JP2010093982A

JP2010093982A - モータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法

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Publication number: JP2010093982A
Application number: JP2008263135A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Hayashi; 和仁林; Masayoshi Suhama; 将圭洲濱
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: EP2345146B1; CN102177650A; US20110193506A1; EP2345146A2; WO2010041130A8; WO2010041130A3; CN102177650B; WO2010041130A2; US8581533B2; JP4730420B2

Abstract

【課題】永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置において、永久磁石モータの減磁を抑制する。
【解決手段】制御装置３０は、永久磁石モータＭ１の要求出力に応じてインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８によるスイッチング動作を制御する。制御装置３０は、温度センサ４０，４２の出力に基づき永久磁石モータＭ１の磁石温度を検出する磁石温度検出手段と、予め求められた永久磁石モータＭ１の出力と永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度との関係に基づいて、永久磁石モータＭ１の要求出力に対応する磁石温度の閾値を設定する設定手段と、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値を超えたときに、永久磁石モータＭ１を流れるモータ電流に重畳したリプル電流を低減するように、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチングするキャリア周波数を変更するキャリア周波数制御手段とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法に関し、より特定的には、永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置およびその制御方法に関する。

通常、電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）等の車両において、電気エネルギによる駆動力は、高電圧の電源から供給される直流電力をインバータによって三相交流電力に変換し、これにより三相交流モータを回転させることにより得ている。また、車両の減速時には、逆に３相交流モータの回生発電により得られる回生エネルギを電源に蓄電することにより、エネルギを無駄なく利用して走行している。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車において、三相交流モータとしては、そのパワー密度の高さと効率の良さとから、永久磁石モータが広く用いられている。永久磁石モータの制御は、インバータを構成するスイッチング素子を、数ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングさせて、永久磁石モータを流れる電流の振幅および位相を制御することにより行なわれる。

たとえば特開平９−２７５６９６号公報（特許文献１）には、永久磁石モータの運転を制御する制御装置として、永久磁石の温度が所定値以下の場合には、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を有する構成が開示される。これによれば、低温環境下では永久磁石の保磁力が低下することに起因して減磁が発生する可能性があることから、低温時には、ステータのコイルに供給される高周波電流によって高周波の磁界を発生させることにより、この高周波磁界の形成に伴なってコア部分に発生する鉄損により永久磁石を加熱している。
特開平９−２７５６９６号公報

ここで、永久磁石モータを駆動するインバータにおいては、スイッチング素子がスイッチング動作を行なうことにより、そのスイッチング周波数に応じたリプル電流が発生する。このリプル電流は、スイッチング周波数が低くなるほど大きくなる。そのため、インバータに発生するスイッチング動作時の電力損失を抑えるためにはスイッチング周波数を低下させることが好ましいが、スイッチング周波数を低下させると、リプル電流が増加することになる。

そして、リプル電流が増加すると、永久磁石モータでは、内部の磁束密度に高調波成分が含まれることによって、高調波損失が発生する。特に、希土類永久磁石を用いた場合には、導電率が比較的大きいことから、永久磁石に渦電流が発生して損失を増加させる可能性がある。このような渦電流損の増加は、磁石温度を上昇させるため、永久磁石モータに減磁を発生させる。この減磁の発生によって、永久磁石モータでは、運転効率（回転効率、発電効率）が低下するという問題が生じる。しかしながら、上述した特開平９−２７５６９６号公報は、低温時に永久磁石モータに発生する減磁を防止することを課題としており、このような磁石温度の上昇による減磁を防止するための手段については何ら言及するものではない。

それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、永久磁石モータの減磁を抑制可能なモータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法を提供することである。

この発明のある局面に従えば、電源から電力の供給を受けて永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置であって、スイッチング素子を含んで構成され、電源と永久磁石モータとの間で電力変換を行なうインバータと、永久磁石モータの要求出力に応じて、スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、永久磁石モータの磁石温度を検出する磁石温度検出手段と、予め求められた永久磁石モータの出力と永久磁石モータに減磁を生じさせない限界温度との関係に基づいて、永久磁石モータの要求出力に対応する磁石温度の閾値を設定する設定手段と、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値を超えたときに、永久磁石モータを流れるモータ電流に重畳したリプル電流を低減するように、スイッチング素子をスイッチングするキャリア周波数を変更するキャリア周波数制御手段とを含む。

好ましくは、キャリア周波数制御手段は、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値を超えたときには、キャリア周波数を高くする。

好ましくは、キャリア周波数制御手段は、永久磁石モータの出力に応じてキャリア周波数を設定するためのマップを有する。マップは、永久磁石モータのトルクおよび回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割される。キャリア周波数制御手段は、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値を超えたときには、マップにおける複数の領域のうち相対的に高い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大するように変更されたマップを用いてキャリア周波数を設定することにより、キャリア周波数を変更する。

好ましくは、制御装置は、スイッチング素子の素子温度を検出する素子温度検出手段をさらに含む。キャリア周波数制御手段は、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値以下となる場合には、素子温度検出手段によって検出された素子温度が所定の許容温度を超えたときに、キャリア周波数を低くする。

好ましくは、永久磁石モータは、車両の駆動力を発生するように構成される。制御装置は、車両の速度を検出する車両速度検出手段をさらに含む。キャリア周波数制御手段は、磁石温度検出手段によって検出された磁石温度が閾値以下となる場合には、車両速度検出手段によって検出された車両速度が所定の基準速度を下回ったときに、キャリア周波数を可聴周波数帯域外の周波数に変更する。

この発明の別の局面に従えば、電源から電力の供給を受けて永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、モータ駆動装置は、スイッチング素子を含んで構成され、スイッチング素子のスイッチング動作により電源と永久磁石モータとの間で電力変換を行なうインバータを含む。制御方法は、永久磁石モータの磁石温度を検出するステップと、予め求められた永久磁石モータの出力と永久磁石モータに減磁を生じさせない限界温度との関係に基づいて、永久磁石モータの要求出力に対応する磁石温度の閾値を設定するステップと、磁石温度を検出するステップによって検出された磁石温度が閾値を超えたときに、永久磁石モータを流れるモータ電流に重畳したリプル電流を低減するように、スイッチング素子をスイッチングするキャリア周波数を変更するステップとを備える。

好ましくは、キャリア周波数を変更するステップは、検出された磁石温度が閾値を超えたときには、キャリア周波数を高くする。

好ましくは、キャリア周波数を変更するステップは、永久磁石モータの出力に応じてキャリア周波数を設定するためのマップを有する。マップは、永久磁石モータのトルクおよび回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割される。キャリア周波数を変更するステップは、検出された磁石温度が閾値を超えたときには、マップにおける複数の領域のうち相対的に高い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大するように変更されたマップを用いてキャリア周波数を設定することにより、キャリア周波数を変更する。

好ましくは、制御方法は、スイッチング素子の素子温度を検出するステップをさらに備える。キャリア周波数を変更するステップは、検出された磁石温度が閾値以下となる場合には、素子温度検出手段によって検出された素子温度が所定の許容温度を超えたときに、キャリア周波数を低くする。

好ましくは、永久磁石モータは、車両の駆動力を発生するように構成される。制御方法は、車両の速度を検出するステップをさらに備える。キャリア周波数を変更するステップは、検出された磁石温度が閾値以下となる場合には、車両の速度を検出するステップによって検出された車両速度が所定の基準速度を下回ったときに、キャリア周波数を可聴周波数帯域外の周波数に変更する。

この発明によれば、永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置において、永久磁石モータの減磁を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。

図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０，１３と、電流センサ２４と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、温度センサ４０，４２，４４と、制御装置３０とを備える。

永久磁石モータＭ１は、三相の交流同期電動機（同期モータ）であり、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルをステータコイルとして含む。永久磁石モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、永久磁石モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

温度センサ４０は、永久磁石モータＭ１のステータの温度Ｔｓｔを検出する。この温度センサ４０は、例えば、ステータコイルの近傍に設けられた測温素子（サーミスタなど）からなる。また、温度センサ４２は、永久磁石モータＭ１を冷却するための冷却媒体（例えば、冷却オイルとする）の通流路に設けられ、冷却媒体の温度（冷却油温）Ｔｏを検出する。

バッテリＢは、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。なお、これに限らず、直流電圧を生成できるもの、例えば、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等であっても適用され得る。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥにより導通／非導通が制御される。

コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。インバータ１４は、コンデンサＣ２から与えられる直流電圧を三相交流に変換して永久磁石モータＭ１へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ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１４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、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、車輪を駆動する永久磁石モータＭ１に対して昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍを三相交流に変換して出力する。またインバータ１４は、回生制動に伴ない、永久磁石モータＭ１において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、永久磁石モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、永久磁石モータＭ１は、三相の交流同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されている。そして、Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

電流センサ２４は、永久磁石モータＭ１に流れる電流をモータ電流ＭＣＲＴとして検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。温度センサ４４は、インバータ１４を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の素子温度Ｔｉｎｖを検出し、その検出した素子温度Ｔｉｎｖを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electronic Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサ１３から出力電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう信号ＰＷＵおよび降圧指示を行なう信号ＰＷＤを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧を永久磁石モータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示を行なう信号ＰＷＭＩと、永久磁石モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示を行なう信号ＰＷＭＣを生成する。信号ＰＷＵおよび信号ＰＷＭＩの生成方法については後述する。

図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。

モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ、バッテリＢから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよび昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに基づいて、永久磁石モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵと、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＣおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

また、モータトルク制御手段３０１は、永久磁石モータＭ１のステータ温度Ｔｓｔおよび冷却油温Ｔｏに基づいて永久磁石モータＭ１の磁石温度Ｔｍを推定することにより、磁石温度Ｔｍを検出する。そして、モータトルク制御手段３０１は、その検出した磁石温度Ｔｍに応じて、後述する方法により信号ＰＷＭＩを生成するためのキャリア周波数ｆｃを変更する。

電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示すＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、永久磁石モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。

また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＤにより直流電圧を降圧させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。

図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。
図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、インバータ入力電圧指令演算部６０と、フィードバック電圧指令演算部６２と、デューティー比変換部６４と、モータ制御用相電圧演算部５０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２と、磁石温度検出部５４と、キャリア周波数制御部５６とを含む。

インバータ入力電圧指令演算部６０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部６２へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部６２は、電圧センサ１３からの昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部６０からの電圧指令Ｖｄｃｃｏｍとに基づいて、フィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部６４へ出力する。

デューティー比変換部６４は、電圧センサ１０からのバッテリ電圧Ｖｂと、電圧センサ１３からの出力電圧Ｖｍと、フィードバック電圧指令演算部６２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサ１３からの出力電圧Ｖｍを、フィードバック電圧指令演算部６２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比ＤＲを演算し、その演算したデューティー比ＤＲに基づいて昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＵを生成し、その生成した信号ＰＷＵを昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２へ出力する。

なお、昇圧コンバータ１２の下側のＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧をバッテリＢの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。

モータ制御用相電圧演算部５０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサ１３から受け、永久磁石モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサ２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部５０は、これらの入力される信号に基づいて、永久磁石モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ供給する。

磁石温度検出部５４は、温度センサ４０，４２（図１）からの出力に基づいて永久磁石モータＭ１の磁石温度Ｔｍを検出する。磁石温度Ｔｍの検出方法については、種々の方法を採り得るが、この実施の形態では、温度センサ４０により検出されたステータ温度Ｔｓｔおよび温度センサ４２により検出された冷却水温Ｔｗに基づいて磁石温度Ｔｍを推定することにより、磁石温度Ｔｍを検出する。

なお、磁石温度検出部５４は、温度センサ４０および４２のいずれか一方からの出力に基づいて磁石温度Ｔｍを推定するようにしてもよい。あるいは、電流センサ２４により検出されるモータ電流ＭＣＲＴとその通電時間とに基づいて磁石温度Ｔｍを推定するようにしてもよい。

キャリア周波数制御部５６は、磁石温度検出部５４から受ける磁石温度Ｔｍと予め定められた閾値Ｔｔｈとを比較し、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈを超えたと判定したときには、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２において用いられるキャリア周波数マップを通常のマップから減磁時用のマップへ変更するために、信号ＣＨＧをＨ（論理ハイ）レベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。一方、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈ以下であると判定したときには、信号ＣＨＧをＬ（論理ロー）レベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。なお、閾値Ｔｔｈの設定方法については後述する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、キャリア信号のキャリア周波数を設定するためのキャリア周波数マップを図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したキャリア周波数マップを用いてキャリア信号のキャリア周波数を設定する。キャリア周波数マップは、後述するように、永久磁石モータＭ１のトルクおよび回転数に応じたキャリア周波数がマップ化されており、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、ＲＯＭから読出したキャリア周波数マップを用いて、永久磁石モータＭ１のトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてキャリア周波数を設定する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、モータ制御用相電圧演算部５０から受けた計算結果と、設定したキャリア周波数とに基づいて、実際にインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、永久磁石モータＭ１が指令されたトルクを出すように永久磁石モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

図４は、図３に示したインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２による信号ＰＷＭＩの生成方法を説明するための波形図である。なお、この図４では、Ｕ相に対する信号ＰＷＭＩの生成方法について代表的に示され、その他のＶ，Ｗ相の各相についても同様にして生成される。

図４を参照して、曲線ｋ１は、モータ制御用相電圧演算部５０によって生成されたＵ相電圧指令信号である。三角波信号ｋ２は、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２により生成されるキャリア信号であり、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２により設定されたキャリア周波数を有する。

そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、曲線ｋ１を三角波信号ｋ２と比較し、曲線ｋ１と三角波信号ｋ２との大小関係に応じて電圧値が変化するパルス状の信号ＰＷＭＩを生成する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力し、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８は、その信号ＰＷＭＩに応じてスイッチング動作を行なう。

このように、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８がキャリア信号（三角波信号ｋ２）のキャリア周波数に応じたスイッチング周波数でスイッチング動作を行なうことにより、スイッチング周波数に応じたリプル電流が発生する。このときリプル電流の極大値と極小値との差であるピーク・トゥ・ピーク値は、信号ＰＷＭＩの１周期Ｔ（ＩＧＢＴ素子Ｑ３がオンされる時間とＩＧＢＴ素子Ｑ４がオンされる時間との和に相当）に比例した大きさとなる。なお、周期Ｔは、信号ＰＷＭＩのキャリア周波数ｆｃ（すなわちキャリア周期）から求めることができる（Ｔ＝１／ｆｃ）。

そして、リプル電流が発生すると、永久磁石モータＭ１では、永久磁石に発生した渦電流による渦電流損が増加する。渦電流損の増加は、磁石温度を上昇させ、永久磁石モータＭ１に減磁を発生させる。そのため、永久磁石モータＭ１の運転効率（回転効率、発電効率）が低下する可能性がある。

そこで、本実施の形態によるモータトルク制御手段３０１は、永久磁石モータＭ１の減磁を抑制するための手段として、永久磁石モータＭ１の磁石温度Ｔｍを検出し、その検出した磁石温度Ｔｍに応じてキャリア周波数を変更する構成とする。

具体的には、磁石温度Ｔｍの閾値Ｔｔｈが予め設定され、検出された磁石温度Ｔｍがその閾値Ｔｔｈを超えたときには、モータトルク制御手段３０１は、キャリア周波数を変更する。

このように磁石温度Ｔｍに応じてキャリア周波数を変更するのは、インバータ１４からのリプル電流を受けて永久磁石モータＭ１に発生する渦電流損が、リプル電流の大きさに比例するように増加することに基づいている。そして、渦電流損の増加によって磁石温度Ｔｍが上昇することにより永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性があると判断される場合には、リプル電流を低減するようにキャリア周波数を変更することにより、磁石温度Ｔｍの上昇を抑えて減磁の発生を抑制する。

再び図３を参照して、キャリア周波数制御部５６は、上述した磁石温度Ｔｍの判定に用いる閾値Ｔｔｈを、外部ＥＣＵから受けるトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて設定する。詳細には、キャリア周波数制御部５６は、予め求められた永久磁石モータＭ１の出力（トルクおよび回転数）と永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度との関係に従って、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づき閾値Ｔｔｈを設定する。

図５は、永久磁石モータＭ１の出力（トルクおよび回転数）と永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度との関係を示す図である。図５の関係は、永久磁石モータＭ１をトルクおよび回転数が互いに異なる複数の運転ポイントで駆動させたときに、運転ポイントごとに永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度を測定もしくは計算することによって取得されたものである。

図５の関係からは、永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度は、永久磁石モータＭ１の出力（トルクおよび回転数）に応じて異なっており、相対的に出力が高い領域では、相対的に出力が低い領域と比較して限界温度が低いことが分かる。すなわち、永久磁石モータＭ１の出力が高くなるほど減磁が生じ易くなっている。

そこで、キャリア周波数制御部５６は、図５の関係を予め図示しないＲＯＭに格納しておき、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受けると、ＲＯＭから読出した図５の関係を参照することにより、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮから特定される永久磁石モータＭ１の運転ポイントにおける限界温度を導出する。そして、その導出した限界温度を磁石温度Ｔｍの閾値Ｔｔｈとして設定する。これにより、永久磁石モータＭ１のトルクおよび回転数ごとに、減磁が発生する可能性の有無を正確に判断することが可能となる。その結果、永久磁石モータＭ１に減磁が生じるのを効果的に抑制することができる。

そして、キャリア周波数制御部５６は、磁石温度検出部５４から受ける磁石温度Ｔｍとその設定した閾値Ｔｔｈとを比較し、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈを超えたと判定したときには、Ｈレベルの信号ＣＨＧをインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。一方、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈ以下であると判定したときには、Ｌレベルの信号ＣＨＧをインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、キャリア周波数制御部５６からの信号ＣＨＧがＨレベルのときには、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が高いと判断されるため、減磁時用のキャリア周波数マップを読出し、その読出した減磁時用のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を設定する。

一方、キャリア周波数制御部５６からの信号ＣＨＧがＬレベルのときには、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が低いと判断されるため、通常のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を設定する。

図６および図７は、キャリア周波数マップの一例を示す図である。図６は、通常のキャリア周波数マップを示し、図７は、減磁時用のキャリア周波数マップを示す。

図６を参照して、通常のキャリア周波数マップでは、永久磁石モータＭ１のトルクおよび回転数に応じて４つの領域に分けられる。永久磁石モータＭ１の回転数が低く、かつトルクが大きい領域では、キャリア周波数は最も低い周波数ｆ１に設定される。そして、永久磁石モータＭ１の回転数が高くなるに従って、キャリア周波数は、周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５に設定される。これらの周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５は、回転数が低い領域の周波数ｆ３が最も低く、回転数が高い領域の周波数ｆ５が最も高くなるように設定されている。

なお、回転数が高くなるほどキャリア周波数を高くするのは、永久磁石モータＭ１の要求出力に対する制御応答性を確保するためである。これに対して、高回転数領域ほどの制御応答性が求められない低および中回転数領域では、インバータ１４における電力損失（スイッチング損失）を低減する観点から、キャリア周波数を高回転数領域よりも低い周波数としている。

また、回転数が低く、かつトルクが大きい領域においてキャリア周波数を最も低い周波数ｆ１としているのは、永久磁石モータＭ１がトルクを与えても回転数が上がらない、いわゆるロック状態となった場合に、インバータ１４の特定のＩＧＢＴ素子に過大な電流が継続して流れるのを防止するためである。

一方、図７を参照して、減磁時用のキャリア周波数マップでは、図６に示した通常のキャリア周波数マップに対して高周波数領域が拡大されている。すなわち、キャリア周波数が周波数ｆ４となる領域が低回転数側に向かって拡大されていることから、通常のキャリア周波数マップにおいてキャリア周波数が周波数ｆ３となる領域は、より高い周波数ｆ４に変更されることとなる。このようにキャリア周波数を上げることによってインバータ１４からのリプル電流が低減されることから、永久磁石モータＭ１に発生する渦電流損の増加を抑えることができる。その結果、磁石温度Ｔｍの上昇を抑えて減磁の発生を抑制することが可能となる。

図８は、キャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。なお、図８に示されたフローチャートによる一連の制御処理は、制御装置３０に予め記憶されたプログラムを所定周期で実行することにより実現される。

図８を参照して、磁石温度検出部５４は、温度センサ４０，４２からそれぞれ入力されるステータ温度Ｔｓｔおよび冷却油温Ｔｏに基づいて磁石温度Ｔｍを推定することにより、磁石温度Ｔｍを検出する（ステップＳ０１）。

キャリア周波数制御部５６は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受けると、ＲＯＭから読出した図５の関係を参照することにより、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮから特定される永久磁石モータＭ１の運転ポイントにおける永久磁石モータＭ１の限界温度を導出する。そして、キャリア周波数制御部５６は、その導出した限界温度を閾値Ｔｔｈに設定する（ステップＳ０２）。

次に、キャリア周波数制御部５６は、ステップＳ０１にて検出された磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈよりも高いか否かを判断する（ステップＳ０３）。磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈよりも高い場合（ステップＳ０３においてＹＥＳの場合）には、キャリア周波数制御部５６は、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が高いと判断し、信号ＣＨＧをＨレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、キャリア周波数制御部５６からＨレベルの信号ＣＨＧを受けると、ＲＯＭから減磁時用のキャリア周波数マップ（図７）を読出す（ステップＳ０４）。

一方、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈ以下の場合（ステップＳ０３においてＮＯの場合）には、キャリア周波数制御部５６は、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が低いと判断し、信号ＣＨＧをＬレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２へ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２は、キャリア周波数制御部５６からＬレベルの信号ＣＨＧを受けると、ＲＯＭから通常のキャリア周波数マップ（図６）を読出す（ステップＳ０５）。

インバータＰＷＭ信号変換部５２は、減磁時用のキャリア周波数マップまたは通常のキャリア周波数マップを用いて、永久磁石モータＭ１のトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてキャリア周波数を設定する（ステップＳ０６）。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、永久磁石モータＭ１に減磁が生じる可能性が高いと判断されたときには、リプル電流を低減するようにインバータ１４のキャリア周波数を変更することによって、永久磁石モータＭ１に発生する渦電流損を低減することができる。その結果、磁石温度Ｔｍの上昇を抑えて減磁の発生を抑制することが可能となる。

なお、上記の実施の形態においては、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈを超えたときに減磁時用のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を変更する構成としたが、上記閾値Ｔｔｈを段階的に多数設け、磁石温度Ｔｍに応じてキャリア周波数を段階的に変更する構成としてもよい。

［実施の形態２］
図９は、この発明の実施の形態２に従うモータトルク制御手段３０１Ａの機能ブロック図である。図９のモータトルク制御手段３０１Ａは、図３のモータトルク制御手段３０１におけるインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２およびキャリア周波数制御部５６を、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａおよびキャリア周波数制御部５６Ａにそれぞれ代えたものである。したがって、その他の共通する部分についての詳細な説明は繰り返さない。

図９を参照して、キャリア周波数制御部５６Ａは、磁石温度検出部５４から磁石温度Ｔｍを受け、温度センサ４４（図１）からインバータ１４の素子温度Ｔｉｎｖを受け、車速センサ（図示せず）から車両速度Ｖを受ける。そして、キャリア周波数制御部５６Ａは、これらの入力に応じて、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２において用いられるキャリア周波数を通常のマップから好適なマップへ変更するための信号ＣＨＧ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３を生成してインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。

具体的には、キャリア周波数制御部５６Ａは、磁石温度Ｔｍと閾値Ｔｔｈとを比較し、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈを超えたと判定したときには、Ｈレベルの信号ＣＨＧ１をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。一方、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈ以下であると判定したときには、Ｌレベルの信号ＣＨＧ１をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。なお、閾値Ｔｔｈは、先の実施の形態１で述べたのと同じ方法により、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて設定される。

また、キャリア周波数制御部５６Ａは、インバータ１４の素子温度Ｔｉｎｖと予め設定された所定の許容温度Ｔｌｉｍとを比較し、素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍを超えたと判定したときには、Ｈレベルの信号ＣＨＧ２をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。一方、素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍ以下であると判定したときには、Ｌレベルの信号ＣＨＧ２をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。

ここで、所定の許容温度Ｔｌｉｍは、インバータ１４を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の耐熱温度およびＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチングさせたときに生じる電力損失などに基づいて設定される。すなわち、素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍを超えた場合には、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８が熱による損傷を受ける可能性が高いと判断される。

さらに、キャリア周波数制御部５６Ａは、車両速度Ｖと予め設定された基準速度Ｖｓｔｄとを比較し、車両速度Ｖが基準温度Ｖｓｔｄよりも低いと判定したときには、Ｈレベルの信号ＣＨＧ３をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。一方、車両速度Ｖが基準速度Ｖｓｔｄ以上であると判定したときには、Ｌレベルの信号ＣＨＧ３をインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。

なお、所定の基準速度Ｖｓｔｄは、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチングさせたときに発生するノイズ（スイッチングノイズ）がエンジンおよびエアコンプレッサ等の補機類などが発生する騒音レベルを超え得るような車両速度に設定される。すなわち、車両速度Ｖが基準速度Ｖｓｔｄを下回った場合には、周辺雑音によってスイッチングノイズが掻き消されないため、静粛性が害される可能性が高いと判断される。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、キャリア周波数制御部５６Ａからの信号ＣＨＧ１がＨレベルのときには、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が高いと判断されるため、減磁時用のキャリア周波数マップを読出し、その読出した減磁時用のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を設定する。

一方、キャリア周波数制御部５６Ａからの信号ＣＨＧ２がＨレベルのときには、インバータ１４のスイッチング素子が過熱される可能性が高いと判断されるため、高温時用のキャリア周波数マップを読出し、その読出した高温時用のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を設定する。

また、キャリア周波数制御部５６Ａからの信号ＣＨＧ３がＨレベルのときには、スイッチングノイズにより静粛性が害される可能性が高いと判断されるため、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、低速時用のキャリア周波数マップを読出し、その読出した低速時のキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を設定する。

図１０は、高温時用のキャリア周波数マップの一例を示す図である。
図１０を参照して、高温時用のキャリア周波数マップでは、図６に示した通常のキャリア周波数マップに対して低周波領域が拡大されている。すなわち、トルクが相対的に高くなる領域において、キャリア周波数は、通常のキャリア周波数マップでの周波数ｆ３よりも低い周波数ｆ２に変更されている。このように高トルク領域のキャリア周波数を下げることとしたのは、トルクが高くなるほど電流が大きくなるため、電流損失が増大しやすいことによる。したがって、高トルク領域ではキャリア周波数を下げて電流損失を低減することにより、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８が過熱されるのを防止することができる。

図１１は、低速時用のキャリア周波数マップの一例を示す図である。
図１１を参照して、低速時用のキャリア周波数マップでは、図６に示した通常のキャリア周波数マップに対して、低速領域における周波数ｆ３がより高い周波数ｆ６に変更されている。変更後の周波数ｆ６は、可聴周波数帯域外の周波数となるように設定される。

このように低速領域においてキャリア周波数を可聴周波数帯域外の周波数としたのは、車両が停車状態または低速で走行している場合には、周囲雑音レベルが低いために、スイッチングノイズが顕著となることによる。なお、低速領域では、キャリア周波数が可聴周波数帯域を含む低周波数に設定されていることから、キャリア周波数を可聴周波数帯域よりも高い周波数に変更することによって、スイッチングノイズを低減することができる。

なお、変更後のキャリア周波数は可聴周波数帯域外であればよいため、周波数を通常のキャリア周波数マップにおける周波数ｆ３から低下させるようにしてもよい。

図１２は、キャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。なお、図１２に示されたフローチャートによる一連の制御処理は、制御装置３０に予め記憶されたプログラムを所定周期で実行することにより実現される。

図１２を参照して、磁石温度検出部５４は、温度センサ４０および４２からそれぞれ入力されるステータ温度Ｔｓｔおよび冷却油温Ｔｏに基づいて磁石温度Ｔｍを推定することにより、磁石温度Ｔｍを検出する（ステップＳ１１）。キャリア周波数制御部５６Ａは、磁石温度検出部５４によって検出された磁石温度Ｔｍを受ける。

キャリア周波数制御部５６Ａは、さらに、温度センサ４４からの出力に基づきインバータ１４の素子温度Ｔｉｎｖを検出する。また、車速センサからの出力に基づき、車両速度Ｖを検出する（ステップＳ１２）。

そして、キャリア周波数制御部５６Ａは、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受けると、ＲＯＭから読出した図５の関係を参照することにより、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮから特定される永久磁石モータＭ１の運転ポイントにおける永久磁石モータＭ１に減磁を生じさせない限界温度を導出する。そして、キャリア周波数制御部５６は、その導出した限界温度を閾値Ｔｔｈに設定する（ステップＳ１３）。

次に、キャリア周波数制御部５６Ａは、ステップＳ１１にて検出された磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈよりも高いか否かを判断する（ステップＳ１４）。磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈよりも高い場合（ステップＳ１４においてＹＥＳの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が高いと判断し、信号ＣＨＧ１をＨレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、キャリア周波数制御部５６ＡからＨレベルの信号ＣＨＧ１を受けると、ＲＯＭから減磁時用のキャリア周波数マップ（図７）を読出す（ステップＳ１７）。

一方、磁石温度Ｔｍが閾値Ｔｔｈ以下の場合（ステップＳ１４においてＮＯの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、永久磁石モータＭ１に減磁が発生する可能性が低いと判断する。そして、キャリア周波数制御部５６Ａは、ステップＳ１２にて検出された素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍよりも高いか否かを判断する（ステップＳ１５）。素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍよりも高い場合（ステップＳ１５においてＹＥＳの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８が損傷する可能性が高いと判断し、信号ＣＨＧ２をＨレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、キャリア周波数制御部５６ＡからＨレベルの信号ＣＨＧ２を受けると、ＲＯＭから高温時用のキャリア周波数マップ（図１０）を読出す（ステップＳ１８）。

これに対して、素子温度Ｔｉｎｖが許容温度Ｔｌｉｍ以下の場合（ステップＳ１５においてＮＯの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８が損傷する可能性が低いと判断し、さらに、ステップＳ１２で検出された車両速度Ｖが基準速度Ｖｓｔｄを下回っているか否かを判断する（ステップＳ１６）。

車両速度Ｖが基準速度Ｖｓｔｄを下回っている場合（ステップＳ１６においてＹＥＳの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、インバータ１４から発生するスイッチングノイズにより静粛性が害される可能性が高いと判断し、信号ＣＨＧ３をＨレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、キャリア周波数制御部５６ＡからＨレベルの信号ＣＨＧ３を受けると、ＲＯＭから低速時用のキャリア周波数マップ（図１１）を読出す（ステップＳ１９）。

一方、車両速度Ｖが基準速度Ｖｓｔｄ以上となる場合（ステップＳ１６においてＮＯの場合）には、キャリア周波数制御部５６Ａは、永久磁石モータＭ１の減磁、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の損傷および静粛性の阻害のいずれの可能性も低いと判断し、信号ＣＨＧ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３を全てＬレベルでインバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａへ出力する。そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部５２Ａは、キャリア周波数制御部５６からＬレベルの信号ＣＨＧ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３を受けると、ＲＯＭから通常のキャリア周波数マップ（図６）を読出す（ステップＳ２０）。

インバータＰＷＭ信号変換部５２は、減磁時用のキャリア周波数マップ、高温時用のキャリア周波数マップ、低速時用のキャリア周波数マップおよび通常のキャリア周波数マップのいずれかを用いて、永久磁石モータＭ１のトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてキャリア周波数を設定する（図８のステップＳ０６）。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、永久磁石モータＭ１に減磁が生じる可能性が高いと判断されたとき、インバータ１４を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８が損傷する可能性が高いと判断されたとき、および車両の静粛性が害される可能性が高いと判断されたときの各々の場面において、その可能性を低減するのに好適なキャリア周波数マップを用いてキャリア周波数を変更することから、これらの不具合を効果的に解消することができる。

なお、上記の実施の形態においては、キャリア周波数制御部５６Ａからの信号ＣＨＧ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３の各々の論理レベルに応じて、複数のキャリア周波数マップを切替える構成としたが、永久磁石モータＭ１の減磁防止、インバータ１４の熱的保護および静粛性の確保の間に予め優先順位を設けておき、この設定された優先順位に従ってキャリア周波数マップを適宜切替える構成としてもよい。

本実施の形態と本発明の構成との対応関係については、永久磁石モータＭ１が本発明での「永久磁石モータ」に対応し、インバータ１４が本発明での「インバータ」に対応し、制御装置３０が本発明での「制御装置」に対応する。制御装置３０は、本発明での「磁石度検出手段」、「設定手段」および「キャリア周波数制御手段」を実現する。

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、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１によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。制御装置の機能ブロック図である。モータトルク制御手段の機能ブロック図である。インバータ用ＰＷＭ信号変換部による信号ＰＷＭＩの生成方法を説明するための波形図である。永久磁石モータの出力と永久磁石モータに減磁を生じさせない限界温度との関係を示す図である。通常のキャリア周波数マップの一例を示す図である。減磁時用のキャリア周波数マップの一例を示す図である。この発明の実施の形態１に従うキャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。この発明の実施の形態２に従うモータトルク制御手段の機能ブロック図である。高温時用のキャリア周波数マップの一例を示す図である。低速時用のキャリア周波数マップの一例を示す図である。この発明の実施の形態２に従うキャリア周波数の設定に係る制御のフローチャートである。

符号の説明

１０，１３，１８電圧センサ、１１，２４電流センサ、１２昇圧コンバータ、１４インバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、３０制御装置、４０，４２，４４温度センサ、５０モータ制御用相電圧演算部、５２，５２Ａインバータ用ＰＷＭ信号変換部、５４磁石温度検出部、５６，５６Ａキャリア周波数制御部、６０インバータ入力電圧指令演算部、６２フィードバック電圧指令演算部、６４デューティー比変換部、１００モータ駆動装置、３０１，３０１Ａモータトルク制御手段、３０２電圧変換制御手段、Ｂバッテリ、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｌ１リアクトル、Ｍ１永久磁石モータ、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー。

Claims

電源から電力の供給を受けて永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置であって、
スイッチング素子を含んで構成され、前記電源と前記永久磁石モータとの間で電力変換を行なうインバータと、
前記永久磁石モータの要求出力に応じて、前記スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記永久磁石モータの磁石温度を検出する磁石温度検出手段と、
予め求められた前記永久磁石モータの出力と前記永久磁石モータに減磁を生じさせない限界温度との関係に基づいて、前記永久磁石モータの要求出力に対応する前記磁石温度の閾値を設定する設定手段と、
前記磁石温度検出手段によって検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときに、前記永久磁石モータを流れるモータ電流に重畳したリプル電流を低減するように、前記スイッチング素子をスイッチングするキャリア周波数を変更するキャリア周波数制御手段とを含む、モータ駆動装置。
前記キャリア周波数制御手段は、前記磁石温度検出手段によって検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときには、前記キャリア周波数を高くする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記キャリア周波数制御手段は、前記永久磁石モータの出力に応じて前記キャリア周波数を設定するためのマップを有し、
前記マップは、前記永久磁石モータのトルクおよび回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割され、
前記キャリア周波数制御手段は、前記磁石温度検出手段によって検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときには、前記マップにおける前記複数の領域のうち相対的に高い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大するように変更されたマップを用いて前記キャリア周波数を設定することにより、前記キャリア周波数を変更する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記制御装置は、前記スイッチング素子の素子温度を検出する素子温度検出手段をさらに含み、
前記キャリア周波数制御手段は、前記磁石温度検出手段によって検出された前記磁石温度が前記閾値以下となる場合には、前記素子温度検出手段によって検出された前記素子温度が所定の許容温度を超えたときに、前記キャリア周波数を低くする、請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記永久磁石モータは、車両の駆動力を発生するように構成され、
前記制御装置は、前記車両の速度を検出する車両速度検出手段をさらに含み、
前記キャリア周波数制御手段は、前記磁石温度検出手段によって検出された前記磁石温度が前記閾値以下となる場合には、前記車両速度検出手段によって検出された前記車両速度が所定の基準速度を下回ったときに、前記キャリア周波数を可聴周波数帯域外の周波数に変更する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
電源から電力の供給を受けて永久磁石モータを駆動するモータ駆動装置の制御方法であって、
前記モータ駆動装置は、スイッチング素子を含んで構成され、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電源と前記永久磁石モータとの間で電力変換を行なうインバータを含み、
前記制御方法は、
前記永久磁石モータの磁石温度を検出するステップと、
予め求められた前記永久磁石モータの出力と前記永久磁石モータに減磁を生じさせない限界温度との関係に基づいて、前記永久磁石モータの要求出力に対応する前記磁石温度の閾値を設定するステップと、
前記磁石温度を検出するステップによって検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときに、前記永久磁石モータを流れるモータ電流に重畳したリプル電流を低減するように、前記スイッチング素子をスイッチングするキャリア周波数を変更するステップとを備える、モータ駆動装置の制御方法。
前記キャリア周波数を変更するステップは、検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときには、前記キャリア周波数を高くする、請求項６に記載のモータ駆動装置の制御方法。
前記キャリア周波数を変更するステップは、前記永久磁石モータの出力に応じて前記キャリア周波数を設定するためのマップを有し、
前記マップは、前記永久磁石モータのトルクおよび回転数に基づいて、互いに異なるキャリア周波数を設定する複数の領域に分割され、
前記キャリア周波数を変更するステップは、検出された前記磁石温度が前記閾値を超えたときには、前記マップにおける前記複数の領域のうち相対的に高い周波数のキャリア周波数を設定する領域を拡大するように変更されたマップを用いて前記キャリア周波数を設定することにより、前記キャリア周波数を変更する、請求項７に記載のモータ駆動装置の制御方法。
前記スイッチング素子の素子温度を検出するステップをさらに備え、
前記キャリア周波数を変更するステップは、検出された前記磁石温度が前記閾値以下となる場合には、前記素子温度検出手段によって検出された前記素子温度が所定の許容温度を超えたときに、前記キャリア周波数を低くする、請求項７に記載のモータ駆動装置の制御方法。
前記永久磁石モータは、車両の駆動力を発生するように構成され、
前記車両の速度を検出するステップをさらに備え、
前記キャリア周波数を変更するステップは、検出された前記磁石温度が前記閾値以下となる場合には、前記車両の速度を検出するステップによって検出された前記車両速度が所定の基準速度を下回ったときに、前記キャリア周波数を可聴周波数帯域外の周波数に変更する、請求項７に記載のモータ駆動装置の制御方法。