(57)【要約】【課題】周囲温度が高い場合には、低温時のエンジン始動に要求される高トルクは必要ないため、電流指令を下げてエンジン始動を行なうことにより信頼性の高いハイブリッド電気自動車用変換装置を実現する。【解決手段】内燃機関１と、この内燃機関１に機械的に接続された交流電動機２と、この交流電動機２を駆動するためのインバータ装置３と、このインバータ装置３に直流電力を供給する直流電源４と、前記インバータ装置３を制御する制御回路３４と、内燃機関の温度を直接または間接的に検出する温度検出手段とから構成され、前記温度検出手段で検出された温度により、前記インバータ装置３から前記交流電動機２へ供給する電流を前記インバータ装置３の限界電流値より小さい第１の電流値に制限するようにする。【選択図】  図１
2004248458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
この内燃機関に機械的に接続された交流電動機と、
この交流電動機を駆動するためのインバータ装置と、
このインバータ装置に直流電力を供給する直流電源と、
前記インバータ装置を制御する制御回路と、
内燃機関の温度を直接または間接的に検出する温度検出手段と
から構成され、
前記温度検出手段で検出された温度により、前記インバータ装置から前記交流電動機へ供給する電流を
前記インバータ装置の限界電流値より小さい第１の電流値に制限することを特徴とするハイブリッド電気自動車駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ装置の起動状態を検出する手段を備え、前記インバータ装置から前記交流電動機に供給する電流を、起動時には前記第１の電流値より小さい第２の電流値に制限することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド電気自動車駆動装置。
【請求項３】
前記温度検出手段は、前記インバータ装置のパワーデバイス近傍に取り付けられた温度検出器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車駆動装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記交流電動機に取り付けられた温度検出器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車駆動装置。
【請求項５】
前記インバータ装置は、前記直流電源からリアクトル及びチョッパを介して給電されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良したハイブリッド電気自動車駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド電気自動車駆動装置は、内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）と交流電動機と、これを駆動するインバータ装置と、インバータ装置に電力を供給する直流電源とから構成され、エンジンの出力軸と、交流電動機の出力軸は機械的に結合され、エンジンと交流電動機が協働して車体を駆動するようにしている。エンジンは低速域では運転効率が悪く、排気ガス等も多いので、低速域では電動機出力による車体の駆動を主体とし、高速域になると、エンジンによる駆動を主体とするような制御を行なうのがハイブリッド電気自動車駆動装置の基本的な考え方である。
【０００３】
尚、低速域であっても、エンジンの駆動力を使用する場合もあるが、その場合でも、停止状態からの始動は交流電動機の始動トルクに頼るのが普通である。従って、ハイブリッド電気自動車駆動装置における交流電動機は、始動時に最もトルクが必要とされる。換言すれば、インバータ装置は始動時に最大電流が流れる状態となる。
【０００４】
一方、インバータ装置に使用される主回路パワーデバイスは熱に弱く、その温度が上昇すると熱破壊を起こす恐れがある。このため、主回路パワーデバイス近傍の温度を検出し、この温度がある値以上になると、インバータ装置の電流指令を減じるような工夫が為されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この特許文献１の考え方は、インバータ装置の出力電流を常に限界の値で運転しようとする考え方である。しかしながら、主回路パワーデバイスの保護をより確実にし、インバータ装置の信頼性を高めるためには、負荷が小さい状態では、始動電流を更に低く抑えるような工夫もまた重要である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２５２９３２号公報（第２−４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、インバータはエンジン始動時に最大電流で始動するため、最近排気ガス低減対策として行なわれているような、いわゆるアイドリングストップ運転を頻繁に行った場合、主回路パワーデバイスの温度が必要以上に上昇し、主回路パワーデバイスを破損する恐れがある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、周囲温度が高い場合には、低温時のエンジン始動に要求されるような高トルクは必要ないため、電流指令を下げてエンジン始動を行なうことにより信頼性の高いハイブリッド電気自動車用駆動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のハイブリッド電気自動車駆動装置は、エンジンと、このエンジンに機械的に接続された交流電動機と、この交流電動機を駆動するためのインバータ装置と、このインバータ装置に直流電力を供給する直流電源と、前記インバータ装置を制御する制御回路と、エンジンの温度を直接または間接的に検出する温度検出手段とから構成され、前記温度検出手段で検出された温度により、前記インバータ装置から前記交流電動機へ供給する電流を前記インバータ装置の限界電流値より小さい第１の電流値に制限することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、インバータ装置の始動電流が抑制できるので、信頼性の高いハイブリッド電気自動車駆動装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に本発明によるハイブリッド電気自動車駆動装置の第１の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明のハイブリッド電気自動車駆動装置のブロック構成図である。
【００１２】
エンジン１と交流電動機２とは機械的に接続されている。交流電動機２はインバータ装置３によって所望の電圧及び周波数で駆動され、インバータ装置３には直流電源４から開閉器５を介して直流電力が供給されている。インバータ装置３の内部は、コンデンサ３２と、主回路パワーデバイス３３ｕ、３３ｖ、３３ｗ、３３ｘ、３３ｙ及び３３ｚでブリッジ接続されたインバータ回路３３により構成されている。また、インバータ回路３３は、制御回路３４によって制御されている。
【００１３】
制御回路３４の構成は以下の通りである。電流指令値演算器３４１の出力として得られるトルク電流指令ｉｑ＊及び励磁電流指令ｉｄ＊を、フィードバック演算されたトルク電流ｉｑ及び励磁電流ｉｄと夫々増幅器３４２、増幅器３４３で比較演算し、その夫々の出力をトルク電圧指令ｖｑ＊及び励磁電圧指令ｖｄ＊とする。このトルク電圧指令ｖｑ＊及び励磁電圧指令ｖｄ＊を座標変換器３４４で３相電圧基準Ｖ＊に変換し、これをＰＷＭ制御器３４５でパルスに変換し、インバータ回路３３用のゲート信号を得ている。
【００１４】
一方、前述したトルク電流ｉｑと励磁電流ｉｄは、インバータ装置３の任意の２相の出力電流、例えばＵ相電流ｉｕとＷ相電流ｉｗを検出し、これを座標変換器３４６で、３相から２相へ変換して求めている。ここで、座標変換器３４６の基準位相は、交流電動機２の回転数ｎを積分した位相角θｒと、トルク電流指令ｉｑ＊と励磁電流指令ｉｄ＊から演算で求めたすべり周波数ｆｓを積分して得られる位相角θｓを加えた位相角θを用いる。前述した座標変換器３４４の基準位相も同様にこの位相角θを用いる。
【００１５】
次に制御回路３４の動作について説明する。図示していない回転数検出器から電動機回転数ｎを検出し、これを積分した位相角θｒを得る。一方、励磁電流指令ｉｄ＊、トルク電流指令ｉｑ＊及び電動機定数からすべり周波数ｆｓを演算し、これを積分して位相角θｓを得る。このθｓと前記θｒとを加算して得られるθを座標変換器の基準位相とすることは前述の通りであるが、この位相角θはインバータ回路３３の出力位相と交流電動機２の回転磁界のなす電気角に相当する。尚、電動機回転数ｎは、回転数検出器を用いなくても演算によって求めることもできる。
【００１６】
電動機電流は、例えばＵ相及びＷ相電流を検出し、上述の基準位相に基づいた３相から２相への２軸座標変換を座標変換器３４６を用いて行なうことにより、励磁電流ｉｄとトルク電流ｉｑに分離する。これらの励磁電流ｉｄ、トルク電流ｉｑと、励磁電流指令ｉｄ＊、トルク電流指令ｉｑ＊の夫々の差分を夫々増幅器３４２及び増幅器３４３により増幅し、励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊を得る。この励磁電圧指令ｖｄ＊及びトルク電圧指令ｖｑ＊を座標変換器３４４により２相３相変換した３相交流電圧指令Ｖ＊をＰＷＭ変換器３４５でパルス幅変調し、インバータ回路３３の主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚのゲート信号を得ている。
【００１７】
ここで、電動機電流をトルク成分（ｑ軸）とそれに直交する励磁成分（ｄ軸）に分離して夫々独立に制御する手法をベクトル制御、また、回転数検出器を用いずに回転数ｎを電流信号や電動機定数から演算で求め、同様の制御を行なう方式をセンサレスベクトル制御と呼ぶことは既に知られていることである。
【００１８】
次に電流指令値演算器３４１の内部構成及び動作について図２を参照して説明する。図２（ａ）は電流指令値演算器３４１の内部構成図である。回転数ｎを基準とし、テーブルから励磁電流指令ｉｄ＊と初期トルク電流指令ｉｑ０＊を出力し、初期トルク電流指令ｉｑ０＊に比率αを乗算してトルク電流指令ｉｑ＊を決定している。
【００１９】
図２（ｂ）は回転数ｎに応じて励磁電流指令ｉｄ＊及び初期トルク電流指令ｉｑ０＊を得る前述したテーブル関数の一例を示している。ここに示すように、ある回転数までは励磁電流指令ｉｄ＊を一定とした定トルク特性とし、それ以上になると励磁電流指令ｉｄ＊を弱めた定出力特性とするのが普通である。
【００２０】
図２（ｃ）は前述した比率αを主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚ近傍の温度ｔｈｄの変化に対してどう与えるかを描いたグラフである。ある温度ｔ１から、温度に比例して比率αを絞るパターン１、温度ｔ１で段階的に低減させるようなパターン２、更には、エンジンの負荷特性を考慮し、温度が高くなると必要以上の電流を抑えるようなパターン３などが考えられる。ここで、図示していないが、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚの限界耐量から決まるαはパターン１のαより常に大きく、逆に、エンジンの負荷特性から決まるαはパターン３のαより常に小さい。
【００２１】
尚、ここでは、エンジンの温度検出を主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚの温度検出で代行させているが、エンジン１とインバータ装置３は近傍に配置されているため、このような代行が可能となる。
【００２２】
このように、パターン１乃至パターン３を選定することにより、エンジン１を始動する時の電流が必要以上に流れないようにして主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚの過大な温度上昇を抑えることができる。
【００２３】
また、図２（ａ）のブロック図では、比率αをトルク電流指令のみに乗算しているが、トルク電流を絞ったときは励磁電流が大きくなり、電動機の効率が悪くなるため、励磁電流指令ｉｄ＊と初期トルク電流指令ｉｑ０＊の両方にこれを乗算することも可能である。また、比率αで電流指令を調整しているが、電流指令のリミット値を調整するようにしても良い。
【００２４】
更に、エンジン１の始動時すなわち電動機の回転数ｎが小さい領域でのみパターン３を用い、回転数がある値以上になればパターン１乃至パターン２に切換えて使用することも可能である。
【００２５】
尚、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚ近傍の温度検出には、一例として、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚ内に埋め込んだサーミスタによるアナログ信号やフィンに取り付けたサーモスタットによる接点信号を用いることができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚ近傍の温度ｔｈｄの検出に代えて交流電動機温度ｔｈｍを検出している点である。
【００２７】
交流電動機２もインバータ装置３と同様にエンジンの近傍に配置されるので、交流電動機２の温度を検出すれば、エンジンの温度を検出したこととほぼ等価となる。
【００２８】
このようにしてもエンジン始動時の電流指令を図２（ｃ）で示した比率αで調整することによりエンジン１の始動時の電流を抑え、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚの過大な温度上昇を抑えることができる。
【００２９】
尚、交流電動機２の温度検出器には、交流電動機２の巻線内に埋め込まれたサーミスタ、白金抵抗、またはサーモスタット等が用いられる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、開閉器５とコンデンサ３２の間にリアクトル６及びチョッパ回路３１を挿入した点である。チョッパ回路３１は並列接続されたパワーデバイス３１ａと直列接続されたパワーデバイス３１ｂにより構成されている。
【００３１】
チョッパ回路３１による昇圧動作で高電圧としてパワーアップしたシステムは、大電流によりパワーアップした場合に比べて、一般的に電動機が小型で高効率となることや直流電源、例えば電池による高電圧化に比べ車両に搭載するスペースと質量を小さくすることができ、走行距離を長くすることができる利点がある。また、この逆に交流電動機２の容量が比較的小さい場合には、安全のため、チョッパ回路３１に降圧動作を行なわせる場合もある。
【００３２】
このように、主回路に昇圧または降圧動作を行なうチョッパ回路３１を追加した場合でも、エンジン１の始動時の電流指令を調整し、主回路パワーデバイス３３ｕ乃至３３ｚの過大な温度上昇を抑えることができる。
【００３３】
尚、以上の説明では、インバータ装置３はベクトル制御されている例で説明したが、センサレスベクトル制御の場合にも本発明を適用でき、また更に他の制御方式でも適用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、電流指令を下げ、電流が必要以上に主回路パワーデバイスに流れないようにしてエンジンの始動を行なうことにより、信頼性の高いハイブリッド電気自動車駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の構成図。
【図２】本発明の電流指令値演算器の詳細説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッド電気自動車駆動装置の構成図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  交流電動機
３  インバータ装置
４  直流電源
５  開閉器
６  リアクトル
３１  チョッパ回路
３１ａ、３１ｂ  パワーデバイス
３２  コンデンサ
３３  インバータ回路
３３ｕ、３３ｖ、３３ｗ、３３ｘ、３３ｙ、３３ｚ  主回路パワーデバイス
３４  制御回路
３４１  電流指令値演算器
３４２  増幅器
３４３  増幅器
３４４  座標変換器
３４５  ＰＷＭ制御器
３４６  座標変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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