(57)【要約】      （修正有）【課題】四輪駆動自動車の後輪に加える駆動力を調整する電動装置において、電動式後輪駆動力調整装置を空冷する冷却ファンの回転数を過不足なく調整する技術を提供する。【解決手段】後輪に加える駆動力を調整するモーターに通電するインバーターの通電電流を検出する電流検出部と、直前の所定時間内に検出された電流値を積算する積算部を用意し、温度検出部で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則に従って、冷却ファンの回転数を決定し、発熱量の小さい夏季には、回転数が低下し、冷却ファンが不必要に回転するのを防止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四輪駆動自動車の後輪に加える駆動力を調整する電動装置であり、
前記電動装置の通電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で直前の所定時間内に検出された電流値を積算する積算部と、
前記電動装置の温度を検出する温度検出部と、
前記電動装置を空冷する冷却ファンと、
前記冷却ファンの回転数を制御する制御部とを備えており、
前記制御部が、前記温度検出部で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、前記積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則に従って、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする電動式後輪駆動力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、四輪駆動自動車の後輪に加える駆動力を調整する電動装置（以下では、電動式後輪駆動力調整装置という）を開示する。特に、冷却ファンを回転させて空冷する電動式後輪駆動力調整装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
四輪駆動自動車の後輪に加える駆動力を調整すると、スリップを防止でき、走行安定性を向上させることができる。そこで、後輪の駆動軸にモーターを接続し、そのモーターにインバーターから通電することで、後輪に加える駆動力を調整する電動装置が開発されている。
電動式後輪駆動力調整装置は、動作すると発熱することから空冷する必要がある。本明細書でいう電動式後輪駆動力調整装置は、後輪に加える駆動力を調整するための装置であって、動作時に空冷する必要がある電動装置をいい、インバーター単体、モーター単体、あるいはインバーターとモーターの組み合わせのことをいう。すなわち、本明細書で開示する技術は、インバーターを空冷する冷却ファンにも適用できれば、モーターを空冷する冷却ファンにも適用できれば、インバーターとモーターの双方を空冷する冷却ファンにも適用できる。
【０００３】
特許文献１に、電気自動車を駆動するモーターに通電するインバーターを水冷する技術が開示されている。特許文献１の技術では、インバーターの温度が高いほど冷却水量を増加させるとともに、インバーターの温度上昇率が高いほど冷却水量を増加させる。インバーターの温度だけに依存して冷却水量を調整する技術によると、応答遅れによってインバーターが過熱することがある。特許文献１の技術では、温度のみならず温度上昇率をも加味して冷却水量を調整することから、インバーターが過熱することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１０７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、インバーターの温度のみならず温度上昇率をも加味して冷却水量を決定する。空冷技術に適用する場合には、温度のみならず温度上昇率をも加味して冷却ファンの回転数を決定することになる。しかしながら、温度のみならず温度上昇率をも加味して冷却ファンの回転数を決定するようにしても、電動式後輪駆動力調整装置の場合には問題が生じる。
【０００６】
空冷する電動式後輪駆動力調整装置の場合、発熱部から空冷部に至るまでの伝熱経路の熱容量が大きいことから、単位時間当たりの発熱量が増大したタイミングから温度上昇率が増大し始めるタイミングまでの間の時間差が大きい。また、冷却ファンの回転数を増大させたタイミングから発熱部での冷却量が増大し始めるタイミングまでの時間差が大きい。このために、温度上昇率を指標として冷却ファンの回転数を調整する技術では、応答遅れが解消しない。応答遅れがあっても電動式後輪駆動力調整装置が過熱しないようにするためには、応答遅れを見越して冷却ファンの回転数を決定しなければならない。
【０００７】
電動式後輪駆動力調整装置は、スリップの発生を防止して走行安定性を高める装置であり、雪道走行中は頻繁に動作するのに対し、夏季には動作頻度が低下する。雪道走行中は発熱持続時間が長く、夏季には発熱持続時間が短いという特性を備えている。
電動式後輪駆動力調整装置の温度と温度上昇率に基づいて冷却ファンの回転数を決定する技術では、発熱持続時間が長い条件下でも電動式後輪駆動力調整装置が過熱しない回転数としなければならない。電動式後輪駆動力調整装置を空冷する場合、上記した応答遅れの問題があるために、応答遅れを見越した回転数であって、発熱持続時間が長い条件下でも妥当な回転数としなければならない。
【０００８】
上記の必要性を満たすことができる「冷却ファンの回転数と、電動式後輪駆動力調整装置の温度と温度上昇率」の関係を作成したところ、発熱持続時間が短くなる夏季に、冷却ファンが不必要に回転したり、あるいは不必要な高速度で回転したりする問題が発生することが判明した。たとえば、発熱持続時間が長い雪道走行中の過熱を防止するためには、電動式後輪駆動力調整装置が３０℃程度に加熱された時に、冷却ファンの回転を開始する必要がある場合がある。温度上昇率が高くなるほど回転数を上げる技術を併用しても、前記の応答遅れの問題があることから、冷却ファンの回転開始時温度をさほど上昇させることができない。例えば、温度上昇率が高くなるほど回転数を上げる技術を併用しても、冷却ファンの回転開始時温度を３５℃程度に設定しないと、発熱持続時間が長い雪道走行中に過熱することを防止することができないことがある。この場合、夏季には、電動式後輪駆動力調整装置が動作していないのに冷却ファンを回転させるといった問題が発生する。あるいは、発熱持続時間が短い場合に必要な回転数よりも高速度で冷却ファンを回転させるといった問題が発生する。冷却ファンを不必要に回転させたり、不必要な高速度で回転させたりすると、冷却ファンの寿命が不必要に低下してしまう。
【０００９】
本明細書では、電動式後輪駆動力調整装置を空冷する冷却ファンの回転数を過不足なく調整する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示する電動装置は、四輪駆動自動車の後輪に加える駆動力を調整して走行安定性を向上させる。この電動装置は、電動装置に通電している電流を検出する電流検出部と、電流検出部で直前の所定時間内に検出された電流値を積算する積算部と、電動装置の温度を検出する温度検出部と、電動装置を空冷する冷却ファンと、冷却ファンの回転数を制御する制御部を備えている。制御部は、温度検出部で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則に従って、冷却ファンの回転数を制御する。
【００１１】
積算部で積算される積算電流値は、所定時間内の積算発熱量に比例する。上記装置によると、「温度が高いほど高速であるとともに積算発熱量が低いほど低速である」という規則に従って回転数が決まる。この方式によると、前記した応答遅れの問題が軽減される。応答遅れを見越した回転数を決定する必要性が薄れ、真に必要な回転数に近づけることができる。このために、発熱持続時間が長い雪道走行中の過熱を防ぐことができるとともに発熱持続時間が短い夏季に不必要に冷却ファンが回転することを防止できる。
【００１２】
本明細書で開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の電動式後輪駆動力調整装置の構成を示す図。
【図２】電動式後輪駆動力調整装置の温度と冷却ファンの回転数の関係を示す図。
【図３】電動式後輪駆動力調整装置の温度と冷却ファンの回転数の関係を示す図。
【図４】冷却ファンの制御手順図。
【図５】電動式後輪駆動力調整装置の温度と季節の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施例の主要な特徴を下記に列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれが独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１）後輪に加える駆動力を調整するモーターに通電するインバーターを冷却する。
（特徴２）温度と積算電流値に加えて冷却風温度をも加味して回転数を決定する。
（特徴３）温度と積算電流値に加えて温度上昇率をも加味して回転数を決定する。
（特徴４）温度が高温であるほど回転数を上げ、積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則には、冷却風温度および／または温度上昇率をも加味して回転数を修正する規則が含まれる。すなわち、温度が高温であるほど回転数を上げ、積算電流値が小さいほど回転数を下げるという規則は、少なくとも温度と積算電流値を加味して回転数を決定するものをいい、他の要素を加味することを排除しない。
【実施例】
【００１５】
図１は、実施例に係る電動式後輪駆動力調整装置の構成を示す。参照番号２は車載バッテリであり、参照番号１４はモーターである。モーター１４は四輪駆動自動車の後輪１６に加える駆動力を調整するためのものであり、後輪１６を駆動軸に連結されている。参照番号４は、車載バッテリ２から供給される直流電圧を３相交流に変換してモーター１４に通電するインバーターである。インバーター４には、インバーター４に通電している電流を検出する電流検出部６、インバーター４を空冷する冷却ファン８、インバーター４のケースの温度を検出する温度検出部１０が取り付けられている。参照番号１８は、インバーター４を制御する装置（インバーターＥＣＵ又はインバーター制御装置という）であり、インバーター４が内蔵している複数個のスイッチング素子のオン・オフを制御し、冷却ファン８の回転数を制御する。電流検出部６、冷却ファン８、温度検出部１０は、インバーター制御装置１８に接続されている。インバーター制御装置１８は、冷却ファン８が送風する空気の温度を検出する冷却風温度検出部１２にも接続されている。インバーターは、車両後方のトランクルーム内に置かれている。従来はスペアタイヤを収容していたスペースに配置されている。
【００１６】
インバーター制御装置１８は、電流検出部６で検出される通電電流を一定の周期で入力し、直前に入力した所定個数の通電電流検出値を合計して積算電流値を計算する。この処理は、直前の所定時間にわたって通電電流値を積分した値を求めることに等しい。
【００１７】
図２は、インバーター制御装置１８が内蔵している、インバーターの温度（温度検出部１０で検出される）と、積算電流値と、冷却ファン８の回転数の関係を示している。
図２（１）のグラフＣ１は、積算電流値が基準範囲内にある場合の温度と回転数の関係を示している。温度が高いほど回転数が高くなる関係に設定されている。図２（１）のグラフＣ２は、積算電流値が基準範囲以上である場合の温度と回転数の関係を示している。グラフＣ１に比較すると、同じ温度でも回転数を高くする。図２（１）のグラフＣ３は、積算電流値が基準範囲以下である場合の温度と回転数の関係を示している。グラフＣ１に比較すると、同じ温度でも回転数を低くする。図２の（１）は、温度検出部１０で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる一例を示している。
【００１８】
図２（２）のグラフＣ１は、図２（１）のグラフＣ１に等しい。図２（２）のグラフＣ４は、積算電流値が基準範囲以上である場合の温度と回転数の関係を示している。グラフＣ１に比較すると、同じ温度でも回転数を高くする。また、冷却ファンの回転を開始させる温度が低くなっている。図２（２）のグラフＣ５は、積算電流値が基準範囲以下である場合の温度と回転数の関係を示している。グラフＣ１に比較すると、同じ温度でも回転数を低くする。また、冷却ファンの回転を開始させる温度が高くなっている。図２（２）も、温度検出部１０で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる一例を示している。
実際には、図２の（１）と（２）の関係を併用してもよい。すなわち、図２（１）に示すように、積算電流値が小さいほど温度上昇に対する回転数の上昇率を低下させ、なおかつ、図２（２）に示すように、積算電流値が小さいほど冷却ファンの回転開始時温度を上昇させてもよい。
【００１９】
図３は、実施例で採用する温度と回転数の関係を示す。実線で示すグラフＣ６は、積算電流値が基準範囲（２０〜４０Ａ）内にある場合の温度と回転数の関係を示し、インバーター４のケース温度が１０℃以下なら回転数＝ゼロとし、１０〜７０℃の範囲では回転数＝低速とし、７０℃以上なら回転数＝高速とする。グラフＣ７は、積算電流値が基準範囲以上（４０Ａ以上）にある場合の温度と回転数の関係を示し、-１０℃以下なら回転数＝ゼロとし、-１０〜１０℃の範囲では回転数＝低速とし、１０℃以上なら回転数＝高速とする。上向き矢印で示すように、同じ温度でも積算電流値が高ければ回転数を上げる。グラフＣ８は、積算電流値が基準範囲以下（２０Ａ以下）にある場合の温度と回転数の関係を示し、４０℃以下なら回転数＝ゼロとし、４０℃以上なら回転数＝低速とする。下向き矢印で示すように、同じ温度でも積算電流値が小さければ回転数を下げる。これもまた、温度検出部１０で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則に従っている。
図３に例示したように、温度と回転数の関係、積算電流値と回転数の関係は、温度範囲または積算電流値の範囲に従って回転数を決める関係であってもよい。
【００２０】
図４は、冷却ファン８の制御手順を示している。ステップＳ２では、電流検出部６が検出している通電電流の大きさを入力する。ステップＳ４では、直前の所定時間（Ｔ時間）内の積算電流値を計算する。本実施例では、ステップＳ２を一定の周期で繰り返し実行する。そのために、直前の所定数の検出値を合計すれば、直前の所定時間内の積算電流値を計算することができる。ステップＳ６では、積算電流値に基づいて、図３のグラフＣ６，Ｃ７，Ｃ８のなかから一つのグラフを選択する。ステップＳ８では、選択したグラフと、インバーター４のケース温度によって、冷却ファン８の回転数を決定する。
【００２１】
実施の際には、温度と積算電流値とによって回転数を決定した後に、ステップＳ１０に示すように、冷却風の温度によって回転数を修正する処理を加えてもよい。冷却風温度に加えて、温度上昇率をも加味して回転数を修正してもよい。必要なことは、温度と積算電流値とによって回転数を決定することであり、その後に冷却風温度や温度上昇率を加味して回転数を修正してもよい。本明細書の技術は、温度と積算電流値以外の要素を加味することを排除するものでない。ステップＳ１２では、インバーター制御装置１８（制御部）が決定した回転数で冷却ファン８を回転させる。
【００２２】
図５の縦軸は、温度を示している。グラフＢ１は、電動式後輪駆動力調整装置の冬季における初期温度に示している。冬季の初期温度は低温である。電動式後輪駆動力調整装置は雪道走行時に作動頻度が高く、連続発熱時間が長い。グラフＢ２は、電動式後輪駆動力調整装置を空冷しない場合に生じる温度を示し、許容温度以上に過熱されることを示している。グラフＢ３は、温度がＴ１にまで上昇したときに冷却ファンを回転させたときに生じる温度を示し、許容温度に抑えられる。
グラフＢ４は、電動式後輪駆動力調整装置の夏季における初期温度に示している。夏季における冷却ファンの回転開始温度をＴ１とすると、夏季には電動式後輪駆動力調整装置が作動していないのに冷却ファンを回転させることになってしまう。電動式後輪駆動力調整装置は夏季には作動頻度が低く、連続発熱時間が短い。グラフＢ５は、電動式後輪駆動力調整装置を空冷しない場合に生じる温度を示し、許容温度以上に過熱されることを示している。それでもグラフＢ２よりも低温で収まる。グラフＢ６は、温度がＴ２にまで上昇したときに冷却ファンを回転させたときに生じる温度を示し、許容温度に抑えられる。グラフＢ５がグラフＢ２よりも低温で収まることから、Ｔ２＞Ｔ１としても過熱を防止できる。
【００２３】
温度検出部１０で検出された温度が高温であるほど回転数を上げ、積算部で積算された積算電流値が小さいほど回転数を下げる規則に従って回転数を決めると、冷却ファンの回転開始温度を、冬季にはＴ１とし、夏季にはＴ２とすることが可能となる。過熱の発生を防止しながら、冷却ファンが不必要に回転することを防止することができる
上記では、インバーターを空冷する冷却ファンに適用した実施例を示したが、モーターを空冷する冷却ファン、あるいはインバーターとモーター双方を空冷する冷却ファンに適用することもできる。
【００２４】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２５】
２：車載バッテリ
４：インバーター
６：電流検出部
８：冷却ファン
１０：温度検出部
１２：冷却風温度検出部
１４：モーター
１６：後輪
１８：インバーター制御装置（インバーターＥＣＵ、制御部）
【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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