JP2008308157A - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、極性誤判別によるインバータ起動時の異常トルクを防止することが出来るハイブリッド電気自動車を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関と、永久磁石モータと、クラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行しているときに、前記インバータがなんらかの再起動可能な異常を検出し停止したときには、再起動せずに前記クラッチを接続し前記内燃機関を駆動力源とし車両を走行させることを特徴とするハイブリッド電気自動車。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車に関する。

従来、永久磁石モータの出力トルクを高精度高速に制御する場合、磁極位置に基づいて電流を流し込むために回転子位置センサを取り付ける必要があった。しかしながら、回転子位置センサは比較的体積が大きいために配置上の制約を誘起したり、センサ出力を制御装置まで伝送するための制御伝送線の引き回しのわずらわしさ、断線などの故障要因の増加となる。これに対して、永久磁石の磁束に起因して回転中に発生する誘起電圧を検出することで間接的に回転子位置を知る方法や、誘起電圧が原理的に発生しない低速ではモータのインダクタンス特性を利用して回転子位置検出用の信号を印加すると共に検出した電流から回転子位置を知る方法などの回転子位置センサレス制御が提案されている。
特開平０７−２４５９８１号公報

しかしながら、モータのインダクタンス特性を利用した手法は、モータのインダクタンスが磁極位置１８０°周期で変化するので、推定可能範囲が１８０°に限定され、得られる回転子位置方向がＮ極方向か、Ｓ極方向か判断することができない。そのため、起動時に極性を判別するための極性判別手段を備える。しかし、なんらかの異常により極性誤判別をした場合、異常トルクを出力し、モータを駆動力源として車両を走行させているときに、車両が逆走してしまうなどの課題があった。

以下、上記課題を図面を参照して説明する。

まず、図５のハイブリッド電気自動車システムの構成を説明する。内燃機関１の出力側にはクラッチ２が設けられ、クラッチ２には永久磁石モータ３が設けられ、永久磁石モータ３には変速機４が設けられ、変速機４の出力軸はディファレンシャルギヤ１２を介して駆動車輪１３へと連結されている。

内燃機関１は内燃機関ＥＣＵ７により回転数等を制御される。

クラッチ２と変速機４は変速機ＥＣＵ１０により制御される。クラッチ２を接続することで内燃機関と永久磁石モータを駆動力源として車両を走行させることができる。またクラッチ２を遮断することで永久磁石モータを駆動力源として車両を走行させることができる。

永久磁石モータ３にはバッテリ６からの電力がインバータ５により交流に変換され供給され、インバータ５はインバータＥＣＵ９により制御される。

バッテリＥＣＵ８は、バッテリ６の残量や温度等の監視を行う。

これら内燃機関ＥＣＵ７、変速機ＥＣＵ１０、インバータＥＣＵ９、バッテリＥＣＵ８の情報はハイブリッドＥＣＵ１１に入力されハイブリッドＥＣＵ１１はこれらを燃費性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する構成となっている。

次に、図６のクラッチ２を遮断し永久磁石モータ３を駆動力源として車両を走行させているときに、なんらかの復帰可能な異常によりインバータ５が停止した場合のフローチャートを説明する。

永久磁石モータ３を駆動力源として走行中にインバータ５がなんらかの復帰可能な異常を検出し停止した場合、停止後、復帰動作に移行する。このとき前記永久磁石モータのロータ角度に応じて磁気回路中の磁気抵抗が変化することにより
ステータコイルのインダクタンスが変化することを利用してそのロータの磁極位置を推定する磁極位置推定手段により磁極位置を推定する動作範囲にあれば磁極位置推定手段での再起動処理となる。しかし、前記永久磁石モータのロータ角度に応じて磁気回路中の磁気抵抗が変化することによりステータコイルのインダクタンスが変化することを利用してそのロータの磁極位置を推定する手段は起動時に極性判別を必要とするため、極性判別を誤ると異常なトルクを出力してしまい、車両を逆走させてしまう等の課題があった。

そこで本発明は、極性誤判別によるインバータ起動時の異常トルクを防止することが出来るハイブリッド電気自動車を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行しているときに、前記インバータがなんらかの再起動可能な異常を検出し停止したときには、再起動せずに前記クラッチを接続し前記内燃機関を駆動力源とし車両を走行させることにより達成することが出来る。

上記目的は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行しているときに、前記インバータがなんらかの再起動可能な異常を検出し停止したときには、再起動せずに前記クラッチを接続し、接続した後に前記インバータを再起動することにより達成することが出来る。

上記目的は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、前記クラッチを接続させ、前記インバータを停止させ、前記内燃機関を駆動力源として車両を走行させているときに、駆動力源を前記内燃機関から前記永久磁石モータに切り替える際には、前記インバータを起動させた後に、前記クラッチを遮断し、前記永久磁石モータを駆動力源とし車両を走行させることにより達成することが出来る。

本発明により、極性誤判別によるインバータ起動時の異常トルクを防止することが出来るハイブリッド電気自動車を提供することが出来る。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態のハイブリッド電気自動車は、図４に記載されているように、内燃機関１の出力側にはクラッチ２が設けられ、クラッチ２には永久磁石モータ３が設けられ、永久磁石モータ３には変速機４が設けられ、変速機４の出力軸はディファレンシャルギヤ１２を介して駆動車輪１３へと連結されている。 内燃機関１は内燃機関ＥＣＵ７により回転数等を制御される。クラッチ２と変速機４は変速機ＥＣＵ１０により制御される。クラッチ２を接続することで内燃機関と永久磁石モータを駆動力源として車両を走行させることができる。またクラッチ２を遮断することで永久磁石モータを駆動力源として車両を走行させることができる。永久磁石モータ３にはバッテリ６からの電力がインバータ５により交流に変換され供給され、インバータ５はインバータＥＣＵ９により制御される。バッテリＥＣＵ８は、バッテリ６の残量や温度等の監視を行う。これら内燃機関ＥＣＵ７、変速機ＥＣＵ１０、インバータＥＣＵ９、バッテリＥＣＵ８の情報はハイブリッドＥＣＵ１１に入力されハイブリッドＥＣＵ１１はこれらを燃費性能、動力性能等に鑑みて最適な動作になるよう統括的に制御する構成となっている。

次に、クラッチ２を遮断し永久磁石モータ３を駆動力源として車両を走行させているときに、なんらかの復帰可能な異常によりインバータ５が停止した場合の動作についてフローチャート（図１）を参照し説明する。図１は本発明に基づく第１の実施の形態のハイブリッド自動車の動作を示すフローチャートである。

永久磁石モータ３を駆動力源として走行中にインバータ５がなんらかの復帰可能な異常を検出し停止した場合、停止後、クラッチ２が遮断状態ではインバータ５は停止を継続させ、クラッチ２を接続させることで内燃機関１の駆動力源として車両を走行させる。

本発明に基づく第１の実施の形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行し、前記インバータがなんらかの復帰可能な異常を検出し停止したときには、復帰せずに前記クラッチを接続し前記内燃機関を駆動力源とし車両を走行させることを要旨とする。

このように構成されたハイブリッド電気自動車において、第１の磁極位置推定手段と第２の磁極位置推定手段について、図２を参照し、詳細に説明する。

第一の磁極位置推定手段は、逆突極性を有する永久磁石モータについて、回転子角度に応じて磁気回路中の磁気抵抗が変化し、巻線のインダクタンスが変化することを利用したものである。

図1を用いて説明する。この永久磁石モータは図１に示す通り、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相コイルと、回転軸中心回りに回転する永久磁石を有する等価回路により表される。この等価回路において永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸（回転子突方向）と定義し、それに直交する軸をｑ軸（回転子突方向と直角方向）と定義する。

このように定義するとモータのトルクを主に支配するのはｑ軸方向の磁界となる。

なお、ｄ軸方向に磁界を生じるように電圧を印加した場合の巻線のインダクタンスをＬｄとし、同じくｑ軸方向についてのインダクタンスをＬｑとする。

一方、この永久磁石モータを制御する制御装置が推定した磁極位置が前記ｄ軸、ｑ軸に対し、ｄｃ軸、ｑｃ軸であったとした場合、現実の電気角とは誤差Δθが生じている。

この状態で、電気角を検出するためにモータ制御装置は、電流制御手段の出力であるｄ軸電圧指令に回転周波数と異なる高周波成分の回転電圧指令を重畳し、ｄｃ軸方向に印加する。その結果、ｄｃ方向およびｑｃ方向に流れる電流を検出する。仮にモータ制御装置が推定しているｄｃ軸がｄ軸と一致している場合（Δθ＝０°）には、ｑｃ軸方向の電流は検出されないはずである。しかし、電気角に誤差Δθを生じている場合には、ｑｃ軸方向の電流が検出される。従って、これらの検出電流に基づいて誤差Δθを演算することができ、ひいては電気角θを検出することができる。

しかしながら、この手法は、インダクタンスが１８０°周期で変化するので、推定可能範囲が１８０°に限定され、得られる磁極位置がＮ極方向か、Ｓ極方向か判断することができない。そのため、起動時に極性を判別する手段を備える。

極性判別手段の一例について永久磁石モータの磁気飽和特性を利用した手法を説明する。永久磁石モータは回転子が永久磁石による磁束を有しているために、ｄ軸電流が零のときでも磁束が存在する。この磁気特性により、Ｌｄの特性はｄ軸電流の正負の符号の違いによりＬｄの大きさが異なる領域が存在する。よって、このＬｄの大きさが異なる領域に対応する所定バイアス成分を有するｄ軸電圧を印加すれば、極性の違いがモータ電流の振幅の大きさに現れることになる。

第二の磁極位置推定手段は、永久磁石磁束に起因して回転中に発生する永久磁石モータの逆起電圧を利用したものである。

この永久磁石モータは図１に示す通り、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相コイルと、回転軸中心回りに回転する永久磁石を有する等価回路により表される。この等価回路において永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸（永久磁石磁束方向）と定義し、それに直交する軸をｑ軸（永久磁石磁束方向と直交方向）と定義する。

このように定義した場合、永久磁石モータが回転することによって発生する逆起電圧はｑ軸方向にのみ発生する。

従って、この永久磁石モータを制御する制御装置が推定した磁極位置が前記ｄ軸、ｑ軸に対し、ｄｃ軸、ｑｃ軸であったとした場合、ｄｃ軸方向の誘起電圧が零となるように磁極位置推定値を逐次補正すると、ｄ軸、ｑ軸に対して、ｄｃ軸ｑｃ軸が一致し、真の磁極位置を推定することができる。

これにより、低速での再起動はしなくなり、すなわち、第１の磁極位置推定手段での起動時における極性誤判別による異常トルクを出力することはなくなり、内燃機関を駆動力源とし車両を走行させることができる。

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気自動車について、図を参照し詳細に説明する。尚、第２の実施の形態のハイブリッド電気自動車の構成は、第１の実施の形態のハイブリッド電気自動車の構成と同一である。

本発明に基づく第２のハイブリッド電気自動車は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行し、前記インバータがなんらかの復帰可能な異常を検出し停止したときには、復帰せずに前記クラッチを接続し、前記クラッチを接続したら前記インバータを再起動する（図３参照）。

これにより、低速での再起動はしなくなり、すなわち、第１の磁極位置推定手段での起動時における極性誤判別による異常トルクを出力することはなくなり、さらに、クラッチを接続させた後に、インバータを再起動させることで、第２の磁極位置推定手段で起動させ、内燃機関、およびモータを駆動力源として車両を走行させることができる。

（第３の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気自動車について、図を参照し詳細に説明する。尚、第３の実施の形態のハイブリッド電気自動車の構成は、第１の実施の形態のハイブリッド電気自動車の構成と同一である。

本発明に基づく第３の実施の形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、車両を走行させる駆動力源を前記内燃機関から前記永久磁石モータに切り替える際には、前記インバータを起動させた後に、前記クラッチを遮断し、前記永久磁石モータを駆動力源とし車両を走行させる。

これにより、低速での起動はしなくなり、すなわち、第１の磁極位置推定手段での起動時における極性誤判別による異常トルクを出力することはなくなり、永久磁石モータを駆動力源とし車両を走行させることができる（図４参照）。

第１の実施の形態のハイブリッド電気自動車の動作を示すフローチャート。 永久磁石モータの等価回路 第２の実施の形態のハイブリッド電気自動車の動作を示すフローチャート。 第３の実施の形態のハイブリッド電気自動車の動作を示すフローチャート。 ハイブリッド電気自動車の構成図。 従来のハイブリッド電気自動車の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
２ クラッチ
３ モータ
４ 変速機
５ インバータ
６ バッテリ
７ 内燃機関ＥＣＵ
８ バッテリＥＣＵ
９ インバータＥＣＵ
１０ 変速機ＥＣＵ
１１ ハイブリッドＥＣＵ
１２ ディファレンシャルギア
１３ 駆動車輪

Claims (3)

1. 内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、
   前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、
   前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、
   前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行しているときに、前記インバータがなんらかの再起動可能な異常を検出し停止したときには、再起動せずに前記クラッチを接続し前記内燃機関を駆動力源とし車両を走行させることを特徴とするハイブリッド電気自動車。
2. 内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、
   前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、
   前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、
   前記クラッチを遮断し前記永久磁石モータを駆動力源として車両を走行しているときに、前記インバータがなんらかの再起動可能な異常を検出し停止したときには、再起動せずに前記クラッチを接続し、接続した後に前記インバータを再起動することを特徴とするハイブリッド電気自動車。
3. 内燃機関と、永久磁石モータと、前記内燃機関と前記永久磁石モータの間に介装された動力の伝達を断続するクラッチと、
   前記永久磁石モータが低速のときには起動時に極性判別を必要とする第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し、中速および高速のときには極性判別を必要としない第２の磁極位置推定手段により磁極位置を推定し制御するインバータとを備え、
   前記第１の磁極位置推定手段により磁極位置を推定する範囲は、前記内燃機関のアイドリング回転数未満とするハイブリッド電気自動車であって、
   前記クラッチを接続させ、前記インバータを停止させ、前記内燃機関を駆動力源として車両を走行させているときに、駆動力源を前記内燃機関から前記永久磁石モータに切り替える際には、前記インバータを起動させた後に、前記クラッチを遮断し、前記永久磁石モータを駆動力源とし車両を走行させることを特徴とするハイブリッド電気自動車。

Images