JP4715675B2 - 車両およびその車両に搭載されるモータジェネレータのロータに設けられる永久磁石の昇温方法 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石を有するロータからなるモータジェネレータを搭載した車両に関し、特に低温時における増磁作用に伴う影響を軽減する技術に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（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。モータジェネレータは、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（リラクタンストルク）を併用して利用できる埋込構造の永久磁石形同期機（interior permanent magnet synchronous machine）が頻繁に採用される。

一般的に、永久磁石は、環境温度に応じて保持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、永久磁石の保持力が低下し、元に戻らない不可逆減磁が生じ得る。同様に、低温の環境温度に晒された場合にも、不可逆減磁が生じ得る。

高温の温度環境を考慮して、特開２００５−０１２９１４号公報（特許文献１）には、回転子の永久磁石の温度を推定し、この温度が所定値以上となった場合に駆動電流を制限することにより、永久磁石に不可逆減磁が生じるのを防止することができる電動機のドライバが開示されている。

また、低温の温度環境を考慮して、特開平０９−２７５６９６号公報（特許文献２）には、モータの温度が低いときに永久磁石を効率良く加熱して、減磁することを防止することのできる永久磁石の制御装置が開示されている。この特開平０９−２７５６９６号公報（特許文献２）に開示される永久磁石モータの制御装置は、永久磁石の温度を測定する温度測定手段と、温度が所定値以下の場合、ステータのコイルに高周波電流を供給する高周波電流供給手段とを有する。
特開２００５−０１２９１４号公報 特開平０９−２７５６９６号公報

上述したように、永久磁石の保持力は低温になるにつれて低下する一方で、永久磁石の磁束密度自体は低温になるにつれて増加する。したがって、モータジェネレータが回転することによって生じる逆起電圧は、同一の回転数であっても、低温になるにつれて上昇することになる。

そのため、低温時における相対的に高い逆起電圧を考慮して、モータジェネレータを駆動するためのインバータなどを設計する必要があった。しかしながら、インバータを構成するスイッチング素子は、低温になるにつれて耐電圧が低下するという特性を有しているため、低温時を考慮してインバータなどを設計すると、通常の使用温度範囲では過剰な耐電圧設計にならざるを得なかった。

そこで、低温時における逆起電圧の発生を抑制することで、要求される耐電圧を低減し、インバータなどの設計自由度を高めることが考えられる。たとえば、低温時には、モータジェネレータを停止状態に維持しつつ、永久磁石の磁束密度が所定値以下となる温度まで昇温するような構成が考えられる。上述の特開平０９−２７５６９６号公報（特許文献２）には、停止状態で永久磁石を昇温することが可能である旨が開示されている。

しかしながら、上述の特開平０９−２７５６９６号公報（特許文献２）に開示される永久磁石モータの制御装置では、ステータコアおよびロータコアでの鉄損により生じるジュール熱を利用して永久磁石を間接的に昇温するものであり、永久磁石自体を昇温するものではなかった。そのため、モータジェネレータの形状によっては、永久磁石の昇温に比較的長い時間を要するという問題があった。

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、その目的は、永久磁石が設けられたロータからなるモータジェネレータに対して、永久磁石をより効率的に昇温できる車両およびその永久磁石の昇温方法を提供することである。

この発明のある局面によれば、この発明は、作動開始指令に応答して電力供給を開始する電源部と、ステータに設けられたコイルに駆動電流が流れることで生じる電流磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させるように構成されたモータジェネレータと、電源部から供給される電力により駆動電流を生成するためのインバータと、作動開始指令を受けたときに、永久磁石の温度を取得するための磁石温度取得手段と、永久磁石の温度と予め定められたしきい温度とを比較する第１の比較手段と、永久磁石の温度がしきい温度を下回っていれば、永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流を供給するために昇温要求を発生する昇温要求発生手段と、永久磁石の磁束方向と平行な電流磁界成分をロータに印加するための直軸電流目標値と、永久磁石の磁束方向と直交する電流磁界成分をロータに印加するための横軸電流目標値とに従って、インバータを制御するための制御指令を生成する制御指令生成手段と、昇温要求に応答して、直軸電流目標値を時間的に変化させる直軸電流目標値決定手段と、昇温要求に応答して、横軸電流目標値をゼロ値に固定する横軸電流目標値決定手段とを備える車両である。

この発明によれば、作動開始指令を受けたときに、永久磁石の温度がしきい温度を下回っていれば、昇温要求が発せられる。すると、直軸電流目標値が時間的に変化するように決定されるとともに、横軸電流目標値がゼロ値に決定される。これにより、永久磁石の磁束方向と平行な方向に沿って、時間的に変化する電流磁界が印加されるため、永久磁石には当該電流磁界を妨げるように渦電流が生じる。

この渦電流によって、永久磁石の内部でジュール熱が発生するので、永久磁石を直接的に昇温することができる。よって、永久磁石をより効率的に昇温できる。

さらに、永久磁石の磁束方向と直交する方向の電流磁界はゼロ値に抑制されるので、ロータには何らの駆動トルクも生じない。これにより、車両を停止状態に維持でき、車両走行に伴うロータの回転による意図しない逆起電圧の発生を回避できる。よって、インバータを構成するスイッチング素子などに要求される耐電圧を低減できる。

好ましくは、直軸電流目標値決定手段は、永久磁石に印加される電流磁界の周波数と永久磁石で消費される電力との関係に基づいて決定される周波数成分を含むように、直軸電流目標値を変化させる。

また好ましくは、電源部は、作動停止指令に応答して電力供給を停止するように構成される。そして、磁石温度取得手段は、前回の作動停止指令を受けた後の経過時間を計測するための停止時間計測手段と、ステータの温度を取得するためのステータ温度取得手段と、経過時間と予め定められたしきい時間とを比較する第２の比較手段と、経過時間がしきい時間を上回っているときに、ステータの温度を永久磁石の温度として取得する第１の磁石温度推定手段とを含む。

さらに好ましくは、磁石温度取得手段は、車両外部の外気温を取得するための外気温取得手段と、経過時間がしきい時間以下であるときに、前回の作動停止指令を受けた時点のステータの温度および経過時間から推定される第１の推定値と、前回の作動停止指令を受けた時点の外気温と今回の作動開始指令を受けた時点の外気温との温度差から推定される第２の推定値とに基づいて、永久磁石の温度を算出する第２の磁石温度推定手段とをさらに含む。

また好ましくは、昇温要求発生手段は、永久磁石の温度としきい温度との温度差に基づいて、昇温要求を継続すべき時間を決定する。

この発明の別の局面によれば、この発明は、車両に搭載されるモータジェネレータのロータに設けられる永久磁石の昇温方法である。そして、車両は、作動開始指令に応答して電力供給を開始する電源部と、ステータに設けられたコイルに駆動電流が流れることで生じる電流磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させるように構成されたモータジェネレータと、電源部から供給される電力により駆動電流を生成するためのインバータとを有する。さらに、この発明に係る永久磁石の昇温方法は、前記作動開始指令を受けたときに、永久磁石の温度を取得する磁石温度取得ステップと、永久磁石の温度と予め定められたしきい温度とを比較するステップと、永久磁石の温度がしきい温度を下回っていれば、永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流を供給するために昇温要求を発生するステップと、昇温要求に応答して、永久磁石の磁束方向と平行な電流磁界成分をロータに印加するための直軸電流目標値を時間的に変化させるステップと、昇温要求に応答して、永久磁石の磁束方向と直交する電流磁界成分をロータに印加するための横軸電流目標値をゼロ値に固定するステップと、直軸電流目標値および横軸電流目標値に従って、インバータを制御するための制御指令を生成するステップとを含む。

この発明によれば、作動開始指令を受けたときに、永久磁石の温度がしきい温度を下回っていれば、昇温要求が発せられる。すると、直軸電流目標値が時間的に変化するように決定されるとともに、横軸電流目標値がゼロ値に決定される。これにより、永久磁石の磁束方向と平行な方向に沿って、時間的に変化する電流磁界が印加されるため、永久磁石には当該電流磁界を妨げるように渦電流が生じる。

この渦電流によって、永久磁石の内部でジュール熱が発生するので、永久磁石を直接的に昇温することができる。よって、永久磁石をより効率的に昇温できる。

さらに、永久磁石の磁束方向と直交する方向の電流磁界はゼロ値に抑制されるので、ロータには何らの駆動トルクも生じない。これにより、車両を停止状態に維持でき、車両走行に伴うロータの回転による意図しない逆起電圧の発生を回避できる。よって、インバータを構成するスイッチング素子などに要求される耐電圧を低減できる。

好ましくは、直軸電流目標値は、前記永久磁石に印加される電流磁界の周波数と前記永久磁石で消費される電力との関係に基づいて決定される周波数成分が含まれるように変化させられる。

また好ましくは、電源部は、作動停止指令に応答して電力供給を停止するように構成される。そして、磁石温度取得ステップは、前回の作動停止指令を受けた後の経過時間を計測するステップと、ステータの温度を取得するステップと、経過時間と予め定められたしきい時間とを比較するステップと、経過時間がしきい時間を上回っているときに、ステータの温度を永久磁石の温度として取得するステップとを含む。

さらに好ましくは、磁石温度取得ステップは、車両外部の外気温を取得するステップと、経過時間がしきい時間以下であるときに、前回の作動停止指令を受けた時点のステータの温度および経過時間から推定される第１の推定値と、前回の作動停止指令を受けた時点の外気温と今回の作動開始指令を受けた時点の外気温との温度差から推定される第２の推定値とに基づいて、永久磁石の温度を算出するステップとをさらに含む。

また好ましくは、この発明に係る永久磁石の昇温方法は、永久磁石の温度としきい温度との温度差に基づいて、昇温要求を継続すべき時間を決定するステップをさらに含む。

この発明によれば、永久磁石が設けられたロータからなるモータジェネレータに対して、永久磁石をより効率的に昇温できる車両およびその永久磁石の昇温方法を実現できる。

この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。

図１は、この発明の実施の形態に従う車両１００の概略構成図である。
図１を参照して、この発明の実施の形態に従う車両１００は、一例として、エンジンＥＮＧ、ならびにモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を備えるハイブリッド自動車である。そして、車両１００は、エンジンＥＮＧと、動力分割機構６と、減速機１８と、駆動輪２０と、従動輪２２と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Power Control Unit）と、電源部ＰＳと、制御部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを含む。

エンジンＥＮＧは、燃料と空気との混合気を燃焼させてクランクシャフト（図示せず）を回転させ、駆動力を発生する。エンジンＥＮＧが発生した駆動力は、動力分割機構６により、２経路に分割される。一方は、減速機１８を介して駆動輪２０を駆動させる経路である。他方は、モータジェネレータＭＧ１を駆動して発電させる経路である。

モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２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、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２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。

なお、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、いずれも電動機（モータ）および発電機（ジェネレータ）として機能することが可能であるが、この発明の実施の形態に従う車両１００においては、主としてモータジェネレータＭＧ１が発電機として機能し、モータジェネレータＭＧ２が電動機として機能する。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構６により分割されたエンジンＥＮＧの駆動力を受けて発電可能に構成される。また、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧおよび動力分割機構６と同一の回転軸上に配置され、エンジンＥＮＧおよび駆動輪２０との相互間で駆動力を授受可能に構成される。

さらに、モータジェネレータＭＧ１には、ステータ温度検出部８および回転角検出部１０が配置される。ステータ温度検出部８は、モータジェネレータＭＧ１のステータ温度Ｔｓ１を検出し、その検出したステータ温度Ｔｓ１を制御部ＥＣＵへ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される回転角検出部１０は、ロータの回転位置に基づいて回転角θ１を検出し、その検出した回転角θ１を制御部ＥＣＵへ出力する。

同様に、モータジェネレータＭＧ２には、ステータ温度検出部１２および回転角検出部１４が配置される。ステータ温度検出部１２は、モータジェネレータＭＧ２のステータ温度Ｔｓ２を検出し、その検出したステータ温度Ｔｓ２を制御部ＥＣＵへ出力する。また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に連結される回転角検出部１４は、ロータの回転位置に基づいて回転角θ２を検出し、その検出した回転角θ２を制御部ＥＣＵへ出力する。

なお、回転角検出部１０および１４は、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のロータの機械的な回転角を検出した後、当該機械的な回転角を電気角に変換して出力するものとする。また、以下の説明においては、回転角θ１およびθ２はいずれも対応のロータの電気角として取扱う。

パワーコントロールユニットＰＣＵは、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２、ならびに電源部ＰＳと電気的に接続され、制御部ＥＣＵからの指令に応じて相互間で電力授受および電力変換を行なう。具体的には、パワーコントロールユニットＰＣＵは、直流コンバータＣＯＮＶと、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２とを含む。直流コンバータＣＯＮＶは、電源部ＰＳから供給される直流電力を所定の電圧に変換してインバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２へ供給可能であるとともに、インバータＩＮＶ１またはＩＮＶ２から回生される直流電力を所定の電圧に変換して電源部ＰＳへ供給可能である。インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２は、直流コンバータＣＯＮＶを介して、電源部ＰＳから供給される電力により駆動電流を生成して、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２へ与える。なお、駆動電流の電圧および位相を調整することで、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を電動機として作動させ、もしくは発電機として作動させることが可能である。

電源部ＰＳは、充放電可能に構成された蓄電装置を含んで構成される。そして、電源部ＰＳは、制御部ＥＣＵから与えられる作動開始指令に応答して、パワーコントロールユニットＰＣＵへの電力供給を開始し、また、制御部ＥＣＵから与えられる作動停止指令も応答して、パワーコントロールユニットＰＣＵへの電力供給を停止する。

制御部ＥＣＵは、予め格納されたプログラムを実行することで、図示しない各センサから送信された信号、走行状況、アクセル開度の変化率、蓄電装置のＳＯＣ、格納しているマップなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、制御部ＥＣＵは、運転者の操作に応じて、車両１００が所望の運転状態となるように、搭載された回路・機器類を制御する。

また、制御部ＥＣＵは、運転者の操作により与えられるイグニッションオン信号（以下、ＩＧＯＮ信号とも称す）、およびイグニッションオフ信号（以下、ＩＧＯＦＦ信号とも称す）を受入可能に構成される。そして、制御部ＥＣＵは、運転者の操作によりＩＧＯＮ信号が与えられると、車両１００を始動させるための処理を実行する。このような処理の一部として、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のロータにおける永久磁石の温度を取得し、当該取得したそれぞれの永久磁石の温度と予め定められたしきい温度とを比較する。いずれかの永久磁石の温度が予め定められたしきい温度を下回っていれば、しきい温度を下回っている永久磁石を昇温するために、制御部ＥＣＵは、対応のインバータを制御して、当該永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流を供給する。

なお、モータジェネレータのロータは回転可能に構成されるので、センサなどを用いてロ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、モータジェネレータの構造が複雑化してしまう。そこで、この発明の実施の形態においては、後述するように、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のステータ温度Ｔｓ１およびＴｓ２、ならびに外気温検出部４によって検出された車両外部の外気温Ｔｏｕｔなどに基づいて、永久磁石の温度Ｔｍ１およびＴｍ２を推定する。

さらに、制御部ＥＣＵは、ロータの磁束方向を基準とする回転座標系（ｄ−ｑ座標系）を導入して、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２に対して、いわゆるベクトル制御を実行する。具体的には、ロータに設けられる永久磁石の磁束方向と平行方向が直軸（以下、ｄ軸とも称す）に規定され、永久磁石の磁束方向と直交方向が横軸（以下、ｑ軸とも称す）に規定される。すなわち、回転座標系は、回転運動するロータから見た磁束方向を基準とするものである。

そして、直軸方向の電流磁界成分をロータに印加するための直軸電流目標値、および横軸方向の電流磁界成分をロータに印加するための横軸電流目標値に従って、それぞれインバータを制御するための制御指令が生成される。なお、直軸方向の電流磁界成分は、ロータの磁束を増減させる作用を奏する一方、横軸方向の電流磁界成分は、ロータに駆動トルクを生じさせる作用を奏する。

特に、この発明の実施の形態においては、ロータに印加される直軸方向の電流磁界成分を時間的に変化させることで、永久磁石内部にジュール熱を発生させるとともに、横軸方向の電流磁界成分をゼロ値に固定することで、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２での駆動トルクの発生をゼロにして車両１００を停止状態に維持する。

すなわち、ロータには、その回転位置および回転速度にかかわらず、直軸方向の電流磁界成分が鎖交する。そのため、直軸方向の電流磁界成分を時間的に変化させることで、永久磁石自体に渦電流損によるジュール熱を発生させることができる。これにより、永久磁石をより効率的に昇温できる。

図２は、この発明の実施の形態に従う車両１００の要部を示すより詳細な概略構成図である。

図２を参照して、電源部ＰＳは、正線ＰＬおよび負線ＳＬを介して、パワーコントロールユニットＰＣＵと電気的に接続される。また、電源部ＰＳは、蓄電装置ＢＡＴと、システムリレーＳＲ１およびＳＲ２とを含む。

蓄電装置ＢＡＴは、一例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、もしくは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子で構成される。

システムリレーＳＲ１およびＳＲ２は、それぞれ正線ＰＬおよび負線ＳＬと蓄電装置ＢＡＴとの間に介装される。そして、システムリレーＳＲ１およびＳＲ２は、制御部ＥＣＵから与えられるシステム信号ＳＥに応じて、蓄電装置ＢＡＴとパワーコントロールユニットＰＣＵとを電気的に接続または遮断する。

パワーコントロールユニットＰＣＵは、直流コンバータＣＯＮＶと、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２と、主正線ＭＰＬと、主負線ＭＳＬと、コンデンサＣとを含む。

直流コンバータＣＯＮＶは、正線ＰＬおよび負線ＳＬと主正線ＭＰＬおよび主負線ＭＳＬとの間に介装され、正線ＰＬと負線ＳＬとの線間に現れる直流電圧と、主正線ＭＰＬと主負線ＭＳＬとの線間に現れる直流電圧とを相互に電圧変換する。一例として、直流コンバータＣＯＮＶは、昇降圧チョッパで構成され、制御部ＥＣＵからのスイッチング指令ＰＷＣに応じて、昇圧動作および降圧動作を切換える。

インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２は、主正線ＭＰＬおよび主負線ＭＳＬを介して、直流コンバータＣＯＮＶに並列接続される。一例として、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２は、格子状に配置されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子で構成される。そして、インバータＩＮＶ１は、制御部ＥＣＵからのスイッチング指令ＰＷＭ１に応じて、モータジェネレータＭＧ１に供給する駆動電流を生成する。同様に、インバータＩＮＶ２は、制御部ＥＣＵからのスイッチング指令ＰＷＭ２に応じて、モータジェネレータＭＧ２に供給する駆動電流を生成する。

コンデンサＣは、主正線ＭＰＬと主負線ＭＳＬとの線間に接続され、その線間に現れる直流電圧を安定化する。

インバータＩＮＶ１からモータジェネレータＭＧ１への駆動電流の供給線には、電流検出部９が設けられる。電流検出部９は、モータジェネレータＭＧ１へ供給される駆動電流Ｉ１ｕ，Ｉ１ｖ，Ｉ１ｗを検出し、その検出値を制御部ＥＣＵへ出力する。また、インバータＩＮＶ２からモータジェネレータＭＧ２への駆動電流の供給線には、電流検出部１１が設けられる。電流検出部１１は、モータジェネレータＭＧ２へ供給される駆動電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｖ，Ｉ２ｗを検出し、その検出値を制御部ＥＣＵへ出力する。

上述したように、ステータ温度検出部８および回転角検出部１０は、それぞれモータジェネレータＭＧ１のロータの回転角θ１およびステータ温度Ｔｓ１を検出し、それぞれ検出値を制御部ＥＣＵへ出力する。また、ステータ温度検出部１２および回転角検出部１４は、それぞれモータジェネレータＭＧ２のロータの回転角θ２およびステータ温度Ｔｓ２を検出し、それぞれの検出値を制御部ＥＣＵへ出力する。さらに、外気温検出部４は、車両外部の外気温Ｔｏｕｔを検出し、その検出値を制御部ＥＣＵへ出力する。

制御部ＥＣＵは、運転者の操作によりＩＧＯＮ信号が与えられると、システム信号ＳＥを活性化し、電源部ＰＳからの電力供給を開始する。また、制御部ＥＣＵは、運転者の操作によりＩＧＯＦＦ信号が与えられると、システム信号ＳＥを非活性化して、電源部ＰＳからの電力供給を停止する。

この発明の実施の形態に従う車両１００においては、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のいずれに対しても、本発明に係る昇温処理が同様に実行される。そのため、以下の説明では、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を区別することなく、その詳細な内容について記載する。

そのため、以下では、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を総称して「モータジェネレータＭＧ」とも示し、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２を総称して「インバータＩＮＶ」とも示す。また、以下では、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を区別しない場合には、「駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ」、「回転角θ」、「ステータ温度Ｔｓ」、「永久磁石の温度Ｔｍ」、「スイッチング指令ＰＷＭ」などのように添え字を省略して記載する場合もある。

（永久磁石の昇温処理）
図３は、モータジェネレータＭＧが発生する逆起電圧とインバータＩＮＶを構成するスイッチング素子の耐電圧との関係を示す特性図である。なお、モータジェネレータＭＧが発生する逆起電圧は、モータジェネレータＭＧが所定の規定値で回転した場合において、モータジェネレータＭＧの中性点に対する電圧値である。

図３（ａ）は、従来の車両における関係を示す。
図３（ｂ）は、本発明に係る車両における関係を示す。

図３（ａ）を参照して、想定されるモータジェネレータＭＧの温度範囲、すなわち使用下限値（たとえば、−５０℃）から使用上限値（たとえば、１３０℃）の範囲において、モータジェネレータＭＧの回転によって生じる逆起電圧は、低温になるにつれて上昇する。一方、インバータＩＮＶを構成するスイッチング素子の耐電圧特性は、低温になるにつれて低下する。

そのため、従来の車両では、使用下限値において、スイッチング素子の耐電圧がモータジェネレータＭＧの回転によって生じる逆起電圧Ｖａ以上となるように設計される。なお、より現実的には、耐電圧が所定の余裕量をもつように設計される。

このような設計の結果、たとえば使用上限値におけるスイッチング素子の耐電圧は、モータジェネレータＭＧの回転によって生じる逆起電圧より大幅に高くなり、過剰な余裕量が存在することになる。このような過剰な余裕量は、設計上のムダであり、設計自由度を制約するという問題があった。

一方、図３（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態では、ＩＧＯＮ信号が与えられたときに、ロータの永久磁石の温度が予め定められたしきい温度（永久磁石使用下限値に相当）を下回っていれば、永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流がモータジェネレータＭＧへ供給される。このような昇温動作は、少なくとも永久磁石の温度が永久磁石使用下限値に到達するまで継続される。

また、このような昇温動作中には、横軸電流目標値がゼロ値に固定されるため、モータジェネレータＭＧで発生する駆動トルクはゼロ値に制限される。また、エンジンＥＮＧから駆動輪２０（図１）への駆動力の伝達も遮断される。そのため、車両１００は、停止状態に維持され、モータジェネレータＭＧが回転することはない。

したがって、図３（ｂ）に示す昇温領域（永久磁石使用下限値より温度の低い領域）では、モータジェネレータＭＧから逆起電圧が発生することはないので、スイッチング素子の耐電圧を考慮する必要がなくなる。したがって、スイッチング素子の耐電圧がモータジェネレータＭＧの回転によって生じる逆起電圧を超過する領域があっても問題にはならない。

よって、本発明に係る車両では、永久磁石使用下限値より温度の高い領域において、スイッチング素子の耐電圧がモータジェネレータＭＧの回転によって生じる逆起電圧以上となることを考慮して設計すればよい。この結果、従来の車両に比較して、スイッチング素子に要求される耐電圧を緩和できるとともに、より磁力（磁束密度）の大きな、すなわちより大きな駆動トルクを発生可能な永久磁石を採用することができる。

図４は、ロータに設けられる永久磁石に印加される電流磁界を模式的に示した図である。

図４を参照して、一例として、ロータＲＯＴの磁極の各々が２つの永久磁石で構成される場合について説明する。すなわち、ロータＲＯＴに埋め込まれた一対の永久磁石３２．１が１つの磁極を構成し、別の一対の永久磁石３２．２が隣接する磁極を構成する。そして、図４に示すロータでは、一対の永久磁石３２．１の発生する磁束は径方向に生じる。この一対の永久磁石３２．１が生じる磁束と平行方向に直軸（ｄ軸）方向が規定される。そして、永久磁石３２．１の温度が予め定められたしきい温度を下回っていれば、直軸方向に沿って、その強度が時間的に変化する電流磁界３０が印加される。一対の永久磁石３２．１と一対の永久磁石３２．２との間には磁路が形成されるため、電流磁界３０によって、隣接する一対の永久磁石３２．２にも直軸方向の電流磁界が印加される。そのため、永久磁石３２．１，３２．２の各々には、電流磁界３０による磁束が貫通することになる。

一方、一対の永久磁石３２．１が生じる磁束と直交方向に規定される横軸（ｑ軸）方向には、電流磁界は印加されない。

このように、時間的に強度が変化する電流磁界３０が印加されることで、永久磁石３２．１，３２．２の各々の内部には、当該電流磁界３０による磁束変化を妨げようとする渦電流が生じ、この渦電流によってジュール熱を生じる。永久磁石３２．１，３２．２の各々の内部にジュール熱が生じるのは、貫通する磁束が時間的に変化するためであり、従来のように、貫通する磁束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。

なお、電流磁界３０は、どのような波形であってもよいが、永久磁石３２．１，３２．２の材料に応じて、渦電流損失が相対的に大きい周波数成分を含むように生成されることが望ましい。このような周波数は、予め実験的に求めることができる。

一例として、ロータから取り外した状態の永久磁石に対して、さまざまな周波数の電流磁界を印加するとともに、当該電流磁界を生じさせるために要する電力を計測する。電流磁界を生じさせるために要する電力は、永久磁石でジュール熱として消費される電力に相当する。そのため、このように印加される電流磁界の周波数と永久磁石で消費される電力との関係を実験的に求めることで、相対的に永久磁石での消費電力が大きくなるような周波数を見出すことができる。そして、このような永久磁石での消費電力が大きくなるような周波数の正弦波を基準として、電流磁界３０の時間波形を生成する。

なお、永久磁石での消費電力が大きくなるような周波数は、複数のピークが存在する場合もある。その場合には、各ピークに相当する複数の周波数の正弦波を加算して、電流磁界３０の基準としてもよい。

図５は、ロータの磁束方向を基準とする回転座標系（ｄ−ｑ座標系）と、ステータコイル３．１，３．２，３．３との関係を示す模式図である。なお、図５に示す回転角θは電気角である。

図５を参照して、ステータＳＴから見ると、直軸（ｄ軸）方向および横軸（ｑ軸）方向は、ロータＲＯＴの回転角θに応じて変化することがわかる。すなわち、直軸方向および横軸方向は、ロータＲＯＴの磁束方向を基準とするため、ロータＲＯＴの回転に伴って、直軸方向および横軸方向も回転することになる。

ステータコイル３．１，３．２，３．３の各々は、ステータＳＴ内に所定の位置関係で配置されるため、直軸方向に一定の電流磁界を印加するためには、ロータＲＯＴの回転角θに応じて、ステータコイル３．１，３．２，３．３の各々に流すべき駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを変化させる必要がある。具体的には、直軸方向の電流磁界を印加するための直軸電流目標値をＩｄ^＊とし、横軸方向の電流磁界を印加するための横軸電流目標値をＩｑ^＊とすると、駆動電流目標値Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊は、（１）式のように表わすことができる。

そして、上述したように、直軸方向の電流磁界を時間的に変化させる一方、横軸方向の電流磁界をゼロ値に維持するためには、直軸電流目標値Ｉｄ^＊および横軸電流目標値Ｉｑ^＊は、（２）式のように設定される。

なお、ω_ｋは、永久磁石での渦電流損失が相対的に大きい角周波数である。
（制御構造）
図６は、制御部ＥＣＵにおける制御構造の要部を示すブロック図である。

図６を参照して、制御部ＥＣＵの制御構造には、磁石温度取得部４０と、比較部４２と、昇温要求発生部４４と、トルク制御部４６と、直軸電流目標値決定部４８と、横軸電流目標値決定部５０と、制御指令生成部５２とを含む。

磁石温度取得部４０は、ＩＧＯＮ信号を受けると、ステータ温度Ｔｓ、外気温Ｔｏｕｔおよび内部に格納されている値に基づいて、ロータを構成する永久磁石の温度Ｔｍを取得する。そして、磁石温度取得部４０は、取得した永久磁石の温度Ｔｍを比較部４２へ出力する。なお、磁石温度取得部４０において永久磁石の温度Ｔｍを取得するための制御構造は後述する。

比較部４２は、磁石温度取得部４０から与えられる永久磁石の温度Ｔｍと、予め定められたしきい温度Ｔｔｈとを比較する。そして、比較部４２は、その温度差ΔＴを昇温要求発生部４４へ出力する。

昇温要求発生部４４は、ＩＧＯＮ信号を受けたときの永久磁石の温度Ｔｍがしきい温度Ｔｔｈを下回っていれば、すなわち温度差ΔＴが負値であれば、昇温要求を発生する。また、昇温要求発生部４４は、温度差ΔＴに基づいて、昇温要求を継続すべき時間を決定する。具体的には、昇温要求発生部４４は、永久磁石で発生することが予想される単位時間当たりのジュール熱と、永久磁石もしくはロータ全体の熱容量とを考慮して、当該温度差ΔＴの温度上昇を実現するために要する時間を算出する。

トルク制御部４６は、車両１００の走行状況に応じて決定される要求トルクτ^＊に基づいて、当該要求トルクを発生するための直軸電流目標値（通常時）および横軸電流目標値（通常時）を算出し、それぞれ直軸電流目標値決定部４８および横軸電流目標値決定部５０へ出力する。

直軸電流目標値決定部４８は、選択スイッチで構成され、トルク制御部４６から直軸電流目標値（通常時）を与えられるとともに、時間的に変化する直軸電流目標値（一例として、Ａｓｉｎω_ｋｔ；但し、ω_ｋは永久磁石での渦電流損失が相対的に大きい角周波数）を与えられる。そして、直軸電流目標値決定部４８は、昇温要求発生部４４からの昇温要求が継続する期間において、直軸電流目標値Ｉｄ^＊＝Ａｓｉｎω_ｋｔに決定する。その他の期間においては、直軸電流目標値決定部４８は、トルク制御部４６から与えられる直軸電流目標値（通常時）を直軸電流目標値Ｉｄ^＊として、制御指令生成部５２へ出力する。

横軸電流目標値決定部５０は、選択スイッチで構成され、トルク制御部４６から横軸電流目標値（通常時）を与えられるとともに、ゼロ値を与えられる。そして、横軸電流目標値決定部５０は、昇温要求発生部４４からの昇温要求が継続する期間において、横軸電流目標値Ｉｑ^＊＝０に固定する。その他の期間においては、横軸電流目標値決定部５０は、トルク制御部４６から与えられる横軸電流目標値（通常時）を横軸電流目標値Ｉｑ^＊として、制御指令生成部５２へ出力する。

制御指令生成部５２は、直軸電流目標値Ｉｄ^＊および横軸電流目標値Ｉｑ^＊に従って、インバータＩＮＶを制御するためのスイッチング指令ＰＷＭを生成する。そして、制御指令生成部５２は、電流制御部５４，５６と、回転座標変換部５８と、インバータ制御部６０と、回転座標逆変換部６２とを含む。

電流制御部５４は、回転座標逆変換部６２から与えられる直軸電流Ｉｄ（実績値）が直軸電流目標値Ｉｄ^＊に一致するように制御演算を実行し、その制御指令（直軸成分）を回転座標変換部５８へ出力する。

電流制御部５６は、回転座標逆変換部６２から与えられる横軸電流Ｉｑ（実績値）が横軸電流目標値Ｉｑ^＊に一致するように制御演算を実行し、その制御指令（横軸成分）を回転座標変換部５８へ出力する。

回転座標変換部５８は、電流制御部５４から与えられる制御指令（直軸成分）、および電流制御部５６から与えられる制御指令（横軸成分）を受けて、ステータコイル３．１，３．２，３．３（図５）の各々に流すべき駆動電流目標値Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊を生成する。具体的には、上述の（１）式と同様の変換式に基づいて、回転座標系（ｄ−ｑ座標系）から静止座標系への変換を実行する。そして、回転座標変換部５８は、生成した駆動電流目標値Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊をインバータ制御部６０へ出力する。

インバータ制御部６０は、駆動電流目標値Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊に従って、インバータＩＮＶの各スイッチング素子のオン／オフを制御するためのスイッチング指令ＰＷＭを生成する。

回転座標逆変換部６２は、電流検出部９もしくは１３（図２）によって検出される駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（実績値）から、直軸電流Ｉｄ（実績値）および横軸電流Ｉｑ（実績値）を生成する。具体的には、上述の（１）式の逆変換を実行することで、静止座標系から回転座標系（ｄ−ｑ座標系）への変換を実行する。そして、回転座標変換部５８は、それぞれ生成した直軸電流Ｉｄ（実績値）および横軸電流Ｉｑ（実績値）を電流制御部５４および５６へ出力する。

（磁石温度取得部）
上述したように、回転体のロータにセンサを直接取付けて、永久磁石の温度を検出しようとすると、モータジェネレータの構成が複雑化してしまう。そこで、この発明の実施の形態では、ステータ温度Ｔｓ、外気温Ｔｏｕｔおよび内部に格納される値に基づいて、ロータに設けられる永久磁石の温度Ｔｍを推定する。

通常の駆動電流が供給されることによりロータで発生する熱量（熱損失）は、ステータで発生する熱量とは異なる。また、ステータとロータとの熱拡散特性も互いに異なる。そのため、モータジェネレータＭＧの作動中では、ステータ温度Ｔｓと、ロータに設けられる永久磁石の温度Ｔｍとの間には温度差が生じる。

一方、モータジェネレータＭＧの作動停止後、すなわちＩＧＯＦＦ信号を受けた後には、ステータおよびロータで熱損失は発生しない。そのため、ステータ温度Ｔｓおよび永久磁石の温度Ｔｍは、それぞれの熱拡散時定数に従って環境温度に漸近することになる。

したがって、ＩＧＯＦＦ信号を受けてから十分に時間が経過すれば、ステータ温度Ｔｓおよび永久磁石の温度Ｔｍは、いずれも一様に環境温度になっていると考えることができる。そのため、永久磁石の温度Ｔｍは、ステータ温度Ｔｓに一致するとみなすことができる。そこで、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＦＦ信号を受けた後の経過時間を計測しておき、次回のＩＧＯＮ信号を受けた時点で、計測されている経過時間が予め定められたしきい時間を上回っていれば、ステータ温度Ｔｓを永久磁石の温度Ｔｍとみなす。なお、予め定められたしきい時間は、ステータおよびロータの熱拡散時定数に応じて適宜設定される。

一方、ＩＧＯＦＦ信号を受けた後から十分に時間が経過していなければ、すなわち、計測された経過時間が予め定められたしきい時間以下であれば、永久磁石の温度Ｔｍは、まだ環境温度に到達していないと考えることができる。ここで、ステータおよびロータの熱拡散は、それぞれ独立して生じるものではなく、相互に熱影響を及ぼし合う。そのため、ステータの熱拡散過程とロータの熱拡散過程との間には、比較的大きな相間関係が存在する。そこで、制御部ＥＣＵは、ステータの熱拡散過程に基づいて、永久磁石の温度についての第１推定値を算出する。

また、環境温度の影響についても考慮することが好ましい。そこで、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＦＦ信号を受けた時点の外気温Ｔｏｕｔと、ＩＧＯＮ信号を受けた時点の外気温Ｔｏｕｔとの温度差に基づいて、永久磁石の温度についての第２推定値を算出する。

以上のように算出される第１推定値と第２推定値とを加算して、永久磁石の温度が取得される。

具体的には、ＩＧＯＦＦ信号を受けた時点のステータ温度（以下では、最終ステータ温度とも称す）を第１パラメータとし、ＩＧＯＦＦ信号を受けた後の経過時間を第２パラメータとした第１推定値についてのマップが予め実験的に取得される。また、ＩＧＯＦＦ信号を受けた時点の外気温（以下では、最終外気温とも称す）と、ＩＧＯＮ信号を受けた時点の外気温Ｔｏｕｔとの温度差をパラメータとして、第２推定値についてのマップが予め実験的に取得される。

そして、制御部ＥＣＵは、検出されるパラメータの値に基づいて、それぞれのマップを参照して得られる第１および第２推定値から、永久磁石の温度を取得する。

図７は、磁石温度取得部４０のより詳細な制御構造を示すブロック図である。
図７を参照して、磁石温度取得部４０の制御構造には、停止時間計測部７０と、比較部７２と、レジスタ部７４，８０と、第１推定部７６と、加算部７８と、減算部８２と、第２推定部８４と、選択部８６とを含む。

停止時間計測部７０は、ＩＧＯＦＦ信号を受けると、当該時点からの経過時間ＴＩＭの計測を開始する。そして、停止時間計測部７０は、その計測する経過時間ＴＩＭを比較部７２および第１推定部７６へ出力する。なお、停止時間計測部７０は、ＩＧＯＦＦ信号を受ける毎に、計測中の経過時間ＴＩＭを一旦リセットして、再度計測を開始する。したがって、停止時間計測部７０から出力される経過時間ＴＩＭは、最も直近のＩＧＯＦＦ信号を受けた時点からの経過時間に相当する。

比較部７２は、停止時間計測部７０から与えられる経過時間ＴＩＭと、予め定められたしきい時間ＴＩＭｔｈとを比較する。そして、比較部７２は、その比較結果を選択部８６へ出力する。

レジスタ部７４は、ＩＧＯＦＦ信号を受けると、当該時点のステータ温度Ｔｓを取得して、最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）として格納する。そして、レジスタ部７４は、次回のＩＧＯＦＦ信号を受けるまで、当該格納した最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）を第１推定部７６へ出力し続ける。なお、レジスタ部７４は、ＩＧＯＦＦ信号を受ける毎に、格納する最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）をリセットする。したがって、レジスタ部７４から出力される最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）は、最も直近のＩＧＯＦＦ信号を受けた時点のステータ温度Ｔｓに相当する。

第１推定部７６は、最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）および経過時間ＴＩＭをパラメータとして第１推定値＃Ｔｍａを規定したマップを格納している。そして、第１推定部７６は、レジスタ部７４から与えられる最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）および停止時間計測部７０から与えられる経過時間ＴＩＭに基づいて、格納するマップを参照して、第１推定値＃Ｔｍａを決定する。そして、第１推定部７６は、決定した第１推定値＃Ｔｍａを加算部７８へ出力する。

レジスタ部８０は、ＩＧＯＦＦ信号を受けると、当該時点の外気温Ｔｏｕｔを取得して、最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）として格納する。そして、レジスタ部８０は、次回のＩＧＯＦＦ信号を受けるまで、当該格納した最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）を減算部８２へ出力し続ける。なお、レジスタ部８０は、ＩＧＯＦＦ信号を受ける毎に、格納する最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）をリセットする。したがって、レジスタ部８０から出力される最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）は、最も直近のＩＧＯＦＦ信号を受けた時点の外気温Ｔｏｕｔに相当する。

減算部８２は、レジスタ部８０から与えられる最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）と、現時点の外気温Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴｏｕｔを算出し、第２推定部８４へ出力する。

第２推定部８４は、温度差ΔＴｏｕｔをパラメータとして第１推定値＃Ｔｍａを規定したマップを格納している。そして、第２推定部８４は、減算部８２から与えられる温度差ΔＴｏｕｔに基づいて、格納するマップを参照して、第２推定値＃Ｔｍｂを決定する。そして、第２推定部８４は、決定した第２推定値＃Ｔｍｂを加算部７８へ出力する。

加算部７８は、第１推定部７６から与えられる第１推定値＃Ｔｍａと、第２推定部８４から与えられる第２推定値＃Ｔｍｂとを加算し、選択部８６へ出力する。

選択部８６は、比較部７２から与えられる比較結果に応じて、現時点のステータ温度Ｔｓおよび加算部７８から与えられる加算値のうちいずれか一方を永久磁石の温度Ｔｍとして出力する。すなわち、経過時間ＴＩＭがしきい時間ＴＩＭｔｈを上回っていれば、現時点のステータ温度Ｔｓを永久磁石の温度Ｔｍとして出力する。一方、経過時間ＴＩＭがしきい時間ＴＩＭｔｈ以下であれば、加算部７８から与えられる第１推定値＃Ｔｍａと第２推定値＃Ｔｍｂとの加算値を永久磁石の温度Ｔｍとして出力する。

なお、上述の図６および図７の説明においては、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２について総称的に説明したが、実際には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々に対応して、図６および図７に示す制御構造が設けられる。

（処理フロー）
図８は、この発明の実施の形態に従う処理手順を示すフローチャートである。

図８を参照して、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＮ信号を受けたか否かを判断する（ステップＳ１００）。ＩＧＯＮ信号を受けていない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＮ信号を受けるまで待つ（ステップＳ１００）。

ＩＧＯＮ信号を受けた場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ１についての磁石温度取得サブルーチンをコールして、モータジェネレータＭＧ１のロータにおける永久磁石の温度Ｔｍ１を取得する（ステップＳ１０２）。そして、制御部ＥＣＵは、取得した永久磁石の温度Ｔｍ１が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

永久磁石の温度Ｔｍ１が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っている場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ１に対して昇温用の駆動電流を供給するための昇温要求を発生する（ステップＳ１０６）。また、制御部ＥＣＵは、永久磁石の温度Ｔｍ１としきい温度Ｔｔｈとの温度差に基づいて、昇温要求を継続すべき時間を決定する（ステップＳ１０８）。

そして、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ１についての直軸電流目標値Ｉｄ１^＊を時間的に変化させる（ステップＳ１１０）とともに、モータジェネレータＭＧ１についての横軸電流目標値Ｉｑ１^＊をゼロ値に固定する（ステップＳ１１２）。さらに、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１１０において決定される直軸電流目標値Ｉｄ１^＊およびステップＳ１１２において決定される横軸電流目標値Ｉｑ１^＊に従って、インバータＩＮＶ１を制御するためのスイッチング指令ＰＷＭ１を生成する（ステップＳ１１４）。

さらに、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１０８において決定された継続時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１６）。継続時間が経過していない場合（ステップＳ１１６においてＮＯの場合）には、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６の処理を再度実行する。

永久磁石の温度Ｔｍ１が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っていない場合（ステップＳ１０４においてＮＯの場合）、もしくは継続時間が経過している場合（ステップＳ１１６においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ１における永久磁石の昇温完了を発生する（ステップＳ１１８）。

並列的に、ＩＧＯＮ信号を受けた場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ２についての磁石温度取得サブルーチンをコールして、モータジェネレータＭＧ２のロータにおける永久磁石の温度Ｔｍ２を取得する（ステップＳ１２２）。そして、制御部ＥＣＵは、取得した永久磁石の温度Ｔｍ２が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っているか否かを判断する（ステップＳ１２４）。

永久磁石の温度Ｔｍ２が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っている場合（ステップＳ１２４においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ２に対して昇温用の駆動電流を供給するための昇温要求を発生する（ステップＳ１２６）。また、制御部ＥＣＵは、永久磁石の温度Ｔｍ２としきい温度Ｔｔｈとの温度差に基づいて、昇温要求を継続すべき時間を決定する（ステップＳ１２８）。

そして、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ２についての直軸電流目標値Ｉｄ２^＊を時間的に変化させる（ステップＳ１３０）とともに、モータジェネレータＭＧ２についての横軸電流目標値Ｉｑ２^＊をゼロ値に固定する（ステップＳ１３２）。さらに、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１３０において決定される直軸電流目標値Ｉｄ２^＊およびステップＳ１３２において決定される横軸電流目標値Ｉｑ２^＊に従って、インバータＩＮＶ２を制御するためのスイッチング指令ＰＷＭ２を生成する（ステップＳ１３４）。

さらに、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１２８において決定された継続時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３６）。継続時間が経過していない場合（ステップＳ１３６においてＮＯの場合）には、制御部ＥＣＵは、ステップＳ１２６〜ステップＳ１３６の処理を再度実行する。

永久磁石の温度Ｔｍ２が予め定められたしきい温度Ｔｔｈを下回っていない場合（ステップＳ１２４においてＮＯの場合）、もしくは継続時間が経過している場合（ステップＳ１３６においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、モータジェネレータＭＧ２における永久磁石の昇温完了を発生する（ステップＳ１３８）。

ステップＳ１１８においてモータジェネレータＭＧ１における永久磁石の昇温完了が発生され、かつステップＳ１３８においてモータジェネレータＭＧ２における永久磁石の昇温完了が発生された後、制御部ＥＣＵは、直軸電流目標値Ｉｄ１^＊，Ｉｄ２^＊および横軸電流目標値Ｉ１ｑ^＊，Ｉｑ２^＊の各々に要求トルクτ１^＊，τ２^＊に応じた目標値を設定し（ステップＳ１４０）、車両１００の通常走行モードへ移行する。

なお、上述したように、この発明の実施の形態に従う車両１００では、予め格納される最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）および最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）に基づいて、永久磁石の温度Ｔｍが取得される場合もある。そのため、車両１００の作動停止される時点、すなわちＩＧＯＦＦ信号を受ける時点において、図９に示すような作動停止処理が実行される。

図９は、この発明の実施の形態に従う作動停止処理の手順を示すフローチャートである。

図９を参照して、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＦＦ信号を受けたか否かを判断する（ステップＳ２００）。ＩＧＯＦＦ信号を受けていない場合（ステップＳ２００においてＮＯの場合）には、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＦＦ信号を受けるまで待つ（ステップＳ２００）。

ＩＧＯＦＦ信号を受けた場合（ステップＳ２００においてＹＥＳの場合）には、制御部ＥＣＵは、当該時点のモータジェネレータＭＧ１のステータ温度Ｔｓ１を最終ステータ温度Ｔｓ１（ｌａｓｔ）として格納する（ステップＳ２０２）。また、制御部ＥＣＵは、当該時点のモータジェネレータＭＧ２のステータ温度Ｔｓ２を最終ステータ温度Ｔｓ２（ｌａｓｔ）として格納する（ステップＳ２０４）。そして、制御部ＥＣＵは、当該時点の外気温Ｔｏｕｔを最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）として格納する（ステップＳ２０６）。

さらに、制御部ＥＣＵは、ＩＧＯＦＦ信号を受けた後の経過時間ＴＩＭの計測を開始する（ステップＳ２０８）。

図１０は、図８に示すフローチャートにおける磁石温度取得サブルーチンの各々での処理を示すフローチャートである。

図１０を参照して、制御部ＥＣＵは、計測中の経過時間ＴＩＭを取得する（ステップＳ３００）。また、制御部ＥＣＵは、現時点のステータ温度Ｔｓを取得する（ステップＳ３０２）。

そして、制御部ＥＣＵは、取得した経過時間ＴＩＭがしきい時間ＴＩＭｔｈを上回っているか否かを判断する（ステップＳ３０４）。

経過時間ＴＩＭがしきい時間ＴＩＭｔｈを上回っている場合（ステップＳ３０４においてＹＥＳの場合）には、ステップＳ３０２において取得した現時点のステータ温度Ｔｓをロータにおける永久磁石の温度Ｔｍに決定する（ステップＳ３０６）。そして、制御部ＥＣＵは、元の処理に戻る。

経過時間ＴＩＭがしきい時間ＴＩＭｔｈを上回っていない場合（ステップＳ３０４においてＮＯの場合）には、格納する最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）を読出す（ステップＳ３０８）。そして、制御部ＥＣＵは、ステップＳ３０６において読出した最終ステータ温度Ｔｓ（ｌａｓｔ）および経過時間ＴＩＭに基づいて、格納するマップを参照して、第１推定値＃Ｔｍａを決定する（ステップＳ３１０）。

また、制御部ＥＣＵは、格納する最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）を読出す（ステップＳ３１２）。また、制御部ＥＣＵは、現時点の外気温Ｔｏｕｔを取得する（ステップＳ３１４）。そして、制御部ＥＣＵは、ステップＳ３１２において読出した最終外気温Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ）とステップＳ３１４において取得した外気温Ｔｏｕｔとの温度差ΔＴｏｕｔを算出する（ステップＳ３１６）。さらに、制御部ＥＣＵは、ステップＳ３１６において算出した温度差ΔＴｏｕｔに基づいて、格納するマップを参照して、第２推定値＃Ｔｍｂを決定する（ステップＳ３１８）。

制御部ＥＣＵは、ステップＳ３１０において決定した第１推定値＃Ｔｍａと、ステップＳ３１８において決定した第２推定値＃Ｔｍｂとの加算値を、現時点のステータ温度Ｔｓをロータにおける永久磁石の温度Ｔｍに決定する（ステップＳ３２０）。そして、制御部ＥＣＵは、元の処理に戻る。

この発明の実施の形態においては、電源部ＰＳが「電源部」に相当し、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２が「モータジェネレータ」に相当し、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２が「インバータ」に相当する。そして、制御部ＥＣＵが「磁石温度取得手段」、「第１の比較手段」、「昇温要求発生手段」、「制御指令生成手段」、「直軸電流目標値決定手段」、「横軸電流目標値決定手段」、「停止時間計測手段」、「ステータ温度取得手段」、「第２の比較手段」、「第１の磁石温度推定手段」、「外気温取得手段」、および「第２の磁石温度推定手段」を実現する。

この発明の実施の形態によれば、ＩＧＯＮ信号を受けたときに、ロータに設けられた永久磁石の温度がしきい温度を下回っていれば、昇温要求が発せられる。すると、直軸電流目標値が時間的に変化するように決定されるとともに、横軸電流目標値がゼロ値に決定される。これにより、永久磁石の磁束方向と平行な方向に沿って、時間的に変化する電流磁界が印加されるため、永久磁石には当該電流磁界を妨げるように渦電流が生じる。この渦電流によって、永久磁石の内部でジュール熱が発生するので、永久磁石を直接的に昇温することができる。一方、永久磁石の磁束方向と直交する方向の電流磁界はゼロ値に抑制されるので、ロータには何らの駆動トルクも生じない。これにより、車両を停止状態に維持できるため、車両の走行に伴う意図しない逆起電圧の発生を回避できる。

また、この発明の実施の形態によれば、回転可能に構成されるロータに設けられる永久磁石の温度を取得するために、モータジェネレータ内での熱拡散特性に基づいて、温度が推定される。これにより、永久磁石の温度を取得するための温度センサを必要としないので、回転するロータと静止しているステータ側との間でセンサ配線を構成するための回転ジョイントなどを設ける必要がない。よって、特別な構造のモータジェネレータを用いることなく本発明を実施できる。

なお、この発明の実施の形態においては、２個のモータジェネレータを搭載する車両について説明したが、当然のことながら、モータジェネレータの数が制限されることはなく、１個もしくは３個以上のモータジェネレータを搭載する車両であってもよい。

また、この発明の実施の形態においては、一例として、エンジンＥＮＧおよびインバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２を搭載してハイブリッド自動車について説明したが、本発明は、「ステータに設けられたコイルに駆動電流が流れることで生じる電流磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させるように構成されたモータジェネレータ」を搭載するいずれの車両にも適用できる。一例として、燃料電池を搭載した燃料電池車などにも適用できる。

また、この発明の実施の形態においては、より好ましい形態として、ロータに設けられた永久磁石の温度を取得するために、当該温度を直接検出するための温度センサを用いることなく、ステータ温度や外気温などに基づいて温度推定を行なう構成について説明したが、この構成に限られることはない。すなわち、放射温度計などの非接触でその表面温度を検出可能な温度検出器を用いてもよく、さらに、周知のいずれの温度検出方法を採用してもよい。

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、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。

この発明の実施の形態に従う車両の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従う車両の要部を示すより詳細な概略構成図である。 モータジェネレータＭＧが発生する逆起電圧とインバータを構成するスイッチング素子の耐電圧との関係を示す特性図である。 ロータに設けられる永久磁石に印加される電流磁界を模式的に示した図である。 ロータの磁束方向を基準とする回転座標系（ｄ−ｑ座標系）と、ステータコイルとの関係を示す模式図である。 制御部における制御構造の要部を示すブロック図である。 磁石温度取得部のより詳細な制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に従う処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態に従う作動停止処理の手順を示すフローチャートである。 図８に示すフローチャートにおける磁石温度取得サブルーチンの各々での処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３．１，３．２，３．３ ステータコイル、４ 外気温検出部、６ 動力分割機構、８ ステータ温度検出部、９ 電流検出部、１０ 回転角検出部、１１ 電流検出部、１２ ステータ温度検出部、１４ 回転角検出部、１８ 減速機、２０ 駆動輪、２２ 従動輪、３０ 電流磁界、３２．１，３２．２ 永久磁石、４０ 磁石温度取得部、４２ 比較部、４４ 昇温要求発生部、４６ トルク制御部、４８ 直軸電流目標値決定部、５０ 横軸電流目標値決定部、５２ 制御指令生成部、５４，５６ 電流制御部、５８ 回転座標変換部、６０ インバータ制御部、６２ 回転座標逆変換部、７０ 停止時間計測部、７２ 比較部、７４，８０ レジスタ部、７６，８４ 推定部、７８ 加算部、８２ 減算部、８６ 選択部、１００ 車両、ＢＡＴ 蓄電装置、Ｃ コンデンサ、ＣＯＮＶ 直流コンバータ、ＥＣＵ 制御部、ＥＮＧ エンジン、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 駆動電流、Ｉｄ 直軸電流、Ｉｄ^＊ 直軸電流目標値、ＩＮＶ インバータ、Ｉｑ 横軸電流、Ｉｑ^＊ 横軸電流目標値、Ｉｕ^＊，Ｉｖ^＊，Ｉｗ^＊ 駆動電流目標値、ＭＧ モータジェネレータ、ＭＰＬ 主正線、ＭＳＬ 主負線、ＰＣＵ パワーコントロールユニット、ＰＬ 正線、ＰＳ 電源部、ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２ スイッチング指令、ＲＯＴ ロータ、ＳＥ システム信号、ＳＬ 負線、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、ＳＴ ステータ、ＴＩＭ 経過時間、ＴＩＭｔｈ しきい時間、Ｔｍ 永久磁石の温度、Ｔｏｕｔ 外気温、Ｔｏｕｔ（ｌａｓｔ） 最終外気温、Ｔｓ ステータ温度、Ｔｓ（ｌａｓｔ） 最終ステータ温度、θ 回転角。

Claims (10)

1. 作動開始指令に応答して電力供給を開始する電源部と、
   ステータに設けられたコイルに駆動電流が流れることで生じる電流磁界によって、永久磁石を有するロータを回転させるように構成されたモータジェネレータと、
   前記電源部から供給される電力により前記駆動電流を生成するためのインバータと、
   前記作動開始指令を受けたときに、前記永久磁石の温度を取得するための磁石温度取得手段と、
   前記永久磁石の温度と予め定められたしきい温度とを比較する第１の比較手段と、
   前記永久磁石の温度が前記しきい温度を下回っていれば、前記永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流を供給するために昇温要求を発生する昇温要求発生手段と、
   前記永久磁石の磁束方向と平行な電流磁界成分を前記ロータに印加するための直軸電流目標値と、前記永久磁石の磁束方向と直交する電流磁界成分を前記ロータに印加するための横軸電流目標値とに従って、前記インバータを制御するための制御指令を生成する制御指令生成手段と、
   前記昇温要求に応答して、前記直軸電流目標値を時間的に変化させる直軸電流目標値決定手段と、
   前記昇温要求に応答して、前記横軸電流目標値をゼロ値に固定する横軸電流目標値決定手段とを備える、車両。
2. 前記直軸電流目標値決定手段は、前記永久磁石に印加される電流磁界の周波数と前記永久磁石で消費される電力との関係に基づいて決定される周波数成分を含むように、前記直軸電流目標値を変化させる、請求項１に記載の車両。
3. 前記電源部は、作動停止指令に応答して電力供給を停止するように構成され、
   前記磁石温度取得手段は、
   前回の前記作動停止指令を受けた後の経過時間を計測するための停止時間計測手段と、
   前記ステータの温度を取得するためのステータ温度取得手段と、
   前記経過時間と予め定められたしきい時間とを比較する第２の比較手段と、
   前記経過時間が前記しきい時間を上回っているときに、前記ステータの温度を前記永久磁石の温度として取得する第１の磁石温度推定手段とを含む、請求項１または２に記載の車両。
4. 前記磁石温度取得手段は、
   車両外部の外気温を取得するための外気温取得手段と、
   前記経過時間が前記しきい時間以下であるときに、前回の前記作動停止指令を受けた時点の前記ステータの温度および前記経過時間から推定される第１の推定値と、前回の前記作動停止指令を受けた時点の前記外気温と今回の前記作動開始指令を受けた時点の前記外気温との温度差から推定される第２の推定値とに基づいて、前記永久磁石の温度を算出する第２の磁石温度推定手段とをさらに含む、請求項３に記載の車両。
5. 前記昇温要求発生手段は、前記永久磁石の温度と前記しきい温度との温度差に基づいて、前記昇温要求を継続すべき時間を決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
6. 車両に搭載されるモータジェネレータのロータに設けられる永久磁石の昇温方法であって、
   前記車両は、
   作動開始指令に応答して電力供給を開始する電源部と、
   ステータに設けられたコイルに駆動電流が流れることで生じる電流磁界によって、前記永久磁石を有する前記ロータを回転させるように構成された前記モータジェネレータと、
   前記電源部から供給される電力により前記駆動電流を生成するためのインバータとを有し、
   前記昇温方法は、
   前記作動開始指令を受けたときに、前記永久磁石の温度を取得する磁石温度取得ステップと、
   前記永久磁石の温度と予め定められたしきい温度とを比較するステップと、
   前記永久磁石の温度が前記しきい温度を下回っていれば、前記永久磁石でジュール熱を生じるような昇温用の駆動電流を供給するために昇温要求を発生するステップと、
   前記昇温要求に応答して、前記永久磁石の磁束方向と平行な電流磁界成分を前記ロータに印加するための直軸電流目標値を時間的に変化させるステップと、
   前記昇温要求に応答して、前記永久磁石の磁束方向と直交する電流磁界成分を前記ロータに印加するための横軸電流目標値をゼロ値に固定するステップと、
   前記直軸電流目標値および前記横軸電流目標値に従って、前記インバータを制御するための制御指令を生成するステップとを含む、永久磁石の昇温方法。
7. 前記直軸電流目標値は、前記永久磁石に印加される電流磁界の周波数と前記永久磁石で消費される電力との関係に基づいて決定される周波数成分が含まれるように変化させられる、請求項６に記載の永久磁石の昇温方法。
8. 前記電源部は、作動停止指令に応答して電力供給を停止するように構成され、
   前記磁石温度取得ステップは、
   前回の前記作動停止指令を受けた後の経過時間を計測するステップと、
   前記ステータの温度を取得するステップと、
   前記経過時間と予め定められたしきい時間とを比較するステップと、
   前記経過時間が前記しきい時間を上回っているときに、前記ステータの温度を前記永久磁石の温度として取得するステップとを含む、請求項６または７に記載の永久磁石の昇温方法。
9. 前記磁石温度取得ステップは、
   車両外部の外気温を取得するステップと、
   前記経過時間が前記しきい時間以下であるときに、前回の前記作動停止指令を受けた時点の前記ステータの温度および前記経過時間から推定される第１の推定値と、前回の前記作動停止指令を受けた時点の前記外気温と今回の前記作動開始指令を受けた時点の前記外気温との温度差から推定される第２の推定値とに基づいて、前記永久磁石の温度を算出するステップとをさらに含む、請求項８に記載の永久磁石の昇温方法。
10. 前記永久磁石の温度と前記しきい温度との温度差に基づいて、前記昇温要求を継続すべき時間を決定するステップをさらに含む、請求項６〜９のいずれか１項に記載の永久磁石の昇温方法。

Images