| 【発明の名称】 |
モータ温度制御装置及び方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】新郷 和晃
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| 【要約】 |
【課題】電気自動車等に利用される電気モータのモータ温度の上昇を抑制する。
【解決手段】電気モータのコイル温度の上昇を観察し、所定の温度を超えた場合にはモータの出力を制限し始め、モータの温度の上昇を抑制する。特に、力行制御が行われている場合と、回生制御とが行われている場合においてモータ出力の制限が開始される温度を異ならせている。回生制御でモータ出力の制限が開始される温度を力行制御の温度より低くすることにより、回生制御時のモータの発熱をより効果的に抑制することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】モータのモータコイルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した前記モータコイルの温度に基づき前記モータの出力を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、前記モータを力行制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第２温度より高い時には、前記モータに供給する電力を制限する第１制限手段と、前記モータを回生制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第１温度より高い時には、前記モータが回生出力する電力を制限する第２制限手段と、を含み、ここで、前記第２温度は、前記第１温度より高い温度であることを特徴とするモータ温度制御装置。
【請求項２】請求項１記載のモータ温度制御装置において、前記モータは電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御装置。
【請求項３】請求項１記載のモータ温度制御装置において、前記モータはハイブリッド型電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御装置。
【請求項４】モータのモータコイルの温度を検出する温度検出ステップと、前記温度検出手段が検出した前記モータコイルの温度に基づき前記モータの出力を制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップは、前記モータを力行制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第２温度より高い時には、前記モータに供給する電力を制限するステップと、前記モータを回生制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第１温度より高い時には、前記モータが回生出力する電力を制限するステップと、を含み、ここで、前記第２温度は、前記第１温度より高い温度であることを特徴とするモータ温度制御方法。
【請求項５】請求項４記載のモータ温度制御方法において、前記モータは電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御方法。
【請求項６】請求項４記載のモータ温度制御方法において、前記モータはハイブリッド型電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータの制御に関する。特に、電気自動車等に用いられるモータの過熱を防止するために、モータコイル温度に基づきモータの出力を制限するモータ温度制御装置及びモータ温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気モータを用いた電気自動車や、他の原動機と組みあわせたハイブリッド型の電気自動車等が広く提案され、また利用されている。
【０００３】さて、このような電気自動車等は、連続して長時間登坂走行を行うとモータが過負荷運転状態となり、モータが過熱し焼損する等のおそれがある。そのため、一般的な電気自動車等では、モータの温度や電子部品の温度を検出し、その温度が所定温度以上に達した場合に過負荷運転状態であると判断し、モータへ供給する電力を停止するようなモータ制御が利用されているものもあった。
【０００４】従来の技術１しかし、急激に電力の供給を停止したのでは使い勝手が悪化するため、モータの出力を急激に０にするのではなく、モータの温度に従ってモータの出力を滑らかに減少させる制御方法が、例えば特開平３−１９８６０１号公報に記載されている。
【０００５】同号公報に記載されている制御方法によれば、基準値（基準となる温度を表す）と、この基準値より高い温度を表す限界値（モータの動作限界となる温度を表す）との２つの値を用いて、モータ制御を行っている。そして、モータの温度センサの信号値（温度）が、基準値より大きく（基準となる温度より高い温度であり）、かつ、限界値より小さい（限界となる温度より低い温度である）場合に、その温度範囲内で滑らかにモータ出力を制限したのである。
【０００６】具体的にモータ出力が制限される割合は、以下の式で表される。
【０００７】
【数１】
１−｛（信号値−基準値）／（限界値−基準値）｝
この式から明らかなように、信号値が基準値と同一の値である場合、すなわちモータ温度が基準となる値の時には、上記式の値は「１」であり、モータ出力は何ら制限されない。そして、信号値が基準値から大きくなればなるほど、上記式の値は小さくなり、信号値が限界値と同一の値になった場合、すなわちモータ温度が限界値で表される温度となった時には、上記式の値は「０」となり、モータ出力は完全に「０」になる。
【０００８】すなわち、同号公報に記載されているモータ制御方法は、ある温度を基準として急激にモータ出力を０にするのではなく、基準値で表される温度を超えてから徐々にモータ出力を制限していき、モータ温度がさらに上昇して限界値で表される温度となったときにモータ出力が０になるように、モータに供給する電力を制御したものである。
【０００９】なお、同号公報には、モータの出力を制限するのに、デューティ比を調整して出力の調整を行うことが示されている。
【００１０】従来の技術２また、モータのコイルの温度を直接計測するのは困難であることから、実際には制御回路における電子素子の温度を計測し、この値からモータのコイル温度を推定する手法が従来から知られている。しかし、電子素子の温度とモータのコイルの温度と関係は、外気温度によって左右されるものである。従って、制御回路における電子素子の温度と外気温度との双方から、モータのコイル温度を推定し、この推定温度に基づきモータ制御を行う発明が提案されている。このような発明は例えば、特開平４−４２７０５号公報に記載されている。
【００１１】従来の技術３モータの異常過熱を防止する技術は、内燃機関と電気モータを双方備えた電気自動車においても利用される。このような内燃機関と電気モータとの組み合わせによれば、加速時に内燃機関の出力を電気モータが補助し、減速時には電気モータが発電制動動作を行い、回生電力を出力する。そして、回生電力はバッテリーに回収される。このような電気自動車においても電気モータの異常過熱を防止すべく、力行や回生の際に電気モータに入力する電力、又は、電気モータが出力する電力を制限する発明が提案されている。このような発明は例えば特開平４−３２５８０４号公報に記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように、電気自動車の電気モータを制御する技術において、電気モータの異常過熱を防止するためにモータ出力を制限することが一般に行われている。また、このモータ出力の制限はモータコイル温度によりその制限が実行されている場合が多い。
【００１３】しかしながら、従来のこのようなモータ出力の制限方法においては、力行制御であるか、回生制御をしているかに関わりなく単にモータコイル温度にのみ基づきモータ出力の制限が行われている。そのため、従来の電気モータの異常過熱防止方法では、山岳路等の登り下りの繰り返しが連続するような走行状態において、電気モータの温度が異常に上昇してしまう事態が想定される。
【００１４】その結果、電気自動車が登昇が困難になる事態も考えられた。このような事態が考えられるのは、山岳路の登りにおいては電気モータを力行制御するため電気モータに供給される電力も大きくなるとともに、下りの場合においても電気モータの回生制御によっても電気モータは発熱してしまうからである。従って、電気モータは常に発熱状態となり異常過熱が発生し、モータの出力が完全に０に制限されてしまい、走行が一時的に不能となる事態も想定された。
【００１５】本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、その目的は、力行制御が行われている場合と、回生制御が行われている場合とでモータ出力の制限の仕方を異ならせることにより、より効果的に電気モータの発熱を防止する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、第１の本発明は、モータのモータコイルの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した前記モータコイルの温度に基づき前記モータの出力を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、前記モータを力行制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第２温度より高い時には、前記モータに供給する電力を制限する第１制限手段と、前記モータを回生制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第１温度より高い時には、前記モータが回生出力する電力を制限する第２制限手段と、を含み、ここで、前記第２温度は、前記第１温度より高い温度であることを特徴とするモータ温度制御装置である。
【００１７】このように、回生制御時には、力行制御時より低い温度からモータ出力の制限が開始されるので、モータの異常過熱を防止することができる。特に、回生制御時にはモータ出力を制限しても、他の摩擦ブレーキ等により制動をかけることができるためモータの運転動作には大きな支障は生じない。
【００１８】第２の本発明は、前記モータは電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御装置である。
【００１９】電気自動車に利用される電気モータに本制御装置を利用すれば、走行に大きな影響を及ぼさずに異常過熱を防止可能である。
【００２０】第３の本発明は、前記モータはハイブリッド型電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御装置である。
【００２１】本発明は、単なる電気自動車ではなく、他の原動機等と組み合わせたハイブリッド型の電気自動車に利用しても、上記第２の本発明と同様の効果が生じる。
【００２２】以下、第４から第６の本発明は、上記第１から第３までの本発明と実質的には同様の技術思想を有する方法の発明であり、基本的には同様の作用・効果を奏する。
【００２３】第４の本発明は、モータのモータコイルの温度を検出する温度検出ステップと、前記温度検出手段が検出した前記モータコイルの温度に基づき前記モータの出力を制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップは、前記モータを力行制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第２温度より高い時には、前記モータに供給する電力を制限するステップと、前記モータを回生制御している場合に、前記モータコイルの温度が所定の第１温度より高い時には、前記モータが回生出力する電力を制限するステップと、を含み、ここで、前記第２温度は、前記第１温度より高い温度であることを特徴とするモータ温度制御方法である。
【００２４】第５の本発明は、前記モータは電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御方法である。
【００２５】第６の本発明は、前記モータはハイブリッド型電気自動車に利用されるモータであることを特徴とするモータ温度制御方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】図１には、本実施の形態に係る電気自動車の電気モータの制御装置の構成図が示されている。この図に示されているように、制御装置１０は、モータ温度検出部１２を有している。このモータ温度検出部１２は、電気モータ１４が出力するモータコイル温度信号を観察し、モータコイルの温度を計測するものである。このモータコイル温度信号は、電気モータ１４から供給される信号であるが、例えば温度センサにより出力される信号である。その他、電気モータ１４のコイルの両端電圧及び電流からモータコイル温度を計算したり、また電気モータ１４の動作状態からモータコイル温度を演算によって算出し、モータコイル温度信号を出力する構成も好ましい。その他、従来から知られているモータコイルの温度を表す信号を作成する種々の手法が利用可能である。
【００２８】制御装置１０には、図１に示されているように力行制御部１６と、回生制御部１８とが備えられている。もちろん、電気モータ１４の制御モードとしてはその他の制御モードも広く利用されるが、本実施の形態においては説明を簡単にするために、力行制御部１６と回生制御部１８についてのみ図１において示した。尚、この制御装置１０内の力行制御部１６や回生制御部１８は、ソフトウェアで実現することが好ましい。
【００２９】そして、電気モータ１４を力行制御する場合には力行制御部１６が電気モータ１４に対する電力の制御を行う。具体的に言えば、この力行制御部１６は電気モータ１４のトルク制御を行っている。
【００３０】一方、電気モータ１４を回生制御する場合には、回生制御部１８が電気モータ１４に対する電力を制御する。この制御も、力行制御部１６と同様にトルク制御で行われる。
【００３１】なお、モータ温度検出部１２が検出したモータコイルの温度は、これら力行制御部１６及び回生制御部１８に供給されており、それぞれの制御部はモータコイル温度に従って電気モータ１４の制御を行っているのである。
【００３２】本実施の形態においても、従来の技術と同様に、各制御部はモータコイルの温度が上昇した場合には、電気モータ１４の出力を制限する。このようにモータ出力を制限することにより、電気モータ１４の異常過熱を防止している。
【００３３】本実施の形態において特徴的なことは、力行制御部１６と、回生制御部１８とにおいて、モータ出力の制限を開始する温度が異なることである。具体的には、力行制御部１６においては第２温度よりモータコイル温度が上昇した場合に電気モータ１４出力の制限を開始し、回生制御部１８は第２温度より低い第１温度よりモータコイル温度が上昇した場合に電気モータ１４のモータ出力の制限を開始するのである。
【００３４】すなわち、本実施の形態によれば、電気モータ１４を回生制御している場合には、力行制御が行われている場合と比較してより低い温度からモータ出力の制限を開始するのである。
【００３５】このように、電気モータ１４の回生時により早くモータ出力を制限し始めることにより、電気モータ１４の異常過熱を防止することができる。
【００３６】回生制御時に、力行制御時より低い温度からモータ出力の制限を開始したのは、次の理由による。すなわち、回生動作自体は制限しても電気自動車の走行にはあまり支障はない。これは一般の摩擦ブレーキが自動車等には備えられているからである。これに対し、力行制御をしている場合にモータ出力の制限を行うと走行が困難になってしまう。したがって、異常過熱を防止するために、力行制御時にモータ出力の制限を行うことには限界があるが、回生制御時にモータ出力の制限を行うことは比較的容易である。
【００３７】以上のような理由により、本発明においては、回生制御時において、モータ出力の制限が開始されるモータコイル温度を力行制御時より低く設定し、電気モータ１４の異常過熱を防止している。したがって、本実施の形態によれば、電気自動車の走行に大きな影響を与えずにモータの発熱を防止することが可能である。
【００３８】次に、本実施の形態に係る制御装置１０の動作をフローチャートに基づき説明する。図２には、図１における制御装置１０の動作をあらわすフローチャートが示されている。
【００３９】まず、ステップＳ２−１においては、電気モータ１４のモータコイルの温度の検出が行われる。この検出は、モータ温度検出部１２によって行われる。
【００４０】次に、ステップＳ２−２において現在力行制御モードか、もしくは回生制御モードであるのかが検査される。なお、力行制御が行われている場合の動作モードを力行制御モードと呼ぶ。また、回生制御が行われている場合の動作モードを回生制御モードと呼ぶ。
【００４１】さて、この検査は、実際には図１における力行制御部１６もしくは回生制御部１８のいずれが動作しているかを検査することによって達成される。
【００４２】そして、このステップＳ２−２において力行制御モードであった場合には、そのまま力行制御がステップＳ２−３で実行される。この力行制御は、上記力行制御部１６で行われる。
【００４３】一方、ステップＳ２−２で回生制御モードであった場合には、ステップＳ２−４においてそのまま回生制御が行われる。この回生制御は、図１における回生制御部１８において実行される。
【００４４】本実施の形態において特徴的なことは、力行制御と回生制御における電気モータの出力の制限が開始される温度が異なることである。以下、図３（ａ）及び図３（ｂ）に基づき、力行制御と回生制御の説明を行う。
【００４５】図３（ａ）には、力行制御が行われている場合の、モータ出力温度制限マップが示されている。このモータ出力温度制限マップは、横軸にモータコイル温度、縦軸に出力制限率をとったグラフである。ここで、出力制限率とは、外部からのモータ出力の指令値と、実際に電気モータ１４に対して与えられる出力の指令値（トルク指令値）との比をいう。具体的には、出力の制限が全くない場合、すなわち外部指令値と実際の指令値とが等しい場合に、出力制限率は１００％となる。また、モータ出力が完全に制限されている場合、すなわち外部からの指令値にかかわらす実際の指令値が常に０になる場合に、出力制限率は０％となる。
【００４６】図３（ａ）に示されているように、モータコイル温度が第１温度ｔ１未満の温度領域を、本文では低温域と呼んでいる。この低温域においては電気モータ１４の出力はなんら制限されない。また、図３（ａ）に示されているように、第１の温度ｔ１以上第２の温度ｔ２未満の温度領域を、本文では中温域と呼んでいる。図３（ａ）に示されているように力行制御が行われている場合にはこの低温域と中温域においては電気モータ１４の出力はなんら制限されていない。
【００４７】これに対して、第２の温度ｔ２以上の高温域においては、温度の上昇に比例して出力制限率が徐々に低下していく。
【００４８】このように、本実施の形態においては、第２の所定温度以上において電気モータの出力が制限され始めるのである。
【００４９】一方、電気モータ１４の回生制御が行われている場合のモータ出力温度制限マップが図３（ｂ）に示されている。この図３（ｂ）に示されているマップも、図３（ａ）に示されているマップと同様に横軸はモータコイル温度をあらわし、縦軸が出力制限率をあらわす。
【００５０】本実施の形態において特徴的なことは、回生制御が行われている場合には、第２の温度ｔ２ではなく、第１の温度ｔ１以上において電気モータ１４の出力の制限が開始されることである。図３（ａ）と図３（ｂ）のグラフを比較すれば理解できるように、力行制御時と回生制御時におけるモータ出力の制限が開始される温度が異なっている。この結果、回生制御時において力行制御時に比べてより低い温度からモータの出力（回生出力電力）を制限することにより、モータの発熱をより防止することができるものである。
【００５１】従って、本実施の形態によれば、山岳路等の登りや下りの繰り返しの連続するような走行状態においても、電気モータの温度の上昇をより小さくすることができ、電気モータの異常発熱を効果的に防止することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、第１の本発明によれば、力行制御時と、回生制御時における電力制限が開始する温度を異ならせているため、電気モータの異常過熱を効果的に防止することが可能となる。
【００５３】また、第２の本発明によれば、電気モータに、このモータ温度制御装置を利用すれば、モータの異常過熱を防止することができるため、登昇が不可能となる場合を未然に防止することが可能である。
【００５４】また、第３の本発明によればハイブリッド型電気自動車に上記モータ温度制御装置を利用したため、上記第２の本発明と同様の効果を奏する電気自動車が得られる。
【００５５】また、第４〜第６の本発明は、上記第１〜第３までの本発明と実質的に同一の方法の発明であり、上記第１〜第３までの本発明と同様の効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年７月１０日（１９９８．７．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２６０２（Ｐ２０００−３２６０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２８日（２０００．１．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１９６０２６ |
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