电动机的控制装置制造方法
【专利摘要】在变频器(31)中设置温度传感器(Sa)，该温度传感器检测该变频器(31)的温度(Tc)。设置变频器限制机构(95)，该机构相对通过该温度传感器(Sa)而检测的温度(Tc)，设定多个阈值，针对通过各阈值而划分的每个温度区域，设定相互不同的电流限制条件，对应于包含所检测的温度(Tc)的温度区域的上述电流限制条件，对提供给变频器(31)的电流指令进行限制。由此，不妨碍车辆的运转，对变频器(31)的温度进行管理，从而防止其过热造成的特性变化和损伤，并且防止变频器(31)寿命的降低。
【专利说明】电动机的控制装置
[0001]相关申请
[0002]本申请要求申请日为2011年11月24日、申请号为JP特愿2011-256140号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
【技术领域】
[0003]本发明涉及电动机的控制装置，特别涉及驱动电动汽车中的车轮的电动机的控制装置，该电动汽车为电池驱动、燃料电池驱动、引擎并用的混合动力车等。
【背景技术】
[0004]在电动汽车中，一般采用同步型的电动机、感应型的电动机，将电池的直流电通过变频器而转换为交流电，从而进行电动机的驱动。变频器主要由多个半导体开关元件构成，但是由于使电动机驱动用的大电流流过，故发热大。在半导体开关元件中，会由于温度的特性变化大或过热而发生损伤，故在变频器中，一般设置冷却机构。另外，在过去，针对内轮电动机驱动装置，为了确保可靠性，人们提出了下述的类型，其中，测定车轮用轴承、减速器以及电动机等的温度，监视过度负荷，对应于温度测定值进行电动机的驱动电流的限制、降低电动机转数(比如，专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I JP特开2008-168790号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在电动汽车的变频器中，像上述那样设置冷却机构，在通常的运转中防止温度的过度上升。但是，在坡道等处，在连续地处于高转矩发生状态而运转的场合，由于所流动的电流大，故具有因过热使特性变化、发生损伤的危险。另外，由于半导体开关元件的温度过度上升，由此，具有降低变频器的寿命的可能性。这样的变频器的特性变化、损伤、变频器的寿命的降低导致电动机驱动的控制特性的变化、无法驱动电动机的情况。另外，在测定变频器温度、监视过度负荷、驱动限制电动机的驱动电流的场合，具有急剧地妨碍车辆的运转的危险。
[0010]本发明的目的在于提供一种电动机的控制装置，该电动机的控制装置没有急剧地妨碍车辆运转的情况，可防止变频器过热造成的特性变化和损伤，并且可防止变频器寿命的降低，快速地进行适合的应对。在下面，采用表示实施方式的图中的标号，对本发明的概述进行说明。
[0011 ] 解决课题用的技术方案
[0012]本发明的电动机的控制装置为控制电动汽车的上述电动机6的控制装置，该电动汽车具有驱动车轮2的电动机6，上述电动汽车包括:作为电动控制单元的ECU21，该ECU21对车辆整体进行控制；变频装置22，该变频装置22包括电源电路部28和电动机控制部29，该电源电路部28具有变频器31，该变频器31将电池的直流电转换为用于上述电动机6的驱动的交流电，该电动机控制部29按照上述ECU21的控制，至少控制上述电源电路部28，在上述变频器31中设置温度传感器Sa，该温度传感器Sa检测该变频器31的温度Tc，该电动机的控制装置具有变频器限制机构95，该变频器限制机构95相对通过上述温度传感器Sa而检测的温度Tc设定多个阈值，另外，针对通过各阈值而划分的每个温度区域设定相互不同的电流限制条件，对应于包含所检测的温度Tc的上述温度区域的上述电流限制条件，对提供给变频器31的电流指令进行限制。另外，本发明的“电动汽车”还包括并用引擎的混合动力车。
[0013]按照该方案，温度传感器Sa在平时监视变频器31的温度Tc。比如，在坡道等处，在连续地处于高转矩发生状态下使电动汽车运转的场合，变频器31的温度Tc上升，并且电动机线圈78的温度上升。在温度传感器Sa对变频器31的温度检测中，由于响应性差，故相对温度Tc设定多个阈值，针对通过各阈值而划分的每个温度区域，设定相互不同的电流限制条件。即，在所检测的温度Tc为较低温度时，缓和电流限制条件，所检测的温度Tc越高，则越严格地限制电流限制条件。
[0014]上述变频器限制机构95进行下述的控制，即，对应于包括所检测的温度Tc的上述温度区域的上述电流限制条件，对提供给变频器31的电流指令进行限制。具体来说，进行改变占空比和脉冲数中的任意一者或两者的控制。比如，使表示相对转换周期的脉冲的ON时间的上述占空比小于已设定的占空比，降低电压实效值，使转换周期为同一周期，产生不等幅脉冲，由此，可对提供给变频器31的电流指令进行限制。通过像这样，对提供给变频器31的电流指令进行限制的方式，可仔细地对变频器31的温度进行管理，可防止变频器31的特性变化、损伤、变频器寿命的降低。由此，可防止电动机线圈绝缘性能的恶化，可防止电动机陷入不能驱动的状态，由此可避免急剧地妨碍车辆运转的情况。
[0015]上述变频器限制机构95也可在以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt为正时，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限。通过像这样，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限，由此可仔细地对变频器31的温度进行管理。比如，在所检测的温度Tc为较低温度时，即使在温度Tc变化的程度剧烈的情况下，变频器31不会马上发生损伤等，由此，缓和dTc/dt的允许上限。与此相反，所检测的温度Tc越高，即使在温度Tc变化的程度缓和的情况下，越导致变频器31的特性变化、损伤、变频器寿命的降低。于是，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限，对变频器31的温度进行管理，由此，可防止变频器31的损伤等情况。
[0016]上述变频器限制机构95也可如下设定，针对包括所检测的温度Tc所包含的各温度区域，从低温侧朝向高温侧而变小的方式设定:以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限。通过像这样设定变频器温度的时间变化dTc/dt，可容易而以良好的精度对变频器31的温度进行管理。即，在变频器温度Tc低时，由于没有半导体开关元件立刻产生损伤等的情况，故即使在温度检测的响应性差的情况下，仍可允许温度Tc急剧上升的情况。在变频器温度Tc高时，由于容易产生半导体开关元件的损伤等的情况，故按照温度Tc不急剧上升的方式强制地进行限制。还可以更精细的方式划分通过各阈值而划分的温度区域，朝向高温侧，直线减少dTc/dt的允许上限。在该场合，可更仔细地进行变频器31的温度管理。
[0017]上述变频器限制机构95也可通过控制电动机6的电流值对上述dTc/dt进行限制。在为某变频器温度Tc时，如果变频器限制机构95进行对提供给变频器31的电流指令进行限制的控制，则呈现变频器温度的时间变化dTc/dt—定或降低的倾向。在识别到这样的dTc/dt的倾向时，即如果变频器温度的时间变化小于0，则不等待实际的温度Tc降低，就解除对变频器31的电流指令进行限制的控制，由此，不过度降低电动机电流，即可防止电动机6的急剧的驱动限制。
[0018]通过变频器限制机构95的控制解除，即使在变频器31的温度Tc开始上升的情况下，此时，如果所检测的温度Tc在包括该温度Tc的温度区域的阈值以上，并且dTc/dt超过包括所检测的上述温度Tc的温度区域的上限值的话，则再次进行限制变频器31的电流指令的控制。由此，在变频器温度的时间变化dTc/dt在O以下时，即使在解除限制变频器31的电流指令的控制的情况下，仍可靠地防止过度负荷。于是，可防止变频器31的过热造成的损伤等的情况，可防止电动机驱动的控制特性的变化、防止不能够驱动电动机的情况。
[0019]上述变频器限制机构95也可包括判断部，该判断部判断通过温度传感器而检测的温度Tc是否超过各阈值，还可设置异常报告机构，该异常报告机构在通过判断部而判定所检测的温度Tc超过多个阈值中的已确定的阈值时，将变频器31的异常报告输出给E⑶21。在该场合，通过将变频器31的异常报告输出给E⑶21，可通过E⑶21进行车辆整体的适合的控制。根据情况，变频器限制机构95也可设置于E⑶21的内部。
[0020]上述电动机6也可为分别驱动上述电动汽车的车轮2的电动机6。上述电动机6的一部分或整体也可构成设置于车轮2内部的内轮电动机驱动装置8。上述内轮电动机驱动装置8还可包括上述电动机6、车轮用轴承4和减速器7。在内轮电动机驱动装置8的场合，作为谋求紧凑化的结果，对于车轮用轴承4、减速器7和电动机6，由于伴随有材料使用量的削减、电动机6的高速旋转，故它们的可靠性的确保成为重要的课题。特别是，检测变频器31的温度Tc，在平时监视变频器31的过热造成的异常，比如半导体开关元件的过热造成的热击穿等，由此，可进行适当限制提供给变频器31的电流指令的控制。
[0021]也可包括减小上述电动机6的转速的减速器7，该减速器7为具有4以上的高减速比的摆线减速器。在减速器7为摆线减速器使减速比比如高于4以上的场合，可谋求电动机6的小型化，可谋求装置的紧凑化。在减速比高的场合，电动机6采用高速旋转电动机。在电动机6处于高速旋转状态时，可防止变频器31的损伤等，可防止电动机驱动的控制特性的变化、可防止不能驱动电动机的情况，由此，可避免车辆急剧地陷入不能行驶的状态的情况。
[0022]权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。
[0024]图1为通过俯视图而表示本发明的第I实施方式的电动汽车的构思方案的方框图；
[0025]图2为表示该电动汽车的驱动电动机的控制装置等的构思方案的方框图；
[0026]图3为表示该电动汽车的变频器的基本结构的方框图；
[0027]图4为该电动汽车的控制系统的方框图；
[0028]图5A为表示变频器温度与dTc/dt的上限值的关系的曲线图；
[0029]图5B为表示以更细的程度而划分通过各阈值而划分的温度区域的场合的变频器温度、与dTc/dt的上限值的关系的曲线图；
[0030]图6A为表示该电动汽车的变频装置的变频温度和时间的关系的曲线图；
[0031]图6B为表示该电动汽车的变频装置的变频温度和时间的关系的曲线图；
[0032]图7为该电动汽车的内轮电动机驱动装置的剖面主视图；
[0033]图8为构成沿图7的VII1-VIII线的剖面的电动机部分的剖视图；
[0034]图9为构成图7中的IX-1X线剖面的减速器部分的剖视图；
[0035]图10为图9的部分放大剖视图；
[0036]图11为本发明的第2实施方式的电动汽车的ECU等的构思方案的方框图。【具体实施方式】
[0037]根据图1?图10，对本发明的第I实施方式进行说明。本实施方式的电动机的控制装置装载于电动汽车。该电动汽车为四轮的汽车，其中，构成车身I的左右后轮的车轮2为驱动轮，构成左右前轮的车轮3为从动轮的转向轮。构成驱动轮和从动轮的车轮2、3均具有轮胎，分别经由车轮用轴承4、5而支承于车身I。对于车轮用轴承4、5，在图1中标注轮毂轴承的简称“H/B”。构成驱动轮的左右车轮2、2分别通过独立的行驶用的电动机6、6而进行驱动。电动机6的旋转经由减速器7和车轮用轴承4传递给车轮2。该电动机6、减速器7以及车轮用轴承4相互构成作为一个组成部件的内轮电动机驱动装置8，该内轮电动机驱动装置8的一部分或全部设置于车轮2的内部。内轮电动机驱动装置8也称为内轮电动机单元。电动机6也可不经由减速器7而直接旋转驱动车轮2。在各车轮2、3上分别设置作为电动式的制动器9、10。
[0038]构成左右前轮的转向轮的车轮3、3可经由转向机构11进行转向，通过操舵机构12而进行操舵。转向机构11为通过左右地移动系杆Ila的方式，改变保持车轮用轴承5的左右的转向节臂Ilb的角度的机构，通过操舵机构12的指令，驱动EPS(电动助力转向)电动机13，通过旋转/直线运动转换机构(图中未示出)而左右地移动。操舵角通过操舵角传感器15而检测，该传感器输出被输出给ECU21，该信息用于左右轮的加速/减速指令等。
[0039]对控制系统进行说明。像图1所示的那样，控制装置Ul包括作为进行汽车整体的控制的电子控制单元的ECU21、以及按照该ECU21的指令进行行驶用的电动机6的控制的变频装置22。上述E⑶21、变频装置22以及制动控制器23装载于车身I。E⑶21由计算机、在其中运行的程序以及各种电子电路等构成。
[0040]如果从功能类别而分类，E⑶21分为驱动控制部21a和普通控制部21b。驱动控制部21a根据加速操作部16所输出的加速指令、制动操作部17所输出的减速指令、操舵角传感器15所输出的旋转指令形成提供给左右的行驶用电动机6、6的加速/减速指令，将其输出给变频装置22。驱动控制部21a除了上述功能以外，还可具有下述的功能，即采用根据设置于各车轮2、3的车轮用轴承4、5中的旋转传感器24而获得的轮胎转数的信息、车载的各传感器的信息，对所输出的加速/减速指令进行补偿。加速操作部16由加速踏板和检测其踏入量并输出上述加速指令的传感器16a构成。制动操作部17由制动踏板和检测其踏入量并输出上述减速指令的传感器17a构成。
[0041]ECU21的普通控制部21b具有将上述制动操作部17所输出的减速指令输出给制动控制器23的功能；控制各种的辅助系统25的功能；对来自控制台的操作面板26的输入指令进行处理的功能；在显示机构27中进行显示的功能等。该辅助系统25为比如空调、灯、雨刷、GPS、气囊等，在这里作为代表，作为一个块而示出。
[0042]制动控制器23为按照从ECU21输出的减速指令将制动指令提供给各车轮2、3的制动器9、10的机构。在从ECU21输出的制动指令中，包括通过制动操作部17所输出的减速指令而生成的指令，以及通过E⑶21所具有的提高安全性用的机构而生成的指令。此外，制动控制器23包括防抱死系统。制动控制器23由电子电路、微型计算机等构成。
[0043]变频装置22由相对各电动机6而设置的电源电路部28以及控制该电源电路部28的电动机控制部29构成。电动机控制部29既可相对各电源电路部28而共同设置，也可分别地设置，在共同设置的场合，各电源电路部28可按照比如电动机转矩相互不同的方式单独地控制。电动机控制部29具有下述的功能，即将该电动机控制部29所具有的内轮电动机驱动装置8的各检测值、控制值等的各信息(称为“I丽系统信息”)输出给ECU。
[0044]图2为表示该电动汽车的驱动电动机的控制装置等的构思方案的方框图。电源电路部28由变频器31与PWM驱动器32构成，该变频器31将电池19的直流电转换为用于电动机6的驱动的三相交流电，该PWM驱动器32控制该变频器31。电动机6由三相同步电动机等构成。像图3所示的那样，变频器31由多个半导体开关元件31a构成，PWM驱动器32对已输入的电流指令进行脉冲幅度调制，将开关指令提供给上述各半导体开关元件31a。
[0045]像图2所示的那样，电动机控制部29由计算机、在其中运行的程序以及电子电路构成，电动机控制部29包括作为基本的控制部的电动机驱动控制部33。电动机驱动控制部33为下述机构:按照从作为上级控制机构的ECU而提供的转矩指令等的加速/减速指令，转换为电流指令，将电流指令提供给电源电路部28的PWM驱动器32的机构。电动机驱动控制部33根据电流检测机构35获得从变频器31流过电动机6的电动机电流值，进行电流反馈控制。另外，电动机驱动控制部33从角度传感器36获得电动机6的转子的转角，进行矢量控制。
[0046]在本实施方式中，在上述结构的电动机控制部29中设置下述的变频器限制机构95和异常报告机构41，在E⑶21中设置异常显示机构42。另外，在变频器31中设置温度传感器Sa，该温度传感器Sa检测该变频器31的温度Tc。
[0047]像图2所示的那样，变频器限制机构95对提供给变频器31的电流指令进行限制，包括后述的判断部39和电流控制部40。像图5A所示的那样，相对通过温度传感器Sa(图2)而检测的温度Tc设定多个阈值(在该例子中为！\、T2、T3、T4)，针对通过各阈值T1?T4而划分的每个温度区域Arl?Ar4，设定相互不同的电流限制条件。变频器限制机构95的电流控制部40对应于包含所检测的温度Tc的上述温度区域Arl?Ar4的上述电流限制条件，对提供给变频器31的电流指令进行限制。该例子的上述电流限制条件指在以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt中，设置上限值(允许上限)。作为电流限制条件，针对所划分的每个温度区域Arl~Ar4，设定dTc/dt的允许上限。通过温度传感器Sa而检测的检测值通过放大器Ap而放大。电流控制部40的变频器温度的时间变化dTc/dt的限制通过从上述放大器Ap而输入的值，在平时监视dTc/dt的方式而进行。
[0048]具体来说，在检测到T1以下的温度Tc的阶段，关于阈值，设定为低温侧的阈值!\。设定包括该已检测的上述温度Tc的温度区域Arl中的dTc/dt的上限值。在检测到在T1~T2的范围内的温度Tc的阶段，设定在阈值T1~阈值T3的范围内的阈值T2。包括该已检测的上述温度Tc所含的温度区域Ar2中的dTc/dt的上限值按照小于温度区域Arl的dTc/dt的上限值的程度设定。像这样，变频器限制机构95在变频温度的时间变化dTc/dt为正时，对应于所划分的温度区域Arl~Ar4,改变dTc/dt的允许上限。
[0049]在图5A的例子中，变频器限制机构95按照针对包括所检测的温度Tc的各温度区域Arl~Ar4，从低温侧朝向高温侧分级地变小的方式设定变频器温度的时间变化dTc/dt的上限值。另外，也可像图5B所示的那样，更细地划分通过各阈值而划分的温度区域，像通过该图的曲线LI所示的那样，按照呈凸状的二次函数曲线状，朝向高温侧而减少dTc/dt的上限值，也可像通过曲线L2所示的那样，按照呈凹状的二次函数曲线状而减少dTc/dt的上限值。另外，通过直线L3所示的那样，朝向高温侧，呈直线状而减少dTc/dt的上限值。在这些场合，与图5A的场合相比较，以更仔细的方式进行变频器31的温度管理。如果像实线的曲线LI那样设定dTc/dt的上限值，由于可容易允许在到达高温侧的温度Tc之前，变频温度Tc急剧地上升的情况，故电流控制部40进行不对运转造成妨碍的电流控制的情况变容易。
[0050]上述温度传感器Sa采用比如热敏电阻。该热敏电阻像图3所示的那样，固定于安装有多个半导体开关元件31a的衬底31b上，由此，可检测变频器31的温度Tc。另外，也可将热敏电阻固定于半导体开关元件31a本身。在该例子中，像图2和图4所示的那样，通过热敏电阻而检测的检测值通过放大器Ap而进行放大，该放大值通过判断部39而判断。
[0051]判断部39在平时判断通过温度传感器Sa而检测的温度Tc是否超过包括该所检测的温度Tc的温度区域的上限值。即，在平时判断是否超过上述各阈值T1~T4。不但如此，判断部39还在平时判断变频器温度的时间变化dTc/dt是否超过包括所检测的温度Tc的温度区域的上限值。上述各阈值T1~T4也可通过使比如所采用的半导体开关元件31a的动作保证温度具有幅度，对应于阈值T1~T4的数量而划分，通过实验、模拟等方式，根据产生变频器31的特性变化的变频器31的温度和时间的关系，适当地要求。已求出的阈值作为表格，以可改写的方式存储于图示之外的存储机构中。
[0052]像图2、图4所示的那样，通过判断部39而判定所检测的变频器31的温度Tc超过在包括所检测的温度Tc的温度区域中确定的各阈值，并且判定为dTc/dt超过包括所检测的温度Tc的温度区域的上限值，此时，电流控制部40按照对提供给变频器31的电流指令进行限制的方式，经由电动机驱动控制部33，对电源电路部28给出指令。上述电动机驱动控制部33按照来自ECU21的加速/减速指令转换为电流指令，将电流指令提供给PWM驱动器32，接收来自上述电流控制部40的指令，对上述电流指令进行限制。
[0053]具体来说，电流控制部40进行改变占空比和脉冲数中的任意一者或两者的控制。比如，使表示相对转换周期的脉冲的ON时间的上述占空比低于已设定的占空比10%，从而降低电压实效值，或使转换周期为同一周期产生不等幅脉冲，借此，可对提供给变频器31的电流指令进行限制。由此，变频器温度的时间变化dTc/dt呈现一定或降低的倾向。
[0054]在识别到这样的dTc/dt的倾向时，即，如果变频器温度的时间变化dTc/dt在O以下时，则不等待实际的温度Tc降低，就解除对变频器31的电流限制。由此，不会过度降低电动机电流，而防止电动机6的急剧的驱动限制。dTc/dt在O以下等同于任意的微小时间的温度Tc的斜率在O以下的意思。变频器31的温度不急剧降低，在温度下降到某程度之前，限制变频器31的电流指令，如果降低电动机电流，则因电动机6的急剧驱动限制，而妨碍车辆的运转，但是，像上述那样，捕捉温度的降低的征兆，从而解除对变频器31的电流限制，由此，解除流过电动机6的电动机电流的限制，故还避免电动机6的急剧的驱动限制所带来的问题。
[0055]通过变频器限制机构95的限制解除，即使在变频器31的温度Tc开始上升的情况下，此时，如果所检测的温度Tc为包括该温度Tc的温度区域的阈值的温度以上、并且dTc/dt超过包括所检测的上述温度Tc的温度区域的上限值，则再次进行限制变频器31的电流指令的控制。由此，在变频器温度的时间变化dTc/dt为O以下时，即使在解除限制变频器31的电流指令的控制的情况下，仍可确实地防止过大负荷。于是，可防止变频器31的过热造成的损伤等情况，可防止电动机驱动的控制特性的变化、不能驱动电动机的情况。具体来说，图6A、图6B分别为表示该电动汽车的变频器31的温度Tc和时间t的关系的曲线图。
[0056]在图6A中，在变频器31的温度Tc处于上升时间11时，判断部39判定变频器31的温度Tc超过阈值T1，并且dTc/dt超过上限值。电流控制部40接收该判断结果，按照限制变频器31的电流指令的方式，经由电动机驱动控制部33对电源电路部28给出指令。电动机驱动控制部33按照从电流控制部40提供的指令，将电流指令提供给电源电路部28的PWM驱动器32。电源电路部28降低供向电动机6的电流。
[0057]通过在时间t2，将dTc/dt设为“O” (温度Tc 一定)的方式，电流控制部40解除限制变频器31的电流指令的控制。在该图6A的例子中，由于在时间t2以后，dTc/dt为负值(温度Tc降低)，故即使在变频器的温度Tc大于阈值T1的情况下，不等待实际的温度Tc下降，电流控制部40继续解除限制电流指令的控制。
[0058]在图6B的例子中，在时间tl时，电流控制部40接收判断部39的判断结果，按照对变频器31的电流指令进行限制的方式，经由电动机驱动控制部33对电源电路部28给出指令。在时间t2以后，通过变频器限制机构95的限制解除，在变频器31的温度Tc再次处于上升时间t3时，判断部39判定变频器31的温度Tc超过阈值T2,并且dTc/dt超过上限值。电流控制部40接收该判断结果，按照与前述相同的对变频器31的电流指令进行限制的方式，经由电动机驱动控制部33对电源电路部28给出指令。在时间t4中，dTc/dt为“O” (温度Tc 一定)，由此，电流控制部40解除对变频器31的电流限制。
[0059]在图6B的例子中，由于在时间t4以后，dTc/dt为“0”，故即使在温度Tc超过阈值T2的情况下，仍不等待实际的温度Tc下降，而电流控制部40继续解除对变频器31的电流限制。另外，在通过变频器限制机构95的限制解除，变频器31的温度Tc再次开始上升的场合，根据下一阈值T3的判断、以及dTc/dt的判断结果，电流限制部40进行限制变频器31的电流指令的控制。[0060]同样在图6A、图6B所示的任何例子的场合，如果变频器限制机构95进行限制变频器31的电流指令的控制，则变频器的温度Tc的时间变化dTc/dt呈现一定或降低的倾向。在识别到这样的dTc/dt的倾向时，即，如果变频器的温度Tc的时间变化dTc/dt在O以下，则不等待实际的温度Tc的降低，就解除对变频器31的电流限制。由此，不过度降低电动机电流，即可防止电动机6的急剧的驱动限制。通过变频器限制机构95的控制解除，即使在变频器的温度Tc开始上升的情况下，此时，如果所检测的温度Tc在包括该温度Tc的温度区域的阈值以上，并且dTc/dt超过包括所检测的上述温度Tc的温度区域的上限值，则再次进行限制变频器31的电流指令的控制。
[0061]像图2所示的那样，异常报告机构41为下述的机构，该机构在通过判断部39而判定温度Tc超过多个阈值中的已确定的阈值(比如T2)时，将异常发生信息输出给E⑶21。设置于ECU21中的异常显示机构42为下述的机构，该机构接收从异常报告机构41输出的变频器31的异常发生信息，在驾驶席的显示器27中，进行提醒异常的显示。显示器27的显示为字符、记号的显示，比如图标的显示。
[0062]参照图2对作用效果进行说明。按照该方案，温度传感器Sa在平时检测变频器31的温度Tc。在比如坡道等中，在高转矩发生状态下连续地使电动汽车运转的场合，变频器31的温度Tc上升，并且电动机线圈78 (图7)的温度上升。对于温度传感器Sa的变频器31的温度检测，由于响应性差，故相对温度Tc设定多个阈值，针对通过各阈值而划分的每个温度区域，设定相互不同的电流限制条件。即，在所检测的温度Tc为较低温度时，缓和电流限制条件，即提高dTc/dt的上限值，所检测的温度Tc越高，则越严格地限制电流限制条件，即，越严格地限制dTc/dt的上限值。
[0063]变频器限制机构95进行下述的控制，在该控制中，对应于包括所检测的温度Tc的上述温度区域的上述电流限制条件，对提供给变频器31的电流指令进行限制。比如，表示转换周期的脉冲的ON时间的上述占空比小于已设定的占空比，从而降低电压实效值，或使转换周期为同一周期，产生不等幅脉冲，由此，可对提供给变频器31的电流指令进行限制。通过像这样，对提供给变频器31的电流指令进行限制，可仔细地对变频器31的温度进行管理，可防止变频器31的特性变化、损伤、变频器寿命的降低。由此，可防止电动机线圈78 (图7)的绝缘性能的恶化，可防止电动机6陷入不能驱动的状态，由此，可避免急剧地妨碍车辆运转的情况。
[0064]变频器限制机构95在以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt为正时，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限。通过对应于像这样划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限，可仔细地对变频器31的温度进行管理。比如，在所检测的温度Tc为较低温度时，即使在温度Tc变化的程度剧烈的情况下，由于变频器31不会马上发生损伤等，故缓和dTc/dt的允许上限。与此相反，所检测的温度Tc越高，即使在温度Tc变化的程度缓慢的情况下，也越导致变频器31的特性变化、损伤、变频器寿命的降低。于是，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限，对变频器31的温度进行管理，由此，可防止变频器31的损伤等。
[0065]另外，通过按照针对包括所检测的温度Tc的各温度区域，从低温侧朝高温侧而变小的方式设定dTc/dt的允许上限，可容易而以良好的精度对变频器31的温度进行管理。即，在变频器的温度Tc低时，由于半导体开关元件31a没有马上发生损伤等情况，故即使在温度检测的响应性差的情况下，仍可允许温度Tc急剧地上升。在变频器的温度Tc高时，由于半导体开关元件31a的损伤等情况容易产生，故按照温度Tc不急剧地上升的方式强制地限制。也可更加精细地划分通过各阈值而划分的温度区域，朝向高温侧而直线地减少dTc/dt的允许上限。在该场合，可更仔细地进行变频器31的温度管理。
[0066]由于变频器限制机构95设置于变频装置22的电动机控制部29中，在接近电动机6的部位进行检测温度的判断等，故在布线上是有利的，与设置于ECU21中的场合相比较，可进行快速的控制，可快速地避免车辆行驶上的问题。另外，可通过高性能化而减轻复杂化带来的E⑶21的负担。
[0067]由于E⑶21为从总体上对车辆整体进行控制的装置，通过变频装置22的变频器限制机构95，在检测到变频器31的温度异常时，将变频器31的异常报告输出给ECU21，从而使用ECU21而进行车辆整体的适合的控制。另外，ECU21为将驱动的指令提供给变频装置22的上级控制机构，还可在变频装置22的应急的控制后，通过ECU21，借助此后的驱动进行适合的控制。
[0068]像表示图7的一个例子的那样，在内轮电动机驱动装置8中，在车轮用轴承4和电动机6之间介设减速器7，在同轴上将通过车轮用轴承4而支承的作为驱动轮的车轮2(图2)的轮毂和电动机6(图7)的旋转输出轴74连接。减速器7可为减速器比4以上的类型。该减速器7为摆线减速器，其为下述的结构，其中，在以同轴方式连接于电动机6的旋转输出轴74的旋转输入轴82上形成偏心部82a、82b，在该偏心部82a、82b上分别经由轴承85，安装有曲线板84a、84b，将曲线板84a、84b的偏心运动作为旋转运动而传递给车轮用轴承
4。另外，在本说明书中，将在安装于车身的状态下靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间的一侧称为内侧。
[0069]车轮用轴承4由外方部件51、内方部件52和多排滚动体55构成，在外方部件51的内周上形成多排的滚动面53，在内方部件52的外周上形成与各滚动面53面对的滚动面54，该多排滚动体55介设于该外方部件51和内方部件52的滚动面53、54之间。内方部件52兼作安装驱动轮的轮毂。该车轮用轴承4为多排的角接触球轴承，滚动体55由滚珠形成，每排通过球笼56而被保持。上述滚动面53、54的截面呈圆弧状，各滚动面53、54按照接触角在背面对准的方式形成。外方部件51和内方部件52之间的轴承空间的外侧端通过密封件57而被密封。
[0070]外方部件51为静止侧轨道圈，其具有安装于减速器7的外侧的外壳83b的法兰51a，其整体是一体的部件。在法兰51a的周向的多个部位上开设有螺栓插孔64。另外，在外壳83b中的与螺栓插孔64相对应的位置，开设有在内周侧有螺纹的螺栓螺接孔94。穿过螺栓插孔64的安装螺栓65螺接于螺栓螺接孔94中，由此将外方部件51安装于外壳83b。
[0071]内方部件52为旋转侧轨道圈，由外侧件59和内侧件60构成，该外侧件59具有车轮安装用的轮毂法兰59a，该内侧件60的外侧嵌合于该外侧件59的内周，通过压接与外侧件59形成一体。在该外侧件59和内侧件60上，形成上述各排的滚动面54。在内侧件60的中心开设有通孔61。在轮毂法兰59a的周向的多个部位上开设有轮毂螺栓66的压配合孔67。在外侧件59的轮毂法兰59a的根部附近，对驱动轮和制动部件(图中未示出)进行导向的圆筒状的导向部63向外侧突出。在该导向部63的内周上，安装将上述通孔61的外侧端封闭的盖68。
[0072]电动机6为径向间隙型的IPM电动机(即埋入磁铁型同步电动机)，在该电动机中，在固定于圆筒状的电动机外壳72的电动机定子73与安装于旋转输出轴74的电动机转子75之间设置径向间隙。旋转输出轴74通过悬臂方式，借助两个轴承76而支承在减速器7的内侧的外壳83a的筒部上。
[0073]图8表示电动机的剖视图(沿图7中的VII1-VIII线的剖面)。电动机6的转子75由通过软质磁性材料形成的磁芯部79和永久磁铁80构成，该永久磁铁80内置于该磁芯部79中。永久磁铁80按照邻对的两个永久磁铁在转子磁芯部79内的同一圆周上呈截面八字状对合的方式排列。永久磁铁80采用钕系磁铁。定子73由通过软质磁性材料形成的磁芯部77和线圈78构成，磁芯部77的外周面为截面呈圆形的环状，在其内周面上，在内径侧突出的多个齿77a在圆周方向上并列形成。线圈78卷绕于定子磁芯部77的上述各齿77a。
[0074]像图7所示的那样，在电动机6上设置有角度传感器36，该角度传感器36检测电动机定子73和电动机转子75之间的相对旋转角度。角度传感器36包括角度传感器主体70,该角度传感器主体70检测并输出表示电动机定子73和电动机转子75之间的相对旋转角度的信号；角度运算电路71，该角度运算电路71根据该角度传感器主体70所输出的信号，对角度进行运算。角度传感器主体70由被检测部70a和检测部70b构成，该被检测部70a设置于旋转输出轴74的外周面，该检测部70b设置于电动机外壳72上，按照比如在径向面对的方式接近设置于上述被检测部70a。被检测部70a和检测部70b也可以在轴向面对的方式而接近设置。角度传感器36也可为旋转变压器。在该电动机6中，为了使其效率最大，根据角度传感器36所检测的电动机定子73和电动机转子75之间的相对旋转角度，通过电动机控制部29的电动机驱动控制部33，对流向电动机定子73的线圈78的交流电的各波的各相的外加时刻进行控制。另外，内轮电动机驱动装置8的电动机电流的布线和/或各种传感器系统、指令系统的布线通过设置于电动机外壳72等的连接器99而集中实施。
[0075]减速器7像上述那样，为摆线减速器，像图9那样，由外形呈坡度小的波状的次摆线曲线形成的两个曲线板84a、84b分别经由轴承85安装于旋转输出轴82的各偏心部82a、82b。在外周侧对各曲线板84a、84b的偏心运动进行导向的多个外销86分别跨接设置于外壳83b，安装于内方部件52的内侧件60的多个内销88在插入状态下卡合于设置于各曲线板84a、84b的内部的多个圆形的通孔89中。旋转输入轴82通过花键而与电动机6的旋转输出轴74连接，并成一体地旋转。旋转输入轴82通过两个轴承90，在两端支承于内侧的外壳83a和内方部件52的内侧件60的内径面上。
[0076]如果电动机6的旋转输出轴74旋转，则安装于与其成一体地旋转的旋转输入轴82的各曲线板84a、84b进行偏心运动。该各曲线板84a、84b的偏心运动通过内销88和通孔89的卡合，作为旋转运动而传递给内方部件52。相对旋转输出轴74的旋转，内方部件52的旋转减速。比如，可通过I级的摆线减速器，获得10以上的减速比。
[0077]上述两个曲线板84a、84b按照偏心运动相互抵消的方式，以180°的相位差而安装于旋转输入轴82的各偏心部82a、82b上，在偏心部82a、82b的两侧，按照抵消各曲线板84a,84b的偏心运动造成的振动的方式，安装朝与各偏心部82a、82b的偏心方向相反的方向偏心的平衡块91。[0078]像图10以放大方式所示的那样，在上述各外销86和内销88上安装有轴承92、93，该轴承92、93的外圈92a、93a分别与各曲线板84a、84b的外周和各通孔89的内周滚动接触。于是，可降低外销86和各曲线板84a、84b的外周的接触阻力、以及内销88和各通孔89的内周的接触阻力，将各曲线板84a、84b的偏心运动作为旋转运动而顺利地传递给内方部件52。
[0079]在图7中，该内轮电动机驱动装置8的车轮用轴承4在减速器7的外壳83b或电动机6的外壳72的外周部上，经由万向节等的悬架装置(图中未示出)而固定于车身。
[0080]在内轮电动机驱动装置8的场合，作为谋求紧凑化的结果，对于车轮用轴承4、减速器7以及电动机6，由于伴随有材料使用量的削减、电动机6的高速旋转，故确保它们的可靠性将成为重要的课题。特别是，通过检测变频器31的温度，在平时监视变频器31的过热造成的异常，比如半导体开关元件31a的过热造成的热击穿等，从而可进行适当限制提供给变频器31的电流指令的控制。
[0081]在内轮电动机驱动装置8中的减速器7为摆线减速器、减速比比如4以上的场合，可谋求电动机6的小型化，可谋求装置的整体的紧凑化。在减速比高的场合，电动机6采用高速旋转的类型。在电动机6处于高速旋转状态时，可防止变频器31的特性变化、损伤，可防止电动机驱动的控制特性的变化，可防止不能驱动电动机的情况，由此，可避免车辆急剧地陷入不能行驶的状态的情况。像图11所示的那样，变频器限制机构95也可设置于作为控制车辆整体的电动控制单元的ECU21中。
[0082]如上所述，参照附图，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读了本申请说明书后，会在显然的范围内容易想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，应被解释为属于根据权利要求书而确定的发明的范围内。
[0083]标号的说明:
[0084]标号2表不车轮；
[0085]标号4表不车轮用轴承；
[0086]标号6表不电动机；
[0087]标号7表不减速器；
[0088]标号8表示内轮电动机驱动装置；
[0089]标号21表不ECU ；
[0090]标号39表示判断部；
[0091 ] 标号40表示电流控制部；
[0092]标号41表不异常报告机构；
[0093]标号95表变频器限制机构；
[0094]标号Sa表不温度传感器；
[0095]标号Ul表示控制装置。
【权利要求】
1.一种电动机的控制装置，该电动机的控制装置对具有驱动车轮的电动机的电动汽车的上述电动机进行控制， 上述电动汽车包括:作为电动控制单元的ECU，该ECU对车辆整体进行控制；变频装置，该变频装置包括电源电路部和电动机控制部，该电源电路部具有变频器，该变频器将电池的直流电转换为用于上述电动机的驱动的交流电，该电动机控制部按照上述ECU的控制，至少控制上述电源电路部； 在上述变频器中设置温度传感器，该温度传感器检测该变频器的温度Tc ； 该电动机的控制装置具有变频器限制机构，该变频器限制机构相对通过上述温度传感器而检测的温度Tc设定多个阈值，另外，针对通过各阈值而划分的每个温度区域设定相互不同的电流限制条件，对应于包含所检测的温度Tc的上述温度区域的上述电流限制条件，对提供给变频器的电流指令进行限制。
2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其中，上述变频器限制机构在以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt为正时，对应于已划分的各温度区域，变更变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限。
3.根据权利要求2所述的电动机的控制装置，其中，上述变频器限制机构如下设定，针对包括所检测的温度Tc所包含的各温度区域，以从低温侧朝向高温侧而变小的方式设定下述允许上限，该允许上限为:以时间t对温度Tc进行微分处理的变频器温度的时间变化dTc/dt的允许上限。
4.根据权利要求2所述的电动机的控制装置，其中，上述变频器限制机构通过控制电动机的电流值，对上述dTc/dt进行限制。
5.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其中，上述变频器限制机构包括判断部，该判断部判断通过温度传感器而检测的温度Tc是否超过各阈值，上述电动机的控制装置还设置有异常报告机构，该异常报告机构在通过判断部而判定所检测的温度Tc超过多个阈值中的已确定的阈值时，将变频器的异常报告输出给ECU。
6.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其中，上述电动机为分别驱动上述电动汽车的车轮的电动机。
7.根据权利要求6所述的电动机的控制装置，其中，上述电动机的一部分或整体设置于车轮内部，构成内轮电动机驱动装置。
8.根据权利要求7所述的电动机的控制装置，其中，上述内轮电动机驱动装置包括上述电动机、车轮用轴承和减速器。
9.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其中，包括减小上述电动机的转速的减速器，该减速器为具有4以上的高减速比的摆线减速器。
【文档编号】H02M7/48GK103958259SQ201280057381
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月22日 优先权日:2011年11月24日
【发明者】尾崎孝美 申请人:Ntn株式会社