JP6687883B2 - 電動車両の絶縁構造 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源としての走行用モータ（電動機）が搭載された電動車両の絶縁構造に関する。

従来、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両は、駆動源としての走行用モータを備えている。このようなモータやインバータを収容するケース体には、ケース体内の圧力を調整する圧力調整弁が設けられている構造が知られている。このような構造では、車両が標高の高い場所に移動すると、ケース体内部の圧力が低下する。一般的に、モータに印加される電圧の常用域では圧力が、圧力が低いほど絶縁耐力低下することが知られている。ケース体内の圧力が低下すると、絶縁破壊を回避するためにモータに対する印加電圧を低下させなければならず、この結果、モータの出力の低下を招く。

そこで、従来、標高の高い場所では、モータ等の絶縁抵抗が低下するので、モータへの電圧の印加を低下させるように制御することが提案されている（特許文献１参照）。また、このような制御では標高の高い場所では出力が制限されるので、標高が高いことが検出された際に、コンプレッサによりモータのケース体内部に空気を供給して圧力の低下を抑制することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１４−５０１７４号公報 特開２００９−２７８８４９号公報

しかしながら、特許文献２では、標高に応じて空気を常に供給しているので、モータのケース体内部に無駄に空気を供給している場合があるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、標高の高い場合でも出力の制限を受けることなく絶縁破壊を防止することができる電動車両の絶縁構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電動車両に搭載される少なくとも回転電機の絶縁破壊を防止する電動車両の絶縁構造であって、前記回転電機の内部の圧力を保持する密閉ケースと、前記密閉ケース内の圧力を検出する圧力センサと、大気圧を検出する大気圧センサと、前記密閉ケースの密閉状態と大気との連通状態とを切り換える圧力調整弁と、前記圧力調整弁を制御する圧力制御部とを備え、前記回転電機に接続されるインバータが第２の密閉ケースを具備すると共に前記第２の密閉ケースの密閉状態と大気との連通状態とを切り換える第２の圧力調整弁を具備し、前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧以上の場合には前記圧力調整弁を閉とし、前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧より低い場合には前記圧力調整弁を開とするように制御し、前記第２の密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧以上の場合には前記第２の圧力調整弁を閉とし、前記回転電機の前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧より低い場合には前記第２の圧力調整弁を開とするように制御することを特徴とする電動車両の絶縁構造にある。

かかる態様では、回転電機のケースを密閉構造とし、密閉ケースの内部の圧力が大気圧以上の場合には圧力調整弁を閉とし、密閉ケースの内部の圧力が大気圧より低い場合には圧力調整弁を開とするように制御することにより、外部の気圧変化に左右されることなく絶縁破壊を防止することができ、所望の目標電圧に制御することができる。また、インバータのケースを密閉構造とし、第２の密閉ケースの内部の圧力が大気圧以上の場合には第２の圧力調整弁を閉とし、第２の密閉ケースの内部の圧力が大気圧より低い場合には第２の圧力調整弁を開とするように制御することにより、外部の気圧変化に左右されることなく絶縁破壊を防止することができ、所望の目標電圧に制御することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電動車両の絶縁構造において、前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が１気圧より高い第２所定圧力を超えた場合に前記圧力調整弁を開とするように制御し、前記第２の密閉ケースの内部の圧力が前記第２所定圧力を超えた場合に前記第２の圧力調整弁を開とするように制御することを特徴とする電動車両の絶縁構造にある。

かかる態様では、車両の高負荷運転などにより回転電機等の内部の圧力が第２所定電圧を超えて上昇した場合に、圧力調整弁を開として適正な圧力に調整することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様の電動車両の絶縁構造において、前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が１気圧より低い第１所定圧力以下となった場合には前記電動車両が要求する目標電圧を低く制限するように制御することを特徴とする電動車両の絶縁構造にある。

かかる態様では、仮に、密閉ケースの内部の圧力が１気圧より低い第１所定圧力以下となった場合には、車両が要求する目標電圧を低く制限することより、絶縁破壊を防止することができる。

かかる本発明の電動車両の絶縁構造によれば、回転電機のケースを密閉構造とし、密閉ケースの内部の圧力が大気圧以上の場合には圧力調整弁を閉とし、密閉ケースの内部の圧力が大気圧より低い場合には圧力調整弁を開とするように制御することにより、外部の気圧変化に左右されることなく絶縁破壊を防止することができ、所望の目標電圧に制御することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る電動車両の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る絶縁構造の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る絶縁構造の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まずは、本実施形態に係る電動車両の全体構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電動車両１は、電気自動車（ＥＶ）であり、二次電池であるバッテリ２と、このバッテリ２の電力により作動する駆動源としての回転電機である走行用モータ（電動機）３と、を備える。バッテリ２と走行用モータ３とはインバータ４を介して接続されている。走行用モータ３は、例えば、図示しない自動変速機等を含む伝達系５を介して駆動輪（本実施形態では、前輪）６に連結されている。

なお走行用モータ３は、通常走行時は、伝達系５を介して駆動輪６を駆動させる一方、いわゆる回生時には、駆動輪６からの回転を受けて発電し、その電力をバッテリ２に供給する。つまり走行用モータ３は、通常走行時にはプラス側のトルクを出力し、回生時にはマイナス側のトルクを出力する。

また電動車両１は、電動車両１を総合的に制御する制御部１０を備えている。例えば、走行用モータ３は、制御部１０が備えるモータ制御部２０によって制御される。このモータ制御部２０は、電動車両１に設けられた各種センサ、例えば、ブレーキペダル２１のストローク（ＢＰＳ）を検出するブレーキペダルストロークセンサ２２、電動車両１の車速を検出する車速センサ２３、電動車両１の加速度（減速度）を検出する加速度センサ２４、走行用モータ３の出力トルクを検出するトルクセンサ２５等からの信号に基づいてインバータ４を制御し、走行用モータ３から出力される出力トルクが適切な大きさとなるにようにする。

このような電動車両に搭載される絶縁構造の概略構成を図２に示す。図２に示すように、本実施形態の絶縁構造は、回転電機である走行用モータ３及びインバータ４に適用されており、制御部１０（図１参照）には、圧力制御部３０が設けられている。

走行用モータ３及びインバータ４のケース３ａ、４ａのそれぞれには、ケース３ａ、４ａの外側に密閉ケース３ｂ、４ｂを設け、密閉ケース３ｂ、４ｂの内部の圧力を調整するための圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂが設けられ、さらに、密閉ケース３ｂ、４ｂの内部、すなわち、ケース３ａ、３ｂの内部の圧力を検出する圧力センサ３２Ａ、３２Ｂが設けられている。また、圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂは、圧力制御部３０により制御されるようになっており、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂが検出した圧力は圧力制御部３０に送信されるようになっている。

本実施形態では、絶縁破壊を防止する対象として走行用モータ３及びインバータ４に空気を供給するようにしているが、例えば、インバータ４には他の絶縁破壊対策を施し、走行用モータ３のみに本発明の絶縁構造を適用してもよい。また、本実施形態では、走行用モータ３及びインバータ４のそれぞれのケース３ａ、４ａに圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂ及び圧力センサ３２Ａ、３２Ｂを設けたが、ケース３ａ、４ａを包含する密閉ケースを設け、両者の内部の圧力の調整及び検出を一つの圧力センサ及び圧力調整弁で行うようにしてもよい。

また、密閉ケース３ｂ、４ｂは、圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂを閉とした場合に、外気の影響を受けて中の圧力が実質的に変化しない程度の密閉性を有するものをいい、必ずしも本来のケース３ａ、４ａの外側に別途設ける必要はない。図２では、判りやすくするために、密閉ケース３ｂ、４ｂをケース３ａ、４ａの外側に図示したが、ケース３ａ、４ａのシール性を向上させて密閉性を高めたものを密閉ケース３ｂ、４ｂとしてもよい。

次に、本実施形態の絶縁構造の制御の一例について図３のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１で、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂの圧力が第２所定圧力Ｂより高いかどうかを判断し、何れかの圧力が第２所定圧力Ｂより高い場合には（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂを開とし（ステップＳ２）、内部の９圧力が上昇しすぎるのを防止する。一方、何れかの圧力が第２所定圧力Ｂ以下となった場合には（ステップＳ１；Ｎｏ）、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂの圧力が大気圧センサ３３の出力以上かどうかを判断し、何れかの圧力が大気圧以上の場合には（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂを閉とし（ステップＳ４）、大気圧の影響で内部の圧力が低下するのを防止する。一方、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂの圧力が大気圧より低い場合には（ステップＳ３；Ｎｏ）、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂの圧力が大気圧より低い第１所定圧力Ａ以上かどうかを判断し、何れかの圧力が第１所定圧力Ａ以上の場合には（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、圧力調整弁３１Ａ、３１Ｂを開とし（ステップＳ６）、大気圧の影響で内部の圧力が元に戻るようにする。一方、圧力センサ３２Ａ、３２Ｂの圧力が第１所定圧力Ａより低い場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、絶縁破壊が生じ易い状態であるので、絶縁に問題が無い目標電圧で運行するようにし、絶縁に問題があるような高い目標電圧の要求があった場合には、制限をかけて低い電圧とする（ステップＳ７）。これにより、密閉ケース３ｂ、４ｂ内の圧力が低下した場合にも、絶縁破壊が生じないように制御することができる。

ここで、第１所定圧力Ａは、１気圧より低い圧力であり、目標電圧が所定電圧を超えた場合に絶縁破壊を起こす可能性がある気圧である。例えば、標高３０００ｍ程度の気圧に対応した圧力とすればよいが、安全をみて、例えば、標高２０００ｍ程度、又は標高１５００ｍ程度の気圧に対応した圧力とすればよい。例えば、０．７〜０．９ａｔｍ、好ましくは０．７５〜０．８５ａｔｍ程度である。

一方、第２所定圧力Ｂは、１気圧より高い圧力であり、それ以上高くしても絶縁破壊を防止する観点からは意味が無い圧力又はそれ以上高いと密閉ケース３ｂ、４ｂの安全性が確保できない圧力を設定すればよい。例えば、１．１〜１．３ａｔｍ程度、好ましくは１．２ａｔｍ程度である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、電動車両の一例として、走行用モータを備える電気自動車（ＥＶ）を例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、各種の電動車両に適用可能であり、例えば、走行用モータと共にエンジン（内燃機関）を駆動装置として備えるハイブリッド車両等にも適用することができる。

１ 電動車両
２ バッテリ
３ 走行用モータ
４ インバータ
５ 伝達系
６ 駆動輪
１０ 制御部
２０ モータ制御部
２１ ブレーキペダル
２２ ブレーキペダルストロークセンサ
２３ 車速センサ
２４ 加速度センサ
２５ トルクセンサ
３０ 圧力制御部
３１Ａ、３１Ｂ 圧力調整弁
３２Ａ、３２Ｂ 圧力センサ
３３ 大気圧センサ

Claims (3)

1. 電動車両に搭載される少なくとも回転電機の絶縁破壊を防止する電動車両の絶縁構造であって、
   前記回転電機の内部の圧力を保持する密閉ケースと、
   前記密閉ケース内の圧力を検出する圧力センサと、
   大気圧を検出する大気圧センサと、
   前記密閉ケースの密閉状態と大気との連通状態とを切り換える圧力調整弁と、
   前記圧力調整弁を制御する圧力制御部と
   を備え、
   前記回転電機に接続されるインバータが第２の密閉ケースを具備すると共に前記第２の密閉ケースの密閉状態と大気との連通状態とを切り換える第２の圧力調整弁を具備し、
   前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧以上の場合には前記圧力調整弁を閉とし、前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧より低い場合には前記圧力調整弁を開とするように制御し、前記第２の密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧以上の場合には前記第２の圧力調整弁を閉とし、前記回転電機の前記密閉ケースの内部の圧力が前記大気圧より低い場合には前記第２の圧力調整弁を開とするように制御する
   ことを特徴とする電動車両の絶縁構造。
2. 請求項１に記載の電動車両の絶縁構造において、
   前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が１気圧より高い第２所定圧力を超えた場合に前記圧力調整弁を開とするように制御し、前記第２の密閉ケースの内部の圧力が前記第２所定圧力を超えた場合に前記第２の圧力調整弁を開とするように制御する
   ことを特徴とする電動車両の絶縁構造。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両の絶縁構造において、
   前記圧力制御部は、前記密閉ケースの内部の圧力が１気圧より低い第１所定圧力以下となった場合には前記電動車両が要求する目標電圧を低く制限するように制御する
   ことを特徴とする電動車両の絶縁構造。

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