JP2012191677A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の永久磁石に減磁が生じているか否かをより適正に判定する。
【解決手段】モータの回転数Ｎｍと所定誘起電圧係数φｓｅｔとから得られる想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔがバッテリの端子間電圧Ｖｂより大きく最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには（Ｓ１００〜Ｓ１２０）、インバータのトランジスタと昇圧コンバータのトランジスタとをゲート遮断し（Ｓ１３０）、その状態で得られるコンデンサの電圧ＶＨを無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとして設定し（Ｓ１５０）、無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとモータの回転数Ｎｍとから得られる実誘起電圧係数φを所定誘起電圧係数φｓｅｔから減じた値と閾値φｒｅｆとの比較によってモータの永久磁石に減磁が生じているか否かを判定する（Ｓ１６０〜Ｓ１９０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、永久磁石が取り付けられたロータを有し回転に伴って誘起電圧を発生する電動機と、スイッチング素子のスイッチングによって電動機を駆動するインバータ回路と、二次電池と、二次電池が接続された電池電圧系の電力を昇圧してインバータ回路が接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、電動機の温度を推定し、推定した電動機の温度が磁石の許容減磁温度に到達しているときに、磁石の減磁を判定してシステム停止等の異常処理を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１８４９６号公報

こうした駆動装置では、電動機の磁石の減磁が電動機の駆動性能に影響を与えるため、磁石に減磁が生じているか否かをより適正に判定することが望まれる。このため、電動機の温度を適正に推定できない場合などを考慮して、上述の方法とは異なる方法によっても磁石に減磁が生じているか否かを判定できるようにすることが望まれる。

本発明の駆動装置は、電動機の永久磁石に減磁が生じているか否かをより適正に判定することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
永久磁石が取り付けられたロータを有し回転に伴って誘起電圧を発生する電動機と、スイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動するインバータ回路と、二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系の電力を昇圧して前記インバータ回路が接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置であって、
前記電動機が回転しており前記昇圧コンバータを介して前記電池電圧系から前記駆動電圧系に電力が供給されず前記インバータ回路がゲート遮断されているとき、前記コンデンサの電圧を前記電動機の回転に伴って発生した誘起電圧として取得し、該取得した誘起電圧と前記電動機の回転数とを用いて得られる誘起電圧係数である実誘起電圧係数と予め定められた誘起電圧係数である所定誘起電圧係数との差が許容範囲外のときに前記永久磁石に減磁が生じていると判定する減磁判定手段、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、電動機が回転しており昇圧コンバータを介して電池電圧系から駆動電圧系に電力が供給されずインバータ回路がゲート遮断されているときに、コンデンサの電圧を電動機の回転に伴って発生した誘起電圧として取得し、取得した誘起電圧と電動機の回転数とを用いて得られる誘起電圧係数である実誘起電圧係数と予め定められた誘起電圧係数である所定誘起電圧係数との差が許容範囲外のときに永久磁石に減磁が生じていると判定する。電動機が回転しており昇圧コンバータを介して電池電圧系から駆動電圧系に電力が供給されずインバータ回路がゲート遮断されているときには、通常、電動機の回転に伴って発生する誘起電圧とコンデンサの電圧とが略等しくなると考えられるから、コンデンサの電圧と電動機の回転数とに基づく誘起電圧係数と所定誘起電圧係数との差を用いて永久磁石に減磁が生じているか否かを判定することにより、より適正に永久磁石の減磁を判定（検出）することができる。

本発明の実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される減磁判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２を駆動するインバータ２４と、バッテリ２６と、バッテリ２６が接続された電力ライン２９とインバータ２４が接続された電力ライン２８とに接続されバッテリ２６側の電力を昇圧してインバータ２４側に供給したりインバータ２４側の電力を降圧してバッテリ２６側に供給したりする昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０からみてインバータ２４に並列に接続され昇圧後の電圧を平滑するためのコンデンサ３２と、昇圧コンバータ３０からみてバッテリ２６に並列に接続され昇圧前の電圧を平滑するためのコンデンサ３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。以下、昇圧コンバータ３０よりもインバータ２４側を駆動電圧系といい、昇圧コンバータ３０よりもバッテリ２６側を電池電圧系という。

インバータ２４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、電力ライン２８の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ２２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。

昇圧コンバータ３０は、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ２４に接続された電力ライン２８の正極母線，電力ライン２９，２８の負極母線に接続されており、その接続点とバッテリ２６の正極端子とにリアクトルＬが接続されている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、ＲＯＭやＲＡＭ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、モータ２２の回転位置を検出する回転位置検出センサ４０からの回転位置θｍや、モータ２２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に印加される相電流を検出する電流センサ４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ，コンデンサ３２の端子間に取り付けられた電圧センサ４４からの電圧（駆動電圧系の電圧）ＶＨ，バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ４６からの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサ４８からの充放電電流Ｉｂなどが入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、インバータ２４のスイッチング素子へのスイッチング信号や、昇圧コンバータ３０のスイッチング素子へのスイッチング信号などが出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ４０からの回転位置θｍに基づいてモータ２２のロータの電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット５０により、モータ２２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてインバータ２４が制御されると共にモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊や回転数Ｎｍに基づいて昇圧コンバータ３０が制御される。

次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特に、モータ２２のロータの永久磁石が許容範囲を超えて減磁しているか否かを判定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される減磁判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ２４のゲート遮断が許可されているとき（例えば、モータ２２から出力すべきトルクが値０のときなど）に実行される。

減磁判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、モータ２２の回転数Ｎｍと予め定められた誘起電圧係数（規格値など）である所定誘起電圧係数φｓｅｔとを用いて次式（１）により出荷直後などモータ２２の永久磁石に減磁が生じていないときにモータ２２の回転に伴って発生する誘起電圧として想定される想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔを計算し（ステップＳ１００）、計算した想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔをバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂと比較すると共に（ステップＳ１１０）、その想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔをコンデンサ３２の耐圧以下の電圧として定められた最大許容電圧ＶＨｍａｘと比較する（ステップＳ１２０）。ここで、ステップＳ１１０の想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔとバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂとの比較は、モータ２２の永久磁石に減磁が生じていない状態でインバータ２４をゲート遮断した非減磁ゲート遮断時に昇圧コンバータ３０のダイオードＤ３１を介してバッテリ２６から電力ライン２８に電力が供給されないか否かを判定する処理であり、ステップＳ１２０の想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔと最大許容電圧ＶＨｍａｘとの比較は、非減磁ゲート遮断時にコンデンサ３２が過電圧となるおそれがないか否かを判定する処理である。

ステップＳ１１０，Ｓ１２０で想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔがバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂより大きく最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには、インバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２とをゲート遮断し（ステップＳ１３０）、所定時間Ｔ１が経過するのを待って（ステップＳ１４０）、コンデンサ３２の電圧ＶＨをモータ２２の回転に伴って発生した無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとして設定する（ステップＳ１５０）。この場合、インバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２とをゲート遮断したときに、昇圧コンバータ３０を介して電池電圧系から駆動電圧系には電力は供給されないと考えられ、コンデンサ３２の電圧ＶＨは、通常、無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌ（≦ＶＨｍａｘ）に略等しくなるまで上昇する。上述の所定時間Ｔ１は、両者が略等しくなる（コンデンサ３２の電圧ＶＨが安定する）までに要する時間やそれより若干長い時間として定められ、例えば、１秒や２秒などとすることができる。

こうして無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌを設定すると、設定した無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとモータ２２の回転数Ｎｍとを用いて次式（２）により現在の誘起電圧係数である実誘起電圧係数φを計算し（ステップＳ１６０）、計算した実誘起電圧係数φを所定誘起電圧係数φｓｅｔから減じて得られる値（φｓｅｔ−φ）を誘起電圧係数の変化の許容値（許容範囲の境界）として定められた閾値φｒｅｆと比較し（ステップＳ１７０）、値（φｓｅｔ−φ）が閾値φｒｅｆ以下のときには、モータ２２の永久磁石に減磁は生じていない（正常である）と判定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了し、値（φｓｅｔ−φ）が閾値φｒｅｆより大きいときには、モータ２２の永久磁石に減磁が生じている（許容範囲を超えて減磁している）と判定して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。このように実誘起電圧係数φと所定誘起電圧係数φｓｅｔとの差によってモータ２２の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するから、より適正に永久磁石の減磁を判定（検出）することができる。

ステップＳ１１０で想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔがバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂ以下のときには、インバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２とをゲート遮断したとしても昇圧コンバータ３０のダイオードＤ３１を介してバッテリ２６から電力ライン２８に電力が供給されることによって無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌを適正に取得できず、実誘起電圧係数φを計算できないと判断し、そのまま本ルーチンを終了する。

また、ステップＳ１２０で想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔが最大許容電圧ＶＨｍａｘより大きいときには、インバータ２４をゲート遮断するとコンデンサ３２が過電圧となるおそれがあると判断し、そのまま本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータ２２の回転数Ｎｍと所定誘起電圧係数φｓｅｔとから得られる想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔがバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂより大きく最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときには、インバータ２４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２とをゲート遮断し、その状態で得られるコンデンサ３２の電圧ＶＨを無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとして設定し、無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとモータ２２の回転数Ｎｍとから得られる実誘起電圧係数φを所定誘起電圧係数φｓｅｔから減じた値（φｓｅｔ−φ）が閾値φｒｅｆより大きいときにモータ２２の永久磁石に減磁が生じていると判定するから、より適正に永久磁石の減磁を判定（検出）することができる。

実施例の駆動装置２０では、想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔがバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂより大きく最大許容電圧ＶＨｍａｘ以下のときに、インバータ２４と昇圧コンバータ３０とをゲート遮断してモータ２２の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するものとしたが、モータ２２の回転数Ｎｍが所定回転数Ｎｒｅｆ１より大きく且つ所定回転数Ｎｒｅｆ１より大きな所定回転数Ｎｒｅｆ２以下のときに、インバータ２４と昇圧コンバータ３０とをゲート遮断してモータ２２の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するものとしてもよい。ここで、所定回転数Ｎｒｅｆ１は、バッテリ２６の端子間電圧Ｖｂに相当する回転数であり、所定回転数Ｎｒｅｆ２は、最大許容電圧ＶＨｍａｘに相当する回転数である。

実施例の駆動装置２０では、電力ライン２８にインバータ２４を介してモータ２２が接続されている場合について説明したが、電力ライン２８に複数のインバータを介して複数のモータが接続されている場合には、全てのインバータと昇圧コンバータとをゲート遮断した状態で得られるコンデンサ３２の電圧ＶＨ（複数のモータのうち回転数が最大のモータである最大回転数モータの回転数に応じた電圧）を用いて最大回転数モータの実誘起電圧係数φを計算し、計算した実誘起電圧係数φとその最大回転数モータの所定誘起電圧係数φｓｅｔとの差を予め定められた閾値と比較することにより、最大回転数モータの永久磁石に減磁が生じているか否かを判定することができる。

実施例の駆動装置２０では、無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌとモータ２２の回転数Ｎｍとから得られる実誘起電圧係数φを所定誘起電圧係数φｓｅｔから減じた値（φｓｅｔ−φ）と閾値φｒｅｆとの比較によってモータ２２の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するものとしたが、無負荷誘起電圧Ｖｉｎｌと想定誘起電圧Ｖｉｅｓｔとの差を用いてモータ２２の永久磁石に減磁が生じているか否かを判定するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ２２が「電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ回路」に相当し、バッテリ２６が「二次電池」に相当し、昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、コンデンサ３２が「コンデンサ」に相当し、図２の減磁判定ルーチンを実行する電子制御ユニット５０が「減磁判定手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業に利用可能である。

２０ 駆動装置、２２ モータ、２４ インバータ、２６ バッテリ、２８，２９ 電力ライン、３０ 昇圧コンバータ、３２，３４ コンデンサ、４０ 回転位置検出センサ、４２Ｖ，４２Ｗ 電流センサ、４４，４６，４８ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (1)

1. 永久磁石が取り付けられたロータを有し回転に伴って誘起電圧を発生する電動機と、スイッチング素子のスイッチングによって前記電動機を駆動するインバータ回路と、二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系の電力を昇圧して前記インバータ回路が接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置であって、
   前記電動機が回転しており前記昇圧コンバータを介して前記電池電圧系から前記駆動電圧系に電力が供給されず前記インバータ回路がゲート遮断されているとき、前記コンデンサの電圧を前記電動機の回転に伴って発生した誘起電圧として取得し、該取得した誘起電圧と前記電動機の回転数とを用いて得られる誘起電圧係数である実誘起電圧係数と予め定められた誘起電圧係数である所定誘起電圧係数との差が許容範囲外のときに前記永久磁石に減磁が生じていると判定する減磁判定手段、
   を備える駆動装置。

Images