| 【発明の名称】 |
電動機制御装置及び制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】新郷 和晃
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| 【要約】 |
【課題】電気自動車において、トルクに影響を与えることなくジェネレータの温度保護を図る。
【解決手段】エンジン１０、ジェネレータ２６及びモータ２８を備える。通常走行時は、エンジン１０からの動力をジェネレータ２６に分配し、ジェネレータ２６で得られた電力をモータ２８に供給してトルクアシストする。ジェネレータ２６の温度を検出し一定温度以上に達すると、制御ＣＰＵ５６はジェネレータ２６の回転数を減少制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 駆動用電動機と発電用電動機を備えた車両の発電用電動機制御装置であって、前記発電用電動機の温度を検出する温度検出手段と、検出された前記温度が所定温度以上の場合に、前記発電用電動機の回転数を減少制御する制御手段と、を有することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】 駆動用電動機と発電用電動機を備えた車両の発電用電動機制御方法であって、前記発電用電動機の温度を検出し、検出された前記温度が所定温度以上である場合に、前記発電用電動機の回転数を減少させることを特徴とする電動機制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機制御装置及び制御方法、特に電気自動車におけるジェネレータの温度保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、低公害や省エネルギの観点から電気自動車（エンジンとモータを組み合わせたハイブリッド型を含む）の研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】このような電気自動車の例として、エンジンの動力を遊星ギア機構を用いてドライブシャフトとジェネレータに分配するとともにモータをドライブシャフトに接続し、低速走行時にはモータトルクによってドライブシャフトを駆動して走行し、通常走行時にはエンジンからのトルクでドライブシャフトを駆動するとともに、エンジン動力によりジェネレータを作動させて発電し、得られた電力をモータに供給してモータのトルクで駆動力をアシストする技術が開発されている。
【０００４】そして、これらモータやジェネレータを確実に動作させるためには、冷却等の温度管理が不可欠であり、例えば特開平６−９８５９０号公報では、モータの温度を測定し、得られた温度を基準値と比較してモータへの供給電流を減少させる技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような電流制御をそのまま上記の電気自動車に適用した場合、電流に比例してモータのトルクが減少するため車速の低下や加速度の低下、あるいは登坂力の低下等を招き、ドライバーにとって走行性の違和感につながる問題がある。特に、ジェネレータの温度上昇は鉄損が支配的であり、鉄損は主に回転数の１〜２乗に比例するため、単に電流値を制御するだけではトルク低下のみならず温度保護の観点からも効果的でないという動作点があった。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、車両の走行性を低下させることなく発電用電動機（ジェネレータ）の温度上昇を確実に防止することができる制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、第１の発明は、駆動用電動機（モータ）と発電用電動機（ジェネレータ）を備えた車両の発電用電動機制御装置であって、前記発電用電動機の温度を検出する温度検出手段と、検出された前記温度が所定温度以上の場合に、前記発電用電動機の回転数を減少制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】また、第２の発明は、駆動用電動機と発電用電動機を備えた車両の発電用電動機制御方法であって、前記発電用電動機の温度を検出し、検出された前記温度が所定温度以上である場合に、前記発電用電動機の回転数を減少させることを特徴とする。
【０００９】このように、本発明では発電用電動機（ジェネレータ）の電流値を減少させることにより温度保護を行うのではなく、発電用電動機の回転数を減少制御することで温度保護を図っている。上述したように、ジェネレータ等の高回転型電動機では回転数の１〜２乗に比例して鉄損が生じるので、回転数を減少制御することによりトルクに影響を与ることなく鉄損を防ぎ温度保護を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１１】図１には、本実施形態におけるハイブリッド型電気自動車の構成が示されている。
【００１２】エンジン１０の出力軸１２には、ねじれダンパを介して遊星ギア機構１６のプラネタリギア１８を支持するプラネタリキャリア２０が接続されている。遊星ギア機構１６のサンギア２２とリングギア２４は、それぞれ発電用電動機（ジェネレータ）２６と駆動用電動機（モータ）２８のロータ３０、３２に接続されている。リングギア２４には、さらに動力取り出しギア３４が接続されている。動力取り出しギア３４は、チェーン３６、ギア列３８を介してデイファレンシャルギア４０に接続されている。ディファレンシャルギア４０の出力側には、図示しない駆動輪が結合されたドライブシャフト４２が接続されている。
【００１３】エンジン１０は、アクセルペダル４４の操作量や冷却水温、吸気管負圧などの環境条件、さらにジェネレータ２６、モータ２８の運転状態に基づいてエンジンＥＣＵ４６によりその出力や回転数が制御される。ジェネレータ２６及びモータ２８は、制御装置４８により制御される。制御装置４８は、ジェネレータ２６及びモータ２８に電力を供給し、またこれらからの電力を受ける電池（二次電池）５０を含んでいる。電池５０とジェネレータ２６及びモータ２８との電力のやりとりは、それぞれ第１インバータ５２、第２インバータ５４を介して行われる。２つのインバータ５２、５４の制御は、制御ＣＰＵ５６が行う。この制御は、エンジンＥＣＵ４６からのエンジン１０の運転状態の情報、アクセルペダル４４の操作量、ブレーキペダル５８の操作量、シフトレバー６０で定められるシフトレンジ、電池の蓄電状態、遊星ギア機構１６のサンギアの回転角、プラネタリキャリアの回転角、リングギアの回転角に基づき行われるとともに、ジェネレータ２６の温度に基づいても行われる。
【００１４】遊星ギア機構１６の三要素の回転角は、それぞれプラネタリキャリアレゾルバ６２、サンギアレゾルバ６４及びリングギアレゾルバ６６により検出される。ジェネレータ２６の温度は、例えばステータ巻線に温度センサを設けることで検出される。制御ＣＰＵ５６は、上記の条件やジェネレータ２６及びモータ２８のｕ相、ｖ相、Ｗ相の電流さらには電池または他方のインバータから供給される、あるいは供給する電流Ｌ１、Ｌ２に基づき第１及び第２インバータ５２、５４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６、Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６の開閉を制御する。
【００１５】本実施形態のハイブリッド型電気自動車の動作は以下の通りである。まず、発進時や低速時等、エンジン１０の効率が低い領域ではエンジン１０を停止し、電池５０からの電力をモータ２８に供給してモータ２８により走行する。そして、通常走行時には、エンジン１０の動力を遊星ギア機構１６を介してサンギア２２とリングギア２４に分配する。上述したように、リングギア２４には動力取り出しギア３４が接続されているので、このエンジン１０からの分配動力によりドライブシャフトを駆動する。また、サンギア２２にはジェネレータ２６のロータ３０が接続されており、ジェネレータ２６で発電して得られた電力をモータ２８に供給してトルクアシストする（リングギア２４にはモータ２８のロータ３２が接続されており、モータ２８が作動するとリングギア２４を介してモータ２８のトルクがドライブシャフトに印加される）。高負荷時には、ジェネレータ２６からの電力のみならず、電池５０から電力をモータ２８に供給してさらにトルクアシストを行う。
【００１６】このように、ジェネレータ２６は、通常走行時にエンジン１０からの分配動力により発電し、得られた電力をモータ２８に供給してトルクアシストしているが、ジェネレータ２６として例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回され電磁鋼板の薄板を積層してなるステータから構成した場合、鉄損による熱で温度が上昇し、不具合が生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、制御ＣＰＵ５６がジェネレータ２６の温度をモニタし、ジェネレータ２６の温度が一定値以上となった場合に、ジェネレータ２６の回転数を減少制御することで加熱からジェネレータ２６を保護している。
【００１７】図２には、制御ＣＰＵ５６におけるジェネレータ２６の回転数制御の様子が示されている。図において、横軸は温度センサで検出されたジェネレータ２６の温度であり、縦軸はジェネレータ２６の回転数の制御割合である。ここで、制御割合とは、本来の指令値に対してどの程度減少させるかの度合いを示したものであり、制御割合が１００％とは、本来の指令値（要求回転数）そのままを制御値として第１インバータ５２に出力することを意味し、制御割合が５０％とは、本来の指令値の５０％の回転数を制御値として第１インバータ５２に出力することを意味する。従って、本来の指令回転数がＮ、制御割合がＡ（％）である場合、出力回転数Ｎｍは、【数１】Ｎｍ＝Ｎ・Ａ／１００となる。そして、図に示すように、制御割合はある一定の温度Ｔ１までは１００％であり、温度がＴ１〜Ｔ２の間は単調に減少し、温度Ｔ２では０％となる。
【００１８】このように、制御ＣＰＵ５６は、温度Ｔ１までは要求回転数通りにジェネレータ２６を駆動して発電するが、温度がＴ１を超えると要求回転数を温度に対して単調に減少させる。既述したように、ジェネレータ２６の鉄損は回転数の１〜２乗に比例して増大するので、従来のように電流値を減少させるのではなく、回転数を減少させることで効果的に温度上昇を抑制することができる。
【００１９】また、従来のように電流を減少させた場合、ジェネレータ２６のトルクは電流に比例して減少するため、車速の低下や加速の低下などを招いていたが、本実施形態のように回転数を減少させることで、トルク低下を防ぎ、走行性を維持することが可能となる。すなわち、エンジン１０の発生トルクはジェネレータ２６のトルクと遊星ギア比との積としてドライブシャフトに伝達されるので、ジェネレータ２６のトルクを一定に維持することで、駆動力を一定に維持することができる。
【００２０】図３には、参考のためジェネレータ２６の典型的なトルク曲線を示す。図において、横軸は回転数、縦軸はトルクである。高回転域までトルクがほぼ一定であり、ある回転数以上となるとトルクが急減する特性である。従って、要求回転数がＮ１であり、図２に示された制御割合に従って回転数をＮ２まで減少させてもトルクはほぼ一定であり、従来のようにトルク低下を招くことなくジェネレータ２６の温度保護を図ることができる。従来の温度保護においては図中アで示すように電流値を減少させることでトルクを減少させて温度上昇を防止していたのであり、本実施形態のようにトルクを維持しつつ回転数を減少させる技術（図中イで示す）とは本質的に相違することに注意されたい。
【００２１】なお、モータ２８に関しては、従来技術と同様に電流値を減少させることで温度上昇を防止してもよい。
【００２２】また、本実施形態では、図２に示すようにある一定の温度Ｔ１を超えた場合にジェネレータの回転数を単調に減少させているが、減少の方法は任意であり、例えば放物線等で減少曲線を規定することも可能である。図２の関係は、制御ＣＰＵ５６が関数としてメモリに格納してもよく、マップとしてメモリに格納してもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、車両の走行性を低下させることなく発電用電動機（ジェネレータ）の温度上昇を確実に防止することができる。
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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８月１０日（１９９８．８．１０） |
| 【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２０００−５９９１３（Ｐ２０００−５９９１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２６０４２ |
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