JP2003304604A - モータ制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モータの温度保護を図ると同時にモータの性能
を充分に発揮できるモータ制御装置を提供する。 【解決手段】モータの温度を検出する温度センサ２４，
２６と、モータの温度Ｔが制限温度以上である場合にモ
ータの出力を制限するモータ出力制御手段１０４，１２
２，１２４と、温度センサにより検出された温度の変化
率ｒを検出する温度変化率検出部１２８と、温度変化率
検出部１２８により検出された温度の変化率ｒが所定の
変化率ｒ０ 以上である場合には、制限温度を第１の制
限温度Ｔ１に設定するとともに、温度の変化率ｒが所定
の変化率ｒ０ よりも小さい変化率である場合には、制
限温度を第１の制限温度Ｔ１より高い第２の制限温度Ｔ
２に設定する制限温度設定手段１２６と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、バイ
ブリッド自動車、燃料電池自動車など、各種自動車の駆
動源として搭載されるモータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気自動車などに利用される
モータの温度保護を目的として、モータのコイルの温度
を検出し、この温度が所定の制限温度以上になった場合
にモータの出力を制限する技術が知られている（特開２
０００−３２６０２号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のモータ制御装置は、単にモータのコイルの温度
が所定の制限温度以上であるかどうかだけでモータの出
力制限を行っているが、モータのコイル温度が所定温度
以上である場合であっても、たとえば高速道路を走行し
ている場合などではそのままの走行が可能な場合もあ
る。すなわち、実際にはモータの出力制限をしなくても
走行できるのに、モータのコイル温度だけでモータの出
力制限をしてしまうので、本来の出力で走行できる距離
がそれだけ短くなり、モータの性能を充分に発揮できて
いなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータの温度
保護を図ると同時にモータの性能を充分に発揮できるモ
ータ制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】上記目的を達成するために、本発明によれ
ば、モータの温度を検出する温度検出手段と、前記モー
タの温度が制限温度以上である場合に前記モータの出力
を制限するモータ出力制御手段と、前記温度検出手段に
より検出された温度の変化率を検出する温度変化率検出
手段と、前記温度変化率検出手段により検出された温度
の変化率が所定の変化率以上である場合には、前記制限
温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温度の
変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率である場
合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第
２の制限温度に設定する制限温度設定手段と、を備えた
モータ制御装置が提供される。

【０００６】また、本発明によれば、モータの温度を検
出するステップと、前記モータの温度の変化率を検出す
るステップと、前記温度の変化率が所定の変化率以上で
ある場合には、制限温度を第１の制限温度に設定すると
ともに、前記温度の変化率が前記所定の変化率よりも小
さい変化率である場合には、前記制限温度を前記第１の
制限温度より高い第２の制限温度に設定するステップ
と、前記モータの温度が制限温度以上である場合には前
記モータの出力を制限するステップと、を有するモータ
制御方法が提供される。

【０００７】本発明のモータ制御装置および方法では、
温度検出手段によりモータの温度を検出し、この温度が
制限温度以上である場合には、モータ出力制御手段によ
りモータの出力を制限するが、これとともに温度変化率
検出手段によりモータの温度の変化率を検出し、この変
化率に応じて制限温度の設定を変える。

【０００８】すなわち、モータの温度の変化率が所定の
変化率以上である場合は、モータの温度上昇が大きいと
判断して制限温度を第１の制限温度に設定し、これ以上
の温度になったらモータの出力を制限する。

【０００９】これに対して、温度の変化率が所定の変化
率より小さい場合には、モータの温度上昇が小さいと判
断して制限温度を第１の制限温度より高い第２の制限温
度に設定し、これ以上の温度になったらモータの出力を
制限する。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、モータの出力を制限し
ないで走行できる距離が伸び、モータの温度保護を図り
ながらモータの性能を充分に発揮させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るモー
タ制御装置を利用したハイブリッド自動車の構成を示す
ブロック図、図２は本発明の実施形態に係るモータ制御
装置の制御手順を示すフローチャート、図３は本発明の
実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するための
グラフである。

【００１２】図１に示すハイブリッド自動車は、モータ
２０と、エンジン（不図示）と、モータ２０を制御する
モータコントローラ１２と、エンジンを制御するエンジ
ンコントローラ１４と、モータコントローラ１２および
エンジンコントローラ１４への指令信号を送出する車両
コントローラ１０と、モータ２０への電源としての強電
バッテリ１６と、強電バッテリ１６の直流電力を交流電
力に変換してモータ２０へ供給するインバータ１８とを
備えて構成される。

【００１３】車両コントローラ１０は、エンジン出力要
求値演算部１０２とモータ出力要求値演算部１０４とを
備え、これらエンジン出力要求値演算部１０２およびモ
ータ出力要求値演算部１０４のそれぞれには、ハイブリ
ッド自動車のアクセル開度２８、車速３０および強電バ
ッテリ１６の容量３２などの車両情報が入力される。同
図に示す例では、エンジン出力要求値演算部１０２およ
びモータ出力要求値演算部１０４に入力される車両情報
を上記のアクセル開度２８、車速３０および強電バッテ
リ容量３２としているが、本発明のモータ制御装置では
これら車両情報には何ら限定されず、これ以上の車両情
報を入力するように構成してもよい。

【００１４】エンジン出力要求値演算部１０２は、車両
情報に基づいてエンジン側で負担すべき出力を演算し、
エンジンコントローラ１４にトルク指令値を送出する。
また、モータ出力要求値演算部１０４は、車両情報に基
づいてモータ２０側で負担すべき出力を演算し、モータ
コントローラ１２のモータ制御電流演算部１２２へトル
ク指令値を送出する。この車両コントローラ１０にて、
ハイブリッド自動車におけるエンジンとモータ２０との
切り換えおよびその制御の基礎となる負担率の演算が実
行される。

【００１５】本例のモータコントローラ１２は、モータ
制御電流演算部１２２と、出力制限係数演算部１２４
と、制限温度設定部１２６と、温度変化検出部１２８と
を備えて構成されている。

【００１６】モータ制御電流演算部１２２は、車両コン
トローラ１０のモータ出力要求値演算部１０４から受け
取ったモータの出力要求値（トルク指令値）になるよう
に、モータ２０に供給される電力を制御するもので、本
例ではインバータ１８へ制御信号が出力される。このと
き、モータ２０に設けられた回転センサ２２からモータ
２０の回転数が入力され、これを用いてインバータへの
制御信号が演算される。

【００１７】特に本実施形態のハイブリッド自動車に
は、モータ２０の温度保護を図るために、モータ２０に
設けられた温度センサ２４と、インバータ１８に設けら
れた温度センサ２６と、これら温度センサ２４，２６で
検出された温度を取り込み、現在の温度に加えて、温度
の変化率を検出する温度変化検出部１２８と、温度変化
検出部１２８からのデータに基づいて制限温度を設定す
る制限温度設定部１２６と、制限温度設定部１２６で設
定された制限温度を閾値として、温度変化検出部１２８
で検出されたモータ２０の温度がこの制限温度を超えた
場合に、モータ出力要求値演算部１０４へモータ２０の
出力を制限するための係数を演算して送出する出力制限
係数演算部１２４とを備えている。

【００１８】本例に係る温度センサ２４，２６は、モー
タ２０のコイルの温度を検出するもの２４でも、インバ
ータ１８の温度を検出するもの２６でも、何れのもので
もよい。また、温度センサはモータ２０のコイルおよび
インバータ１８の両方に設ける必要はなく、少なくとも
何れか一方であればよい。

【００１９】温度変化検出部１２８は、温度センサ２
４，２６で検出されたモータコイルおよび／またはイン
バータ１８の温度を所定の時間間隔で取り込み、取り込
んだ温度Ｔを制限温度設定部１２６に送出する。またこ
れとともに、温度変化検出部１２８は、単位時間Δｔあ
たりに変化する温度ΔＴの変化率ΔＴ／Δｔを求め、こ
れも制限温度設定部１２６に送出する。

【００２０】制限温度設定部１２６は、温度変化検出部
１２８で検出されたモータ２０コイルおよび／またはイ
ンバータ１８の温度Ｔと、温度の変化率ΔＴ／Δｔとを
所定間隔で取り込み、モータ２０の出力制限を行うべき
かどうかを判断し、出力制限を行うときは、どのくらい
の割合で出力制限するかを０％〜１００％の百分率をも
ってモータ出力要求値演算部１０４に指令する。

【００２１】詳細な手順は後述するが、この制限温度設
定部１２６には、制限温度の初期値として第１の制限温
度Ｔ１が設定され、また第２の設定温度Ｔ２も制限温度
として設定切り換え可能とされている。さらに、第１の
制限温度Ｔ１から第２の制限温度Ｔ２に一旦更新したの
ち、さらに第１の制限温度Ｔ２に更新可能とされてい
る。なお、第１の制限温度Ｔ１と第２の制限温度Ｔ２と
は、Ｔ１＞Ｔ２の関係にある。

【００２２】出力制限係数演算部１２４は、制限温度設
定部１２６から送出されたモータ２０の出力制限の指令
信号に応じて、モータ出力要求値を変更するための指令
信号をモータ出力要求値演算部１０４へ送出する。具体
的には、モータコイルおよび／またはインバータ１８の
温度Ｔが制限温度Ｔ１またはＴ２以上となったら、温度
Ｔに応じた制限係数％が予め設定（マップ化）されてお
り、この制限温度に達してから所定時間後にモータ出力
が０％となるように徐々にモータの出力を減少させる。
なお、減少したモータの出力分は、車両コントローラ１
０のエンジン出力要求値演算部１０２で増加させ、エン
ジンにてその減少出力をアシストする。

【００２３】車両コントローラ１０，モータコントロー
ラ１２およびエンジンコントローラ１４はマイクロコン
ピュータなどで構成することができ、これらを別のマイ
クロコンピュータで構成することも、あるいは一つのマ
イクロコンピュータで構成することもできる。

【００２４】次に図２に示すフローチャートを用いて動
作を説明する。まず、制限温度設定部１２６は、制限温
度の初期値として第１の制限温度Ｔ１を設定するととも
に、温度変化率ｒのしきい値としてｒ_０ を設定する
（ステップ１）。

【００２５】ハイブリッド自動車の走行を開始したら、
温度変化検出部１２８は、モータコイルの温度センサ２
４および／またはインバータ１８の温度センサ２６から
温度Ｔを所定間隔で読み込む（ステップ２）。温度変化
検出部１２８では、読み込まれた温度Ｔが、制限温度の
初期値として設定されている第１の制限温度Ｔ１より高
いかどうかを判断する（ステップ３）。そして、温度Ｔ
が第１の制限温度Ｔ１より低い場合には、制限温度をそ
のままの第１の制限温度Ｔ１を維持したまま、ステップ
１に戻る。この場合、出力制限係数演算部１２４からモ
ータ出力要求値演算部１０４に対しては、出力制限を行
わない、すなわち１００％の制限係数を送出する。

【００２６】したがって、モータ出力要求値演算部１０
４では、アクセル開度２８，車速３０および強電バッテ
リ容量３２などの車両情報に基づいて演算されるトルク
指令値をそのままモータ制御電流演算部１２２に送出
し、モータ制御電流演算部１２２では、モータ２０の出
力がトルク指令値どおりとなるように制御電流を供給す
る。これにより、ハイブリッド自動車はモータ２０の能
力を１００％発揮した状態で走行する。

【００２７】ステップ３において、温度Ｔが第１の制限
温度Ｔ１以上である場合には、温度変化率演算部１２８
は、さらにそのときの温度の変化率ΔＴ／Δｔ＝ｒを求
め（ステップ４）、この温度変化率ｒが、予め設定され
ている所定の温度変化率ｒ_０ より大きいか小さいかを判
断する（ステップ５）。

【００２８】そして、ｒ≧ｒ_０ であるときは、モータ
出力要求値演算部１０４にモータ２０の出力を制限する
指令信号、具体的には後述するように制限係数０％〜１
００％を送出する（ステップ６）。

【００２９】ステップ６のモータ２０の出力制限の一例
を説明すると、出力制限係数演算部１２４からモータの
出力を制限する指令信号、具体的には０％〜１００％の
百分率で出力される指令信号を受け取ると、モータ出力
要求値演算部１０４は、アクセル開度２８，車速３０お
よび強電バッテリ容量３２などの車両情報から演算され
たモータ出力要求値であるトルク指令値に、上述した出
力制限係数を乗じ、このトルク指令値をモータ制御電流
演算部１２２へ送出する。たとえば、車両情報から演算
されたモータ出力要求値がトルク指令値として１００で
あり、出力制限係数演算部１２４で演算された制限係数
が当初８０％であったとすると、１００×８０％＝８０
というトルク指令値をモータ制御電流演算部１２２に送
る。

【００３０】モータ制御電流演算部１２２は、受け取っ
たモータ出力のトルク指令値に応じた制御電流をインバ
ータ１８に供給し、インバータ１８はこの制御電流に応
じた交流電流をモータ２０に流す。これにより、モータ
２０の出力は本来の出力の８０％に制限される。なお、
モータ２０の出力を８０％に制限した分は、車両コント
ローラ１０側で認識されるので、エンジン出力要求値演
算部１０２でこの分の出力が加算され、その加算された
トルク指令値がエンジンコントローラ１４に送られ、エ
ンジンの出力を増加させることでモータ２０の制限出力
を補う。

【００３１】出力制限係数演算部１２４から送られる制
限係数は、たとえば温度Ｔに応じて予め決められた値で
あり、マッピングにより抽出されるが、所定時間後にモ
ータ出力が０％となるように直線的に減少させる係数
（％）とすることもできる。また、特に限定されず一定
値であっても、また段階的に減少するような係数であっ
てもよい。

【００３２】ステップ５に戻り、温度変化率がｒ＜ｒ
_０ であるときは、制限温度設定部１２６は、制限温度
として、初期値である第１の制限温度Ｔ１から、これよ
りも高い温度である第２の設定温度Ｔ２に設定変更する
（ステップ７）。なお、それまでの第１の制限温度Ｔ１
も記憶しておく。

【００３３】そして、まず先のモータコイルおよび／ま
たはインバータの温度Ｔが、それまで設定されていた第
１の制限温度Ｔ１以上かどうかを判断する（ステップ
８）。ここで、ハイブリッド自動車が速度を落とし、モ
ータ２０の負荷が減少するなどして温度Ｔが降下してい
るときは、制限温度を再び第１の制限温度Ｔ１に戻す
（ステップ９）。これにより、モータ２０の温度保護が
より適切に行われることになる。

【００３４】ステップ８において、モータコイルおよび
／またはインバータ１８の温度Ｔが第１の制限温度Ｔ１
以上であるときは、ステップ１０へ進み、この温度Ｔ２
が第２の制限温度Ｔ２以上であるかどうかを判断する。
このとき、温度Ｔが第２の制限温度Ｔ２以上であるとき
は、ステップ６へ進んで、上述したようにモータ出力要
求値演算部１０４にモータ２０の出力を制限する指令
（制限係数）を送出し、モータ２０の出力を制限する。

【００３５】ステップ１０において、温度Ｔが第２の制
限温度Ｔ２未満であるときは、モータ出力要求値演算部
１０４にはそのままの係数１００％を送出し続け、モー
タ２０の出力は制限しないでステップ８へ戻る。このス
テップ３→ステップ４→ステップ５→ステップ７→ステ
ップ８→ステップ１０というルートを経由することで、
モータの出力を制限しないで走行できる距離が伸び、モ
ータの温度保護を図りながらモータの性能を充分に発揮
させることができる。

【００３６】図３は、本例のハイブリッド自動車を走行
させた場合の走行時間ｔと、モータ２０等の温度Ｔとの
関係をより具体的に示すグラフである。

【００３７】ここでは仮に、走行開始時のモータ２０等
の温度Ｔを２０℃、第１の制限温度Ｔ１を１２０℃、第
２の制限温度Ｔ２を１４０℃、出力制限係数が０％とな
るモータ２０等の温度を１６０℃とし、走行速度１００
ｋｍ／ｈで走行したときにモータ２０等に３℃／ｍｉｎ
の温度上昇があるものとする。また、所定の温度変化率
ｒ_０ は３℃／ｍｉｎよりも大きい値であるものとす
る。

【００３８】モータ２０等の温度Ｔが第１の制限温度Ｔ
１（１２０℃）に達するのは３３分後（ｔ１）であり、
従来のモータ制御装置ではこの時間ｔ１からモータの出
力制限が開始され、たとえばモータ２０等の温度が１６
０℃に達する時間ｔ３に向かって直線的に制限係数を減
少させる。

【００３９】これに対して、本例のモータ制御装置で
は、モータ２０等の温度変化率３℃／ｍｉｎが所定の温
度変化率以下であることから、時間ｔ１ではモータ２０
の出力制限を行わず、そのまま制限係数１００％で走行
を継続する。そして、モータ２０等の温度Ｔが第２の制
限温度Ｔ２（１４０℃）に達する４０分後（ｔ２）にな
って初めてモータ２０の出力の制限を開始し、この時間
ｔ２からモータ２０等の温度が１６０℃に達する時間ｔ
３に向かって直線的に制限係数を減少させる。

【００４０】このように、本例のモータ制御装置によれ
ば、ｔ２−ｔ１の時間である７分だけ、モータ２０の出
力を１００％としたまま走行することができ、モータ２
０の性能を充分に発揮できるとともに、乗員のストレス
を緩和することができる。ちなみに、この７分は走行距
離にして１１ｋｍに相当し、この距離だけそれまでどお
りの走行を続けることができる。なお、実際には車速の
変化があるので、モータ２０の温度も逐次変動し、これ
によりモータ２０の最大能力で走行できる距離が一層増
加することになり、本例の効果がより大きく発揮され
る。

【００４１】また、従来のモータ制御装置では、時間ｔ
１の時点でモータの出力制限が開始するので、エンジン
でアシストしない限り同じアクセル開度では速度が落ち
てくることになる。

【００４２】本例では、モータの温度上昇の速度は走行
状態で異なる点に着目している。たとえば、急勾配の坂
道を上る場合は高負荷運転となり、短時間でモータ２０
の温度は上昇するが、高速道路を連続運転する場合は比
較的負荷が低くなるので、モータ２０の温度上昇は緩や
かとなる。こうした走行状態をも加味したモータ制御を
実行することで、モータの出力を制限しないで走行でき
る距離が増加する一方で、急激な温度上昇の場合は従来
と同じ制限温度であることからモータの温度的保護も確
実に図ることができる。

【００４３】ちなみに、第１の制限温度Ｔ１と第２の制
限温度Ｔ２とを決定するに際しては、高速道路走行時の
モータ温度の飽和温度を考慮することが一つの手法とし
て挙げられる。すなわち、高速道路走行時のモータの飽
和温度が第１の制限温度と第２の制限温度の間に位置す
るように第１の制限温度Ｔ１と第２の制限温度Ｔ２とを
決定すれば、上述したような本例の効果を発揮すること
ができる。

【００４４】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００４５】上述した実施形態では、モータの温度Ｔと
してモータコイルとインバータ１８の両者の温度を検出
したが、この場合の制御方法としては、両者の温度を比
較して何れか高い方を温度Ｔとすればよい。また、何れ
か一方の温度を検出するように構成してもよい。

【００４６】さらに、上述した実施形態では、ハイブリ
ッド自動車に利用した例で本発明のモータ制御装置を説
明したが、本発明のモータ制御装置は、電気自動車、燃
料電池自動車など、各種自動車の駆動源として搭載され
るモータの制御装置に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るモータ制御装置を利用
したハイブリッド自動車の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の実施形態に係るモータ制御装置の制御
手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明の実施形態に係るモータ制御装置の作用
を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１０…車両コントローラ １０２…エンジン出力要求値演算 １０４…モータ出力要求値演算部（モータ出力制御手
段） １２…モータコントローラ １２２…モータ制御電流演算部（モータ出力制御手段） １２４…出力制限係数演算部（モータ出力制御手段） １２６…制限温度設定部（制限温度設定手段） １２８…温度変化検出部（温度変化検出手段） １４…エンジンコントローラ １６…強電バッテリ １８…インバータ ２０…モータ ２２…回転センサ ２４，２６…温度センサ（温度検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PC06 PG04 PI16 PI18 PI29 PU08 PV09 QN03 SE03 TO05 TR04 TR05 TU11 TW10 TZ09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの温度を検出する温度検出手段と、 前記モータの温度が制限温度以上である場合に前記モー
   タの出力を制限するモータ出力制御手段と、 前記温度検出手段により検出された温度の変化率を検出
   する温度変化率検出手段と、 前記温度変化率検出手段により検出された温度の変化率
   が所定の変化率以上である場合には、前記制限温度を第
   １の制限温度に設定するとともに、前記温度の変化率が
   前記所定の変化率よりも小さい変化率である場合には、
   前記制限温度を前記第１の制限温度より高い第２の制限
   温度に設定する制限温度設定手段と、を備えたモータ制
   御装置。
2. 【請求項２】前記制限温度設定手段は、前記制限温度を
   前記第２の制限温度に設定したのちに、前記温度検出手
   段により検出されたモータの温度が前記第１の制限温度
   未満又は前記第１の制限温度以下である場合には、前記
   制限温度を前記第１の制限温度に設定する請求項１記載
   のモータ制御装置。
3. 【請求項３】前記温度検出手段は、前記モータのコイル
   の温度を検出する請求項１又は２記載のモータ制御装
   置。
4. 【請求項４】前記温度検出手段は、前記モータのインバ
   ータの温度を検出する請求項１又は２記載のモータ制御
   装置。
5. 【請求項５】モータの温度を検出するステップと、 前記モータの温度の変化率を検出するステップと、 前記温度の変化率が所定の変化率以上である場合には、
   制限温度を第１の制限温度に設定するとともに、前記温
   度の変化率が前記所定の変化率よりも小さい変化率であ
   る場合には、前記制限温度を前記第１の制限温度より高
   い第２の制限温度に設定するステップと、 前記モータの温度が制限温度以上である場合には前記モ
   ータの出力を制限するステップと、を有するモータ制御
   方法。