(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用の同期モータと、
車両駆動用の誘導モータと、
前記同期モータのトルクと誘導モータのトルクとを調整する制御部と、を備える電動車両であって、
前記制御部は、
前記同期モータからトルクを出力している状態で前記電動車両が停止している場合には、前記電動車両の総駆動力を維持しつつ、前記同期モータの出力トルクを前記同期モータの過熱を抑制する最大トルクに低減して保持すると共に、誘導モータの出力トルクを増加させるトルク変更手段を備えること、
を特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータを駆動源とする電気自動車やエンジンとモータを駆動源とするハイブリット自動車のような電動車両が用いられている。電動車両では、車両に搭載した充放電可能な二次電池（バッテリ）から供給された直流電力をインバータで三相交流電力等の交流電力に変換して車両駆動用のモータに供給する方式が多く用いられている。インバータは、複数のスイッチング素子をオン・オフさせることにより、直流電力を交流電力に変換するものである。また、車両駆動用のモータとしては、同期電動機あるいは、同期式のモータジェネレータが用いられることが多い。
【０００３】
このような、バッテリ、インバータ、同期モータを用いた電動車両では、アクセルペダルが踏み込まれているのに車両が停止してしまう場合がある。一例としては、坂道において、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいるにもかかわらず、車両が登坂走行せずに、坂道の途中で停止してしまうような状態である。この場合には、同期モータに電流が流れているにも関わらず、同期モータの回転数がゼロとなっているので、インバータのＵ，Ｖ，Ｗの各相のスイッチング素子の中の１つの相のスイッチング素子がオン、他のスイッチング素子がオフとなったままとなる（このような状態をインバータがロック状態にあるという）。このため、オンとなっているスイッチング素子には電流が集中して流れ、スイッチング素子の温度が上昇してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、モータがロック状態になった際に、電流の位相角を変化させることによって特定のスイッチング素子がオン状態となっていることを回避し、スイッチング素子の温度の上昇を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５４７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、同期モータの回転角度は電流の位相角の変化と同一であるから、特許文献１のように、運転者のアクセルペダルの操作と関係なく電流の位相角を変化させると、運転者のアクセルペダルの操作と関係なく同期モータの回転角度が変化し、電動車両が微妙に前後に揺れてしまい、ドライバビリティが悪化してしまうという問題がある。
【０００７】
また、インバータがロック状態となった際に、スイッチング素子の電流を低下させる方法もあるが、この場合には、モータの出力トルクが減少するので、先の例のように、車両が登坂走行せずに、坂道の途中で停止している状態では、坂道における車両のずり下がりが発生してしまい、これもドライバビリティが悪化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ドライバビリティの悪化を抑制すると共に、モータ及び制御装置の熱保護を行うことができる電動車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電動車両は、車両駆動用の同期モータと、車両駆動用の誘導モータと、前記同期モータのトルクと誘導モータのトルクとを調整する制御部と、を備える電動車両であって、前記制御部は、前記同期モータからトルクを出力している状態で前記電動車両が停止している場合には、前記電動車両の総駆動力を維持しつつ、前記同期モータの出力トルクを前記同期モータの過熱を抑制する最大トルクに低減して保持すると共に、誘導モータの出力トルクを増加させるトルク変更手段を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ドライバビリティの悪化を抑制すると共に、モータ及び制御装置の熱保護を行うことができる電動車両を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明電動車両の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の電動車両の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の電動車両の同期モータの電気周波数とトルク指令と相電流とトルク分配率及び、誘導モータのトルク指令の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の電動車両の他の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の電動車両の他の動作の際の同期モータの電気周波数とトルク指令と相電流とトルク分配率及び、誘導モータのトルク指令変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。図１に示すように、本実施形態の電動車両１００は、同期モータ４０によって駆動される前輪４８と、誘導モータ５０によって駆動される後輪５８とを備えている。同期モータ４０は、例えば、永久磁石をロータに組み込んだ永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭモータ）、或いは、永久磁石型同期電動発電機（ＰＭＳＭモータジェネレータ）であってもよい。同一の車両を同期モータ４０と誘導モータ５０によって駆動する場合、同期モータ４０用のインバータ２０は、車速が略ゼロの場合にロック状態（電気周波数ゼロ）となるのに対し、誘導モータ５０用のインバータ３０がロック状態となるのは、例えば、前進トルクの正のすべり周波数とつりあう負方向のモータ回転（負車速）となる場合である。そこで、本実施形態は、同期モータ４０用のインバータ２０と誘導モータ５０用のインバータ３０とは、インバータロックの発生する状況の違いを利用し、同期モータ４０と、誘導モータ５０との動力配分率を変化させることで同期モータ４０用のインバータ２０のロック状態を解消し、スイッチング素子２１の熱損傷を抑制するものである。
【００１４】
図１に示すように、同期モータ４０には、充放電可能な二次電池であるバッテリ１０から供給される直流電力の電圧を昇圧コンバータ１２で昇圧した昇圧直流電力をインバータ２０で変換した三相交流電力が供給される。また、誘導モータ５０は、共通のバッテリ１０から供給される直流電力を昇圧コンバータ１３で昇圧した昇圧直流電力をインバータ３０で変換した三相交流電力が供給される。また、バッテリ１０と昇圧コンバータ１２，１３との間には、バッテリ１０の電圧（低電圧ＶＬ）を検出する電圧センサ１１が設けられている。
【００１５】
インバータ２０は、内部にＵ，Ｖ，Ｗの各相についてそれぞれ上アーム、下アームの合計６個のスイッチング素子２１含んでいる。各スイッチング素子２１にはそれぞれダイオード２２が逆並列に接続され、各スイッチング素子２１にはそれぞれの温度を検出する温度センサ２３が取り付けられている（図１では、６つのスイッチング素子、ダイオード、温度センサのなかの１つずつのみを図示し、他のスイッチング素子、ダイオード、温度センサの図示は省略する）。また、インバータ２０の内部には、昇圧コンバータ１２から供給された昇圧直流電力を平滑な直電力とする平滑コンデンサ（図示せず）と、平滑コンデンサの両端の電圧（高電圧ＶＨ）を検出する電圧センサ２４が取り付けられている。インバータ２０のＵ，Ｖ，Ｗの各相の上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との間からは、それぞれＵ，Ｖ，Ｗの各相の電流を出力する出力線が取り付けられており、各出力線は同期モータのＵ，Ｖ，Ｗの各相の入力端子に接続されている。また、本実施形態では、Ｖ相とＷ相の各出力線には、それぞれの電流を検出する電流センサ４３，４４が取り付けられている。なお、Ｕ相の出力線には電流センサは取りつけられていないが、三相交流では、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電流の合計はゼロとなることから、Ｕ相の出力線に電流センサを設けていなくてもＶ相，Ｗ相の電流から計算によって求めることができる。
【００１６】
同期モータ４０の出力軸４５は、ディファレンシャルギヤあるいは減速ギヤ等の駆動機構４６に接続され、駆動機構４６は、同期モータ４０の駆動トルクを前方の車軸４７の駆動トルクに変換して前輪４８を駆動する。車軸４７には、車軸４７の回転速度から車速を検出する車速センサ４９が取り付けられている。同期モータ４０には、ロータの回転角度あるいは、回転数を検出するレゾルバ４１と、同期モータ４０の温度を検出する温度センサ４２とが取り付けられている。
【００１７】
誘導モータ５０は、同期モータ４０と同様、バッテリ１０から供給される直流電力を昇圧コンバータ１３で昇圧した昇圧直流電力をインバータ３０で変換した三相交流電力が供給される。インバータ３０（スイッチング素子３１、ダイオード３２、電圧センサ３４，温度センサ３３）、電流センサ５３，５４、レゾルバ５１、温度センサ５２の構成は、先に説明した同期モータ４０の駆動に用いられるインバータ２０、電流センサ４３，４４、レゾルバ４１、温度センサ４２と同様である。また、誘導モータ５０の出力軸５５は、同期モータ４０の出力軸４５と同様、ディファレンシャルギヤあるいは減速ギヤ等の駆動機構５６に接続され、駆動機構５６は、後方の車軸５７に接続されて後輪５８を駆動する。車軸５７には、車軸４７と同様の車速センサ５９が取り付けられている。
【００１８】
同期モータ４０の出力トルクは、駆動機構４６によって車軸４７の駆動力（駆動トルク）に変換され、誘導モータ５０の出力トルクは、駆動機構５６によって車軸５７の駆動力（駆動トルク）に変換される。同期モータ４０の出力トルクをＢ、駆動機構４６の減速比をγ1、誘導モータ５０の出力トルクをＥ、駆動機構５６の減速比をγ2とすると、車軸４７、５７に伝達される駆動力Ｆ1，Ｆ2は、それぞれ、
Ｆ1＝Ｂ×γ1                                                （式１）
Ｆ2＝Ｅ×γ2                                                （式２）
となる。
【００１９】
また、本実施形態の電動車両１００には、アクセルペダル、ブレーキペダルの各踏込量を検出するアクセルペダル踏込量検出センサ６１と、ブレーキペダル踏込量検出センサ６２とが取り付けられている。
【００２０】
図１に示すように、制御部７０は、演算処理を行うＣＰＵ７１と、記憶部７２と、機器・センサインターフェース７３とを含み、演算処理を行うＣＰＵ７１と、記憶部７２と、機器・センサインターフェース７３とはデータバス７４で接続されているコンピュータである。記憶部７２の内部には、電動車両１００の制御データ７５，制御プログラム７６、及び、後で説明するトルク変換プログラム７７が格納されている。先に説明した、バッテリ１０、昇圧コンバータ１２，１３、インバータ２０，３０の各スイッチング素子２１，３１は機器・センサインターフェース７３を通して制御部７０に接続され、制御部７０の指令によって動作するよう構成されている。また、電圧センサ１１，２４，３４、温度センサ２３，３３，４２，５２、電流センサ４３，４４，５３，５４、レゾルバ４１，５１、車速センサ４９，５９、アクセルペダル踏込量検出センサ６１と、ブレーキペダル踏込量検出センサ６２の各センサの出力は機器・センサインターフェース７３を通して制御部７０に入力されるよう構成されている。
【００２１】
以上説明した実施形態の電動車両１００の動作について説明する。図２のステップＳ１０１に示す様に、制御部７０は、同期モータ４０の電気周波数（ステータの回転磁界の周波数）が−Ａ以上でＡ以下となっているかどうか判断する。同期モータ４０の電気周波数は、例えば、インバータ２０のスイッチング素子２１のスイッチング周波数からわかるので、制御部７０の出力しているスイッチング素子２１へのオン・オフ指令の周波数から検出することができる。ここで、±Ａは、同期モータ４０の電気周波数がゼロに近く、オンとなっているスイッチング素子２１に大きな電流が流れてしまい、スイッチング素子２１の温度が過熱する可能性のある周波数である（インバータ２０がロック状態となる周波数）。図３の一点鎖線ａ1は同期モータ４０の電気周波数がＡである線を示し、図３の一点鎖線ａ2は、同期モータ４０の電気周波数が−Ａの場合を示す線であり、線ａ1とａ2との間のハッチング領域ａは、インバータ２０がロック状態となる電気周波数領域を示している。制御部７０は、同期モータ４０の電気周波数が±Ａ以内になく、インバータ２０がロック状態となっていない場合には、図２のステップＳ１０１に戻って同期モータ４０の電気周波数の監視を継続する。
【００２２】
制御部７０は、同期モータ４０の電気周波数が±Ａ以内にあり、インバータ２０がロック状態となっていると判断した場合には、図２のステップＳ１０２に示す様に、電流センサ４３，４４によって、同期モータ４０のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流（各相電流、すなわち、インバータ２０の各相のスイッチング素子２１に流れる電流）を検出し、各相の電流がＣ2以上かどうかを確認する。ここで、電流値Ｃ2は、インバータ２０の各相のスイッチング素子２１がロック状態の際に熱損傷を受けずに流せる最大電流である。制御部７０は、図２のステップＳ１０３で、同期モータ４０のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる電流（各相電流）がそれぞれＣ2以上でない場合（図３（ｃ）の時刻ｔ1から時刻ｔ2までの間）、には、図２のステップＳ１０１に戻ってインバータ２０のロック状態が継続しているか、及び、図２のステップＳ１０２，Ｓ１０３で同期モータ４０の各相の電流がＣ2以上かどうかを監視する。
【００２３】
そして、制御部７０は、図３（ａ）、図３（ｃ）の時刻ｔ2に示すように、図２のステップＳ１０１からＳ１０３において、インバータ２０がロック状態であり、かつ、同期モータ４０の各相の電流がＣ2以上となった場合には、図１に示す記憶部７２に格納されたトルク変換プログラム７７（トルク変換手段）を実行する。図７のステップＳ１０４に示す様に、同期モータ４０の各相に流れる電流がＣ2の状態を保持、或いは、同期モータ４０のトルク指令を一定とするようにする（図３（ｃ）の時刻ｔ2以降）。また、制御部７０は、例えば、アクセルペダル踏込量検出センサ６１によって取得したアクセルペダル踏込量等により、電動車両１００の要求駆動力Ｆreqを計算し、この要求駆動力Ｆreqから各相電流がＣ2の際の同期モータ４０のトルク出力Ｂ2（図３（ｂ）の時刻ｔ2における同期モータ４０のトルク出力）による駆動力、Ｆ1c＝Ｂ2×γ1を引いた動力を誘導モータ５０によって出力すべき駆動力Ｆ2として計算する。つまり、
Ｆ2＝Ｆreq−Ｆ1c＝Ｆreq−Ｂ2×γ1
先に説明したように、誘導モータのトルクをＢ、駆動機構５６の減速比をγ2として、  Ｆ2＝Ｅ×γ2  、と表されるから、
Ｆ2＝Ｅ×γ2  ＝  Ｆreq−Ｂ2×γ1
Ｅ  ＝  （Ｆreq−Ｂ2×γ1）／γ2                          （式３）
となる。
したがって、制御部７０は、図２のステップＳ１０５に示すように、インバータ２０がロック状態であり、かつ、同期モータ４０の各相の電流がＣ2以上となった状態、すなわち、図２に示す時刻ｔ2以降では、上記の（式３）によって誘導モータ５０の出力トルク指令Ｅを計算し、そのトルクを誘導モータ５０のトルク指令として出力する。
【００２４】
上記の動作により、図３（ｂ），図３（ｃ）の実線ｂ，ｃに示す様に、同期モータ４０の各相に流れる電流がＣ2となった図３の時刻ｔ2以降、同期モータ４０のトルク指令はＢ2に保持され、同期モータ４０の各相電流はＣ2に保持され、運転者がアクセルペダルを踏み込んでも図３（ｂ）、図３（ｃ）の点線ｂ´、ｃ´のように、同期モータ４０のトルク指令、相電流が増加することがない。一方、図３（ｅ）に示すように、誘導モータ５０のトルク指令は、時刻ｔ2以後、同期モータ４０のトルク指令が増加しない分だけ、通常の動作を示す点線ｅ´よりも大きい出力を出す線ｅとなる。つまり、同期モータ４０のトルク指令をＢ2、相電流をＣ2に保持してインバータ２０のスイッチング素子２１の過熱を抑制しつつ、電動車両１００の駆動に必要な駆動力Ｆreqに対して不足する駆動力を誘導モータ５０による駆動力Ｆ2から得るようにしている。このため、図３（ｄ）に示す様に、同期モータ４０と誘導モータ５０のトルク配分率（駆動力分配率）は、インバータ２０がロック状態で同期モータ４０の相電流がＣ2に達した時刻ｔ2から減少し、反対に誘導モータ５０のトルク分配率が上昇していく。そして、制御部７０は、図２のステップＳ１０６に示すように、同期モータ４０による駆動力Ｆ1と誘導モータ５０による駆動力Ｆ2の合計駆動力が電動車両１００の要求駆動力Ｆreqとなるまで、誘導モータ５０のトルク指令を増加させ、同期モータ４０による駆動力Ｆ1と誘導モータ５０による駆動力Ｆ2の合計駆動力が電動車両１００の要求駆動力Ｆreqとなったに、誘導モータ５０のトルク指令の増加を停止する。
【００２５】
本実施形態では、以上説明したように、インバータ２０がロック状態で同期モータ４０の相電流がＣ2に達した際には、同期モータ４０の出力トルクによる車両駆動力の一部を誘導モータ５０の出力トルクによる車両駆動力に置き換えるので、車両の必要駆動力を確保した状態で同期モータ４０側のインバータ２０のスイッチング素子２１が過熱することを抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、同期モータ４０の相電流をスイッチング素子２１がロック状態の際に熱損傷を受けずに流せる最大電流に保っているので、運転者がアクセルを踏み込んで電動車両１００を発進させた際に、同期モータ４０からすぐにトルク出力を取り出せるので、スムーズに発進することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００２７】
また、以上説明した実施形態では、インバータ２０がロック状態となった際に、同期モータ４０の相電流をＣ2に保持することとして説明したが、図４、図５に示す様に、同期モータ４０の相電流が相電流をＣ2に達したら、同期モータ４０のトルク指令をゼロとし、同期モータ４０の相電流をゼロとし、誘導モータ５０のトルク指令を急速に上昇させるようにしてもよい。この場合、同期モータ４０の出力トルクによる車両駆動力の全部を誘導モータ５０の出力トルクによる車両駆動力に置き換えるので、車両の必要駆動力を確保した状態で同期モータ４０側のインバータ２０のスイッチング素子２１の温度を急速に低下させることができるのでスイッチング素子２１の熱保護を効果的に行うことができる。
【００２８】
以下、図４、図５を参照しながら、本実施形態の電動車両１００の他の動作について説明する。図２、図３を参照して説明した部分については、説明を省略する。
【００２９】
図４のステップＳ２０１からＳ２０３に示すように、制御部７０は、先の動作の図２のステップＳ１０１からＳ１０３と同様、同期モータ４０の電気周波数が±Ａでインバータ２０がロック状態で、かつ、同期モータ４０の相電流、すなわち、インバータ２０の各相のスイッチング素子２１に流れる電流がロック状態の際に熱損傷を受けずに流せる最大電流であるＣ2に達したかを検出する。図５（ｂ）、図５（ｃ）の時刻ｔ2に同期モータ４０の相電流がＣ2に達したら、図５（ｂ）、図５（ｃ）の実線Ｐ、実線Ｑ及び、図４のステップＳ２０４に示す様に、制御部７０は、同期モータ４０の相電流をＣ2から低減する（図５（ｂ）、図５（ｃ）の破線Ｐ´、Ｑ´のように相電流を上昇させない）。制御部７０は、図４のステップＳ２０５からＳ２０６に示す様に、同期モータ４０による駆動力Ｆ1と誘導モータによる駆動力Ｆ2の合計駆動力が、電動車両１００の要求駆動力になるように、同期モータ４０のトルク指令、或いは、相電流を低減した分、図５の（ｅ）の線Ｓに示す様に、誘導モータ５０のトルク指令を上昇させていく。そして、制御部７０は、図４のステップＳ２０７に示すように同期モータ４０の相電流がゼロになっているかどうかを判断し、同期モータ４０の相電流がゼロとなっていない場合には、図４のステップＳ２０４に戻って更に同期モータ４０の相電流を低減すると共に、図４のステップＳ２０５，Ｓ２０６に示す様に、同期モータ４０による駆動力Ｆ1と誘導モータ５０による駆動力Ｆ2の合計駆動力が、電動車両１００の要求駆動力Ｆreqになるように、誘導モータ５０のトルク指令を上昇させていく。制御部７０は、図４のステップＳ２０７で同期モータ４０の相電流がゼロとなったら、同期モータ４０の相電流の低減を停止する。このように、制御部７０は、図５（ｄ）の実線Ｒに示す様に、同期モータ４０のトルク分配率（同期モータの駆動力分配率）を初期の値からゼロとし、電動車両１００を誘導モータ５０のみで駆動する。
【００３０】
本実施形態は、同期モータ４０の出力トルクによる車両駆動力の全部を誘導モータ５０の出力トルクによる車両駆動力に置き換えるので、車両の必要駆動力を確保した状態で同期モータ４０側のインバータ２０のスイッチング素子２１の温度を急速に低下させることができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、以上説明した各実施形態では、インバータ２０のロック状態は、同期モータ４０の電気周波数によって判断することとして説明したが、レゾルバ４１によって同期モータ４０の回転数が略ゼロとなっているか、すなわち、電動車両１００が略停止しているかどうかを検出して判断してもよい。また、同期モータ４０の相電流の閾値Ｃ2は、インバータ２０のスイッチング素子２１に取り付けられた温度センサ２３によって検出したスイッチング素子２１の温度によって変化させるようにしてもよい。また、図１に示した実施形態では、インバータ２０，３０にそれぞれ昇圧直流電力を供給する昇圧コンバータ１２，１３を設けることとして説明したが、昇圧コンバータは共通であっても良いし、インバータ２０，３０のいずれか一方のみ設けることとしてもよいし、昇圧コンバータを設けない構成としてもよい。また、本実施形態では、同期モータ４０は前輪４８を駆動し、誘導モータ５０は後輪５８を駆動することで説明したが、同期モータ４０と誘導モータ５０とがそれぞれ駆動装置によって前輪４８、又は後輪５８の一方の車輪に動力を伝達するように構成されているような構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  バッテリ、１１，２４，３４  電圧センサ、１２，１３  昇圧コンバータ、２０，３０  インバータ、２１，３１  各スイッチング素子、２２，３２  ダイオード、２３，３３，４２，５２  温度センサ、４０  同期モータ、４１，５１  レゾルバ、４３，４４，５３，５４  電流センサ、４５，５５  出力軸、４６，５６  駆動機構、４７，５７  車軸、４８  前輪、４９，５９  車速センサ、５０  誘導モータ、５８  後輪、６１  アクセルペダル踏込量検出センサ、６２  ブレーキペダル踏込量検出センサ、７０  制御部、７１  ＣＰＵ、７２  記憶部、７３  機器・センサインターフェース、７４  データバス、７５  制御データ、７６  制御プログラム、７７  トルク変換プログラム、１００  電動車両。
【図１】
0005880518.tif 000002
【図２】
0005880518.tif 000003
【図３】
0005880518.tif 000004
【図４】
0005880518.tif 000005
【図５】
0005880518.tif 000006