WO2012114900A1 - 電気自動車 - Google Patents

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尾崎孝美
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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle serving as an in-wheel motor vehicle such as a battery drive or a fuel cell drive equipped with a motor for driving a wheel.
  • IPM type motors embedded magnet type synchronous motors
  • neodymium magnets in order to improve the cruising distance under limited battery capacity. Is done.
  • the temperature of the motor or the like is measured to monitor overload, and the motor drive current limit or the motor rotation speed is set according to the measured temperature value. The thing to reduce is proposed (for example, patent document 3).
  • the heat resistance temperature of permanent magnets is low, and if the environmental temperature exceeds this, irreversible demagnetization results, and the motor drive capability is drastically inferior, In some cases, the vehicle may not be able to be driven.
  • the motor temperature is measured and overload is monitored and the drive is limited.
  • Appropriate measures cannot be taken against performance degradation due to demagnetization of permanent magnets.
  • An object of the present invention is to provide an electric vehicle capable of promptly taking appropriate measures when performance degradation such as demagnetization occurs in a permanent magnet of a motor.
  • the electric vehicle of the present invention includes a synchronous motor 6 that drives wheels 2, an ECU 21 that is an electric control unit that controls the entire vehicle, and an inverter 31 that converts the DC power of the battery into AC power used to drive the motor. And an inverter device 22 having a motor control unit 29 that controls at least the power circuit unit 28 according to the control of the ECU 21, the motor speed of the motor 6 and the motor voltage. , And a plurality of sensors 36, 37, and 35 for detecting at least two of the motor currents, respectively, and at least two detection signals of the motor rotation speed, the motor voltage, and the motor current that are the sensor outputs, A magnetic field for estimating the magnetic force of the permanent magnet of the rotor of the motor 6 according to a predetermined rule.
  • the estimation means 38 in which provided in the inverter unit 22 or the ECU 21.
  • an electromotive force is generated in the stator coil 78 by the rotation of the permanent magnet 80 of the rotor 75, and the electromotive force increases as the magnetic force (that is, the magnetic flux density) of the permanent magnet 80 increases. Therefore, the magnetic force of the permanent magnet can be understood by comparing the motor speed and the motor voltage. Since the electromotive force also affects the motor current, the magnetic force of the permanent magnet can be found by comparing the motor speed and the motor current. The relationship between the electromotive force and the magnetic force of the permanent magnet also appears in the relationship between the waveform of the motor voltage and the waveform of the motor current, and the magnetic force of the permanent magnet can be understood by comparison.
  • the magnetic force estimating means 38 has at least two of the motor current, the motor voltage, and the motor rotational speed by providing an appropriate rule that defines the relationship between the motor rotational speed, the motor voltage, and the motor current. From the detection signal, the magnetic force of the permanent magnet 80 of the rotor 75 of the motor 6 is estimated according to a predetermined rule.
  • the estimated output of the magnetic force of the permanent magnet 80 does not have to be a unit indicating magnetic force such as magnetic flux density, and may be, for example, a value belonging to any stage of magnetic force determined as appropriate.
  • determination means 39 for determining whether or not the magnetic force estimated by the magnetic force estimation means 38 is within a setting allowable range may be provided in the inverter device 22 or the ECU 21.
  • the allowable setting range may be determined as appropriate, for example, as a range where the magnetic force can be regarded as a normal range, or a range allowing further safety.
  • the inverter device 22 or the ECU 21 may be provided with an abnormality handling motor drive limiting unit 40 that limits the output of the inverter device 22.
  • the limitation on the output of the inverter device 22 may be, for example, a process of reducing the output of torque or current value that is a drive command, or a process of stopping the output.
  • the determination means 39 finds that the magnetic force is reduced, by limiting the output of the inverter device 22 that becomes a current command of the motor 6 or the like, for example, when the motor 6 is in a high temperature state due to motor driving, By performing measures for lowering the output and stopping, it is possible to prevent the temperature of the motor 6 from becoming higher than it is at present and prevent the magnet of the motor 6 from further deteriorating.
  • the determination unit 39, the magnetic force estimation unit 38, and the abnormality handling motor drive limiting unit 40 may be provided in the inverter device 22. By providing these in the inverter device 22, it is possible to perform quicker control than in the case of providing in the ECU 21, and it is possible to reduce the burden on the ECU 21 that is becoming more complicated due to higher functionality.
  • an abnormality report that outputs abnormality occurrence information to the ECU 21 when the determination unit 39 determines that the estimated magnetic force is out of the set allowable range.
  • Means 41 may be provided in the inverter device 22.
  • the ECU 21 is a means for controlling the vehicle as a whole, and when control such as drive limitation is performed by the inverter device 22 or the like, appropriate control of the vehicle as a whole can be performed by receiving an abnormality report.
  • the ECU 21 is provided with an abnormality display means 42 for causing the driver's seat display device 27 to display an indication of an abnormality when the determination means 39 determines that it is out of the setting allowable range. Is good.
  • the driver can quickly take appropriate measures such as stopping or slowing the vehicle or traveling to a repair shop.
  • the motor 6 when the motor 6 is an embedded magnet type synchronous motor using a neodymium permanent magnet, as described above, when the heat resistance temperature of the permanent magnet 80 is low and the environmental temperature exceeds this, As a result of the irreversible demagnetization, the motor driving capability is rapidly deteriorated, and there is a possibility that the vehicle cannot be driven in some cases.
  • the motor driving capability is rapidly deteriorated, and there is a possibility that the vehicle cannot be driven in some cases.
  • the motor 6 may be partly or wholly disposed in the wheel 2 to constitute the in-wheel motor drive device 8 including the motor 6, the wheel bearing 4, and the speed reducer 7.
  • the motor 6 having a high-speed rotation specification is used.
  • the motor 6 rotates at a high speed, the eddy current loss iron is large and heat generation due to the eddy current loss is increased. Therefore, the permanent magnet 80 of the motor 6 is likely to become high temperature, and demagnetization of the permanent magnet 80 due to high temperature is likely to occur. Therefore, the effect of providing the magnetic force estimating means 38 in the present invention becomes even more effective.
  • a reduction gear 7 for reducing the rotation of the motor 6 may be provided, and the reduction gear 7 may have a high reduction ratio of 1/6 or more. Moreover, the reduction gear 7 which decelerates rotation of the said motor 6 is provided, and this reduction gear 7 may be a cycloid reduction gear. According to the cycloid reducer, a high reduction ratio can be obtained. When the reduction ratio is increased, a small motor 6 that rotates at high speed is used, so that heat generation due to the eddy current loss increases. Therefore, the effect of providing the magnetic force estimating means 38 in the present invention becomes even more effective.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing an electric vehicle according to an embodiment of the present invention in a plan view. It is a block diagram of a conceptual structure of the inverter apparatus of the same electric vehicle. It is a fracture front view of the in-wheel motor drive device in the electric vehicle.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a motor portion that is a section taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a reduction gear portion taken along line VV in FIG. 3. It is a partial expanded sectional view of FIG.
  • This electric vehicle is a four-wheeled vehicle in which the wheels 2 that are the left and right rear wheels of the vehicle body 1 are driving wheels, and the wheels 3 that are the left and right front wheels are steering wheels of driven wheels.
  • Each of the wheels 2 and 3 serving as the driving wheel and the driven wheel has a tire and is supported by the vehicle body 1 via wheel bearings 4 and 5, respectively.
  • the wheel bearings 4 and 5 are given the abbreviation “H / B” of the hub bearing in FIG.
  • the left and right wheels 2, 2 serving as driving wheels are driven by independent traveling motors 6, 6, respectively. The rotation of the motor 6 is transmitted to the wheel 2 via the speed reducer 7 and the wheel bearing 4.
  • the motor 6, the speed reducer 7, and the wheel bearing 4 constitute an in-wheel motor driving device 8 that is one assembly part, and the in-wheel motor driving device 8 is partially or entirely inside the wheel 2. Placed in.
  • the in-wheel motor drive device 8 is also referred to as an in-wheel motor unit.
  • the motor 6 may directly rotate and drive the wheels 2 without using the speed reducer 7.
  • Each wheel 2, 3 is provided with an electric brake 9, 10.
  • Wheels 3 and 3 which are steering wheels serving as left and right front wheels can be steered via a steering mechanism 11 and are steered by a steering mechanism 12.
  • the steering mechanism 11 is a mechanism that changes the angle of the left and right knuckle arms 11b that hold the wheel bearings 5 by moving the tie rod 11a to the left and right. It is driven and moved left and right via a rotation / linear motion conversion mechanism (not shown).
  • the steering angle is detected by the steering angle sensor 15, and the sensor output is output to the ECU 21, and the information is used for acceleration / deceleration commands for the left and right wheels.
  • the in-wheel motor drive device 8 has a reduction gear 7 interposed between the wheel bearing 4 and the motor 6, and the wheel 2 that is a drive wheel supported by the wheel bearing 4 (FIG. 2). ) And the rotation output shaft 74 of the motor 6 (FIG. 3) are connected coaxially.
  • the reduction gear 7 should have a reduction ratio of 1/6 or more.
  • the speed reducer 7 is a cycloid speed reducer, in which eccentric portions 82a and 82b are formed on a rotational input shaft 82 that is coaxially connected to a rotational output shaft 74 of the motor 6, and bearings 85 are provided on the eccentric portions 82a and 82b, respectively.
  • the curvilinear plates 84a and 84b are attached to the discs, and the eccentric motion of the curvilinear plates 84a and 84b is transmitted to the wheel bearing 4 as rotational motion.
  • the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
  • the wheel bearing 4 includes an outer member 51 in which a double row rolling surface 53 is formed on the inner periphery, an inner member 52 in which a rolling surface 54 facing each of the rolling surfaces 53 is formed on the outer periphery, and these
  • the outer member 51 and the inner member 52 are composed of double-row rolling elements 55 interposed between the rolling surfaces 53 and 54 of the inner member 52.
  • the inner member 52 also serves as a hub for attaching the drive wheels.
  • the wheel bearing 4 is a double-row angular ball bearing, and the rolling elements 55 are made of balls and are held by a cage 56 for each row.
  • the rolling surfaces 53 and 54 have a circular arc cross section, and the rolling surfaces 53 and 54 are formed so that the contact angles are aligned with the back surface.
  • An end on the outboard side of the bearing space between the outer member 51 and the inner member 52 is sealed with a seal member 57.
  • the outer member 51 is a stationary raceway, has a flange 51a attached to the housing 83b on the outboard side of the speed reducer 7, and is formed as an integral part as a whole.
  • the flange 51a is provided with bolt insertion holes 64 at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the housing 83b is provided with a bolt screw hole 94 whose inner periphery is threaded at a position corresponding to the bolt insertion hole 64.
  • the outer member 51 is attached to the housing 83b by screwing the mounting bolt 65 inserted into the bolt insertion hole 94 into the bolt screwing hole 94.
  • the inner member 52 is a rotating raceway, and the outboard side member 59 having a hub flange 59a for wheel mounting and the outboard side member 59 are fitted to the inner periphery of the outboard side member 59.
  • the inboard side material 60 is integrated with the outboard side material 59 by fastening.
  • the rolling surface 54 of each row is formed in each of the outboard side material 59 and the inboard side material 60.
  • a through hole 61 is provided in the center of the inboard side member 60.
  • the hub flange 59a is provided with press-fit holes 67 for hub bolts 66 at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a cylindrical pilot portion 63 that guides driving wheels and braking components (not shown) protrudes toward the outboard side.
  • a cap 68 that closes the outboard side end of the through hole 61 is attached to the inner periphery of the pilot portion 63.
  • the motor 6 is a radial gap type IPM motor (that is, an embedded magnet type synchronous motor) in which a radial gap is provided between a motor stator 73 fixed to a cylindrical motor housing 72 and a motor rotor 75 attached to the rotation output shaft 74. ).
  • the rotation output shaft 74 is cantilevered by two bearings 76 on the cylindrical portion of the housing 83 a on the inboard side of the speed reducer 7.
  • a coolant flow path 95 is provided in the peripheral wall portion of the motor housing 72.
  • the motor stator 73 is cooled by flowing lubricating oil or a water-soluble coolant through the coolant channel 95.
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional view (IV-IV section of FIG. 3) of the motor.
  • the rotor 75 of the motor 6 includes a core portion 79 made of a soft magnetic material and a permanent magnet 80 built in the core portion 79.
  • the permanent magnets 80 are arranged so that two adjacent permanent magnets face each other in a cross-sectional shape on the same circumference in the rotor core portion 79.
  • the permanent magnet 80 is a neodymium magnet.
  • the stator 73 includes a core part 77 and a coil 78 made of a soft magnetic material.
  • the core portion 77 has a ring shape with an outer peripheral surface having a circular cross section, and a plurality of teeth 77a protruding inward on the inner peripheral surface are formed side by side in the circumferential direction.
  • the coil 78 is wound around the teeth 77 a of the stator core portion 77.
  • the motor 6 is provided with an angle sensor 36 that detects a relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75.
  • the angle sensor 36 detects and outputs a signal representing a relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75, and an angle calculation circuit 71 that calculates an angle from the signal output from the angle sensor body 70.
  • the angle sensor main body 70 includes a detected portion 70a provided on the outer peripheral surface of the rotation output shaft 74, and a detecting portion 70b provided in the motor housing 72 and disposed in close proximity to the detected portion 70a, for example, in the radial direction. Become.
  • the detected portion 70a and the detecting portion 70b may be arranged close to each other in the axial direction.
  • the angle sensor 36 may be a resolver.
  • each phase of each wave of alternating current flowing through the coil 78 of the motor stator 73 based on the relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75 detected by the angle sensor 36. Is controlled by the motor drive control unit 33 of the motor control unit 29.
  • the wiring of the motor current of the in-wheel motor drive device 8 and the wiring of various sensor systems and command systems are collectively performed by a connector 99 provided in the motor housing 72 and the like.
  • the speed reducer 7 is a cycloid speed reducer, and two curved plates 84a and 84b formed with a wavy trochoidal curve having a gentle outer shape as shown in FIG.
  • the shaft 82 is attached to each eccentric part 82a, 82b.
  • a plurality of outer pins 86 for guiding the eccentric movements of the curved plates 84a and 84b on the outer peripheral side are provided across the housing 83b, and a plurality of inner pins 88 attached to the inboard side member 60 of the inner member 2 are provided.
  • the curved plates 84a and 84b are engaged with a plurality of circular through holes 89 provided in the inserted state.
  • the rotation input shaft 82 is spline-coupled with the rotation output shaft 74 of the motor 6 and rotates integrally.
  • the rotary input shaft 82 is supported at both ends by two bearings 90 on the inboard side housing 83a and the inner diameter surface of the inboard side member 60 of the inner member 52.
  • the curved plates 84a and 84b attached to the rotation input shaft 82 that rotates together with the motor 6 perform an eccentric motion.
  • the eccentric motions of the curved plates 84 a and 84 b are transmitted to the inner member 52 as rotational motion by the engagement of the inner pins 88 and the through holes 89.
  • the rotation of the inner member 52 is decelerated with respect to the rotation of the rotation output shaft 74. For example, a reduction ratio of 1/10 or more can be obtained with a single-stage cycloid reducer.
  • the two curved plates 84a and 84b are attached to the eccentric portions 82a and 82b of the rotary input shaft 82 so as to cancel out the eccentric motion with each other, and are mounted on both sides of the eccentric portions 82a and 82b.
  • a counterweight 91 that is eccentric in the direction opposite to the eccentric direction of the eccentric portions 82a and 82b is mounted so as to cancel the vibration caused by the eccentric movement of the curved plates 84a and 84b.
  • bearings 92 and 93 are mounted on the outer pins 86 and the inner pins 88, and outer rings 92a and 93a of these bearings 92 and 93 are respectively connected to the curved plates 84a and 84b. It comes into rolling contact with the outer periphery and the inner periphery of each through-hole 89. Therefore, the contact resistance between the outer pin 86 and the outer periphery of each curved plate 84a, 84b and the contact resistance between the inner pin 88 and the inner periphery of each through hole 89 are reduced, and the eccentric motion of each curved plate 84a, 84b is smooth. Can be transmitted to the inner member 52 as a rotational motion.
  • the wheel bearing 4 of the in-wheel motor drive device 8 is attached to the vehicle body via a suspension device (not shown) such as a knuckle on the outer periphery of the housing 83 b of the speed reducer 7 or the housing 72 of the motor 6. Fixed.
  • the vehicle body 1 includes an ECU 21 that is an electric control unit that performs overall control of the automobile, an inverter device 22 that controls the motor 6 for traveling in accordance with a command from the ECU 21, and a brake controller 23.
  • the ECU 21 includes a computer, a program executed by the computer, various electronic circuits, and the like.
  • the ECU 21 is roughly divided into a drive control unit 21a and a general control unit 21b when classified roughly by function.
  • the drive control unit 21a gives the left and right wheel motors 6 and 6 the acceleration command output from the accelerator operation unit 16, the deceleration command output from the brake operation unit 17, and the turning command output from the steering angle sensor 15.
  • the given acceleration / deceleration command is generated and output to the inverter device 22.
  • the drive control unit 21a outputs an acceleration / deceleration command to be output, information on the tire rotation speed obtained from the rotation sensor 24 provided on the wheel bearings 4 and 5 of the wheels 2 and 3, You may have the function to correct
  • the accelerator operation unit 16 includes an accelerator pedal and a sensor 16a that detects the amount of depression and outputs the acceleration command.
  • the brake operation unit 17 includes a brake pedal and a sensor 17a that detects the amount of depression and outputs the deceleration command.
  • the general control unit 21b of the ECU 21 processes a function of outputting a deceleration command output from the brake operation unit 17 to the brake controller 23, a function of controlling various auxiliary machine systems 25, and an input command from the console operation panel 26.
  • the display device 27 can display an image of a liquid crystal display device or the like.
  • the auxiliary machine system 25 is, for example, an air conditioner, a light, a wiper, a GPS, an airbag or the like, and is shown here as a representative block.
  • the brake controller 23 is means for giving a braking command to the brakes 9 and 10 of the wheels 2 and 3 according to the deceleration command output from the ECU 21.
  • the braking command output from the ECU 21 includes a command generated by means for improving the safety of the ECU 21.
  • the brake controller 23 includes an antilock brake system.
  • the brake controller 23 is configured by an electronic circuit, a microcomputer, or the like.
  • the inverter device 22 includes a power circuit unit 28 provided for each motor 6 and a motor control unit 29 that controls the power circuit unit 28.
  • the motor control unit 29 may be provided in common for each power circuit unit 28 or may be provided separately, but even if provided in common, each power circuit unit 28. For example, can be controlled independently so that the motor torque is different from each other.
  • the motor control unit 29 has a function of outputting information (referred to as “IWM system information”) such as detection values and control values related to the in-wheel motor 8 of the motor control unit 29 to the ECU.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a conceptual configuration of the inverter device 22.
  • the power circuit unit 28 includes an inverter 31 that converts the DC power of the battery 19 into three-phase AC power that is used to drive the motor 6, and a PWM driver 32 that controls the inverter 31.
  • the motor 6 is composed of a three-phase synchronous motor or the like.
  • the inverter 31 is composed of a plurality of semiconductor switching elements (not shown), and the PWM driver 32 performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
  • the motor control unit 29 includes a computer, a program executed on the computer, and an electronic circuit, and has a motor drive control unit 33 as a basic control unit.
  • the motor drive control unit 33 is a unit that converts the current command into a current command in accordance with an acceleration / deceleration command by a torque command or the like given from the ECU that is the host control unit, and gives the current command to the PWM driver 32 of the power circuit unit 28.
  • the motor drive control unit 33 obtains a motor current value to be passed from the inverter 31 to the motor 6 from the current detection unit 35 and performs current feedback control.
  • the motor drive control unit 33 obtains the rotation angle of the rotor of the motor 6 from the angle sensor 36 and performs vector control.
  • the motor control unit 29 having the above configuration is provided with the following magnetic force estimation means 38, determination means 39, abnormality handling motor drive restriction means 40, and abnormality report means 41, and abnormality indication means 42 is provided in the ECU 21. Yes.
  • the magnetic force estimation means 38, the determination means 39, and the abnormality handling motor drive restriction means 40 may be provided in the ECU 21.
  • the magnetic force estimation means 38 outputs at least two detection signals among an angle sensor 36 that detects the rotation angle of the motor rotation speed of the motor 6, a voltage sensor 37 that detects the motor voltage, and a current sensor 35 that detects the motor current. That is, it is means for estimating the magnetic force of the permanent magnet of the rotor of the motor 6 from at least two detection signals of the motor speed, the motor voltage, and the motor current according to a predetermined rule.
  • an electromotive force is generated in the stator coil 78 by the rotation of the permanent magnet of the rotor, and the electromotive force increases as the magnetic force of the permanent magnet 80, that is, the magnetic flux density increases. Therefore, the magnetic force of the permanent magnet can be understood by comparing the motor speed and the motor voltage. Since the electromotive force also affects the motor current, the magnetic force of the permanent magnet can be found by comparing the motor speed and the motor current. The magnetic force of the permanent magnet also appears in the relationship between the waveform of the motor voltage and the waveform of the motor current, and the magnetic force of the permanent magnet can be understood by comparison.
  • the magnetic force estimating means 38 has at least two of the motor current, the motor voltage, and the motor rotational speed by providing an appropriate rule that defines the relationship between the motor rotational speed, the motor voltage, and the motor current. From the detection signal, the magnetic force of the permanent magnet 70 of the rotor 75 of the motor 6 is estimated according to a predetermined rule.
  • the estimated output of the magnetic force of the permanent magnet 80 does not have to be a unit indicating magnetic force such as magnetic flux density, and may be, for example, a value belonging to any stage of magnetic force determined as appropriate.
  • the magnetic force estimation means 38 is configured to compare the motor rotation speed and the motor voltage, the motor rotation speed and the motor current, and the motor voltage waveform and the motor current waveform. Either may be used to estimate the magnetic force.
  • the determining means 39 is means for determining whether or not the magnetic force estimated by the magnetic force estimating means 38 is within a setting allowable range.
  • the allowable setting range may be determined as appropriate, for example, as a range where the magnetic force can be regarded as a normal range, or a range allowing further safety.
  • the determination means 39 has a function of determining whether it is within the setting allowable range but within the safety setting range close to the limit of the setting allowable range, in addition to determining whether or not it is within the setting allowable range. It is good as a thing.
  • the safety setting range may be determined as appropriate.
  • the abnormality handling motor drive restricting means 40 is a means for restricting the output of the inverter device 22 when the judging means 39 judges that it is outside the set allowable range.
  • the limitation of the output of the inverter device 22 by the abnormality-corresponding motor drive limiting means 40 is, for example, a process of reducing the output of the torque or current value that is the drive command that is the output of the motor drive control unit 33 or the PWM driver 32. Moreover, the process which stops an output may be sufficient. Further, the output of the inverter 31 may be cut off. In the case of stopping driving, it is preferable that the motor 6 is rotatable.
  • the abnormality reporting unit 41 is a unit that outputs abnormality occurrence information to the ECU 21 when the determination unit 39 determines that the magnetic force estimated by the magnetic force leveling unit 38 is out of the set allowable range.
  • the abnormality display means 42 provided in the ECU 21 is means for receiving the abnormality occurrence information output from the abnormality report means 41 and causing the display device 27 in the driver's seat to perform a display notifying the abnormality.
  • the determination unit 39 receives a determination result indicating that the determination unit 39 has deviated from the set allowable range, and causes the display to notify the abnormality.
  • the display on the display device 27 is a display using characters or symbols, for example, an icon. If the determination means 39 has a function of determining whether it is within the safety setting range, the abnormality display means 42 is within the setting allowable range based on the determination result, but the safety setting range. It is preferable to have a function of displaying that the range is over the range.
  • the magnetic force estimation means 38 is always a permanent magnet of the rotor 75 of the motor 6 according to a predetermined rule from the outputs of the sensors 35, 36, 37 (two outputs of the sensors 35, 36, 37). Estimate a magnetic force of 80.
  • the determination unit 39 monitors this estimation result, and determines whether or not the magnetic force estimated by the magnetic force estimation unit 38 is within the set allowable range.
  • the abnormality handling motor drive restricting means 40 restricts the output of the inverter device 22, and the abnormality reporting means 41 reports an abnormality to the ECU 21.
  • the abnormality display means 42 of the ECU 21 displays an abnormality on the driver's seat display device 27. In addition to this, the ECU 21 performs control corresponding to the restriction on the output of the inverter device 22 by the abnormality handling motor drive restriction means 40.
  • the motor 6 when the magnetic force drop is found by the determination means 39, by limiting the output of the inverter device 22 that becomes the current command of the motor 6 or the like, for example, when the motor is driven to a high temperature state In addition, by taking measures to reduce or stop the output of the motor 6, it is possible to avoid a higher temperature than at present and to prevent further deterioration of the magnet of the motor 6. For example, when the motor 6 is an embedded magnet type synchronous motor using a neodymium permanent magnet 80, as described above, if the heat resistance temperature of the permanent magnet 80 is low and the ambient temperature exceeds this temperature, the motor 6 is irreversible.
  • the motor driving capability is rapidly deteriorated, and there is a possibility that the vehicle cannot be driven in some cases.
  • the control can be performed more quickly than in the case where the ECU 21 is provided.
  • the burden can be reduced.
  • the determination unit 39 and the like are provided in the inverter device 22, when the determination unit 39 determines that the set value is out of the allowable setting range, the abnormality report unit 41 outputs abnormality occurrence information to the ECU 21.
  • the ECU 21 is a means for controlling the vehicle as a whole, and when control such as drive limitation is performed by the inverter device 22 or the like, appropriate control of the vehicle as a whole can be performed by receiving an abnormality report.
  • the abnormality display means 42 causes the display device 27 in the driver's seat to perform a display notifying the abnormality, so that the driver immediately recognizes the abnormality.
  • the driver can quickly take appropriate measures such as stopping or slowing the vehicle or traveling to a repair shop.
  • the motor 6 constitutes the in-wheel motor drive device 8
  • the motor 6 having a high-speed rotation specification is used, and the speed reducer 7 is 1/6 or more.
  • a cycloid reducer that can obtain a high reduction ratio (more specifically, a high reduction ratio of 1/10 or more) is used.
  • the motor 6 rotates at a high speed, the eddy current loss iron is large and heat generation due to the eddy current loss is increased.
  • the permanent magnet 80 of the motor 6 tends to become high temperature, and demagnetization of the permanent magnet due to high temperature tends to occur. Therefore, the effect of providing the magnetic force estimation means 38, the determination means 39, the abnormality handling motor drive restriction means 40, etc. in this embodiment becomes even more effective.

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Abstract

　モータの永久磁石における減磁等の性能劣化が生じた場合に、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供する。モータ(6)のロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段(38)と、その判定手段(39)と、異常対応モータ駆動制限手段(40)とを、インバータ装置(22)またはＥＣＵ(21)に設ける。磁力推定手段(38)は、モータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、磁力の推定を行う。判定手段(39)は、推定された磁力が設定許容範囲内であるか否かを判定する。異常対応モータ駆動制限手段(40)は、判定手段(39)による異常であるとの判定結果に応じて、インバータ装置(22)によるモータ駆動に制限を与える。

Description

電気自動車 関連出願
　本出願は、２０１１年２月２５日出願の特願２０１１－０３９４９１の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
　電気自動車では、車両駆動のためのモータの性能低下や故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、ネオジウム系磁石を使った高効率性能を有するＩＰＭ型のモータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。また、従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、モータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献３）。
特開２００６－２５８２８９号公報 特開２００４－３２８８１９号公報 特開２００８－１６８７９０号公報
　電気自動車に用いられるモータ、特にネオジウム系磁石を使ったモータでは、永久磁石の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。なお、上記のように、インホイールモータ駆動装置において、モータ温度を測定して過負荷を監視し、駆動制限することは行われているが、主にモータの温度測定結果による制御では、モータの永久磁石の減磁等による性能低下に対して適切な対応は行えない。
　この発明の目的は、モータの永久磁石における減磁等の性能劣化が生じた場合に、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供することである。以下、この発明の概要について、実施形態を示す図面中の符号を用いて説明する。
　この発明の電気自動車は、車輪２を駆動する同期型のモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車であって、前記モータ６のモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つをそれぞれ検出する複数のセンサ３６，３７，３５と、これらのセンサ出力であるモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段３８を、前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けたものである。
　同期型のモータ６では、ロータ７５の永久磁石８０の回転によりステータコイル７８に起電力を発生し、この起電力は、永久磁石８０の磁力（つまり磁束密度）が強いほど大きくなる。そのため、モータ回転数とモータ電圧を比較すると、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力はモータ電流にも影響するため、モータ回転数とモータ電流の比較によっても、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力と永久磁石の磁力の関係は、モータ電圧の波形とモータ電流の波形の関係にも現れ、その比較によって永久磁石の磁力が分かる。
　前記磁力推定手段３８は、このようなモータ回転数、モータ電圧、モータ電流の関係を定めた適宜の規則を設けておくことで、モータ電流、モータ電圧、およびモータ回転数の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定する。この推定した永久磁石８０の磁力の出力は、磁束密度等の磁力を示す単位でなくても良く、例えば、適宜定めた磁力の段階のどの段階に属するかの値等であっても良い。このようにロータ７５の永久磁石８０の磁力が推定されることで、永久磁石８０の熱による減磁や、永久磁石８０の欠けや割れ等に起因する磁力の低下が分かり、その適切な対処が行える。
　この発明において、前記磁力推定手段３８で推定された磁力が設定許容範囲内にあるか否を判定する判定手段３９を、前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けても良い。前記設定許容範囲は、例えば、磁力が正常範囲と見做せる範囲、あるいはさらに安全を見込んだ範囲として適宜定めれば良い。前記判定手段３９を設けることで、モータ６の永久磁石８０の磁力低下への対処を行うべきか否かが判断できる。
　前記判定手段３９が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、前記インバータ装置２２の出力に制限を与える異常対応モータ駆動制限手段４０を前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けても良い。前記インバータ装置２２の出力の制限は、例えば、駆動指令となるトルクや電流値の出力を下げる処理であっても、また出力を停止させる処理であっても良い。前記判定手段３９により磁力低下が判明したときに、モータ６の電流指令等となるインバータ装置２２の出力に制限を加えることで、例えば、モータ駆動によって高温状態になっているときに、モータ６の出力低下や停止の処置を行うことで、現在以上に高温になることを回避し、モータ６の磁石がさらに劣化することを未然に防止できる。
　前記判定手段３９、磁力推定手段３８、および異常対応モータ駆動制限手段４０は、前記インバータ装置２２に設けても良い。これらをインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、また高機能化により煩雑化進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
　前記判定手段３９等をインバータ装置２２に設けた場合は、前記推定された磁力が前記判定手段３９により、前記設定許容範囲から外れたと判定したときに、前記ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けるのが良い。ＥＣＵ２１は車両全般の制御を行う手段であり、インバータ装置２２等により駆動制限等の制御を行った場合は、その異常報告を受けることで、車両全般の適切な制御が行える。
　前記判定手段３９を設けた場合、この判定手段３９が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる異常表示手段４２を前記ＥＣＵ２１に設けるのが良い。運転席の表示装置２７に異常の表示が行われることで、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
　この発明において、前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである場合、前述のように、永久磁石８０の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。しかし、モータ６の出力低下や停止の処置を行い、永久磁石８０がさらに劣化することを未然に防止することで、モータ６の駆動不能を回避し、修理工場や、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。
　前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであってもよい。インホイールモータ駆動装置８では、コンパクト化が図られる結果、モータ６に高速回転仕様のものが用いられる。モータ６が高速回転すると、渦電流損鉄が大きく、渦電流損失による発熱が高くなる。そのため、モータ６の永久磁石８０が高温となり易く、高温による永久磁石８０の減磁が生じ易い。したがって、この発明における、磁力推定手段３８を設けることによる効果が、より一層効果的となる。
　この発明において、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、この減速機７は、１／６以上の高減速比を有するものであっても良い。また、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、この減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機によると、高い減速比が得られる。減速比を高くした場合、モータ６は小型で高速回転するものが用いられるため、前記渦電流損失による発熱が高くなる。そのため、この発明における、前記磁力推定手段３８を設けることによる効果が、より一層効果的となる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車のインバータ装置の概念構成のブロック図である。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図３のIV-IV線断面となるモータ部分の縦断面図である。 図３のＶ－Ｖ線断面となる減速機部分の縦断面図である。 図５の部分拡大断面図である。
　この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
　左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
　図３に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図３）の回転出力軸７４とを同軸上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
　車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
　外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
　内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
　モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。また、モータハウジング７２の周壁部には冷却液流路９５が設けられている。この冷却液流路９５に潤滑油もしくは水溶性の冷却剤を流すことにより、モータステータ７３の冷却が行われる。
　図４は、モータの縦断面図（図３のIV-IV断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
　図３に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
　なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。
　減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図５のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
　モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
　前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
　図６に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
　図３において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
　図１において、制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
　ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
　ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示装置２７に表示を行う機能などを有する。表示装置２７は、液晶表示装置等の画像を表示可能なものである。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
　ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
　インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とで構成される。モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
　図２は、インバータ装置２２の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
　モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
　この実施形態では、上記構成のモータコントロール部２９に、次の磁力推定手段３８、判定手段３９、異常対応モータ駆動制限手段４０、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。なお、磁力推定手段３８、判定手段３９、および異常対応モータ駆動制限手段４０は、ＥＣＵ２１に設けてもよい。
　磁力推定手段３８は、前記モータ６のモータ回転数の回転角を検出する角度センサ３６、モータ電圧を検出する電圧センサ３７、およびモータ電流を検出する電流センサ３５の内の少なくとも２つの検出信号出力、すなわちモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータの永久磁石の磁力を推定する手段である。
　同期型のモータ６では、ロータの永久磁石の回転によりステータコイル７８に起電力を発生し、この起電力は、永久磁石８０の磁力、つまり磁束密度が高いほど大きくなる。そのため、モータ回転数とモータ電圧を比較すると、永久磁石の磁力が分かる。上記起電力はモータ電流にも影響するため、モータ回転数とモータ電流の比較によっても、永久磁石の磁力が分かる。永久磁石の磁力は、モータ電圧の波形とモータ電流の波形の関係にも現れ、その比較によって永久磁石の磁力が分かる。
　前記磁力推定手段３８は、このようなモータ回転数、モータ電圧、モータ電流の関係を定めた適宜の規則を設けておくことで、モータ電流、モータ電圧、およびモータ回転数の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石７０の磁力を推定する。この推定した永久磁石８０の磁力の出力は、磁束密度等の磁力を示す単位でなくても良く、例えば、適宜定めた磁力の段階のどの段階に属するかの値等であっても良い。なお、磁力推定手段３８は、永久磁石８０の磁力の推定につき、上記のモータ回転数とモータ電圧の比較、モータ回転数とモータ電流の比較、およびモータ電圧の波形とモータ電流の波形の比較のいずれを行って磁力の推定を行うものであっても良い。
　判定手段３９は、磁力推定手段３８で推定された磁力が設定許容範囲内にあるか否を判定する手段である。前記設定許容範囲は、例えば、磁力が正常範囲と見做せる範囲、あるいはさらに安全を見込んだ範囲として適宜定めれば良い。判定手段３９は、設定許容範囲内にあるか否かの判定に加えて、設定許容範囲内ではあるが、設定許容範囲の限界に近い安全用設定範囲内にあるかの判定を行う機能を有するものとしても良い。安全用設定範囲についても、適宜定めれば良い。
　異常対応モータ駆動制限手段４０は、判定手段３９が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、前記インバータ装置２２の出力に制限を与える手段である。異常対応モータ駆動制限手段４０によるインバータ装置２２の出力の制限は、例えば、モータ駆動制御部３３またはＰＷＭドライバ３２の出力となる駆動指令となるトルクや電流値の出力を下げる処理であっても、また出力を停止させる処理であっても良い。また、インバータ３１の出力を遮断するものであっても良い。なお、駆動停止の場合は、モータ６を回転自在とすることが好ましい。
　異常報告手段４１は、磁力水平手段３８で推定された磁力が前記判定手段３９により、前記設定許容範囲から外れたと判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
　ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力され異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。判定手段３９がＥＣＵ２１に設けられた場合は、判定手段３９により、前記設定許容範囲から外れたと判定された旨の判定結果を受けて、前記異常を知らせる表示を行わせる。この表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。異常表示手段４２は、判定手段３９が前記安全用設定範囲内にあるかの判定を行う機能を有するものである場合は、その判定結果に基づき、設定許容範囲内ではあるが、安全用設定範囲を超える範囲であることを表示する機能を有するものとするのが良い。
　上記構成による磁力推定およびその推定結果に応じた動作につき説明する。磁力推定手段３８は、常時、前記各センサ３５，３６，３７の出力（これらセンサ３５，３６，３７のうちの２つの出力）から、定められた規則に従い、前記モータ６のロータ７５の永久磁石８０の磁力を推定する。判定手段３９は、この推定結果を監視し、磁力推定手段３８で推定された磁力が設定許容範囲内にあるか否を判定する。設定許容範囲を外れたと判定されたときは、異常対応モータ駆動制限手段４０がインバータ装置２２の出力に制限を与えると共に、異常報告手段４１がＥＣＵ２１に異常の報告を行い、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行う。ＥＣＵ２１は、この他に、異常対応モータ駆動制限手段４０によるインバータ装置２２の出力に、制限に対応した制御を行う。
　このように、前記判定手段３９により磁力低下が判明したときに、モータ６の電流指令等となるインバータ装置２２の出力に制限を加えることで、例えば、モータ駆動によって高温状態になっているときに、モータ６の出力低下や停止の処置を行うことで、現在以上に高温になることを回避し、モータ６の磁石がさらに劣化することを未然に防止できる。例えば、前記モータ６がネオジウム系の永久磁石８０を用いた埋込磁石型同期モータである場合、前述のように、永久磁石８０の耐熱温度が低く、またその環境温度がこれを超えると、不可逆減磁となる結果、モータ駆動能力が急激に劣り、場合によっては車両駆動もできなくなる恐れがある。しかし、モータ６の出力低下や停止の処置を行い、永久磁石８０がさらに劣化することを未然に防止することで、モータ６の駆動不能を回避し、修理工場や処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。
　前記判定手段３９、磁力推定手段３８、および異常対応モータ駆動制限手段４０は、インバータ装置２２に設けたため、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、また高機能化により煩雑化進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。判定手段３９等をインバータ装置２２に設けたが、判定手段３９により、前記設定許容範囲から外れたと判定したときは、異常報告手段４１がＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する。ＥＣＵ２１は車両全般の制御を行う手段であり、インバータ装置２２等により駆動制限等の制御を行った場合は、その異常報告を受けることで、車両全般の適切な制御が行える。
　また、判定手段３９が許容範囲外と判定したときは、異常表示手段４２により、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせるようにしたため、運転者は、その異常を直ぐに認識することができて、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
　この実施形態では、モータ６がインホイールモータ駆動装置８を構成するものであるため、コンパクト化が図られる結果、モータ６に高速回転仕様のものが用いられ、減速機７に１／６以上の高減速比（より具体的には１／１０以上の高減速比）が得られるサイクロイド減速機が用いられる。モータ６が高速回転すると、渦電流損鉄が大きく、渦電流損失による発熱が高くなる。これにより、モータ６の永久磁石８０が高温となり易く、高温による永久磁石の減磁が生じ易い。そのため、この実施形態における、磁力推定手段３８や判定手段３９、異常対応モータ駆動制限手段４０等を設けることによる効果が、より一層効果的となる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…車体
２，３…車輪
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
９，１０…電動式のブレーキ
１１…転舵機構
１２…操舵機構
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４…回転センサ
２７…表示装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３５…電流センサ
３６…角度センサ
３７…電圧センサ
３８…磁力推定手段
３９…判定手段
４０…異常対応モータ駆動制限手段
４１…異常報告手段
４２…異常表示手段

Claims (10)

  1. 　車輪を駆動する同期型のモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車であって、
    　前記のモータのモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つをそれぞれ検出する複数のセンサと、これらのセンサ出力であるモータ回転数、モータ電圧、およびモータ電流の内の少なくとも２つの検出信号から、定められた規則に従い、前記モータのロータの永久磁石の磁力を推定する磁力推定手段を、前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
  2. 　請求項１において、前記磁力推定手段で推定された磁力が設定許容範囲内にあるか否を判定する判定手段を、前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
  3. 　請求項２において、前記判定手段が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、前記インバータ装置の出力に制限を与える異常対応モータ駆動制限手段を前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
  4. 　請求項３において、前記判定手段、前記磁力推定手段、および異常対応モータ駆動制限手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
  5. 　請求項４において、前記推定された磁力が前記判定手段により、前記設定許容範囲から外れたと判定されたときに、前記ＥＣＵに異常発生情報を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
  6. 　請求項２において、前記判定手段が設定許容範囲の範囲外と判定したときに、運転席の表示装置に、異常を知らせる表示を行わせる異常表示手段を前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
  7. 　請求項１において、前記モータがネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである電気自動車。
  8. 　請求項１において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
  9. 　請求項１において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、この減速機は、１／６以上の高減速比を有する電気自動車。
  10. 　請求項１において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
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