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JP6008128B2 - In-wheel motor control device and in-wheel motor provided with the same - Google Patents
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Description

本発明は、電気自動車の車輪を駆動するインホイールモータの電流制御に関する。   The present invention relates to current control of an in-wheel motor that drives wheels of an electric vehicle.

電気自動車の車輪を駆動するモータとして、車輪の内部にモータを内蔵したインホイールモータが知られている(例えば特許文献1、2参照)。このうち、アウターロータ型モータ(例えば特許文献1参照)は、車輪の軸と同軸上にモータが配置され、車輪の速度と同一速度で回転子であるロータが回転する。ロータは磁石と一体になっており、コイルを備えた電機子の外側を囲むように配置されている。   As a motor for driving a wheel of an electric vehicle, an in-wheel motor having a built-in motor inside the wheel is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Among these, an outer rotor type motor (for example, refer to Patent Document 1) has a motor arranged coaxially with a wheel shaft, and a rotor as a rotor rotates at the same speed as the speed of the wheel. The rotor is integrated with the magnet and is arranged so as to surround the outside of the armature provided with the coil.

インホイールモータにおける発熱は、電気抵抗により電流の自乗に比例してコイルに発生する銅損と、周波数(回転数)に比例してコイルの巻かれた磁性体に発生するヒステリシス損(鉄損の一つ)と、周波数の自乗に比例して磁性体と磁石に発生する渦電流損(鉄損の一つ)とがある。   Heat generation in the in-wheel motor is caused by the copper loss generated in the coil in proportion to the square of the current due to the electrical resistance and the hysteresis loss (iron loss in the magnetic material wound with the coil in proportion to the frequency (number of rotations). One) and eddy current loss (one of iron losses) generated in the magnetic body and the magnet in proportion to the square of the frequency.

前記のとおり、アウターロータ型モータは、車輪の速度と同一速度でロータが回転する構成であり、減速機を用いないため、アウターロータ型モータの回転数は比較的低い領域に限られる。このため、アウターロータ型モータでは、高回転による鉄損による発熱よりも、電流の高くなる高トルク領域での銅損による発熱が問題となる。特許文献2に記載のインホイールモータ駆動装置では、温度センサで測定された温度情報に応じて、モータの駆動電流を制御することが提案されている。   As described above, the outer rotor type motor has a configuration in which the rotor rotates at the same speed as the speed of the wheel, and does not use a speed reducer. Therefore, the rotational speed of the outer rotor type motor is limited to a relatively low region. For this reason, in the outer rotor type motor, heat generation due to copper loss in a high torque region where current becomes higher becomes a problem than heat generation due to iron loss due to high rotation. In the in-wheel motor drive device described in Patent Document 2, it is proposed to control the drive current of the motor according to the temperature information measured by the temperature sensor.

特開昭63−275427号公報JP-A 63-275427 特開2008−168790号公報JP 2008-168790 A

しかしながら、特許文献2に記載のインホイールモータは、アウターロータ型モータではなく、減速機により駆動トルクを高める構成である。特許文献2に記載のインホイールモータ駆動装置における電流制御は、温度上昇防止を目的としたものではなく、過負荷状態を温度情報で判断し、温度情報に応じてモータの駆動電流を制御して過負荷状態を防止するというものである(特許文献2の段落0006)。   However, the in-wheel motor described in Patent Document 2 is configured not to use an outer rotor type motor but to increase drive torque using a speed reducer. The current control in the in-wheel motor drive device described in Patent Document 2 is not intended to prevent a temperature rise, but an overload state is determined by temperature information, and the motor drive current is controlled according to the temperature information. This is to prevent an overload condition (paragraph 0006 of Patent Document 2).

これに対し、減速機を用いないアウターロータ型モータは、駆動トルクは電流に比例する。このため、過負荷状態を温度情報で判断する必要はなく、電流値に基いて過負荷状態を判断できる。一方、インホイールモータに用いる磁石は、高温で減磁し、一旦減磁すると元の磁力に復元しないため、磁石には減磁を避けられる耐熱性が求められる。このため、過負荷状態でも減磁しない耐熱性を有した磁石を用いていれば、磁石にとって過負荷状態は問題とならない。特許文献2に記載の電流制御は、過負荷状態の防止を図るものであり、磁石の温度制御に着眼したものではなかった。   On the other hand, in an outer rotor type motor that does not use a reduction gear, the drive torque is proportional to the current. For this reason, it is not necessary to determine the overload state based on the temperature information, and the overload state can be determined based on the current value. On the other hand, a magnet used for an in-wheel motor is demagnetized at a high temperature, and once demagnetized, the original magnetic force is not restored. Therefore, the magnet is required to have heat resistance to avoid demagnetization. For this reason, if a magnet having heat resistance that does not demagnetize even in an overload state is used, the overload state does not matter for the magnet. The current control described in Patent Document 2 is intended to prevent an overload state, and is not focused on magnet temperature control.

本発明は、磁石の過昇温防止を図るとともに、磁石の耐熱性を特別に高めることなく磁石の減磁を防止できるインホイールモータの制御装置及びこれを備えたインホイールモータを提供することを目的とする。   The present invention provides an in-wheel motor control device and an in-wheel motor provided with the same that can prevent excessive heating of the magnet and prevent demagnetization of the magnet without specially increasing the heat resistance of the magnet. Objective.

前記目的を達成するために、本発明のインホイールモータの制御装置は、アウターロータ型のインホイールモータの制御装置であって、前記インホイールモータは、回転子である円環状のロータコアと、前記ロータコアの内周面側に固定された磁石と、コイルを備えた固定子である円環状のステータコアと、温度センサとを備えており、前記ロータコアの内周面側に前記ステータコアが配置されており、前記制御装置は、前記温度センサの計測値に基いて、前記コイルに通電する駆動電流を制御して、前記磁石が許容温度を超えないようにすることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an in-wheel motor control device of the present invention is an outer-rotor type in-wheel motor control device, wherein the in-wheel motor includes an annular rotor core as a rotor, A magnet fixed to the inner peripheral surface side of the rotor core, an annular stator core that is a stator including a coil, and a temperature sensor, and the stator core is disposed on the inner peripheral surface side of the rotor core The control device controls the drive current applied to the coil based on the measured value of the temperature sensor so that the magnet does not exceed an allowable temperature.

この構成によれば、駆動電流を制御することにより、磁石温度が許容温度を超えないようにすることができるので、磁石の耐熱性を特別高めていなくても、磁石を許容温度範囲内で使用できる。このため、本実施形態では、耐熱性を高めるためのディスプロシウムの磁石への含有量の抑制を図ることができ、コスト面でも有利になる。   According to this configuration, it is possible to prevent the magnet temperature from exceeding the allowable temperature by controlling the drive current, so the magnet can be used within the allowable temperature range even if the heat resistance of the magnet is not particularly increased. it can. For this reason, in this embodiment, it is possible to suppress the content of dysprosium in the magnet for enhancing heat resistance, which is advantageous in terms of cost.

本発明は、詳細は後に説明するとおり、アウターロータ型モータは、磁石の温度上昇幅の低減に有利になり、かつ磁石の温度上昇はコイルに通電する駆動電流による要因が大きく、駆動電流の制御により磁石を温度制御できることに着眼して、本願発明者が導き出したものである。すなわち、磁石の耐熱温度を特別に高めていなくても、磁石に減磁が生じる温度が通常走行では起こらない過酷状況で達する温度であれば、一時的に過酷状況になった場合に、磁石の温度を下げる電流制御を実行すればよい。このことにより、通常走行に支障をきたすことなく、磁石が減磁しないようにすることができる。   In the present invention, as will be described in detail later, the outer rotor type motor is advantageous in reducing the temperature rise of the magnet, and the temperature rise of the magnet is largely caused by the drive current flowing in the coil, and the drive current is controlled. The present inventor has derived that the temperature of the magnet can be controlled by the above. In other words, even if the heat-resistant temperature of the magnet is not particularly increased, if the temperature at which demagnetization occurs in the magnet is a temperature that can be reached in a severe situation that does not occur in normal running, What is necessary is just to perform the current control which reduces temperature. Thus, the magnet can be prevented from being demagnetized without hindering normal travel.

前記本発明のインホイールモータにおいては、前記制御装置は前記温度センサの計測値が第1の設定値を超え、かつ駆動トルクが設定値以下のときは、前記コイルに通電する駆動電流を一定にし、駆動電流を一定にした後、前記温度センサの計測値が第2の設定値以下であれば、アクセル操作量に応じて新たに駆動電流を決定することが好ましい。この構成によれば、温度センサの計測値が第1の設定値を超えていても、最大設定トルクに達するまでに余裕のある状態であれば、駆動電流値を減少させる制御は実行されず、アクセル操作量が増大中に駆動電流値が減少することはない。このため、アクセル操作の要求どおりの駆動トルクが得られなくなる状態を最小限に抑えることができる。   In the in-wheel motor of the present invention, when the measured value of the temperature sensor exceeds the first set value and the drive torque is equal to or less than the set value, the control device makes the drive current supplied to the coil constant. If the measured value of the temperature sensor is equal to or smaller than the second set value after the drive current is made constant, it is preferable to newly determine the drive current according to the accelerator operation amount. According to this configuration, even if the measured value of the temperature sensor exceeds the first set value, the control for decreasing the drive current value is not executed if there is a margin before reaching the maximum set torque, The drive current value does not decrease while the accelerator operation amount increases. For this reason, it is possible to minimize the state in which the driving torque as required for the accelerator operation cannot be obtained.

本発明のインホイールモータは、前記各本発明のインホイールモータの制御装置を備えたインホイールモータであって、前記ステータコアは、前記コイルが巻かれた磁性体を備えており、前記温度センサは、前記磁性体に取り付けられていることを特徴とする。この構成では、磁性体に巻かれたコイルが温度上昇すると、コイルと一体の磁性体も温度上昇する。したがって、コイルの温度上昇に応じて磁性体及びこれに隙間を介して対向する磁石も温度上昇する。この場合、コイルと隙間を介して対向する磁石の温度よりも、コイルと一体の磁性体の温度が高くなる。このため、磁性体の温度を磁石の許容温度よりも低くするように制御すれば、磁石は許容温度には達せず、ロータコアと一体に回転する磁石の温度を直接検知しなくても、磁石が許容温度に達しない確実な制御が可能になる。   The in-wheel motor of the present invention is an in-wheel motor provided with the control device for each of the in-wheel motors of the present invention, wherein the stator core includes a magnetic body around which the coil is wound, and the temperature sensor It is attached to the magnetic body. In this configuration, when the temperature of the coil wound around the magnetic body rises, the temperature of the magnetic body integrated with the coil also rises. Therefore, as the coil temperature rises, the temperature of the magnetic body and the magnet facing this through the gap also rises. In this case, the temperature of the magnetic body integrated with the coil is higher than the temperature of the magnet facing the coil via the gap. For this reason, if the temperature of the magnetic material is controlled to be lower than the allowable temperature of the magnet, the magnet will not reach the allowable temperature, and even if the temperature of the magnet rotating integrally with the rotor core is not directly detected, the magnet Reliable control that does not reach the allowable temperature is possible.

前記本発明のインホイールモータにおいては、前記ステータコアの内周面側に、前記ステータコアを支持する支持体が配置されており、前記磁性体の内周面側に形成された凸部が、前記支持体の外周面側に形成された凹部と嵌合し、前記温度センサは前記凸部に取り付けられていることが好ましい。この構成によれば、凸部と凹部との嵌合により、磁性体を支持体に固定できるとともに、凸部を温度センサーの取付部としても使用できる。   In the in-wheel motor of the present invention, a support body that supports the stator core is disposed on the inner peripheral surface side of the stator core, and a convex portion that is formed on the inner peripheral surface side of the magnetic body includes the support. It is preferable that the temperature sensor is attached to the convex portion by fitting with a concave portion formed on the outer peripheral surface side of the body. According to this configuration, the magnetic body can be fixed to the support body by fitting the convex portion and the concave portion, and the convex portion can also be used as an attachment portion of the temperature sensor.

本発明によれば、磁石の過昇温防止が図れるとともに、磁石の耐熱性を特別に高めることなく磁石の減磁を防止できる。   According to the present invention, it is possible to prevent overheating of the magnet and to prevent demagnetization of the magnet without particularly increasing the heat resistance of the magnet.

本発明の一実施形態に係るインホイールモータの近傍を示す外観図。The external view which shows the vicinity of the in-wheel motor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの内部構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of the in-wheel motor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインホイールモータの分解斜視図。The disassembled perspective view of the in-wheel motor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電流制御の制御ブロック図。The control block diagram of the current control which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電流制御のフローチャート。The flowchart of the current control which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において、温度センサの配置を示す断面図。Sectional drawing which shows arrangement | positioning of a temperature sensor in one Embodiment of this invention. 図6のB部の拡大図。The enlarged view of the B section of FIG.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。最初に図1〜3を参照しながら、本発明の一実施形態に係るインホイールモータの構造について説明する。図1は、インホイールモータ1の近傍を示す外観図である。図示の便宜のため、ホイール2は断面状態で図示している。ホイール2に取り付けられるタイヤの図示は省略している。インホイールモータ1は、電気自動車のホイール2の中空部に内蔵して用いられる。図1は、電気自動車の1輪部分及びサスペンション3を示している。サスペンション3は主要部のみ図示し、サスペンション3が取り付けられる車体の図示は省略している。サスペンション3は、ショックアブソーバ4、ナックル5、ロアアーム6及びリンク7を備えている。ショックアブソーバ4を囲むスプリングの図示は省略してる。ナックル5にインホイールモータ1が固定されている。インホイールモータ1は、外装部品であるケース10を備えている。ケース10はインホイールモータ1の正面(A矢視側)を覆い、外周面の大半を覆っている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of an in-wheel motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an external view showing the vicinity of the in-wheel motor 1. For convenience of illustration, the wheel 2 is shown in a cross-sectional state. The illustration of the tire attached to the wheel 2 is omitted. The in-wheel motor 1 is used by being incorporated in a hollow portion of a wheel 2 of an electric vehicle. FIG. 1 shows one wheel portion and a suspension 3 of an electric vehicle. Only the main part of the suspension 3 is shown, and the vehicle body to which the suspension 3 is attached is not shown. The suspension 3 includes a shock absorber 4, a knuckle 5, a lower arm 6, and a link 7. Illustration of the spring surrounding the shock absorber 4 is omitted. An in-wheel motor 1 is fixed to the knuckle 5. The in-wheel motor 1 includes a case 10 that is an exterior part. The case 10 covers the front (A arrow side) of the in-wheel motor 1 and covers most of the outer peripheral surface.

図2は、インホイールモータ1の内部構造を示す断面図である。図示の便宜のため、部分的に簡略化して図示している。図3は、インホイールモータ1の分解斜視図である。以下、図2及び図3を参照しながらインホイールモータ1の内部構造について説明する。図2は、インホイールモータ1にホイール2を装着した状態を図示しているが、インホイールモータ1にホイール2を装着する前に、ケース10はハブユニット21に固定されている。図2では、ボルト20がハブユニット21のフランジ部、ケース10及びホイール2を挿通しており、ボルト20はナット(図示せず)により締め付けられる。このことにより、インホイールモータ1にホイール2が一体に固定される。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the in-wheel motor 1. For convenience of illustration, the illustration is partially simplified. FIG. 3 is an exploded perspective view of the in-wheel motor 1. Hereinafter, the internal structure of the in-wheel motor 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 illustrates a state in which the wheel 2 is attached to the in-wheel motor 1, but the case 10 is fixed to the hub unit 21 before the wheel 2 is attached to the in-wheel motor 1. In FIG. 2, the bolt 20 passes through the flange portion of the hub unit 21, the case 10, and the wheel 2, and the bolt 20 is tightened by a nut (not shown). As a result, the wheel 2 is integrally fixed to the in-wheel motor 1.

図3おいて、ケース10の内周面に溝22が形成され、回転子である円環状のロータコア23に凸部24が形成されている。磁石25はロータコア23の溝27に嵌めこまれて、ロータコア23の内周面側に固定される。ロータコア23は、凸部24がケース10の溝22に嵌合した状態で、ケース10に収納される。この状態で、図2に示したように、ロータクランプ33及びダストシール43がねじ44によりケース10に固定され、ロータコア23がスペーサ31及びスペーサ32で挟まれた状態でケース10の内周面側に固定される。   In FIG. 3, a groove 22 is formed on the inner peripheral surface of the case 10, and a convex portion 24 is formed on an annular rotor core 23 that is a rotor. The magnet 25 is fitted in the groove 27 of the rotor core 23 and fixed to the inner peripheral surface side of the rotor core 23. The rotor core 23 is accommodated in the case 10 with the convex portion 24 fitted in the groove 22 of the case 10. In this state, as shown in FIG. 2, the rotor clamp 33 and the dust seal 43 are fixed to the case 10 with screws 44, and the rotor core 23 is sandwiched between the spacer 31 and the spacer 32, so that Fixed.

図3に示したハブユニット21の貫通孔26には、ブレーキシャフト16が挿通する。図2の状態ではブレーキシャフト16はハブユニット21に固定されており、ブレーキシャフト16には、ボルト17及びナット(図示せず)により、ブレーキディスク15が固定されている。以上の構成によれば、ハブユニット21、ケース10、ロータコア23、ブレーキシャフト16及びブレーキディスク15が一体構造になっており、この一体構造物にホイール2が固定される。本実施形態のインホイールモータ1は、アウターロータ型であり、アウターロータであるロータコア23が回転する。前記の一体構造によれば、ロータコア23の回転と一体に同速度でケース10、ハブユニット21のうち軸受(図示せず)の内径側、ブレーキシャフト16及びブレーキディスク15が回転し、これらと一体のホイール2が回転する。   The brake shaft 16 is inserted into the through hole 26 of the hub unit 21 shown in FIG. In the state of FIG. 2, the brake shaft 16 is fixed to the hub unit 21, and the brake disc 15 is fixed to the brake shaft 16 by bolts 17 and nuts (not shown). According to the above configuration, the hub unit 21, the case 10, the rotor core 23, the brake shaft 16 and the brake disk 15 have an integrated structure, and the wheel 2 is fixed to the integrated structure. The in-wheel motor 1 of this embodiment is an outer rotor type, and the rotor core 23 which is an outer rotor rotates. According to the integrated structure, the inner diameter side of the bearing (not shown) of the case 10 and the hub unit 21, the brake shaft 16 and the brake disc 15 rotate at the same speed as the rotation of the rotor core 23, and are integrated with them. The wheel 2 rotates.

図3において、固定子である円環状のステータコア38はコイル34を備えている。コイル34は磁性体39に巻回されている。磁性体39は多数の電磁鋼板が積層されて形成されている。コイル34のコイル線はバスバーリング41の外周部に結線される。図3に示したモータサポート35とモータベース36とでステータコア38を支持する支持体37を構成する。図2の状態では、モータサポート35及びモータベース36の外周面とステータコア38の内周面とが嵌合し、ステータコア38はモータサポート35及びモータベース36で構成される支持体37に固定されている。図3に示したように、モータベース36にはボルト40が一体になっており、ボルト40はシールプレート42を挿通する。図2の状態では、ボルト40(図示せず)はナックル5を挿通しており、ナット(図示せず)に締め付けられる。このことにより、ステータコア38は支持体37を介してナックル5に固定される。   In FIG. 3, an annular stator core 38 that is a stator includes a coil 34. The coil 34 is wound around a magnetic body 39. The magnetic body 39 is formed by laminating a number of electromagnetic steel plates. The coil wire of the coil 34 is connected to the outer periphery of the bus bar ring 41. The motor support 35 and the motor base 36 shown in FIG. 3 constitute a support 37 that supports the stator core 38. In the state of FIG. 2, the outer peripheral surfaces of the motor support 35 and the motor base 36 and the inner peripheral surface of the stator core 38 are fitted, and the stator core 38 is fixed to a support body 37 constituted by the motor support 35 and the motor base 36. Yes. As shown in FIG. 3, a bolt 40 is integrated with the motor base 36, and the bolt 40 passes through the seal plate 42. In the state of FIG. 2, the bolt 40 (not shown) passes through the knuckle 5 and is fastened to a nut (not shown). As a result, the stator core 38 is fixed to the knuckle 5 via the support 37.

したがって、ステータコア38及びこれと一体の支持体37及びシールプレート42は、回転しない固定部である。図2の状態では、支持体37及びシールプレート42はハブユニット21に固定されている。前記のとおり、ハブユニット21は、ホイール2の回転と一体に回転する。しかし、ハブユニット21は軸受(図示せず)が内蔵されているので、ホイール2の取付け側が回転しても、支持体37及びシールプレート42の取付け側は固定状態となる。   Therefore, the stator core 38 and the support body 37 and the seal plate 42 integral with the stator core 38 are fixed portions that do not rotate. In the state of FIG. 2, the support body 37 and the seal plate 42 are fixed to the hub unit 21. As described above, the hub unit 21 rotates integrally with the rotation of the wheel 2. However, since the hub unit 21 has a built-in bearing (not shown), even if the mounting side of the wheel 2 rotates, the mounting side of the support 37 and the seal plate 42 is fixed.

図2において、磁石25が一体になったロータコア23とコイル34が巻回された磁性体39との間には隙間が形成されている。コイル34に通電されると、磁石25と一体のロータコア23が回転する。ロータコア23の回転と一体に同速度でケース10及びホイール2が回転する。この間、発熱体であるコイル34が温度上昇し、これに伴い磁性体39が温度上昇し、磁性体39と隙間を介して対向した磁石25も温度上昇する。   In FIG. 2, a gap is formed between the rotor core 23 in which the magnet 25 is integrated and the magnetic body 39 around which the coil 34 is wound. When the coil 34 is energized, the rotor core 23 integrated with the magnet 25 rotates. The case 10 and the wheel 2 rotate at the same speed as the rotation of the rotor core 23. During this time, the temperature of the coil 34, which is a heating element, rises, and accordingly, the temperature of the magnetic body 39 rises, and the temperature of the magnet 25 that faces the magnetic body 39 through a gap also rises.

磁石は高温になると減磁し、一旦減磁すると元の磁力に復元しない。このため、温度上昇下で使用される磁石25は減磁を避けられる耐熱性が求められる。磁石はレアアースであるディスプロシウムを含有させることにより、耐熱性を高めることができる。特に、磁石温度が100℃を超えると、ディスプロシウムを含有させていなければ、減磁が起こり保磁力を確保できない。一方、高価なディスプロシウムは、含有量を少なくするか含有させないことが望ましい。磁石25の温度上昇幅が小さくなるほど、ディスプロシウムの含有量を少なくでき、含有させないことも可能になる。   The magnet is demagnetized at a high temperature, and once demagnetized, it does not recover to the original magnetic force. For this reason, the magnet 25 used under a temperature rise is required to have heat resistance capable of avoiding demagnetization. The magnet can improve heat resistance by containing dysprosium which is a rare earth. In particular, when the magnet temperature exceeds 100 ° C., demagnetization occurs and the coercive force cannot be secured unless dysprosium is contained. On the other hand, it is desirable that the expensive dysprosium is reduced in content or not contained. As the temperature increase width of the magnet 25 becomes smaller, the content of dysprosium can be reduced and not contained.

本実施形態のインホイールモータ1はアウターロータ型モータであり、磁石25は発熱体であるコイル34の外側にあるため、磁石25は放熱に有利になる。さらに、アウターロータ型モータは、車輪の速度と同一速度でロータが回転する構成であり、減速機を用いないため、アウターロータ型モータの回転数は比較的低い領域に限られる。このため、アウターロータ型モータの発熱は、電気抵抗により電流の自乗に比例してコイルに発生する銅損による発熱に比べ、周波数(回転数)に比例してコイルの巻かれた磁性体に発生するヒステリシス損(鉄損の一つ)と、周波数の自乗に比例して磁性体と磁石に発生する渦電流損(鉄損の一つ)とによる発熱は小さい。   The in-wheel motor 1 of the present embodiment is an outer rotor type motor, and the magnet 25 is located outside the coil 34 that is a heating element. Therefore, the magnet 25 is advantageous for heat dissipation. Furthermore, the outer rotor type motor has a configuration in which the rotor rotates at the same speed as the speed of the wheel, and does not use a speed reducer. Therefore, the rotational speed of the outer rotor type motor is limited to a relatively low region. For this reason, the heat generated by the outer rotor type motor is generated in the magnetic body wound with the coil in proportion to the frequency (number of rotations), compared to the heat generated by the copper loss generated in the coil in proportion to the square of the current due to the electrical resistance. Heat generation due to hysteresis loss (one of iron losses) and eddy current loss (one of iron losses) generated in the magnetic body and the magnet in proportion to the square of the frequency is small.

以上のように、本実施形態のインホイールモータ1のように磁石25がコイル34の外側にあるアウターロータ型モータは、磁石25の放熱に有利になるととに、周波数に比例して生じる発熱は小さく、磁石25の温度上昇幅の低減に有利になる。また、磁石25の温度上昇は、コイル34に通電する駆動電流による要因が大きく、駆動電流の制御により磁石25を温度制御できる。本願発明者は、このことに着眼して、温度センサの計測値に基いて、コイル34に通電する駆動電流を制御して、磁石25が許容温度を超えないように制御することをことを導き出した。   As described above, the outer rotor type motor in which the magnet 25 is located outside the coil 34 as in the in-wheel motor 1 of the present embodiment is advantageous for the heat dissipation of the magnet 25, and the heat generated in proportion to the frequency is generated. This is advantageous in reducing the temperature rise of the magnet 25. Further, the temperature rise of the magnet 25 is largely caused by the drive current supplied to the coil 34, and the temperature of the magnet 25 can be controlled by controlling the drive current. The inventor of the present application pays attention to this and derives that the magnet 25 is controlled so as not to exceed the allowable temperature by controlling the drive current supplied to the coil 34 based on the measured value of the temperature sensor. It was.

すなわち、アウターロータ型モータは、磁石の温度上昇幅の低減に有利であるので、磁石の耐熱温度を低くすることができ、ディスプロシウムの含有量を抑えることができる。その結果、磁石に減磁が生じる温度も低くなる。しかし、この温度が通常走行では達しない温度であり、頻度の極めて少ない過酷状況下のみで達する温度であれば、一時的に過酷状況になった場合に、磁石の温度を下げる電流制御を実行すればよい。このことにより、通常走行に支障をきたすことなく、磁石が減磁しないようにすることができる。   That is, since the outer rotor type motor is advantageous for reducing the temperature rise of the magnet, the heat-resistant temperature of the magnet can be lowered and the dysprosium content can be suppressed. As a result, the temperature at which demagnetization occurs in the magnet also decreases. However, if this temperature is a temperature that cannot be reached during normal driving and can only be reached under severe conditions that are extremely infrequent, current control that lowers the temperature of the magnet should be executed if the temperature temporarily becomes severe. That's fine. Thus, the magnet can be prevented from being demagnetized without hindering normal travel.

一方、アクセル操作量が増大中であるにもかかわらず駆動電流が減少すると、アクセル操作量に応じた駆動トルクが得られない。このような状況は、できるだけ生じないことが望ましい。以下、この点を考慮した電流制御の一例について、具体的に説明する。   On the other hand, if the drive current decreases even though the accelerator operation amount is increasing, the drive torque corresponding to the accelerator operation amount cannot be obtained. It is desirable that such a situation does not occur as much as possible. Hereinafter, an example of current control in consideration of this point will be specifically described.

図4は、本発明の一実施形態に係る制御装置の電流制御の制御ブロック図を示している。詳細は後に説明するが、制御装置60は、アクセル61の操作量及び温度センサ30の計測値(ステータコア温度)に基いて、インホイールモータ1へのトルク指令値を決定し、これに基いてコイル34に通電する駆動電流値を決定する。決定された駆動電流値はインバータ63に指令され、この駆動電流値がコイル34に通電され、インホイールモータ1が駆動される。インバータ63には直流電源のバッテリ64から電力が供給される。インバータ63は、直流を交流に変換するとともに、電流の周波数を制御してインホイールモータ1の回転数を制御する。   FIG. 4 shows a control block diagram of current control of the control device according to one embodiment of the present invention. Although details will be described later, the control device 60 determines a torque command value to the in-wheel motor 1 based on the operation amount of the accelerator 61 and the measured value (stator core temperature) of the temperature sensor 30, and based on this, the coil A drive current value for energizing 34 is determined. The determined drive current value is commanded to the inverter 63, and this drive current value is energized to the coil 34, and the in-wheel motor 1 is driven. Electric power is supplied to the inverter 63 from a battery 64 of a DC power source. The inverter 63 converts direct current into alternating current and controls the frequency of the current to control the rotation speed of the in-wheel motor 1.

図5は、図4に示した制御装置60の制御プロセスを示すフローチャートである。本図は、アクセル操作量が増大中のときの制御装置60による情報処理の流れを示している。制御装置60には、アクセル操作量が入力される(ステップ100)。この入力値に基いて、制御装置60はトルク指令値Tを決定する(ステップ101)。制御対象であるインホイールモータ1は、アウターロータ型モータであり、前記のとおり車輪の速度と同一速度で回転子であるロータコア23が回転する。この構成では減速機は用いず、駆動トルクはコイル34に通電する電流値に比例する。制御装置60は、トルク指令値Tに基いて駆動電流値Iを決定する(ステップ102)。このことにより、アクセル操作量に応じた駆動トルクでインホイールモータ1が駆動される。   FIG. 5 is a flowchart showing a control process of the control device 60 shown in FIG. This figure shows the flow of information processing by the control device 60 when the accelerator operation amount is increasing. The accelerator operation amount is input to the control device 60 (step 100). Based on this input value, control device 60 determines torque command value T (step 101). The in-wheel motor 1 to be controlled is an outer rotor type motor, and as described above, the rotor core 23 that is a rotor rotates at the same speed as the speed of the wheels. In this configuration, a speed reducer is not used, and the drive torque is proportional to the value of the current flowing through the coil 34. The control device 60 determines the drive current value I based on the torque command value T (step 102). Thus, the in-wheel motor 1 is driven with a drive torque corresponding to the accelerator operation amount.

インホイールモータ1の駆動中は、温度センサ30により、ステータコア38の温度t(以下、「ステータコア温度t」という)が常時計測されている(ステップ103)。温度の計測位置の詳細は後に説明する。磁石許容温度をta、補正値をt1としたときに、制御装置60は、ステータコア温度tが(ta−t1)よりも大きいかどうかを判定する。磁石許容温度taは、磁石25が減磁しない温度であり、磁石許容温度taを超える状況は、頻度の極めて少ない過酷状況下のみである。このような過酷状況として、例えば時速0km/hから100km/hまでの全力加速を繰り返す状況が挙げられる。以下、便宜のため設定値は数値例を示して説明するが、これらは一例であり実機の仕様に応じて適宜変更される。磁石許容温度taを100℃、補正値t1を20℃とすると、(ta−t1)は80℃となる。この場合、ステータコア温度tが80℃以下であれば、ステップ100に戻り、アクセル操作量に応じた駆動電流値Iが決定される。   While the in-wheel motor 1 is being driven, the temperature t of the stator core 38 (hereinafter referred to as “stator core temperature t”) is constantly measured by the temperature sensor 30 (step 103). Details of the temperature measurement position will be described later. When the magnet allowable temperature is ta and the correction value is t1, the control device 60 determines whether or not the stator core temperature t is higher than (ta-t1). The magnet allowable temperature ta is a temperature at which the magnet 25 is not demagnetized, and the situation exceeding the magnet allowable temperature ta is only under a severe condition with extremely low frequency. As such a severe situation, for example, a situation in which full power acceleration from 0 km / h to 100 km / h is repeated. Hereinafter, for convenience, the setting values will be described with numerical examples. However, these are merely examples and are appropriately changed according to the specifications of the actual machine. When the magnet allowable temperature ta is 100 ° C. and the correction value t 1 is 20 ° C., (ta−t 1) is 80 ° C. In this case, if the stator core temperature t is 80 ° C. or lower, the process returns to step 100, and the drive current value I corresponding to the accelerator operation amount is determined.

ステータコア温度tは、磁石25の温度ではないが、詳細は後に説明するように、ステータコア温度tの変化に応じて磁石25の温度も変化し、ステータコア温度tは、磁石25の温度より高い温度になる。このため、ステータコア温度tが磁石許容温度taを超えないように制御すれば、磁石25の過昇温防止が確実になる。ステータコア温度tが80℃であれば、磁石許容温度100℃よりも約20℃の余裕がある。本実施形態では、ステップ104を磁石25の過昇温防止のための第1の温度判定段階としている。   Although the stator core temperature t is not the temperature of the magnet 25, as will be described in detail later, the temperature of the magnet 25 also changes according to the change of the stator core temperature t, and the stator core temperature t becomes higher than the temperature of the magnet 25. Become. For this reason, if the stator core temperature t is controlled so as not to exceed the magnet allowable temperature ta, the excessive temperature rise prevention of the magnet 25 is ensured. If the stator core temperature t is 80 ° C., there is a margin of about 20 ° C. than the magnet allowable temperature 100 ° C. In the present embodiment, step 104 is a first temperature determination stage for preventing excessive temperature rise of the magnet 25.

ステータコア温度tが80℃よりも大きければ、制御装置60は、トルク指令値Tが最大設定トルクのx%よりも大きいかどうかを判定する(ステップ105)。前記のとおり、トルクは電流値に比例するので、電流値に基いてトルク指令値Tが最大設定トルクのx%よりも大きいかどうかを判定できる。x%は例えば80〜85%の範囲内の値である。トルク指令値Tが最大設定トルクの80〜85%の範囲内の状態は、インホイールモータ1は高負荷状態ではあるが、最大設定トルクに達するまでに余裕がある状態である。   If stator core temperature t is greater than 80 ° C., control device 60 determines whether torque command value T is greater than x% of the maximum set torque (step 105). As described above, since the torque is proportional to the current value, it can be determined whether the torque command value T is larger than x% of the maximum set torque based on the current value. x% is a value within the range of 80 to 85%, for example. A state in which the torque command value T is within a range of 80 to 85% of the maximum set torque is a state in which the in-wheel motor 1 is in a high load state but has a margin before reaching the maximum set torque.

本実施形態ではx%は85%とする。制御装置60は、トルク指令値Tが最大トルクの85%以下であれば、駆動電流値Iを一定に制御する(ステップ106)。したがって、その後のアクセル操作量の増大によっても、駆動電流値Iは変化しない。このことにより、アクセル操作量の増大によるステータコア温度tの上昇は一旦停止する。このため、駆動電流値Iが一定値に制御された後の温度上昇は、応答遅れによる温度上昇や電流値以外の他の要因による温度上昇である。   In the present embodiment, x% is 85%. If torque command value T is 85% or less of the maximum torque, control device 60 controls drive current value I to be constant (step 106). Accordingly, the drive current value I does not change even if the accelerator operation amount thereafter increases. Thus, the increase in the stator core temperature t due to the increase in the accelerator operation amount is temporarily stopped. For this reason, the temperature increase after the drive current value I is controlled to a constant value is a temperature increase due to a response delay or a temperature increase due to a factor other than the current value.

ステップ106以降、制御装置60は、ステータコア温度tが(ta−t2)よりも大きいかどうかを判定する(ステップ107)。t2は補正値であり、t2を15℃とすると、磁石許容温度taは100℃であるので、(ta−t2)は85℃となる。この場合、ステータコア温度tが85℃以下であれば、ステップ100に戻り、アクセル操作量に応じた駆動電流値(I)が決定される(ステップ102)。したがって、ステップ106で一旦駆動電流値Iが一定値に制御されても、ステータコア温度tが85℃以下であれば、ステップ106の制御は解除される。さらに、ステータコア温度tが80℃以下になっていれば、ステップ100〜104を経てステップ100に戻る通常の電流制御が実行される。   After step 106, the control device 60 determines whether or not the stator core temperature t is higher than (ta−t2) (step 107). t2 is a correction value. When t2 is 15 ° C., the magnet allowable temperature ta is 100 ° C., so (ta−t2) is 85 ° C. In this case, if the stator core temperature t is 85 ° C. or lower, the process returns to step 100, and the drive current value (I) corresponding to the accelerator operation amount is determined (step 102). Therefore, even if the drive current value I is once controlled to a constant value in step 106, the control in step 106 is canceled if the stator core temperature t is 85 ° C. or lower. Furthermore, if the stator core temperature t is 80 ° C. or lower, normal current control is performed through steps 100 to 104 and returning to step 100.

駆動電流値Iが一定値に制御された後、ステータコア温度tが85℃よりも大きければ、制御装置60は、ステータコア温度tが(ta−t3)になるように制御する。補正値t3を10℃とすると、磁石許容温度taは100℃であるので、(ta−t3)は90℃となる。この場合、ステータコア温度tが一時的に90℃を超えると、駆動電流値Iは減少するように制御される。このことにより、磁石25の温度が磁石許容温度100℃を超えないよう駆動電流値Iが制御される。この場合、アクセル操作量が増大中であっても、駆動電流値Iが減少する状況も生じるが、磁石25の温度が磁石許容温度100℃に達することは回避できる。   After the drive current value I is controlled to a constant value, if the stator core temperature t is higher than 85 ° C., the control device 60 controls the stator core temperature t to be (ta−t3). When the correction value t3 is 10 ° C., the magnet allowable temperature ta is 100 ° C., so (ta−t3) is 90 ° C. In this case, when the stator core temperature t temporarily exceeds 90 ° C., the drive current value I is controlled to decrease. Thus, the drive current value I is controlled so that the temperature of the magnet 25 does not exceed the magnet allowable temperature 100 ° C. In this case, even when the accelerator operation amount is increasing, there is a situation where the drive current value I decreases, but it is possible to avoid the temperature of the magnet 25 reaching the magnet allowable temperature of 100 ° C.

一方、アクセル操作量が増大中に駆動電流値Iが減少することは、アクセル操作による駆動トルク増大の要求に応じていないことになる。すなわち、ステップ108の制御は、過酷状況下のみで行う最後の手段である。ステータコア温度tが80℃を超えていても、最大設定トルクまでに余裕のある状態の温度上昇の要因は、駆動電流値Iの増大による要因よりも他の要因が影響している可能性が高い。この他の要因がステータコア温度tが85℃になる前に解消されれば、ステップ108の制御を行う必要がなくなる。他の要因としては、例えば、インバータ63の制御の一時的な不調や、一時的に著しく高温な環境下(著しく高温のアスファルト上の走行等)に置かれたことが考えられる。本実施形態では、ステップ108の制御を行う前に、駆動電流値Iを一定に制御するステップ106があり、この制御により、温度変化の推移を観察するとともに、モータ制御の異常の有無を監視するようにしている。   On the other hand, the decrease in the drive current value I while the accelerator operation amount is increasing does not meet the demand for increasing the drive torque by the accelerator operation. That is, the control in step 108 is the last means performed only under severe conditions. Even if the stator core temperature t exceeds 80 ° C., the cause of the temperature rise in a state where there is a margin until the maximum set torque is likely to be influenced by other factors than the factor due to the increase in the drive current value I. . If the other factors are eliminated before the stator core temperature t reaches 85 ° C., it is not necessary to perform the control in step 108. As other factors, for example, it is conceivable that the control of the inverter 63 is temporarily malfunctioned, or that the inverter 63 is temporarily placed in an extremely high temperature environment (such as traveling on extremely high temperature asphalt). In the present embodiment, there is a step 106 for controlling the drive current value I to be constant before performing the control in step 108. With this control, the change in temperature is observed and the presence or absence of motor control abnormality is monitored. I am doing so.

ステップ104〜106を省いた場合は、温度上昇の要因が駆動電流値Iの増大による要因ではなく他の要因である場合であっても、一律にステータコア温度tが90℃になるように駆動電流値Iが制御される。この場合は、アクセル操作量が増大中に駆動電流値Iが減少し得ることになり、アクセル操作の要求どおりの駆動トルクが得られない場合が生じ得る。図5の制御では、ステータコア温度tが80℃を超えた場合、最大設定トルクまでに余裕のある状態であれば、駆動電流値Iを減少させる制御は実行されず、アクセル操作量が増大中に駆動電流値Iが減少することはない。すなわち、ステップ104〜106を備えたことにより、アクセル操作の要求どおりの駆動トルクが得られなくなる状態を最小限に抑えることができる。   When steps 104 to 106 are omitted, the drive current is set so that the stator core temperature t is uniformly 90 ° C. even when the temperature increase is caused not by the increase in the drive current value I but by other factors. The value I is controlled. In this case, the drive current value I can decrease while the accelerator operation amount is increasing, and a drive torque as required for the accelerator operation may not be obtained. In the control of FIG. 5, when the stator core temperature t exceeds 80 ° C., the control for decreasing the drive current value I is not executed if there is a margin until the maximum set torque, and the accelerator operation amount is increasing. The drive current value I does not decrease. That is, by providing steps 104 to 106, it is possible to minimize the state in which the driving torque as required for the accelerator operation cannot be obtained.

次に、温度センサーの取付けについて説明する。図6は、温度センサ30の配置を示す断面図である。本図はインホイールモータ1を、ステータコア38の直径方向に切断した断面図である。図7は、図6のB部の拡大図である。図示の便宜のため、図6ではハブユニット21は断面せず図示している。図6に示したように、ステータコア38の磁性体39は、放射状に突出部39が形成されている。各突出部39にコイル34が巻回されている。図示の便宜のため、図6ではコイル34は断面せず、かつ簡略化して図示している。   Next, attachment of the temperature sensor will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the arrangement of the temperature sensor 30. This figure is a cross-sectional view of the in-wheel motor 1 cut in the diameter direction of the stator core 38. FIG. 7 is an enlarged view of a portion B in FIG. For convenience of illustration, the hub unit 21 is not shown in cross section in FIG. As shown in FIG. 6, the magnetic body 39 of the stator core 38 has radially protruding portions 39. A coil 34 is wound around each protrusion 39. For convenience of illustration, the coil 34 is not shown in cross section in FIG.

温度センサー30は、磁性体39に保持されている。図7において、磁性体39は凸部45が形成されている。凸部45は、モータサポート35及びモータベース36で構成される支持体37(図3)に形成された凹部44と嵌合している。凸部45には、溝46が形成されており、温度センサー30は溝46に取り付けられている。この構成によれば、凸部45と凹部44との嵌合により、磁性体39を支持体37に固定できるとともに、凸部45を温度センサー30の取付部としても使用できる。   The temperature sensor 30 is held by the magnetic body 39. In FIG. 7, the magnetic body 39 is provided with a convex portion 45. The convex portion 45 is fitted with a concave portion 44 formed in a support body 37 (FIG. 3) composed of the motor support 35 and the motor base 36. A groove 46 is formed in the convex portion 45, and the temperature sensor 30 is attached to the groove 46. According to this configuration, the magnetic body 39 can be fixed to the support body 37 by fitting the convex portion 45 and the concave portion 44, and the convex portion 45 can also be used as an attachment portion of the temperature sensor 30.

図2において、ロータコア23と磁性体39との間の隙間は僅かであり、磁石25と磁性体39との間の距離は僅かである。このため、コイル34の温度上昇による磁性体39の温度上昇に伴い、磁石25も温度上昇する。この場合、磁性体39と隙間を介して対向する磁石25の温度よりも、コイル34と一体の磁性体39の温度が高くなる。このため、磁性体39の温度を磁石25の許容温度よりも低くするように制御すれば、磁石25は許容温度には達しない。したがって、図6及び図7の構成によれば、ロータコア23と一体に回転する磁石25の温度を直接検知しなくても、磁石25が許容温度に達しない確実な制御が可能になる。   In FIG. 2, the gap between the rotor core 23 and the magnetic body 39 is slight, and the distance between the magnet 25 and the magnetic body 39 is small. For this reason, with the temperature rise of the magnetic body 39 due to the temperature rise of the coil 34, the temperature of the magnet 25 also rises. In this case, the temperature of the magnetic body 39 integrated with the coil 34 is higher than the temperature of the magnet 25 facing the magnetic body 39 through a gap. For this reason, if the temperature of the magnetic body 39 is controlled to be lower than the allowable temperature of the magnet 25, the magnet 25 does not reach the allowable temperature. Therefore, according to the configuration of FIG. 6 and FIG. 7, it is possible to perform reliable control in which the magnet 25 does not reach the allowable temperature without directly detecting the temperature of the magnet 25 that rotates integrally with the rotor core 23.

前記実施形態のインホイールモータ1は一例であり、アウターロータ型の構造を変えない範囲で適宜変更してもよい。例えば、前記実施形態においては、支持体37は2部品で構成されているが、ステータコア38を支持できればよく、この構成に限るものではなく、さらに部品点数を増やしてもよい。   The in-wheel motor 1 of the said embodiment is an example, You may change suitably in the range which does not change an outer rotor type | mold structure. For example, in the above-described embodiment, the support body 37 is composed of two parts. However, the support body 37 is not limited to this structure as long as the stator core 38 can be supported, and the number of parts may be further increased.

1 インホイールモータ
2 ホイール
23 ロータコア
25 磁石
30 温度センサ
34 コイル
37 支持体
38 ステータコア
39 磁性体
44 凹部
45 凸部
60 制御装置

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 In-wheel motor 2 Wheel 23 Rotor core 25 Magnet 30 Temperature sensor 34 Coil 37 Support body 38 Stator core 39 Magnetic body 44 Concave part 45 Convex part 60 Control apparatus

Claims (3)

アウターロータ型のインホイールモータの制御装置であって、
前記インホイールモータは、
回転子である円環状のロータコアと、
前記ロータコアの内周面側に固定された磁石と、
コイルを備えた固定子である円環状のステータコアと、
温度センサとを備えており、
前記ロータコアの内周面側に前記ステータコアが配置されており、
前記制御装置は、
前記温度センサの計測値に基いて、前記コイルに通電する駆動電流を制御して、前記磁石が許容温度を超えないようにし、
前記制御装置は、前記温度センサの計測値が第1の設定値を超え、かつ駆動トルクが設定値以下のときは、前記コイルに通電する駆動電流を一定にして前記駆動トルクの値を維持し、駆動電流を一定にした後、前記温度センサの計測値が第2の設定値以下であれば、アクセル操作量に応じて新たに駆動電流を決定することを特徴とするインホイールモータの制御装置。
An outer rotor type in-wheel motor control device,
The in-wheel motor is
An annular rotor core as a rotor;
A magnet fixed to the inner peripheral surface of the rotor core;
An annular stator core that is a stator with coils;
A temperature sensor,
The stator core is disposed on the inner peripheral surface side of the rotor core,
The control device includes:
Based on the measured value of the temperature sensor, to control the drive current to energize the coil, so that the magnet does not exceed the allowable temperature ,
When the measured value of the temperature sensor exceeds the first set value and the drive torque is equal to or less than the set value, the control device maintains the value of the drive torque with a constant drive current applied to the coil. The control device for an in-wheel motor , wherein after the drive current is made constant, if the measured value of the temperature sensor is equal to or less than a second set value, the drive current is newly determined according to the accelerator operation amount .
請求項1に記載のインホイールモータの制御装置を備えたインホイールモータであって、前記ステータコアは、前記コイルが巻かれた磁性体を備えており、前記温度センサは、前記磁性体に取り付けられていることを特徴とするインホイールモータ。 An in-wheel motor comprising the in-wheel motor control device according to claim 1 , wherein the stator core includes a magnetic body around which the coil is wound, and the temperature sensor is attached to the magnetic body. An in-wheel motor characterized by 前記ステータコアの内周面側に、前記ステータコアを支持する支持体が配置されており、前記磁性体の内周面側に形成された凸部が、前記支持体の外周面側に形成された凹部と嵌合し、前記温度センサは前記凸部に取り付けられている請求項に記載のインホイールモータ。
A support body that supports the stator core is disposed on the inner peripheral surface side of the stator core, and a convex portion formed on the inner peripheral surface side of the magnetic body is a concave portion formed on the outer peripheral surface side of the support body. The in-wheel motor according to claim 2 , wherein the temperature sensor is attached to the convex portion.
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