特開 2024-129602 電動機制御方法及び電動機制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129602

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】電動機制御方法及び電動機制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20240919BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24 ZHV

H02P27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038921

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 篤

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 健介

(72)【発明者】

【氏名】松浦 透

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG03

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ28

5H505LL22

5H505LL34

5H505LL38

5H505LL45

(57)【要約】

【課題】電動機の動作環境に依らずに磁石温度をより高精度に推定する。
【解決手段】
電動機Ｍの回転状態Ｎ、トルク目標値Ｔ^＊、及び推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}に基づいて電圧振幅指令値Ｖ^＊ _ａ及び電圧位相指令値δ^＊を設定する電圧位相制御を実行し、電圧位相制御の下で推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める電動機制御方法を提供する。特に、この電動機制御方法では、電動機Ｍに流れる電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）を計測し、計測された電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）からｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を演算し、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}又はｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}、電圧振幅指令値Ｖ^＊ _ａ、及び電圧位相指令値δ^＊に基づいて、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機の回転状態、トルク目標値、及び推定磁石温度に基づいて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を設定する電圧位相制御を実行し、前記電圧位相制御の下で前記推定磁石温度を求める電動機制御方法であって、
前記電動機に流れる電流値を計測し、
計測された前記電流値からｄ軸電流計測値及びｑ軸電流計測値を演算し、
前記ｄ軸電流計測値又は前記ｑ軸電流計測値、前記電圧振幅指令値、及び前記電圧位相指令値に基づいて、前記推定磁石温度を演算する、
電動機制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
予め定められた磁石温度と電圧位相上限との関係を参照して、前記推定磁石温度から位相上限値を演算し、
前記電圧位相指令値を前記位相上限値以下に制限する、
電動機制御方法。

【請求項3】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
予め定めた磁石温度演算用マップに、前記ｄ軸電流計測値又は前記ｑ軸電流計測値、前記電圧振幅指令値の前回値、及び前記電圧位相指令値の前回値を適用して前記推定磁石温度を求め、
前記磁石温度演算用マップは、前記電動機における電圧振幅、電圧位相、ｄ軸電流又はｑ軸電流、及び磁石温度の関係を規定する、
電動機制御方法。

【請求項4】

請求項３に記載の電動機制御方法であって、
前記磁石温度演算用マップは、前記電圧振幅及び前記電圧位相から成るモータ動作点に、前記磁石温度と前記ｄ軸電流又は前記ｑ軸電流との関係を定めるテーブルを関連付けて規定し、
前記電圧振幅指令値の前回値及び前記電圧位相指令値の前回値から該当する前記モータ動作点を特定し、
特定した前記モータ動作点に対して該当する前記テーブルを特定し、
特定した前記テーブルにおける前記ｄ軸電流又は前記ｑ軸電流と、前記ｄ軸電流計測値又は前記ｑ軸電流計測値と、の差から前記推定磁石温度を求める、
電動機制御方法。

【請求項5】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
予め定めたトルク演算マップに、前記電圧振幅指令値の前回値、前記電圧位相指令値の前回値、及び前記推定磁石温度の前回値を適用して前記電動機のトルク推定値を演算し、
前記トルク演算マップは、前記電動機における磁石温度、電圧振幅、電圧位相、及びトルクの関係を規定する、
電動機制御方法。

【請求項6】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
前記電動機における電圧振幅、電圧位相、及びｄ軸電流又はｑ軸電流を入力層に設定し、磁石温度を出力層に設定した機械学習を行うことで得られた学習済みモデルを参照して、前記電圧振幅指令値の前回値、前記電圧位相指令値の前回値、及び前記ｄ軸電流計測値又は前記ｑ軸電流計測値から前記推定磁石温度を演算する、
電動機制御方法。

【請求項7】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
前記電流値の計測タイミングを、電流を読み取る相の電圧半周期の中間に設定する、
電動機制御方法。

【請求項8】

請求項１に記載の電動機制御方法であって、
前記電流値の計測タイミングを、前記電動機の１電気角周期において均等な時間幅で複数設定し、
設定した各計測タイミングで得られる計測値の平均値を、最終的に計測された前記電流値とする、
電動機制御方法。

【請求項9】

請求項７に記載の電動機制御方法であって、
前記各計測タイミングを、電圧周期における０～１８０°と１８０°～３６０°の領域で対称となるように設定する、
電動機制御方法。

【請求項10】

電動機の回転状態、トルク目標値、及び推定磁石温度に基づいて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を設定する電圧位相制御を実行し、前記電圧位相制御の下で前記推定磁石温度を求める電動機制御装置であって、
前記電動機に流れる電流値を計測する計測部と、
計測された前記電流値からｄ軸電流計測値及びｑ軸電流計測値を演算する電流演算部と、
前記ｄ軸電流計測値又は前記ｑ軸電流計測値、前記電圧振幅指令値、及び前記電圧位相指令値に基づいて、前記推定磁石温度を演算する温度推定部と、を有する、
電動機制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機制御方法及び電動機制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、磁石温度を推定し、当該磁石温度が基準温度よりも高温になるとモータの出力を制限して永久磁石の減磁を防止する電動機制御方法が提案されている。この電動機制御方法では、ステータに温度センサを設置して温度センサ位置からロータ中の永久磁石までの熱勾配を参照して磁石温度を推定する。特に、この熱勾配（熱回路網）は、モータ動作環境を考慮して設定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２２１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、特許文献１の方法において、磁石温度の推定演算に用いる熱勾配が、モータ動作環境に応じて変化する。このため、推定を実行する際のモータ動作環境が、熱勾配を定める際に想定したモータ動作環境と類似している場合にしか推定精度を確保することができないという問題がある。すなわち、磁石温度の推定演算において、モータ動作環境に対するロバスト性を十分に確保できないという問題がある。

【0005】

したがって、本発明の目的は、電動機の動作環境に依らずに磁石温度をより高精度に推定することのできる電動機制御方法及び電動機制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によれば、電動機の回転状態、トルク目標値、及び推定磁石温度に基づいて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を設定する電圧位相制御を実行し、電圧位相制御の下で推定磁石温度を求める電動機制御方法が提供される。

【0007】

特に、この電動機制御方法では、電動機に流れる電流値を計測し、計測された電流値からｄ軸電流計測値及びｑ軸電流計測値を演算し、ｄ軸電流計測値又はｑ軸電流計測値、電圧振幅指令値、及び電圧位相指令値に基づいて、推定磁石温度を演算する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電動機の動作環境に依らずに磁石温度をより高精度に推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態による電動機制御システムの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、推定磁石温度及び最終電圧位相の演算の詳細を示すフローチャートである。

【図3A】図３Ａは、磁石温度演算用マップの一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、位相上限値テーブルの一例を示す図である。

【図4】図４は、設定される電流計測タイミングの一例を説明する図である。

【図5】図５は、第２実施形態による電動機制御システムの概略構成を示す図である。

【図6】図６は、第３実施形態による推定磁石温度の演算ロジックを説明する図である。

【図7】図７は、第４実施形態において設定される電流計測タイミングの一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0011】

［第１実施形態］
図１は、本実施形態による電動機制御システム１０の概略構成図である。電動機制御システム１０には、主として、制御対象であるモータＭ、モータＭを制御する電動機制御装置１２、図示しない直流電源とモータＭとの間で授受される電力を調節するインバータ１４が含まれる。特に、電動機制御システム１０は、例えば、モータＭを走行駆動源又は発電源として用いる電動車両またはハイブリッド車両等の車両に搭載される。

【0012】

モータＭは、例えば、永久磁石式の三相同期電動機により構成される。特に、モータＭは、図示しない出力軸、ギア、及びドライブシャフト等の車両の駆動力伝達系を介して駆動輪に接続される。

【0013】

電動機制御装置１２は、モータＭにおける回転数Ｎ及びトルク目標値Ｔ^＊を入力とし、モータＭに供給すべき電圧の指令値（三相電圧指令値（ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗ））を定めて、インバータ１４に出力する。特に、電動機制御装置１２は、モータＭのロータが備える永久磁石の磁石温度Ｔ_ｍａｇの推定値（以下、「推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}」と称する）を演算する。さらに、電動機制御装置１２は、演算した推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を参照してモータＭの三相電圧指令値（ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ）を演算する。

【0014】

より具体的に、電動機制御装置１２は、電圧振幅位相制御器２１と、出力制限設定器２２と、ｕｖｗ座標変換器２３と、磁石温度推定器２４と、ｄｑ座標変換器２５と、トルク推定器２６と、電流検出器２７と、を有している。

【0015】

電圧振幅位相制御器２１は、モータＭで生じるトルクＴの推定値（以下、「トルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}」と称する）がトルク目標値Ｔ^＊に収束するように、モータＭの各相に供給される電圧の位相（以下、「電圧位相δ」と称する）を調節する制御（以下、「電圧位相制御」と称する）を実行する。特に、電圧振幅位相制御器２１は、モータＭの回転数Ｎに応じて、トルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}がトルク目標値Ｔ^＊に近づくように、電圧振幅Ｖ_ａの指令値（以下、「指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ」と称する）、及び電圧位相δの基本指令値（以下、「基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃ」）を演算する。

【0016】

出力制限設定器２２は、基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃに対して、その上限値を制限する処理を施して最終指令電圧位相δ^＊を演算する。なお、出力制限設定器２２における処理の詳細は後述する。

【0017】

ｕｖｗ座標変換器２３は、指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ及び基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃを入力とし、ｄｑ軸座標系で表された指令電圧Ｖ^＊を、モータＭの電気角θ_ｍを用いて三相電圧指令値（ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗ）に変換する。

【0018】

磁石温度推定器２４は、ｄ軸電流ｉ_ｄの計測値（以下、「ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}」と称する）、ｑ軸電流ｉ_ｑの計測値（以下、「ｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}」と称する）、指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａの前回値（以下、「前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１」と称する）、及び最終指令電圧位相δ^＊の前回値（以下、「前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１」と称する）に基づいて、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算する。なお、磁石温度推定器２４における処理の詳細は後述する。

【0019】

ｄｑ座標変換器２５は、三相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの検出値に対して、電気角θ_ｍを用いたｕｖｗ－ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を演算する。なお、本実施形態のｄｑ座標変換器２５は、三相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの内のＵ相電流ｉ_ｕの検出値及びＶ相電流ｉ_ｖの検出値のみを入力とし、ｉ_ｕ＋ｉ_ｖ＋ｉ_ｗ＝１８０°の関係を利用してｕｖｗ－ｄｑ変換を実行することで、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を求める。

【0020】

トルク推定器２６は、回転数Ｎ、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１、及び前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１に基づいて、トルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}を演算する。

【0021】

電流検出器２７は、モータＭに流れる電流（三相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ）を検出する。なお、本実施形態の電流検出器２７は、三相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの内のＵ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖを検出する。

【0022】

そして、インバータ１４は、三相電圧指令値（ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗ）に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御の下、直流電源からモータＭに供給する電力を調節する。これにより、三相電圧指令値（ｖ^＊ _ｕ，ｖ^＊ _ｖ，ｖ^＊ _ｗ）に応じてモータＭに供給される電力が調節されることになり、所望のトルク目標値Ｔ^＊に応じたモータトルク出力を実現することができる。

【0023】

次に、磁石温度推定器２４における推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}の演算、及び出力制限設定器２２における最終指令電圧位相δ^＊の演算の詳細を説明する。

【0024】

図２は、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}及び最終指令電圧位相δ^＊の演算の詳細を示すフローチャートである。

【0025】

当該演算では、先ず、電流検出器２７がＵ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖを検出し（Ｓ１００）、ｄｑ座標変換器２５が電気角θ_ｍを用いてＵ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖからｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}を演算する（Ｓ１１０）。

【0026】

そして、磁石温度推定器２４が、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１、前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１、及びｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}から、磁石温度演算用マップＭ１を参照して推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算する（Ｓ１２０）。

【0027】

ここで、磁石温度演算用マップＭ１は、予め調査された電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、磁石温度Ｔ_ｍａｇ、及びｄ軸電流ｉ_ｄの相互関係を記述するデータセットにより構成され、予め所定の記憶領域に記憶される。なお、磁石温度演算用マップＭ１を規定するデータセットは、実験的に定められても良いし、有限要素法などの所定の解析アルゴリズムに基づくシミュレーションに基づいて定めても良い。

【0028】

図３Ａには、磁石温度演算用マップＭ１の一例を示す。本実施形態の磁石温度演算用マップＭ１は、電圧振幅Ｖ_ａ及び電圧位相δから成るモータ動作点（Ｖ_ａ，δ）ごとに、該当する磁石温度Ｔ_ｍａｇ及びｄ軸電流ｉ_ｄのテーブル（Ｔ_ｍａｇ，ｉ_ｄ）を紐づけて規定している。そして、本実施形態の演算では、先ず、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１及び前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１から該当するモータ動作点（Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１，δ^＊_ｚ^－１）を特定する。そして、特定したモータ動作点（Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１，δ^＊_ｚ^－１）に対して該当するテーブル（Ｔ_ｍａｇ１，ｉ_ｄ１）、（Ｔ_ｍａｇ２，ｉ_ｄ２）、（Ｔ_ｍａｇ３，ｉ_ｄ３）を特定する。さらに、特定したテーブル（Ｔ_ｍａｇ１，ｉ_ｄ１）、（Ｔ_ｍａｇ２，ｉ_ｄ２）、（Ｔ_ｍａｇ３，ｉ_ｄ３）におけるｄ軸電流テーブル値ｉ_ｄ１，ｉ_ｄ２，ｉ_ｄ３と、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}と、の差から推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める。例えば、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}との差が最も小さくなるテーブル値（図３Ａではｄ軸電流テーブル値ｉ_ｄ２）に紐づいた磁石温度テーブル値Ｔ_ｍａｇ２を推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}として求める。このとき、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}とｄ軸電流テーブル値ｉ_ｄ２の差が一定以上乖離している場合には、当該乖離量に応じて磁石温度テーブル値Ｔ_ｍａｇ２を補正した値を最終的な推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}としても良い。

【0029】

なお、上記の磁石温度演算用マップＭ１では、入力される電流計測値としてｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}を用いる例を説明したが、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}に代えて又はｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}とともにｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を用いるマップを構成しても良い。

【0030】

図２に戻り、出力制限設定器２２は、Ｓ１２０で演算された推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}から、位相上限テーブルＭ２を参照して位相上限値δ^＊ _ｍａｘを演算する（Ｓ１３０）。ここで、位相上限テーブルＭ２は、磁石温度Ｔ_ｍａｇごとに減磁を抑制する観点から適切な位相上限δ_ｍａｘを規定するテーブルとして構成され、予め所定の記憶領域に記憶される。なお、磁石温度Ｔ_ｍａｇと適切な位相上限δ_ｍａｘの関係は、実験的に或いはシミュレーションにより定められる。

【0031】

図３Ｂには、位相上限テーブルＭ２の一例を示す。本実施形態では、当該位相上限テーブルＭ２に推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を適用することで、該当するδ_ｍａｘの値を位相上限値δ^＊ _ｍａｘとして求める。

【0032】

図２に戻り、さらに、電圧振幅位相制御器２１が演算した基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃと、Ｓ１３０で演算された位相上限値δ^＊ _ｍａｘと、のミニマムセレクトにより、最終指令電圧位相δ^＊を求める（Ｓ１４０）。より詳細には、基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃと位相上限値δ^＊ _ｍａｘを比較し、基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃが位相上限値δ^＊ _ｍａｘを上回る場合には当該位相上限値δ^＊ _ｍａｘを最終指令電圧位相δ^＊とする。一方、基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃが位相上限値δ^＊ _ｍａｘ以下である場合には、基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃをそのまま最終指令電圧位相δ^＊とする。

【0033】

さらに、本実施形態では、上記のように演算される推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}の精度をより向上させるために、電流検出器２７が電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖを検出する（読み取る）タイミング（以下、「電流計測タイミングｔｉ」と称する）を規定する。

【0034】

図４は、本実施形態において設定される電流計測タイミングｔｉを示す図である。なお、図４では、Ｕ相電圧ｖ_ｕの矩形波信号を基準とした電流計測タイミングｔｉを示している。図示のように、電流計測タイミングｔｉは、Ｕ相電圧ｖ_ｕの半周期（交流位相が０°～１８０°をとる範囲）における中間に設定される。これにより、電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖの検出タイミングが、各相のスイッチングタイミング（電圧信号が変化するタイミング）を避けて設定されることとなる。したがって、スイッチングの際に流れる過渡的な電流の影響によるノイズの低減された電流計測値を得ることができる。

【0035】

次に、上述した本実施形態の方法による磁石温度推定における技術的意義を、適宜公知技術と対比しつつ説明する。

【0036】

先ず、一般的に、永久磁石式モータにおいてロータ（回転子）の回転速度（モータ角速度ω）、コイルに鎖交する磁束（鎖交磁束λ）、ステータコイルに生じる電圧（ｄｑ軸電圧ｖ_ｄ，ｖ_ｑ）、及び電流（ｄｑ軸電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑ）の関係は、次式１の電圧方程式により表される。

【0037】

【数1】

なお、式中の「Ｒ」はコイルの抵抗を表す。

【0038】

ここで、一般に磁石温度Ｔ_ｍａｇが上昇すると磁石の磁化が低下して、コイルの鎖交磁束λが減少する。そして、式１により、この磁石温度Ｔ_ｍａｇによる鎖交磁束λの変化は観測可能な電圧変化を引き起こす。これを利用して、電流及び電圧の計測値から磁石温度Ｔ_ｍａｇを推定する方法が知られている。例えば、特開２０１５－２１１５６９号公報には電圧及び電流から鎖交磁束λを推定し、予め準備した各磁石温度Ｔ_ｍａｇに対する磁束のマップ、及び各磁石温度Ｔ_ｍａｇに対する磁束変化のマップを参照することで現在の磁石温度Ｔ_ｍａｇを推定する方法が開示されている。

【0039】

また、式１をインダクタンスＬ（ｄｑ軸インダクタンスＬ_ｄ，Ｌ_ｑ）を用いて表現した電圧方程式として、次式２が知られている。

【0040】

【数2】

なお、式中の「Ψ」は誘起電圧定数を表し、「ｄ／ｄｔ」は時間微分演算子を表す。

【0041】

そして、特開２０２１－１３２５０３号公報では、電圧及び電流から式２で用いる各パラメータ（Ψ、Ｒ、Ｌ_ｄ、及びＬ_ｑ）を推定し、予め準備した磁石温度Ｔ_ｍａｇに対する各パラメータの依存特性と比較することで磁石温度Ｔ_ｍａｇを推定する方法が開示されている。

【0042】

ここで、上述した公知の方法は、磁石温度Ｔ_ｍａｇの変化により電圧が変動することを前提として実行されるものである。一方で、電圧位相制御では、電圧（より詳細には電圧振幅Ｖ_ａ）が固定値であり、実質的に磁石温度Ｔ_ｍａｇの変化による影響を受けない。このため、電圧位相制御下における磁石温度Ｔ_ｍａｇの推定には、上述した推定方法を適用することはできない。

【0043】

一方で、上述の特許文献１に開示された推定方法では、ステータ（固定子）に温度センサを取り付けて、予めステータからロータ中に存在する磁石までの熱回路網（熱勾配）を構築し、当該熱回路網を用いて温度センサにより検出された温度から磁石温度Ｔ_ｍａｇを推定する。この推定手法では、磁石温度Ｔ_ｍａｇの推定演算にあたり電圧変化を直接参照しないので、電圧位相制御下においても、磁石温度Ｔ_ｍａｇの推定が可能となる。しかしながら、既に述べたように、特許文献１の推定方法は、熱回路網を設定する際に想定したものと類似のモータ動作環境でのみ適切な温度推定が可能となるものであり、モータ動作環境に対するロバスト性が十分ではない。また、ステータに温度センサを追加する必要があるため、部品点数の増大に伴うコストの増加にもつながる。

【0044】

このような背景に対して、本実施形態では、電圧位相制御下においても、磁石温度Ｔ_ｍａｇを高精度に推定し得る演算ロジックが提供される。

【0045】

より具体的に説明すると、本実施形態における推定ロジックは、電圧が磁石温度Ｔ_ｍａｇに依存しない独立変数となる電圧位相制御下においては、式１や式２の電圧方程式における左辺の電圧（ｖ_ｄ，ｖ_ｑ）を固定値とみなすことができ、磁石温度Ｔ_ｍａｇの変化に起因する鎖交磁束λの変化は当該電圧に影響を与えない。このため、式１及び式２が成立することを前提とするならば、当該鎖交磁束λの変化は、コイル抵抗Ｒ×電流の項（式１では右辺第２項）の変化として現れることおなる。したがって、コイル抵抗Ｒの変化を無視すれば、鎖交磁束λの変化（磁石温度Ｔ_ｍａｇの変化）を電流変化として検出することができる。特に、コイル抵抗Ｒが十分に小さく設計される用途（電気自動車用など）においては、僅かな磁石温度Ｔ_ｍａｇの変化であっても、十分に検出可能なレベルの電流変化を生じる。したがって、電流計測値（ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}又はｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}）を含む各入力パラメータを用いる本実施形態の演算ロジックであれば、電圧位相制御下において磁石温度Ｔ_ｍａｇを高精度に推定することができる。

【0046】

次に、本実施形態の電動機制御方法の構成及び当該構成による作用効果をまとめて説明する。

【0047】

本実施形態では、電動機（モータＭ）の回転状態（回転数Ｎ）、トルク目標値Ｔ^＊、及び推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}に基づいて電圧振幅指令値（指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ）及び電圧位相指令値（最終指令電圧位相δ^＊）を設定する電圧位相制御を実行し、当該電圧位相制御の下で推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める電動機制御方法が提供される。

【0048】

この電動機制御方法では、モータＭに流れる電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）を計測し、計測された電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）からｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を演算し、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}、指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ、及び最終指令電圧位相δ^＊に基づいて、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算する。

【0049】

これにより、電圧位相制御下において、モータ動作環境に依存することなく（ロバスト性を確保して）、高精度に磁石温度Ｔ_ｍａｇを推定することができる。また、追加の温度センサも要しないため、部品点数を削減して構成をより簡素化することができる。

【0050】

また、本実施形態では、予め定められた磁石温度Ｔ_ｍａｇと電圧位相上限（位相上限δ_ｍａｘ）との関係（位相上限テーブルＭ２）を参照して、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}から位相上限値δ^＊ _ｍａｘを演算する。そして、最終指令電圧位相δ^＊を位相上限値δ^＊ _ｍａｘ以下に制限する。

【0051】

これにより、磁石温度Ｔ_ｍａｇが一定以上に高くなるシーンでは、電圧位相δに対する制限を介してモータＭの出力制限（トルク制限）を課すことができるので、磁石温度Ｔ_ｍａｇが過剰に高まることによる減磁（特に不可逆的な減磁）を抑制することができる。一方、磁石温度Ｔ_ｍａｇが低いシーンでは、電圧位相δに対する制限はかからず電圧位相制御で定められる基本指令電圧位相δ^＊ _ｃａｌｃが、そのまま最終指令電圧位相δ^＊として出力されるので、所望のモータＭの出力を維持することができる。特に、磁石温度Ｔ_ｍａｇが高いシーンにおいて不可逆的な減磁が抑制されることで、その後に磁石温度Ｔ_ｍａｇが低下したシーンにおいても高い出力を維持することができる。

【0052】

さらに、本実施形態では、予め定めた磁石温度演算用マップＭ１に、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}、指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａの前回値（前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１）、及び最終指令電圧位相δ^＊の前回値（前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１）を適用して推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める。特に、磁石温度演算用マップＭ１は、モータＭにおける電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、ｄ軸電流ｉ_ｄ、及び磁石温度Ｔ_ｍａｇの関係を規定する。

【0053】

これにより、予め準備した磁石温度演算用マップＭ１を利用して簡素な演算ロジックで、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求めることができる。

【0054】

特に、磁石温度演算用マップＭ１は、電圧振幅Ｖ_ａ及び電圧位相δから成るモータ動作点（Ｖ_ａ，δ）に、該当する磁石温度Ｔ_ｍａｇとｄ軸電流ｉ_ｄとの関係を定めるテーブル（Ｔ_ｍａｇ，ｉ_ｄ）を関連付けて規定する。そして、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１及び前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１から該当するモータ動作点（Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１，δ^＊_ｚ^－１）を特定する。さらに、特定したモータ動作点（Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１，δ^＊_ｚ^－１）に対して該当するテーブル（Ｔ_ｍａｇ１，ｉ_ｄ１）、（Ｔ_ｍａｇ２，ｉ_ｄ２）、（Ｔ_ｍａｇ３，ｉ_ｄ３）を特定し、特定したテーブルにおけるｄ軸電流ｉ_ｄ（ｄ軸電流テーブル値ｉ_ｄ１，ｉ_ｄ２，ｉ_ｄ３）と、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}と、の差から推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める。

【0055】

これにより、多変数の入力値から推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算するために適した、磁石温度演算用マップＭ１のデータ構造及びこれを用いた演算アルゴリズムの一態様を実現することができる。

【0056】

また、本実施形態では、電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）の計測タイミング（電流計測タイミングｔｉ）を、電流を読み取る相（本実施形態ではＵ相）の電圧半周期の中間に設定する。

【0057】

これにより、電流計測タイミングｔｉが、各相のスイッチングタイミングを避けて設定されることとなる。したがって、計測される電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）に、スイッチングの際に流れる過渡的な電流の影響が含まれること事態を抑制し、最終的に得られる推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}の精度をより向上させることができる。

【0058】

さらに、本実施形態では、上記電動機制御方法の実行に適した電動機制御装置１２が提供される。

【0059】

この電動機制御装置１２は、モータＭに流れる電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）を計測する計測部（電流検出器２７）と、計測された電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）からｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を演算する電流演算部（ｄｑ座標変換器２５）と、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}、電圧振幅指令値（指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ）、及び電圧位相指令値（最終指令電圧位相δ^＊）に基づいて、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を演算する温度推定部（磁石温度推定器２４）と、を有する。

【0060】

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0061】

図５は、本実施形態による電動機制御システム１０の概略構成を示す図である。図示のように、本実施形態の電動機制御システム１０は、トルク推定器２６が、トルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}を演算するにあたり、回転数Ｎ、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１、及び前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１に加えて推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}の前回値（以下、「前回推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}_ｚ^－１」とも称する）を参照する点において第１実施形態と異なる。

【0062】

より具体的に、トルク推定器２６は、予め定めたトルク演算マップＭ３を参照して、回転数Ｎ、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１、前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１、及び前回推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}_ｚ^－１から、トルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}を演算する。特に、トルク演算マップＭ３は、モータＭにおける磁石温度Ｔ_ｍａｇ、電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、及びトルクＴの関係を規定するマップとして構成され、予め所定の記憶領域に記憶される。また、トルク演算マップＭ３で規定される各パラメータの相互関係は、実験的に或いはシミュレーションにより定められる。

【0063】

これにより、電圧位相制御下におけるモータ動作中に磁石温度Ｔ_ｍａｇが変化した場合であっても、当該変化の影響を加味してより高精度にトルク推定値Ｔ_{_ｅｓ}を定めることができる。結果として、トルクフィードバック制御の収束性を改善してトルクＴの制御性をより高めることができる。

【0064】

［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。特に、本実施形態では、推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を、先の実施形態とは異なる演算ロジックで定める例について説明する。

【0065】

図６は、本実施形態における磁石温度推定器２４の構成を示す図である。本実施形態の磁石温度推定器２４は、前回指令電圧振幅Ｖ^＊ _ａ_ｚ^－１、前回指令電圧位相δ^＊_ｚ^－１、ｄ軸電流計測値ｉ_{ｄ_ｍｅ}、及びｑ軸電流計測値ｉ_{ｑ_ｍｅ}を予め準備された学習済みモデルＭＤに入力して、出力となる推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求める。

【0066】

ここで、学習済みモデルＭＤは、モータＭにおける電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、ｄ軸電流ｉ_ｄ、及びｑ軸電流ｉ_ｑを入力層に設定し、これに応じて定まる磁石温度Ｔ_ｍａｇを出力層に設定した機械学習を実行することで得られる。特に、この機械学習は、実験的に或いはシミュレーションによって各入力パラメータと磁石温度Ｔ_ｍａｇの関係を予め取得し、所定の機械学習アルゴリズムにしたがい当該関係を再現するよう行われる。

【0067】

なお、図６では、上記機械学習アルゴリズムとしてニューラルネットワークを用いた場合における学習済みモデルＭＤを示している。しかしながら、サポートベクター回帰や一般化線形回帰などの他の機械学習アルゴリズムを用いた学習により学習済みモデルＭＤを構築しても良い。また、本実施形態では、学習済みモデルＭＤにおける入力パラメータとして、電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、ｄ軸電流ｉ_ｄ、及びｑ軸電流ｉ_ｑを用いる例を説明した。しかしながら、入力パラメータは厳密にこれらに限定されるものではなく、これらパラメータの一部又は全部を一定以上の相関を示す他のパラメータに置き換えても良い。また、例えば、ｄ軸電流ｉ_ｄ又はｑ軸電流ｉ_ｑを入力パラメータから省くなど、実用上の精度が保たれる範囲において入力パラメータの数（次元）を削減しても良い。

【0068】

以上説明した本実施形態によれば、電動機制御装置１２に予め構築した学習済みモデルＭＤを保有させておくことで、各入力パラメータを学習済みモデルＭＤに適用して推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}を求めることができる。このため、電圧振幅Ｖ_ａ、電圧位相δ、及びｄ軸電流ｉ_ｄと磁石温度Ｔ_ｍａｇとの関係を規定した多変量の磁石温度演算用マップＭ１を保存しておく場合に比べてデータ量を圧縮でき、電動機制御装置１２における記憶容量を削減することができる。

【0069】

［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１～第３実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、電流計測タイミングｔｉの設定について、第１実施形態とは異なる態様を提供する。

【0070】

図７は、本実施形態において設定される電流計測タイミングｔｉの一例を説明する図である。なお、図７では、図面の簡略化のため、Ｕ相電圧ｖ_ｕの矩形波信号における着目すべき要部（１電圧周期）を示す。

【0071】

図示のように、本実施形態では、電流計測タイミングｔｉを、モータＭの１電気角周期（０°～３６０°）において均等な時間幅で複数（図７では、ｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４）設定する。そして、設定した各電流計測タイミングｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４で得られる計測値の平均値を、最終的に計測された電流値（ｉ_ｕ，ｉ_ｖ）とする。

【0072】

このように、均等な時間幅で複数回電流を計測し平均をとることで、電流計測誤差を低減して、最終的に得られる推定磁石温度Ｔ_{ｍａｇ_ｅｓ}の精度を向上させることができる。

【0073】

特に、本実施形態では、各電流計測タイミングｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４を、電圧周期における０～１８０°と１８０°～３６０°の領域で対称となるように設定する。より具体的には、図７に示す例では、電圧周期における０～１８０°の領域に電流計測タイミングｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_７を設定し、１８０°～３６０°の領域に電流計測タイミングｔｉ_８、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４を設定する。これにより、計測におけるエリアシングを除去して計測精度をより高めることができる。

【0074】

なお、各電流計測タイミングｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４は、磁石温度演算用マップＭ１又は学習済みモデルＭＤを構築するための比較用データ（ｄ軸電流ｉ_ｄ及び／又はｑ軸電流ｉ_ｑと磁石温度Ｔ_ｍａｇの関係）を作成する際のサンプリングタイミングと一致させることが好ましい。これにより、各電流計測タイミングｔｉ_１、ｔｉ_２・・・ｔｉ_１４と比較用データのサンプリングタイミングとのによる誤差を抑制することができ、磁石温度Ｔ_ｍａｇの推定精度をより向上させることができる。

【0075】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0076】

１０ 電動機制御システム
１２ 電動機制御装置
１４ インバータ
２１ 電圧振幅位相制御器
２２ 出力制限設定器
２３ ｕｖｗ座標変換器
２４ 磁石温度推定器
２５ ｄｑ座標変換器
２６ トルク推定器
２７ 電流検出器

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】