旋转电机的驱动控制装置和车辆的制作方法

专利名称：旋转电机的驱动控制装置和车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电机的驱动控制装置和车辆，尤其涉及在永磁体型同 步机中防止转子所包括的永磁体的退磁的技术。
背景技术：
近年来，作为考虑了环境的汽车，混合动力汽车(Hybrid Vehicle), 电动汽车(Electric Vehicle)等电动车辆受到广泛关注。这样的电动车辆 具备包括二次电池等的蓄电装置和、用于从该蓄电装置接受电力来产生驱 动力的电动发电机。电动发电机在出发时、加速时等产生驱动力，并且在 制动时等将车辆的运动能变换为电能，并回收到蓄电装置。
作为搭载于这样的电动车辆的电动发电机，从磁场磁通量的高密度化 和电力再生的容易性等来考虑，多使用永磁体型同步机(permanent magnetic synchronous machine )。尤其频繁采用能够并用由磁阻的非对称 性产生的驱动转矩(磁阻转矩)来进行利用的埋入构造的永磁体型同步机 (interior permanent magnet synchronous machine)。
一般而言，已知永磁体随着环境温度而其矫顽磁力发生变化。例如， 当作为永》兹体的主成分的强磁性体暴露在超过产生相变的居里点这样的高 温的环境温度下时，永磁体的矫顽磁力会降低，可能发生无法复原的不可 逆退磁。
曰本特开2001-157304号公报公开了能够防止由温度上升引起的磁体 的退磁的混合动力车用旋转电机。混合动力车具备第一旋转电机、第二旋 转电机和控制装置。该控制装置根据用于控制发动机以及第一旋转电机和 笫二旋转电机而输入的数据，推定第一旋转电机具有的永磁体的温度。控制装置根据永磁体的温度推定转子线圈温度，根据该转子线圈温度设定最 大可通电电流值。控制装置将转子中流过的电流值限制为该最大值以下。
日本特开2001-157304号公报所公开的永磁体的温度推定方法例如为 如下所述那样。首先，算出第一旋转电机的转矩指令值和输出转矩的绝对 值的比K。接着，将所算出的比K代入磁体温度和比K具有对应关系的映 射(map )，推定磁体温度。
在上述的温度推定方法的情况下，考虑到因旋转电机的构造不同而推 定精度不同。在推定精度较低的情况下，可能会导致推定温度比实际的磁 体温度低。在推定温度比实际的温度低的情况下，存在旋转电机的温度上 升没有受抑制而旋转电机持续动作的可能性。因此，发生永磁体的退磁的 可能性变高。

发明内容
本发明的目的在于，提供能够更高精度地推定旋转电机所包括的永磁 体的温度的旋转电机的驱动控制装置、以及具备该驱动控制装置的车辆。
本发明归纳如下，为驱动控制具备第一转子的第 一旋转电机和具有与 第 一旋转电机不同的结构、且具备笫二转子的第二旋转电机的驱动控制装 置，所述第一转子包括第一永磁体，所述第二转子包括第二永磁体。驱动 控制装置具备驱动部，其驱动第一旋转电机和第二旋转电机；和控制部， 其推定所述第一永磁体的温度和第二永磁体的温度，并且根据其推定结果 控制驱动部。控制部包括温度推定部。温度推定部根据第一旋转电机和第 二旋转电机的结构的不同，从与第一旋转电机和笫二旋转电机的状态有关 的多个参数中选择分别与第 一旋转电机和第二旋转电机对应的第 一参数和 第二参数。温度推定部使用第一参数和第二参数，分别推定第一永磁体的
温度和第二7、磁体的温度。
优选的是，第二旋转电机的旋转轴方向的长度比第一旋转电机的旋转 轴方向的长度长。
更优选的是，第一旋转电机还包括设置在第一转子的周围的第一定子。第二旋转电机还包括设置在第二转子的周围的第二定子。第 一转子和第二
转子与第 一定子和第二定子由冷却介质来冷却。第 一参数是冷却介质的温 度。第二参数是第二定子的温度。
进一步优选的是，冷却介质是冷却油。
优选的是，驱动部包括分别驱动第一旋转电机和第二旋转电机的第一 变换器和第二变换器。控制部还包括变换器控制部。变换器控制部在第一 永磁体的温度为第一阈值温度以上的情况下，限制第一变换器的输出电流， 在第二永磁体的温度为第二阈值温度以上的情况下，限制第二变换器的输 出电流。
优选的是，第 一旋转电机和第二旋转电机搭载于具备内燃机和驱动轮 的车辆。第一旋转电机连结于内燃机。第二旋转电机连结于驱动轮。
按照本发明的其他方式，为一种车辆，具备第一旋转电机，其包括 具有第一永f兹体的第一转子；第二旋转电机，其具有与第一旋转电机不同 的结构，并且包括具有第二永磁体的第二转子；驱动部，其驱动第一旋转
电机和第二旋转电机；以及控制部，其推定第一永磁体的温度和第二永磁
体的温度，并且根据其推定结果控制驱动部。控制部包括温度推定部。温
度推定部根据第一旋转电机和第二旋转电机的结构的不同，从与第一旋转 电机和第二旋转电机的状态有关的多个参数中选捧分别与第一旋转电机和
第二旋转电机对应的第 一参数和笫二参数。温度推定部使用第 一参数和第 二参数，分别推定第一永磁体的温度和第二永磁体的温度。
优选的是，第二旋转电机的旋转轴方向的长度比第一旋转电机的旋转 轴方向的长度长。
更优选的是，第 一旋转电机还包括设置在第 一转子的周围的第 一定子。 第二旋转电机还包括设置在第二转子的周围的第二定子。第一转子和第二 转子与笫一定子和第二定子由冷却介质来冷却。第一参数是冷却介质的温 度。第二参数是第二定子的温度。
进一步优选的是，冷却介质是冷却油。
优选的是，驱动部包括分别驱动第一旋转电机和第二旋转电机的第一变换器和第二变换器。控制部还包括变换器控制部。变换器控制部在第一 永》兹体的温度为第 一 阈值温度以上的情况下，限制第 一变换器的输出电流。 变换器控制部在第二永磁体的温度为第二阈值温度以上的情况下，限制第 二变换器的输出电流。
优选的是，车辆还具备与第一旋转电机连结的内燃机；和与第二旋转 电机连结的驱动轮。
根据本发明，能够更高精度地推定旋转电机所包括的永磁体的温度。


图1是表示搭载有本发明实施方式的旋转电机的驱动控制装置的混合 动力汽车的 一 例的概略框图。
图2是图l所示的动力分配机构210的示意图。
图3是详细表示在图1的混合动力车驱动装置100中与交流电机M1、 M2的驱动控制相关的部分的图。
图4是说明变换器14、 31的结构的图。
图5是表示用于交流电机M1、 M2的永磁体型旋转电机的主要部分的 结构例的图。
图6是示意表示交流电机M1、 M2的剖面的图。
图7是图1的控制装置30的功能框图。
图8是用于说明永磁体中产生的涡电流的图。
图9是用于说明本实施方式的温度推定方法的热模型图。
图IO是表示将图9的热模型应用于交流电机M1的结果的图。
图ll是表示将图9的热模型应用于交流电机M2的结果的图。
图12是表示图7的温度推定部302存储的映射的图。
图13是表示本实施方式中的交流电机M1的控制处理的流程图。
图14是说明对交流电机M1的负荷率限制处理的图。
图15是表示本实施方式中的交流电机M2的控制处理的流程图。
图16是说明对交流电机M2的负荷率限制处理的图。M实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。对图中相同或相当的部 分标记同一符号，并且不重复其说明。 [整体结构〗
图1是表示搭载有本发明实施方式的旋转电机的驱动控制装置的混合 动力汽车的 一例的概略框图。
参照图1,混合动力汽车200具备混合动力车驱动装置100、动力分配 机构210、差速齿轮(DG: Differential Gear) 220以及前轮230。混合动 力车驱动装置100具备直流电源B、系统继电器SR1、 SR2、升压转换器 12、变换器(inverter,逆变器)14、 31、 DC/DC转换器20、辅机电池21、 控制装置30、发动4几60、交流电才几M1、 M2。变换器14、 31构成IPM(智 能功率模块)35。 IPM35是驱动交流电机M1、 M2的驱动部。
交流电机Ml经由动力分配机构210与发动机60联结。并且，交流电 机M1启动发动机60,或利用发动机60的旋转力来发电。另外，交流电 机M2经由动力分配才几构210和差速齿轮220驱动前轮230。
交流电机Ml、 M2作为一个例子，是永磁体型三相交流同步旋转电机。 即，交流电机M1、 M2各自被构成为，利用通过在设置于定子的线圏中流 过驱动电流来产生的电流磁场(旋转磁场)，使具有永磁体的转子旋转。
直流电源B由镍氢或锂离子等的二次电池构成。系统继电器SR1、SR2 根据来自控制装置30的信号SE接通/断开。更具体而言，系统继电器SR1 、 SR2根据来自控制装置30的H (逻辑高)电平的信号SE而接通，根据来 自控制装置30的L (逻辑低)电平的信号SE而断开。
升压转换器12对从直流电源B供给的直流电压进行升压，并供给至 变换器14、 31。更具体而言，升压转换器12当从控制装置30接收到信号 PWMU时，对直流电压进行升压，并供给至变换器14、 31。另外，升压 转换器12当从控制装置30接收到信号PWMD时，对从变换器14(或31) 供给的直流电压进^f亍降压，并供给至直流电源B和DC/DC转换器20。而且，升压转换器12根据来自控制装置30的信号STP1停止升压动作和降 压动作。
当被从升压转换器12供给直流电压时，变换器14才艮据来自控制装置 30的信号DRV1将直流电压变换为交流电压，驱动交流电机M1。另外， 变换器14根据来自控制装置30的信号DRV1,将交流电机M1发电产生 的交流电压变换为直流电压，将其变换后的直流电压供给至升压转换器 12。
当被从升压转换器12供给直流电压时，变换器31才艮据来自控制装置 30的信号DRV2，将直流电压变换为交流电压，驱动交流电机M2。另夕卜， 变换器31在搭载有混合动力车驱动装置100的混合动力汽车的再生制动 时，根据来自控制装置30的信号DRV2，将交流电机M2发电产生的交流 电压变换为直流电压，将其变换后的直流电压供给至升压转换器12。
在此所说的再生制动包括与由驾驶混合动力汽车的驾驶者进行了脚 制动器操作的情况下的再生发电相伴随的制动；和虽然未操作脚制动器， 但通过在行驶中松开加速踏板，从而进行再生发电的同时使车辆减速(或 中止力口速)。
DC/DC转换器20根据来自控制装置30的信号DRV而被驱动，变换 来自直流电源B的直流电压，对辅机电池21进行充电。另外，DC/DC转 换器20根据来自控制装置30的信号STP2而被停止。辅机电池21积蓄从 DC/DC转换器20供给的电力。
控制装置30在变换器14驱动交流电机Ml时，生成用于控制变换器 14的信号DRV1，将其生成的信号DRV1输出给变换器14。另夕卜，控制装 置30在变换器31驱动交流电机M2时，生成用于控制变换器31的信号 DRV2，将其生成的信号DRV2输出给变换器31。
而且，控制装置30在变换器14 (或31)驱动交流电机M1 (或M2) 时，生成用于控制升压转换器12的信号PWMU，将其生成的信号PWMU 输出给升压转换器12。
而且，控制装置30在搭载有混合动力车驱动装置100的混合动力汽车200的再生制动时，生成用于将由交流电机M2发电产生的交流电压变换 为直流电压的信号DRV2，将信号DRV2输出给变换器31。
而且，控制装置30在混合动力汽车200的再生制动时，生成用于对从 变换器31供给的直流电压进行降压的信号PWMD，将其生成的信号 PWMD输出给升压转换器12。
图2是图1所示的动力分配机构210的示意图。参照图2，动力分配 才几构210由齿圏211、 4亍星齿轮(carrier gear) 212、太阳轮213构成。发 动机60的轴251经由行星齿轮架253连接于小齿轮212,交流电机M1的 轴252连接于太阳轮213，交流电才几M2的轴254连4妻于齿圈211。交流电 机M2的轴254经由DG220与前轮230的驱动轴联结。
交流电机Ml经由轴252、太阳轮213、小齿轮212以及行星齿轮架 253使轴251旋转，启动发动机60。另外，交流电机M1经由轴251、行 星齿轮架253、小齿轮212、太阳轮213以及轴252接受发动机60的旋转 力，利用其接受到的旋转力来发电。
图3是详细表示在图1的混合动力车驱动装置100中与交流电机M1、 M2的驱动控制有关的部分的图。
参照图3，直流电源B输出直流电压。电压传感器10检测从直流电源 B输出的电压Vb ，将其检测到的电压Vb输出给控制装置30 。
系统继电器SR1、 SR2，当根据来自控制装置30的信号SE而接通时， 将来自直流电源B的直流电压供给至电容器Cl。电容器Cl使从直流电源 B经由系统继电器SR1、 SR2供给的直流电压平滑化，将该平滑化后的直 流电压供给至升压转换器12。电压传感器11检测电容器Cl的两端的电压 Vc，将该检测到的电压Vc输出给控制装置30。
升压转换器12包括电抗器Ll、 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)元件Ql、 Q2、 二极管Dl、 D2。电抗器 Ll的一端连接于直流电源B的电源线，另一端连接于IGBT元件Ql和 IGBT元件Q2的中间点、即IGBT元件Ql的发射极和IGBT元件Q2的 集电极之间。IGBT元件Q1、 Q2串联连接在电源线和接地线之间。IGBT元件Q1、 Q2分别形成上臂和下臂。
IGBT元件Ql的集电极连接于电源线，IGBT元件Q2的发射极连接 于接地线。另夕卜，各IGBT元件Q1、 Q2的集电极-发射极间分别配置有使 电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D1、 D2。
升压转换器12通过控制装置30使IGBT元件Q1、 Q2导通/截止，对 从电容器C1供给的直流电压进行升压，将输出电压供给至电容器C2。另 外，升压转换器12在混合动力汽车的再生制动时，对由交流电机Ml或 M2发电产生、由变换器14或31变换后的直流电压进行降压，并供给至 电容器Cl。
电容器C2使从升压转换器12供给的直流电压平滑化，将其平滑化后 的直流电压供给至变换器14、 31。电压传感器13检测电容器C2的两侧的 电压、即升压转换器12的输出电压Vm。
当从电容器C2供给直流电压时，变换器14根据来自控制装置30的 信号DRV1将直流电压变换为交流电压，驱动交流电才几M1。由此，交流 电机M1被驱动，使得产生由转矩指令值TR1指定的转矩。另外，变换器 14在交流电机Ml的发电时，根据来自控制装置30的信号DRV1，将交 流电机M1发电得到的交流电压变换为直流电压，将其变换后的直流电压 经由电容器C2供给至升压转换器12。
当从电容器C2供给直流电压时，变换器31根据来自控制装置30的 信号DRV2，将直流电压变换为交流电压，驱动交流电才几M2。由此，交 流电机M2被驱动，使得产生由转矩指令值TR2指定的转矩。另外，变换 器31在搭载有混合动力车驱动装置100的混合动力汽车的再生制动时，根 据来自控制装置30的信号DRV2 ，将交流电机M2发电产生的交流电压变 换为直流电压，将其变换后直流电压经由电容器C2供给至升压转换器12。
交流电机Ml上配置有旋转角检测部32A。旋转角检测部32A连结于 交流电机M1的旋转轴。旋转角检测部32A根据交流电机M1的转子的旋 转位置检测旋转角ei，将检测到的旋转角ei输出给控制装置30。
交流电机M2上配置有旋转角检测部32B。旋转角检测部32B连结于交流电机M2的旋转轴。旋转角检测部32B根据交流电机M2的转子的旋 转位置检测旋转角6 2，将检测到的旋转角6 2输出给控制装置30。
控制装置30从设置于外部的ECU ( Electrical Control Unit,电子控 制单元)接收转矩指令值TR1、 TR2、电机转速MRN1、 MRN2。控制装 置30还从电压传感器10接收电压Vb，从电压传感器11接收电压Vc，从 电压传感器13接收电压Vm，从电流传感器24接收电机电流MCRT1， 从电流传感器28接收电机电流MCRT2。控制装置30还分别从旋转角检 测部32A、 32B接收旋转角61、 6 2。
控制装置30根据电压Vm、电机电流MCRT1、转矩指令值TR1以及 旋转角61,生成在变换器14驱动交流电机M1时用于开关控制变换器14 中包括的开关元件的信号DRV1。控制装置30将其生成的信号DRV1输出 给变换器14。
控制装置30根据电压Vm、电机电流MCRT2、转矩指令值TR2以及 旋转角6 2，生成在变换器31驱动交流电机M2时用于开关控制变换器31 中包括的开关元件的信号DRV2。控制装置30将其生成的信号DRV2输出 给变换器31。
控制装置30在变换器14 (或31)驱动交流电机Ml (或M2 )时，才艮 据电压Vb、 Vm、转矩指令值TR1 (或TR2)以及电才几转速MRN1 (或 MRN2)，生成用于开关控制升压转换器12的IGBT元件Q1、 Q2的信号 PWMU。控制装置30将其生成的信号PWMU输出给升压转换器12。
控制装置30在混合动力汽车200的再生制动时，生成用于将由交流电 机M2发电产生的交流电压变换为直流电压的信号DRV2。控制装置30将 信号DRV2输出给变换器31 。该情况下，变换器31的开关元件由信号DRV2 开关控制。由此，变换器31将由交流电机M2发电产生的交流电压变换为 直流电压，并供给至升压转换器12。
而且，控制装置30生成用于对从变换器14 (或31)供给的直流电压 进行降压的信号PWMD，将其生成的信号PWMD输出给升压转换器12。 由此，交流电机M1或M2发电产生的交流电压被变换为直流电压，并被降压而供给至直流电源B。
图4是说明变换器14、 31的结构的图。变换器31的结构与变换器14 的结构相同。以下，代表性地说明变换器14的结构，变换器31的结构等 效于在以下说明的变换器14的结构中将"变换器14"置换为"变换器31"。
参照图4，变换器14包括U相臂15、 V相臂16、 W相臂17。 U相臂 15、 V相臂16以及W相臂17并联设置在电源线1和接地线2之间。
U相臂15由串联连接的IGBT元件Q3、 Q4构成，V相臂16由串联 连接的IGBT元件Q5、 Q6构成，W相臂17由串联连接的IGBT元件Q7、 Q8构成。另外，各IGBT元件Q3 Q8的集电极-发射极间分别连接有使 电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D3 ~ D8。
变换器14的各相臂的中间点连接于交流电机Ml的各相线圏的各相 端。即，交流电机M1的U相线圈的另一端连接于IGBT元件Q3、 Q4的 中间点，V相线圏的另一端连接于IGBT元件Q5、 Q6的中间点，W相线 圏的另一端连接于IGBT元件Q7、 Q8的中间点。同样地，变换器31的各 相臂的中间点连接于交流电机M2的各相线圏的各相端。
图5是表示交流电机M1、 M2中使用的永磁体型旋转电机的主要部分 的结构例的图。参照图5，在永磁体型同步机的转子中，在转子芯(rotor core) 50上开多个孔52,在该孔52的内部插入配置永/f兹体54,由此形成 极。并且，在定子40中，以包围转子芯50的方式配置有多个线圏(未图 示)。基于对多个线圏通电形成的旋转磁场，转子被旋转驱动。
在此，由定子40的线圏产生的磁通量贯穿永磁体54,因此在永磁体 54中产生涡电流。关于磁体中产生的涡电流，随着旋转电机的小型化、高 速化以及高输出化，其发热以及损失的问题变得显著。即，发热导致磁体 的退磁，成为旋转电机的故障的原因。另外，由涡电流导致的损失会使旋 转电机的效率降低。因此，控制装置30在永磁体的磁体温度为预定的阈值 温度以下的情况下，以第一模式控制变换器14、 31，在磁体温度超过该阈 值温度的情况下，以相比于第 一模式而能够抑制永磁体的温度上升的第二 模式控制变换器14、 31。图6是示意表示交流电机M1、 M2的剖面的图。在图6中，交流电机 Ml、 M2的剖面方向为与交流电才几M1、 M2的4t转轴平^f亍的方向。
参照图6,交流电机M1、 M2被收纳在壳体65中。交流电机M1包括 转子芯50.1、永磁体54.1。永磁体54.1被插入转子芯50.1。交流电机Ml 还包括定子芯40.1、巻绕于定子芯40.1的定子线圏46.1。定子芯40.1 (以 及定子线圏46.1)设置在转子芯50.1的周围。
交流电机M2包括转子芯50.2、永磁体54.2。永磁体54.2被插入转子 芯50.2。交流电机M2还包括定子芯40.2、巻绕于定子芯40.2的定子线圈 46.2。定子芯40.2 (以及定子线圈46.2 )设置在转子芯50.2的周围。
永磁体54.1的数量和永磁体54.2的数量并未被特别限定。
轴X是交流电机M1的旋转轴，并且是交流电机M2的旋转轴。如图 6所示，转子芯50.1的轴X方向的长度比转子芯50.2的轴X方向的长度 长。这样，交流电机M1与交流电机M2的构造不同。
积存在壳体65的底部的油70被各个转子芯50.1、 50.2拨到上方。转 子芯50.1和定子(定子芯40.1和定子线圏46.1)由油70来冷却。同样地， 转子芯50.2和定子(定子芯40.2和定子线圏46.2 )由油70来冷却。
具体而言，油70是自动变速器的ATF( Automatic Transmission Fluid: 自动变速器油，自动传动流体)。根据本实施方式，能够利用作为液体的 冷却油来冷却转子和定子。而且，在本实施方式中，能够利用ATF冷却转 子和定子。在本实施方式中，冷却介质是油，但冷却介质例如也可以是气 体。
壳体65的底部设置有用于检测油70的温度的温度传感器72。另外， 为了检测交流电机M2的定子的温度，温度传感器74设置在定子线圏46.2 的附近。
图7是图1的控制装置30的功能框图。图7所示的控制装置30可以 由硬件实现，也可以由软件实现。
参照图7,控制装置30包括转换器控制部301、温度推定部302、变 换器控制部303。转换器控制部301根据直流电源B的电压Vb、电容器Cl的电压Vc、电机转速MRN1、 MRN2、转矩指令值TR1、 TR2，生成 并输出信号PWMU、 PWMD、 STP1。
温度推定部302接收电机转速MRN1、MRN2、转矩指令值TR1、TR2。 温度推定部302还从温度传感器72 (参照图6 )接收油70的温度Ta，从 温度传感器74 (参照图6 )接收定子线圏46.2的温度Ts。温度推定部302 根据电机转速MRN1、转矩指令值TR1、温度Ta，推定交流电机Ml的 转子芯50.1中插入的永磁体54.1的温度。温度推定部302根据温度Ts推 定交流电机M2的转子芯50.2中插入的永磁体54.2的温度。在后面详细说 明温度推定方法。
变换器控制部303根据旋转角61、 6 2、转矩指令值TR1、 TR2、电 机电流MCRT1、 MCRT2、升压转换器12的输出电压Vm,生成并输出 信号DRV1、 DRV2。变换器控制部303从温度推定部302接收磁体温度的 推定值。变换器控制部303在磁体温度超过了预定的阔值温度的情况下， 限制交流电才几M1 (M2)的负荷率。 [磁体温度推定方法]
图8是用于说明永磁体中产生的涡电流的图。参照图8,贯穿永磁体 54的磁场在虛线的箭头所示的方向上变动的情况下，在永磁体54中产生 涡电流I。涡电流I仅流过永磁体54的表面附近。由涡电流I产生焦耳热， 因此永磁体54的温度上升。磁场的变动越大，涡电流I变得越大。其结果， 永磁体54的温度变高。贯通7JC磁体54的磁场在时间上为恒定的情况下， 不会产生由涡电流产生的焦耳热。
交流电机的转子构成为能够旋转，因此当使用温度传感器等要直接检 测设置在转子上的永磁体的温度时，需要由旋转接合部(joint)等构成旋 转的转子与静止的定子侧之间的传感器布线。因此，电机的构造会复杂化。
控制装置30，根据交流电机M1、 M2的构造的不同，从与交流电机 Ml、 M2的状态有关的多个参数中选择分别与交流电机M1、 M2对应的第 一参数和笫二参数。如后所述，在本实施方式中，第一参数为油70的温度 Ta，笫二参数为定子线圏46.2的温度Ts。控制装置30根据温度Ts推定交流电机Ml所包括的永磁体54.1的温度，根据温度Ts推定交流电机M2 所包括的永磁体54.2的温度。按照交流电机的构造，从多个参数中选择适 当的参数，由此能够更准确地推定永》兹体的温度。
图9是用于说明本实施方式的温度推定方法的热模型图。
如图9所示，将磁体的温度、发热量以及热容量分别设为Tm、 Qm、 Mm。同样，将转子的温度、发热量以及热容量分别设为Tr、 Qr、 Mr。 将定子的温度、发热量以及热容量分别设为Ts、 Qs、 Ms。将氛围环境(油) 的温度设为Ta。将磁体与转子之间的热电阻、转子与定子之间的热阻、定 子与氛围环境之间的热阻以及转子与氛围环境之间的热阻分别设为Rl 、 R2、 R3、 R4。图9所示的热模型中使用的这些参数相当于与交流电机M1、 M2的状态有关的多个参数。
在该热^^莫型中，温度的单位设为"'C"。另外，在该热模型中，所谓 "发热量"是每l秒的发热量，其单位是"W" ( = "J/秒")。而且， 热容量的单位为"J厂C"，热阻的单位为"'C/W"。
该热模型的状态为稳定状态时，以下的式(l) ~ (3)的关系成立。
<formula>formula see original document page 18</formula>
式U)表示温度Tm为由发热量和温度确定的线形函数。接着，对式 (4 )的正确性、即图9的热模型的正确性进行说明。
图IO是示出将图9的热模型应用于交流电机M1的结果的图。 参照图IO，图表示出以磁体的温度Tm为目标变量，以磁体的发热量 Qm、转子芯的发热量Qr、定子的发热量Qs、定子的温度Ts以及油温Ta 为说明变量，进行了 N-36的多元回归分析后的结果。温度是实测值，发 热量是计算值。其结果，得到在交流电机M1中磁体的发热Qm和油温Ta之间高度相关。
在图IO的图表中，横轴表示由回归方程式得到的磁体温度的推定值， 纵轴表示磁体温度的实测值。上述的多元回归分析的结果、贡献率(R2) 为0.9059。
贡献率是表示实测值与推定值的一致的程度的值，为从0到1的范围 的值。贡献率越接近l，推定值与实测值的差越小。如图10所示，表示推
定值与实测值的关系的多个点分布在表示推定值与实测值相等的直线的附 近。
图ll是表示将图9的热模型应用于交流电机M2的结果的图。
参照图ll，图表示出将磁体的温度Tm作为目标变量，将磁体的发热 量Qm、转子芯的发热量Qr、定子的发热量Qs、定子的温度Ts、油温Ta 作为说明变量，进行N-36的多元回归分析后的结果。与交流电机M1的 情况同样地，温度为实测值，发热量为计算值。其结果，得到了在交流电 机M2中磁体的发热Qm与定子的温度Ts之间高度相关。
在图ll的图表中，横轴表示由回归方程式得到的磁体温度的推定值， 纵轴表示磁体温度的实测值。上述的多元回归分析的结果、贡献率(R2) 为0.9699。与图10同样地，在图11的图表中，表示推定值与实测值的关 系的多个点也分布在表示推定值与实测值相等的直线的附近。
从图10导出在交流电机M1中磁体温度与油温的相关程度较高。由图 11导出在交流电机M2中磁体温度与定子的温度的相关程度较高。关于得 到这样的结果的理由，进行如下那样的考虑。
在图6中，油70的温度为交流电机M1、 M2的氛围环境温度。因此， 在交流电机的动作点保持不变地继续使用交流电机的情况下，认为氛围环 境温度与永磁体的温度大致相等。因此，认为交流电机M1的温度与油温 存在相关关系。
但是，交流电4几M2的轴长比交流电机M1的轴长长。因此，交流电 机M2的定子(定子芯40.2和定子线圏46.2)较多地接受从转子发出的热 (受热面积变大)。而油70的温度反映交流电才几M1、 M2的平均温度。因此，认为相比于油70的温度，定子线圈46.2的温度更接近永磁体54.2 的温度。
在本实施方式中，图7的温度推定部302存储使交流电机M1的动作 状态和磁体温度具有对应关系的映射，参照该映射推定交流电机M1的转 子所包括的永磁体的温度。
图12是表示图7的温度推定部302存储的映射的图。
参照图12，映射MP1 MP4的每一个是确定石兹体温度与、由交流电 机M1的转矩和转速确定的交流电机M1的动作点的对应关系的映射。油 温(温度Ta )的条件在映射MP1 ~ MP4间彼此不同。
温度推定部302存储按各油温(温度Ta )不同的多个映射(映射MP1 、 MP2、 MP3、 MP4等)。映射的数量并未被特别限定，但映射的数量越多， 越能更高精度地推定交流电机M1的转子所包括的永磁体的温度。
温度推定部302从温度传感器72接收温度Ta,从多个映射中选择与 温度Ta对应的映射。接着，温度推定部302参照该映射，根据由转矩指 令值TR1和电机转速MRN1确定的映射上的动作点，算出磁体温度。图 12中示出110°C、 150。C以及190。C作为由映射确定的f兹体温度的例子。
另 一方面，由温度推定部302进行的交流电机M2的磁体温度的推定 方法如下所述。温度推定部302存储预先求得的、定子温度与磁体温度的 相关式。并且，温度推定部302根据由温度传感器74得到的定子的温度 Ts和该相关式，推定交流电机M2的磁体温度。 [交流电机的控制方法]
图13是表示本实施方式中的交流电机M1的控制处理的流程图。 参照图13和图1，当处理开始时，控制装置30设定交流电机M1(M2)
的转子所包括的永磁体的初始温度(步骤Sl)。步骤Sl的处理例如在对
混合动力车驱动装置100发出了起动指示时被执行。交流电机Ml的永磁
体的初始温度被设定为温度Ta (油温)。
在步骤S2中，控制装置30(更具体而言，图6所示的温度推定部302 )
取得温度Ta、转矩指令值TR1以及电机转速MRN1。控制装置30从多个映射中选择与温度Ta对应的映射。如上所述，控制装置30根据该映射、 转矩指令值TR1、电机转速MRN1，推定交流电机M1的转子所包括的永 磁体的磁体温度Tmgl。
步骤S3中，控制装置30判定磁体温度Tmgl是否为预定的温度Tl 以上。在磁体温度Tmgl为温度T1以上的情况下(步骤S3中为"是")， 处理进入步骤S4。而在磁体温度Tmgl小于温度Tl的情况下(步骤S3 中为"否")，处理返回步骤S2。
当i兹体温度Tmgl变为温度Tl以上时，控制装置30执行限制交流电 机M1的转矩的处理(负荷率限制处理)(步骤S4)。具体而言，控制装 置30限制流向交流电机M1的电流、即变换器14的输出电流。当步骤S4 的处理结束时，处理返回至步骤S2。
图14是说明对交流电机M1的负荷率限制处理的图。
在图14中，图表的横轴表示磁体推定温度(磁体温度Tmgl)，图表 的纵轴表示交流电机M1的转矩限制值。当磁体温度超过T1时，控制装 置30使转矩限制值减少。当磁体温度变为T2以上时，控制装置30将转 矩限制值例如设定为0。控制装置30控制变换器14的输出电流，使得交 流电机M1的输出转矩不超过转矩限制值。由此，当磁体温度Tmgl超过 Tl时，限制交流电机M1的转矩。
图15是表示本实施方式中的交流电机M2的控制处理的流程图。
参照图15和图1，当处理开始时，控制装置30设定交流电机M2的 转子所包括的永磁体的初始温度(步骤S1A)。交流电机M2的永磁体的 初始温度被设定为温度Ts (定子线圈的温度)。
在步骤S2A中，控制装置30 (更具体而言，图6所示的温度推定部 302 )将温度Ts代入预先存储的相关式，推定交流电机M2的转子所包括 的永J兹体的》兹体温度Tmg2。
在步骤S3A中，控制装置30判定磁体温度Tmg2是否为预定的温度 T1A以上。在磁体温度Tmg2为温度T1A以上的情况下(在步骤S3A中 为"是")，处理进入步骤S4A。而在磁体温度Tmg2小于温度T1A的情
21况下(在步骤S3A中为"否")，处理返回至步骤S2A。
当磁体温度Tmg2变为温度T1A以上时，控制装置30执行限制交流 电机M2的转矩的处理(负荷率限制处理)(步骤S4A)。控制装置30限 制流向交流电机M2的电流、即变换器的31的输出电流。当步骤S4A的 处理结束时，处理返回至步骤S2A。
图16是说明对交流电机M2的负荷率限制处理的图。
在图16中，图表的横轴表示磁体推定温度(磁体温度Tmg2)，图表 的纵轴表示交流电机M2的转矩限制值。当磁体温度超过T1A时，控制装 置30使转矩限制值减少。当磁体温度变为T2A以上时，控制装置30将转 矩限制值例如设定为0。控制装置30控制变换器14的输出电流，使得交 流电机M2的输出转矩不超过转矩限制值。由此，当磁体温度Tmg2超过 T1A时，限制交流电机M2的转矩。
在限制了输出转矩的状态下使交流电机M1 (M2)动作，由此能够使 永f兹体的温度下降。因此，能够防止永磁体的退磁。
这样，在本实施方式中，交流电机M1、 M2是彼此构造不同的(轴长 不同)的电机。控制装置30推定磁体温度Tmgl、 Tmg2，根据磁体温度 Tmgl、 Tmg2控制IPM35 (变换器14、 31)。控制装置30使用第一参数 (交流电机M1、 M2的冷却油的温度)推定磁体温度Tmgl。控制装置30 根据第二参数(定子线圏46.2的温度)推定磁体温度Tmg2。基于交流电 机M1、 M2的构造的不同，从与交流电机M1、 M2的状态有关的多个参 数中选择适当的参数，由此能够更正确地推定磁体温度。
另外，根据本实施方式，对与车辆的发动机联结的旋转电机和、与车 辆的驱动轮联结的旋转电机，能够防止永磁体的退磁的同时进行驱动控制。
另外，根据本实施方式的车辆，能够防止永磁体的退磁，并且使构造 不同的多个旋转电机驱动。
本实施方式中的控制装置30内的转换器控制部301、温度推定部302 以及变换器控制部303可以由具有与各功能框相当的功能的回路构成，也 可以通过控制部按照预先设定的程序执行处理来实现。在后者的情况下，上述的控制装置30的控制由CPU ( Central Processing Unit:中央处理单 元)进行，CPU从ROM ( Read only Memory:只读存储器)读出用于执 行上述功能框和流程图所示的处理的程序，执行其读出的程序，按照上述 功能框和流程图执行处理。因此，ROM相当于存储有用于执行上述功能 框和流程图所示的处理的程序的计算机(CPU)可读取的存储介质。
另外，与交流电机的状态有关的多个参数并未限定于图9的热模型中 使用的参数，例如也可以包括交流电机的转速等其他参数。
应该认为，本次公开的实施方式，在所有方面都只是例示而并非限制 性的内容。本发明的范围并不是由上述的说明而是由权利要求所表示，包 括与权利要求同等的含义和范围内的所有变更。
权利要求
1.一种旋转电机的驱动控制装置，其驱动控制具备第一转子(50.1)的第一旋转电机(M1)和具有与所述第一旋转电机(M1)不同的结构、且具备第二转子(50.2)的第二旋转电机(M2)，所述第一转子(50.1)包括第一永磁体(54.1)，所述第二转子(50.2)包括第二永磁体(54.2)，该驱动控制装置具备驱动部(35)，其驱动所述第一旋转电机和第二旋转电机(M1、M2)；和控制部(30)，其推定所述第一永磁体(54.1)的温度(Tmg1)和所述第二永磁体(54.2)的温度(Tmg2)，并且根据其推定结果控制所述驱动部(35)，所述控制部(30)包括温度推定部(302)，该温度推定部(302)根据所述第一旋转电机和第二旋转电机(M1、M2)的结构的不同，从与所述第一旋转电机和第二旋转电机(M1、M2)的状态有关的多个参数中选择分别与所述第一旋转电机和第二旋转电机(M1、M2)对应的第一参数和第二参数，并且使用所述第一参数和第二参数，分别推定所述第一永磁体(54.1)的温度(Tmg1)和所述第二永磁体(54.2)的温度(Tmg2)。
2. 根据权利要求l所述的旋转电机的驱动控制装置，其中， 所述第二旋转电机(M2)的旋转轴方向的长度比所述第一旋转电机(Ml)的旋转轴方向的长度长。
3. 根据权利要求2所述的旋转电机的驱动控制装置，其中， 所述第一旋转电机(Ml)还包括设置在所述第一转子(50.1)的周围的第一定子(40.1)，所述第二旋转电机(M2)还包括设置在所述第二转子(50.2)的周围 的第二定子(40.2)，所述第一转子和第二转子(50.1、 50.2)与所述第一定子和第二定子 (40.1、 40.2)由冷却介质(70)来冷却，所述第一参数是所述冷却介质(70)的温度， 所述第二参数是所述第二定子(40.2)的温度。
4. 根据权利要求3所述的旋转电机的驱动控制装置，其中， 所述冷却介质(70)是冷却油。
5. 根椐权利要求l所述的旋转电机的驱动控制装置，其中， 所述驱动部(35)包括分别驱动所述第一旋转电机和第二旋转电机(Ml、 M2)的第一变换器和第二变换器(14、 31),所述控制部(30 )还包括变换器控制部(303 )，该变换器控制部(303 ) 在所述第一永磁体(54.1)的温度(Tmgl)为第一阈值温度(Tl)以上的 情况下，限制所述笫一变换器(14)的输出电流，在所述第二永磁体(54.2) 的温度(Tmg2)为第二阈值温度(T1A)以上的情况下，限制所述第二变 换器(31)的输出电流。
6. 根据权利要求l所述的旋转电机的驱动控制装置，其中， 所述第一旋转电机和第二旋转电机(Ml、 M2 )搭载于具备内燃机(60 )和驱动轮(230)的车辆(100)，所述笫一旋转电机(Ml)连结于所述内燃机(60), 所述第二旋转电机(M2)连结于所述驱动轮(230)。
7. —种车辆，具备第一旋转电机(Ml),其包括具有第一永磁体(54.1 )的第一转子(50.1); 第二旋转电机(M2)，其具有与所述第一旋转电机(Ml)不同的结 构，并且包括具有笫二永》兹体(54.2)的第二转子(50.2);驱动部(35 )，其驱动所述第一旋转电机和第二4t转电机(Ml、 M2 );以及控制部(30)，其推定所述第一永磁体(54.1)的温度(Tmgl)和所 述第二永磁体(54.2)的温度(Tmg2)，并且根据其推定结果控制所述驱 动部(35 ),所述控制部(30)包括温度推定部(302),该温度推定部(302)根 据所述第一旋转电机和第二旋转电机(Ml、 M2)的结构的不同，从与所述第一旋转电机和第二旋转电机(Ml、 M2)的状态有关的多个参数中选 择分别与所述第一旋转电机和第二旋转电机(Ml、 M2)对应的第一参数 和第二参数，并且使用所述第一参数和第二参数，分别推定所述第一永磁 体(54.1)的温度(Tmgl)和所述第二永磁体(54.2)的温度(Tmg2 )。
8. 根据权利要求7所述的车辆，其中，所述第二旋转电机(M2)的旋转轴方向的长度比所述第一旋转电机 (Ml)的旋转轴方向的长度长。
9. 根据权利要求8所述的车辆，其中，所述第一旋转电机(Ml)还包括设置在所述第一转子(50.1)的周围 的第一定子(40.1)，所述第二旋转电机(M2)还包括设置在所述第二转子(50.2)的周围 的第二定子(40.2),所述第一转子和第二转子(50.1、 50.2)与所述第一定子和第二定子 (40.1、 40.2)由冷却介质(70)来冷却，所述第一参数是所述冷却介质(70)的温度，所述第二参数是所述第二定子(40.2)的温度。
10. 根据权利要求9所述的车辆，其中， 所述冷却介质(70)是冷却油。
11. 根据权利要求7所述的车辆，其中，所述驱动部(35)包括分别驱动所述第一旋转电机和第二旋转电机 (Ml、 M2)的第一变换器和第二变换器(14、 31)，所述控制部(30 )还包括变换器控制部(303 )，该变换器控制部(303 ) 在所述第一永磁体(54.1)的温度(Tmgl)为笫一阈值温度(Tl)以上的 情况下，限制所述第一变换器(14)的输出电流，在所述第二永磁体(54.2) 的温度(Tmg2)为第二阈值温度(T1A)以上的情况下，限制所述第二变 换器(31)的输出电流。
12. 根据权利要求7所述的车辆，其中， 所述车辆还具备与所述第一旋转电机(Ml)连结的内燃机(60);和 与所述第二旋转电机(M2)连结的驱动轮(230)。
全文摘要
包括彼此构造不同的第一电机、第二电机以及控制装置，所述控制装置推定所述第一电机的第一磁体温度和所述第二电机的第二磁体温度，根据所述第一磁体温度和所述第二磁体温度控制驱动部，所述控制装置使用第一参数(第一电机、第二电机的冷却油的温度)推定第一磁体温度，使用第二电机的定子的温度推定第二磁体温度。基于第一电机和第二电机的构造的不同，从与第一电机和第二电机的状态有关的多个参数中选择适当的参数，由此能够更正确地推定第一磁体温度和第二磁体温度。
文档编号H02P6/16GK101617465SQ20088000563
公开日2009年12月30日 申请日期2008年2月12日 优先权日2007年2月21日
发明者三浦彻也, 高崎哲 申请人:丰田自动车株式会社