JP2018170842A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチなどを用いることなく、電動機を動力源から実質的に外すことのできる制御装置を提供すること。【解決手段】電源回路１２９からの供給電力を通電する巻線コイル１２２が設置されているステータ１２１と、ステータ内に回転自在に収容されて巻線コイルへの通電により生じる回転磁力を受けて回転力を発生させる永久磁石１２８が設置されているロータ１２３と、を備える回転電機１２０の駆動を制御するＥＣＵ５０であって、巻線コイルへの通電を制御する通電制御部とロータの回転異常を検出する異常検出部として機能し、ロータの回転異常の検出時に、永久磁石を減磁させる高温状態にする電力を健全な巻線コイルに通電するようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、異常の発生した電動機を機能不能にする制御装置に関する。

近年、電動機を動力源として搭載する電動車両（所謂、電気自動車）が普及しつつある。電動車両には、電動機の回転動力を駆動輪側に伝達する経路を形成または遮断する、所謂、クラッチを搭載することが多用されている（特許文献１を参照）。

特開２０１０−２２１１０号公報

しかしながら、このような電動車両に搭載される電動機にあっては、例えば、電動機自体や電源周りに故障が発生した場合に、その電動機を動力源から外すために、クラッチを搭載する必要があり、小型化やコスト削減の妨げとなっている。

そこで、本発明は、クラッチなどの機構を用いることなく、電動機を動力源から実質的に外すことのできる制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する電動機の制御装置の発明の一態様は、電源から供給される電力を通電されるコイルが設置されているステータと、前記ステータ内に回転自在に収容されて前記コイルへの通電により生じる回転磁力を受けて回転力を発生させる永久磁石が設置されているロータと、を備える電動機の駆動を制御する制御装置であって、前記コイルへの通電を制御する通電制御部と、前記ロータの回転異常を検出する異常検出部と、を備え、前記通電制御部は、前記異常検出部による前記ロータの回転異常の検出時に、前記永久磁石を減磁させる高温状態にする電力を前記コイルに通電する制御処理を実行するように構成されている。

このように本発明の一態様によれば、機械的あるいは電気的な故障が生じてロータの回転異常が検出された場合に、例えば、故障のないコイルに大電流が通電されて、ロータ内の永久磁石が減磁される高温状態にされる。

これにより、電動機の回転動力の伝達経路を形成または遮断するクラッチのない構成の場合にも、ロータの回転力を発生させる永久磁石を減磁して、電動機を実質的に機能不能（無効）にすることができる。

この結果、クラッチなどを用いることなく、悪影響が及ばないように、故障した電動機を動力源から実質的に外すことのできる制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電動機の制御装置を搭載するハイブリッド車両の一例を説明する図であり、その概略構成を示す概念図である。 図２は、そのハイブリッド車両の搭載する動力伝達装置の機能を示す図であり、（ａ）はその回転動力の伝達経路とクラッチとの関係を簡潔に示すモデル図、（ｂ）はその回転電機の連結／遮断状態を示す一覧表である。 図３は、その制御部による制御処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１から図３は本発明の一実施形態に係る電動機の制御装置を搭載するハイブリッド車両の一例を説明する図である。

図１において、車両１００は、内燃機関型のエンジン１１０と、回転電機１２０と、を走行用動力源として搭載するハイブリッド車両に構築されている。車両１００は、車両全体をＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が統括制御することにより、エンジン１１０および回転電機１２０を効率よく駆動させて回転動力を出力し駆動輪１０１を回転させることによって走行する。この車両１００は、エンジン１１０や回転電機１２０の出力する回転動力を、動力伝達装置１０を介して変速機１３０に伝達して変速させつつ駆動輪１０１側に伝達するようになっている。

エンジン１１０は、燃料を燃焼させて出力軸１１１を回転させることにより駆動力を出力する。回転電機１２０は、車両１００の不図示のフレーム側に固定されているステータ１２１の三相巻線コイル１２２に、バッテリＢａ内の直流電流をインバータＩｎｖにより交流電流に変換して通電することによって、回転磁力を発生させてロータ１２３を回転させることにより駆動力を出力する。変速機１３０は、動力伝達装置１０を介して伝達されてくる回転動力を入力軸１３１で受け取って変速しつつ出力軸１３２から出力する。なお、車両１００は、変速機１３０から変速出力される回転動力がデファレンシャル装置１４０を介して左右の駆動輪１０１に伝達されて回転されることにより走行する。

動力伝達装置１０は、入力回転軸１１と、中間回転軸１２と、出力回転軸１３と、摩擦クラッチ１５と、アクチュエータ１７と、を備えて構築されている。

入力回転軸１１は、エンジン１１０の出力軸１１１に連結されて、そのエンジン１１０から出力されてくる回転動力を受け取る。中間回転軸１２は、摩擦クラッチ１５を介してその入力回転軸１１に連結され、また、ロータ１２３には直接連結されて、エンジン１１０や回転電機１２０の出力する回転動力を受け取る。出力回転軸１３は、中間回転軸１２と変速機１３０の入力軸１３１との双方に連結されて、その中間回転軸１２から伝達されてくるエンジン１１０や回転電機１２０の回転動力を受け取って変速機１３０に受け渡す。

摩擦クラッチ１５は、アクチュエータ１７により機能されて、入力回転軸１１と中間回転軸１２との連結状態または切断状態を切り換えることにより、エンジン１１０からの回転動力の伝達経路を形成または遮断する。なお、中間回転軸１２は、ロータ１２３と常時、連結状態にされて、回転電機１２０からの回転動力の伝達経路が形成されている。

この構造により、動力伝達装置１０は、入力回転軸１１がエンジン１１０の出力軸１１１と一体回転され、中間回転軸１２が出力回転軸１３と共に変速機１３０の入力軸１３１と一体回転される。このため、入力回転軸１１を介するエンジン１１０の回転動力の伝達経路が摩擦クラッチ１５により形成または遮断されて、回転電機１２０の回転動力に加えて、エンジン１１０の回転動力が出力回転軸１３（変速機１３０）に適宜に伝達または遮断される。

これら入力回転軸１１、中間回転軸１２および出力回転軸１３は、軸心の延長線が共通にされて同軸回転するように、車両１００の不図示のフレーム側に取り付けられている軸受を介して回転自在に支持されている。

回転電機１２０は、ステータ１２１内にロータ１２３が回転自在に収容されている。ステータ１２１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎の三相巻線コイル１２２が設置されて、バッテリＢａ内の直流電流がインバータＩｎｖにより交流電流に変換されて通電されることにより、ロータ１２３を回転させる回転磁界が発生される。

ロータ１２３は、中空空間１２５ｓを備える有底の円筒部材１２５をベースに構築されている。ロータ１２３は、その円筒部材１２５の筒形状部１２５ａの外周側にロータ本体１２４が設置されている。ロータ本体１２４は、積層されている電磁鋼板内に永久磁石１２８が周方向の複数箇所に埋設されている。このロータ１２３は、ステータ１２１の三相巻線コイル１２２への通電励磁により発生する回転磁力（磁束）がそのロータ本体１２４に鎖交することにより回転駆動されて駆動力を出力する。

また、ロータ１２３は、円筒部材１２５の筒形状部１２５ａの両端側の外周縁に、円筒形状の底部として円盤形状部１２５ｂが固定されている。この円筒部材１２５は、円盤形状部１２５ｂの軸心側が入力回転軸１１および中間回転軸１２のそれぞれにベアリング１２６を介して回転自在に支持されている。

そして、動力伝達装置１０は、このロータ１２３の円筒部材１２５の内側に、エンジン１１０の出力軸１１１に一体回転するように連結されている入力回転軸１１の一端部１１ａと、変速機１３０の入力軸１３１に一体回転するように出力回転軸１３を介して連結されている中間回転軸１２の一端部１２ａと共に、摩擦クラッチ１５およびアクチュエータ１７が収容されて構築されている。

摩擦クラッチ１５は、連結プレート２１と、摩擦プレート２５と、支持プレート３５と、を備えて構成されている。連結プレート２１や支持プレート３５は、円盤部材２２と、円筒部材２３とを介して支持されている。摩擦プレート２５も、連結プレート２１などと同様に、円盤部材１２７と、筒形状部１２５ａとを介して支持されている。

連結プレート２１は、円盤部材２２が入力回転軸１１の一端部１１ａに軸心を共通にして同軸回転するように固定されて、円筒部材２３がその円盤部材２２の外周縁に軸心を共通にして同軸回転するように固定されている。この連結プレート２１は、ドーナツ状の円盤形状に形成されて、その円筒部材２３の外周面に軸心を共通にして同軸回転するように支持されている。

支持プレート３５は、連結プレート２１と同様に、ドーナツ状の円盤形状に形成されて、円筒部材２３を共通利用し、その外周面に軸心を共通にして同軸回転するように支持されている。

摩擦プレート２５も、連結プレート２１と同様に、円盤部材１２７が中間回転軸１２の一端部１２ａに軸心を共通にして同軸回転するように固定されて、円筒部材１２５の筒形状部１２５ａにその円盤部材１２７の外周縁が軸心を共通にして同軸回転するように固定されている。この摩擦プレート２５も、ドーナツ状の円盤形状に形成されて、その円筒部材１２５の筒形状部１２５ａの内周面に軸心を共通にして同軸回転するように支持されている。

この摩擦クラッチ１５は、連結プレート２１を支持する円筒部材２３が摩擦プレート２５を支持する円筒部材１２５内に収容されて、その円筒部材２３の外周面に支持されている入力回転軸１１側の連結プレート２１がその円筒部材１２５の筒形状部１２５ａの内周面に支持されている中間回転軸１２側の摩擦プレート２５に所定面積以上で対面するように設置されている。

これらドーナツ円盤状の連結プレート２１と摩擦プレート２５とは、後述するように、アクチュエータ１７から負荷される圧力に応じて接近または離隔して、その負荷圧力に応じて支持プレート３５に押し付けるようにして対面接触し摩擦力を発生させることによって、連結状態になって一体回転し、あるいは、無負荷では非接触状態になって互いに自由回転するようになっている。

なお、本実施形態の説明では、摩擦クラッチ１５の連結プレート２１と摩擦プレート２５とをそれぞれ単板の形態で図示しているが、それぞれ複数枚を交互に挟み込むように配置されている汎用の多板クラッチ構造を採用してもよいことはいうまでもない。

そして、摩擦プレート２５は、中間回転軸１２に一体に同軸回転するように固定されている円筒部材１２５の筒形状部１２５ａの内周面側に、不図示のスプライン構造によりその軸線方向にスライド可能に支持されている。また、連結プレート２１も、同様に、入力回転軸１１に一体に同軸回転するように固定されている円筒部材２３の外周面側に、不図示のスプライン構造により、その軸線方向にスライド可能に支持されている。支持プレート３５は、その連結プレート２１に、摩擦プレート２５の背面側の入力回転軸１１側から対面するように、その円筒部材２３の外周面にスライド不能に固定されて設置されている。

要するに、連結プレート２１および摩擦プレート２５は、入力回転軸１１に固定されてスライド不能な状態で対面する支持プレート３５に対して、それぞれ入力回転軸１１や中間回転軸１２と一体に同軸回転する円筒部材２３、２７に、その軸線方向にスライド自在に支持されている。

このため、動力伝達装置１０では、連結プレート２１と摩擦プレート２５とが支持プレート３５に押し付けられるようにして摩擦接触して締結されることにより摩擦クラッチ１５が機能して、エンジン１１０や回転電機１２０が変速機１３０に回転動力を伝達可能に連結される。ここで、本実施形態では、摩擦クラッチ１５のクラッチ要素である連結プレート２１を入力回転軸１１側の円筒部材２３に支持させて、摩擦プレート２５を中間回転軸１２側の円筒部材１２５に支持させる一例を説明するが、これに限るものではなく、支持プレート３５も含めて、位置関係を入れ替えて配置してもよいことはいうまでもない。

そして、アクチュエータ１７は、ピストン部材４１を連結プレート２１に突き当てて摩擦プレート２５と支持プレート３５とに順次に押し付けるように軸線方向にスライド移動させることにより、摩擦クラッチ１５を機能させるようになっている。ここで、ピストン部材４１は，連結プレート２１の全周にわたって突き当たって付勢することができるように、円筒形状に形成されている。

アクチュエータ１７は、入力回転軸１１の一端部１１ａに非接触に近接する中間回転軸１２の一端部１２ａの周回りに切換油室４３および復帰室４５が配置されている。アクチュエータ１７は、中間回転軸１２側に固定されている外壁部材１７ａ、１７ｂ間に、軸線方向に移動可能な隔壁部材１７ｃをピストン部材４１側に固定して設置することにより、切換油室４３が出力回転軸１３側に位置して、復帰室４５が入力回転軸１１側に位置するように構築されている。このアクチュエータ１７は、中間回転軸１２周りに形成されている油路４２を介して適宜に所定の油圧が切換油室４３に供給されることにより隔壁部材１７ｃをスライドさせて機能するように構築されている。このアクチュエータ１７の復帰室４５には、その切換油室４３への供給油圧に応じて移動された隔壁部材１７ｃを、油圧供給停止時に、弾性力により戻す方向に付勢する復帰スプリング（弾性部材）４９が収容されている。ここで、復帰室４５の復帰スプリング４９は、中間回転軸１２周りの周方向均等箇所に複数設置されている。

このアクチュエータ１７は、外壁部材１７ａ、１７ｂの間で軸線方向にスライド自在の隔壁部材１７ｃの外周縁側に、同軸回転する円筒部材４６が固定されて一体にスライドするように設置されている。この円筒部材４６は、出力回転軸１３側の一端部に円盤部材４７を介してピストン部材４１が外装されるように連結固定されている。この構造により、ピストン部材４１は、円筒部材４６を内部に同軸回転するように軸心を共通にして収容し、アクチュエータ１７により軸線方向にスライドされる。ここで、アクチュエータ１７の外壁部材１７ａ、１７ｂは、それぞれ円盤形状に形成されて軸心側が中間回転軸１２に固定されることにより、円筒部材４６内で相対移動し、また、隔壁部材１７ｃは、固定されている円筒部材４６と一体に中間回転軸１２に対して相対移動する。

これにより、動力伝達装置１０は、アクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給されていない場合、ピストン部材４１が移動されることがない。このため、摩擦クラッチ１５は、摩擦プレート２５の連結プレート２１などとの非接触状態が維持されて、エンジン１１０の出力軸１１１が中間回転軸１２から切り離されている。

また、動力伝達装置１０は、アクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給される場合、そのアクチュエータ１７の復帰スプリング４９の弾性力に抗して復帰室４５の空間が縮小されつつ、ピストン部材４１が連結プレート２１に突き当てられる。

したがって、摩擦クラッチ１５は、アクチュエータ１７のピストン部材４１が負荷圧力に応じて突き当てられて連結プレート２１が移動されることにより、その連結プレート２１が支持プレート３５との間に挟み込むようにして摩擦プレート２５に摩擦接触される。この摩擦クラッチ１５は、その摩擦プレート２５が連結プレート２１と支持プレート３５の間に挟み込まれて一体になって回転可能にする圧力で接触されることにより、エンジン１１０の出力軸１１１を中間回転軸１２に締結する連結状態に切り換えることができる。

なお、摩擦クラッチ１５は、ピストン部材４１からの負荷圧力の減少により、復帰室４５の復帰スプリング４９の弾性力で、そのピストン部材４１が戻されることによって、連結プレート２１と摩擦プレート２５との摩擦接触が解消され、エンジン１１０の出力軸１１１が中間回転軸１２から切り離されて遮断状態に切り換えられる。

この動力伝達装置１０は、ＥＣＵ５０がセンサ等の各種取得情報に基づいてメモリ５１内に格納されている制御プログラムを実行することによって、アクチュエータ１７の切換油室４３への油圧供給が制御されて摩擦クラッチ１５が適宜に稼動される。

また、ＥＣＵ５０は、後述する制御処理を実行することにより、回転電機１２０のロータ本体１２４の永久磁石１２８の磁力を減磁させることによって、その回転電機１２０を実質的に電動機や発電機として機能不能にして、ロータ１２３を回転させて出力する回転動力を出力不能にするようになっている。

これにより、回転電機１２０は、ロータ１２３が回転駆動不能な無効状態にされて、変速機１３０の入力軸１３１の回転に連れ回って回生電流が発生させるなどし、回転負荷やバッテリＢａの過充電などを発生させてしまことを未然に回避することができる。

具体的には、ＥＣＵ５０は、ドライバによる操作指示に応じて電源回路１２９から回転電機１２０のステータ１２１の三相巻線コイル１２２に通電する電流を制御するのに加えて、車両１００の走行条件を取得する各種センサ群の検出情報に基づいてエンジン１１０の稼動・停止を制御する。このとき、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ１７の切換油室４３への油圧供給を制御して、エンジン１１０の回転動力の動力伝達装置１０による動力伝達状態または動力遮断状態のいずれかに切り換える。

また、ＥＣＵ５０は、回転電機１２０の健全性を確認する各種センサ５５が接続されている。ここで、ＥＣＵ５０は、ロータ１２３の回転数（回転速度）を検出する速度センサ５５ａの検出情報に基づいて、例えば、ベアリング１２６の異常などに起因して回転電機１２０の駆動に支障が生じたと判断する。また、ＥＣＵ５０は、ステータ１２１の三相巻線コイル１２２への通電電流値を検出する電流センサ５５ｂの検出情報に基づいて、例えば、インバータＩｎｖ等に異常が発生して回転電機１２０の駆動に支障が生じたと判断する。すなわち、ＥＣＵ５０が異常検知部を備える通電制御部を構成している。

そして、ＥＣＵ５０は、例えば、回転電機１２０の異常発生が検知された場合に、アクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給して、摩擦クラッチ１５を締結状態にすることにより、エンジン１１０の回転動力の動力伝達装置１０による動力伝達状態に切り換える。また、ＥＣＵ５０は、ステータ１２１の三相のうちで通電可能な健全な巻線コイル１２２に大電流を供給して永久磁石１２８の磁力を減磁させる程度に高温状態に維持する制御処理を実行するようになっている。

要するに、ＥＣＵ５０は、動力伝達装置１０を図２（ａ）の模式図に示すように、エンジン１１０の出力軸１１１を、変速機１３０の出力回転軸１３に連結されている中間回転軸１２と、摩擦クラッチ１５により連結状態または切断状態にする。また、ＥＣＵ５０は、中間回転軸１２に連結されている回転電機１２０のロータ１２３を、実質的に回転駆動不能にすることによって、中間回転軸１２との連結状態から実質的に切断状態に切換可能にする。

このことから、ＥＣＵ５０は、図２（ｂ）の切換表に示すように、回転電機１２０の状態に応じて摩擦クラッチ１５とロータ１２３の永久磁石１２８の減磁機能とをそれぞれ適宜機能させるようになっている。

例えば、ＥＣＵ５０は、回転電機１２０が正常な場合、車両１００の走行状態に応じてアクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給（油圧遮断を含む）することにより、中間回転軸１２に連結されている回転電機１２０の回転動力を利用しつつ、エンジン１１０を中間回転軸１２に連結または切断する。また、ＥＣＵ５０は、回転電機１２０が異常な場合、エンジン１１０の中間回転軸１２との連結状態を維持したまま、ロータ本体１２４の永久磁石１２８を減磁させることにより、回転電機１２０を機能不能にしてロータ１２３を中間回転軸１２から実質的に切り離す。

詳細には、ＥＣＵ５０は、図３のフローチャートに示すように、例えば、回転電機１２０の駆動中に、各種センサ５５の検出情報に基づいて、例えば、ロータ１２３の回転異常などにより回転電機１２０の駆動に支障が生じたか否か確認して（ステップＳ１１）、異常が発生していない場合には、このまま終了して、予め設定されている所定間隔に同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１１において、回転電機１２０の異常発生を検知したＥＣＵ５０は、アクチュエータ１７の切換油室４３への油圧供給を開始し（ステップＳ１２）、また、ステータ１２１の健全な巻線コイル１２２に大電流を供給して高温状態に維持することにより永久磁石１２８の磁力を減磁させる制御処理を開始する（ステップＳ１３）。

これにより、動力伝達装置１０は、アクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給されることによって、ピストン部材４１が軸線方向にスライドされて、摩擦プレート２５が連結プレート２１と支持プレート３５との間に挟み込まれて所望の圧力で摩擦接触されて連結状態になる。また、回転電機１２０は、健全な巻線コイル１２２への大電流供給により高温状態にされることによって永久磁石１２８の磁力が減磁される。

このとき、ＥＣＵ５０は、永久磁石１２８が所望な程度の磁力に減磁（消磁も含む）されたか否かを繰り返し確認し（ステップＳ１４）、確認できた後に、巻線コイル１２２への通電を停止して（ステップＳ１５）、この制御処理を終了する。なお、永久磁石１２８の減磁は、所望の磁力まで減磁させるのに必要な、例えば、所定電流値の通電時間や所定温度の維持時間から推定して、その設定時間を経過したか否かから判断するなどすればよい。

これにより、ＥＣＵ５０は、回転電機１２０の不調時に、エンジン１１０を中間回転軸１２に連結して車両１００の走行能力を確保すると共に、その回転電機１２０を機能不能にして（実質的に切り離して）無用な負荷が掛かることを回避する。このため、回転電機１２０は、ロータ１２３を自由回転する機能不能（無効）状態にすることができ、変速機１３０の入力軸１３１の回転に連れ回って回生電流が発生するなどして回転負荷やバッテリＢａの過充電などを発生させてしまことを未然に回避することができる。

このように、本実施形態のＥＣＵ５０にあっては、アクチュエータ１７の切換油室４３に油圧供給してピストン部材４１をスライドさせて摩擦クラッチ１５を機能させることによって、エンジン１１０の回転動力の伝達経路を形成または遮断することができ、また、回転電機１２０を機能不能で実質的な無効状態にして、不要な負荷などが掛かってしまうことを回避することができる。この結果、動力伝達装置１０は、アクチュエータ１７を１組としてコンパクトにすることができ、動力源全体を小型化することができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０……動力伝達装置
１１……入力回転軸
１２……中間回転軸
１３……出力回転軸
１５……摩擦クラッチ
１７……アクチュエータ
４１……ピストン部材
５１……メモリ
５５……各種センサ
１００……車両
１０１……駆動輪
１１０……エンジン
１２０……回転電機
１２１……ステータ
１２２……三相巻線コイル
１２３……ロータ
１２４……ロータ本体
１２６……ベアリング
１２８……永久磁石
１２９……電源回路
１３０……変速機
１４０……デファレンシャル装置
Ｂａ……バッテリ
Ｉｎｖ……インバータ

Claims (1)

1. 電源から供給される電力を通電されるコイルが設置されているステータと、前記ステータ内に回転自在に収容されて前記コイルへの通電により生じる回転磁力を受けて回転力を発生させる永久磁石が設置されているロータと、を備える電動機の駆動を制御する制御装置であって、
   前記コイルへの通電を制御する通電制御部と、前記ロータの回転異常を検出する異常検出部と、を備え、
   前記通電制御部は、前記異常検出部による前記ロータの回転異常の検出時に、前記永久磁石を減磁させる高温状態にする電力を前記コイルに通電する制御処理を実行する、電動機の制御装置。

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