JP2013110903A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の運転を急激に妨げることなく、モータを温度管理し、適切な対処が迅速に行えるモータの制御装置を提供する。
【解決手段】 モータ６のモータコイルに、このモータコイルの温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設ける。温度センサＳａで検出される温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定され、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限するモータ電流制限手段９５を設けた。
【選択図】 図２

Description

この発明は、モータの制御装置に関し、バッテリ駆動、燃料電池駆動、エンジン併用のハイブリッド車等の電気自動車における車輪を駆動するモータの制御装置に関する。

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、高効率性能を有するネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。
また、従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、および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１）。

特開２００８−１６８７９０号公報

電気自動車は、例えば、常時車両の走行条件が変わり、モータ回転数もモータコイルに流れる電流も大幅に変化する。特に、インホイール型の電気自動車では、サスペンションのばねよりも下側、つまりばね下にモータが配設されるため、常時加振状態にあるなどモータとしては過酷な環境下にある。このような劣悪な環境下で坂道等において連続して高トルク発生状態で運転した場合、モータ温度が上昇し、モータコイルの絶縁性能を劣化させる可能性も高い。

モータ温度を低減させるため、モータを水冷により冷却することが考えられる。しかし、前記のようにモータがばね下に配設されるため、冷却用の複数の管路を設けることが困難であるうえ、全体構造が複雑化し、製造コストが高くなる等の問題がある。このため、モータはなるべく空冷により冷却することが望ましい。いずれにしても、モータコイルの絶縁性能の劣化を防止するため、モータを温度管理することは、車両の安全走行運転のためには重要となる。
上記のように、インホイールモータ駆動装置において、モータ温度を測定して過負荷を監視し、モータの駆動電流を駆動制限する場合、車両の運転が急激に妨げられるおそれがある。

この発明の目的は、車両の運転を急激に妨げることなく、モータを温度管理し、適切な対処が迅速に行えるモータの制御装置を提供することである。

この発明のモータの制御装置は、車輪２を駆動するモータ６を有する電気自動車の前記モータ６を制御する制御装置Ｕ１であって、前記モータ６のモータコイル７８に、このモータコイル７８の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設け、この温度センサＳａで検出される温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定され、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限するモータ電流制限手段９５を設けたことを特徴とする。なお、この発明における「電気自動車」は、エンジン併用のハイブリッド車も含む。

この構成によると、温度センサＳａは、モータ６のモータコイル７８の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、モータコイル７８の温度Ｔｃが上昇する。温度センサＳａによるモータコイル７８の温度検出は、応答性が悪いことから、温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定される。つまり、検出される温度Ｔｃが比較的低温のときは、電流制限条件を緩和し、検出される温度Ｔｃが高温になる程、電流制限条件を強く規制する。モータ電流制限手段９５は、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限する。このように、モータ６の電流値を制限することで、モータ６を木目細かく温度管理することができ、モータコイル７８の絶縁性能の劣化を防止することができる。これにより、車両の運転が急激に妨げられることを回避することができる。

前記モータ電流制限手段９５は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが正のとき、区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更するものとしても良い。このように区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更することで、モータ６を木目細かく温度管理することができる。例えば、検出される温度Ｔｃが比較的低温のときは、温度Ｔｃが変化する度合いが急峻であったとしても、モータコイル７８の絶縁性能は直ぐに劣化しないため、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を緩和する。逆に、検出される温度Ｔｃが高温になる程、温度Ｔｃが変化する度合いが緩やかであっても、モータコイル７８の絶縁性能の劣化に繋がる。したがって、区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更し、モータ６を温度管理することで、モータコイル７８の絶縁性能の劣化を防止することができる。

前記モータ電流制限手段９５は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を、検出される温度Ｔｃの含まれる各温度領域毎に低温側から高温側に向けて小さくなるように設定しても良い。このようにモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔを設定することで、モータ６を容易に且つ精度良く温度管理することができる。すなわち、モータコイル温度Ｔｃが低いときには、モータコイルの絶縁性能が直ぐに劣化し難いため、温度検出の応答性が悪い場合であっても温度Ｔｃが急峻に上昇することを許容できる。モータコイル温度Ｔｃが高いときには、モータコイルの絶縁性能の劣化が起き易いため、温度Ｔｃが急激に上昇しないように強く規制する。各閾値で区分される温度領域をより細かく区分し、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を高温側に向けて直線的に減少させることも可能である。この場合、モータ６の温度管理をさらに木目細かく行うことができる。

前記モータ電流制限手段９５は、モータ６の電流値を制御することにより、前記ｄＴｃ／ｄｔを制限するようにしても良い。あるモータコイル温度Ｔｃのとき、モータ電流制限手段９５がモータ６の電流値を低減する制御を行うと、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔは一定または低下する傾向を示す。このようなｄＴｃ／ｄｔの傾向が認識されたとき、つまりモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、モータ電流を低減する制御を解除するので、モータ６の急激な駆動制限が防止される。
モータ電流制限手段９５の制御解除によって、モータコイル温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、検出される温度Ｔｃが、この温度Ｔｃの含まれる温度領域における閾値以上であり、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが、検出される前記温度Ｔｃの含まれる温度領域の上限値を超えれば、再度モータ６の電流値を低減する制御を行う。そのため、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが０以下になったときに、モータ電流を低減する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。

前記モータ電流制限手段９５は、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが各閾値を超えるか否かを判定する判定部３９を有し、検出される温度Ｔｃが複数の閾値のうち定められた閾値を超えたと判定部で判定されたとき、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１にモータ６の異常報告を出力する異常報告手段４１を設けても良い。この場合、ＥＣＵ２１にモータ６の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。場合によっては、モータ電流制限手段９５がＥＣＵ２１内に有するものであっても良い。

前記モータ６は、前記電気自動車の車輪２を個別に駆動するモータ６であっても良い。
前記モータ６の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を構成するものであっても良い。
前記インホイールモータ駆動装置８は、前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。特に、モータコイル７８の温度を検出し、検出される温度Ｔｃの含まれる温度領域の電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限するため、モータ６を木目細かく温度管理することができ、モータコイル７８の絶縁性能の劣化を防止することができる。

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サイクロイド減速機であっても良い。
減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／４以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。

この発明のモータの制御装置は、車輪を駆動するモータを有する電気自動車の前記モータを制御する制御装置であって、前記モータのモータコイルに、このモータコイルの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定され、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータの電流値を制限するモータ電流制限手段を設けたため、車両の運転を急激に妨げることなく、モータを温度管理し、適切な対処が迅速に行える。

この発明の第１の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。 同電気自動車の駆動モータの制御装置等の概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車の制御系のブロック図である。 （Ａ）は、モータコイル温度と、ｄＴｃ／ｄｔの上限値との関係を示す図、（Ｂ）は、各閾値で区分される温度領域をより細かく区分した場合のモータコイル温度と、ｄＴｃ／ｄｔの上限値との関係を示す図である。 同電気自動車のモータのモータコイルの温度と時間との関係を示す図である。 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６のVII-VII 線断面となるモータ部分の断面図である。 図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の断面図である。 図８の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図９と共に説明する。この実施形態に係るモータの制御装置は、電気自動車に搭載されている。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。

制御系を説明する。図１に示すように、制御装置Ｕ１は、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とを有する。前記ＥＣＵ２１と、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、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。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、アエバッグ等であり、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ール部２９とで構成される。モータコントール部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。モータコントール部２９は、このモータコントール部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、この電気自動車の駆動モータの制御装置等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。モータ６は３相の同期モータ等からなる。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、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ール部２９に、次のモータ電流制限手段９５、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。また、モータ６のモータコイル７８（図６）に、このモータコイル７８の温度Ｔｃを検出する温度センサＳａを設けている。

図２に示すように、モータ電流制限手段９５は、モータ６の電流値を制限するものであり、後述する判定部３９と、電流制御部４０とを有する。図４（Ａ）に示すように、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃに対し複数の閾値（この例ではＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４）が設定され、各閾値Ｔ_１〜Ｔ_４で区分される温度領域Ａｒ１〜Ａｒ４毎に、互いに異なる電流制限条件が設定されている。モータ電流制限手段９５の電流制御部４０は、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域Ａｒ１〜Ａｒ４の前記電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限する。この例の前記電流制限条件は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔに上限値（許容上限）を設けることである。電流制限条件として、区分される温度領域Ａｒ１〜Ａｒ４毎に、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限が設定されている。温度センサＳａで検出された検出値は、アンプＡｐで増幅される。電流制御部４０によるモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの制限は、前記アンプＡｐから入力される値によりｄＴｃ／ｄｔを常時監視することで行える。

具体的には、Ｔ_１以下の温度Ｔｃが検出された段階では、閾値は低温側の閾値Ｔ_１が設定される。この検出された前記温度Ｔｃの含まれる温度領域Ａｒ１における、ｄＴｃ／ｄｔの上限値が設定されている。Ｔ_１より大きくＴ_２以下の温度Ｔｃが検出された段階では、閾値Ｔ_１よりも大きく閾値Ｔ_３よりも小さい閾値Ｔ_２が設定される。この検出された前記温度Ｔｃの含まれる温度領域Ａｒ２における、ｄＴｃ／ｄｔの上限値は、温度領域Ａｒ１のｄＴｃ／ｄｔの上限値よりも小さく設定されている。このようにモータ電流制限手段９５は、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが正のとき、区分される温度領域Ａｒ１〜Ａｒ４に応じて、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更するものとしている。

図４（Ａ）の例では、モータ電流制限手段９５は、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの上限値を、検出される温度Ｔｃの含まれる各温度領域Ａｒ１〜Ａｒ４毎に低温側から高温側に向けて、段階的に小さくなるように設定している。なお、図４（Ｂ）に示すように、各閾値で区分される温度領域をより細かく区分し、同図の曲線Ｌ１で示すように、ｄＴｃ／ｄｔの上限値を凸となる二次関数曲線状に高温側に向けて減少させても良いし、曲線Ｌ２で示すように、ｄＴｃ／ｄｔの上限値を凹となる二次関数曲線状に減少させても良い。また、直線Ｌ３で示すように、ｄＴｃ／ｄｔの上限値を高温側に向けて直線状に減少させても良い。これらの場合、モータ６の温度管理を図４（Ａ）の場合よりもさらに木目細かく行うことができる。実線の曲線Ｌ１のようにｄＴｃ／ｄｔの上限値を設定すると、高温側の温度Ｔｃに至るまではモータコイル温度Ｔｃが急峻に上昇することを許容し易くできるため、電流制御部４０は、運転に支障がない電流制御を行うことが容易になる。

前記温度センサＳａとして例えばサーミスタが使用される。このサーミスタを、モータコイル７８に接触固定することで、モータコイル７８の温度Ｔｃを検出し得る。この例では、図２および図３に示すように、サーミスタで検出された検出値はアンプＡｐで増幅され、この増幅値が判定部３９にて判定される。
判定部３９は、温度センサＳａで検出される温度Ｔｃが、この検出される温度Ｔｃの含まれる温度領域で定められた各閾値Ｔ_１〜Ｔ_４を超えるか否かを常時判定する。これと共に、判定部３９は、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが、検出される温度Ｔｃの含まれる温度領域の上限値を超えたか否かも常時判定する。前記各閾値Ｔ_１〜Ｔ_４は、例えば、実験、シミュレーション等により、モータコイルに絶縁性能の劣化を生じさせる、モータコイル７８の温度および時間の関係に基づいて適宜に求められる。モータコイル７８に絶縁が生じたか否かは、モータ６に印加するモータ印加電圧に対するモータ電流値を、絶縁が生じていない基準値と比較することで判断し得る。なおモータ印加電圧は、電流検出手段３５の後段等に設けられる図示外の電圧センサにより得られ、モータ電流値は、電流検出手段３５により得られる。求められた閾値は、テーブルとして図示外の記憶手段に書換え可能に記憶されている。

図２、図３に示すように、検出されるモータコイル７８の温度Ｔｃが、検出される温度Ｔｃの含まれる温度領域で定められた各閾値を超えたと判定部３９で判定され、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが、検出される温度Ｔｃの含まれる温度領域の上限値を超えたと判定されたとき、電流制御部４０は、モータ６の電流値を低減するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。モータ電流の低減は、現在の電流に対して定められた割合（例えば、９０％）で低下させても良いし、また定められた値に低下させても良い。これにより、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔは一定または低下する傾向を示す。

このようなｄＴｃ／ｄｔの傾向が認識されたとき、つまりモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、モータ電流を低減する制御を解除する。このため、モータ６の急激な駆動制限が防止される。ｄＴｃ／ｄｔが０以下になるとは、任意の微小時間における温度Ｔｃの傾きが０以下になることと同義である。モータコイル７８の温度は、急には下がらず、温度がある程度下がるまでモータ電流を低減すると、モータ６の急激な駆動制限によって車両の運転が妨げられることがあるが、上記のように温度低下の兆候をとらえて電流制限を解除することで、モータ６の急減な駆動制限による問題が回避される。

モータ電流制限手段９５の制御解除によって、モータコイル７８の温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、温度Ｔｃがその温度領域で定められた閾値以上の温度であり、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが、検出される前記温度Ｔｃの含まれる温度領域の上限値を超えれば、電流制御部４０は、再度モータ６の電流値を低減する制御を行う。そのため、温度上昇率が０以下になったときに、モータ電流を低減する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。具体的に、図５（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれこの電気自動車のモータ６のモータコイル７８の温度Ｔｃと時間ｔとの関係を示す図である。

図５（Ａ）では、モータコイル７８の温度Ｔｃが上昇し時間ｔ１のとき、判定部３９は、モータコイル７８の温度Ｔｃが閾値Ｔ_１を超え、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが上限値 を超えたと判定する。電流制御部４０は、この判定結果を受けて、モータ６の電流値を低減するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。モータ駆動制御部３３は、電流制御部４０から与えられる指令に従い、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。パワー回路部２８は、モータ６へ供給する電流を低減させる。

時間ｔ２においてｄＴｃ／ｄｔが「０」（温度Ｔｃが一定）となることで、電流制御部４０は、モータ６の電流値を低減させる制御を解除する。この図５（Ａ）の例では、時間ｔ２以後ｄＴｃ／ｄｔがマイナス（温度Ｔｃが低下）となるため、モータ温度Ｔｃが閾値Ｔ_１以上であっても、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく電流制御部４０は、モータ電流を低減する制御の解除を続行する。

図５（Ｂ）の例では、時間ｔ１のとき、電流制御部４０は、判定部３９による判定結果を受けて、モータ６の電流値を低減するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。時間ｔ２以後、モータ電流制限手段９５の制御解除によって、モータコイル７８の温度Ｔｃが再度上昇し時間ｔ３のとき、判定部３９は、モータコイル７８の温度Ｔｃが閾値Ｔ_２を超え、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが上限値を超えたと判定する。電流制御部４０は、この判定結果を受けて、前記と同様にモータ６の電流値を低減するように、モータ駆動制御部３３を介してパワー回路部２８に指令する。時間ｔ４においてｄＴｃ／ｄｔが「０」（温度Ｔｃが一定）となることで、電流制御部４０は、モータ６の電流値を低減させる制御を解除する。

この図５（Ｂ）の例では、時間ｔ４以後ｄＴｃ／ｄｔが「０」となるため、温度Ｔｃが閾値Ｔ_２を超えていても、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく電流制御部４０は、モータ６の電流値を低減させる制御の解除を続行する。なお、モータ電流制限手段９５の制御解除によって、モータコイル７８の温度Ｔｃが再度上昇し始めた場合、次の閾値Ｔ_３による判定、およびｄＴｃ／ｄｔによる判定結果に基づき、電流制御部４０は、モータ６の電流値を低減させる制御を行う。

図５（Ａ），（Ｂ）いずれの場合にも、モータ電流制限手段９５がモータ６の電流値を低減する制御を行うと、モータコイル温度Ｔｃの時間変化ｄＴｃ／ｄｔは一定または低下する傾向を示す。このようなｄＴｃ／ｄｔの傾向が認識されたとき、つまりモータコイル温度Ｔｃの時間変化ｄＴｃ／ｄｔが０以下になると、実際の温度Ｔｃが下がるのを待つことなく、モータ電流を低減する制御を解除するので、モータ６の急激な駆動制限が防止される。
モータ電流制限手段９５の制御解除によって、モータコイル温度Ｔｃが上がり始めても、そのときは、検出される温度Ｔｃが、この温度Ｔｃの含まれる温度領域における閾値以上であり、且つ、ｄＴｃ／ｄｔが、検出される前記温度Ｔｃの含まれる温度領域の上限値を超えれば、再度モータ６の電流値を低減する制御を行う。そのため、モータコイル温度Ｔｃの時間変化ｄＴｃ／ｄｔが０以下になったときに、モータ電流を低減する制御を解除しても過負荷の確実な防止が行える。

図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により温度Ｔｃが複数の閾値のうち定められた閾値（例えばＴ_２）を超えたと判定したときに、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から出力されたモータ６の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。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。

作用効果について説明する。
この構成によると、温度センサＳａは、モータコイル７８の温度Ｔｃを常時検出する。例えば、坂道等において連続して高トルク発生状態で電気自動車を運転した場合、モータコイル７８の温度Ｔｃが上昇する。温度センサＳａによるモータコイル７８の温度検出は、応答性が悪いことから、温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定される。つまり、検出される温度Ｔｃが比較的低温のときは、電流制限条件を緩和つまりｄＴｃ／ｄｔの上限値を高くし、検出される温度Ｔｃが高温になる程、電流制限条件を規制つまりｄＴｃ／ｄｔの上限値を規制する。モータ電流制限手段９５は、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータ６の電流値を制限する。このようにモータ６の電流値を制限することで、モータ６を木目細かく温度管理することができ、モータコイル７８の絶縁性能の劣化を防止することができる。これにより、車両の運転が急激に妨げられることを回避することができる。

モータ電流制限手段９５は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが正のとき、区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更するものとしている。このように区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更することで、モータ６を木目細かく温度管理することができる。例えば、検出される温度Ｔｃが比較的低温のときは、温度Ｔｃが変化する度合いが急峻であったとしても、モータコイル７８の絶縁性能は直ぐに劣化しないため、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を緩和する。逆に、検出される温度Ｔｃが高温になる程、温度Ｔｃが変化する度合いが緩やかであっても、モータコイル７８の絶縁性能の劣化に繋がる。したがって、区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更し、モータ６を温度管理することで、モータコイル７８の絶縁性能の劣化を防止することができる。また、ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を、検出される温度Ｔｃの含まれる各温度領域毎に低温側から高温側に向けて小さくなるように設定することで、モータ６を容易に温度管理することができる。

モータ電流制限手段９５を、インバータ装置２２のモータコントロール部２９に設け、モータ６に近い部位で検出温度の判定等を行えるため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。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。
ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２におけるモータ電流制限手段９５により、モータコイル７８の異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にモータ６の異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。

図６に一例を示すように、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６）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１／４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ＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）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７は、モータの断面図（図６のVII-VII 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、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ハ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の前記各ティース７７ａに巻回されている。

図６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、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３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８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９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６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。

インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。特に、モータコイル７８の温度を検出し、検出される温度Ｔｃに応じてモータの電流値を制限することで、モータを木目細かく温度管理することができ、モータコイルの絶縁性能の劣化を防止することができる。

インホイールモータ駆動装置８における減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／４以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、モータ６のモータコイル７８の絶縁劣化等の異常を早期に検知し、適切な対処が迅速に行える。

モータ６の電流を低減させる際、モータ電流を低減させる定められた割合は、例えば、経過時間毎にモータ電流値の全体の数％ずつ低減させるようにしても良いし、経過時間毎にモータ電流値を低減させる割合を暫時増やすようにしても良い。
図９に示すように、モータ電流制限手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。

２…車輪
４…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
２１…ＥＣＵ
３９…判定部
４０…電流制御部
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…モータ電流制限手段
Ｓａ…温度センサ
Ｕ１…制御装置

Claims (9)

1. 車輪を駆動するモータを有する電気自動車の前記モータを制御する制御装置であって、
   前記モータのモータコイルに、このモータコイルの温度Ｔｃを検出する温度センサを設け、この温度センサで検出される温度Ｔｃに対し複数の閾値が設定され、各閾値で区分される温度領域毎に、互いに異なる電流制限条件が設定され、検出される温度Ｔｃの含まれる前記温度領域の前記電流制限条件に応じてモータの電流値を制限するモータ電流制限手段を設けたことを特徴とするモータの制御装置。
2. 請求項１において、前記モータ電流制限手段は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔが正のとき、区分された各温度領域に応じて、モータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を変更するものとしたモータの制御装置。
3. 請求項２において、前記モータ電流制限手段は、温度Ｔｃを時間ｔで微分したモータコイル温度の時間変化ｄＴｃ／ｄｔの許容上限を、検出される温度Ｔｃの含まれる各温度領域毎に低温側から高温側に向けて小さくなるように設定したモータの制御装置。
4. 請求項２または請求項３において、前記モータ電流制限手段は、モータの電流値を制御することにより、前記ｄＴｃ／ｄｔを制限するモータの制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記モータ電流制限手段は、温度センサで検出される温度Ｔｃが各閾値を超えるか否かを判定する判定部を有し、検出される温度Ｔｃが複数の閾値のうち定められた閾値を超えたと判定部で判定されたとき、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵにモータの異常報告を出力する異常報告手段を設けたモータの制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータは、前記電気自動車の車輪を個別に駆動するモータであるモータの制御装置。
7. 請求項６において、前記モータの一部または全体が車輪内に配置されるインホイールモータ駆動装置を構成するモータの制御装置。
8. 請求項７において、前記インホイールモータ駆動装置は、前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むモータの制御装置。
9. 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モータの制御装置。

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