(57)【要約】【課題】車両用動力装置の誘導電動機のロック状態を解消する技術を提供する。【解決手段】ロック検出部３２が、誘導電動機の１相に所定時間以上電流が流れ続けるロック状態を検出する。ロック解消すべり周波数算出部４０が、電気周波数がロック範囲外となるロック解消すべり周波数を取得する。ロック状態が検出されると、電動機制御部４２が、すべり周波数がロック解消すべり周波数となるよう誘導電動機の制御を行う。例えば、予め記憶されているすべり周波数とトルクの関係を示す対応表データ３８を参照してロック解消すべり周波数に対応するトルク値を取得し、このトルク値をトルク指令として誘導電動機の制御を行う。【選択図】図２
2014233173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機を備えた車両用動力装置の制御装置であって、
誘導電動機のロック状態を検出するロック検出手段と、
電気周波数がロック範囲外となるロック解消すべり周波数を取得するロック解消すべり周波数取得手段と、
ロック状態が検出されると、すべり周波数がロック解消すべり周波数となるよう誘導電動機の制御を行う電動機制御手段と、
を有する、車両用動力装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用動力装置の制御装置であって、ロック解消すべり周波数は、電気周波数がロック範囲の境界の周波数となるすべり周波数である、車両用動力装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用動力装置の制御装置であって、
電動機制御手段は、あらかじめ記憶されているすべり周波数と誘導電動機のトルクとの関係に基づき、ロック解消すべり周波数に対応したトルク値を取得し、このトルク値に基づき誘導電動機の制御を行う、
車両用動力装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用の原動機として誘導電動機を備えた車両用動力装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用の原動機として電動機を備えた車両用動力装置が知られている。例えば、原動機として電動機と内燃機関を備えたハイブリッド車両用の動力装置、また電動機のみを備えた電気車両の動力装置が知られている。
【０００３】
車両がほとんど動かない状態で、電動機に駆動のための電力を供給すると、電動機の１相に電流が流れ続ける状態が発生する。この１相に電流が集中した状態をロック状態と記す。ロック状態になると、電流が集中した相に電流を供給する回路に発熱が集中し、当該回路が過熱する場合がある。この過熱を防止する技術が、例えば下記特許文献に記載されている。
【０００４】
下記特許文献１には、登坂路にて運転者がアクセルコントロールによって車両を停止させる状態が長く続いたとき、電動機の駆動力を低下させることによって、ロック状態による過熱防止することが記載されている（段落０００２参照）。また、駆動力を低下させる程度を路面勾配、駆動力要求、電動機の状態等により変更することも記載されている（段落０００５参照）。
【０００５】
また、下記特許文献２には、電動機のロック状態による回路の発熱が許容範囲内となるトルクを上限として電動機の制御を行う技術が記載されている（段落００２６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２９９８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動機がロック状態となったとき、上記各引用文献では、駆動力、トルクまたは電流を低下させることにより、回路の過熱を防止している。つまり、ロック状態において、電動機に供給する電流値を低くすることで回路の発熱を抑え、過熱を防止している。誘導電動機においては、電動機のロータの回転速度と、電動機が形成する回転磁界の回転速度の間に差（すべり）があり、このすべりを調整することで、ロック状態を解消できる可能性がある。
【０００８】
本発明は、相電流の減少による発熱の抑制以外の手法で、電動機に電力を供給する回路の保護を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
誘導電動機において、回転磁界の回転速度とロータの回転速度は次の関係を有する。
(回転磁界の回転速度)＝(ロータの回転速度)＋(すべり)
回転磁界の回転速度は、相電流の周波数（以下、電気周波数と記す。）を（極数/2）で除したものであるから、電気周波数とロータの回転速度は次の関係を有する。
(電気周波数(Hz))＝(ロータの回転速度(rps))×(極数/2)＋(すべり)×(極数/2)
以下においては、右辺第１項を機械周波数、第２項をすべり周波数と記す。書き直すと次式になる。
(電気周波数)＝(機械周波数)＋(すべり周波数）
【００１０】
本発明に係る誘導電動機を備えた車両用動力装置の制御装置は、誘導電動機のすべりを利用して電動機のロック状態の解消を図るものである。誘導電動機においては、機械周波数が一定値のときに、すべり周波数を変化させることで電気周波数を変化させることができる。つまり、電気周波数を変化させることで電動機のロック状態を解消することができる。
【００１１】
具体的には、本発明に係る車両用動力装置の制御装置は、誘導電動機のロック状態を検出するロック検出手段と、電気周波数がロック範囲外となるロック解消すべり周波数を取得するロック解消すべり周波数取得手段と、ロック状態が検出されると、ロック解消すべり周波数で運転されるよう誘導電動機の制御を行う電動機制御手段とを有する。
【００１２】
ロック解消すべり周波数は、電気周波数がロック範囲の境界の周波数となるすべり周波数とすることができる。
【００１３】
電動機制御手段は、あらかじめ記憶されているすべり周波数と誘導電動機のトルクとの関係に基づき、ロック解消すべり周波数に対応したトルク値を取得し、このトルク値に基づき誘導電動機の制御を行うものとできる。
【発明の効果】
【００１４】
すべり周波数を変更することによって、電動機のロック状態を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】制御装置の要部を示すブロック図である。
【図３】ロック判定のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ロック状態における制御を示すフローチャートである。
【図５】登坂路における発進の様子を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。本明細書においては、誘導電動機を備えた動力装置の例として、後輪駆動用の誘導電動機を備えた４輪駆動ハイブリッド車両の動力装置を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は、ハイブリッド車両１０の概略構成を示す図である。ハイブリッド車両１０の動力装置１２は、前輪１４を駆動する前動力装置１２Ａと、後輪１６を駆動する後動力装置１２Ｂを有する。前動力装置１２Ａは、内燃機関１８と同期電動機２０を組み合わせた動力装置である。同期電動機２０は、２機備えられてもよい。状況に応じて、内燃機関１８と同期電動機２０がそれぞれ単独で車両を駆動することができ、また内燃機関１８と同期電動機２０の双方によって車両を駆動することもできる。同期電動機２０は、内燃機関１８または車両の慣性により駆動されて発電機として機能することができる。後動力装置１２Ｂは、１機の誘導電動機２２を含み、この誘導電動機２２によって、左右の後輪１６を駆動する。誘導電動機２２のロータと後輪１６は、一定の関係をもって回転するよう接続されている。また、後動力装置１２Ｂは、左右の後輪１６をそれぞれ別個に駆動する２機の誘導電動機を含む動力装置であってよい。また、前動力装置１２Ａと後動力装置１２Ｂを入れ替えた構成、すなわち、後輪を内燃機関と同期電動機により駆動し、前輪を誘導電動機で駆動する構成としてもよい。
【００１８】
ハイブリッド車両１０は、動力装置１２を制御する制御装置２４を更に有する。制御装置２４は、アクセルペダルやブレーキペダルなどの操作子の操作量から運転者の要求を取得し、また車両１０の速度、内燃機関１８や電動機２０，２２の回転速度等の車両の走行状況を取得し、これらの情報に基づき動力装置１２の制御を行う。制御装置２４は、スロットルバルブの開度、燃料噴射量、噴射時期、点火時期等を制御して、内燃機関１８の制御を行う。また、制御装置２４は、第１インバータ２６を制御して、同期電動機２０の制御を行う。第１インバータ２６は、バッテリ２８からの直流電力を、制御装置２４からの指令に応じた電流値および周波数の三相交流電力に変換して同期電動機２０に供給する。さらに、制御装置２４は、第２インバータ３０を制御して、誘導電動機２２の制御を行う。第２インバータ３０は、バッテリ２８からの直流電力を、制御装置２４からの指令に応じた電流値および周波数の三相交流電力に変換して誘導電動機２２に供給する。
【００１９】
ハイブリッド車両１０が坂道発進をするとき、運転者はブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えを行う。踏み替えの間に駆動力が低下し、車両が坂道を下る場合がある。誘導電動機２２には、すべりがあるため、車両が極低速で動いているときに電気周波数が０となるロック状態となる場合がある。同期電動機では機械周波数と電気周波数は固定された関係にあるが、誘導電動機ではすべりがあるため、機械周波数に対して、電気周波数をある程度変更することができる。この実施形態では、これを利用して誘導電動機のロック状態を解消する。
【００２０】
図２は、制御装置２４の要部構成、すなわち誘導電動機２２のロック解消に係る構成を示すブロック図である。各ブロックは、制御装置２４の機能を表す。ロック検出部３２は、誘導電動機１２Ｂがロック状態となったことを検出する。ロック状態となったことは、１相に、所定値以上の電流が所定時間以上継続して流れている状態（電流集中状態）と、電気周波数が０近傍の所定範囲にあることの両者が成立した場合に判定される。
【００２１】
電流集中判定部３４は、誘導電動機の各相電流を監視し、相電流が所定値以上となってから、その状態が所定時間以上継続すると電流集中状態と判定する。この所定時間は、１相に継続して電流が流れる時間の許容値であり、この許容時間内であれば、その相の回路が電流集中によって想定以上に過熱しない値である。許容時間は、そのとき流れている電流に応じて変更することもできる。電流が少なければ、発熱は少なくなるので、回路が過熱するまでの時間が長くなり、その分許容時間を延ばすことができる。
【００２２】
電気周波数判定部３６は、誘導電動機２２の機械周波数と、その時点でのトルク指令値に対応したすべり周波数とから電気周波数を算出し、これが０近傍の所定範囲であるロック範囲となるとロック状態と判定する。誘導電動機２２の機械周波数は、誘導電動機２２のロータの回転を検出するレゾルバにより取得することができる。トルク指令値は、制御装置２４で算出された値を用いる。誘導電動機においては、トルクとすべり周波数に定まった関係があり、その関係が対応表データ３８として、制御装置２４内に記憶されている。この対応表データ３８を参照して、トルク指令値に基づき、そのときのすべり周波数を算出する。そして、機械周波数とすべり周波数を加算して電気周波数を算出する。
【００２３】
ロック検出部３２は、電流集中と電気周波数の双方によりロック状態を検出しているが、いずれか一方によりロック状態の検出を行ってもよい。
【００２４】
誘導電動機２２のロック状態が検出されると、ロック解消すべり周波数算出部４０は、ロック状態を解消するためのすべり周波数（ロック解消すべり周波数）を算出する。ロック解消すべり周波数は、電気周波数が０近傍の所定範囲の外となるすべり周波数である。この所定範囲は、ロック検出を行う際のロック範囲とすることができる。電動機制御部４２は、このロック解消すべり周波数となるよう誘導電動機の制御を行う。例えば、トルク取得部４４により、すべり周波数とトルクの対応表データ３８を参照して、ロック解消すべり周波数に対応したトルク値を取得し、このトルク値を指令値として誘導電動機２２を制御する。
【００２５】
図３は、ロック状態の判定に係るルーチンを示すフローチャートである。三相の各相電流の絶対値があらかじめ定められた閾値以上であるかが監視される（Ｓ１００）。この閾値は、相電流が１相に続けて流れても、回路の過熱等の問題が生じない値とすることができる。相電流の絶対値が閾値以上であれば、この状態の継続時間の測定が開始される。具体的には、このルーチンの周期が、現時点までの継続時間に加算されて（Ｓ１０２）、継続時間が算出される。ステップＳ１００において、相電流が閾値未満であるとされた場合には、ステップＳ１０４に移行して、現時点までの継続時間をリセットする。リセット後、ステップＳ１００に戻る。
【００２６】
次に、継続時間が許容時間以上となったかが判断される（Ｓ１０６）。許容時間は、最大電流が流れ続けても回路の過熱等の問題が生じない時間とすることができる。継続時間が許容時間以上となると、電気周波数がロック範囲内であるかが判断される（Ｓ１０８）。電気周波数Ｎe は、例えば、現時点での誘導電動機２２の機械周波数Ｎm と、トルク指令値に対応したすべり周波数Ｎs の和として算出することができる（Ｎe＝Ｎm＋Ｎs ）。誘導電動機の回転速度が毎分の回転回数として取得される場合には、機械周波数について、単位を周波数（Ｈz ）に換算する。現時点でのすべり周波数は、すべり周波数とトルクの関係を示す対応表データ３８を参照して、現時点のトルク指令値に基づき算出する。電気周波数がロック範囲内であれば、誘導電動機２２がロック状態であると判定する（Ｓ１１０）。ステップＳ１０６およびステップＳ１０８のいずれかで否定の判定でなされば、ロック判定がリセットされ（Ｓ１１２）、ステップＳ１００に戻る。
【００２７】
図４は、ロック状態となったときの誘導電動機２２の制御に係るルーチンを示すフローチャートである。まず、現時点における誘導電動機２２の機械周波数Ｎm を取得する（Ｓ２００）。機械周波数Ｎm は、誘導電動機２２のロータの回転を検出するレゾルバにより取得することができる。次に、現時点のトルク指令値を取得する（Ｓ２０２）。トルク指令値は、制御装置２４が誘導電動機２２を制御するために常に算出しており、これを用いる。トルク指令値に基づき現時点のすべり周波数Ｎs を取得する（Ｓ２０４）。誘導電動機のトルクとすべり周波数は定まった関係を有しており、この関係がすべり周波数−トルク対応表データ３８として記憶されている。この対応表データを参照することで、現時点のトルク指令値からすべり周波数を取得することができる。ステップＳ２００で取得した機械周波数Ｎm と、ステップＳ２０４で取得したすべり周波数Ｎs を加算して現時点の電気周波数Ｎe を算出する（Ｓ２０６）。
【００２８】
次に、ロック状態を解消するためのすべり周波数Ｎsoを算出する。まず、現時点の電気周波数Ｎe をロック範囲外の電気周波数にするための修正値δを求める（Ｓ２０８）。これは、ロック範囲外の電気周波数と現時点の電気周波数Ｎe の差として算出することができる。ロック範囲外の電気周波数は、例えばロック範囲の境界値、すなわち上限値または下限値とすることができる。修正値δを、ステップＳ２０４で取得したすべり周波数Ｎs に加算してロック解消すべり周波数Ｎsoを算出する（Ｎso＝Ｎs＋δ ）（Ｓ２１０）。すべり周波数−トルク対応表データ３８を参照して、ロック解消すべり周波数Ｎsoに対応するトルク値を取得する（Ｓ２１２）。このトルク値をトルク指令値として電動機の制御を行う（Ｓ２１４）。これにより、電気周波数がロック範囲外となり、ロック状態が解消される。これにより、図３に示すフローにおいて、ステップＳ１０８にて否定の判定がされて、ステップＳ１１２においてロック判定がリセットされる。
【００２９】
図５は、登坂路において、ハイブリッド車両１０が後退して登坂路を下っている状態から、登坂路を上るように発進するときの様子を示すタイムチャートである。最初、車両１０は登坂路を下っているので車速は負の値である。時点ｔ1 において、前動力装置１２Ａの駆動力により加速が始まり、次いで、時点ｔ2 で後動力装置１２Ｂである誘導電動機２２による駆動が開始される。時点ｔ3 において、相電流が電流集中を判定するための閾値に達する。図５中の、トルクのグラフのトルクＴs は、前記閾値の相電流に対応するトルク値である。時点ｔ3 から１相に電流が継続して流れている状態の継続時間が測定される。この継続時間が所定時間に達した時点が時点ｔ4 である。１相に所定時間以上電流が継続して流れたことにより、電流集中フラグが立つ。また、電流集中フラグが立つと、そのときの電気周波数がロック範囲であるかが判断され、ロック範囲であれば、ロックフラグが立つ。これら二つのフラグが立つと、ロック状態が判定される。ロック状態が判定されると、電気周波数がロック範囲外とするすべり周波数（ロック解消すべり周波数）が算出され、このすべり周波数に対応するトルク値Ｔo が取得される。このトルク値となるようにトルク指令値を変化させる。このトルク値Ｔo に達すると（時点ｔ5 ）、電気周波数がロック範囲外となり、電流集中フラグおよびロックフラグがリセットされる。ロック状態が解消されたので、トルクを必要なトルクまで増加させることができる。
【００３０】
上述の実施形態の前動力装置１２Ａは、内燃機関と同期電動機の組み合わせたハイブリッド動力装置であったが、内燃機関と誘導電動機を組み合わせた動力装置であってもよく、また内燃機関単独、電動機単独の動力装置であってもよい。
【００３１】
本発明に関連する好適な車両用動力装置の制御装置は、車両用動力装置が誘導電動機を備え、制御装置が、誘導電動機のロック状態を検出するロック検出手段と、電気周波数がロック範囲外となるロック解消電気周波数を算出するロック解消電気周波数算出手段と、ロック解消電気周波数にて誘導電動機の制御を行う電気制御手段とを有する。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ハイブリッド車両、１２  動力装置、１２Ａ  前動力装置、１２Ｂ  後動力装置、２２  誘導電動機、２４  制御装置、３２  ロック検出部、３８  すべり周波数−トルク対応表データ、４０  ロック解消すべり周波数算出部、４２  電動機制御部。
【図１】
2014233173.tif 000003
【図２】
2014233173.tif 000004
【図３】
2014233173.tif 000005
【図４】
2014233173.tif 000006
【図５】
2014233173.tif 000007