JP6207973B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、「電動機が惰性回転するときの音を車両が停止するまでに低減させると共に、電動機の温度上昇を最小限に抑制することを目的とし、電動モータ３による車輪駆動が停止され且つ電磁クラッチ１１で動力の伝達が遮断された場合（ステップＳ１の判定が“Ｙｅｓ”）、車輪の回転が停止するときに電動機の惰性回転が停止するように、電動モータ３にモータブレーキをかける。すなわち、後輪１ＲＬ・１ＲＲの回転よりも電動モータ３の惰性回転の方が、回転速度が速いときに、車輪の回転が停止した後も電動モータ３の惰性回転が続くと推定し（ステップＳ６の判定が“Ｙｅｓ”）、インバータ９による三相短絡によって電動モータ３にモータブレーキをかける（ステップＳ１１）。」と記載されている（要約参照）。

特開２００６−２９６０６８号公報

特許文献１には、モータによる車輪駆動が停止かつクラッチオフ時にて、電動機の惰性回転を電動機の温度上昇を最小限に抑制しつつ、停止する電気制動の機能について記載されている。しかし特許文献１の機能は、モータ、インバータ温度を監視しモータブレーキを行うとあるが、インバータとモータを電気的に接続しているケーブルは保護対象となっていない。そのため車輪駆動時や惰性回転などによってモータが連れ回された際に発生する誘起電圧により、ケーブルに電流が流れ、ケーブルが過熱する虞があった。また、三相短絡時においても、ケーブルに電流が流れケーブルが焼損する虞があった。

そこで本発明は、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でもケーブルの過熱を防止する、ケーブル保護機能を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ケーブルを介して、インバータが生成する交流電圧を、車両の車輪駆動用モータへ印加する車両の車輪駆動用モータ制御装置であって、前記ケーブルに流れる電流を検出する手段と、前記ケーブルの雰囲気温度を検出する手段と、前記ケーブルに流れる電流と前記ケーブルの雰囲気温度と前記ケーブルの物性または電気的特性とに基づいて前記ケーブルの温度を推定する手段を有し、前記モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となり前記ケーブルに電流が流れ、前記ケーブル温度推定手段による推定温度が所定の閾値を超えた場合、ＰＷＭの出力を確認し、前記ＰＷＭが出力されている場合、前記モータのトルク出力の抑制を行い、前記ＰＷＭが出力されていない場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする。

本発明によれば、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でもケーブルの過熱を防止する、ケーブル保護機能を備えたモータ制御装置を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

モータ制御装置の構成図である。 ケーブル温度保護のフローチャートである。 インバータ内のトランジスタが１つ短絡した場合の電流経路である。 三相短絡した場合の電流経路である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。
［実施例１］
本実施例では、インバータとバッテリが接続され閉回路となっており、モータの連れ回り（モータ軸がタイヤからの入力等の外力に回される状態）により発生した誘起電圧がバッテリ電圧より高い場合に流れる電流に対するケーブル保護機能を備えたモータ制御装置について説明する。

図１は、本実施例のモータ制御装置の構成図の例である。

モータ１００は、ハイブリット車両や電気自動車の駆動装置であり、磁石を内蔵した３相交流同期モータである。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の巻線を有するステータと巻線に電流が流れることで変化する磁束によって回転力が発生する回転子の２つの部分から主として構成される。

インバータ２００は、６つのトランジスタを備え、各２つのトランジスタが直列に接続されており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム、下アームを構成する。各トランジスタのコレクタとエミッタ間には、電気的に逆並列にダイオードが接続されている。

ＡＣケーブル３００は、モータ１００とインバータ２００を電気的に接続するケーブルである。モータ１００が連れ回された際に発生する誘起電圧による電流が流れるケーブルであり、温度保護の対象となるケーブルである。

バッテリ４００は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの２次電池であり、１００Ｖから４００Ｖ程度の高い電圧を保持する。

ＤＣケーブル５００はインバータ２００とバッテリ４００を電気的に接続するケーブルである。

電流センサ６００は、ＡＣケーブル３００に流れる電流を検出する装置である。

温度センサ７００は、モータ１００に内蔵されている温度センサである。

制御装置８００は、インバータ２００の中の６つのトランジスタのゲート端子に制御信号（ＰＷＭ信号）を出力し、各トランジスタを制御することでモータ１００へ供給する電流を制御して、モータ１００のトルクを制御する。また、制御装置８００にて、ケーブル温度の推定を行う。

モータの連れ回りにより発生した誘起電圧がバッテリ電圧より高い場合に流れる電流は、ＡＣケーブル、インバータ２００に前述のダイオードで構成されている三相全波整流回路を通して、ＤＣケーブル５００へ流れる。以下、ケーブル温度保護仕様について、フローチャートを用いて説明する。

図２は、ケーブル温度保護のフローチャートの例である。

Ｓ１０００において、モータ１００、インバータ２００を起動によりケーブル温度推定がスタートする。次にＳ１００１にて、モータの制御装置であるインバータ２００にてモータ電流の監視を常時行う。次にＳ１００２において、ケーブルの雰囲気温度の監視も常時行う。

Ｓ１００３において、モータ電流とケーブルの雰囲気温度の二つの要素より、ケーブルの温度推定を行う。次のＳ１００４にて、推定した温度（Ｔｃ）が設定した閾値（ケーブルが焼損しない温度）を下回った場合Ｓ１００１へ戻り再度ケーブルの温度推定を行う。推定した温度が設定した閾値を上回った場合、Ｓ１００５へ遷移する。

Ｓ１００５において、ＰＷＭ出力を確認する。ＰＷＭが出力されている場合（ＮＯの場合）、モータのトルク（電流）制御を行っているため、Ｓ１００７にてトルク（電流）出力の抑制を行い、ケーブルの温度低下を図る。次に、ＰＷＭが出力されていない場合（ＹＥＳの場合）は、モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となりケーブルに意図しない電流が流れているため、Ｓ１００６にてモータの回転数を抑制するための警告を行う。

警告方法はＣＡＮ送信などにより音や表示媒体を用い、モータ回転数抑制の警告を表示し、操縦者へ通知する。

下記の数式１は、ケーブルの温度推定を行う算出式の例である。電線材料係数Ｋ、ケーブルの断面積Ａはケーブルの仕様で決定される。ケーブルの通電電流Ｉ、通電時間ｔ、雰囲気温度Ｔａｍｂがケーブルの温度推定に必要な因子となり、制御装置８００にて常時監視している。

雰囲気温度Ｔａｍｂについて、ケーブルが配置される場所の環境温度のうち最高温度となる雰囲気温度が好ましい。例としてエンジン、モータの温度が上げられ、電線端子部等におけて接触抵抗による温度上昇が懸念される場合においても、その部位の確実なケーブル保護が可能となる。

本発明を車両に適用することにより、モータ１００、インバータ２００などの装置が過温度に達しない範囲、つまり正常に駆動している状態においても、意図しない通電に対してケーブルの発熱、あるいは焼損を未然に防ぐことができる。

また、ケーブルの線径はあらゆる異常時を想定して安全となるケーブルの線径を決定するが、ケーブルの線径が太くなる傾向となる。結果、ケーブルのコストアップ、および加工が困難となり車両レイアウトの自由度を低下させてしまう。しかし、本発明のケーブル保護機能により前期ケーブルの安全性を確保できるため、コストおよび車両レイアウト重視でのケーブルの線径の選定が可能となり、コストダウンおよび車両レイアウトの自由度を向上させる効果もある。
［実施例２］
本実施例では、インバータ内のトランジスタが一つ以上短絡し、モータの連れ回りによる誘起電圧発生時に流れる電流に対するケーブル保護機能について説明する。

本実施例のモータ制御装置の構成図は実施例１と同様のため省略する。

本実施例のモータの連れ回りで発生する誘起電圧による意図しない電流の経路について、説明する。

図３はインバータ内のトランジスタが１つ短絡した場合の電流経路である。Ｔｒ１が短絡すると、図３の点線矢印のようにＶ相とＷ相がＵ相へ向かう電流が流れる。

図４は三相短絡した場合（上アーム全ＯＮ）の電流経路である。Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の三相が短絡すると、１２０度位相がずれたサイン波が流れる。

ケーブルの保護仕様は、実施例１と同様であり、本保護仕様により意図しない電流の発生原因であるモータの回転を抑制するための警告により、ケーブルの焼損を防ぐことができる。

以上説明した如く、本発明によれば、モータが連れ回された際に発生する誘起電圧により意図しない電流がケーブルに流れた場合でも、ケーブルの過熱を防止するケーブル保護機能を提供することができる。

また、ケーブルの線径をあらゆる異常時を想定して安全となるように決定すると、ケーブルの線径が太くなる。結果、ケーブルのコストアップ、および加工が困難となり車両レイアウトの自由度を低下させてしまう。しかし、本発明のケーブル保護機能によりケーブルの安全性を確保できるため、コストおよび車両レイアウト重視でのケーブルの線径の選定が可能となり、コストダウンおよび車両レイアウトの自由度を向上させる効果もある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や信号線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や信号線を示しているとは限らない。

１００：モータ
２００：インバータ
３００：ＡＣケーブル
４００：バッテリ
５００：ＤＣケーブル
６００：電流センサ
７００：温度センサ
８００：制御装置

Claims (3)

1. ケーブルを介して、インバータが生成する交流電圧を、車両の車輪駆動用モータへ印加する車両の車輪駆動用モータ制御装置であって、
   前記ケーブルに流れる電流を検出する手段と、
   前記ケーブルの雰囲気温度を検出する手段と、
   前記ケーブルに流れる電流と前記ケーブルの雰囲気温度と前記ケーブルの物性または電気的特性とに基づいて前記ケーブルの温度を推定する手段を有し、
   前記モータの回転により発生する誘起電圧が電圧源となり前記ケーブルに電流が流れ、前記ケーブル温度推定手段による推定温度が所定の閾値を超えた場合、
   ＰＷＭの出力を確認し、
   前記ＰＷＭが出力されている場合、前記モータのトルク出力の抑制を行い、
   前記ＰＷＭが出力されていない場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の車輪駆動用モータ制御装置において、
   前記インバータは前記モータへ電圧を印加するための半導体素子を有し、
   前記半導体素子の状態によって前記誘起電圧の発生時に前記ケーブルに電流が流れる閉回路が生成されている場合において、
   モータの誘起電圧により閉回路に短絡電流が流れている状態でのケーブル温度をケーブル温度推定手段により推定し、推定温度が所定の閾値を超えた場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。
3. 請求項１に記載の車両の車輪駆動用モータ制御装置において、
   前記インバータは各アームの素子にダイオードを備え、
   前記ダイオードによる三相全波整流で前記ケーブルに流れる交流電流を直流に変換する整流回路を有し、
   前記インバータの直流側が閉回路となっていることで、前記誘起電圧が直流側の電圧よりも高い場合に、前記ケーブルに電流が流れている状態でのケーブル温度をケーブル温度推定手段により推定し、推定温度が所定の閾値を超えた場合、前記モータの回転数を抑制するための警告を行うことを特徴とする車両の車輪駆動用モータ制御装置。