電気自動車
【課題】 車両の運転を急激に妨げることなく、インバータの過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができ、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供する。
【解決手段】 この電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、ＥＣＵ２１と、直流電力をモータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８およびＥＣＵ２１の制御に従って少なくともパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えている。インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設け、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段９５を設けた。
【解決手段】 この電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、ＥＣＵ２１と、直流電力をモータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８およびＥＣＵ２１の制御に従って少なくともパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えている。インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設け、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段９５を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、一般的に同期型のモータや誘導型のモータが用いられ、バッテリの直流電流をインバータで交流電流に変換してモータの駆動が行われる。インバータは、主に複数の半導体スイッチング素子で構成されるが、モータ駆動のための大電流を流すため、発熱が大きい。半導体スイッチング素子は、温度による特性変化が大きく、また、過熱により損傷することがあるため、インバータには一般的に冷却手段が設けられている。
なお、従来、インホイールモータ駆動装置において、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車のインバータは、前記のように冷却手段が設けられていて、通常の運転では過昇温が防止される。しかし、坂道等において、連続して高トルク発生状態で運転した場合、流れる電流が大きくなるため、過熱により特性が変化したり、損傷したりする恐れがある。インバータの特性変化や損傷は、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を招く。また、インバータ温度を測定して過負荷を監視し、モータの駆動電流を駆動制限する場合、車両の運転が急激に妨げられるおそれがある。
【０００５】
この発明の目的は、車両の運転を急激に妨げることなく、インバータの過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができ、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車において、前記インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設け、この温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段９５を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、温度センサＳａは、インバータ３１の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇すると共に、モータコイル７８の温度が上昇する。インバータ制限手段９５は、検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを判定する。インバータ制限手段９５は、温度Ｔｃが閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を加える制御を行う。具体的には、デューティ比とパルス数のいずれか一方または両方を変更する制御を行う。例えば、スイッチング周期に対するパルスのＯＮ時間を表す前記デューティ比を、設定されたデューティ比よりも小さくして電圧実効値を低くしたり、スイッチング周期を同一周期にしておいて不等幅パルスを発生させることで、インバータ３１に与える電流指令に制限を加え得る。
【０００８】
その後、温度Ｔｃが変化する度合いが一定または低下する傾向が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。
【０００９】
前記モータコントロール部２９にインバータ制限手段９５を設け、このインバータ制限手段９５は、温度センサＳａで検出される温度が閾値を超えるか否かを判定する判定部３９と、検出される温度が前記閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部２８に指令する制御部４０とを有するものであっても良い。
【００１０】
インバータ制限手段９５を、インバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けた場合、モータ６に近い部位で検出温度の判定等を行えるため、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。
【００１１】
前記検出される温度が前記閾値を超えたと判定部３９で判定されたとき、前記ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けたものであっても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２におけるインバータ制限手段９５により、インバータ３１の温度異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
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、材料使用量の削減、モータ６の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。特に、インバータ３１の温度を検出し、インバータ３１の過熱による異常、例えば、半導体スイッチング素子が過熱することに起因する熱暴走等を常時監視することで、インバータ３１に与える電流指令を適切に制限する制御を行うことができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、インバータ３１の特性変化や損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止できるため、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの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含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、前記インバータに、このインバータの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータに与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段を設けたため、車両の運転を急激に妨げることなく、インバータの過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができ、適切な対処が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】同電気自動車の制御系のブロック図である。
【図４】同電気自動車のインバータの温度と時間との関係を示す図である。
【図５】同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図６】図５のVI-VI 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図７】図５のVII-VII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図８】図７の部分拡大断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図８と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
図５に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図５）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１９】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２０】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２１】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２２】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２３】
図６は、モータの断面図（図５のVI-VI 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２４】
図５に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
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。
【００２５】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図７のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２６】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２７】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２８】
図８に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００２９】
図５において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３０】
制御系を説明する。図１に示すように、制御装置は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。前記ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３１】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３２】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３３】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３４】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３５】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３６】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３７】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次のインバータ制限手段９５、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。また、インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設けている。
インバータ制限手段９５は、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるものである。このインバータ制限手段９５は、前記温度センサＳａで検出されるインバータ３１の温度Ｔｃが、定められた閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加える。具体的には、インバータ制限手段９５は、判定部３９と、制御部４０とを有する。
【００３８】
前記温度センサＳａとして例えばサーミスタが使用される。このサーミスタを、複数の半導体スイッチング素子が実装される基板に固着することで、インバータ３１の温度Ｔｃを検出し得る。なおサーミスタを半導体スイッチング素子自体に固着しても良い。
この例では、図２および図３に示すように、サーミスタで検出された検出値はアンプＡｐで増幅され、この増幅値が判定部３９にて判定される。
判定部３９は、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを常時判定する。前記閾値は、使用する半導体スイッチング素子の動作保証温度としても良いし、例えば、実験、シミュレーション等により、インバータ３１の特性変化を生じさせる、インバータ３１の温度および時間の関係に基づいて適宜に求められる。求められた閾値は、テーブルとして図示外の記憶手段に書換え可能に記憶されている。
【００３９】
制御部４０は、検出されるインバータ３１の温度Ｔｃが、定められた閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を与えるように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。前記モータ駆動制御部３３は、ＥＣＵ２１からの加速・減速指令に従い、電流指令に変換してＰＷＭドライバ３２に電流指令を与えるが、前記制御部４０からの指令を受けて前記電流指令に制限を与える。
具体的には、制御部４０はデューティ比とパルス数のいずれか一方または両方を変更する制御を行う。例えば、スイッチング周期に対するパルスのＯＮ時間を表す前記デューティ比を、設定されたデューティ比よりも数１０％低くして電圧実効値を低くしたり、スイッチング周期を同一周期にしておいて不等幅パルスを発生させることで、インバータ３１に与える電流指令に制限を加え得る。
その後、温度Ｔｃが変化する度合いが一定または低下になる兆候が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。前記ｄＴｃ／ｄｔが０以下になるとは、任意の微小時間における温度Ｔｃの傾きが０以下になることと同義である。
インバータ３１の温度は、急には下がらず、温度がある程度下がるまでインバータ３１への電流指令を制限し、モータ電流を低減すると、モータ６の急激な駆動制限によって車両の運転が妨げられることがあるが、上記のように温度低下の兆候をとらえてインバータ３１への電流指令を制限する制御を解除することで、モータ６に流すモータ電流の制限が解除されるため、モータ６の急減な駆動制限による問題も回避される。
【００４０】
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になったときに、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。具体的に、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれこの電気自動車のインバータ３１の温度Ｔｃと時間ｔとの関係を示す図である。
図４（Ａ）では、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇し時間ｔ１のとき、判定部３９は、インバータ３１の温度Ｔｃが閾値Ｅａを超えたと判定する。制御部４０は、この判定結果を受けて、インバータ３１への電流指令を制限するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。モータ駆動制御部３３は、制御部４０から与えられる指令に従い、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。パワー回路部２８は、モータ６へ供給する電流を低減させる。
【００４１】
時間ｔ２において温度上昇率ｄＴｃ／ｄｔが「０」（温度Ｔｃが一定）となることで、制御部４０は、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除する。この図４（Ａ）の例では、時間ｔ２以後ｄＴｃ／ｄｔがマイナス（温度Ｔｃが低下）となるため、温度Ｔｃが閾値Ｅａ以上であっても、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく制御部４０は、電流指令を制限する制御の解除を続行する。
【００４２】
図４（Ｂ）においても、時間ｔ１のとき、制御部４０は、判定部３９による判定結果を受けて、インバータ３１への電流指令を制限するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。時間ｔ２以後、インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、時間ｔ３で温度Ｔｃが閾値以上の温度であると判定されることで、制御部４０は、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。
【００４３】
図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により温度Ｔｃが閾値を超えたと判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力されたインバータ３１の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、温度異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００４４】
作用効果について説明する。
この構成によると、温度センサＳａは、インバータ３１の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇すると共に、モータコイル７８の温度が上昇する。判定部３９は、検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを判定し、超えたと判定したときに制御部４０は、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部２８に指令する。その後、温度Ｔｃが下がる度合いが一定になる傾向が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。
【００４５】
インバータ制限手段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に近い部位で検出温度の判定等を行えるため、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。
ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２におけるインバータ制限手段９５により、インバータ３１の温度異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００４６】
また、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、材料使用量の削減、モータ６の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。特に、インバータ３１の温度を検出し、インバータ３１の異常、例えば、半導体スイッチング素子が過熱することに起因する熱暴走等を常時監視することで、インバータ３１に与える電流指令を適切に制限する制御を行うことができる。
【００４７】
インホイールモータ駆動装置８における減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、インバータ３１の特性変化や損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止できるため、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
図９に示すように、インバータ制限手段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。
【符号の説明】
【００４８】
２…車輪
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
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
３９…判定部
４０…制御部
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…インバータ制限手段
Ｓａ…温度センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、一般的に同期型のモータや誘導型のモータが用いられ、バッテリの直流電流をインバータで交流電流に変換してモータの駆動が行われる。インバータは、主に複数の半導体スイッチング素子で構成されるが、モータ駆動のための大電流を流すため、発熱が大きい。半導体スイッチング素子は、温度による特性変化が大きく、また、過熱により損傷することがあるため、インバータには一般的に冷却手段が設けられている。
なお、従来、インホイールモータ駆動装置において、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車のインバータは、前記のように冷却手段が設けられていて、通常の運転では過昇温が防止される。しかし、坂道等において、連続して高トルク発生状態で運転した場合、流れる電流が大きくなるため、過熱により特性が変化したり、損傷したりする恐れがある。インバータの特性変化や損傷は、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を招く。また、インバータ温度を測定して過負荷を監視し、モータの駆動電流を駆動制限する場合、車両の運転が急激に妨げられるおそれがある。
【０００５】
この発明の目的は、車両の運転を急激に妨げることなく、インバータの過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができ、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車において、前記インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設け、この温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段９５を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、温度センサＳａは、インバータ３１の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇すると共に、モータコイル７８の温度が上昇する。インバータ制限手段９５は、検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを判定する。インバータ制限手段９５は、温度Ｔｃが閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を加える制御を行う。具体的には、デューティ比とパルス数のいずれか一方または両方を変更する制御を行う。例えば、スイッチング周期に対するパルスのＯＮ時間を表す前記デューティ比を、設定されたデューティ比よりも小さくして電圧実効値を低くしたり、スイッチング周期を同一周期にしておいて不等幅パルスを発生させることで、インバータ３１に与える電流指令に制限を加え得る。
【０００８】
その後、温度Ｔｃが変化する度合いが一定または低下する傾向が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。
【０００９】
前記モータコントロール部２９にインバータ制限手段９５を設け、このインバータ制限手段９５は、温度センサＳａで検出される温度が閾値を超えるか否かを判定する判定部３９と、検出される温度が前記閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部２８に指令する制御部４０とを有するものであっても良い。
【００１０】
インバータ制限手段９５を、インバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けた場合、モータ６に近い部位で検出温度の判定等を行えるため、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。
【００１１】
前記検出される温度が前記閾値を超えたと判定部３９で判定されたとき、前記ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けたものであっても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２におけるインバータ制限手段９５により、インバータ３１の温度異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
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、材料使用量の削減、モータ６の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。特に、インバータ３１の温度を検出し、インバータ３１の過熱による異常、例えば、半導体スイッチング素子が過熱することに起因する熱暴走等を常時監視することで、インバータ３１に与える電流指令を適切に制限する制御を行うことができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、インバータ３１の特性変化や損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止できるため、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの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含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、前記インバータに、このインバータの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータに与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段を設けたため、車両の運転を急激に妨げることなく、インバータの過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができ、適切な対処が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】同電気自動車の制御系のブロック図である。
【図４】同電気自動車のインバータの温度と時間との関係を示す図である。
【図５】同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図６】図５のVI-VI 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図７】図５のVII-VII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図８】図７の部分拡大断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図８と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
図５に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図５）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１９】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２０】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２１】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２２】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２３】
図６は、モータの断面図（図５のVI-VI 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２４】
図５に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
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。
【００２５】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図７のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２６】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２７】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２８】
図８に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００２９】
図５において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３０】
制御系を説明する。図１に示すように、制御装置は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。前記ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３１】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３２】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３３】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３４】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３５】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３６】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３７】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次のインバータ制限手段９５、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。また、インバータ３１に、このインバータ３１の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設けている。
インバータ制限手段９５は、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるものである。このインバータ制限手段９５は、前記温度センサＳａで検出されるインバータ３１の温度Ｔｃが、定められた閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータ３１に与える電流指令に制限を加える。具体的には、インバータ制限手段９５は、判定部３９と、制御部４０とを有する。
【００３８】
前記温度センサＳａとして例えばサーミスタが使用される。このサーミスタを、複数の半導体スイッチング素子が実装される基板に固着することで、インバータ３１の温度Ｔｃを検出し得る。なおサーミスタを半導体スイッチング素子自体に固着しても良い。
この例では、図２および図３に示すように、サーミスタで検出された検出値はアンプＡｐで増幅され、この増幅値が判定部３９にて判定される。
判定部３９は、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを常時判定する。前記閾値は、使用する半導体スイッチング素子の動作保証温度としても良いし、例えば、実験、シミュレーション等により、インバータ３１の特性変化を生じさせる、インバータ３１の温度および時間の関係に基づいて適宜に求められる。求められた閾値は、テーブルとして図示外の記憶手段に書換え可能に記憶されている。
【００３９】
制御部４０は、検出されるインバータ３１の温度Ｔｃが、定められた閾値を超えたと判定したときに、インバータ３１に与える電流指令に制限を与えるように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。前記モータ駆動制御部３３は、ＥＣＵ２１からの加速・減速指令に従い、電流指令に変換してＰＷＭドライバ３２に電流指令を与えるが、前記制御部４０からの指令を受けて前記電流指令に制限を与える。
具体的には、制御部４０はデューティ比とパルス数のいずれか一方または両方を変更する制御を行う。例えば、スイッチング周期に対するパルスのＯＮ時間を表す前記デューティ比を、設定されたデューティ比よりも数１０％低くして電圧実効値を低くしたり、スイッチング周期を同一周期にしておいて不等幅パルスを発生させることで、インバータ３１に与える電流指令に制限を加え得る。
その後、温度Ｔｃが変化する度合いが一定または低下になる兆候が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。前記ｄＴｃ／ｄｔが０以下になるとは、任意の微小時間における温度Ｔｃの傾きが０以下になることと同義である。
インバータ３１の温度は、急には下がらず、温度がある程度下がるまでインバータ３１への電流指令を制限し、モータ電流を低減すると、モータ６の急激な駆動制限によって車両の運転が妨げられることがあるが、上記のように温度低下の兆候をとらえてインバータ３１への電流指令を制限する制御を解除することで、モータ６に流すモータ電流の制限が解除されるため、モータ６の急減な駆動制限による問題も回避される。
【００４０】
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になったときに、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。具体的に、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれこの電気自動車のインバータ３１の温度Ｔｃと時間ｔとの関係を示す図である。
図４（Ａ）では、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇し時間ｔ１のとき、判定部３９は、インバータ３１の温度Ｔｃが閾値Ｅａを超えたと判定する。制御部４０は、この判定結果を受けて、インバータ３１への電流指令を制限するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。モータ駆動制御部３３は、制御部４０から与えられる指令に従い、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。パワー回路部２８は、モータ６へ供給する電流を低減させる。
【００４１】
時間ｔ２において温度上昇率ｄＴｃ／ｄｔが「０」（温度Ｔｃが一定）となることで、制御部４０は、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除する。この図４（Ａ）の例では、時間ｔ２以後ｄＴｃ／ｄｔがマイナス（温度Ｔｃが低下）となるため、温度Ｔｃが閾値Ｅａ以上であっても、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく制御部４０は、電流指令を制限する制御の解除を続行する。
【００４２】
図４（Ｂ）においても、時間ｔ１のとき、制御部４０は、判定部３９による判定結果を受けて、インバータ３１への電流指令を制限するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。時間ｔ２以後、インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、時間ｔ３で温度Ｔｃが閾値以上の温度であると判定されることで、制御部４０は、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。
【００４３】
図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により温度Ｔｃが閾値を超えたと判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力されたインバータ３１の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、温度異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００４４】
作用効果について説明する。
この構成によると、温度センサＳａは、インバータ３１の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、インバータ３１の温度Ｔｃが上昇すると共に、モータコイル７８の温度が上昇する。判定部３９は、検出される温度Ｔｃが定められた閾値を超えるか否かを判定し、超えたと判定したときに制御部４０は、インバータ３１に与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部２８に指令する。その後、温度Ｔｃが下がる度合いが一定になる傾向が認識されたとき、つまり温度上昇率であるｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除するので、モータ電流を低減し過ぎることがなくモータ６の急激な駆動制限が防止される。
インバータ制限手段９５の制御解除によって、インバータ３１の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃが閾値以上の温度であれば、再度インバータ３１への電流指令を制限する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になると、インバータ３１への電流指令を制限する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。したがって、インバータ３１の過熱による特性変化および損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止することができる。
【００４５】
インバータ制限手段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に近い部位で検出温度の判定等を行えるため、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。
ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２におけるインバータ制限手段９５により、インバータ３１の温度異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にインバータ３１の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００４６】
また、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、材料使用量の削減、モータ６の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。特に、インバータ３１の温度を検出し、インバータ３１の異常、例えば、半導体スイッチング素子が過熱することに起因する熱暴走等を常時監視することで、インバータ３１に与える電流指令を適切に制限する制御を行うことができる。
【００４７】
インホイールモータ駆動装置８における減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、インバータ３１の特性変化や損傷を防止し、モータ駆動の制御特性の変化や、モータ駆動の不能を防止できるため、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
図９に示すように、インバータ制限手段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。
【符号の説明】
【００４８】
２…車輪
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
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
３９…判定部
４０…制御部
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…インバータ制限手段
Ｓａ…温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの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含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、
前記インバータに、このインバータの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータに与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記モータコントロール部にインバータ制限手段を設け、このインバータ制限手段は、温度センサで検出される温度が閾値を超えるか否かを判定する判定部と、検出される温度が前記閾値を超えたと判定したときに、インバータに与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部に指令する制御部とを有する電気自動車。
【請求項３】
請求項２において、前記検出される温度が前記閾値を超えたと判定部で判定されたとき、前記ＥＣＵにインバータの異常報告を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの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含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、
前記インバータに、このインバータの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃが閾値を超えたとき、この温度Ｔｃを時間ｔで微分したｄＴｃ／ｄｔが０以下になるまでインバータに与える電流指令に制限を加えるインバータ制限手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記モータコントロール部にインバータ制限手段を設け、このインバータ制限手段は、温度センサで検出される温度が閾値を超えるか否かを判定する判定部と、検出される温度が前記閾値を超えたと判定したときに、インバータに与える電流指令に制限を加えるようにパワー回路部に指令する制御部とを有する電気自動車。
【請求項３】
請求項２において、前記検出される温度が前記閾値を超えたと判定部で判定されたとき、前記ＥＣＵにインバータの異常報告を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７８９１８（Ｐ２０１２−１７８９１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９８５５（Ｐ２０１１−３９８５５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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