JP4760318B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関し、特に、電力変換器を介して電源からの電力が供給される電動機の駆動制御を行う制御装置に関する。

従来、電源からの電力を変換して電動機に供給するために、インバータ等の電力変換器が用いられている。電力変換器は、一般にスイッチング素子のスイッチング動作により電力変換を行うが、スイッチング動作に伴いスイッチング素子が発熱するため、スイッチング素子の過熱を抑止する必要がある。例えば下記特許文献１においては、電力変換器のスイッチング素子温度が高温状態にあり、素子温度の時間変化率が大きいときは、これに応じてモータのトルク指令を小さく設定している。この設定によりモータのトルクを小さくすることで、スイッチング素子の発熱量を少なくし、スイッチング素子の過熱を抑止している。

その他にも、下記特許文献２，３による電動機の制御装置が開示されている。

特開平１０−２１０７９０号公報 特開２００３−２７４５０９号公報 特開２００５−２０８９１号公報

電力変換器の過熱を抑止しながら電動機のトルクをより有効利用するためには、電力変換器が過熱しない範囲で電動機が大トルクをより長時間出力できることが望ましい。特許文献１においては、スイッチング素子が過熱しないようにスイッチング素子温度に応じてモータのトルクを調整しているが、モータのトルクが設定された上限値に達する状態でモータを駆動する許容時間を調整することや、モータのトルクを設定された上限値から減少させるときの時間減少率を調整することについては何ら示されていない。

本発明は、電力変換器の過熱を抑止しながら電動機が大トルクをより長時間出力することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電動機の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る電動機の制御装置は、電力変換器を介して電源からの電力が供給される電動機と、冷媒により電力変換器の冷却を行う冷却器と、を有する電動機駆動装置にて用いられる制御装置であって、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、電動機のトルクが設定された上限値を超えないように電動機を駆動制御する駆動制御部と、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態で電動機を駆動する許容時間を設定する許容時間設定部と、を備え、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合に、電動機のトルクを減少させるように電動機を駆動制御し、許容時間設定部は、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて前記許容時間を変化させ、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合は、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて変化させることを要旨とする。

本発明によれば、電動機のトルクが設定された上限値にほぼ一致する状態で電動機を駆動する許容時間を、電力変換器の冷却を行う冷媒の温度に応じて変化させることで、電力変換器が過熱しない範囲で電動機が上限値のトルクをより長時間出力することができる。したがって、電力変換器の過熱を抑止しながら電動機が大トルクをより長時間出力することができる。さらに、本発明によれば、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合は、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて変化させることで、電力変換器が過熱しない範囲で電動機のトルクの減少を必要最小限に抑えることができる。

本発明の一態様では、許容時間設定部は、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して前記許容時間を増大させることが好適である。

本発明の一態様では、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合は、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して減少させることが好適である。

また、本発明に係る電動機の制御装置は、電力変換器を介して電源からの電力が供給される電動機と、冷媒により電力変換器の冷却を行う冷却器と、を有する電動機駆動装置にて用いられる制御装置であって、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、電動機のトルクが設定された上限値を超えないように電動機を駆動制御する駆動制御部と、を備え、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が設定時間を超えた場合に、電動機のトルクを減少させるように電動機を駆動制御するとともに、電動機のトルクの時間減少率を冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて変化させることを要旨とする。

本発明によれば、電動機のトルクが設定された上限値にほぼ一致する状態が設定時間を超えた場合に、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、電力変換器の冷却を行う冷媒の温度に応じて変化させることで、電力変換器が過熱しない範囲で電動機のトルクの減少を必要最小限に抑えることができる。したがって、電力変換器の過熱を抑止しながら電動機が大トルクをより長時間出力することができる。

本発明の一態様では、駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が設定時間を超えた場合に、電動機のトルクの時間減少率を冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して減少させることが好適である。

本発明の一態様では、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて前記上限値を変化させるトルク上限値設定部を備えることが好適である。

本発明の一態様では、電力変換器は、インバータであることが好適である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電動機の制御装置を含むハイブリッド車両の駆動システムの概略構成を示す図である。本実施形態に係る制御装置は、以下に説明するモータ（電動機）１０、インバータ１２、及び冷却器１８を有する電動機駆動装置にて用いられ、モータ１０の駆動制御を行う。

エンジン（内燃機関）５０の出力軸は、動力分配機構５２に連結されている。動力分配機構５２は、エンジン５０の出力軸の他に、減速機１４の入力軸及びジェネレータ（発電機）５４の回転子と連結されている。ここでの動力分配機構５２は、例えばリングギアとキャリアとサンギアとを有する遊星歯車機構により構成することができる。減速機１４の出力軸は駆動輪１９と連結されている。動力分配機構５２は、エンジン５０からの動力を駆動輪１９及びジェネレータ５４に分配する。動力分配機構５２からジェネレータ５４に分配された動力は、ジェネレータ５４による発電電力に変換される。ジェネレータ５４による発電電力については、インバータ１２を介してモータ１０に供給可能である。また、ジェネレータ５４による発電電力をインバータ１２を介してバッテリ１６に回収することもできる。

直流電源として設けられたバッテリ１６からの電力は、電力変換器として設けられたインバータ１２により電力変換（直流から交流）が行われてからモータ１０の巻線に供給される。モータ１０は、インバータ１２を介して巻線に供給された電力を回転子の動力に変換する。モータ１０の回転子は減速機１４の入力軸に連結されており、モータ１０の動力は減速機１４で減速されてから駆動輪１９に伝達される。以上のように、本実施形態の駆動システムでは、エンジン５０から動力分配機構５２及び減速機１４を介して駆動輪１９に伝達された動力と、モータ１０から減速機１４を介して駆動輪１９に伝達された動力とを利用して、駆動輪１９の回転駆動（車両の駆動）を行うことができる。

インバータ１２では、スイッチング素子のスイッチング動作によりバッテリ１６からの直流電力を交流に変換してモータ１０に供給する電力変換が行われるが、その際には、インバータ１２、特にスイッチング素子が発熱する。本実施形態では、インバータ１２の過熱を抑止するために、冷却液（冷媒）によりインバータ１２（特にスイッチング素子）の冷却を行う冷却器１８が設けられている。そして、冷却器１８の冷却液の温度Ｔを検出する温度センサ２０も設けられている。温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔは、電子制御ユニット３０に入力される。

電子制御ユニット３０は、例えばアクセル開度及び車速（いずれも図示しないセンサにより検出）に基づいて、インバータ１２のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、モータ１０及びジェネレータ５４の運転状態を制御する。図２に示すように、電子制御ユニット３０は、以下に説明するトルク上限値設定部３２、駆動制御部３４、許容時間設定部３６、及び特性記憶部３８を備える。

トルク上限値設定部３２は、モータ１０のトルクの上限値τｍａｘを設定する。ここでは、設定するモータ１０のトルクの上限値τｍａｘを、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに応じて変化させる。例えば図３に示すように、冷却液の温度Ｔとトルクの上限値τｍａｘとの関係を表すトルク上限値特性マップを特性記憶部３８に記憶しておき、トルク上限値設定部３２は、特性記憶部３８から読み出したトルク上限値特性マップにおいて、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに対応するトルクの上限値τｍａｘを設定する。図３に示すトルク上限値特性マップでは、冷却液の温度Ｔが低下するほどトルクの上限値τｍａｘが増大しているため、トルク上限値設定部３２は、設定するモータ１０のトルクの上限値τｍａｘを、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔの低下に対して増大させる。

駆動制御部３４は、例えばアクセル開度及び車速に基づいてモータ１０の目標トルクτ０を設定し、モータ１０のトルクτが目標トルクτ０に一致するようにインバータ１２のスイッチング動作を制御することでモータ１０を駆動制御する。ここでは、モータ１０の目標トルクτ０がトルク上限値設定部３２で設定された上限値τｍａｘを超えないように制限されることで、モータ１０のトルクτが上限値τｍａｘを超えないように（上限値τｍａｘ以下に制限されるように）モータ１０の駆動制御が行われる。

許容時間設定部３６は、モータ１０の目標トルクτ０が継続してトルク上限値設定部３２で設定された上限値τｍａｘとなる（あるいはほぼ上限値τｍａｘとなる）許容時間ｔ１を設定する。つまり、許容時間設定部３６は、モータ１０のトルクτが継続して上限値τｍａｘに一致する（あるいはほぼ一致する）状態でモータ１０を駆動する許容時間ｔ１を設定する。ここでは、設定する許容時間ｔ１を、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに応じて変化させる。例えば図４に示すように、冷却液の温度Ｔと許容時間ｔ１との関係を表す許容時間特性マップを特性記憶部３８に記憶しておき、許容時間設定部３６は、特性記憶部３８から読み出した許容時間特性マップにおいて、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに対応する許容時間ｔ１を設定する。図４に示す許容時間特性マップでは、冷却液の温度Ｔが低下するほど許容時間ｔ１が増大しているため、許容時間設定部３６は、設定する許容時間ｔ１を、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔの低下に対して増大させる。

そして、駆動制御部３４は、モータ１０の目標トルクτ０が継続して上限値τｍａｘとなる（あるいはほぼ上限値τｍａｘとなる）状態が許容時間設定部３６で設定された許容時間ｔ１を超えた場合に、設定するモータ１０の目標トルクτ０を上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させる。つまり、駆動制御部３４は、モータ１０のトルクτが継続して上限値τｍａｘに一致する（あるいはほぼ一致する）状態が許容時間ｔ１を超えた場合に、モータ１０のトルクτを上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させるようにモータ１０を駆動制御する。ここでは、モータ１０のトルクτ（目標トルクτ０）を上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させるときの時間減少率δτ／δｔを、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに応じて変化させる。例えば図５に示すように、冷却液の温度Ｔとトルクの時間減少率δτ／δｔとの関係を表すトルク減少率特性マップを特性記憶部３８に記憶しておき、駆動制御部３４は、特性記憶部３８から読み出したトルク減少率特性マップにおいて、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔに対応するトルクの時間減少率δτ／δｔを設定する。図５に示す許容時間特性マップでは、冷却液の温度Ｔが低下するほどトルクの時間減少率δτ／δｔが減少しているため、駆動制御部３４は、モータ１０のトルクτ（目標トルクτ０）を上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させるときの時間減少率δτ／δｔを、温度センサ２０で検出された冷却液の温度Ｔの低下に対して減少させる。なお、ここでは、モータ１０のトルクτが設定値τ１まで減少する時間が短くなる方向を、時間減少率δτ／δｔが増大する方向としている。

例えば車両の登坂時等においては、車両の走行負荷（モータ１０の駆動負荷）が増大するため、モータ１０が発生するトルクつまりモータ１０に流れる電流が増大することで、インバータ１２のスイッチング素子が発熱しやすくなる。スイッチング素子の過熱を抑えるためには、モータ１０が発生するトルク（モータ１０に流れる電流）を抑えることが要求される。しかし、その一方で、車両の登坂性能を確保するためには、モータ１０が大トルクを出力することも要求される。

本実施形態では、図６に示すように、車両の登坂時等においてモータ１０のトルクτが増大して上限値τｍａｘに達した場合（図６の時刻ｔ２）は、モータ１０のトルクτが上限値τｍａｘに制限される。ここでの上限値τｍａｘは、冷却液の温度Ｔに応じて変化し、冷却液の温度Ｔが低下するほど増大する。そして、図６に示すように、モータ１０のトルクτが上限値τｍａｘに達する状態が許容時間ｔ１を超えたと判定された場合（図６の時刻ｔ３）は、モータ１０のトルクτを上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させる。ここでの許容時間ｔ１は、冷却液の温度Ｔに応じて変化し、冷却液の温度Ｔが低下するほど増大する。そのため、冷却液の温度Ｔが低い場合は、インバータ１２の過熱を招くことなく、モータ１０は上限値τｍａｘのトルクτを長時間出力することができる。一方、冷却液の温度Ｔが高い場合は、モータ１０が上限値τｍａｘのトルクτを出力する時間が短縮されることで、インバータ１２の過熱が抑止される。なお、許容時間ｔ１の設定に用いられる冷却液の温度Ｔについては、例えば図６の時刻ｔ２において温度センサ２０により検出された冷却液の温度Ｔを用いることができる。

このように、本実施形態では、モータ１０のトルクτが上限値τｍａｘに達する状態でモータ１０を駆動する許容時間ｔ１を冷却液の温度Ｔに応じて変化させることで、インバータ１２が過熱しない範囲でモータ１０が上限値τｍａｘのトルクτを長時間出力することができる。したがって、インバータ１２の過熱を抑止しながらモータ１０が大トルクをより長時間出力することができる。

また、本実施形態では、モータ１０のトルクτが上限値τｍａｘに達する状態が許容時間ｔ１を超えた場合に、モータ１０のトルクτを上限値τｍａｘから設定値τ１まで減少させるときの時間減少率δτ／δｔが、冷却液の温度Ｔに応じて変化し、冷却液の温度Ｔが低下するほど減少する。そのため、冷却液の温度Ｔが低い場合は、インバータ１２が過熱しない範囲でモータ１０のトルクτの減少を必要最小限に抑えることができ、モータ１０が大トルクを長時間出力することができる。一方、冷却液の温度Ｔが高い場合は、モータ１０のトルクτを速やかに減少させることで、冷却液の温度Ｔ（インバータ１２の温度）を速やかに低下させることができ、インバータ１２の過熱を抑止することができる。したがって、本実施形態によれば、インバータ１２の過熱を抑止しながらモータ１０が大トルクをより長時間出力することができる。なお、時間減少率δτ／δｔの設定に用いられる冷却液の温度Ｔについては、例えば図６の時刻ｔ３において温度センサ２０により検出された冷却液の温度Ｔを用いることができる。

このように、本実施形態では、インバータ１２の過熱を抑止しながらモータ１０のトルクτをより有効利用することができる。その結果、車両の登坂時においては、インバータ１２の過熱を抑止しながら車両の登坂性能を確保することができる。

また、本実施形態では、モータ１０のトルクの上限値τｍａｘを冷却液の温度Ｔに応じて変化させることによっても、インバータ１２の過熱を抑止することができる。

以上の説明では、動力発生源としてエンジン５０及びモータ１０を搭載したハイブリッド車両に本発明を適用するものとしたが、動力発生源としてモータ１０を搭載した電気自動車にも本発明を適用することができる。さらに、車両以外の駆動システムにも本発明を適用することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態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。

本発明の実施形態に係る電動機の制御装置を含むハイブリッド車両の駆動システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 冷却液の温度Ｔとトルクの上限値τｍａｘとの関係を表すトルク上限値特性マップの一例を示す図である。 冷却液の温度Ｔと許容時間ｔ１との関係を表す許容時間特性マップの一例を示す図である。 冷却液の温度Ｔとトルクの時間減少率δτ／δｔとの関係を表すトルク減少率特性マップの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電動機の制御装置の動作を説明する図である。

符号の説明

１０ モータ（電動機）、１２ インバータ、１４ 減速機、１６ バッテリ、１８ 冷却器、１９ 駆動輪、２０ 温度センサ、３０ 電子制御ユニット、３２ トルク上限値設定部、３４ 駆動制御部、３６ 許容時間設定部、３８ 特性記憶部、５０ エンジン（内燃機関）、５２ 動力分配機構、５４ ジェネレータ（発電機）。

Claims (7)

1. 電力変換器を介して電源からの電力が供給される電動機と、冷媒により電力変換器の冷却を行う冷却器と、を有する電動機駆動装置にて用いられる制御装置であって、
   冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、
   電動機のトルクが設定された上限値を超えないように電動機を駆動制御する駆動制御部と、
   電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態で電動機を駆動する許容時間を設定する許容時間設定部と、
   を備え、
   駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合に、電動機のトルクを減少させるように電動機を駆動制御し、
   許容時間設定部は、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて前記許容時間を変化させ、
   駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合は、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて変化させることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   許容時間設定部は、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して前記許容時間を増大させることを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機の制御装置であって、
   駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が前記許容時間を超えた場合は、電動機のトルクを減少させるときの時間減少率を、冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して減少させることを特徴とする電動機の制御装置。
4. 電力変換器を介して電源からの電力が供給される電動機と、冷媒により電力変換器の冷却を行う冷却器と、を有する電動機駆動装置にて用いられる制御装置であって、
   冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、
   電動機のトルクが設定された上限値を超えないように電動機を駆動制御する駆動制御部と、
   を備え、
   駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が設定時間を超えた場合に、電動機のトルクを減少させるように電動機を駆動制御するとともに、電動機のトルクの時間減少率を冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて変化させることを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機の制御装置であって、
   駆動制御部は、電動機のトルクが前記上限値にほぼ一致する状態が設定時間を超えた場合に、電動機のトルクの時間減少率を冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度の低下に対して減少させることを特徴とする電動機の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の電動機の制御装置であって、
   冷媒温度検出部で検出された冷媒の温度に応じて前記上限値を変化させるトルク上限値設定部を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１に記載の電動機の制御装置であって、
   電力変換器は、インバータであることを特徴とする電動機の制御装置。

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