(57)【要約】【課題】車両駆動モータを制御する装置において、車両駆動モータの状態および車両駆動モータが配置された環境に応じた制御を行うことを目的とする。【解決手段】コントロールユニット１６は、運転操作指令、モータ２２の回転速度等に基づいて、目標とするトルク指令値を求める。そして、トルク制御マップを参照し、その回転速度およびトルク指令値の条件において、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超えるか否かを判定する。コントロールユニット１６は、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤ以下であるときは、そのトルク指令値に基づいて昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を制御する。一方、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超えるときは、コントロールユニット１６は、トルク制御マップを参照し、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤ以下となるよう、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の制御によって界磁巻線に流れる電流を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動モータと、
前記車両駆動モータを制御する制御部と、
を備える車両駆動モータ制御装置において、
前記制御部は、
前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて前記車両駆動モータを制御することを特徴とする車両駆動モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両駆動モータ制御装置において、
前記制御部は、
前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて、前記車両駆動モータの界磁巻線電流およびトルクの少なくともいずれかに対する条件を決定する制御条件決定手段を備えることを特徴とする車両駆動モータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両駆動モータ制御装置において、
前記制御条件決定手段は、
前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて、前記車両駆動モータが備える界磁巻線の許容分担電圧を決定する許容分担電圧決定手段を備え、
決定された許容分担電圧に基づいて、前記車両駆動モータの界磁巻線電流およびトルクの少なくともいずれかに対する条件を決定することを特徴とする車両駆動モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動モータの状態およびその環境に応じて、車両駆動モータを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動力によって走行するハイブリッド自動車、電気自動車等が広く用いられている。このようなモータ駆動車両は、電池の出力電圧を調整する昇圧コンバータ、および昇圧コンバータの出力電圧を交流電圧に変換し、モータに出力するインバータを備える。モータ駆動車両に搭載されたコントロールユニットは、昇圧コンバータの出力電圧の調整、およびインバータの出力電圧のスイッチング制御により、モータの出力トルクを調整し走行制御を行う。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８８１７０
【特許文献２】特開２００１−１６９５８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータは、回転子にトルクを発生させるための界磁巻線を備える。界磁巻線はインバータから出力された電力に基づく磁界を発生する。回転子は、界磁巻線から発せられた磁界によってトルクを発生し回転する。
【０００５】
界磁巻線は、導線をモータの突起部に巻き付けることで構成される。そのため、同一電流が流れる巻線導体が近接することがある。界磁巻線には、電流が流れることにより電圧降下が発生するため、近接する巻線導体間には電位差が生じる。しかし、界磁巻線の表面は絶縁体で覆われているため、近接する巻線導体間に電位差が生じたとしても、絶縁許容電圧の範囲内であれば絶縁が確保される。
【０００６】
そこで、コントロールユニットは、モータの巻線導体間の電位差が絶縁許容電圧を超えないようモータを制御する。しかし、絶縁許容電圧は、界磁巻線の温度、界磁巻線を取り巻く環境によって変化するため、適切な制御を行うことが困難となることがある。
【０００７】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両駆動モータを制御する装置において、車両駆動モータの状態および車両駆動モータが配置された環境に応じた制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両駆動モータと、前記車両駆動モータを制御する制御部と、を備える車両駆動モータ制御装置において、前記制御部は、前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて前記車両駆動モータを制御することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る車両駆動モータ制御装置においては、前記制御部は、前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて、前記車両駆動モータの界磁巻線電流およびトルクの少なくともいずれかに対する条件を決定する制御条件決定手段を備えることが好適である。
【００１０】
また、本発明に係る車両駆動モータ制御装置においては、前記制御条件決定手段は、前記車両駆動モータの温度と、前記車両駆動モータが配置される空間における気圧と、に基づいて、前記車両駆動モータが備える界磁巻線の許容分担電圧を決定する許容分担電圧決定手段を備え、決定された許容分担電圧に基づいて、前記車両駆動モータの界磁巻線電流およびトルクの少なくともいずれかに対する条件を決定することが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両駆動モータを制御する装置において、車両駆動モータの状態および車両駆動モータが配置された環境に応じた制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に本発明の実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す。車両駆動システムは、ユーザの運転操作に基づいて、電池１０からモータ２２に供給される電力を調整し、走行制御を行う。
【００１３】
運転操作部２８は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ギアチェンジレバー等を備え、運転操作に応じた運転操作指令をコントロールユニット１６に出力する。コントロールユニット１６は、運転操作指令に基づいて昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を制御する。
【００１４】
昇圧コンバータ１２は、コントロールユニット１６の制御に基づいて、電池１０の出力電圧を調整しインバータ１４に出力する。インバータ１４は、コントロールユニット１６の制御に基づいて、昇圧コンバータ１２から出力された直流電圧を３相交流電圧に変換しモータ２２に出力する。モータ２２は、昇圧コンバータ１２から出力された３相交流電圧に基づいて回転し車両を駆動する。
【００１５】
モータ２２の詳細な構成について説明する。モータ２２は、入力端子２０−１〜２０−３および界磁巻線２４−１〜２４−３を備える。界磁巻線２４−１〜２４−３の一端は、それぞれ、入力端子２０−１〜２０−３に接続される。界磁巻線２４−１〜２４−３の他端は共通に接続される。入力端子２０−１〜２０−３は、それぞれ、インバータ１４の交流出力端子１８−１〜１８−３に接続される。
【００１６】
インバータ１４は、モータ２２の入力端子２０−１〜２０−３に３相交流電圧を出力する。これによって、界磁巻線２４−１〜２４−３には互いに位相の異なる電流が流れ、界磁巻線２４−１〜２４−３は、モータ２２内部に回転磁界を発生する。回転子２６は、界磁巻線２４−１〜２４−３から発せられた回転磁界に基づいてトルクを発生し、モータシャフトを介して車輪にトルクを与え車両を駆動する。
【００１７】
各界磁巻線は、導線をモータ２２の突起部に巻き付けることで構成される。そのため、同一の電流が流れる同一の相に属する巻線導体が近接することがある。また、各界磁巻線には、電流が流れることによって電圧降下が生じる。界磁巻線に電圧降下が生じることにより、近接する巻線導体間には分担電圧ＤＶと称される電位差が生じる。
【００１８】
界磁巻線の表面は、アミドイミド等の絶縁体で覆われる。そのため、近接する巻線導体間に分担電圧ＤＶが生じたとしても、分担電圧ＤＶが絶縁許容電圧以下のときには絶縁が確保される。しかし、分担電圧ＤＶが絶縁許容電圧を超えると界磁巻線の表面を覆う絶縁体の絶縁性能が低下し、モータ２２の寿命が短くなることがある。
【００１９】
表面が絶縁体で覆われた界磁巻線の絶縁許容電圧は、界磁巻線の温度、界磁巻線を取り巻く空気の気圧等によって変化する。そこで、本実施形態に係る車両駆動システムにおいては、モータ２２の温度、およびモータ２２の置かれた環境に応じて次に説明するような制御を行う。
【００２０】
車両駆動システムは、許容電圧マップ記憶部３０に記憶された絶縁許容電圧を求めるためのマップ、およびトルク制御マップ記憶部３２に記憶されたトルク制御値を求めるためのマップに基づく制御を行う。
【００２１】
許容電圧マップ記憶部３０は、気圧Ｐをパラメータとし、モータ温度と絶縁許容電圧とを対応づけた許容電圧マップを記憶する。図２に許容電圧マップの例を示す。横軸はモータ温度を示し、縦軸は絶縁許容電圧を示す。絶縁許容電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ４は、それぞれ、気圧をＰ１〜Ｐ４とした場合における特性である。ここでは、気圧の大きさに、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係があるものする。図２では、４つの気圧値に対して絶縁許容電圧特性を示しているが、より多くの気圧値に対して絶縁許容電圧特性を取得し記憶させておくことで、より綿密な制御を行うことができる。
【００２２】
モータ２２の筐体に取り付けられた温度センサ３６はモータ２２の温度を測定し、モータ測定温度をコントロールユニット１６に出力する。気圧センサ３４は、車両においてモータ２２が配置されている空間の気圧を測定し、測定気圧をコントロールユニット１６に出力する。
【００２３】
コントロールユニット１６は、温度センサ３６からモータ測定温度を取得し、気圧センサ３４から測定気圧を取得する。そして、許容電圧マップを参照し、モータ測定温度および測定気圧に対応する絶縁許容電圧を許容電圧ＰＤとして取得する。
【００２４】
トルク制御マップ記憶部３２は、分担電圧ＤＶまたは界磁巻線電流Ｉをパラメータとしモータ２２の回転速度とトルクとを対応付けたトルク制御マップを記憶する。図３にトルク制御マップの例を示す。横軸はモータ２２の回転速度を示し縦軸はトルクを示す。トルク制御特性ＴＬ１〜ＴＬ４は、それぞれ、界磁巻線電流ＩをＩ１〜Ｉ４に一定に制御する場合における特性である。ここで、界磁巻線電流Ｉ１〜Ｉ４の大きさには、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３＜Ｉ４の関係があるものとする。
【００２５】
トルク制御特性ＴＬ１よりトルクが小さい領域では、分担電圧ＤＶはＶ１〜Ｖ２となる。トルク制御特性ＴＬ１およびＴＬ２に挟まれた領域では、分担電圧ＤＶはＶ３〜Ｖ４となる。トルク制御特性ＴＬ２およびＴＬ３に挟まれた領域では、分担電圧ＤＶはＶ５〜Ｖ６となる。トルク制御特性ＴＬ４およびＴＬ５に挟まれた領域では、分担電圧ＤＶはＶ７〜Ｖ８となる。図３には、４つの界磁巻線電流値に対してトルク制御特性を示しているが、より多くの界磁巻線電流値に対してトルク制御特性を取得し記憶させておくことで、より綿密な制御を行うことができる。
【００２６】
コントロールユニット１６は、トルク制御マップを参照し、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超える領域が回避されるよう、例えば、次のようにモータ２２を制御する。
【００２７】
コントロールユニット１６は、運転操作部２８から出力される運転操作指令、レゾルバ３８から出力されるモータ２２の回転速度等に基づいて、目標とするトルク指令値を求める。そして、トルク制御マップを参照し、その回転速度およびトルク指令値の条件において、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超えるか否かを判定する。コントロールユニット１６は、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤ以下であるときは、そのトルク指令値に基づいて昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を制御する。
【００２８】
一方、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超えるときは、コントロールユニット１６は、トルク制御マップを参照し、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤ以下となるよう、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の制御によって界磁巻線に流れる電流を調整する。
【００２９】
このような制御によれば、モータ２２の温度およびモータ２２が配置された空間の気圧に応じて許容電圧ＰＤを求め、分担電圧ＤＶが許容電圧ＰＤを超えないようモータ２２を制御することができる。
【００３０】
上記のように、絶縁許容電圧は、界磁巻線の温度、界磁巻線を取り巻く空気の気圧等によって変化する。したがって、このような変化要因を考慮せず絶縁許容電圧を一定と仮定して制御を行った場合には、実際の絶縁許容電圧が減少したときには、分担電圧ＤＶが絶縁許容電圧を超え、モータ２２の寿命が短くなるという問題を生じる。さらに、実際の絶縁許容電圧が増加したときには、トルクを制限する必要がないにも関わらずトルクを制限してしまい、運転操作の快適性が損われるという問題が生じる。
【００３１】
本実施形態によれば、モータ２２の温度、およびモータ２２が配置された空間の気圧に応じてトルク制御を行うことにより、界磁巻線の温度、界磁巻線を取り巻く空気の気圧等に応じた制御を行うことができる。これによって、分担電圧が絶縁許容電圧を超え、モータ２２の寿命が短くなるという問題、トルクを過剰に制限してしまうという問題を回避することができる。
【００３２】
なお、許容電圧マップおよびトルク制御マップは、シミュレーション、実験等によって求めることができる。図４は許容電圧マップの具体例を示す。図４の横軸はモータ温度を示し、縦軸は絶縁許容電圧を示す。図４の三角形、白丸、黒丸、および四角形でプロットした印は、それぞれ、気圧が、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４であるときの実験値を示す。絶縁許容電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ４は、それぞれ、気圧が、Ｐ１〜Ｐ４であるときの実験値を指数関数を以て近似したものである。図４の許容電圧マップは、例えば、標高が異なる複数の地点で絶縁許容電圧を測定し、標高０ｍの地点での気圧を基準として、各地点の標高を気圧に換算することで求めることができる。
【００３３】
また、図５はトルク制御マップの具体例を示す。図５の横軸は回転速度を示し、縦軸はトルクを示す。トルク制御特性ＴＬ１〜ＴＬ５は、それぞれ、界磁巻線電流ＩをＩ１〜Ｉ５に一定に制御する場合における特性である。ここで、Ｉ１＝２０［Ａ］、Ｉ２＝５０［Ａ］、Ｉ３＝１００［Ａ］、Ｉ４＝１５０［Ａ］Ｉ５＝２００［Ａ］である。トルク制御特性ＴＬ１よりトルクが小さい領域では、分担電圧ＤＶは５２０Ｖ〜５９４Ｖとなる。トルク制御特性ＴＬ１およびＴＬ２に挟まれた領域では、分担電圧ＤＶは５５４Ｖ〜５９４Ｖとなる。トルク制御特性ＴＬ２およびＴＬ３に挟まれた領域では、許容電圧ＤＶは５５４Ｖ〜５５６Ｖとなる。トルク制御特性ＴＬ３およびＴＬ４に挟まれた領域では、許容電圧ＤＶは５４１Ｖ〜５５６Ｖとなる。トルク制御特性ＴＬ４およびＴＬ５に挟まれた領域では、許容電圧ＤＶは５２４Ｖ〜５４１Ｖとなる。
【００３４】
上記では、許容電圧マップ記憶部３０に記憶された許容電圧マップを用いる構成について説明した。このような構成の代わりに、絶縁許容電圧演算器を設けた構成としてもよい。絶縁許容電圧演算器には、モータ温度および気圧を与えることで、絶縁許容電圧が求められる関数がプログラムされる。絶縁許容電圧演算器は、コントロールユニット１６からモータ測定温度および測定気圧が与えられることにより、対応する絶縁許容電圧を求めコントロールユニット１６に出力する。
【００３５】
また、上記では、トルク制御マップ記憶部３２に記憶されたトルク制御マップを用いる構成について説明した。このような構成の代わりに、トルク制御演算器を設けた構成としてもよい。トルク制御演算器には、トルクおよび回転速度を与えたときに界磁巻線電流および分担電圧が求められる関数がプログラムされる。トルク制御演算器は、コントロールユニット１６からトルクおよび回転速度が与えられたときに、これらの値に対応する界磁巻線電流および分担電圧を求め、コントロールユニット１６に出力する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。
【図２】許容電圧マップを示す図である。
【図３】トルク制御マップを示す図である。
【図４】許容電圧マップの具体例を示す図である。
【図５】トルク制御マップの具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電池、１２  昇圧コンバータ、１４  インバータ、１６  コントロールユニット、１８−１〜１８−３  交流出力端子、２０−１〜２０−３  入力端子、２２  モータ、２４−１〜２４−３  界磁巻線、２６  回転子、２８  運転操作部、３０  許容電圧マップ記憶部、３２  トルク制御マップ記憶部、３４  気圧センサ、３６  温度センサ、３８  レゾルバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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