JP6768037B2

JP6768037B2 - 車両

Info

Publication number: JP6768037B2
Application number: JP2018138834A
Authority: JP
Inventors: 慶介梓沢; 雅志井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: CN110789362A; US20200036268A1; JP2020018067A

Description

本発明は、駆動源として電動機を備える車両に関する。

近年、電動機の駆動力により走行するハイブリッド車、電気自動車等が注目されている。このような車両には、電動機に電力を供給するインバータ等の電力制御装置が搭載され、高電圧で電動機を駆動している。

ところで、電動機が搭載される車両は、高地で走行する場合がある。高地においては、特に、大気圧が低く、このような環境下では、空気の密度が低下する。空気の密度が低下すると、電動機においては、部分放電開始電圧が低下するという問題がある。部分放電開始電圧が低下すると、絶縁体の絶縁性能が劣化し、さらには、耐久寿命が劣化するという問題がある。

特許文献１では、検知された大気圧に応じて、モータおよびインバータに供給される電圧値を設定することで、部分放電の発生を抑制する技術が提案されている。

特開２００６−２８８１７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御では、大気圧に応じて電圧値を制限するため、標高が高くなると電動機の最大出力がだせず、常に出力制限される虞がある。特に、センサ誤差を考慮すると、それほど標高が高くない状態でも電動機を出力制限せざるを得ない状況が起こり得る。

本発明は、電動機の耐久寿命を認識することで、電動機の出力制限を回避可能な車両を提供する。

本発明の車両は、
電動機と、
該電動機に供給する電力を制御する電動機制御装置と、
大気圧を検知する大気圧検知部と、
前記大気圧検知部で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧を超える電圧が前記電動機に入力された回数を記憶する記憶部と、
温度を検知する温度検知部と、を備え、
前記電動機は、絶縁被膜で覆われたコイルを備え、
前記コイルは、複数のコイルセグメントを備え、且つ、前記絶縁被膜が剥離したコイルセグメント端部同士が接合されることで構成され、
前記温度検知部は、前記コイルセグメント端部同士が接合された接合部の近傍に配置され、前記接合部の近傍の温度を検知し、
前記部分放電開始電圧は、前記接合部の近傍における部分放電開始電圧基準値、前記大気圧、及び前記接合部の近傍の温度に基づいて設定される。

本発明によれば、記憶部が、大気圧検知部で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧を超える電圧が電動機に入力された回数を記憶することで、電動機の耐久寿命を認識することができる。このように電動機の耐久寿命を認識することで、電動機の耐久寿命に近づくまでは電動機の出力制限をしないように制御することができる。

本発明の一実施形態の車両の要部概念図である。駆動源としての電動機の斜視図である。図２の電動機の一端側のステータコアの部分拡大図である。図２の電動機の他端側のステータコアの部分拡大図である。図２の電動機の他端側のステータコアの他の部分拡大図である。電動機保護制御のフロー図である。発生電圧と部分放電開始電圧との関係を示すグラフである。部分放電開始電圧と交換推奨回数との関係を示す寿命曲線グラフである。

以下、本発明の一実施形態の車両について説明する。
本実施形態の車両ＶＥは、図１に示すように、駆動源として電動機ＭＯＴと、電動機ＭＯＴに供給する電力を制御する電動機制御装置ＥＣＵと、電動機ＭＯＴに供給する電力を変換する電力変換装置ＰＣＵと、大気圧を検知する大気圧検知部Ｓ１と、電動機ＭＯＴの温度を検知する温度検知部Ｓ２と、記憶部Ｍと、報知部Ｄと、を備える。

電動機ＭＯＴは、例えば、３相交流同期電動機であり、車両ＶＥの駆動輪Ｗに連結され、供給される交流電圧に応じた駆動力を駆動輪Ｗに発生させる。

電動機ＭＯＴは、図２に示すように、ロータ５１と、ロータ５１の外径側に僅かな隙間を介して対向するように配置されたステータ５２と、を備える、所謂インナーロータ型の電動機である。ステータ５２には、導体６０が絶縁被膜６１で覆われることで構成されたコイル５３が巻回される（図３Ｂ及び図３Ｃ参照）。

図３Ａ〜図３Ｃに示すように、コイル５３は、複数のＵ字状のコイルセグメント５３ａから構成される。本実施形態の電動機ＭＯＴでは、４本のＵ字状のコイルセグメント５３ａがステータコア５４の一端面５４ａ側から順次スロットに挿入され、ステータコア５４の他端面５４ｂ側から突出したコイルセグメント５３ａの端部同士が、絶縁被膜６１が剥離した接合部６２で接合（例えば、溶接）される。

ステータコア５４の一端面５４ａ側では、図３Ａに示すように、各コイルセグメント５３ａの導体６０が該導体６０を覆う両絶縁被膜６１によって絶縁される（以下、図３Ａに示す部分をコイル重畳部Ｃ１と呼ぶ。）。ステータコア５４の他端面５４ｂ側では、図３Ｂに示すように、接合部６２同士が、交差する絶縁被膜６１の表面を介して絶縁される部位（以下、図３Ｂに示す部分をコイル沿面部Ｃ２と呼ぶ。）と、絶縁被膜６１が剥離した接合部６２と絶縁被膜６１で覆われた導体６０とが交差し、介在する絶縁被膜６１によって絶縁される部位（以下、図３Ｃに示す部分をコイル交差部Ｃ３と呼ぶ。）と、が存在する。これらの各部位では、介在する絶縁被膜の数や絶縁距離の違いから、異なる部分放電開始電圧ＰＤＩＶ（Partial Discharge Inception Voltage）を有する。

温度検知部Ｓ２は、電動機ＭＯＴのコイル５３の温度を検知する温度センサである。温度検知部Ｓ２は、複数設けられることが好ましく、コイル重畳部Ｃ１、コイル沿面部Ｃ２、及びコイル交差部Ｃ３にそれぞれ１つずつ配置されることが好ましい。温度検知部Ｓ２は、検知された温度に対応する検知信号を電動機制御装置ＥＣＵに送信する。

大気圧検知部Ｓ１は、車両ＶＥの周囲の大気圧を検知する大気圧センサである。大気圧検知部Ｓ１は、検知された大気圧に対応する検知信号を電動機制御装置ＥＣＵに送信する。

電動機制御装置ＥＣＵは、各種センサにより検知される各種情報（たとえば、アクセル開度等）に基づいて、電動機ＭＯＴに供給する電力を制御する。

電力変換装置ＰＣＵは、直流電力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ回路とともに、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、を含む。電力変換装置ＰＣＵは、電動機制御装置ＥＣＵから受信した制御信号に応じて、直流電力を昇圧し、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する。

ここで、車両ＶＥが走行する際には、電動機ＭＯＴの作動に応じて、内部の絶縁体、特にコイル５３の絶縁被膜６１に部分放電が発生する場合がある。この部分放電開始電圧は、大気圧の変化に対応して変化する。すなわち、高地等の大気圧の低い環境下において、車両ＶＥが走行する場合、部分放電開始電圧が低下する。このような部分放電開始電圧の低下により、コイル５３の絶縁被膜６１の絶縁性能が劣化する可能性がある。

しかしながら、電動機ＭＯＴの設計段階において、コイル５３の絶縁被膜６１が所定程度劣化するまでの電動機ＭＯＴの絶縁性能が保証されている。言い換えると、部分放電開始電圧ＰＤＩＶ以下の電圧が電動機ＭＯＴに供給されている限りにおいてコイル５３の絶縁被膜６１は劣化しない、又はコイル５３の絶縁被膜６１の劣化は無視することができる。また、部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超える電圧が電動機ＭＯＴに供給される場合、部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超える電圧が電動機ＭＯＴに入力された回数が所定回数（以下、交換推奨カウントとも呼ぶ）を超えるまでは、電動機ＭＯＴを通常通り使用することができる。一方、部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超える電圧が電動機ＭＯＴに入力された回数が交換推奨カウントを超えた後は、電動機ＭＯＴの耐久寿命が近いものと認識する必要がある。

そこで、記憶部Ｍは、大気圧検知部Ｓ１で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超える電圧が電動機ＭＯＴに入力された回数（以下、超過回数とも呼ぶ）を記憶する。記憶部Ｍが、超過回数を記憶することで、電動機ＭＯＴの耐久寿命を認識することができる。このように電動機ＭＯＴの耐久寿命を認識することで、電動機ＭＯＴの耐久寿命に近づくまでは電動機ＭＯＴの出力制限をしないように制御することができる。

電動機制御装置ＥＣＵは、超過回数が交換推奨カウントを超えるまでは、電動機ＭＯＴに供給する電力を制限しない。これにより、超過回数が交換推奨カウントを超えるまでは電動機ＭＯＴの劣化は小さいものと見なして、乗員は電動機の出力制限を受けることなく車両ＶＥを駆動することができる。一方、電動機制御装置ＥＣＵは、超過回数が交換推奨カウントを超えた後は、電動機ＭＯＴの耐久寿命が近いものと見なして、電動機ＭＯＴに供給する電圧を制限する。これにより、耐久寿命に近づいた電動機ＭＯＴの更なる劣化を抑制することができる。

交換推奨カウントは、例えば、図６に示す寿命曲線グラフから導出される。寿命曲線グラフは、有限寿命曲線と無限寿命曲線とから構成され、発生電圧がα０以下の場合、交換推奨カウントが設定されず、発生電圧がα０より大きい場合（例えば、α１）、ＰＤＩＶと有限寿命曲線との交点から交換推奨カウント（例えば、β１）が設定される。β１は、例えば、１．０〜９．０×１０^９回である。

報知部Ｄは、電動機制御装置ＥＣＵから受信した制御信号に応じて、超過回数が交換推奨カウントを超えた場合に、乗員に報知する。報知部Ｄは、目視可能な表示部であってもよく、警告音を発生するスピーカーであってもよい。表示部としては、カーナビゲーションシステムの表示画面であってもよく、車両ＶＥのインナーパネルに設けられるランプ等であってもよい。

以下、電動機制御装置ＥＣＵによる電動機保護制御方法について図４に基づいて説明する。
先ず、電動機制御装置ＥＣＵは、大気圧検知部Ｓ１で検知された車両ＶＥの周囲の大気圧を取得し（ＳＴ１）、各部位（コイル重畳部Ｃ１、コイル沿面部Ｃ２、及びコイル交差部Ｃ３）の温度を取得する（ＳＴ２）。部分放電開始電圧ＰＤＩＶは、大気圧に応じて変動するとともに、各部位の温度に応じても変動するため、大気圧及び各部位の温度を把握することで、部分放電開始電圧ＰＤＩＶをより精度よく算出することができる。

続いて、電動機制御装置ＥＣＵは、コイル５３の部分放電開始電圧ＰＤＩＶを算出する（ＳＴ３）。上記したように、コイル５３の部分放電開始電圧ＰＤＩＶは、部位毎に異なるとともに、大気圧及び各部位の温度に応じても変動する。したがって、部分放電開始電圧ＰＤＩＶは、以下の式（１）によって導出される。

部分放電開始電圧ＰＤＩＶ＝各部位のベースＰＤＩＶ×気圧係数×温度係数（１）

各部位のベースＰＤＩＶは、例えば、電動機制御装置ＥＣＵの内部に部位毎のＰＤＩＶベースマップが事前に記憶されており、ＰＤＩＶベースマップにアクセスすることで導出される。

続いて、電動機制御装置ＥＣＵは、コイル５３に発生する発生電圧を計算する（ＳＴ４）。発生電圧Ｖは、実際に電動機ＭＯＴのコイル５３に発生する電圧であり、図５に示すように、電動機ＭＯＴに入力される電圧は、脈動及びサージ電圧を含む。したがって、発生電圧Ｖは、以下の式（２）によって導出される。

発生電圧Ｖ＝（指示電圧＋電圧リプル）×サージ倍率（２）

続いて、電動機制御装置ＥＣＵは、導出された部分放電開始電圧ＰＤＩＶと電動機ＭＯＴのコイル５３で発生する発生電圧Ｖとを比較し（ＳＴ５）、発生電圧Ｖが部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超えない場合に、電動機ＭＯＴに入力される最大電圧を開放する（ＳＴ６）。即ち、電動機制御装置ＥＣＵから受信した制御信号に応じて昇圧した電圧を電力変換装置ＰＣＵから電動機ＭＯＴに入力する。

一方、発生電圧Ｖが部分放電開始電圧ＰＤＩＶを超える場合、記憶部ＭのＰＤＩＶカウントを１つ増加する（ＳＴ７）。

そして、電動機制御装置ＥＣＵは、ＰＤＩＶカウントと交換推奨カウントとを比較し（ＳＴ８）、ＰＤＩＶカウントが交換推奨カウントを超えない場合、電動機ＭＯＴに入力される最大電圧を開放する（ＳＴ６）。

一方、電動機制御装置ＥＣＵは、ＰＤＩＶカウントが交換推奨カウントを超える場合、電動機ＭＯＴに入力される最大電圧を制限する（ＳＴ９）。即ち、電動機制御装置ＥＣＵは、電動機ＭＯＴに入力される最大電圧を制限し、制限範囲内の最適電圧を設定し、この最適電圧を電力変換装置ＰＣＵに指示する。

また、電動機制御装置ＥＣＵは、電動機ＭＯＴに入力される最大電圧を制限するとともに（ＳＴ９）、報知部Ｄにステータ５２の交換を促すように制御信号を発信し、報知部Ｄは、乗員にステータ５２を交換するように報知する（ＳＴ１０）。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、部位毎に部分放電開始電圧ＰＤＩＶを監視する場合を例示したが、コイル交差部Ｃ３のように最も放電しやすい部位における部分放電開始電圧ＰＤＩＶのみを監視してもよい。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）電動機（電動機ＭＯＴ）と、
該電動機に供給する電力を制御する電動機制御装置（電動機制御装置ＥＣＵ）と、
大気圧を検知する大気圧検知部（大気圧検知部Ｓ１）と、
前記大気圧検知部で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧（部分放電開始電圧ＰＤＩＶ）を超える電圧が前記電動機に入力された回数（超過回数）を記憶する記憶部（記憶部Ｍ）と、を備える、車両（車両ＶＥ）。

（１）によれば、記憶部が、大気圧検知部で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧を超える電圧が電動機に入力された回数を記憶することで、電動機の耐久寿命を認識することができる。このように電動機の耐久寿命を認識することで、電動機の耐久寿命に近づくまでは電動機の出力制限をしないように制御することができる。

（２）（１）に記載の車両であって、
前記電動機制御装置は、前記記憶部で記憶された前記回数が、所定回数（交換推奨カウント）を超えた場合に該電動機に供給する電圧を制限する、車両。

（２）によれば、電動機制御装置は、記憶部で記憶された回数が所定回数を超えた場合に電動機に供給する電圧を制限するので、耐久寿命に近づいた電動機の更なる劣化を抑制することができる。一方、電動機制御装置は、記憶部で記憶された回数が所定回数を超えるまでは電動機に供給する電力を制限しないので、乗員は電動機の出力制限を受けることなく車両を駆動することができる。また、記憶部で記憶された回数が所定回数を超えるまでは部分放電を許容し、該回数が所定回数を超えた後は電動機の出力制限をすることで、電動機の設計の自由度を確保することができる。即ち、コイルの絶縁被膜の厚さを低減してもよく、導体断面積を増加してもよく、ステータのティース幅を増加してもよい。

（３）（２）に記載の車両であって、
前記車両は、前記電動機に供給する電力を変換する電力変換装置（電力変換装置ＰＣＵ）をさらに備え、
前記電動機制御装置は、前記電力変換装置によって出力される昇圧電圧を制限する、車両。

（３）によれば、電動機制御装置によって出力される昇圧電圧を制限することで、耐久寿命に近づいた電動機の劣化をより確実に抑制することができる。

（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の車両であって、
前記車両は、温度を検知する温度検知部（温度検知部Ｓ２）をさらに備え、
前記部分放電開始電圧は、前記大気圧検知部で検知された大気圧及び前記温度検知部で検知された温度に基づいて設定される、車両。

（４）によれば、部分放電開始電圧が大気圧及び温度に基づいて設定されるので、より適切に部分放電開始電圧を設定することができる。

（５）（４）に記載の車両であって、
前記電動機は、導体（導体６０）が絶縁被膜（絶縁被膜６１）で覆われたコイル（コイル５３）が巻回されるステータ（ステータ５２）と、ロータ（ロータ５１）と、を備え、
前記温度検知部は、前記コイルの温度を検知する、車両。

（５）によれば、導体を被覆する絶縁被膜の絶縁性能の劣化による電動機の耐久寿命をより適切に認識することができる。

（６）（５）に記載の車両であって、
前記コイルは、複数のコイルセグメント（コイルセグメント５３ａ）を備え、且つ、前記絶縁被膜が剥離したセグメント端部同士が接合されることで構成され、
前記温度検知部は、接合部（接合部６２）の近傍に配置され、
前記部分放電開始電圧は、前記接合部の近傍における部分放電開始電圧基準値（ベースＰＤＩＶ）、前記大気圧、及び前記接合部の近傍の温度に基づいて設定される、車両。

（６）によれば、部分放電開始電圧が接合部近傍における部分放電開始電圧基準値、大気圧、及び接合部近傍の温度に基づいて設定されるので、最も絶縁性能が劣化しやすい部分に基づいて電動機の耐久寿命を認識することができる。

（７）（５）又は（６）に記載の車両であって、
前記温度検知部は、複数設けられ、
前記複数の温度検知部は、前記コイルの異なる部位に配置され、
前記部分放電開始電圧は、各部位の部分放電開始電圧基準値（ベースＰＤＩＶ）、前記大気圧、及び各部位の温度に基づいて設定される、車両。

（７）によれば、部分放電開始電圧が各部位の部分放電開始電圧基準値、大気圧、及び各部位の温度に基づいて設定されるので、複数の部位の状況に基づいて電動機の耐久寿命を認識することができる。

（８）（１）〜（７）のいずれかに記載の車両であって、
前記車両は、前記記憶部で記憶された前記回数が、所定回数を超えた場合に乗員に報知する報知部（報知部Ｄ）を備える、車両。

（８）によれば、報知部が、記憶部で記憶された回数が所定回数を超えた場合に乗員に報知することで、乗員に耐久寿命に近づいた電動機の交換を促すことができる。

（９）（８）に記載の車両であって、
前記報知部は、目視可能な表示部、又は警告音を発生するスピーカーを含む、車両。

（９）によれば、報知部は、目視可能な表示部、又は警告音を発生するスピーカーを含むので、乗員に記憶部で記憶された回数が所定回数を超えた事実を確実に報知することができる。

Ｄ報知部
ＥＣＵ電動機制御装置
ＭＯＴ電動機
Ｓ１大気圧検知部
Ｓ２温度検知部
ＶＥ車両
ＰＣＵ電力変換装置
ＰＤＩＶ部分放電開始電圧
５１ロータ
５２ステータ
５３コイル
５３ａコイルセグメント
６０導体
６１絶縁被膜
６２接合部

Claims

電動機と、
該電動機に供給する電力を制御する電動機制御装置と、
大気圧を検知する大気圧検知部と、
前記大気圧検知部で検知された大気圧に応じて設定される部分放電開始電圧を超える電圧が前記電動機に入力された回数を記憶する記憶部と、
温度を検知する温度検知部と、を備える車両であって、
前記電動機は、絶縁被膜で覆われたコイルを備え、
前記コイルは、複数のコイルセグメントを備え、且つ、前記絶縁被膜が剥離したコイルセグメント端部同士が接合されることで構成され、
前記温度検知部は、前記コイルセグメント端部同士が接合された接合部の近傍に配置され、前記接合部の近傍の温度を検知し、
前記部分放電開始電圧は、前記接合部の近傍における部分放電開始電圧基準値、前記大気圧、及び前記接合部の近傍の温度に基づいて設定される、車両。
請求項１に記載の車両であって、
前記電動機制御装置は、前記記憶部で記憶された前記回数が、所定回数を超えた場合に該電動機に供給する電圧を制限する、車両。
請求項２に記載の車両であって、
前記車両は、前記電動機に供給する電力を変換する電力変換装置をさらに備え、
前記電動機制御装置は、前記電力変換装置によって出力される昇圧電圧を制限する、車両。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両であって、
前記電動機は、前記絶縁被膜で覆われたコイルが巻回されるステータと、ロータと、を備える、車両。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両であって、
前記温度検知部は、複数設けられ、
前記複数の温度検知部は、前記接合部の近傍を含む前記コイルの異なる部位に配置され、
前記部分放電開始電圧は、各部位の部分放電開始電圧基準値、前記大気圧、及び各部位の温度に基づいて設定される、車両。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両であって、
前記車両は、前記記憶部で記憶された前記回数が、所定回数を超えた場合に乗員に報知する報知部を備える、車両。
請求項６に記載の車両であって、
前記報知部は、目視可能な表示部、又は警告音を発生するスピーカーを含む、車両。