WO2012114901A1 - 電気自動車、インホイールモータ駆動装置およびモータ制御方法 - Google Patents

電気自動車、インホイールモータ駆動装置およびモータ制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle to be an in-wheel motor vehicle such as a battery drive and a fuel cell drive having a motor for driving a wheel, an in-wheel motor drive device used for a drive wheel of the electric vehicle, and a motor control method.
  • an in-wheel motor vehicle such as a battery drive and a fuel cell drive having a motor for driving a wheel, an in-wheel motor drive device used for a drive wheel of the electric vehicle, and a motor control method.
  • a motor used in an electric vehicle particularly an IPM type motor using a neodymium magnet
  • a motor coil short circuit abnormality occurs, a braking force is generated due to a power generation phenomenon in the motor.
  • the motor is in a high-speed rotation state.
  • a short circuit abnormality of the motor coil occurs under such circumstances, there are problems in traveling such as the vehicle suddenly becoming unable to travel. is there.
  • a short circuit abnormality of the motor coil occurs, there is a problem that the vehicle is not easily moved by towing by an external vehicle because the motor is always braked by the rotation of the motor.
  • An object of the present invention is to provide an electric vehicle, an in-wheel motor drive device, and a motor control method capable of detecting a short circuit abnormality of a motor coil at an early stage and avoiding problems in vehicle running.
  • the electric vehicle includes a motor 6 that drives the 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 19 into AC power used to drive the motor 6. 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, wherein the motor 6 includes three-phase motor coils.
  • 78 is a synchronous motor that is connected by a star connection with one end of which is connected at a neutral point P1, and a short-circuit abnormality monitoring unit 95 that detects a short-circuit abnormality of the motor coil 78, and a short-circuit abnormality monitoring unit 95 detects a short-circuit abnormality. Then, an abnormal time cutting means Es for electrically disconnecting each motor coil 78 from the neutral point P1 is provided. Those were.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 constantly monitors the short circuit abnormality of the motor coil 78.
  • the abnormal disconnection means Es electrically disconnects each motor coil 78 from the neutral point P1 when the short-circuit abnormality monitoring means 95 detects a short-circuit abnormality.
  • the short-circuit abnormality of the motor coil 78 is constantly monitored, so that the short-circuit abnormality of the motor 6 is detected at an early stage, and each motor coil 78 is electrically disconnected from the neutral point P1, thereby rapidly rotating the motor. Braking can be prevented. Therefore, it is possible to avoid that the vehicle suddenly becomes unable to travel.
  • the motor rotation speed is undesirably high even if any one of the three-phase (U, V, W) motor coils 78 causes a short circuit abnormality. Can be reliably prevented.
  • motor braking due to short circuit abnormality cannot be avoided. This is because when the motor rotor has a permanent magnet due to a short circuit of the motor coil, an electromotive voltage is generated in the motor coil, thereby causing a current to flow through the coil.
  • the above short circuit abnormality is not limited to a complete short circuit, but refers to a case where a short circuit flow of current has occurred to a certain extent. Whether or not it is above a certain level may be determined by appropriately setting a threshold value.
  • the short-circuit abnormality monitoring means 95 may determine whether or not a short-circuit abnormality of the motor coil 78 has occurred, based on the three-phase supply current measurement value from the inverter 31 to the motor 6.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 may determine that a short circuit abnormality of the motor coil 78 has occurred when the motor current value is greater than a predetermined motor current threshold with respect to the motor applied voltage. If the motor current value is abnormally high with respect to the motor applied voltage, it is estimated that the motor 6 is short-circuited. Alternatively, the determination may be made based on variations between the three-phase supply currents.
  • the “motor current threshold value” may be a motor current value when a short-circuit abnormality of the motor coil 78 occurs by obtaining a motor current value with respect to a motor applied voltage by experiment, simulation, or the like.
  • the motor current value may be determined as appropriate, for example, using a value that allows for a safety factor as a threshold value.
  • the abnormal disconnection means Es may be a relay or an electronic switch.
  • each wiring is connected to one end of each motor coil 78 via a relay or an electronic switch.
  • the other end of each motor coil 78 is connected to the inverter 31.
  • the short-circuit abnormality monitoring means 95 may be provided in the inverter device 22 or the ECU 21.
  • a short-circuit abnormality is detected in a portion close to the motor 6, which is advantageous in terms of wiring, and can be controlled more quickly than in the case where it is provided in the ECU 21. Problems can be avoided quickly. Further, it is possible to reduce the burden on the ECU 21 that is becoming more complicated due to higher functions.
  • the inverter device 22 is provided with short-circuit abnormality monitoring means 95, and when the short-circuit abnormality monitoring means 95 detects a short-circuit abnormality, an abnormality report means 41 that outputs abnormality occurrence information of the short-circuit abnormality to the ECU 21. May be provided in the inverter device 22. Since the ECU 21 is a device that controls the vehicle in general, when the short circuit abnormality monitoring means 95 in the inverter device 22 detects the short circuit abnormality of the motor coil 78, the ECU 21 outputs abnormality occurrence information of the short circuit abnormality to the ECU 21. Thus, the ECU 21 can perform appropriate control of the entire vehicle.
  • the ECU 21 is a higher-level control unit that gives a drive command to the inverter device 22, and after the emergency control by the inverter device 22, the ECU 21 can perform more appropriate control of the subsequent drive.
  • an in-wheel motor drive device 8 having a wheel bearing 4 and a speed reducer 7 interposed between the motor 6 and the wheel bearing 4 may be further included.
  • the wheel bearing 4, the speed reducer 7, and the motor 6 are accompanied by a reduction in the amount of materials used and a high-speed rotation of the motor 6, so that reliability is ensured. Is an important issue.
  • the short circuit abnormality of the motor coil 78 of the motor 6 is detected at an early stage, and each motor coil 78 is electrically disconnected from the neutral point P1, Sudden braking of the motor 6 can be prevented. Therefore, it is possible to avoid that the vehicle suddenly becomes unable to travel.
  • a reduction gear 7 that reduces the rotation of the motor 6 may be provided, and the reduction gear 7 may be a cycloid reduction gear.
  • the reduction gear 7 is a cycloid reduction gear and the reduction ratio is increased to, for example, 1/6 or more, the motor 6 can be downsized and the apparatus can be downsized.
  • a reduction gear having a high reduction ratio is used, a reduction in size is achieved.
  • an abnormal short circuit of the motor coil 78 is caused. If this occurs, a sudden braking state can occur.
  • the sudden braking state due to the short circuit abnormality of the motor coil 78 can be prevented by the short circuit abnormality monitoring means 95, it is possible to avoid the vehicle from suddenly becoming unable to travel.
  • the motor 6 may be an embedded magnet type synchronous motor using a neodymium permanent magnet having high efficiency performance. In this case, the cruising range of the vehicle can be improved under a limited battery capacity. Further, when the embedded magnet type synchronous motor is used, the short circuit abnormality of the motor coil 78 can be eliminated, so that it is possible to avoid the occurrence of the braking force due to the power generation phenomenon in the motor 6.
  • moisture detection means Sk for detecting moisture in the motor 6 may be provided near the terminal block 6a of the motor 6.
  • the motor 6 in the in-wheel motor drive device 8 is near the wheel and is exposed to the road surface environment.
  • the moisture detecting means Sk provided in the vicinity of the terminal block 6a of the motor 6 always detects moisture in the motor 6, that is, in the motor housing 72.
  • the in-wheel motor drive device 8 limits the motor current or cuts off the motor current, for example, based on the moisture detection signal. This is because when the moisture detection means Sk detects moisture, it is presumed that the wiring of the motor 6 is easily short-circuited. Thereby, it is possible to prevent the short-circuit abnormality in the motor 6 in a high-speed rotation state, for example. Therefore, it is possible to avoid that the vehicle suddenly becomes unable to travel.
  • the wiring in the motor 6 has a coating, it may be exposed for connection in the vicinity of the terminal block 6a, and a short circuit is likely to occur when moisture enters the motor 6. . Therefore, short circuit abnormality can be detected effectively by providing the moisture detection means Sk in the vicinity of the terminal block 6a.
  • the terminal block 6 a may have a plurality of terminals 96, and these terminals 96 may be accommodated in the housing 72 of the motor 6.
  • the moisture detection means Sk By providing the moisture detection means Sk in the vicinity of the plurality of terminals installed in such a location, moisture in the space of the exposed portion of the current passage 100 can be accurately detected, and moisture that causes a short circuit is reliably detected. In addition, it is possible to prevent erroneous detection.
  • the motor current is limited or It may have a moisture detection correspondence control means 102 that cuts off the motor current.
  • the detection signal from the moisture detection means Sk is in the set state, it is estimated that the motor 6 installed near the wheel is in a state where it is easily short-circuited. For this reason, when it is determined that the moisture detection correspondence control means 102 has entered the set state, the motor current is limited or cut off. In this way, the abnormality of the motor 6 can be detected at an early stage, and problems in vehicle travel can be avoided.
  • the inverter device 22 having the motor control unit 29 for controlling the circuit unit 28 may be provided with the moisture detection correspondence control means 102.
  • the moisture detection correspondence control means 102 By providing the moisture detection correspondence control means 102 in the inverter device 22, it is possible to perform quicker control than in the case where the moisture detection detection control means 102 is provided in the ECU 21, and it is possible to quickly avoid problems in running the vehicle. Further, it is possible to reduce the burden on the ECU 21 that is becoming more complicated due to higher functions.
  • the moisture detection response control means 102 may be provided in the ECU 21 which is an electric control unit for controlling the entire vehicle.
  • the moisture detection means Sk may be a continuity sensor or an electrochemical sensor.
  • the motor control method is an electric vehicle including an in-wheel motor drive device including a wheel bearing 4, a motor 6, and a speed reducer 7 interposed between the motor 6 and the wheel bearing 4.
  • the motor current is Providing a limit or interrupting the motor current.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention in a plan view. It is a block diagram of conceptual composition, such as an inverter device of the electric vehicle.
  • A is the schematic which shows the circuit structural example of the motor of the same electric vehicle
  • B is the conceptual diagram by which each motor coil and the cutting means at the time of abnormality were connected.
  • (A) is a diagram schematically showing the connection between a three-phase motor coil of the motor and an inverter
  • (B) is a schematic diagram showing an example in which one end of each motor coil is connected to an abnormal disconnection means.
  • It is a characteristic view which shows the relationship between a motor applied voltage and a motor electric current value.
  • It is a fracture front view of the in-wheel motor drive device in an electric vehicle.
  • It is a longitudinal cross-sectional view of the motor part used as the VII-VII line cross section of FIG.
  • It is a longitudinal cross-sectional view of the reduction gear part used as the VIII-VIII line cross section of FIG.
  • It is a partial expanded sectional view of FIG.
  • FIG. 1 It is a block diagram of conceptual composition, such as ECU of an electric vehicle concerning a 2nd embodiment of this invention. It is a block diagram of the conceptual structure which provided the moisture detection corresponding
  • (A) is a fractured front view of the in-wheel motor drive device of the electric vehicle according to the third embodiment
  • (B) is a longitudinal sectional view near the terminal block of the motor of the in-wheel motor drive device
  • (C) is moisture. It is a front view which shows an example of a detection means. It is a block diagram of the conceptual structure of the control system in the in-wheel motor drive device of the electric vehicle which concerns on 4th Embodiment of this invention.
  • 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 is a wheel that is a drive wheel that is supported by the wheel bearing 4 with a speed reducer 7 interposed between the wheel bearing 4 and the motor 6 shown in FIG. 1. 2 (FIG. 2) and the rotation output shaft 74 of the motor 6 (FIG. 6) 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.
  • FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of the motor (cross section taken along line VII-VII in FIG. 6).
  • 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 wavy trochoid curves 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 attached to the outer pins 86 and the inner pins 88, and outer rings 92a and 93a of the 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 83b 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 controls the entire vehicle, an inverter device 22 that controls the motor 6 for traveling according to 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 auxiliary machine system 25 is, for example, an air conditioner, a light, a wiper, a GPS, an air bag, and 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 and the like.
  • 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 short-circuit abnormality monitoring means 95 and abnormality report means 41, and the ECU 21 is provided with an abnormality display means 42.
  • the motor 6 is provided with an abnormal disconnection means Es described later.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 detects a short circuit abnormality of the motor coil 78 of the motor 6. This short circuit abnormality monitoring means 95 determines whether or not a short circuit abnormality of the motor coil 78 has occurred based on the measured supply current value for each of the three phases (U, V, W phase) from the inverter 31 to the motor 6. To do. Specifically, the short circuit abnormality monitoring unit 95 includes a determination unit 39 and a control unit 40.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the motor applied voltage and the motor current value.
  • the determination unit 39 obtains the motor current value of each phase of the three phases flowing through the motor 6 from the current detection means 35, and the motor in which at least one of the three-phase motor current values is determined with respect to the motor applied voltage. It is determined whether it is larger than the current threshold.
  • the reference value of the motor current value is uniquely determined with respect to the motor applied voltage.
  • the motor current threshold for example, a reference value of the motor current value with respect to the motor applied voltage is obtained by experiment, simulation, etc., and a motor current value when a short circuit abnormality of the motor coil 78 occurs is obtained. For example, assume a value that allows for a safety factor.
  • FIG. 3B is a conceptual diagram in which each motor coil 78 is connected to the abnormal disconnection means Es. Specifically, each motor coil 78 is as shown in FIGS. 4A and 4B below. Are connected to the disconnection means Es at the time of abnormality.
  • FIG. 4A is a diagram schematically showing the connection between the three-phase motor coil 78 of the motor 6 and the inverter 31, and FIG. 4B shows that one end of each motor coil 78 is connected to the abnormal-time cutting means Es. It is the schematic which shows the example connected.
  • the motor 6 is a synchronous motor that is connected by a star connection in which one end of a three-phase motor coil 78 is connected at a neutral point P1.
  • Each wire is connected to one end Ua, Va, Wa of the winding of each motor coil 78 of three phases (U, V, W phase) via a relay which is an abnormal disconnection means Es.
  • the other ends Ub, Vb, Wb of the motor coil 78 are connected to the inverter 31, respectively.
  • a so-called normally closed relay in which all three relay contacts are closed is applied as a relay in this example, and a command from the control unit 40 is issued when a short circuit is abnormal. In response, all three relay contacts are opened.
  • FIG. 4A only one electrode U, V, W is shown in the motor 6, but when this electrode U, V, W is provided in an integer multiple along the circumferential direction.
  • the one end of the winding of each motor coil 78 wound around each electrode is connected in parallel or in series for each phase, and is connected to the disconnecting means Es at the time of abnormality.
  • the abnormality reporting unit 41 is a unit that outputs abnormality occurrence information to the ECU 21 when the determination unit 39 determines that a short circuit has occurred.
  • the abnormality display means 42 provided in the ECU 21 is means for receiving the abnormality occurrence information of the short-circuit abnormality 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 driver can immediately recognize the abnormality and can take appropriate measures more quickly by the driver, such as stopping or slowing down the vehicle or traveling to a repair shop.
  • the display on the display device 27 is a display using characters or symbols, for example, an icon.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 constantly monitors the short circuit abnormality of the motor coil 78.
  • the determination unit 39 determines that a short-circuit abnormality of the motor coil 78 has occurred when the motor current value is greater than a predetermined motor current threshold with respect to the motor applied voltage.
  • the control unit 40 instructs the abnormal-time cutting means Es to electrically disconnect each motor coil 78 from the neutral point P1 of the motor coil 78.
  • the abnormal disconnection means Es electrically disconnects each motor coil 78 from the neutral point P1 based on a command from the controller 40.
  • the abnormality display means 42 causes the display device 27 in the driver's seat to display a message indicating that there is a short circuit abnormality. Can immediately recognize the short-circuit abnormality, and can take appropriate measures more quickly by the driver, such as stopping or slowing the vehicle or traveling to a repair shop.
  • the short-circuit abnormality monitoring means 95 is provided in the inverter device 22, it is possible to perform quicker control than in the case where it is provided in the ECU 21, and it is possible to quickly avoid problems in traveling the vehicle. Further, it is possible to reduce the burden on the ECU 21 that is becoming more complicated due to higher functions.
  • the reduction gear 7 is a cycloid reduction gear and the reduction ratio is increased to, for example, 1/6 or more (more specifically, a high reduction ratio of 1/10 or more), the motor 6 is reduced in size and the apparatus is reduced in size. be able to. However, if a reduction gear having a high reduction ratio is used, a reduction in size is achieved. However, since the rotation torque of the motor 6 is enlarged and transmitted to the tire 2 as the reduction ratio is increased, an abnormal short circuit of the motor coil 78 is caused. If this occurs, a sudden braking state can occur. On the other hand, since the sudden braking state due to the short circuit abnormality of the motor coil 78 can be prevented by the short circuit abnormality monitoring means 95, it is possible to avoid the vehicle from suddenly becoming unable to travel.
  • the motor 6 is an embedded magnet type synchronous motor using a neodymium permanent magnet, the cruising distance of the vehicle can be improved under a limited battery capacity. Further, when the embedded magnet type synchronous motor 6 is used, the short circuit abnormality of the motor coil 78 can be eliminated, so that it is possible to avoid the occurrence of a braking force due to a power generation phenomenon in the motor 6.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 is provided in the ECU 21 which is an electric control unit for controlling the entire vehicle.
  • the abnormal disconnection means Es may use an electronic switch other than a relay. In this case, each motor coil 78 can be disconnected from the neutral point P1 by physically destroying the neutral point P1 of the motor 6 with an electronic switch.
  • FIGS. 11 and 12A to 12C This embodiment is for the inverter device of the electric vehicle shown in FIG. 1, and the description of FIG. 1 and FIGS. 7 to 9 used in the first embodiment can be applied to the following embodiments. Description is omitted.
  • FIG. 11 corresponds to FIG. 2
  • FIG. 12A corresponds to FIG. 6, and the differences will be mainly described.
  • the following description includes a description of a motor control method.
  • the in-wheel motor drive device 8 according to this embodiment includes a moisture detection unit Sk and a moisture detection response control unit 102 in addition to the abnormal-time cutting unit Es and the short-circuit abnormality monitoring unit 95 already described in relation to the first embodiment.
  • moisture detection means Sk for detecting moisture in the motor 6 is provided in the terminal block 6a of the motor 6.
  • the inside of the motor 6 is a space in the housing 72 of the motor 6 as shown in FIG.
  • the wiring in the motor 6 has a coating
  • the conductive path 100 including the wiring and connection terminals is exposed in the vicinity of the terminal block 6a. Accordingly, in the vicinity of the terminal block 6 a where the conductive path 100 is exposed, a short circuit is likely to occur when moisture enters the motor 6. Therefore, by providing the moisture detection means Sk in the vicinity of the terminal block 6a in the housing 72, a short circuit abnormality can be detected effectively.
  • the moisture detection means Sk for example, a continuity sensor or an electrochemical sensor is applied.
  • the continuity sensor has two terminals Sk1 and Sk2, and is a sensor having a structure in which the terminals Sk1 and Sk2 are both in a state of being immersed in water.
  • the electrochemical sensor for example, a sensor having a plurality of electrodes and detecting moisture from measurement data based on electrochemical current noise generated between the electrodes is applied.
  • the moisture detection means Sk is electrically connected to a moisture detection response control means 102 described later.
  • the terminal block 6 a has a plurality of (three in this example) terminals 96, and these terminals 96 are accommodated in a housing 72 of the motor 6.
  • the plurality of terminals 96 are terminals that connect the wiring of each phase in the motor 6 and the wiring outside the motor 6, and are connected to the wiring inside the motor 6, and are connected to the end of the wiring outside the motor 6.
  • the provided wiring-side terminal 101 may be screwed or plugged in.
  • the plurality of terminals 96 are installed at locations in the housing 72 where no oil is applied.
  • the motor control unit 29 having the above-described configuration in the inverter device 22 is provided with the moisture detection correspondence control means 102 and the abnormality report means 41 described in relation to the first embodiment.
  • the ECU 21 is provided with the abnormality display means 42 described in relation to the first embodiment.
  • the moisture detection correspondence control unit 102 determines that the moisture detection signal by the moisture detection unit Sk is in a set state (a state where the moisture detection signal is in a state exceeding the preset water amount) and the set state. Sometimes, it has a control unit 40A that limits the motor current or cuts off the motor current.
  • the embodiment will be described as a method for controlling the motor 6.
  • the motor 6 is controlled in the process of limiting the motor current or cutting off the motor current.
  • the continuity sensor When the continuity sensor is applied as the moisture detection means Sk in FIG. 11, the continuity sensor conducts when both of the two terminals of the continuity sensor are submerged while the motor current is flowing, and the continuity sensor sends a detection signal to the determination unit 39A. send.
  • the determination unit 39A monitors, for example, whether or not the detection signal is present, whether or not the detection signal is detected continuously for a predetermined time, or the number of detection signals within the predetermined time. This is because it is presumed that the wiring of the motor 6 is likely to be short-circuited when the continuity sensor conducts beyond a predetermined time or when the number of detection signals within a predetermined time exceeds a predetermined number. is there.
  • a test for submerging the motor 6 is performed in advance, and a plurality of samples are investigated for a limit time when the short circuit abnormality of the motor coil occurs due to the influence of water immersion in the housing 72.
  • the time shorter than these limit times, that is, a time with a margin is set as the predetermined time.
  • the electrochemical sensor When the electrochemical sensor is applied as the moisture detection means Sk, the electrochemical sensor obtains data, that is, a detection signal based on electrochemical current noise generated between the electrodes in a state where the motor current is flowing.
  • the detection signal is represented by a voltage value, for example.
  • the determination unit 39A monitors whether this detection signal is present or whether the detection signal exceeds a predetermined signal threshold (set state). In this case as well, a test for submerging the motor is performed in advance, and a plurality of samples of the voltage value of the electrochemical sensor when a short circuit abnormality of the motor coil occurs due to the flooding in the housing is investigated. A voltage value lower than these voltage values is set as the signal threshold value.
  • the determination unit 39A determines, for example, whether or not a detection signal from the electrochemical sensor is detected for a predetermined time, or a predetermined time. You may make it monitor the frequency
  • the control unit 40 ⁇ / b> A limits the motor current that flows through the motor 6. That is, the output of the inverter device 22 is limited.
  • the abnormality report means 41 reports an abnormality to the ECU 21, and the abnormality display means 42 of the ECU 21 displays an abnormality on the display device 27 in the driver's seat according to the abnormality report.
  • the ECU 21 performs control corresponding to the limitation on the output of the inverter device 22 by the control unit 40A.
  • the control unit 40A may limit the motor current that flows to the motor 6.
  • the control unit 40A may set the motor current flowing through the motor 6 to “0” A, that is, block the motor current.
  • the moisture detection correspondence control means 102 limits the motor current or cuts off the motor current based on the detection signal from the moisture detection means Sk, so that a short circuit abnormality occurs in the motor 6 in a high-speed rotation state, for example. This can be prevented beforehand.
  • the motor current is interrupted, it is possible to prevent the motor coil 78 from being seized by stopping the rotation of the motor 6 at an early stage. Therefore, it is possible to avoid that the vehicle suddenly becomes unable to travel. In this way, the abnormality of the motor 6 can be detected at an early stage, and problems in vehicle travel can be avoided.
  • moisture detection means Sk near the plurality of terminals, moisture in the space of the exposed portion of the energization path 100 can be accurately detected, moisture that causes a short circuit can be reliably detected, and erroneous detection is prevented. It becomes possible.
  • the moisture detection correspondence control means 102 By providing the moisture detection correspondence control means 102 in the inverter device 22, quick control can be performed as compared with the case where the moisture detection detection control means 102 is provided in the ECU 21, and problems in vehicle travel can be avoided quickly. Further, it is possible to reduce the burden on the ECU 21 that is becoming more complicated due to higher functions. Since the motor 6 is an embedded magnet type synchronous motor having a high efficiency performance using a neodymium-based permanent magnet, the cruising distance of the vehicle can be improved under a limited battery capacity.
  • FIG. 13 is a block diagram of a conceptual configuration of a control system in the in-wheel motor drive device of the electric vehicle according to the fourth embodiment
  • FIG. 14 shows a circuit configuration example of the motor drive device in the in-wheel motor drive device.
  • illustration of the short circuit abnormality monitoring means 95 is abbreviate
  • the inverter 31 includes, for example, an electromagnetic contactor or an electromagnetic opening / closing between an internal wiring of each phase connected to each driving element 97 such as a switching transistor and the output terminal 98.
  • An open / close switch 99 is provided.
  • the control unit 40 ⁇ / b> A is electrically connected to each open / close switch 99.
  • the control unit 40A controls each open / close switch 99 to the open state.
  • the determination unit 39A determines that the detection signal is in the set state
  • the control unit 40A switches each open / close switch 99 to the closed state.
  • the motor current is cut off. Therefore, it is possible to avoid that the vehicle suddenly becomes unable to travel. In this way, the abnormality of the motor 6 can be detected at an early stage, and problems in vehicle travel can be avoided.
  • the moisture detection support control means 102 may be provided in the ECU 21 that is an electric control unit for controlling the entire vehicle.
  • the short circuit abnormality monitoring means 95 (not shown) may be provided in either the inverter device 22 or the ECU 21.
  • the control unit 40A may be electrically connected to the motor drive control unit 33 to limit the output of the inverter device 22.
  • the control unit 40A is electrically connected to each electromagnetic contactor 99 (see FIG. 14) of the inverter 31 in the power circuit unit 28, and the open / close position of each electromagnetic contactor 99. May be controlled to be switched.
  • This in-wheel motor drive device can be applied not only to electric vehicles but also to fuel cell vehicles and hybrid vehicles.

Abstract

　モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る電気自動車を提供する。電気自動車において、車輪(2)を駆動するモータ(6)は、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段(95)と、この短絡異常監視手段(95)で短絡異常が検出されると、前記中性点(P1)から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段(Es)を設けた。

Description

電気自動車、インホイールモータ駆動装置およびモータ制御方法 関連出願
　本出願は、２０１１年２月２５日出願の特願２０１１－０３９７５１、２０１１年２月２５日出願の特願２０１１－０３９８５３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、ならびに電気自動車等の駆動輪に用いられるインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法に関する。
　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、インホイールモータ駆動装置のコンパクト化を図る結果、車輪用軸受、減速機、およびモータは、材料使用量の削減、モータの高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。そのため、インホイールモータ駆動装置を含む、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、高効率性能を有するネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。
　さらに、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、車輪用軸受、減速機、および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１）。
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ＩＰＭ型のモータでは、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータ内での発電現象によるブレーキ力が生じる。特に、車両が高速走行している場合には、モータは高速回転状態にあり、その状況下でモータコイルの短絡異常が起こった場合には、車両が急激に走行不能に陥る等走行上問題がある。さらに、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータの回転により常時ブレーキがかかる状態となるため、外部車両による牽引による車両移動も容易にできないといった問題もある。
　この発明の目的は、モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る、電気自動車、インホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法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１９の直流電力を前記モータ６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は、３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイル７８の短絡異常を検出する短絡異常監視手段９５と、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する異常時切断手段Ｅｓを設けたものである。
　３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータコイルに流れる電流値が異常に高くなり、モータの回転に急制動が作用する。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。異常時切断手段Ｅｓは、短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータの回転に急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ回転数が不所望に高回転となることを確実に防止できる。これに対して、インバータ３１とモータ６間で３相とも切断した場合には、短絡異常によるモータ制動を回避することはできない。モータコイル短絡によって、モータロータに永久磁石がある場合モータコイル内で起電圧が発生し、これによって、コイルに電流が流れてしまうからである。なお、上記の短絡異常は、完全に短絡した場合に限らず、電流の短絡流れがある程度以上に発生した場合を言う。ある程度以上であるか否かは、適宜に閾値を定めて判定すれば良い。
　前記短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断するものであっても良い。前記短絡異常監視手段９５は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められたモータ電流閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断するものであっても良い。モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高いと、モータ６が短絡していると推定される。また、３相の供給電流間のばらつきによって判断してもよい。前記「モータ電流閾値」は、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値としてもよい。このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値を閾値とする等、適宜に定めればよい。
　前記異常時切断手段Ｅｓは、リレーまたは電子スイッチであっても良い。この場合、各モータコイル７８の一端にリレーまたは電子スイッチを介して各配線を接続する。各モータコイル７８の他端をインバータ３１に接続する。
　前記短絡異常監視手段９５を、前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けても良い。短絡異常監視手段９５をインバータ装置２２に設けた場合、モータ６に近い部位で短絡異常を検出するため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
　前記インバータ装置２２に短絡異常監視手段９５が設けられたものであって、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵ２１に短絡異常の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に設けたものであっても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２における短絡異常監視手段９５により、モータコイル７８の短絡異常を検出したとき、ＥＣＵ２１に短絡異常の異常発生情報を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動の、より適切な制御を行うことも可能となる。
　この発明において、さらに、車輪用軸受４と、前記モータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７とを有するインホイールモータ駆動装置８を含んでも良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。これに対して、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる反面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常が生じると急ブレーキ状態となり得る。これに対して、短絡異常監視手段９５によってモータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　前記モータ６が高効率性能を有する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っても良い。この場合、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータを用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
　前記電気自動車に含まれる前記インホイールモータ駆動装置８において、前記モータ６の端子台６ａ付近に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けても良い。
　インホイールモータ駆動装置８におけるモータ６は、車輪付近にあり路面環境に曝される。この構成によると、モータ６の端子台６ａ付近に設けた水分検出手段Ｓｋは、常時、モータ６内つまりモータハウジング７２内の水分を検出する。インホイールモータ駆動装置８は、この水分の検出信号に基づいて、例えば、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。水分検出手段Ｓｋが水分を検出すると、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。これにより、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。また、モータ６内の配線は、被覆を有しているが、端子台６ａの付近では、接続のために露出していることがあり、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、端子台６ａの付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
　前記端子台６ａは複数の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されていても良い。このような箇所に設置される複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
　前記水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定状態（予め設定した水分量を超える状態）になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段１０２を有するものであっても良い。水分検出手段Ｓｋによる検出信号が設定状態になった場合、車輪付近に設置されるモータ６が短絡し易い状態になっていると推定される。そのため、水分検出対応制御手段１０２は、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
　車両に搭載されるバッテリ１９の直流電流を前記モータ６の駆動に用いる交流電流に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８と、車両全般を制御する電気制御ユニットである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とを有するインバータ装置２２に、水分検出対応制御手段１０２を設けたものとしても良い。水分検出対応制御手段１０２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、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。前記水分検出対応制御手段１０２を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。
　前記水分検出手段Ｓｋは、導通センサまたは電気化学センサであっても良い。
　この発明のモータの制御方法は、車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７とを有するインホイールモータ駆動装置を含む電気自動車における前記モータ６の制御方法であって、前記モータ６のハウジング７２内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程とを有する。このようにモータ６のハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断することで、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　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。
この発明の第１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等の概念構成のブロック図である。 （Ａ）は、同電気自動車のモータの回路構成例を示す概略図、（Ｂ）は、各モータコイルと異常時切断手段とが接続された概念図である。 （Ａ）は、同モータの３相のモータコイルとインバータとの接続を概略示す図、（Ｂ）は各モータコイルの一端が異常時切断手段にそれぞれ接続された例を示す概略図である。 モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す特性図である。 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６のVII-VII 線断面となるモータ部分の縦断面図である。 図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の縦断面図である。 図８の部分拡大断面図である。 この発明の第２実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。 この発明の第３実施形態に係る電気自動車のインバータ装置に水分検出対応制御手段を設けた概念構成のブロック図である。 （Ａ）は第３実施形態に係る電気自動車のインホイールモータ駆動装置の破断正面図、（Ｂ）は同インホイールモータ駆動装置のモータの端子台付近の縦断面図、（Ｃ）は、水分検出手段の一例を示す正面図である。 この発明の第４実施形態に係る電気自動車のインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。 同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、この発明の第５実施形態に係る電気自動車のインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。
　この発明の第１実施形態に係る電気自動車を図１ないし図９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６に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、図１に示す車輪用軸受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６）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。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。
　図７は、モータの縦断面図（図６のVII-VII線断面）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６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８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９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６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。
　制御系を説明する。図１に示すように、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、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。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、アエバッグ等であり、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、これらパワー回路部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等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、次の短絡異常監視手段９５、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。また、モータ６に後述の異常時切断手段Ｅｓを設けている。
　短絡異常監視手段９５は、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を検出するものである。この短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各相毎の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断する。具体的には、短絡異常監視手段９５は、判定部３９と、制御部４０とを有する。
　ここで図５は、モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す特性図である。判定部３９は、モータ６に流す３相のうちの各相モータ電流値を電流検出手段３５から得て、モータ印加電圧に対して３相のモータ電流値の少なくともいずれか１つが定められたモータ電流閾値よりも大きいか否かを判定する。ここで、モータ印加電圧に対してモータ電流値の基準値が一義的に定められている。前記モータ電流閾値は、例えば、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値の基準値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値を求め、このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値とする。
　図２に示すように、制御部４０は、判定部３９よりモータ電流値が閾値を超えたと判定したときに、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１（図３（Ａ））から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。なお図３（Ｂ）は、各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続された概念図であり、具体的には以下の図４（Ａ），（Ｂ）のように各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続される。
　図４（Ａ）は、モータ６の３相のモータコイル７８とインバータ３１との接続を概略示す図であり、図４（Ｂ）は、各モータコイル７８の一端が異常時切断手段Ｅｓにそれぞれ接続された例を示す概略図である。モータ６は、３相のモータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータである。
　３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各モータコイル７８の巻線の一端Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに、それぞれ異常時切断手段Ｅｓであるリレーを介して各配線を接続し、３相毎の各モータコイル７８の他端Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂをそれぞれインバータ３１に接続している。リレーは、この例では、図４（Ｂ）に示すように、通常時、３つ全てのリレー接点が閉じられているいわゆるノーマルクローズのリレーが適用され、短絡異常時に制御部４０からの指令を受けて、３つ全てのリレー接点を開くようになっている。なお、図４（Ａ）の例では、モータ６において、一つの電極Ｕ，Ｖ，Ｗのみを表しているが、この電極Ｕ，Ｖ，Ｗを円周方向に沿って整数倍設けた場合には、それぞれの電極に巻回される各モータコイル７８の巻線の一端が、相毎に並列接続または直列接続されて異常時切断手段Ｅｓに繋がっている。
　図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により短絡異常と判定したときに、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から出力された短絡異常の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。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。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。
　作用効果について説明する。３相の同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高くなり、不所望なモータ回転数となる。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。短絡異常監視手段９５のうち判定部３９は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められたモータ電流閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断する。制御部４０は、判定部３９の判断に基づき、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。異常時切断手段Ｅｓは、この制御部４０からの指令に基づき、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。
　このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、不所望なモータ回転数となることを防ぐことができる。また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　また、判定部３９がモータコイル７８の短絡異常ありと判断したときは、異常表示手段４２により、運転席の表示装置２７に、短絡異常である旨を知らせる表示を行わせるようにしたため、運転者は、その短絡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。
　短絡異常監視手段９５をインバータ装置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、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
　減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合（より具体的には１／１０以上の高減速比）、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる反面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常が生じると急ブレーキ状態となり得る。これに対して、短絡異常監視手段９５によってモータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
　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ため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータ６を用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
　図１０に示すように、第２実施形態に係る電気自動車のインホイールモータ駆動装置における制御系では、短絡異常監視手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設ける。異常時切断手段Ｅｓは、リレー以外の電子スイッチを用いても良い。この場合、モータ６の中性点Ｐ１を電子スイッチにより物理的に破壊することで、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を切断することができる。
　以下に、この発明の第３～第５実施形態に係る電気自動車について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　まず、第３実施形態について図１１および図１２（Ａ）～（Ｃ）を参照しながら説明する。この実施形態は、図１に示す電気自動車のインバータ装置についてのものであり、第１実施形態で用いた図１、図７～図９についての説明は以降の実施形態についても適用できるので、詳しい説明は省略する。図１１は図２に対応し、図１２（Ａ）は図６に対応しており、主に相違点について説明する。なお、以下の説明はモータの制御方法についての説明も含む。この実施形態に係るインホイールモータ駆動装置８は、第１実施形態に関連して既に説明した異常時切断手段Ｅｓおよび短絡異常監視手段９５に加えて、水分検出手段Ｓｋおよび水分検出対応制御手段１０２を有する。
　図１２（Ａ）に示すように、前記モータ６の端子台６ａの内部に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けている。前記モータ６内とは、図１２（Ｂ）に示すように、モータ６のハウジング７２内の空間である。またモータ６内の配線は被覆を有しているが、端子台６ａ付近では、配線や接続端子から成る導電路１００が露出している。したがって導電路１００が露出した端子台６ａの付近では、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、ハウジング７２内の端子台６ａの付近に、水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
　水分検出手段Ｓｋとして、例えば、導通センサまたは電気化学センサ等が適用される。図１２（Ｃ）に示すように、前記導通センサは、２個の端子Ｓｋ１，Ｓｋ２を有し、これらの端子Ｓｋ１，Ｓｋ２がいずれも水に浸った状態で導通する構造のセンサである。電気化学センサとしては、例えば、複数個の電極を有し、各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づく測定データから水分を検出するセンサが適用される。この水分検出手段Ｓｋは、後述の水分検出対応制御手段１０２に電気的に接続されている。
　図１２（Ｂ）に示すように、端子台６ａは複数（この例では３つ）の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されている。これら複数の端子９６は、モータ６内の各相の配線とモータ６外の配線とを接続する端子であって、モータ６内の配線と接続されており、モータ６外の配線の端部に設けられた配線側の端子１０１を、ねじ止めするものであっても、差込み接続するものであっても良い。複数の端子９６は、ハウジング７２内における油が掛からない箇所に設置される。このようなハウジング７２内の箇所に設置される複数の端子６ａ付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出し得る。
　この実施形態では、インバータ装置２２における上記構成のモータコントロール部２９に、水分検出対応制御手段１０２、および第１実施形態に関連して説明した異常報告手段４１を設けている。ＥＣＵ２１には第１実施形態に関連して説明した異常表示手段４２を設けている。水分検出対応制御手段１０２は、水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定状態（予め設定した水分量を超える状態）になったか否かを監視する判定部３９Ａと、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する制御部４０Ａとを有する。
　前記実施形態をモータ６の制御方法として説明すると、図１２に示すモータ６のハウジング７２内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程とで、モータ６を制御している。
　図１１の水分検出手段Ｓｋとして前記導通センサが適用される場合、モータ電流が流れている状態で導通センサの２個の端子がいずれも浸水すると導通し、導通センサは判定部３９Ａに検出信号を送る。判定部３９Ａは、例えば、この検出信号があったか、または定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視する。導通センサが定められた時間を超えて導通する、または定められた時間内における検出信号の回数が所定回数以上となった場合、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。なお、このモータ６を水没させる試験を予め行い、ハウジング７２内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生した限界時間を複数サンプル調査する。これらの限界時間よりも短い、つまり余裕を持たせた時間を前記定められた時間とする。
　水分検出手段Ｓｋとして前記電気化学センサが適用される場合、電気化学センサは、モータ電流が流れている状態で各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づくデータつまり検出信号を得る。検出信号は例えば電圧値によって表される。判定部３９Ａは、この検出信号があったか、または検出信号が所定の信号閾値（設定状態）を超えるか否かを監視する。この場合にも、モータを水没させる試験を予め行い、ハウジング内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生したときの、電気化学センサの電圧値を複数サンプル調査する。これらの電圧値よりも低い電圧値を、前記信号閾値とする。なお、この電気化学センサについて、前記導通センサの場合と同様に、判定部３９Ａは、例えば、電気化学センサからの検出信号が定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視するようにしても良い。
　判定部３９Ａにより検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０Ａは、モータ６に流すモータ電流に制限を与える。つまりインバータ装置２２の出力に制限を与える。これと共に、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、制御部４０Ａ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。なお、導通センサまたは電気化学センサから、判定部３９Ａに検出信号が送られたとき、制御部４０Ａは、モータ６に流すモータ電流に制限を与えるようにしても良い。判定部３９Ａにより検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０Ａは、モータ６に流すモータ電流を「０」Ａとする、つまりモータ電流を遮断するようにしても良い。
　このように水分検出対応制御手段１０２は、水分検出手段Ｓｋによる検出信号に基づいて、モータ電流に制限を与えるか、またはモータ電流を遮断するため、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。モータ電流を遮断した場合、モータ６の回転を早期に止めることでモータコイル７８が焼付き等に至ることを未然に防止できる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
　水分検出対応制御手段１０２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、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた高効率性能を有する埋込磁石型同期モータであるため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。
　図１３は、第４実施形態に係る電気自動車のインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図であり、図１４は、同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。なお、図１４において、短絡異常監視手段９５の図示は省略する。この例においては、インバータ３１は、図１４に示すように、スイッチングトランジスタ等の各駆動素子９７に接続された各相の内部配線と出力端子９８との間に、例えば、電磁接触器または電磁開閉器からなる開閉スイッチ９９が設けられる。図１３および図１４に示すように、前記制御部４０Ａが各開閉スイッチ９９に電気的に接続されている。
　モータ電流が流れている通常状態において、制御部４０Ａは、各開閉スイッチ９９を開状態に制御している。判定部３９Ａにより検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０Ａは、各開閉スイッチ９９を閉状態に切換えるようになっている。これによりモータ電流が遮断される。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
　図１５（Ａ），（Ｂ）に示す第５実施形態のように、水分検出対応制御手段１０２を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。ここで、図示を省略した短絡異常監視手段９５は、インバータ装置２２とＥＣＵ２１のいずれに設けられていても良い。この場合に、図１５（Ａ）に示すように、制御部４０Ａが、モータ駆動制御部３３に電気的に接続され、インバータ装置２２の出力に制限を与えるようにしても良い。また、図１５（Ｂ）に示すように、制御部４０Ａが、パワー回路部２８におけるインバータ３１の各電磁接触器９９（図１４参照）に電気的に接続され、各電磁接触器９９の開閉位置を切換え制御するようにしても良い。
　このインホイールモータ駆動装置は、電気自動車だけでなく燃料電池車、ハイブリッド車にも適応することができる。
　以下、この発明における「モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段」という要件を備えない態様について説明する。
　［態様１］
　車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置であって、
　前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けるのが良い。
　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。
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
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３９，３９Ａ…判定部
４０，４０Ａ…制御部
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…短絡異常監視手段
１０２…水分検出対応制御手段
Ｅｓ…異常時切断手段
Ｓｋ…水分検出手段

Claims (15)

  1. 　車輪を駆動するモータと、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、
    　前記モータは、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段と、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されると、前記中性点から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段を設けた電気自動車。
  2. 　請求項１において、前記短絡異常監視手段は、インバータからモータへの３相の供給電流計測値から、モータコイルの短絡異常が発生したか否かを判断する電気自動車。
  3. 　請求項１において、前記短絡異常監視手段は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められたモータ電流閾値よりも大きいとき、モータコイルの短絡異常が発生したと判断する電気自動車。
  4. 　請求項１において、前記短絡異常監視手段を、前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
  5. 　請求項４において、前記インバータ装置に短絡異常監視手段が設けられたものであって、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵに短絡異常の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１において、さらに、車輪用軸受と、前記モータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機とを有するインホイールモータ駆動装置を含む電気自動車。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　請求項６に記載の電気自動車に含まれる前記インホイールモータ駆動装置であって、前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けたインホイールモータ駆動装置。
  10. 　請求項９において、前記端子台は複数の端子を有し、これら端子が前記モータのハウジング内に収容されているインホイールモータ駆動装置。
  11. 　請求項９において、前記水分検出手段による水分の検出信号が設定状態になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段を有するインホイールモータ駆動装置。
  12. 　請求項９において、車両に搭載されるバッテリの直流電流を前記モータの駆動に用いる交流電流に変換するインバータを含むパワー回路部と、車両全般を制御する電気制御ユニットである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とを有するインバータ装置に、水分検出対応制御手段を設けたインホイールモータ駆動装置。
  13. 　請求項９において、前記水分検出対応制御手段を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵに設けたインホイールモータ駆動装置。
  14. 　請求項９において、前記水分検出手段は、導通センサまたは電気化学センサであるインホイールモータ駆動装置。
  15. 　車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機とを有するインホイールモータ駆動装置を含む電気自動車における前記モータの制御方法であって、
    　前記モータのハウジング内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、
    　前記過程で前記ハウジング内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程とを有するモータの制御方法。
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