(57)【要約】【課題】ロータ破損を検出する手段を提供する。【解決手段】モータの回転数を取得し（Ｓ１０）、回転数指令値との誤差を算出し（Ｓ２０）、誤差が所定値を超えた回数が所定回数以上になった場合に、モータの回転数が異常であると判断される。また、ステータ温度が取得され（Ｓ７０）、ステータ温度に所定の補正が施された（Ｓ８０）後、ステータ温度補正値が許容温度より高い場合にステータ温度が異常であると判断される。モータの回転数およびステータ温度が異常と判断されると、ロータが破損していることが検知され、警告灯点灯（Ｓ１１０）およびモータ駆動の制限が実施される（Ｓ１２０）。【選択図】　　　　図４
2004096888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用のモータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、
モータ回転状態を検知するモータ回転状態検知手段と、
ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、
前記モータ回転状態が所定のモータ回転異常状態であるか否かを判定するモータ回転異常判定部と、
前記ステータ温度が所定の異常温度であるか否かを判定するステータ温度異常判定部と、
を備え、
前記モータ回転状態が所定のモータ回転異常状態であり、かつ、前記ステータ温度が所定の異常温度である場合に、前記ロータが破損していると判断することを特徴とするロータ破損検出システム。
【請求項２】
モータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、
モータ回転速度を検知するモータ回転速度検知手段と、
ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、
前記モータ回転速度がモータ回転速度の設定値から所定値以上低下した状態が所定回数生じた場合に、モータ回転異常状態であると判定するモータ回転異常判定部と、
モータに流れた電流量に応じて設定された規定温度より前記ステータ温度が高い場合に、前記ステータ温度が異常温度であると判定するステータ温度異常判定部と、
を備え、
前記モータ回転状態がモータ回転異常状態と判定され、かつ、前記ステータ温度が異常温度であると判定された場合に、前記ロータが破損していると判断することを特徴とするロータ破損検出システム。
【請求項３】
モータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、
モータ回転速度を検知するモータ回転速度検知手段と、
ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、
前記モータの運転条件に基づいて、前記ステータ温度を補正するステータ温度補正手段と、
前記モータ回転速度がモータ回転速度の設定値から所定値以上低下した状態が所定回数生じた場合に、モータ回転異常状態であると判定するモータ回転異常判定部と、
モータに流れた電流量に応じて設定された規定温度より前記ステータ温度の補正値が高い場合に、前記ステータ温度が異常温度であると判定するステータ温度異常判定部と、
を備え、
前記モータ回転状態がモータ回転異常状態と判定され、かつ、前記ステータ温度が異常温度であると判定された場合に、前記ロータが破損していると判断することを特徴とするロータ破損検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のモータの異常を検出する装置に関する。特に本発明は、モータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両のモータは、実走行における車速の上下や車両制御により、回転数が上下する。このとき、ロータに遠心力による繰り返し応力が発生し、ロータが疲労破損に至ることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車両では、ロータの破損を検出する手段を備えていないため、仮に、実車においてロータの破損が進行した場合には、最終的には自走不可能になる恐れがある。
【０００４】
一般に、ロータは、積層鋼板で構成されているため、破損は１枚ずつ進行するが、破損が進行するにつれて、指数的に破損範囲が拡大していく。この現象の車両挙動に与える影響は、破損初期の数枚程度が破損した状態であれば出力低下が少なく、自走が可能である。そのため、破損開始初期にロータ破損を検出し、破損の進行を食い止めることが運転者の安全を確保する上で重要である。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるロータ破損検出システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の理解を助けるために、ロータ破損について説明する。図１は、車両駆動用のモータの要部構成を示す図である。この図においては、ロータ及びステータの１／４を示している。ロータは、複数の電磁鋼板を積層することにより構成され、ロータの１／４に当たるロータ片３１０には、２つの穴３１２が形成されている。そして、この２つの穴３１２には、それぞれ永久磁石３１４が挿入されている。各永久磁石３１４の両端部分では、ロータの外周部から永久磁石３１４までの距離が小さくなっており、典型的には、図の距離３１３は１ｍｍ程度である。
【０００７】
ステータの１／４に当たるステータ片３２０は、ロータ片３１０の周囲に微小間隙（ギャップ）３２２を介して配置されている。通常、このギャップは、０．５ｍｍ程度である。ステータ片３２０には、３つの穴３２４が設けられている。この穴３２４には、ステータコイル（図示せず）が挿入配置される。
【０００８】
このロータの中心部には回転シャフトが配置されロータに固定される。また、ステータ片３２０を４つ円周方向に接続しステータが形成される。ステータは回転磁界を生起する。ロータは、永久磁石３１４が配置されているため、回転磁界によりロータに回転トルクが発生し、ロータが回転されることになる。
【０００９】
以上のように構成されたモータにおいては、永久磁石３１４の両端部において、ロータが遠心力による繰り返し応力によって破損することがある。ロータが破損すると、ロータとステータとが部分的に接触し、摩擦によりモータの回転数が低下する。
【００１０】
モータを制御するＥＣＵは、モータの回転数の低下を検知すると、ステータコイルに流れる電流を増加させ、所定の回転数を維持しようとする。これにより、一旦は、モータの回転数は正常な状態に戻るが、ロータの破損が進行すると、再度、モータの回転数の低下、およびＥＣＵによる回転数の維持が繰り返される。
【００１１】
図２は、ロータ破損初期のモータ回転数の挙動およびステータ温度の推移を示すグラフである。図２のｔ０は、モータが始動した時刻を示し、ｔ１，ｔ２，およびｔ３は、それぞれ、ロータとステータとが部分接触した時刻を示す。ステータ温度は、モータ始動後、ステータコイルに流れた総電流量が増加するとともに、上昇する。時刻ｔ１において、部分接触が発生すると、モータ回転数が所定の指令値より低下する。一方、ステータ温度は、ロータとステータとの摩擦熱により、正常時のステータ温度より高くなる。時刻ｔ１以降、ＥＣＵによる電流制御によりモータ回転数は指令値に戻る。これ以降、ロータの破損部分が拡大し、時刻ｔ２、ｔ３において、再度部分接触が発生すると、実際のステータ温度と正常時の温度との差は徐々に拡大する。
【００１２】
このように、ロータ破損の初期段階においては、ロータとステータとが部分接触する毎に、モータの回転数の低下が生じると共に、ステータの温度が正常時に比べて徐々に上昇する。
【００１３】
そこで、本発明の望ましい態様は、車両駆動用のモータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、モータ回転状態を検知するモータ回転状態検知手段と、ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、前記モータ回転状態が所定のモータ回転異常状態であるか否かを判定するモータ回転異常判定部と、前記ステータ温度が所定の異常温度であるか否かを判定するステータ温度異常判定部と、を備え、前記モータ回転状態が所定のモータ回転異常状態であり、かつ、前記ステータ温度が所定の異常温度である場合に、前記ロータが破損していると判断する。
【００１４】
また、本発明の他の望ましい態様は、モータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、モータ回転速度を検知するモータ回転速度検知手段と、ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、前記モータ回転速度がモータ回転速度の設定値から所定値以上低下した状態が所定回数生じた場合に、モータ回転異常状態であると判定するモータ回転異常判定部と、モータに流れた電流量に応じて設定された規定温度より前記ステータ温度が高い場合に、前記ステータ温度が異常温度であると判定するステータ温度異常判定部と、を備え、前記モータ回転状態がモータ回転異常状態と判定され、かつ、前記ステータ温度が異常温度であると判定された場合に、前記ロータが破損していると判断する。
【００１５】
また、本発明のさらに他の望ましい態様は、モータを構成するロータの破損を検出するロータ破損検出装置であって、モータ回転速度を検知するモータ回転速度検知手段と、ステータ温度を検知するステータ温度検知手段と、前記モータの運転条件に基づいて、前記ステータ温度を補正するステータ温度補正手段と、前記モータ回転速度がモータ回転速度の設定値から所定値以上低下した状態が所定回数生じた場合に、モータ回転異常状態であると判定するモータ回転異常判定部と、モータに流れた電流量に応じて設定された規定温度より前記ステータ温度の補正値が高い場合に、前記ステータ温度が異常温度であると判定するステータ温度異常判定部と、を備え、前記モータ回転状態がモータ回転異常状態と判定され、かつ、前記ステータ温度が異常温度であると判定された場合に、前記ロータが破損していると判断する。
【００１６】
以上の構成によれば、ロータの回転状態の異常およびステータ温度の異常を検知することにより、ロータ破損を初期段階において確実に検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図３は、実施形態に係るロータ破損検出システム２の構成概略図である。ロータ破損検出システム２においては、三相交流モータが車両走行用のモータ１０として使用されている。モータ１０の駆動電流は、インバータ１２を介してバッテリ１４から供給されている。インバータ１２は、バッテリ１４の放電出力を３相交流に交換すべく、モータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ各相巻線に対応して設けられ、互いに三相ブリッジ接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としては、例えば、ＩＧＢＴ等の大電力トランジスタを使用できる。インバータ１２は、その他、バッテリ１４の出力電圧を平滑するためのコンデンサＣや、このコンデンサＣの放電抵抗Ｒを有している。
【００１９】
インバータ１２の動作、特にスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＥＶ−ＥＣＵ１６により制御される。ＥＶーＥＣＵ１６は、例えば、イグニッションスイッチの操作に応じてリレーユニット２０をオンさせ、バッテリ１４とインバータ１２を接続する。ＥＶ−ＥＣＵ１６は、ユーザによるアクセルペダルの踏込量を示すアクセル信号、ユーザによるブレーキペダルの踏込量を示すブレーキ信号、ユーザが投入したシフト位置を示すシフトポジション信号等を入力し、これらに基づいて、モータ１０に対する回転数指令値、すなわちモータ１０が回転すべき回転数の値を演算する。ＥＶ−ＥＣＵ１６は、このようにして求めた回転数指令値を電流指令値に換算する。
【００２０】
ＥＶ−ＥＣＵ１６は、インバータ１２から、モータ１０の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値のフィードバックを受け、またモータ１０に付設されているレゾルバ等のロータ位置センサ１８からモータ１０の回転数（すなわちモータ１０のロータの位置変化）を入力する。ＥＶ−ＥＣＵ１６は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値を電流制御値と比較し、その結果得られた電流制御誤差（偏差）の他、モータ１０の回転数を用いて、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの制御目標あるいは各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの制御目標を決定する。すなわち、ロータとステータとが部分接触することにより、モータ１０の回転数が低下すると、モータ１０が出力するべきトルクを発生するように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを増加させ、回転数を維持しようとする。
【００２１】
ＥＶ−ＥＣＵ１６は、制御目標に応じ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフスイッチングを制御するためのパルス幅変調（ＰＭＷ）信号を生成し、これを対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に供給する。
【００２２】
また、ＥＶ−ＥＣＵ１６は、外気温センサ３０によって検出された外気温デーを入力する。モータ１０には、冷却水を用いた冷却装置（図示せず。例えば、特開２００２−１５８３２１号公報参照）が設けられている。この冷却水の温度は、冷却水センサ３２によって検出され、冷却水の温度データはＥＶ−ＥＣＵ１６に入力される。
【００２３】
以上のような構成において、ロータ破損を検出するときの動作について説明する。図４は、ロータ破損を検出する場合のフローチャートである。本実施形態においては、まず、モータ回転数Ｍがロータ位置センサ１８を用いて取得される（Ｓ１０）。続いて、モータ回転数誤差Ｘが、「Ｘ＝Ｎ−Ｍ」なる式により求められる（Ｓ２０）。ここで、Ｎは、モータ回転数Ｍを取得したときに、ＥＶ−ＥＣＵ１６から出力されたモータ回転数指示値である。取得されたモータ回転数誤差Ｘについて、所定の許容範囲内か否か判断される（Ｓ３０）。モータ回転数誤差Ｘが所定の許容範囲内であれば、モータ回転数における異常はないと判断され、ここでの処理を終える。モータ回転数誤差Ｘが所定の許容範囲を超えている場合には、誤差判定カウンタＹに１を加算する処理を行う（Ｓ４０）。この後、誤差判定カウンタＹが所定の閾値Ｃ以上であるか否かが判断される（Ｓ５０）。
【００２４】
誤差判定カウンタＹが所定の閾値Ｃ未満であれば、ここでの処理を終える。なお、カウンタＹの値は、所定の時間が経過するまではそのまま保持され、次にＳ１０からＳ４０までの処理が実行されたときに用いられる。
【００２５】
誤差判定カウンタＹが所定の閾値Ｃ以上である場合には、モータ回転数が異常であると判断され、電流積算値の算出が行われる（Ｓ６０）。電流積算値は、たとえば、電気自動車のシステム起動以降、モータに流れる電流を所定時間毎に検出し、検出された各電流値を積算することによって得られる。次に、ステータの温度Ｚ、外気温度、および冷却水の温度が検出される（Ｓ７０）。これらの検出値に基づいて、ステータ温度Ｚの補正が行われる（Ｓ８０）。たとえば、ステータ温度補正値Ｚ’は、「Ｚ’＝ＺーＥ×外気温ーＦ×冷却水温」なる式により求められる。ここで、ＥおよびＦは、所定の係数である。これにより、ステータ温度Ｚに対する外部要因（運転条件）の影響が取り除かれ、より適切にステータ温度の評価を行うことができる。
【００２６】
続いて、Ｓ６０で求めた電流積算値における許容温度Ｚ０が算出される（Ｓ９０）。各電流積算値における許容温度Ｚ０は、たとえば、図５に示すような、電流積算値と許容温度Ｚ０との関係を示すマップを用いて算出することができる。Ｚ０が算出されると、ステータ温度補正値Ｚ’がＺ０より大きいか否かが判断される（Ｓ１００）。ステータ温度補正値Ｚ’がＺ０以下であれば、ここでの処理を終える。ステータ温度補正値Ｚ’がＺ０より大きい場合には、ステータ温度が異常であると判断される。この場合には、モータ回転数の異常およびステータ温度の異常が検知されたことにより、ロータが破損していると推定される。そこで、警告灯を点灯する（Ｓ１１０）とともに、モータ駆動に対する制限を実施する（Ｓ１２０）。モータ駆動の制限としては、たとえば、モータ最大トルク、最高回転数などに対する制限がある。これにより、ユーザは、モータに異常が生じたことを認知することができる。また、モータ駆動に制限を加えることにより、さらなるロータ破損を食い止め、走行の安全性を確保することができる。また、ロータ破損の進行を抑制することにより、自走による修理場所への移動が可能になり、車が立ち往生することが防止される。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、ステータ温度補正値Ｚ’に基づいて、ステータ温度の異常判定を行っているが、ステータ温度Ｚに基づいてステータ温度の異常判定を行うことももちろん可能である。
【００２８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、モータを構成するロータの破損を初期段階において、確実に検出することができる。これにより、モータを駆動力源とする車両の安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両駆動用のモータの要部構成を示す図である。
【図２】ロータ破損初期のモータ回転数の挙動およびステータ温度の推移を示すグラフである。
【図３】実施形態に係るロータ破損検出システム２の構成概略図である。
【図４】ロータ破損を検出する場合のフローチャートである。
【図５】電流積算値と許容温度Ｚ０との関係を示すマップを示す図である。
【符号の説明】
２　ロータ破損検出システム、１０　モータ、１２　インバータ、１４　バッテリ、１８　ロータ位置センサ、２０　リレーユニット、３０　外気温センサ、３２　冷却水センサ。
【図１】
2004096888.tif 000003
【図２】
2004096888.tif 000004
【図３】
2004096888.tif 000005
【図４】
2004096888.tif 000006
【図５】
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