JP7008770B1

JP7008770B1 - モータ駆動システム

Info

Publication number: JP7008770B1
Application number: JP2020151739A
Authority: JP
Inventors: 雅宏家澤; 晃太郎中野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: CN114257136A; JP2022045959A; US20220077752A1; US11855496B2

Abstract

【課題】モータもしくはモータ制御装置の寿命に基づいた交換、または配車を可能とするモータ駆動システムを提供する。【解決手段】車両１００を走行駆動するモータ１０と、インバータ１１とインバータ１１を制御する制御装置１２を含み、モータ１０を制御するモータ制御装置１３と、制御装置１２に接続された通信用電子制御ユニット１５とを備え、通信用電子制御ユニット１５を、制御装置１２から送信されるモータ１０の駆動システムの情報を車両１００の外部に送信するようにした。【選択図】図１

Description

本願は、モータ駆動システムに関するものである。

従来のモータ駆動システムは、例えば特許文献１に開示されているように、モータもしくはインバータの劣化状態をセンサ情報から推定し、推定した劣化情報に基づいてモータ駆動システムの劣化状態の進行を緩和、すなわち寿命を延長するように、モータを駆動するシステム内部のインバータを制御している。

特開２０１６－１２９４６２号公報

このようなモータ駆動システムにあっては、例えばシェアリング、あるいはタクシーなどに供される車両の場合では、車両の使われるエリアごとに車両の運用が管理されており、車両が適用される経路、道路環境が大きく変化しないため、モータ、インバータへのトルク、回転数の指令がほぼ同様の大きさ、頻度で運用されることになる。モータ、インバータは、通常、損失が小さくなるような電流、電圧で制御されており、また、シェアリング、あるいはタクシーでは、車の加減速、走行速度はユーザーの要求（目的地への到達時間、乗り心地）優先で決定されている。従って、インバータの動作条件の緩和のみでは、モータもしくはモータ制御装置の寿命を延長することが実際には困難であった。

また、シェアリング、あるいはタクシーの事業者は、モータもしくはモータ制御装置の余寿命が把握できないため、モータもしくはモータ制御装置の寿命に基づいた交換、あるいは配車が困難であった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、モータもしくはモータ制御装置の寿命に基づいた交換、または配車を可能とするモータ駆動システムを提供することを目的とするものである。

本願に開示されるモータ駆動システムは、車両を走行駆動するモータと、インバータと前記インバータを制御する制御装置を含み、前記モータを制御するモータ制御装置と、前記制御装置に接続された通信用電子制御ユニットと、を備え、
前記通信用電子制御ユニットは、前記制御装置から送信される前記モータもしくは前記インバータの個体情報からなる前記モータの駆動システムの情報を前記車両の外部に送信することを特徴とする。

本願に開示されるモータ駆動システムによれば、モータもしくはモータ制御装置の寿命に基づいた交換、または配車を可能とするモータ駆動システムが得られる。

実施の形態１に係るモータ駆動システムを搭載した電気自動車の概略構成を説明する図である。実施の形態１に係るモータ駆動システムを説明するブロック構成図である。実施の形態１に係るモータ駆動システムに用いられる制御装置を、プロセッサ及びメモリを備えた処理回路により実現する場合を示す構成図である。実施の形態１に係るモータ駆動システムに用いられる制御装置から通信電子制御ユニットにデータを送信する通信ルーチンの一例を示すフローチャートである。実施の形態１に係るモータ駆動システムに用いられる制御装置から送信されたデータを通信電子制御ユニットで処理するフローチャートである。実施の形態１に係るモータ駆動システムに用いられる通信電子制御ユニットから電気自動車の外部へデータを送信する通信フローチャートの一例を示す図である。

以下、本願に係るモータ駆動システムの実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一または相当する部分については、同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動システムを搭載した電気自動車の概略構成を説明する図である。
車両である電気自動車１００は、走行駆動用のモータ１０、及びモータ１０に電力を供給するインバータ１１と制御装置１２とを含むモータ制御装置１３を備えている。モータ１０は、例えば永久磁石を有し、３相交流で駆動されるモータである。
また、電気自動車１００には、制御装置１２の上位の制御手段として、電気自動車１００の全体の統括制御、及び協調制御を行う車両制御用電子制御ユニット（以下、車両制御ＥＣＵという。）１４と、電気自動車１００の外部へ通信を行う通信用電子制御ユニット（以下、通信ＥＣＵという。）１５が備えられている。なお、符号１６は、電気自動車１００の車輪を示している。

図２は、電気自動車１００に搭載された実施の形態１に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
図２において、モータ制御装置１３は、電力開閉器２０を介して直流母線２１ａ、２１ｂにより直流電源２２と接続されており、モータ１０の駆動電力あるいは回生電力を直流電源２２との間で授受する。また、モータ制御装置１３は、交流母線２３によりモータ１０に接続され、駆動電力あるいは回生電力をモータ１０との間で授受する。モータ１０には、モータ１０の回転角を検出する回転角センサ２４が設けられている。なお、モータ１０は、負荷を回転駆動すると共に、負荷の回転エネルギーを電気エネルギーとして回生可能な電動機であり、例えば永久磁石３相交流同期モータ、あるいは３相ブラシレスモータが使用される。

また、モータ制御装置１３は、前述のようにインバータ１１と制御装置１２を備えている。インバータ１１は、電源入力側の直流母線２１ａ、２１ｂ間に接続されたコンデンサ２５と、インバータ１１の直流母線電圧を検出する電圧検出部２６と、複数のスイッチング素子２７、２８、２９、３０、３１、３２で構成され、直流／交流の電力変換を行う電力変換回路３３と、交流母線２３に流れるモータ１０の電流を検出するモータ電流検出部３４と、を備えている。

コンデンサ２５は、直流母線電圧のリップルを抑制する機能、あるいはインバータ１１の電源インピーダンスを低下させてインバータ１１の交流電流駆動能力を向上させる機能、またはサージ電圧を吸収する機能等を有している。また、電圧検出部２６は、直流母線電圧を分圧抵抗等により制御装置１２で読み込める電圧に分圧し、制御装置１２に直流母線電圧情報を出力する。

電力変換回路３３は、一般的によく知られている６つのスイッチング素子をフルブリッジ接続した変換回路である。すなわち、図２に示すように、スイッチング素子２７、２８、スイッチング素子２９、３０、スイッチング素子３１、３２は、それぞれ互いに直列に接続され、直流電源２２に並列に接続されている。
また、スイッチング素子２７、２８の中点はモータ１０のＵ相の入力と接続され、スイッチング素子２９、３０の中点はモータ１０のＶ相の入力と接続され、スイッチング素子３１、３２の中点はモータ１０のＷ相の入力と接続されている。
ここで、直流電源２２の正極側、すなわち直流母線２１ａに接続されるスイッチング素子２７、２９、３１を上段側スイッチング素子と称し、直流電源２２の負極側、すなわち直流母線２１ｂに接続されるスイッチング素子２８、３０、３２を下段側スイッチング素子と称する。

スイッチング素子２７、２８、２９、３０、３１、３２は、例えば図２に示すようなＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。
なお、スイッチング素子２７、２８、２９、３０、３１、３２を構成する各ＭＯＳＦＥＴには、直流電源２２の負極側から正極側へ向かう方向、すなわち下段側スイッチング素子２８、３０、３２から上段側スイッチング素子２７、２９、３１へ向かう方向を順方向として、並列にフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）が設けられている。

モータ電流検出部３４は、交流母線２３を流れる電動機電流を検出するものであり、電流を電圧に変換して電動機電流情報を制御装置１２に出力する。図２では、シャント抵抗により電流を検出する構成を示している。なお、モータ電流検出部３４は、ホール素子等を用いた電流センサにしてもよい。

電力開閉器２０は、直流電源２２とモータ制御装置１３との電力授受を制御するものである。具体的には、電力開閉器２０は、モータ１０の回生運転時に直流電源２２の電圧が設定値以上になった場合、直流電源２２の消耗等により直流電源２２の電圧が設定値以下になった場合、直流電源２２に流れる電流が設定値以上になった場合、あるいは車両の故障または衝突が検出された場合等に、図示しない上位システムにより開放状態に制御される。なお、電力開閉器２０は、制御装置１２により制御される構成としてもよい。

また、回転角センサ２４は、レゾルバあるいはエンコーダ等によりモータ１０のロータ回転角を検出するものである。回転角センサ２４で検出されたロータ回転角は、制御装置１２に出力される。なお、ロータ回転角θｍは、モータ１０の永久磁石の極対数を基に電気角θｅに換算される。

制御装置１２は、モータ制御装置１３の全体の制御を司るもので、マイクロコントローラあるいは駆動回路等から構成される。
図３は、制御装置１２をプロセッサ３５及びメモリ３６を備えた処理回路３７により実現する場合を示した構成図である。処理回路３７がプロセッサ３５の場合、制御装置１２の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ３６に格納される。プロセッサ３５は、メモリ３６に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御装置１２は、処理回路３７により実行されるときに、上述した各制御が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ３６を備える。

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ３６とは、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等もメモリ３６に該当する。
なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

図４は、制御装置１２から通信ＥＣＵ１５にデータを送信する通信ルーチンの一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ４０１でプログラムをスタートし、ステップＳ４０２においてモータ１０を駆動するシステムの情報であるモータ個体値（モータ識別番号、インバータ識別番号、キャリア周波数、モータ電流値、モータ電圧値）、車両識別番号、位置情報を取り込む。
ステップＳ４０３で通信ＥＣＵ１５への通信を開始し、ステップＳ４０４で通信ＥＣＵ１５にステップＳ４０２で取り込んだデータを送信する。
ステップＳ４０５で通信ＥＣＵ１５へのデータの送信が完了したか確認し、データの送信が完了してない場合はステップＳ４０４に戻り、データの送信が完了した場合はＳ４０６に進んでプログラムを終了する。

図５は、制御装置１２から送信されて、通信ＥＣＵ１５で受信されたデータを処理するフローチャートである。
まず、ステップＳ５０１でプログラムをスタートし、ステップＳ５０２でモータ個体値（モータ識別番号、インバータ識別番号、キャリア周波数、モータ電流値、モータ電圧値）、車両識別番号、位置情報を取り込む。
ステップＳ５０３で寿命予測情報である寿命予測値を、Ｓ５０２で取り込んだキャリア周波数、モータ電流値、モータ電圧値、及びインバータ１１の部品特性の少なくともいずれか、もしくは複数を組み合わせた情報に基づいて算出し、ステップＳ５０４に進んでプログラムを終了する。なお、寿命予測値の算出方法については、例えば特開２００７－２８７４１号公報に一例が開示されており、この方法を用いることができる。

図６は、通信ＥＣＵ１５から電気自動車１００の外部へデータを送信する通信フローチャートの一例である。
まず、ステップＳ６０１でプログラムをスタートし、ステップＳ６０２でモータ個体値（モータ識別番号、インバータ識別番号、キャリア周波数、モータ電流値、モータ電圧値）、車両識別番号、位置情報、及び寿命情報である寿命予測値を取り込む。

ステップＳ６０３で電気自動車１００の外部への通信を開始し、ステップＳ６０４においてステップＳ６０２で取り込んだデータを電気自動車１００の外部へ送信する。
ステップＳ６０５で電気自動車１００の外部への送信が完了したか確認し、送信が完了してない場合はステップＳ６０４に戻り、送信が完了した場合はＳ６０６に進んでプログラムを終了する。

以上のように、実施の形態１に係るモータ駆動システムによれば、制御装置１２から送信された情報に基づいて、電気自動車１００の外部へ通信することにより、車両外部で
モータ１０あるいはインバータ１１の寿命を把握することができるようになる。

なお、通信ＥＣＵ１５の外部通信は、ＣＡＮ（登録商標）などの有線通信手段、あるいは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉｆｉ（登録商標）、４Ｇ、５Ｇなどに代表されるようなモバイル向けネットワーク回線などの無線手段、あるいは、スマートフォン、ＰＣ、モバイル機器のような外部への通信手段を搭載する端末機器を経由させた通信手段のいずれか、または組み合わせによって、外部通信を行うようにしてもよい。

また、前記寿命予測値は、モータ１０の電流値、電圧値、キャリア周波数、インバータ１１の部品特性の少なくともいずれか、もしくは複数を組み合わせた情報に基づいて、機械学習で学習した情報を有する寿命推定部によって算出されるようにしてもよい。

以上のようにすることで、例えば、シェアリング、タクシーの事業者は、有線、または無線での通信手段によって、モータ及びモータ制御装置の寿命をリアルタイムで把握できるようになるため、この寿命を用いて、モータ及びモータ制御装置の寿命に基づいたモータ駆動システムの交換時期の決定が可能になる。また、残り寿命を把握することで、例えば、山道の多いエリアで使うか、平坦な道の多いエリアで使うかなどの配車するエリアを、単に走行距離情報だけでなく、使用エリアの地形を考慮して決定することが可能となる。これにより、シェアリング、タクシー等の事業者にとっては、顧客への車両の安定な配車が可能、といった効果を得ることができる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１０モータ、１１インバータ、１２制御装置、１３モータ制御装置、１４車両制御用電子制御ユニット（車両制御ＥＣＵ）、１５通信用電子制御ユニット（通信ＥＣＵ）、１６車輪、２０電力開閉器、２１ａ、２１ｂ直流母線、２２直流電源、２３交流母線、２４回転角センサ、２５コンデンサ、２６電圧検出部、２７、２８、２９、３０、３１、３２スイッチング素子、３３電力変換回路、３４モータ電流検出部、３５プロセッサ、３６メモリ、３７処理回路、１００電気自動車。

Claims

車両を走行駆動するモータと、
インバータと前記インバータを制御する制御装置を含み、前記モータを制御するモータ制御装置と、
前記制御装置に接続された通信用電子制御ユニットと、を備え、
前記通信用電子制御ユニットは、前記制御装置から送信される前記モータもしくは前記インバータの個体情報からなる前記モータの駆動システムの情報をリアルタイムに前記車両の外部に送信することを特徴とするモータ駆動システム。
前記駆動システムの情報は、車両識別番号、モータ識別番号、インバータ識別番号、寿命予測情報、位置情報の少なくともいずれか、もしくは複数の組みせであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
前記寿命予測情報は、前記モータの電流値、電圧値、キャリア周波数、前記インバータの部品特性の少なくともいずれか、もしくは複数を組み合わせた情報に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。