値、Ｖｂ バッテリ電圧、ＶＨ 直流電圧、θ 回転角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出された電動機温度に基づき、前記電動機の出力を制限するための出力制限手段とを備え、
前記出力制限手段は、前記電動機温度に応じて前記電動機で発生する損失電力の許容値を設定するとともに、設定した許容値に基づいて前記電動機の出力を制限する、電動機の制御装置。
【請求項２】
前記出力制限手段は、
前記電動機温度に基づき、前記損失電力の許容値を設定する損失許容値設定手段と、
前記電動機の回転速度および出力トルクの組合わせにより定義される動作点に対する前記電動機での損失電力予測値に基づき、前記損失電力予測値が前記許容値以下となる範囲内に前記動作点を制限する制限手段とを含む、請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記制限手段は、
前記損失電力予測値が一定となる前記電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を記憶する損失特性記憶手段と、
前記損失電力予測値が前記損失許容値設定手段によって設定された前記許容値であるときの前記損失特性に従って、現在の前記回転速度に基づき前記出力トルクの上限値を設定するトルク制限手段とを有する、請求項２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電動機は、車両に搭載されて、前記車両の駆動力を発生するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１】
電動機の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出された電動機温度に基づき、前記電動機の出力を制限するための出力制限手段とを備え、
前記出力制限手段は、前記電動機温度に応じて前記電動機で発生する損失電力の許容値を設定するとともに、設定した許容値に基づいて前記電動機の出力を制限する、電動機の制御装置。
【請求項２】
前記出力制限手段は、
前記電動機温度に基づき、前記損失電力の許容値を設定する損失許容値設定手段と、
前記電動機の回転速度および出力トルクの組合わせにより定義される動作点に対する前記電動機での損失電力予測値に基づき、前記損失電力予測値が前記許容値以下となる範囲内に前記動作点を制限する制限手段とを含む、請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記制限手段は、
前記損失電力予測値が一定となる前記電動機の回転速度および出力トルク値の対応関係を示す損失特性を記憶する損失特性記憶手段と、
前記損失電力予測値が前記損失許容値設定手段によって設定された前記許容値であるときの前記損失特性に従って、現在の前記回転速度に基づき前記出力トルクの上限値を設定するトルク制限手段とを有する、請求項２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電動機は、車両に搭載されて、前記車両の駆動力を発生するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
【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２００８−２１１８６１（Ｐ２００８−２１１８６１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３５９３（Ｐ２００７−４３５９３）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【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２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]