JP5790349B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本明細書は、電動車両に関する。

ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電動車両では、バッテリから供給される電力を利用して、モータによって車輪を回転駆動する。バッテリからの電力は、インバータ等に内蔵された昇圧回路によって昇圧されて、モータへ供給される。モータへ供給されるモータ電圧が高いほど、小さな電流でも大きな駆動力を実現することができる。しかしながら、モータ電圧が高過ぎると、モータの内部で部分放電を生じて、モータの劣化を招いてしまう。モータの内部で部分放電を生じないようにするためには、モータ電圧を部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ：Partial Discharge Inception Voltage）より低く設定する必要がある。

モータのＰＤＩＶは、モータの内部の気圧に応じて変化する。モータの内部の気圧が低くなるほどＰＤＩＶは低下し、低いモータ電圧でも部分放電を生じ易くなる。逆に、モータの内部の気圧が高いほどＰＤＩＶは上昇し、高いモータ電圧でも部分放電を生じ難くなる。

特許文献１，２には、大気圧センサによって大気圧を検出し、検出された大気圧に応じてモータ電圧を変更する技術が開示されている。これらの技術によれば、電動車両が高地を走行する場合など、大気圧が低い場合には、モータ電圧を低下させることで、モータの内部における部分放電の発生を抑制し、絶縁性を確保することができる。また、電動車両が低地を走行する場合など、大気圧が高い場合には、モータ電圧を上昇させることで、大きな駆動力を実現することができる。特許文献１，２の技術によれば、モータの内部における部分放電を防ぎつつ、可能な限り高いモータ電圧でモータを駆動することができる。

特開２００６−２８８１７０号公報 特開２０１０−１２４５９４号公報

特許文献１，２の技術は、モータケースに大気開放孔が設けられていて、モータの内部の気圧が大気圧とほぼ等しく保たれている場合には、極めて有用である。しかしながら、モータの内部の気圧が大気圧と相違する場合には、モータの絶縁性を適切に確保することが困難となる。

電動車両の前輪を駆動するフロントモータと、電動車両の後輪を駆動するリアモータを別個に搭載する形態においては、フロントモータは前輪の近傍に配置され、リアモータは後輪の近傍に配置される。この場合、フロントモータには大気開放孔が設けられるが、リアモータでは、異物の侵入や潤滑油の噴出しを防ぐために、大気開放孔が設けられない場合がある。このような場合に、上記のような大気圧に基づくモータ電圧の制御を行うと、フロントモータの絶縁性については適切に確保することが可能となるが、リアモータの絶縁性については適切に確保することができない。

モータのＰＤＩＶは、モータの温度によっても変化する。モータの温度が高くなるほどＰＤＩＶは低下し、低いモータ電圧でも部分放電を生じ易くなる。逆に、モータの温度が低くなるほどＰＤＩＶは上昇し、高いモータ電圧でも部分放電を生じ難くなる。このため、上記のリアモータのように、大気圧に基づくモータ電圧の制御では絶縁性を適切に確保できないモータについては、可能な限りモータの温度上昇を抑制することが重要となる。

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、内部の気圧が外部の気圧と略等しく保たれる第１モータと、内部の気圧が外部の気圧より低く保たれ得る第２モータを搭載した電動車両において、それぞれのモータの絶縁性を適切に確保することが可能な技術を提供する。

本明細書が開示する電動車両は、内部の気圧が外部の気圧と略等しく保たれる第１モータと、内部の気圧が外部の気圧より低く保たれ得る第２モータと、第１モータおよび第２モータのモータ電圧を制御するモータ電圧制御装置と、第１モータおよび第２モータの駆動力を制御する駆動力制御装置と、大気圧を検出する大気圧センサと、第２モータの温度を検出する第２モータ温度センサを備えている。その電動車両では、モータ電圧制御装置が、大気圧センサの検出値が大きいほど、モータ電圧が大きくなるように、モータ電圧を調整する。なお、「モータ電圧」とは、モータに供給する電圧の上限値を意味する。その電動車両では、駆動力制御装置が、第２モータ温度センサの検出値が大きいほど、第１モータの駆動力を上げ、第２モータの駆動力を下げるように、第１モータおよび第２モータの間の駆動力の分配率を調整する。第２モータは、その内部の圧力が常に外部の気圧よりも低く保たれる必要はない。典型的には、第１モータには、外部と繋がっている通気孔（大気開放ブリーサ）が設けられており、第２モータには、（例えば防塵のために、）外部と繋がる通気孔は設けられておらず、リリーフバルブ（モータ内圧が外部気圧よりも高くなった場合に内圧を開放するバルブ）が設けられている場合が想定される。

上記の電動車両では、第１モータの内部の気圧は外部の気圧と略等しく保たれている。従って、モータ電圧制御装置が大気圧センサの検出値に応じてモータ電圧を調整することで、第１モータの絶縁性を適切に確保しつつ、高いモータ電圧を供給することができる。

上記の電動車両では、第２モータについては、駆動力制御装置が第２モータ温度センサの検出値に応じて、第１モータと第２モータの間の駆動力の分配率を調整する。これによって、第２モータが高温となった場合に、第２モータにかかる負荷を低減し、第２モータの温度上昇を抑制することができる。第２モータの温度上昇を抑制することで、第２モータのＰＤＩＶの低下を防ぎ、第２モータの絶縁性を適切に確保することができる。

なお、第２モータにかかる負荷を低減する手法としては、第１モータと第２モータの間での駆動力の分配率を変更する以外にも、例えばインバータ等において第２モータの負荷率を制限する手法が考えられる。しかしながら、仮に第２モータが高温となった場合に第２モータの負荷率を制限すると、電動車両の全体での駆動力が低下することとなる。使用者が同じアクセル開度で電動車両を操作した場合でも、低い駆動力しか実現することができなくなってしまい、ドライバビリティを損なってしまう。これに対して、上記の電動車両では、第２モータが高温となると、第２モータの駆動力を下げて、第１モータの駆動力を上げる。この場合、電動車両の全体での駆動力は低下しない。従って、使用者が同じアクセル開度で電動車両を操作すれば、同じ駆動力を実現することができ、ドライバビリティを損なうことがない。

本明細書が開示する技術によれば、内部の気圧が外部の気圧と略等しく保たれる第１モータと、内部の気圧が外部の気圧より低く保たれ得る第２モータを搭載した電動車両において、それぞれのモータの絶縁性を適切に確保することができる。

実施例の電動車両１０の構成を模式的に示す図である。 モータ温度と、モータの内部の気圧と、モータのＰＤＩＶの関係を示す図である。 実施例の電動車両１０におけるリアモータ２０の温度とリアモータ２０の駆動力分配率の関係を示す図である。

図１は本実施例の電動車両１０の構成を示している。本実施例の電動車両１０は、エンジン１２と、ジェネレータ１４と、フロントモータ１６と、フロント側動力伝達機構１８と、リアモータ２０と、リア側動力伝達機構２２と、バッテリ２４と、インバータ２６と、コントローラ２８と、大気圧センサ３０と、リアモータ温度センサ３２を備えている。本実施例の電動車両１０は、エンジン１２と、フロントモータ１６と、リアモータ２０を動力源とするハイブリッド自動車である。

電動車両１０は、バッテリ２４を利用して走行することができる。この場合、バッテリ２４の電力は、インバータ２６を経由して、フロントモータ１６とリアモータ２０へ供給される。フロントモータ１６で発生した駆動力は、フロント側動力伝達機構１８を介して前輪１０ａの回転駆動に用いられる。リアモータ２０で発生した駆動力は、リア側動力伝達機構２２を介して後輪１０ｂの回転駆動に用いられる。

電動車両１０は、エンジン１２とバッテリ２４を併用して走行することもできる。エンジン１２を動作させる場合、エンジン１２で発生する駆動力の一部はフロント側動力伝達機構１８を介して前輪１０ａの回転駆動に用いられ、残りはジェネレータ１４での発電に用いられる。ジェネレータ１４で発電された電力は、インバータ２６を介してバッテリ２４へ送られてバッテリ２４の充電に用いられることもあるし、インバータ２６を介してフロントモータ１６へ送られて、フロントモータ１６による前輪１０ａの回転駆動に追加的に用いられることもある。

また、電動車両１０では、減速時にフロントモータ１６およびリアモータ２０により回生発電して、発電した電力をインバータ２６を介してバッテリ２４に送り、バッテリ２４の充電を行うこともできる。なお、電動車両１０は、モータへ電力を供給するバッテリ２４の他に、電子機器やルームランプなど比較的に小電力の電気デバイスに電力を供給するサブバッテリを備えることもある。そのような場合、ジェネレータ１４で発電された電力、あるいは回生により発電された電力は、サブバッテリの充電に用いられることもある。

エンジン１２、ジェネレータ１４、フロントモータ１６およびフロント側動力伝達機構１８は、前輪１０ａの近傍に配置されている。リアモータ２０とリア側動力伝達機構２２は、後輪１０ｂの近傍に配置されている。

ジェネレータ１４およびフロントモータ１６には、大気開放孔１４ａ、１６ａがそれぞれ設けられている。大気開放孔１４ａ、１６ａによって、ジェネレータ１４およびフロントモータ１６の内部の気圧は、外部の気圧とほぼ等しく保たれている。なお、実際の電動車両１０では、ジェネレータ１４、フロントモータ１６およびフロント側動力伝達機構１８は、一体的なケーシングの中に収容されているので、大気開放孔１４ａ、１６ａは何れか一方のみが設けられていればよい。

リアモータ２０には、リリーフバルブ２０ａが設けられている。リリーフバルブ２０ａは、リアモータ２０の内部の気圧が外部の気圧より高い場合に開弁し、内部の気圧と外部の気圧を均衡させる。しかしながら、リアモータ２０の内部の気圧が外部の気圧より低い場合には、リリーフバルブ２０ａは閉弁したままであり、内部の気圧が外部の気圧より低いまま保たれる。なお、リアモータ２０は完全密閉されてはいないので、一旦内部の気圧が外部の気圧よりも低くなった場合でも、内部の気圧は徐々に高まっていき、長時間をかけて外部の気圧と同じになる。

大気圧センサ３０は、大気圧を検出する。大気圧センサ３０の検出値は、コントローラ２８に送信される。

リアモータ２０には、リアモータ温度を検出するリアモータ温度センサ３２が設けられている。リアモータ温度センサ３２の検出値は、コントローラ２８に送信される。

コントローラ２８は、モータ電圧制御部３４と、駆動力制御部３６を備えている。モータ電圧制御部３４は、インバータ２６に、モータ電圧の指令値を出力する。駆動力制御部３６は、インバータ２６に、フロントモータ１６およびリアモータ２０の駆動力の指令値を出力する。駆動力制御部３６は、フロントモータ１６およびリアモータ２０の全体で必要とされる駆動力と、フロントモータ１６とリアモータ２０の間での駆動力の分配率に基づいて、フロントモータ１６とリアモータ２０の駆動力をそれぞれ設定する。

図２は、モータのＰＤＩＶと、モータの温度と、モータの内部の気圧の関係を示している。図２では、モータの内部の気圧がＰｍ１，Ｐｍ２およびＰｍ３（ここでＰｍ１＜Ｐｍ２＜Ｐｍ３である）のそれぞれの場合について、モータのＰＤＩＶとモータの温度の関係を示している。図２から明らかなように、モータの温度が一定であれば、モータの内部の気圧が上がるほど、モータのＰＤＩＶは上昇する。また、モータの内部の気圧が一定であれば、モータの温度が上がるほど、モータのＰＤＩＶは低下する。フロントモータ１６およびリアモータ２０へ供給されるモータ電圧は、このＰＤＩＶを下回るように設定する必要がある。

本実施例の電動車両１０では、モータ電圧制御部３４が、大気圧センサ３０の検出値に応じて、モータ電圧を設定する。この際のモータ電圧は、図２に示す関係に基づいて、フロントモータ１６が高温となった場合でも、検出された大気圧のもとでＰＤＩＶを超えることがない電圧値に設定される。すなわち、モータ電圧制御部３４は、大気圧センサ３０の検出値が大きいほど、モータ電圧が大きくなるように、モータ電圧を調整する。

駆動力制御部３６は、フロントモータ１６とリアモータ２０の間での駆動力の分配率を調整する。例えば、高速走行時には、リアモータ２０の駆動力の分配率を低くし、主にフロントモータ１６の駆動力によって電動車両１０を走行させる。また、勾配のきつい坂道を登る場合などには、リアモータ２０の駆動力を高めて、フロントモータ１６の駆動力のみでなく、リアモータ２０の駆動力も用いて、電動車両１０を走行させる。リアモータ２０の駆動力を高めることは、結果的にリアモータ２０の駆動力の分配率が高まることになる。

本実施例の電動車両１０では、駆動力制御部３６がさらに、リアモータ温度センサ３２の検出値に応じて、フロントモータ１６とリアモータ２０の間の駆動力の分配率を変更する。図３に示すように、駆動力制御部３６は、リアモータ温度センサ３２の検出値が高いほど、リアモータ２０の駆動力の分配率を下げる（すなわち、フロントモータ１６の駆動力の分配率を上げる）。なお、リアモータ２０の駆動力分配率＋フロントモータ１６の駆動力分配率＝１．０である。即ち、ここでいう駆動力分配率とは、２個のモータに対して総合的に必要とされる出力をどのようにフロントモータ１６とリアモータ２０で分配するかを定めるパラメータである。

本実施例の電動車両１０の動作について説明する。電動車両１０が低地を走行しており、フロントモータ１６とリアモータ２０の内部の圧力がいずれも高い気圧に保たれている場合には、モータ電圧は高めに設定されている。これにより、小さな電流でも大きな駆動力を実現することができる。

電動車両１０が低地から高地へと移動すると、大気圧が低下する。フロントモータ１６では、大気開放孔１６ａを介して内部の気圧と外部の気圧が均衡して、内部の気圧が低気圧となる。また、リアモータ２０では、リリーフバルブ２０ａが開弁して内部の気圧と外部の気圧が均衡し、内部の気圧が低気圧となる。大気圧センサ３０で検出される大気圧は低気圧であるから、モータ電圧制御部３４によって、モータ電圧は低めに設定される。これにより、フロントモータ１６およびリアモータ２０における絶縁性が適切に確保されている。

その後、電動車両１０が高地から低地へと移動すると、大気圧が上昇する。フロントモータ１６では、大気開放孔１６ａを介して内部の気圧と外部の気圧が均衡して、内部の気圧が高気圧となる。これに対して、リアモータ２０では、リリーフバルブ２０ａが閉弁したままであるから、内部の気圧は低気圧のままである。大気圧センサ３０で検出される大気圧は高気圧であるから、モータ電圧制御部３４によって、モータ電圧は高めに設定される。この場合、フロントモータ１６については絶縁性が適切に確保されているが、リアモータ２０については絶縁性が適切に確保されていない。リアモータ２０が高温となってしまうと、モータ電圧がリアモータ２０のＰＤＩＶを越えてしまい、リアモータ２０で部分放電を生じてしまうおそれがある。

そこで、本実施例の電動車両１０では、リアモータ２０が高温とならないように、駆動力制御部３６が、リアモータ温度センサ３２の検出値に応じて、フロントモータ１６とリアモータ２０の駆動力の分配率を変更する。駆動力制御部３６は、リアモータ２０の温度が上昇すると、リアモータ２０の駆動力の分配率を下げ、フロントモータ１６の駆動力の分配率を上げる。これによって、リアモータ２０の負荷が軽減されて、リアモータ２０の温度上昇が抑制される。これにより、リアモータ２０のＰＤＩＶの低下が防止され、リアモータ２０の絶縁性を適切に確保することができる。

また、本実施例の電動車両１０では、リアモータ２０の温度が上昇すると、リアモータ２０の駆動力の分配率を下げ、フロントモータ１６の駆動力の分配率を上げるので、電動車両１０全体での駆動力を低下させることがない。使用者が同じアクセル開度で電動車両１０を操作すれば、同じ駆動力を実現することができ、ドライバビリティを損なうことがない。

上記の実施例では、電動車両１０がハイブリッド自動車である場合を例として説明したが、電動車両１０は燃料電池自動車など、他の形態の電動車両であってもよい。

上記の実施例では、フロントモータ１６に大気開放孔１６ａを設けることで、フロントモータ１６の内部の気圧と外部の気圧が略一定と保たれている構成を例として説明したが、フロントモータ１６に別の大気解放機構（ブリーザ機構）を設けて、フロントモータ１６の内部の気圧と外部の気圧が略一定に保たれていてもよい。

上記の実施例では、リアモータ２０にリリーフバルブ２０ａが設けられている構成を例として説明したが、リアモータ２０にリリーフバルブ２０ａが設けられておらず、リアモータ２０が完全に密閉された構成であってもよい。また、内部の気圧が外部の気圧と略等しい第１モータと内部の気圧が外部の気圧よりも低いことがある第２モータは共に前輪を駆動するものであってもよく、また共に後輪を駆動するものであってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 電動車両
１０ａ 前輪
１０ｂ 後輪
１２ エンジン
１４ ジェネレータ
１４ａ 大気開放孔
１６ フロントモータ
１６ａ 大気開放孔
１８ フロント側動力伝達機構
２０ リアモータ
２０ａ リリーフバルブ
２２ リア側動力伝達機構
２４ バッテリ
２６ インバータ
２８ コントローラ
３０ 大気圧センサ
３２ リアモータ温度センサ
３４ モータ電圧制御部
３６ 駆動力制御部

Claims (1)

1. 内部の気圧が外部の気圧と略等しく保たれる第１モータと、
   内部の気圧が外部の気圧より低く保たれ得る第２モータと、
   第１モータおよび第２モータのモータ電圧を制御するモータ電圧制御装置と、
   第１モータおよび第２モータの駆動力を制御する駆動力制御装置と、
   大気圧を検出する大気圧センサと、
   第２モータの温度を検出する第２モータ温度センサを備えており、
   モータ電圧制御装置が、大気圧センサの検出値が大きいほど、モータ電圧が大きくなるように、モータ電圧を調整し、
   駆動力制御装置が、第２モータ温度センサの検出値が大きいほど、第１モータの駆動力を上げ、第２モータの駆動力を下げるように、第１モータおよび第２モータの間の駆動力の分配率を調整する電動車両。

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