(57)【要約】【課題】回転電機の多相巻線の相数の総数より少ない数の相巻線温度検出手段を用いて、回転電機がロック状態のときに回転電機が損傷することを抑制することである。【解決手段】車両用制御システム１０は、２つの相巻線の温度を検出する温度センサ２０，２２が設けられる三相回転電機１２と、回転電機１２に接続される電源回路４０と、制御部６０とを備えて構成される。制御部６０の記憶装置６８は、回転電機１２の負荷率制限に関するデータを記憶し、ＣＰＵ６２は、回転電機１２がロック状態となったときの電流集中相を特定する電流集中相特定モジュール７０、電流集中相において電流センサが設けられているか否かを判断する温度センサ有無判断モジュール７２、その判断に基づいて回転電機１２の作動条件を変更する作動条件変更モジュール７４を含んで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線を有する回転電機と、多相巻線の相数の総数より少ない数の相巻線温度検出手段とを備える制御装置であって、
回転電機のロック状態のときに電流集中相を特定する手段と、
特定された電流集中相が、相巻線温度検出手段の設けられている有検出相か、相巻線温度検出手段の設けられていない無検出相かを判断する判断手段と、
判断手段の判断結果に応じて、回転電機の負荷率制限条件を変更し、変更された負荷率制限条件の下で回転電機を作動させる作動条件変更手段と、
を備えることを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御装置において、
作動条件変更手段は、
無検出相のときに用いる負荷率制限条件を、有検出相のときに用いる負荷率制限条件よりも回転電機の負荷率上限を低下させるものとすることを特徴とする回転電機制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機制御装置において、
負荷率制限条件は、所定の制限開始温度以上で温度に応じて回転電機の負荷率を低減させて制限することを条件とし、
作動条件変更手段は、
無検出相のときに用いる制限開始温度を、有検出相のときの制限開始温度よりも低温側に変更することを特徴とする回転電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機制御装置に係り、特に、多相巻線を有する回転電機がロック状態になるときの制御を行う回転電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を駆動する回転電機の制御装置において、登坂路上の車両が自重による後退とモータのトルクによる前進とのバランスがとれたとき、回転電機がロック状態あるいはストール状態となることがある。回転電機がロック状態になると、多相コイルの作動状態が固定されるので、例えば、ロック状態で多相コイルのいずれかが最大電流であると、その最大電流状態が継続され、そのコイルの温度が上昇することになる。このような場合等のために、各相コイルには、その温度検出手段が設けられる。
【０００３】
コイルの温度検出に関連する技術として、例えば、特許文献１には、同期電動機が特定の回転数以下で通電すると各相毎の発熱量が異なるので、これを検出するため各相ごとに温度センサを設けるとコスト高になることが述べられている。そのため、ここでは、１つの相のみに温度センサを設け、他の相については各相ごとの電流から各相の温度上昇を推定することが述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６８９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、多相回転電機がロック状態になると、特定の相のコイルに電流が集中することが起こりえる。このときに全部の相のコイルにそれぞれ温度検出手段が設けられていれば、温度集中相について検出された温度に基づいて、回転電機の制御量を変更して、温度集中相における過大な発熱を防止できる。
【０００６】
ところが、特許文献１に記載されるように、回転電機によっては、多相巻線の全部の相に温度検出手段が全て設けられているのではなく、一部の相に温度検出手段が設けられていない場合がある。このときに、温度集中相が、この温度検出手段の設けられていない相であると、温度集中相の温度が直接検出できず、例えば推定温度となって、実際のコイルの温度との差に相違が生じえる。この相違が生じている温度に基づいて回転電機の制御量
を変更しても、温度集中相における過大な発熱を抑制できず、回転電機を損傷することが生じえる。
【０００７】
本発明の目的は、回転電機の多相巻線の相数の総数より少ない数の相巻線温度検出手段
を用いて、回転電機がロック状態のときに回転電機が損傷することを抑制できる回転電機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機制御装置は、多相巻線を有する回転電機と、多相巻線の相数の総数より少ない数の相巻線温度検出手段とを備える制御装置であって、回転電機のロック状態のときに電流集中相を特定する手段と、特定された電流集中相が、相巻線温度検出手段の設けられている有検出相か、相巻線温度検出手段の設けられていない無検出相かを判断する判断手段と、判断手段の判断結果に応じて、回転電機の負荷率制限条件を変更し、変更された負荷率制限条件の下で回転電機を作動させる作動条件変更手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、作動条件変更手段は、無検出相のときに用いる負荷率制限条件を、有検出相のときに用いる負荷率制限条件よりも回転電機の負荷率上限を低下させるものとすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機制御装置において、負荷率制限条件は、所定の制限開始温度以上で温度に応じて回転電機の負荷率を低減させて制限することを条件とし、作動条件変更手段は、無検出相のときに用いる制限開始温度を、有検出相のときの制限開始温度よりも低温側に変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、回転電機制御装置は、回転電機のロック状態のときに電流集中相を特定し、特定された電流集中相が、相巻線温度検出手段の設けられている有検出相か、相巻線温度検出手段の設けられていない無検出相かを判断し、その判断結果に応じて、回転電機の負荷率制限条件を変更し、変更された負荷率制限条件の下で回転電機を作動させる。これにより、有検出相の場合と、無検出相の場合とを区別して負荷率制限条件が変更されるので、回転電機がロック状態となり、電流集中相が無検出相であっても、有検出相の場合と異なる制御を行うことになり、回転電機の損傷を抑制することができる。
【００１２】
また、回転電機制御装置において、無検出相のときに用いる負荷率制限条件を、有検出相のときに用いる負荷率制限条件よりも回転電機の負荷率上限を低下させるものとする。したがって、回転電機がロック状態となり、電流集中相が無検出相のときには、回転電機の負荷率上限を低下させて、回転電機の損傷を抑制することができる。
【００１３】
また、回転電機制御装置において、負荷率制限条件は、所定の制限開始温度以上で温度に応じて回転電機の負荷率を低減させて制限する。そして、無検出相のときに用いる制限開始温度を、有検出相のときの制限開始温度よりも低温側に変更する。これにより、電流集中相が無検出相のときは、有検出相である場合に比較し、より低い温度で回転電機の負荷率低減が行われる。したがって、回転電機がロック状態となり、電流集中相が無検出相であっても、回転電機の損傷を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。なお以下では、回転電機について、車両に搭載されるものとして説明するが、ロック状態が生じる運転モードを有する回転電機であれば、車両に搭載されないものであっても構わない。また、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。車両に搭載される回転電機の数は複数であってもよい。また、電源回路の構成として、２次電池、電圧変換器、インバータ回路を有するものとして説明するが、これ以外の要素、例えば、低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ等を有するものであってもよい。また、多相回転電機として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相回転電機を説明するが、これ以外の多相回転電機であってもよい。
【００１５】
図１は、車両用制御システム１０の構成を示す図である。この車両用制御システム１０は、特に、車両に搭載された回転電機がロック状態になったときの制御を行う機能を有する。車両用制御システム１０は、回転電機１２と、回転電機１２に接続される電源回路４０と、制御部６０とを備えて構成される。
【００１６】
回転電機１２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータであって、電力が供給されるときはモータとして機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。図１には、三相巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して、Ｕ，Ｖ，Ｗの符号が付されている。
【００１７】
回転電機１２のＵ相及びＶ相にそれぞれ設けられる温度センサ２０，２２は、Ｕ相巻線
及びＶ相巻線における温度をそれぞれ検出する機能を有する温度検出手段である。Ｗ相巻線には温度センサが設けられていないが、これは、通常は、上記２つの温度センサ２０，２２の検出データから、Ｗ相巻線の温度を推定することができるからである。すなわち、回転電機１２の通常の運転状態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相には振幅が同じで位相の異なる駆動信号が供給されるので、ほぼ各相とも同じ温度となるため、２つの相巻線における温度から、例えば、その平均温度をもって残りの相巻線における温度と推定することができる。
【００１８】
図１の例では、温度センサ２０，２２は、Ｕ相巻線とＶ相巻線に設けられているが、これは一例であって、Ｕ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ温度センサ２０，２２が設けられるものとしてもよく、Ｖ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ温度センサ２０，２２が設けられるものとしてもよい。場合によっては、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線のいずれか１つにのみ温度センサを設けるものとしてもよい。かかる温度センサ２０，２２としては、例えば半導体温度センサ等を回転電機１２の対応する相巻線に埋め込んだものを用いることができる。温度センサ２０，２２の検出データは、制御部６０に伝送される。
【００１９】
回転電機１２のＵ相及びＶ相にそれぞれ設けられる電流センサ３０，３２は、Ｕ相巻線
及びＶ相巻線を流れる電流をそれぞれ検出する機能を有する電流検出手段である。Ｗ相巻線には電流センサが設けられていないが、これは、通常は、上記２つの電流センサ３０，３２の検出データから、Ｗ相巻線を流れる電流を推定することができるからである。すなわち、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線は、それぞれの一方端が相互に接続されて中立点となっているので、２つの相巻線を流れる電流の和が、残りの相巻線を流れる電流となるからである。
【００２０】
上記では、２つの電流センサ３０，３２によってＵ相巻線、Ｖ相巻線を流れる電流を検出するものとしたが、これは一例であって、Ｕ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよく、Ｖ相巻線とＷ相巻線とにそれぞれ電流センサを設けるものとしてもよい。勿論、３つの相巻線それぞれに電流センサを設けるものとしてもよい。また、かかる電流センサ３０，３２としては、電流による磁界を検出するホール素子等を用いることができる。電流センサ３０，３２の検出データは、制御部６０に伝送される。
【００２１】
電源回路４０は、モータ・ジェネレータである回転電機１２と接続される回路であり、モータ・ジェネレータータが駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいはモータ・ジェネレータが発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置を充電する機能を有する。
【００２２】
電源回路４０は、２次電池である蓄電装置４２と、蓄電装置側の平滑コンデンサ４４と、電圧変換器４６と、昇圧側の平滑コンデンサ４８と、インバータ回路５０とを含んで構成される。
【００２３】
蓄電装置４２としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００２４】
電圧変換器４６は、蓄電装置４２側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約６００Ｖに昇圧する機能を有する回路である。電圧変換器４６は双方向機能を有し、インバータ回路５０側からの電力を蓄電装置４２側に充電電力として供給するときには、インバータ回路５０側の高圧を蓄電装置４２に適した電圧に降圧する作用も有する。
【００２５】
インバータ回路５０は、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続されるモータ・ジェネレータに供給する機能と、逆にモータ・ジェネレータからの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。
【００２６】
制御部６０は、電源回路４０の制御を通して、車両に搭載される回転電機１２の作動を制御する機能を有する回転電機制御装置であり、特にここでは、回転電機１２がロック状態になったときに電源回路４０の制御により、回転電機１２の各相巻線が過度に発熱しないように制御する機能を有する。制御部６０は、ＣＰＵ６２と、温度センサ２０，２２との間のインタフェース回路である温度センサＩ／Ｆ６４、電流センサ３０，３２との間のインタフェース回路である電流センサＩ／Ｆ６６と、プログラム等を記憶する記憶装置６８とを含んで構成される。なお、これらの要素は内部バスで相互に接続される。かかる制御部６０は、車両搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。制御部６０の機能は、他の車両搭載コンピュータの機能の一部とすることもできる。例えば、車両全体の制御を行うハイブリッドＥＣＵ等に、制御部６０の機能を持たせることができる。
【００２７】
記憶装置６８は、上記のようにプログラムを格納する他に、ここでは特に、回転電機１２の負荷率に関するデータが記憶される。回転電機１２の負荷率とは、回転電機１２が負荷に対して出力できる最大能力に対し、実際の出力の割合である。出力はパワー＝（回転電機１２のトルク）×（回転電機１２の回転数）であるが、回転数は車両の走行状態で左右されるので、負荷率としては、最大可能トルクに対し、実際のトルクの割合で示すことができる。回転電機１２は、作動と共に発熱するので、温度が上昇すると、負荷率を制限することが好ましい。回転電機１２の負荷率に関するデータとは、温度と負荷率の関係データ等である。この場合、記憶装置６８において、温度、負荷率の一方を検索キーとすることで、他方を読みだすことができる。
【００２８】
ＣＰＵ６２は、回転電機１２がロック状態となったときの電流集中相を特定する電流集中相特定モジュール７０、電流集中相において電流センサが設けられているか否かを判断する温度センサ有無判断モジュール７２、その判断に基づいて回転電機１２の作動条件を変更する作動条件変更モジュール７４を含んで構成される。かかる機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００２９】
上記構成の作用、特に制御部６０のＣＰＵ６２の各機能について、図２のフローチャート等を用いて詳細に説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。図２は、回転電機１２がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートで、各手順は、車両制御プログラムのロック状態対応処理プログラムにおける各処理手順を示すものである。
【００３０】
図２に示すように、回転電機１２にロック状態が発生する（Ｓ１０）と、回転電機１２に電流集中相があるか否かが判断され、電流集中相があるときは、どの相が電流集中相か特定される（Ｓ１２）。この工程は、ＣＰＵ６２の電流集中相特定モジュール７０の機能によって実行される。具体的には、２つの電流センサ３０，３２の検出データから、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流をそれぞれ求め、これらの電流値の比較から、電流集中相が特定される。
【００３１】
電流集中相の特定には、他の相電流と比較して、予め定めた比率を超えて大きな比率の電流値を示す場合に、最も大きな比率の電流値を示す相を電流集中相とすることができる。例えば、Ｕ相電流を基準としてこれを１としたとき、Ｖ相電流が０．７、Ｗ相電流が１．３であるときは、Ｗ相が電流集中相として特定される。なお、予め定めた比率が１．３５であるときは、電流集中相はないものと判断される。この他、単純に最大電流値を示す相を電流集中相とすることもできる。この場合には、上記の例で、Ｗ相が電流集中相として特定される。
【００３２】
次に、特定された電流集中相について、温度センサ２０，２２が設けられ相巻線温度が検出されている有検出相か、温度センサ２０，２２が設けられておらず相巻線温度が検出されていない無検出相かが判断される（Ｓ１４）。この工程は、ＣＰＵ６２の温度センサ有無判断モジュール７２の機能によって実行される。上記の例では、電流集中相はＷ相であり、図１の場合Ｗ相巻線には温度センサが設けられていないので、電流集中相は無検出相である。
【００３３】
Ｓ１４において電流集中相が有検出相、すなわち温度センサが設けられている相が電流集中相であるときは、Ｓ１６に進む。また、Ｓ１４において電流集中相が無検出相、すなわち温度センサが設けられていない相が電流集中相であるときは、Ｓ１８に進む。いずれにしても、回転電機１２の負荷率に関するデータに基づき、回転電機１２の負荷率が確認され、必要に応じ作動条件が変更される。Ｓ１６，Ｓ１８の工程は、ＣＰＵ６２の作動条件変更モジュール７４の機能によって、記憶装置６８に記憶される負荷率に関するデータが読み出されて実行される。
【００３４】
Ｓ１６においては、回転電機１２の作動条件について、通常の負荷率制限マップを用いて確認が行われ、必要に応じ負荷率制限条件が変更される。図３は、通常の負荷率制限マップの例を示す図である。負荷率制限マップは、横軸が温度、縦軸が負荷率で、温度に応じて回転電機１２の負荷率を規定するデータを示す図である。負荷率は、上記のように、回転電機１２のトルクを示すものと考えることができる。図３によれば、温度Ｔ1より低温側では負荷率が１００％、すなわち、回転電機１２の負荷率は最大負荷率に設定されており、温度Ｔ1より高温側で、温度上昇と共に負荷率上限が低下するように設定されていることが分かる。
【００３５】
すなわち、通常の負荷率制限マップは、温度Ｔ1以下の低温では負荷率上限を最大負荷率のままとし、温度Ｔ1を超えると温度上昇とともに負荷率上限を低減させて負荷率上限の制限を行うことを示している。この意味で、温度Ｔ1を通常の場合の制限開始温度と呼ぶことができる。
【００３６】
したがって、電流集中相が有検出相であるときは、その電流集中相に温度センサが設けられているので、その温度センサの検出温度に基づき、図３の負荷率制限マップにしたがって、回転電機１２の負荷率上限を定める。すなわち、温度センサの検出温度が制限開始温度Ｔ1より高温であれば、負荷率上限を低減した制限値の下で回転電機１２を作動させるように、必要があれば作動条件を変更する。温度センサの検出温度が制限開始温度Ｔ1以下の低温であれば、負荷率上限は最大負荷率のままで、作動条件の変更は行なわれない。
【００３７】
Ｓ１８においては、回転電機１２の作動条件について、通常の負荷率制限マップに用いられる制限開始温度よりも低温側に設定された制限開始温度を有する負荷率制限マップを用いて確認が行われ、必要に応じ負荷率制限条件が変更される。図４は、制限開始温度を通常の負荷率制限マップの場合のＴ1よりも低温のＴ2と設定された負荷率制限マップの例を示す図である。図４によれば、通常の場合の負荷率制限マップに比較し、制限開始温度がＴ1からＴ2へ、低温側にシフトされていることが分かる。
【００３８】
Ｓ１８が適用されるのは、電流集中相が無検出相、すなわち、電流集中相に温度センサが設けられておらず、直接的には電流集中相の温度が検出されない場合である。温度センサが設けられている巻線相は電流集中相ではないので、そこで検出された温度よりも、実際の電流集中相における温度はもっと高温であることがある。したがって、そのような場合に、図３に説明したような通常の負荷率制限マップを用いると、実際の電流集中相において負荷率制限が不十分となり、回転電機１２の損傷を招く恐れがある。そこで、電流集中相が無検出相の場合には、制限開始温度を適当に低温側にシフトさせた負荷率制限マップを用いることとし、回転電機１２の損傷を未然に防止することとする。
【００３９】
制限開始温度Ｔ2を通常の場合のＴ1よりどの程度低温に設定するかは、電流集中相の特定の際に用いる基準による。例えば、相巻線の間の電流の差があまり大きくなくても最大の電流が流れる相を電流集中相とするときには、相巻線の間の温度差があまり大きくないので、Ｔ2はＴ1より適度に低温側とすることで足りる。一方、相巻線の間の電流比を比較し、予め定めた値の比を超えるときに電流集中相として特定する場合には、電流集中相の相巻線と他の相巻線との間にかなりの温度差があることが予想される。したがって、このような場合には、Ｔ2をＴ1より十分に低温側とすることが必要である。このように、制限開始温度Ｔ2の設定は、電流集中相の特定の際の、相巻線の間の電流差の大きさに応じて行うことが好ましい。
【００４０】
このように、回転電機１２がロックしたときの無検出相のときに用いる負荷率制限条件を、有検出相のときに用いる負荷率制限条件よりも回転電機１２の負荷率上限を低下させることで、回転電機１２の損傷を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機制御装置が適用される車両用制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、回転電機がロック状態となったときの処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、通常の負荷率制限マップの例を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、制限開始温度を、通常の負荷率制限マップの場合よりも低温側に設定された負荷率制限マップの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  車両用制御システム、１２  回転電機、２０，２２  温度センサ、３０，３２  電流センサ、４０  電源回路、４２  蓄電装置、４４，４８  平滑コンデンサ、４６  電圧変換器、５０  インバータ回路、６０  制御部、６２  ＣＰＵ、６４  温度センサＩ／Ｆ、６６  電流センサＩ／Ｆ、６８  記憶装置、７０  電流集中相特定モジュール、７２  温度センサ有無判断モジュール、７４  作動条件変更モジュール。
【図１】
2008312419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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