JP2014241720A - 電気自動車用駆動モータの診断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、インホイールモータ駆動装置において、車両の走行時、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている(例えば、特許文献1)。
車両の走行時には、走行時異常検出手段99によりモータコイル78の異常を検出する。つまりコイル温度とモータ回転数とモータ印加電圧とモータ電流とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、モータ回転数に対応する、モータ印加電圧とモータ電流との関係が設定範囲から外れるときモータコイル78の異常と検出する。車両の走行時にはモータ6が回転している。このモータ回転時、例えば、モータコイル78の短絡異常が発生すると、モータ印加電圧に対してモータ電流が設定範囲から外れて異常に高くなる。またモータ回転数に応じてモータ印加電圧に逆起電力が作用するため、モータ印加電圧とモータ電流との関係は、モータ回転数に応じて時々刻々と変化する。したがって、モータ回転数に対応する、モータ印加電圧とモータ電流との関係を常時検出することで、モータコイル78の異常と検出し得る。このように、車両の走行時と、車両の非走行時のいずれの場合でも、モータコイル78の異常を検出でき、電気自動車の信頼性を高めることが可能となる。また、モータ異常への対処を早期に図ることができる。
前記始動時異常検出手段98は、コイル温度と絶縁抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイル78の異常と検出するものとしても良い。
前記モータ6は、一部または全体が車輪2内に配置されて前記モータ6と車輪用軸受4と減速機7とを含むインホイールモータ駆動装置8を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置8の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受4、減速機7、およびモータ6は、高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。車両の非走行時には始動時異常検出手段98によりモータコイル78の異常を検出でき、車両の走行時には走行時異常検出手段99によりモータコイル78の異常を検出することができるため、モータ6の信頼性をより高めることが可能となる。
参考提案例のモータの診断方法は、車輪2をモータ6により駆動する電気自動車の前記モータ6の診断方法であって、車両の電源が投入されている非走行時に、モータコイル78のコイル温度とモータコイル78のコイル抵抗または絶縁抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗もしくは絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイル78の異常と検出する始動時異常検出過程と、車両の走行時に、コイル温度とモータ回転数とモータ印加電圧とモータ電流とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、モータ回転数に対応する、モータ印加電圧とモータ電流との関係が設定範囲から外れるときモータコイル78の異常と検出する走行時異常検出過程とを含む。
この実施形態では、上記構成のモータコントロール部29に、次のモータコイル異常検出手段95、検出用制御部96、異常報告手段41、および切換手段101を設け、ECU21に異常表示手段42を設けている。この実施形態におけるモータの診断装置は、これらモータコイル異常検出手段95、検出用制御部96、異常報告手段41、切換手段101、および異常表示手段42を有する。モータコイル異常検出手段95は、始動時異常検出手段98と、走行時異常検出手段99とを有する。
始動時異常検出手段98は、検出部98aと、判定部98bとを有する。この例では、検出部98aは、車両の電源が投入されている非走行時に、モータコイルのコイル温度と、モータコイルのコイル抵抗または絶縁抵抗とを検出する。前記「車両の電源が投入されている非走行時」とは、この電気自動車のECU21に電源が投入されていて、車両が完全に停止している状態を言い、例えば、(1)ドライバ等がキー、スタートボタン等の始動手段を、「オフ」からモータ6への電力供給前の「アクセサリ電源」の位置に操作してECU21がオンとなったときや、(2)ECU21がオンの状態で前記始動手段を「オン」の位置に操作しているが、ECU21がモータ6への加速指令を生成していない場合、および、回転センサ24から得られるタイヤ回転数の情報、車載の各センサの情報等から車両が走行停止状態にあると判定されるときを言い、ECU21に微小電流が流れてオンになっているが、車両にドライバ等が乗車せずに車両のセキュリティがオンとなったロック状態にあるときは含まない。
前記始動手段が「アクセサリ電源」または「オン」の位置にあるとき、ECU21がオンとなっていると判定される。ECU21がオンと判定され、且つ、電流検出手段35からのモータ電流、または回転センサ24から得られるタイヤ回転数の情報、車載の各センサの情報等からモータ6への電力供給は行っていないと判定されるとき、車両の電源が投入されている非走行時であると判断される。前記判定部98bは、検出部98aにて検出されたコイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗もしくは絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイルの異常と判定する。
図4(a)に示すように、U,V相の電極間に計測用電源V1により電圧を印加し、U相およびV相のモータコイル78,78の電流の計測値を電流センサA1により計測する。以下、図4(b)に示すように、U,W相の電極間に計測用電源V2により電圧を印加し、U相およびW相のモータコイル78,78の電流の計測値を電流センサA2により計測し、図4(c)に示すように、V,W相の電極間に計測用電源V3により電圧を印加し、V相およびW相のモータコイル78,78の電流の計測値を電流センサA3により計測する。始動時異常検出手段98の判定部98bは、検出されたコイル抵抗が閾値を超えたときモータコイル78の異常と判定する。なお、図3の例では、モータ6において、各相につき1つのモータコイル78のみを示しているが、各相のモータコイル78が円周方向に沿って配置された複数の電極のコイルからなる場合、それらの電極のコイルを、相毎に並列接続または直列接続されたものが、図の1つのモータコイル78となる。
図3では、検出部105はモータコイル78のW相に接続されているが、U相やV相に接続されてもよい。
図3に示すように、モータコイル78のコイル温度を検出する温度センサとして、例えば、サーミスタ103が使用される。このサーミスタ103を、モータコイル78に固着することで、モータコイル78の温度を検出し得る。検出部98aにおいて、例えば、サーミスタ103で検出された値が図示外のアンプで増幅され、判定部98bにてこの増幅値が閾値を超えるか否か判定される。この例では、サーミスタ103を、モータコイル78に固着してコイル温度を検出しているが、サーミスタ103を、モータコイル78に固着しないで、コイル温度を検出し得る程度にモータコイル78に近づけて設けても良い。また、各相U,V,Wに接続した各コイルの温度をサーミスタ103で個別に計測するようにしてもよい。
また、図3ではリレー101を使用し、車両の電源が投入された非走行時に、3つ全ての
リレー接点を開放してコイルの抵抗値を測定する方法を採っているが、リレーを設けなくてもよい。その場合、予め、モータコイル78が正常な状態のコイルの抵抗値が計測される。
前記のように、判定部98bにおいて、コイル抵抗、絶縁抵抗が各閾値を超えたときモータコイル78の異常と判定する。この場合、例えば、実験、シミュレーション等により、モータコイル78に絶縁劣化等の異常が生じていない正常時における、印加電圧と電流値との関係を基準値として記憶しておく。規定の印加電圧に対し絶縁劣化が生じた電流値にさらに計測誤差等を加味した値を、コイル抵抗または絶縁抵抗の判定の際の閾値とする。
また判定部98bにおいて、コイル温度が閾値を超えたときモータコイル78の異常と判定する。この場合、例えば、実験、シミュレーション等により、モータコイル78の正常時における、印加電圧とコイル温度と印加させた時間との関係を基準値として記憶しておく。規定の印加電圧を一定時間モータコイル78に印加させると、正常時のコイル温度は一義的に定まる。この場合に計測されるコイル温度が、基準値よりもα(αは例えば10数%以上)高いと、モータ6に過負荷が生じていると推定される。前記αを、コイル温度の判定の際の閾値とする。
図2に示すように、走行時異常検出手段99は、検出部99aと、判定部99bとを有する。この例では、検出部99aは、車両の走行時に、コイル温度とモータ回転数とモータ印加電圧とモータ電流とを検出する。ECU21がオンで、且つ、回転センサ24から得られるタイヤ回転数の情報または電流検出手段35からのモータ電流からモータ6へ電力供給を行っていると判断されるとき、前記「車両の走行時」であると判定される。前記判定部99bは、検出部99aにて検出されたコイル温度が閾値を超えるか、または、モータ回転数に対応する、モータ印加電圧とモータ電流との関係が設定範囲から外れるときモータコイル78の異常と判定する。
車両の電源が投入された非走行時、具体的には、ドライバ等がキー、スタートボタン等の始動手段を、「オフ」から、補機システム25、例えば、ライト、ワイパー等を駆動可能な「アクセサリ電源」の位置に操作してECU21がオンとなったとき、始動時異常検出手段98によりモータコイル78の異常を検出する。後述の車両走行後、ECU21がオンのまま、ECU21がモータ6への加速指令を生成していない場合、および、回転センサ24から得られるタイヤ回転数の情報、車載の各センサの情報等から車両が走行停止状態にあると判定されるときにも、始動時異常検出手段98によりモータコイル78の異常を検出する。
この始動時異常検出手段98における検出部98aは、コイル温度とコイル抵抗または絶縁抵抗とを検出する。判定部98bは、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗もしくは絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイル78の異常と検出する。例えば、モータコイル78に絶縁劣化等の異常が起こると、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗もしくは絶縁抵抗が閾値を超える。このように車両を走行させる前段階などで、例えば走行前のオイル系等の車両全体の異常チェック時の一つのチェック項目として、あるいは走行開始後の停止時に、モータ6の異常を診断し、モータ6に異常が生じていた場合には、前記モータ6等の修理に向かうか、この車両の救援を要請することができる。
このように、車両の走行時と、車両の非走行時のいずれの場合でも、モータコイル78の異常を検出でき、電気自動車の信頼性を高めることが可能となる。また、モータ異常への対処を早期に図ることができる。
モータコイル異常検出手段95をインバータ装置22のモータコントロール部29に設け、モータ6に近い部位でモータコイルの異常判定を行えるため、配線上有利であり、ECU21に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むECU21の負担を軽減することができる。
なお、インホイールモータ駆動装置8のモータ電流の配線や各種センサ系,指令系の配線は、モータハウジング72等に設けられたコネクタ99により纏めて行われる。
図2に示す始動時異常検出手段98は、コイル温度とコイル抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗が閾値を超えたときモータコイル78の異常と検出するものであっても良い。この構成において、インバータ31とモータ6とが電気的に接続された状態で、始動時異常検出手段98は、各相のモータコイル78に順次電圧を印加させて、電圧が印加された各相のモータコイル78の電流の計測値から、各相のモータコイル78のコイル抵抗を計測するものとしても良い。コイル抵抗を計測する際、例えば、モータ6の各相のモータコイル78とインバータ31との電気的接続点間に電圧を印加し、その電気的接続点間の電流の計測値から、各相のモータコイル78のコイル抵抗を計測し得る。この場合、モータ6とインバータ31との電気的接続を切り換える切換手段を不要とでき、装置の構造を簡単化できる。
始動時異常検出手段98は、計測されたコイル抵抗を、モータコイル78に設けた前記サーミスタで出力されるコイル温度に応じて補正する補正手段を含むものであっても良い。図4に示したように、各相のモータコイル78に順次電圧を印加させて、電圧が印加された各相のモータコイル78の電流の計測値から、各相のモータコイル78のコイル抵抗を計測するが、例えば、車両の走行後直ぐに再始動するような場合には、コイル温度が比較的高く徐々に温度低下していく結果、このコイル温度に応じてコイル抵抗は、長時間停止した車両の始動時のコイル抵抗よりも小さくなる。
モータコイル異常検出手段95を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるECU21に設けても良い。
4…車輪用軸受
6…モータ
7…減速機
8…インホイールモータ駆動装置
78…モータコイル
31…インバータ
98…始動時異常検出手段
99…走行時異常検出手段
101…切換手段
103…サーミスタ
104…補正手段
Claims (6)
- 車輪をモータにより駆動する電気自動車の前記モータの診断装置であって、
車両の電源が投入されている非走行時に、モータコイルのコイル温度とモータコイルのコイル抵抗または絶縁抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗もしくは絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイルの異常と検出する始動時異常検出手段を設けたことを特徴とする電気自動車用駆動モータの診断装置。 - 請求項1において、前記始動時異常検出手段は、コイル温度とコイル抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、コイル抵抗が閾値を超えたときモータコイルの異常と検出する電気自動車用駆動モータの診断装置。
- 請求項1において、前記始動時異常検出手段は、コイル温度と絶縁抵抗とを検出し、コイル温度が閾値を超えるか、または、絶縁抵抗が閾値を超えたときモータコイルの異常と検出する電気自動車用駆動モータの診断装置。
- 請求項2において、前記モータを駆動する手段が、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを有し、
これらモータとインバータとの電気的接続を開閉自在に切り換える切換手段を設け、
前記始動時異常検出手段は、前記切換手段を開放して各相のモータコイルに順次切換えて電圧を印加させて、電圧が印加された各相のモータコイルの電流の計測値から、各相のモータコイルのコイル抵抗を計測するものとした電気自動車用駆動モータの診断装置。 - 請求項2において、前記モータを駆動する手段が、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを有し、
前記始動時異常検出手段は、各相のモータコイルに順次電圧を印加させて、電圧が印加された各相のモータコイルの電流の計測値から、各相のモータコイルのコイル抵抗を計測するものとした電気自動車用駆動モータの診断装置。 - 請求項2、4、5のいずれか1項において、前記モータコイルに近接してサーミスタを設け、前記始動時異常検出手段は、計測されたコイル抵抗を、前記サーミスタで出力されるコイル温度に応じて補正する補正手段を含む電気自動車用駆動モータの診断装置。
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