JP6911750B2

JP6911750B2 - 駆動装置

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Publication number: JP6911750B2
Application number: JP2017250523A
Authority: JP
Inventors: 智子大庭
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: CN109986968A; US20190199270A1; CN109986968B; US10855219B2; JP2019118184A

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、回転数に応じた誘起電圧を生じる電動機と、電動機を駆動するインバータと、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、電動機を駆動するインバータの素子温度が閾値以上に至ったときには電動機の負荷率を制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、電動機の負荷率を制限することにより、電動機の駆動をある程度確保しつつ、インバータ素子の過熱を抑制している。

国際公開２０１２／１２４０７３号

しかしながら、上述の駆動装置では、電動機の回転数を考慮せずに一律に負荷率を制限するから、電動機の回転数によっては負荷率の制限が過小となったり過大となったりする。回転数に応じた誘起電圧を生じる電動機では、誘起電圧がインバータの入力電圧より高いときには、弱め界磁制御によりｄ軸電流が流れるため、インバータ素子の過熱が生じやすい。一方、誘起電圧がインバータの入力電圧より低いときには、弱め界磁制御は不要となるため、インバータ素子の過熱は生じにくい。このため、一律に負荷率を制限すると、負荷率の制限が過小となる場合にはインバータ素子の過熱が生じ、負荷率制限が過大となる場合には駆動力不足が生じる。

本発明の駆動装置は、電動機の駆動をより適正に制限することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
回転数に応じた誘起電圧を生じる電動機と、
前記電動機を駆動するインバータと、
前記電動機に前記インバータを介して電力を供給する蓄電装置と、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記電動機の駆動を制限するための所定条件が成立したときには、前記電動機の誘起電圧が前記蓄電装置側から前記インバータに入力される入力電圧より大きいときの方が前記電動機の誘起電圧が前記入力電圧以下のときに比して前記電動機の駆動を大きく制限する駆動制限を実行する、
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、電動機の駆動を制限するための所定条件が成立したときには、電動機の誘起電圧が蓄電装置側からインバータに入力される入力電圧より大きいときの方が電動機の誘起電圧が入力電圧以下のときに比して電動機の駆動を大きく制限する。即ち、電動機の誘起電圧が入力電圧より大きいときには電動機の駆動を大きく制限し、電動機の誘起電圧が入力電圧以下のときには電動機の駆動を小さく制限するのである。上述したように、電動機の誘起電圧が入力電圧より大きいときには、弱め界磁制御によりｄ軸電流が流れるため、インバータ素子の過熱が生じやすくなる。このため、電動機の駆動を大きく制限することにより、インバータ素子の過熱を抑制することができる。また、電動機の誘起電圧が入力電圧以下のときには弱め界磁制御は行なわれないため、インバータ素子の過熱は生じにくくなる。このため、電動機の駆動を小さく制限することにより、駆動力不足を抑制することができる。これらの結果、電動機の駆動をより適正に制限することができる。

本発明の駆動装置において、前記所定条件は、インバータを冷却する冷却装置に異常が生じている条件、前記インバータの温度が所定温度以上である条件、のうちの一方を含むものとしてもよい。この場合、前記制御装置は、前記インバータを冷却する冷却装置に異常が生じているときの方が前記インバータの温度が前記所定温度以上のときに比して前記電動機の駆動を大きく制限するものとしてもよい。即ち、冷却装置に異常が生じたときの方が冷却装置に異常が生じていないけれどインバータの温度が所定温度以上のときに比して電動機の駆動を大きく制限するのである。これは、冷却装置に異常が生じていないときには、冷却装置による冷却によりインバータ素子の温度上昇を抑制することができるが、冷却装置に異常が生じているときには冷却装置による冷却が期待できないためにインバータ素子の温度上昇を抑制することができないことに基づく。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット５０により実行される駆動制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。駆動制限マップＡ，Ｂの一例を示す説明図である。変形例の駆動制限マップＡ，Ｂ，Ｃの一例を示す説明図である。変形例の駆動制限マップＮ１，Ｎ２，Ｕ１，Ｕ２の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、冷却装置４０と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット５０と、を備える。実施例の「駆動装置」としては、モータ３２とインバータ３４と冷却装置４０とバッテリ３６と電子制御ユニット５０とが相当する。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２は、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられ、電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されている。このインバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

冷却装置４０は、インバータ３４に取り付けられた受熱部４２と、外気と熱交換する熱交換器４４と、循環流路４６と、循環流路４６に取り付けられて冷却媒体を循環させるポンプ４８と、を備える。循環流路４６は、受熱部４２内の冷却媒体の流路と熱交換器４４内の冷却媒体の流路とを連絡して冷却媒体を循環させる流路である。冷却媒体としては、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）を用いることができる。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとには、コンデンサ３９が取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４や、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６、入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂ、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨ（インバータ入力電圧ＶＨ）も挙げることができる。さらに、インバータ３４に取り付けられた温度センサ３５からのインバータ温度Ｔｉｎｖも挙げることができる。この他、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。加えて、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、冷却装置４０のポンプ４８への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、図示しない制御ルーチンにより、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６の要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２の駆動に対して駆動制限（トルク制限）が課されているときにはモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を制限し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、実施例の電気自動車２０が搭載する駆動装置の動作、特にモータ３２の駆動に対して駆動制限を課す際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される駆動制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

駆動制限処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、冷却装置４０に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ１００）。冷却装置４０の異常としては、ポンプ４８の故障や、冷却媒体（ＬＬＣ）の漏れなどを挙げることができる。これらの異常は、図示しない異常診断により診断され、異常診断フラグに書き込まれる。実施例では、この異常診断フラグの値を調べることにより、冷却装置４０に異常が生じているか否かを判定するものとした。冷却装置４０に異常が生じていないと判定したときには、通常時の駆動制限としてマップＡを用いて駆動制限し（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。図３にマップＡ，Ｂの一例を示す。通常時の駆動制限として用いるマップＡは、図示するように、インバータ温度Ｔｉｎｖが閾値Ｔｒｅｆ以上のときにインバータ温度Ｔｉｎｖが高いほど大きな制限が課されるように設定されている。

ステップＳ１００で冷却装置４０に異常が生じていると判定したときには、インバータ入力電圧として電圧センサ３９ａからの電圧ＶＨとモータ３２の回転数Ｎｍとを入力する（ステップＳ１２０）。ここで、モータ３２の回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて計算されたものを入力するものとした。続いて、入力したモータ３２の回転数Ｎｍに基づいてモータ３２の誘起電圧Ｖｍを計算する（ステップＳ１３０）。誘起電圧Ｖｍは、誘起電圧を計算するための換算係数に回転数Ｎｍを乗じることにより求めることができる。

次に、計算した誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいか否かを判定する（ステップＳ１４０）。誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下であると判定したときには、冷却装置４０の異常時における駆動制限として通常時と同様にマップＡを用いて駆動制限し（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。一方、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいと判定したときには、冷却装置４０の異常時における駆動制限としてマップＡより大きく制限を課すマップＢを用いて駆動制限し（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。図３に示すように、マップＢは、インバータ温度Ｔｉｎｖが閾値Ｔｒｅｆ以上の範囲でマップＡに比してモータトルクＴｍを大きく制限する。モータ３２の誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときには、弱め界磁制御が実行され、モータ３２にはｄ軸電流が流されるため、インバータ素子の過熱が生じやすくなる。このため、モータ３２の駆動を大きく制限することにより、インバータ素子の過熱を抑制することができる。一方、モータ３２の誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときには弱め界磁制御は実行されないため、インバータ素子の過熱は生じにくくなる。このため、モータ３２の駆動を小さく制限することにより、過剰な駆動力不足を抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０が備える駆動装置では、インバータ３４を冷却する冷却装置４０に異常が生じているときに、モータ３２の誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときには、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときに比してモータ３２の駆動を大きく制限する。これにより、インバータ素子の過熱を抑制することができると共に、過剰な駆動力不足を抑制することができる。これらの結果、モータ３２の駆動をより適正に制限することができる。

実施例の電気自動車２０が備える駆動装置では、インバータ３４を冷却する冷却装置４０に異常が生じていないときには、マップＡを用いて駆動制限するものとした。しかし、インバータ３４を冷却する冷却装置４０に異常が生じていないときでも、インバータ温度Ｔｉｎｖが閾値Ｔｒｅｆ以上のときに、モータ３２の誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときには、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときに比してモータ３２の駆動を大きく制限するものとしてもよい。この場合、図４に例示するように、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときにはマップＡを用いて駆動制限し、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときには、冷却装置４０の異常時における駆動制限としてのマップＢより小さく制限を課すマップＣを用いて駆動制限するものとしてもよい。即ち、冷却装置４０に異常が生じているときの方が冷却装置４０に異常が生じておらずインバータ温度Ｔｉｎｖが閾値Ｔｒｅｆ以上のときに比してモータ３２の駆動を大きく制限するのである。これは、冷却装置４０に異常が生じていないときには、冷却装置４０による冷却によりインバータ素子の温度上昇を抑制することができるが、冷却装置４０に異常が生じているときには冷却装置４０による冷却が期待できないためにインバータ素子の温度上昇を抑制することができないことに基づく。

実施例の電気自動車２０が備える駆動装置では、インバータ３４を冷却する冷却装置４０に異常が生じているときにモータ３２の誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下であると判定したときには、通常時と同様にマップＡを用いて駆動制限するものとした。しかし、通常時よりモータ３２の駆動を大きく制限するものとしてもよい。例えば、図５に示すように、冷却装置４０に異常が生じていないときに、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときにはマップＮ１を用いて駆動制限し、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときにはマップＮ１より大きく制限するマップＮ２を用いて駆動制限し、冷却装置４０に異常が生じているときに、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨ以下のときにはマップＮ１より大きく制限するマップＵ１を用いて駆動制限し、誘起電圧Ｖｍがインバータ入力電圧ＶＨより大きいときにはマップＮ２より大きく制限するマップＵ２を用いて駆動制限するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０が備える駆動装置では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタなどを用いるものとしてもよい。

実施例では、モータ３２を備える電気自動車２０に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータ３２に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４インバータ、３５温度センサ、３６バッテリ、３８電力ライン、３９コンデンサ、３９ａ電圧センサ、４０冷却装置、４２受熱部、４４熱交換器、４６循環流路、４８ポンプ、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６トランジスタ。

Claims

回転数に応じた誘起電圧を生じる電動機と、
前記電動機を駆動するインバータと、
前記電動機に前記インバータを介して電力を供給する蓄電装置と、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記インバータを冷却する冷却装置に異常が生じている条件が成立したときには、前記電動機の誘起電圧が前記蓄電装置側から前記インバータに入力される入力電圧より大きいときの方が前記電動機の誘起電圧が前記入力電圧以下のときに比して前記電動機の駆動を大きく制限する駆動制限を実行する、
ことを特徴とする駆動装置。
請求項１記載の駆動装置であって、
前記制御装置は、前記インバータを冷却する冷却装置に異常が生じている条件が成立していないときでも前記インバータの温度が所定温度以上である条件が成立しているときには、前記電動機の誘起電圧が前記蓄電装置側から前記インバータに入力される入力電圧より大きいときの方が前記電動機の誘起電圧が前記入力電圧以下のときに比して前記電動機の駆動を大きく制限する駆動制限を実行する、
駆動装置。
請求項２記載の駆動装置であって、
前記制御装置は、前記冷却装置に異常が生じているときの方が前記インバータの温度が前記所定温度以上のときに比して前記電動機の駆動を大きく制限する、
駆動装置。