JP2013110804A - 電気自動車のモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 埋込磁石型同期モータにおいて、永久磁石の減磁が生じた場合に、モータ駆動力の低下を抑えることのできる電気自動車のモータ制御装置を提供する。
【解決手段】 モータ６のロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段３８と、その判定手段３９と、減磁対応タイミング変更手段４０とを、インバータ装置２２またはＥＣＵ２１に設ける。磁力推定手段３８は、モータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、磁力の推定を行う。判定手段３９は、減磁であるか否かを判定する。減磁対応タイミング変更手段４０は、判定手段３９による減磁であるとの判定結果に応じて、インバータ装置２２によるモータ駆動につき、モータのリラクタンストルクが増大するように、ロータの位相に対する最大電流を流すタイミングを変更する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、バッテリ駆動、燃料電池駆動等の電気自動車において、埋込磁石型同期モータを用いた電気自動車のモータ制御装置に関する。

電気自動車では、車両駆動のためのモータの性能低下や故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、ネオジウム系磁石を使った高効率性能を有する埋込磁石型同期モータ（「ＩＰＭ型ＤＣブラシレスモータ」とも言う）が利用される。
また、従来、インホイールモータ装置において、信頼性確保のために、モータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献３）。

特開２００６−２５８２８９号公報 特開２００４−３２８８１９号公報 特開２００８−１６８７９０号公報

電気自動車に用いられるモータ、特にネオジウム系磁石を使ったモータでは、永久磁石の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。
なお、上記のように、インホイールモータ装置において、モータ温度を測定して過負荷を監視し、駆動制限することは行われているが、モータの温度測定結果による制御では、モータの永久磁石の減磁等による性能低下に対して適切な対応は行えない。

この発明の目的は、モータの永久磁石の減磁が生じた場合に、モータ駆動力の低下を抑えることのできる電気自動車のモータ制御装置を提供することである。
この発明の他の目的は、モータの永久磁石の減磁が生じた場合に、モータ駆動力の低下を抑えることができて、保守が可能な位置への走行が自力で行える電気自動車を提供することである。

この発明の電気自動車のモータ制御装置２０は、車輪２を駆動するモータ６である埋込磁石型同期モータに対してロータ７５の磁極位置に応じた制御を行うモータ駆動制御部３３を備えた電気自動車のモータ制御装置２０において、
前記のモータ６のモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つをそれぞれ検出する複数のセンサ３５，３６，３７と、これらのセンサ出力であるモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定する磁力推定手段３８と、この磁力推定手段３８で推定された磁力を、減磁が生じていない範囲として定めた設定許容範囲内であるか否かを判定する判定手段３９と、この判定手段３９が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ駆動制御部３３に対し、前記モータ６のリラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更させる減磁対応タイミング変更手段４０とを設けたことを特徴とする。

同期モータでは、ステータコイル７８に交流電流を流して回転磁界を作り、ロータ７を駆動する。この場合に、埋込磁石型同期モータでは、ロータ側の永久磁石８０とステータ７３ｍの相互作用で発生するマグネットトルクと、ロータ側のコア部７９と前記ステータ７３ｍの間の吸引力に起因するリラクタンストルクとが発生し、２種類のトルクで回転する。マグネットトルクは、電流に比例し、回転磁界とロータ永久磁石８０間の位相θが零のときに最大となる。一方、リラクタンストルクは、電流の２乗に比例し、上記位相θが４５°で最大となる。そのため、埋込磁石型同期モータでは、通常では両トルクの和が最大となる電流印加条件で駆動する。
モータ６の過昇温等により、ロータ側の永久磁石８０の減磁が生じた場合は、マグネットトルクが低下し、あるいは零となる。しかし埋込磁石型同期モータでは、永久磁石８０の減磁が生じても、リラクタンストルクによるモータ駆動が、ある程度は可能である。
そこで、前記磁力推定手段３８によりロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定し、その推定された磁力が、設定許容範囲内であるか否かを判定手段３９で判定する。判定手段３９により設定許容範囲を外れると判定された場合、つまり減磁と判定された場合は、減磁対応タイミング変更手段４０により、リラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更する。
このように、減磁が生じた場合にリラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更することで、モータ６の駆動力の低下を抑え、電気自動車を、修理工場や道路脇等に自走により移動させることができる。

磁力の推定、減磁の判定は、次のように行える。埋込磁石型同期モータ等の永久磁石を用いたモータ６では、ロータ７５の永久磁石８０の回転によりステータコイル７８に起電力を発生し、この起電力は、永久磁石８０の磁力（つまり磁束密度）が強いほど大きくなる。そのため、モータ回転数とモータ電圧を比較すると、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力はモータ電流にも影響するため、モータ回転数とモータ電流の比較によっても、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力と永久磁石の磁力の関係は、モータ電圧の波形とモータ電流の波形の関係にも現れ、その比較によって永久磁石の磁力が分かる。前記磁力推定手段３８は、このようなモータ回転数、モータ電圧、モータ電流の関係を定めた適宜の規則を設けておくことで、モータ電流、モータ電圧、およびモータ回転数の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定する。この推定した永久磁石８０の磁力の出力は、磁束密度等の磁力を示す単位でなくても良く、例えば、適宜定めた磁力の段階のどの段階に属するかの値等であっても良い。

前記判定手段３９は、磁力推定手段３８で推定された磁力を設定許容範囲と比較してモータロータの減磁か否かを判定する。永久磁石８０の熱による減磁や、永久磁石８０の欠けや割れ等に起因する減磁が生じることがあるが、このような減磁が、磁力推定手段３８で推定された磁力を設定許容範囲と比較することで判定される。前記設定許容範囲は、モータの仕様等に応じて適宜設定すれば良く、例えば、磁力が正常範囲と見做せる範囲、あるいはさらに安全を見込んだ範囲として適宜定めれば良い。

この発明において、前記判定手段３９が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ駆動制御部３３のモータ駆動出力を制限する減磁対応モータ駆動制限手段４３を設けても良い。この駆動の制限は、例えば、駆動指令となるトルクや電流値の出力を下げる処理であっても、また出力を停止させる処理であっても良い。
前記判定手段３９により磁力低下が判明したときに、モータ６の駆動出力に制限を加えることで、例えば、モータ駆動によって高温状態になっているときに、モータ６の出力低下や停止の処置を行うことで、現在以上に高温になることを回避し、モータ６の磁石がさらに劣化することを未然に防止できる。
例えば、前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである場合、永久磁石８０の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。しかし、モータ６の出力低下や停止の処置を行い、永久磁石８０がさらに劣化することを未然に防止することで、モータ６の駆動不能を回避し、修理工場や、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。
なお、判定手段３９の設定許容範囲は、減磁対応タイミング変更手段４０を機能させる場合の設定許容範囲と、減磁対応モータ駆動制限手段４３を機能させる場合の設定許容範囲とが異なる範囲であっても良い。

この発明において、前記モータ制御装置２０は、車両全般を統括制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とで構成され、前記磁力推定手段３８、前記判定手段３９、および前記減磁対応タイミング変更手段４０を前記インバータ装置２２に設けても良い。前記減磁対応モータ駆動制限手段４３についても、前記インバータ装置２２に設けても良い。
電気自動車では、一般的にＥＣＵ２１とインバータ装置２２とが設けられるが、モータ６により近い位置にあるインバータ装置２２に前記磁力推定手段３８、判定手段３９、および減磁対応タイミング変更手段４０を設けることで、配線系が簡素化され、迅速な制御にも繋がる。また、高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。

前記判定手段３９等をインバータ装置２２に設けた場合に、同インバータ装置２２に、前記判定手段３９が設定許容範囲外と判定したときに、前記ＥＣＵ２１に減磁が発生した情報を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２１に設けてもよい。
ＥＣＵ２１は車両全般の制御を行う手段であり、インバータ装置２２等により駆動制限等の制御を行った場合は、その異常報告を受けることで、車両全般の適切な統括制御が行える。

モータ制御装置２０が前記ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とで構成される場合に、前記磁力推定手段３８および前記判定手段３９を前記ＥＣＵ２１に設けても良い。この場合は、インバータ装置２２の構成を簡素化できる。

また、前記判定手段３９が減磁と判定したときに、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる異常表示手段４２を前記ＥＣＵ２１に設けるのが良い。運転席の表示装置２７に異常の表示が行われることで、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。

この発明において、前記モータ６は、電気自動車の車輪２を個別に駆動するモータであっても良い。車輪２を個別のモータ６で駆動する場合、左右の駆動輪の駆動トルクのバランスを得ることが必要となる。減磁に対して応急的な処置を採る場合の走行を行う場合においても、左右のトルクバランスをできるだけ得ることが望まれる。そのため、この発明における前記減磁対応タイミング変更手段４０を設けたことによるモータ駆動力の低下抑制の効果が、より一層効果的となる。

前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであってもよい。インホイールモータ駆動装置８では、コンパクト化が図られる結果、モータ６に高速回転仕様のものが用いられる。モータ６が高速回転すると、渦電流損鉄が大きく、渦電流損失による発熱が高くなる。そのため、モータ６の永久磁石８０が高温となり易く、高温による永久磁石８０の減磁が生じ易い。したがって、この発明における、減磁対応タイミング変更手段４０を設けることによる前記各効果が、より一層効果的となる。

この発明において、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、この減速機７は、１／４以上の高減速比を有するものであっても良い。また、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、この減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機によると、高い減速比が得られる。
減速比を高くした場合、モータ６は小型で高速回転するものが用いられるため、前記渦電流損失による発熱が高くなる。そのため、この発明における、前記減磁対応タイミング変更手段４０を設けることによる前記各効果が、より一層効果的となる。

この発明の電気自動車は、この発明の上記いずれかの構成のモータ制御装置２０を装備したものである。そのため、上記モータ制御装置２０による、モータ６の永久磁石８０の減磁が生じた場合にモータ駆動力の低下を抑えることができるという利点が、効果的に発揮され、減磁が生じた場合に、保守が可能な位置への走行を自力で行うことでができる。

この発明の電気自動車のモータ制御装置は、車輪を駆動するモータである埋込磁石型同期モータに対してロータの磁極位置に応じた制御を行うモータ駆動制御部を備えた電気自動車のモータ制御装置において、前記のモータのモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つをそれぞれ検出する複数のセンサと、これらのセンサ出力であるモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータのロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段と、この磁力推定手段で推定された磁力を、減磁が生じていない範囲として定めた設定許容範囲内であるか否かを判定する判定手段と、この判定手段が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ駆動制御部に対して、前記モータのリラクタンストルクが増大するように、ロータの位相に対する最大電流を流すタイミングを変更させる減磁対応タイミング変更手段とを設けたため、モータの永久磁石の減磁が生じた場合に、モータ駆動力の低下を抑えることができる。

この発明の電気自動車は、この発明のモータ制御装置を装備したものであるため、モータの永久磁石の減磁が生じた場合に、モータ駆動力の低下を抑えて、保守が可能な位置への走行を自力で行うことでができるという効果が得られる。

この発明の一実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車のインバータ装置の概念構成のブロック図である。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図３のIV-IV 線断面となるモータ部分の断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面となる減速機部分の断面図である。 図５の部分拡大断面図である。 制御対象となるモータのリラクタンストルクの作用説明図である。 同モータのマグネットトルクおよびリラクタンストルクと電流位相の関係を示す説明図である。 ロータの位相が零の状態を示す同モータの展開図である。 ロータの位相が４０°の状態を示す同モータの展開図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には電動式等のブレーキ９，１０が設けられている。

左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。

図３に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図３）の回転出力軸７４とを同軸上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。

外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。

内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。

モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型の埋込磁石型同期モータ（すなわちＩＰＭモータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。

図４は、モータの断面図（図３のIV-IV 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、積層珪素鋼板等の軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面Ｖ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の突極となる前記各ティース７７ａに巻回されている。

図３に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部２９のモータ駆動制御部３３（図２）によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。

減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図５のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。

モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。

前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。

図６に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。

図３において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。

図１において、制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とで、モータ制御装置２０が構成される。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。

ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示装置２７に表示を行う機能などを有する。表示装置２７は、液晶表示装置等の画像を表示可能なものである。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。

インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とで構成される。モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。

図２は、インバータ装置２２の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、磁極位置に応じた制御、例えばベクトル制御を行う。

この実施形態では、上記構成のモータコントロール部２９に、次の磁力推定手段３８、判定手段３９、減磁対応タイミング変更手段４０、減磁対応モータ駆動制限手段４３、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。なお、磁力推定手段３８、判定手段３９、減磁対応タイミング変更手段４０、および減磁対応モータ駆動制限手段４３は、ＥＣＵ２１に設けてもよい。

磁力推定手段３８は、前記モータ６のモータ回転数の回転角を検出する角度センサ３６、モータ電圧を検出する電圧センサ３５、およびモータ電流を検出する電流センサ３７の内の少なくとも２つの検出信号出力、すなわちモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータの永久磁石の磁力を推定する手段である。

同期型のモータ６では、ロータの永久磁石の回転によりステータコイル７８に起電力を発生し、この起電力は、永久磁石８０の磁力、つまり磁束密度が高いほど大きくなる。そのため、モータ回転数とモータ電圧を比較すると、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力はモータ電流にも影響するため、モータ回転数とモータ電流の比較によっても、永久磁石の磁力が分かる。永久磁石の磁力は、モータ電圧の波形とモータ電流の波形の関係にも現れ、その比較によって永久磁石の磁力が分かる。
前記磁力推定手段３８は、このようなモータ回転数、モータ電圧、モータ電流の関係を定めた適宜の規則を設けておくことで、モータ電流、モータ電圧、およびモータ回転数の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石７０の磁力を推定する。この推定した永久磁石８０の磁力の出力は、磁束密度等の磁力を示す単位でなくても良く、例えば、適宜定めた磁力の段階のどの段階に属するかの値等であっても良い。
なお、磁力推定手段３８は、永久磁石８０の磁力の推定につき、上記のモータ回転数とモータ電圧の比較、モータ回転数とモータ電流の比較、およびモータ電圧の波形とモータ電流の波形の比較のいずれを行って磁力の推定を行うものであっても良い。

判定手段３９は、磁力推定手段３８で推定された磁力を設定許容範囲と比較してモータロータ７５の減磁か否かを判定する手段である。前記設定許容範囲は、モータ６の仕様等に応じて適宜設定すれば良い。前記設定許容範囲は、例えば一つの閾値以上の範囲として設定しても良い。磁力推定手段３８は、減磁か否かの２値の出力を行うものであっても、また、減磁と判定した場合に、その減磁の程度を段階的または連続的な値で判定の出力が可能なものとしても良い。

減磁対応タイミング変更手段４０は、判定手段３９が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ６のリラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更する手段である。この最大電流を流すタイミングの変更は、例えば電流波形（サイン波等）を変えずに位相を変更するようにしても良く、また電流波形を変えることで、最大電流を流すタイミングが変更されるようにてしも良い。なお、前記判定手段３９が減磁の程度を判定可能である場合に、減磁対応タイミング変更手段４０は、判定手段３９の出力する減磁の程度に応じて、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングの変更程度を変えるものとしても良い。

減磁対応モータ駆動制限手段４０は、判定手段３９が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、前記インバータ装置２２の出力に制限を与える手段である。減磁対応モータ駆動制限手段４０によるインバータ装置２２の出力の制限は、例えば、モータ駆動制御部３３またはＰＷＭドライバ３２の出力となる駆動指令となるトルクや電流値の出力を下げる処理であっても、また出力を停止させる処理であっても良い。また、インバータ３１の出力を遮断するものであっても良い。なお、駆動停止の場合は、モータ６を回転自在とすることが好ましい。

異常報告手段４１は、磁力推定手段３８で推定された磁力が前記判定手段３９により、減磁と判定されたときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力され異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。判定手段３９がＥＣＵ２１に設けられた場合は、判定手段３９により減磁と判定された旨の判定結果を受けて、前記異常を知らせる表示を行わせる。この表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。

上記構成による磁力推定およびその推定結果に応じた減磁対応動作につき説明する。磁力推定手段３８は、常時、前記各センサ３５，３６，３７の出力（これらセンサ３５，３６，３７のうちの２つの出力）から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定する。判定手段３９は、この推定結果を監視し、磁力推定手段３８で推定された磁力を設定許容範囲と比較し、設定許容範囲から外れるときは減磁と判定する。設定許容範囲外である場合に、減磁の程度まで判定しても良い。

判定手段３９が減磁と判定した場合、減磁対応タイミング変更手段４０は、モータ６のリラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更する指令を、モータ駆動制御部３３に与える。このタイミング変更につき説明する。

同期モータでは、ステータコイル７８に交流電流を流して回転磁界を作り、ロータ７を駆動する。この場合に、埋込磁石型同期モータでは、マグネットトルクとリラクタンストルクとが発生し、２種類のトルクで回転する。マグネットトルクは、ロータ７４側の永久磁石８０とステータ７３ｍの相互作用で発生するトルクである。リラクタンストルクは、図７のように、ロータ７４側のコア部７９とステータ７３ｍの間の磁気吸引力Ｆ（図７）に起因するトルクである。

図８において、マグネットトルクＴｍは電流に比例し、図８のように回転磁界とロータ永久磁石８０間の位相θが零のときに最大となる。一方、リラクタンストルクＴｒは、電流の２乗に比例し、上記位相θが４５°で最大となる。そのため、この実施形態の埋込磁石型同期モータでは、常時は、両トルクＴｍ，Ｔｒの和（Ｔｍ＋Ｔｒ）が最大となる電流印加条件で駆動する。例えば、両トルクの和Ｔｍ＋Ｔｒが位相θ（例えば４０°）のときに最大になるとすれば、この位相θｅ（４０°）で最大電流を流すように、モータ駆動制御部３３（図２）による制御がなされる。すなわち、サイン波形等の交流電流の振幅が最大となる位置が前記位相θとなるように電流制御される。

図９は上記位相θが零度となるロータ回転位置を示す。図１０は上記位相θが４０°となるロータ回転位置を示す。なお、図９，１０は、ステータ７３およびロータ７５の対向部分を直線状に展開した模式図である。

減磁対応タイミング変更手段４０は、常時は上記のようにトルク和Ｔｍ＋Ｔｒが最大となるように電流位相の制御がなされていたところを、判定手段３９が減磁と判定した場合、リラクタンストルクＴｒが増大するように、最大電流を流すタイミング（位相θ）を変更する。この変更は、リラクタンストルクＴｒが最大となる位相θに近づける変更であり、例えば、常時は４０°であったところを、４５°にΔθ（＝５°）だけ進めるように変更する。なお、必ずしもリラクタンストルクＴｒが最大となるように変更しなくても良く、リラクタンストルクＴｒが増大するように変更すれば良い。

このように、減磁と判定された場合に、モータ６のリラクタンストルクが増大するように、ロータ７５の位相に対する最大電流を流すタイミングを変更する。そのため、リラクタンスモータとして機能し、減磁の影響を抑えてモータ駆動力の低下をできるだけ抑えることができる。このため、減磁が生じた場合に、修理工場や処置が可能な場所まで車両を移動させるにつき、自力で走行させることができる。

また、判定手段３９が減磁と判定したときは、減磁対応モータ駆動制限手段４０がインバータ装置２２の出力に、駆動電流を低下させる等の制限を与える。これにより、例えばモータ６が高温状態になっているときに、モータ６の出力低下の処置を行うことで、現在以上に高温になることを回避し、モータ６の磁石がさらに劣化することを未然に防止できる。前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである場合、永久磁石８０の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。しかし、モータ６の出力低下や停止の処置を行い、永久磁石８０がさらに劣化することを未然に防止することで、モータ６の駆動不能を回避し、修理工場や、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。
なお、判定手段３９の設定許容範囲は、減磁対応タイミング変更手段４０によりタイミング変更させる場合と減磁対応モータ駆動制限手段４０で駆動制限する場合とで異なる範囲とし、それぞれの設定許容範囲に対して判定出力を行うようにしても良い。

判定手段３９が減磁と判定したときは、さらに、異常報告手段４１がＥＣＵ２１に異常の報告を行う。その異常の報告により、ＥＣＵ２１による車両全般の適切な統括制御が行える。また、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行う。そのため、電気自動車の走行性が悪い場合に、その原因が減磁であることが、運転者に分かり、適切な処置を早期に採ることができる。

この実施形態では、モータ６がインホイールモータ駆動装置８を構成するものであるたは、コンパクト化が図られる結果、モータ６に高速回転仕様のものが用いられ、減速機７に１／４以上の高減速比（より具体的には１／１０以上の高減速比）が得られるサイクロイド減速機が用いられる。モータ６が高速回転すると、渦電流損鉄が大きく、渦電流損失による発熱が高くなる。これにより、モータ６の永久磁石８０が高温となり易く、高温による永久磁石の減磁が生じ易い。そのため、この実施形態における、磁力推定手段３８や判定手段３９、減磁対応タイミング変更手段４０等を設けることによる効果が、より一層効果的となる。

１…車体
２，３…車輪
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
９，１０…電動式のブレーキ
１１…転舵機構
１２…操舵機構
２０…モータ制御装置
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４…回転センサ
２７…表示装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３５…電流センサ
３６…角度センサ
３７…電圧センサ
３８…磁力推定手段
３９…判定手段
４０…減磁対応タイミング変更手段
４１…異常報告手段
４２…異常表示手段
４３…減磁対応モータ駆動制御手段
７３…ステータ
７３ｍ…ステータ側の磁石部
７５…ロータ
７７ａ…ティース

Claims (11)

1. 車輪を駆動するモータである埋込磁石型同期モータに対してロータの磁極位置に応じた制御を行うモータ駆動制御部を備えた電気自動車のモータ制御装置において、
   前記のモータのモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つをそれぞれ検出する複数のセンサと、これらのセンサ出力であるモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータのロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段と、この磁力推定手段で推定された磁力を、減磁が生じていない範囲として定めた設定許容範囲内であるか否かを判定する判定手段と、この判定手段が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ駆動制御部に対し、前記モータのリラクタンストルクが増大するように、ロータの位相に対する最大電流を流すタイミングを変更させる減磁対応タイミング変更手段とを設けたことを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。
2. 請求項１において、前記判定手段が設定許容範囲外と判定した場合に、前記モータ駆動制御部のモータ駆動出力を制限する減磁対応モータ駆動制限手段を設けた電気自動車のモータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記モータ制御装置は、車両全般を統括制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とで構成され、前記磁力推定手段、前記判定手段、および前記減磁対応タイミング変更手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車のモータ制御装置。
4. 請求項３において、前記インバータ装置に、前記判定手段が設定許容範囲外と判定したときに、前記ＥＣＵに減磁が発生した情報を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車のモータ制御装置。
5. 請求項１または請求項２において、前記モータ制御装置は、車両全般を統括制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とで構成され、前記磁力推定手段および前記判定手段を前記ＥＣＵに設けた電気自動車のモータ制御装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれか１項において、前記判定手段が設定許容範囲外と判定したときに、運転席の表示装置に、異常を知らせる表示を行わせる異常表示手段を前記ＥＣＵに設けた電気自動車のモータ制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータが、ネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである電気自動車のモータ制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータは、電気自動車の車輪を個別に駆動するモータである電気自動車のモータ制御装置。
9. 請求項８において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ装置を構成する電気自動車のモータ制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、この減速機は、１／４以上の高減速比を有するサイクロイド減速機である電気自動車のモータ制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電気自動車のモータ制御装置を備えた電気自動車。

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