JP2022101435A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置１０は、大気圧を検出する大気圧センサ１１と、モータ６のコイル温度を検出するコイル温度センサ１２と、モータ６に印加された電圧を検出する電圧センサ１３と、を備え、大気圧センサ１１によって検出される大気圧とコイル温度センサ１２によって検出されるコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出し、コイル温度センサ１２によって検出されるコイル温度が設定されたコイル温度上限値を超えた場合にはモータ６の出力を制限し、電圧センサ１３によって検出された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合には、コイル温度上限値を低く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのコイルの絶縁被膜を保護する制御を行うモータ制御装置に関する。

モータは、例えば電動車両に設けられている。モータでは、印加された電圧が所定電圧（部分放電開始電圧）を超えるとコイルの絶縁被膜に部分放電が発生し、絶縁被膜の絶縁性能が劣化し、モータの耐久寿命が低下する。部分放電開始電圧は、大気圧とコイル温度とに依存する。そのため、例えば、電動車両が高地を走行する場合には、部分放電開始電圧が平地より低くなり、絶縁性能が劣化しやすい。

特許文献１には、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合には、昇圧コンバータによってモータに印加された電圧を低下させるモータ制御装置が開示されている。これにより、モータの絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータの耐久寿命の低下を回避している。

特開２０２０－０１８０６７号公報

しかし、電動車両に搭載されるモータによっては、昇圧コンバータを有さない場合もある。また、昇圧コンバータ、及び昇圧コンバータを構成する昇圧回路は高価であって部品コストが嵩む。

そこで、本発明は、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、大気圧を検出する大気圧検出部と、モータのコイル温度を検出するコイル温度検出部と、モータに印加された電圧を検出する電圧検出部と、を備え、大気圧検出部によって検出される大気圧とコイル温度検出部によって検出されるコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出し、コイル温度検出部によって検出されるコイル温度が設定されたコイル温度上限値を超えた場合にはモータの出力を制限し、電圧検出部によって検出された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合には、コイル温度上限値を低く設定することを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置において、モータは、並列に接続された複数のモータから構成され、コイル温度検出部は、複数のモータのコイルの温度をそれぞれ検出する複数のコイル温度検出部であって、大気圧検出部によって検出される大気圧と複数のコイル温度検出部によってそれぞれ検出される複数のコイル温度とに応じて複数の部分放電開始電圧を複数のモータ毎にそれぞれ算出し、電圧検出部によって検出された電圧が複数の部分放電開始電圧のそれぞれを超えた場合には、部分放電開始電圧を超えたモータのコイル温度上限値を低く設定することが好ましい。

本発明に係るモータ制御装置は、大気圧を検出する大気圧検出部と、モータのコイル温度を検出するコイル温度検出部と、モータに印加された電圧を検出する電圧検出部と、を備え、大気圧検出部によって検出される大気圧とコイル温度検出部によって検出されるコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出し、電圧検出部によって検出された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合には、モータに電力を供給する電池の上限充電率を低く設定することを特徴とする。

本発明のモータ制御装置によれば、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、コイル温度の上昇を抑制して部分放電開始電圧を上昇させることによって、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータの耐久寿命の低下を回避することができる。

また、本発明のモータ制御装置によれば、複数のモータを有する車両に設けられる場合であっても、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えたモータのみコイル温度の上昇を抑制して部分放電開始電圧を上昇させることによって、絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータの耐久寿命の低下を回避することができる。換言すれば、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えたモータ以外の出力を制限することがなく、必要以上に車両の出力が低下することを回避することができる。

本発明のモータ制御装置によれば、モータに印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、電池の上限充電率を低く設定してモータに印加される電圧を所定電圧以下とすることによって、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータの耐久寿命の低下を回避することができる。

実施形態の一例であるモータ制御装置が設けられる車両を示す模式図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 各コイル温度におけるモータの部分放電開始電圧と大気圧との相関を示すグラフである。 モータのコイル温度と出力との相関を示すグラフである。 モータのコイルの絶縁破壊曲線であり、各特性における印加電圧と印加電圧の回数との相関を示すグラフである。 絶縁被膜保護制御の流れを示すフローである。 実施形態の他の一例であるモータ制御装置が設けられる車両を示す模式図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の他の一例であるモータ制御装置が設けられる車両を示す模式図である。 モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 モータのコイルの絶縁破壊曲線であり、各特性における印加電圧と印加電圧の回数との相関を示すグラフである。 絶縁被膜保護制御の流れを示すフローである。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

図１を用いて実施形態の一例であるモータ制御装置１０が設けられる車両５について説明する。

図１に示すように、モータ制御装置１０（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、車両５に設けられる。本例の車両５は、電池７から供給される電力によってモータ６を駆動し、モータ６を動力として走行する電動車両である。なお、車両５は、例えばハイブリッド車両であってもよい。

モータ制御装置１０は、モータ６のコイルの絶縁被膜を保護する後述する絶縁被膜保護制御を行う制御装置である。モータ制御装置１０によれば、詳細は後述するが、モータ６に印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、コイル温度の上昇を抑制して部分放電開始電圧を上昇させることによって、絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。これにより、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。

モータ制御装置１０は、大気圧を検出する大気圧センサ１１と、モータ６のコイル温度を検出するコイル温度センサ１２と、モータ６に印加された電圧（以下、印加電圧）を検出する電圧センサ１３とを有する。

図２から図５を用いて、モータ制御装置１０の構成について説明する。

モータ制御装置１０は、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部を有し、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。

図２に示すように、モータ制御装置１０は、大気圧センサ１１、コイル温度センサ１２、電圧センサ１３等に接続されて、これらから送信される信号を受信する。また、モータ制御装置１０は、モータ６に接続され、これに信号を送信する。

モータ制御装置１０は、大気圧センサ１１によって検出された大気圧を取得する大気圧取得部１４と、コイル温度センサ１２によって検出されたモータ６のコイル温度を取得するコイル温度取得部１５と、部分放電開始電圧を算出する部分放電開始電圧算出部１６（以下、ＰＤＩＶ算出部１６）と、電圧センサ１３によって検出された印加電圧を取得する電圧取得部１７と、モータ６の電圧が部分放電開始電圧を超えた回数をカウントするカウント部１８と、コイル温度上限値を低く設定するコイル温度上限値低減部１９とを含む。

ＰＤＩＶ算出部１６は、上述したように大気圧とモータ６のコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出する機能を有する。部分放電開始電圧とは、モータ６に当該電圧以上の電圧が印加されるとコイルの絶縁被膜に部分放電が発生する電圧である。コイルの絶縁被膜に部分放電が発生すると、絶縁被膜の絶縁性能が劣化し、モータ６の耐久寿命が低下する。図３に示すように、部分放電開始電圧は、大気圧とモータ６のコイル温度とに応じて変化する。

カウント部１８は、上述したように印加電圧が部分放電開始電圧を超えた回数をカウントする機能を有する。なお、カウント部１８は、印加電圧が部分放電開始電圧を超えた時間の合計時間を算出してもよい。

コイル温度上限値低減部１９は、印加電圧が部分放電開始電圧を超えた回数が所定回数以上となった場合には、コイル温度上限値を低く設定する機能を有する。コイル温度上限値は、コイル温度が上昇するとコイル被膜を破壊し、モータ６のショート及び発熱等の原因となるため、コイル温度の許容上限を予め設定した値である。

図４に示すように、コイル温度とモータ６の出力との相関は、コイル温度が所定温度未満ではモータ６の出力上限値は一定であって、コイル温度が所定温度以上の場合にはモータ６の出力上限値を低減するように設定されている。換言すれば、コイル温度上限値低減部２９は、モータ６の出力上限値の低減を開始する所定温度を低く設定することになる。

モータ６の出力が出力上限値を超えた場合には、例えば、モータ６のトルクを制限する、又はモータ６に供給する電力の電流を制限する等の制御によってモータ６の出力を制限することが好ましい。

図５では、モータ６のコイルの絶縁破壊曲線において、印加電圧と印加電圧の回数との関係を示す。絶縁破壊曲線は、モータ６のコイルの絶縁被膜が破壊する限界の印加電圧及び印加電圧の回数との関係を示す曲線である。コイル温度上限値低減部１９によって、コイル温度上限値が低く設定された場合には、部分放電開始電圧が上昇するため、絶縁破壊曲線が緩和する（図５中のグラフでは上昇する）ことになる。

コイル温度上限値低減部１９によれば、出力上限値を低下させるコイル温度を低く設定し、コイル温度の上昇を抑制して部分放電開始電圧を上昇させている。これにより、変更前の部分放電開始電圧を超えた場合であっても、絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。その結果、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。

図６を用いて、モータ制御装置１０による絶縁被膜保護制御の流れについて説明する。

図６に示すように、ステップＳ１１において、大気圧取得部１４によって大気圧センサ１１にて検出された大気圧を取得する。ステップＳ１２において、コイル温度取得部１５によってコイル温度センサ１２にて取得されたモータ６のコイル温度を取得する。

ステップＳ１３において、ＰＤＩＶ算出部１６によってステップＳ１１において取得した大気圧と、ステップＳ１２において取得したコイル温度とから部分放電開始電圧を算出する。大気圧とコイル温度と部分放電開始電圧との相関は、予めモータ制御装置１０に記憶されている。

ステップＳ１４において、電圧取得部１７によって電圧センサ１３にて検出されたモータ６に印加される電圧を取得する。ステップＳ１５において、ステップＳ１４において取得した電圧が部分放電開始電圧を所定回数超えたかどうかを判定する。所定回数超えた場合には、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、コイル温度上限値低減部１９によってコイル温度上限値を低く設定する。換言すれば、モータ６の出力上限値の低減を開始するコイル温度を低く設定する。

図７を用いて、実施形態の他の一例であるモータ制御装置２０について説明する。

図７に示すように、モータ制御装置２０（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、車両５に設けられる。本例の車両５は、電池７から供給される電力によって複数（本例では３つ）のモータ６を駆動し、モータ６を動力として走行する電動車両である。なお、車両５は、例えばハイブリッド車両であってもよい。

モータ制御装置２０は、車両５に設けられた複数のモータ６を制御する装置である。モータ制御装置２０によれば、詳細は後述するが、モータ６に印加された電圧が部分放電開始電圧を超えたモータ６のみについてコイル温度の上昇を抑制して部分放電開始電圧を上昇させることによって、絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。換言すれば、モータ６に印加された電圧が部分放電開始電圧を超えたモータ６以外の出力を制限することがなく、必要以上に車両５の出力が低下することを回避することができる。

モータ制御装置２０は、大気圧を検出する大気圧センサ２１と、複数のモータ６のそれぞれのコイル温度を検出する複数のコイル温度センサ２２と、印加電圧を検出する電圧センサ２３とを有する。

図８を用いて、モータ制御装置２０の構成について説明する

モータ制御装置２０は、大気圧センサ２１によって検出された大気圧を取得する大気圧取得部２４と、コイル温度センサ２２によって取得されたモータ６のコイル温度を取得するコイル温度取得部２５と、部分放電開始電圧を算出する部分放電開始電圧算出部２６（以下、ＰＤＩＶ算出部２６）と、電圧センサ２３によって検出されたモータ６の印加電圧を取得する電圧取得部２７と、印加電圧が部分放電開始電圧を超えた回数をカウントするカウント部２８と、コイル温度上限値を低く設定するコイル温度上限値低減部２９とを含む。

ＰＤＩＶ算出部２６は、大気圧取得部２４によって取得された大気圧とコイル温度取得部２５によってそれぞれ検出される複数のコイル温度とに応じて複数の部分放電開始電圧を複数のモータ６毎にそれぞれ算出する。

コイル温度上限値低減部２９は、電圧取得部２７によって検出された電圧が複数の部分放電開始電圧を超える回数をそれぞれカウントし、回数が所定回数を超えたモータ６のコイル温度上限値を低く設定する。

その他のモータ制御装置２０の機能については、上述したモータ制御装置１０と同様であるため説明を省略する。

図９を用いて実施形態の他の一例であるモータ制御装置３０が設けられる車両５について説明する。

図９に示すように、モータ制御装置３０（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、車両５に設けられる。本例の車両５は、電池７から供給される電力によってモータ６を駆動し、モータ６を動力として走行する電動車両である。なお、車両５は、例えばハイブリッド車両であってもよい。

モータ制御装置３０は、モータ６のコイルの絶縁被膜を保護する後述する絶縁被膜保護制御を行う制御装置である。モータ制御装置３０によれば、詳細は後述するが、モータ６に印加された電圧が部分放電開始電圧を超えた場合であっても、電池７の上限充電率を低く設定してモータ６に印加される電圧を所定電圧以下とすることによって、絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。これにより、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。

モータ制御装置３０は、大気圧を検出する大気圧センサ３１と、モータ６のコイル温度を検出するコイル温度センサ３２と、モータ６に印加された電圧（以下、印加電圧）を検出する電圧センサ３３とを有する。

図１０及び図１１を用いて、モータ制御装置３０の構成について説明する。

モータ制御装置３０は、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部を有し、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。

図１０に示すように、モータ制御装置３０は、大気圧センサ３１、コイル温度センサ３２、電圧センサ３３等に接続されて、これらから送信される信号を受信する。また、モータ制御装置３０は、モータ６に接続され、これに信号を送信する。

モータ制御装置３０は、大気圧センサ３１によって検出された大気圧を取得する大気圧取得部３４と、コイル温度センサ３２によって検出されたモータ６のコイル温度を取得するコイル温度取得部３５と、部分放電開始電圧を算出する部分放電開始電圧算出部３６（以下、ＰＤＩＶ算出部３６）と、電圧センサ３３によって検出された印加電圧を取得する電圧取得部３７と、モータ６の電圧が部分放電開始電圧を超えた回数をカウントするカウント部３８と、電池７の上限充電率を低く設定する電池上限充電率低減部３９とを含む。

ＰＤＩＶ算出部３６は、上述したように大気圧とモータ６のコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出する。

カウント部３８は、上述したように印加電圧が部分放電開始電圧を超えた回数をカウントする。なお、カウント部３８は、印加電圧が部分放電開始電圧を超えた時間の合計時間を算出してもよい。

電池上限充電率低減部３９は、印加電圧が部分放電開始電圧を超えた回数が所定回数以上となった場合には、電池７の上限充電率を低く設定する。電池７の上限充電率は、電池７が完全充電された状態から放電した電気量を除いた残りの割合の上限率である。

具体的には、電池上限充電率低減部３９によって電池７の上限充電率を低く設定されることによって、例えば車両５が走行中であれば、回生エネルギーによる電池７への充電が所定充電率以下に制限される。また、充電設備にて電池７への充電が所定充電率以下に制限される。

図１１では、モータ６のコイルの絶縁破壊曲線において、印加電圧と印加電圧の回数との関係を示す。絶縁破壊曲線は、モータ６のコイルの絶縁被膜が破壊する限界の印加電圧及び印加電圧の回数との関係を示す曲線である。電池上限充電率低減部３９によって、電池７の上限充電率が低く設定された場合には、モータ６への印可電圧が所定電圧以下となるため、絶縁破壊曲線から遠ざかることになる。

電池上限充電率低減部３９によれば、電池７の上限充電率を低く設定して、モータ６に印加される電圧を所定電圧以下とすることによって、昇圧コンバータを用いずに絶縁被膜の絶縁性能の劣化を回避して、モータ６の耐久寿命の低下を回避することができる。

図１２を用いて、モータ制御装置３０による絶縁被膜保護制御の流れについて説明する。

図１２に示すように、ステップＳ３１において、大気圧取得部３４によって大気圧センサ３１にて検出された大気圧を取得する。ステップＳ３２において、コイル温度取得部３５によってコイル温度センサ３２にて取得されたモータ６のコイル温度を取得する。

ステップＳ３３において、ＰＤＩＶ算出部３６によってステップＳ３１において取得した大気圧と、ステップＳ３２において取得したコイル温度とから部分放電開始電圧を算出する。大気圧とコイル温度と部分放電開始電圧との相関は、予めモータ制御装置３０に記憶されている。

ステップＳ３４において、電圧取得部３７によって電圧センサ３３にて検出されたモータ６に印加される電圧を取得する。ステップＳ３５において、ステップＳ３４において取得した電圧が部分放電開始電圧を所定回数超えたかどうかを判定する。所定回数超えた場合には、ステップＳ３６に移行する。

ステップＳ３６において、電池上限充電率低減部３９によって電池７の上限充電率を低く設定する。換言すれば、モータ６に印加される電圧を所定電圧以下とする。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

５ 車両、６ モータ、７ 電池、１０ モータ制御装置、１１ 大気圧センサ、１２ コイル温度センサ、１３ 電圧センサ、１４ 大気圧取得部、１５ コイル温度取得部、１６ 部分放電開始電圧算出部（ＰＤＩＶ算出部）、１７ 電圧取得部、１８ カウント部、１９ コイル温度上限値低減部、２０ モータ制御装置、２１ 大気圧センサ、２２ コイル温度センサ、２３ 電圧センサ、２４ 大気圧取得部、２５ コイル温度取得部、２６ 部分放電開始電圧算出部（ＰＤＩＶ算出部）、２７ 電圧取得部、２８ カウント部、２９ コイル温度上限値低減部、３０ モータ制御装置、３１ 大気圧センサ、３２ コイル温度センサ、３３ 電圧センサ、３４ 大気圧取得部、３５ コイル温度取得部、３６ 部分放電開始電圧算出部（ＰＤＩＶ算出部）、３７ 電圧取得部、３８ カウント部、３９ 電池上限充電率低減部、

Claims (3)

1. 大気圧を検出する大気圧検出部と、
   モータのコイル温度を検出するコイル温度検出部と、
   前記モータに印加された電圧を検出する電圧検出部と、
   を備え、
   前記大気圧検出部によって検出される大気圧と前記コイル温度検出部によって検出されるコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出し、
   前記コイル温度検出部によって検出されるコイル温度が設定されたコイル温度上限値を超えた場合には前記モータの出力を制限し、
   前記電圧検出部によって検出された電圧が前記部分放電開始電圧を超えた場合には、前記コイル温度上限値を低く設定する、
   モータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   前記モータは、並列に接続された複数のモータから構成され、
   前記コイル温度検出部は、複数の前記モータのコイルの温度をそれぞれ検出する複数の前記コイル温度検出部であって、
   前記大気圧検出部によって検出される大気圧と複数の前記コイル温度検出部によってそれぞれ検出される複数のコイル温度とに応じて複数の前記部分放電開始電圧を複数の前記モータ毎にそれぞれ算出し、
   前記電圧検出部によって検出された電圧が複数の前記部分放電開始電圧のそれぞれを超えた場合には、前記部分放電開始電圧を超えた前記モータの前記コイル温度上限値を低く設定する、
   モータ制御装置。
3. 大気圧を検出する大気圧検出部と、
   モータのコイル温度を検出するコイル温度検出部と、
   前記モータに印加された電圧を検出する電圧検出部と、
   を備え、
   前記大気圧検出部によって検出される大気圧と前記コイル温度検出部によって検出されるコイル温度とに応じて部分放電開始電圧を算出し、
   前記電圧検出部によって検出された電圧が前記部分放電開始電圧を超えた場合には、前記モータに電力を供給する電池の上限充電率を低く設定する、
   モータ制御装置。
   

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