JP2008295268A - モータ絶縁保護装置およびこれを有する車両 - Google Patents

モータ絶縁保護装置およびこれを有する車両 Download PDF

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Abstract

【課題】標高の高いところを走行しても放電の生じないモータ内圧に調整しモータの絶縁劣化を防止する。
【解決手段】モータ絶縁保護装置200は、モータ室14内に設置されたモータ40と、モータ40を駆動させるためのインバータ電圧を供給するインバータ16と、モータ室14内の内部圧力とインバータ16のインバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段とを有し、加圧手段は、モータ室14内の内部圧力を検出する圧力検出部50と、制御部60に設けられインバータ16のインバータ電圧を検出する電圧検出部と、検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低く、検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合に、制御部60からの出力に応じてモータ室14内を加圧する加圧機構70と、を有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、モータ絶縁保護装置およびこれを有する車両、特に大気圧より低い条件におけるモータ放電に起因するモータの絶縁劣化を防止するモータ絶縁保護装置およびこれを有する車両に関する。
エンジンによる駆動や回生により発電を行う発電機と、バッテリからの電力により作動し駆動輪を駆動するモータとを有するハイブリッド電気自動車やこのハイブリッド自動車を含む電気自動車において、一般に、搭載されるモータには絶縁処理がなされている。
しかしながら、上述したハイブリッド電気自動車や電気自動車において、駆動しているモータは一般的なモータに比べ高電圧、例えば500Vであるため、上記ハイブリッド電気自動車や電気自動車が、例えば標高の高いところ(例えば4000mを超える高所)を走行する場合、モータ付近の圧力が低下し、その結果、空気中で電子的に放電が生じ易くなり、モータに施された絶縁処理膜が劣化し、絶縁不良になるおそれがある。また、インバータ駆動のモータでは、過渡的には電圧分担が均一にならず、インバータに最も近い第一コイルに電圧が集中してしまい、放電し易くなるおそれがある。
なお、従来、電気自動車において、ホイールモータの内圧が外気圧より低くなることによる水や塵の進入を防止する装置が提案されている。例えば、特許文献1には、防水を目的として、モータの冠水を検知する冠水検知手段を有し、前記冠水検知手段の出力に応じてモータ内部を加圧するシステムが提案され、特許文献2には、車両に搭載されている空気タンクより圧縮空気をホイールモータ内に供給し、ホイールモータ内圧を外気圧より0.02MPa以上高くすることが提案されている。
特開2005−153724号公報 特開平4−185533号公報
しかしながら、冠水時におけるモータ内部の加圧、また、ホイールモータ内圧を外気圧より0.02MPa以上高くしたとしても、標高の高いところを走行する場合に、ホイールモータ内圧が、1気圧(0.1MPa)以下になる場合もあり、かかる場合には、やはり放電が生じ、モータの絶縁処理膜が劣化するおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、標高の高いところを走行しても放電の生じないモータ内圧に調整しモータの絶縁劣化を防止するモータ絶縁保護装置およびこれを有する車両を提供する。
上記目的を達成するために、本発明のモータ絶縁保護装置およびこれを有する車両は以下の特徴を有する。
(1)モータ室内に設置されたモータと、前記モータ室内の内部圧力を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有するモータ絶縁保護装置である。
モータ室内の内部圧力を監視し、モータの放電発生を予知したときにのみモータ室内を加圧するため、エネルギー損失を抑えつつ、例えば標高の高いところで気圧が下がっても、モータ室内の内部圧力が放電する圧力まで低下することなく、モータの絶縁不良を防止できる。
(2)上記(1)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧手段は、モータ室内の内部圧力を検出する圧力検出部と、検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低い場合、モータ室内を加圧する加圧部と、を有するモータ絶縁保護装置である。
検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低い場合にモータ室内を加圧することにより、モータの放電開始電圧の値を上昇させることができる。これにより、放電を抑制し、モータの絶縁不良を防止できる。
(3)上記(2)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧部は、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較する比較部と、前記比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有するモータ絶縁保護装置である。
上記構成により、モータの放電発生を予知したときにのみモータ室内を加圧することができ、エネルギー損失を抑えることができる。
(4)モータ室内に設置されたモータと、前記モータへの印加電圧に基づきモータ室内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有するモータ絶縁保護装置である。
(5)モータ室内に設置されたモータと、前記モータを駆動させるためのインバータ電圧を供給するインバータと、前記インバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有するモータ絶縁保護装置である。
インバータのインバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知したときにのみモータ室内を加圧するため、エネルギー損失を抑えつつ、例えば標高の高いところで気圧が下がっても、モータ室内の内部圧力が放電する圧力まで低下することなく、モータの絶縁不良を防止できる。
(6)上記(5)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧手段は、インバータのインバータ電圧を検出する電圧検出部と、検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合にモータ室内を加圧する加圧部と、を有するモータ絶縁保護装置である。
検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合には、モータ内のコイル電圧が上昇し、モータ室内圧が低い場合には放電が生じ易い状態になるおそれがある。そこで、モータ室内を加圧し、モータの放電開始(コイル)電圧の値を上昇させることによって、放電を抑制し、モータの絶縁不良を防止できる。
(7)上記(6)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧部は、検出されたインバータ電圧と予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較する比較部と、前記比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有するモータ絶縁保護装置である。
上記構成により、モータの放電発生を予知したときにのみモータ室内を加圧することができ、エネルギー損失を抑えることができる。
(8)モータ室内に設置されたモータと、前記モータを駆動させるためのインバータ電圧を供給するインバータと、前記モータ室内の内部圧力と前記インバータのインバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有するモータ絶縁保護装置である。
例えば、モータ室内の内部圧力が低くても、インバータ電圧が低い場合には、モータのコイル電圧も低いことから、放電し難くなる。したがって、モータ室内の内部圧力とインバータのインバータ電圧の両方を監視することにより、よりモータの放電発生の予知精度が向上する。また、放電発生予知のときにのみモータ室内を加圧するため、エネルギー損失を最小限に抑え、且つ例えば標高の高いところで気圧が下がっても、モータ室内の内部圧力が放電する圧力まで低下することなく、モータの絶縁不良を防止できる。
(9)上記(8)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧手段は、モータ室内の内部圧力を検出する圧力検出部と、インバータのインバータ電圧を検出する電圧検出部と、検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低く、検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合に、モータ室内を加圧する加圧部と、を有するモータ絶縁保護装置である。
検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低く、検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合、モータにおける放電発生の可能性が高いことから、この条件になったときのみ、モータ室内を加圧することによって、エネルギー損失を抑えながら、モータの放電開始(コイル)電圧の値を上昇させ、放電を抑制して、モータの絶縁不良を防止することができる。
(10)上記(9)に記載のモータ絶縁保護装置において、前記加圧部は、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較する圧力比較部と、検出されたインバータ電圧と予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較する電圧比較部と、前記圧力比較部と電圧比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有するモータ絶縁保護装置である。
上記構成により、モータの放電発生を予知したときにのみモータ室内を加圧することができ、エネルギー損失を最小限に抑えることができる。
(11)上記(1)から(10)のいずれか1つに記載のモータ絶縁保護装置において、さらに、モータ室には、安全弁が設けられているモータ絶縁保護装置である。
モータ室内の内部圧力が異常になったときに安全弁を開け、モータ室内圧を適性に保つことができる。
(12)上記(1)から(11)のいずれか1つに記載のモータ絶縁保護装置を有する車両である。
モータの絶縁劣化が抑制され、耐久性に優れたモータを搭載した車両を提供することができる。
本発明によれば、モータの絶縁劣化を防止し、耐久性に優れたモータとそのモータを搭載する車両を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施の形態におけるハイブリッド電気自動車や電気自動車の構造の一例を図1に示す。図1に示すように、ハイブリッド電気自動車や電気自動車の車体100には、複数の走行用車輪10と、各走行用車輪10をそれぞれ回転駆動させるモータが組み付けられている複数のモータ室14と、この複数のモータ室14内のモータに電力を供給する発電機18と、発電機18を駆動させるエンジン20と、発電機18からの交流電力の周波数を変更して各モータ室14内のモータへ供給するインバータ16とが設けられている。さらに、モータ室14内のモータの軸の一部にブレーキ付減速機12が接続され、モータの軸の回転はブレーキ付減速機12によって減速されて走行用車輪10へ伝達される。
ハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載される本実施の形態のモータ絶縁保護装置について、図2から図6を用いて以下に説明する。
図2に示すように、本実施の形態のモータ絶縁保護装置200は、密閉構造のモータ室14のモータ40に、図1の走行用車輪10を駆動させる車軸48が貫通されて設けられ、車軸48にはロータ46が固定され、一方ロータ46に対峙するように、ステータ42とコイル44とが形成されている。ここで、モータ室14の密閉シールについては、例えば、モータ40のロータ46やモータ40の車軸48と軸受けとの隙間にオイルシールがされている。オイルシールは、合成ゴム、金属環、スプリングの3つの部分で構成されている。
さらに、本実施の形態のモータ絶縁保護装置200は、加圧手段として、モータ室14の室内圧を検出する圧力検出部50と、インバータ16のインバータ電圧を検出する電圧検出部と、圧力検出部50および/または電圧検出部からの出力に応じてモータ室14の室内圧を加圧する加圧部と、を有する。ここで、圧力検出部50は、例えば圧力センサを用いることができる。また、電圧検出部は、後述する制御部60内に設けられている。
また、図2に示すように、上記加圧部は、加圧機構70と、圧力検出部50からの出力に応じてモータ室14内に導入する加圧機構70からの圧縮エア量を制御する制御部60と、を有する。ここで、加圧機構70は、例えばエア導入機であるコンプレッサを用いることができ、さらに加圧機構70とモータ室14とは、配管72によって連結されている。なお、配管72に、制御部60の出力に応じて開閉する圧力弁を設けてもよい。また、図2に示すように、モータ室14には、室内圧が異常になった際に、内圧を開放可能な安全弁82が設けられている。なお、本実施の形態では、モータ室14に安全弁を設けたが配管72に設けてもよい。
また、インバータ16からモータ40へ供給されるインバータ電圧は、制御部60からの駆動信号により制御され、一方インバータ16から供給されたインバータ電圧の値に基づく信号が制御部60に送信され、制御部60にてモータ40に供給されたインバータ電圧の値が認識されることとなる。
制御部60には、さらに検出された内部圧力と比較するための『放電発生予知用内部圧力』(以下「設定モータ室内圧」ともいう)や検出されたインバータ電圧と比較するための『放電発生予知用インバータ電圧』(以下「設定インバータ電圧」ともいう)が予め設定されて格納されている設定値格納部と、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較する圧力比較部と検出されたインバータ電圧と予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較する電圧比較部とを有する比較部とが設けられている。
また、インバータ電圧は、車両の走行速度に応じて設定されるものであり、制御部60は、実際のインバータ電圧Vの他に、走行速度に応じて予め設定されたインバータ電圧Vsも認識していてもよい。
次に本実施の形態のモータ絶縁保護装置200は、さらに、図3に示すように、3つの態様に基づいてモータ室内圧を加圧して放電抑制を行っている。以下、図3から図6を用いて説明する。
(第1の実施の態様)
本実施の形態では、モータ室14内の内部圧力に基づいて、モータの放電発生を予知してモータ室14内を加圧するモータ絶縁保護装置について説明する。図3に示すように、モータ室内の圧力検出部50にてモータ室14内の内部圧力を検出し、制御部60内の比較部34において、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較し、検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低い場合、モータの加圧機構70を用いてモータ室内を加圧する。
さらに、図4を用いて動作の一例を説明すると、制御部60は、入力された圧力検出部50によって測定された測定圧力Pが設定モータ室内圧(すなわち「予め設定された放電発生予知用内部圧力」)より低い場合には(S110)、制御部60は、加圧機構70を駆動させてモータ室14内に圧縮空気を供給する(S112)。次いで、制御部60は、入力された圧力検出部50によって測定された測定圧力Pが設定モータ室内圧以上になった場合には(S114)、加圧機構70の駆動を停止させる。これにより、モータ室14内を放電が生じないモータ室内圧に保つことができる。
一方、仮にモータ室14の室内圧がモータ室のシール強度より高い圧力になったことを、圧力検出部50が検出した場合には、図2に示す安全弁82を開けて、モータ室14の内部気体の一部を外部に放出させる。安全弁82の開動作については制御部60に送信され、所定室内圧になった後、安全弁82は閉じられる。これにより、モータ室内圧を、放電の生じない適正な室内圧に調整することができる。
(第2の実施の形態)
本実施の形態では、モータへの印加電圧に基づきモータ室内の圧力を制御する態様について説明する。ここでは、印加電圧に基づく圧力制御の一例として加圧する態様を例に取り、例えばインバータ16のインバータ電圧に基づいて、モータの放電発生を予知してモータ室内を加圧するモータ絶縁保護装置について説明する。図3に示すように、制御部60内におけるインバータ電圧検出部30にてインバータ16におけるインバータ電圧Vを検出し、制御部60内の比較部34において、検出されたインバータ電圧Vと予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較し、検出されたインバータ電圧Vが予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合、モータの加圧機構70を用いてモータ室内を加圧する。
なお、図3では、直接インバータ16のインバータ電圧Vを検出して比較部34により比較したが、これに限るものではない。例えば、車両の走行速度に応じて予め制御用にインバータ電圧Vsが設定され、制御部60にマップとして格納されている。したがって、実際の車両の走行速度から制御部60に格納されている走行速度−制御用インバータ電圧Vsマップに基づき、現時点での制御用のインバータ電圧Vsを求め、このインバータ電圧Vsと予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較し、検出されたインバータ電圧Vが予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合、モータの加圧機構70を用いてモータ室内を加圧してもよい。
さらに、図5を用いて動作の一例を説明すると、制御部60は、検出したインバータ電圧Vまたは上述した走行速度に基づき設定されたインバータ電圧Vsが設定インバータ電圧(すなわち「予め設定された放電発生予知用インバータ電圧」)より高い場合には(S120)、制御部60は、加圧機構70を駆動させてモータ室14内に圧縮空気を供給する(S122)。次いで、制御部60は、入力された圧力検出部50によって測定された測定圧力Pが設定モータ室内圧以上になった場合には(S124)、加圧機構70の駆動を停止させる。これにより、モータ室14内を放電が生じないモータ室内圧に保つことができる。
一方、仮にモータ室14の室内圧がモータ室のシール強度より高い圧力になったことを、圧力検出部50が検出した場合には、第1の実施の形態と同様に、図2に示す安全弁82を開けて、モータ室14の内部気体の一部を外部に放出させる。安全弁82の開動作については制御部60に送信され、所定室内圧になった後、安全弁82は閉じられる。これにより、モータ室内圧を、放電の生じない適正な室内圧に調整することができる。
(第3の実施の形態)
本実施の形態では、モータ室14内の内部圧力とインバータ16のインバータ電圧とに基づいて、モータの放電発生を予知してモータ室内を加圧するモータ絶縁保護装置について説明する。図3に示すように、モータ室14内の圧力検出部50にてモータ室14内の内部圧力を検出し、制御部60内の比較部34において、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較するとともに、制御部60内におけるインバータ電圧検出部30にてインバータ16におけるインバータ電圧Vを検出し、制御部60内の比較部34において、検出されたインバータ電圧Vまたは走行速度に基づき設定されたインバータ電圧Vsと予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較し、比較部34において、検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低く、検出されたインバータ電圧Vが予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合に、モータの加圧機構70を用いてモータ室内を加圧する。
さらに、図6を用いて動作の一例を説明すると、制御部60は、入力された圧力検出部50によって測定された測定圧力Pが設定モータ室内圧(すなわち「予め設定された放電発生予知用内部圧力」)より低い場合には(S130)、制御部60は、さらに検出されたインバータ電圧Vまたは走行速度に基づき設定されたインバータ電圧Vsと予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較し、検出したインバータ電圧Vまたは上述した走行速度に基づき設定されたインバータ電圧Vsが設定インバータ電圧(すなわち「予め設定された放電発生予知用インバータ電圧」)より高い場合には(S132)、制御部60は、加圧機構70を駆動させてモータ室14内に圧縮空気を供給する(S134)。次いで、制御部60は、入力された圧力検出部50によって測定された測定圧力Pが設定モータ室内圧以上になった場合には(S136)、加圧機構70の駆動を停止させる。これにより、モータ室14内を放電が生じないモータ室内圧に保つことができる。
一方、仮にモータ室14の室内圧がモータ室のシール強度より高い圧力になったことを、圧力検出部50が検出した場合には、図2に示す安全弁82を開けて、モータ室14の内部気体の一部を外部に放出させる。安全弁82の開動作については制御部60に送信され、所定室内圧になった後、安全弁82は閉じられる。これにより、モータ室内圧を、放電の生じない適正な室内圧に調整することができる。
本発明のモータ絶縁保護装置は、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載されるモータに有効であるが、高電圧で低圧環境下で使用されるモータの用途にも好適である。
本発明のモータ絶縁保護装置が搭載される車両の概略構成の一例を説明する構成図である。 本発明の実施の形態のモータ絶縁保護装置の概略構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態のモータ絶縁保護装置の制御ブロック図である。 本発明の第1の実施の形態のモータ絶縁保護装置の加圧制御の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態のモータ絶縁保護装置の加圧制御の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第3の実施の形態のモータ絶縁保護装置の加圧制御の動作を説明するフローチャートである。
符号の説明
10 走行用車輪、12 ブレーキ付減速機、14 モータ室、16 インバータ、18 発電機、20 エンジン、30 インバータ電圧検出部、34 比較部、40 モータ、42 ステータ、44 コイル、46 ロータ、48 車軸、50 圧力検出部、60 制御部、70 加圧機構、72 配管、82 安全弁、100 車体、200 モータ絶縁保護装置。

Claims (12)

  1. モータ室内に設置されたモータと、
    前記モータ室内の内部圧力を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  2. 請求項1に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧手段は、モータ室内の内部圧力を検出する圧力検出部と、
    検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低い場合、モータ室内を加圧する加圧部と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  3. 請求項2に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧部は、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較する比較部と、
    前記比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  4. モータ室内に設置されたモータと、
    前記モータへの印加電圧に基づきモータ室内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  5. モータ室内に設置されたモータと、
    前記モータを駆動させるためのインバータ電圧を供給するインバータと、
    前記インバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  6. 請求項5に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧手段は、インバータのインバータ電圧を検出する電圧検出部と、
    検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合にモータ室内を加圧する加圧部と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  7. 請求項6に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧部は、検出されたインバータ電圧と予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較する比較部と、
    前記比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  8. モータ室内に設置されたモータと、
    前記モータを駆動させるためのインバータ電圧を供給するインバータと、
    前記モータ室内の内部圧力と前記インバータのインバータ電圧を監視し、モータの放電発生を予知した場合にモータ室内を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  9. 請求項8に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧手段は、モータ室内の内部圧力を検出する圧力検出部と、
    インバータのインバータ電圧を検出する電圧検出部と、
    検出された内部圧力が予め設定された放電発生予知用内部圧力より低く、検出されたインバータ電圧が予め設定された放電発生予知用インバータ電圧より高い場合に、モータ室内を加圧する加圧部と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  10. 請求項9に記載のモータ絶縁保護装置において、
    前記加圧部は、検出された内部圧力と予め設定された放電発生予知用内部圧力とを比較する圧力比較部と、
    検出されたインバータ電圧と予め設定された放電発生予知用インバータ電圧とを比較する電圧比較部と、
    前記圧力比較部と電圧比較部からの出力に応じてモータ室内を加圧する加圧機構と、を有することを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のモータ絶縁保護装置において、
    さらに、モータ室には、安全弁が設けられていることを特徴とするモータ絶縁保護装置。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のモータ絶縁保護装置を有する車両。
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