JP2006219082A - 車両用回転電機システム - Google Patents

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Abstract

【課題】
小型軽量化で、耐振性の向上した車両用回転電機システムを提供することにある。
【解決手段】
回転電機１６Ｒ，１６Ｌは、サスペンションよりも車輪側のばね下部に配置される。回転電機１６Ｒ，１６Ｌを矩形波駆動する駆動回路４０Ｒ，４０Ｌは、ばね下部に配置される。バッテリーＢから駆動回路４０Ｒ，４０Ｌに供給する電圧を制御する電圧制御回路３０Ｒ，３０Ｌは、サスペンションよりも車体側のばね上部に配置される。回転電機１６Ｒ，１６Ｌは、３相同期モータを用いている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用回転電機システムに係り、特に、サスペンションのばね下部分に回転電機を備えた車両に用いるに好適な車両用回転電機システムに関する。
従来、自動車等のように、車両と車輪の間にサスペンションが備えられ、回転電機であるモータをばね下部分に設けた車両用回転電機システムとしては、例えば、特開２００４−１２２８３８号公報や、特開２００４−９０７７４号公報に記載されている電動駐車ブレーキや電動ブレーキや、例えば、特開２００３−２１１９７９号公報に記載される電気自動車やハイブリッド車における車両の駆動力を発生させるもの（いわゆるホイルインモータ）が知られている。これらの従来技術においては、モータを駆動する電源は車両搭載のバッテリを用いており、バッテリ電圧そのものを回転電機であるモータに与えるような構成となっている。また、回転電機の駆動回路は、モータとは分離された構成となっている。
特開２００４−１２２８３８号公報 特開２００４−９０７７４号公報 特開２００３−２１１９７９号公報
しかしながら、特開２００４−１２２８３８号公報，特開２００４−９０７７４号公報，特開２００３−２１１９７９号公報に記載のような、ばね下に回転電機を配置するような車両用回転電機システムでは、以下のような間題点がある。
第一に、ばね上部に配置されたバッテリおよび駆動回路によって回転電機（モータ）を駆動させる電流波形を生成することになるが、回転電機がばね下に配置されているため駆動回路と回転電機間を長いハーネスで接続する必要がある。このハーネスはばね上とばね下をわたるものであり、サスペンションのストローク＋ばね上に配置されたインバータまでの距離以上の長さ（一般的には１ｍ以上）が必要である。そのため、バッテリからの電圧（一般的な乗用車では１２Ｖ）がDCハーネスによって電圧低下してインバータに与えられた後にさらに回転電機に対して電圧を与えるACハーネスが上記したように長くなりことにより、ACハーネスにおいても大きな電圧降下が生じる。そのためばね下に配置された回転電機に対して十分な電圧を与えることができないという間題点があった。その結果、回転電機は、低電圧，大電流に対応する設計をせざるを得ず、回転電機自体が大型になる間題点がある。
第二には、駆動回路部をばね上に配置することで回転電機との間のACハーネスには駆動回路でのスイッチングによる電磁ノイズが発生する。インバータと回転電機が分離された構成ではACハーネスは３本のシールド線が必要となる。また、インバータと回転電機が一体となってばね下に配置される構成とすると、駆動回路とバッテリ間のＤＣハーネスの電圧変動を抑えるために、大容量のコンデンサ，ノイズフィルタをばね下に搭載する必要がある。結果として、ばね下の荷重が大きくなり、耐振性が悪化し、サスペンションの性能が悪化することになる。
本発明の第１の目的は、小型軽量で、耐振性の向上した車両用回転電機システムを提供することにある。
本発明の第２の目的は、ばね下荷重を小さくでき、車両の運動性（走行性）を向上できる車両用回転電機システムを提供することにある。
本発明の第３の目的は、ばね上部とばね下部を接続するワイヤーハーネスの本数を少なくすることができる車両用回転電機システムを提供することにある。
本発明は、小型軽量化で、耐振性の向上した車両用回転電機システムを提供することにある。
そのための本発明の最も代表的な特徴は、前記ばね下部に配置され、前記回転電機を矩形波駆動する駆動回路と、前記サスペンションよりも車体側のばね上部に配置され、バッテリーから前記駆動回路に供給する電圧を制御する電圧制御回路を備えるものである。
また、本発明は、ばね下荷重を小さくでき、車両の運動性（走行性）を向上できる車両用回転電機システムを提供することにある。
そのための本発明の最も代表的な特徴は、前記回転電機を駆動する駆動回路と、バッテリーから前記駆動回路に供給する電圧を昇圧制御する電圧制御回路を備えるものである。
さらに、本発明は、ばね上部とばね下部を接続するワイヤーハーネスの本数を少なくすることができる車両用回転電機システムを提供することにある。
そのための本発明の最も代表的な特徴は、前記ばね下部に配置され、前記回転電機を駆動する駆動回路を備えるものである。
本発明によれば、車両用回転電機システムを小型軽量化でき、耐振性を向上できる。
また、本発明によれば、ばね下荷重を小さくでき、車両の運動性（走行性）を向上できる。
さらに、本発明によれば、ばね上部とばね下部を接続するワイヤーハーネスの本数を少なくすることができる。
以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを構成について説明する。ここでは、車両用回転電機システムとして、電動ブレーキを例にして説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。
図１に示すように、車両１は、２つの前輪ＷＨ−ＦＲ，ＷＨ−ＦＬと、２つの後輪ＷＨ−ＲＲ，ＷＨ−ＲＬとを備えている。エンジンＥＮＧの駆動力は、変速機ＴＭを介して、前輪ＷＨ−ＦＲ，ＷＨ−ＦＬの車軸に伝達され、前輪ＷＨ−ＦＲ，ＷＨ−ＦＬを駆動する。
後輪ＷＨ−ＲＲ，ＷＨ−ＲＬ車軸ＷＨ−ＡＲ，ＷＨ−ＡＬには、それぞれ、ディスク式の電動ブレーキ１０Ｒ，１０Ｌが備えられている。電動ブレーキ１０Ｒの機械系は、車軸ＷＨ−ＡＲに取り付けられたブレーキロータ１２Ｒと、ブレーキパッド１４Ｒと、電動キャリパー１６Ｒとから構成される。本実施形態では、後輪のみに電動ブレーキを搭載しているが、前輪も含めた４輪を電動ブレーキとしても良い。電動キャリパー１６Ｒは、３相同期モータ１６ＭＲと、回転直動変換機構１６ＣＲとからなる。本実施形態では回転電機として３相同期モータを用いているが、誘導モータ等の非同期のモータであっても良い。回転直動変換機構１６ＣＲは、３相同期モータ１６ＭＲが出力する回転駆動力を直動力に変換するものであり、例えば、ラック＆ピニオンや、ボール＆ランプや、ボールネジ等の機構からなる。回転直動変換機構１６ＣＲは、３回転駆動力を直動力に変換するとともに、減速機構も兼ねている。また減速比が不足している場合は別途減速機構（遊星歯車機構や平行軸減速機構等）を設けても良い。
同様にして、電動ブレーキ１０Ｌの機械系は、ブレーキロータ１２Ｌと、ブレーキパッド１４Ｌと、電動キャリパー１６Ｌとから構成される。電動キャリパー１６Ｌは、３相同期モータ１６ＭＬと、回転直動変換機構１６ＣＬとからなる。
３相同期モータ１６ＭＲ，１６ＭＬを制御駆動する電気系は、制御部２０と、昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌと、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌとから構成される。制御部２０は、車両からの情報に基づいて、電動ブレーキ１０Ｒ，１０Ｌを作動させる。昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、バッテリＢの１２Ｖ電圧を、例えば、２４Ｖ〜３６Ｖに昇圧して、スイッチング素子４０Ｒ，４０Ｌに供給する。駆動回路４０Ｒ，４０Ｌは、昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌから供給される直流電圧を、３相交流電圧に変換するインバータである。制御部２０は、昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの昇圧動作を制御するとともに、車両情報に基づいて、電動ブレーキ１０Ｒ，１０Ｌが発生するブレーキ力を制御する。車両情報とは、例えば、ブレーキペダルが踏み込まれた場合の踏込み量や、ＡＢＳを搭載した車両においては、車輪のスリップが検出されるための前後輪の車輪速や、ＡＣＣ（Auto Cruise Control）を搭載した車両においては、先行車両との車間距離の情報もしくは各輪のブレーキ力そのものである。
次に、図２に示すように、後輪ＷＨ−ＲＲの車軸ＷＨ−ＡＲは、リンク機構であるサスペンションロアアームＬＡ−Ｒを介して、車両の車体に取り付けられている。また、サスペンションロアアームＬＡ−Ｒと、車両の車体との間には、スプリングＳＵ−Ｒが懸架されている。同様にして、後輪ＷＨ−ＲＬの車軸ＷＨ−ＡＬは、サスペンションロアアームＬＡ−Ｌを介して、車両の車体に取り付けられている。また、サスペンションロアアームＬＡ−Ｌと、車両の車体との間には、スプリングＳＵ−Ｌが懸架されている。
右後輪のサスペンションは、サスペンションロアアームＬＡ−Ｒと、スプリングＳＵ−Ｒとから構成され、左後輪のサスペンションは、サスペンションロアアームＬＡ−Ｌと、スプリングＳＵ−Ｌとから構成される。ここで、サスペンションより下の部分を「ばね下部」と称し、サスペンションより上の部分を「ばね上部」と称する。電磁動キャリパー１６Ｒ，１６Ｌ及び駆動回路４０Ｒ，４０Ｌは、ばね下部に配置され、制御部２０及び昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌは、ばね上部に配置されている。
次に、図３を用いて、本実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成を示す平面状態のブロック図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。また、後輪右側の電動ブレーキシステムについてのみ図示しているが、後輪左側の電動ブレーキシステムも同様の構成となっている。
３相同期モータ１６ＭＲは、永久磁石式のスター結線の３相同期モータである。永久磁石としては、ネオジウム磁石を用いている。
３相同期モータ１６ＭＲの近傍には、永久磁石の位置（磁極位置）を検出するための回転位置センサ４４Ｒと、３相同期モータ１６ＭＲの温度を検出するための温度センサ４６Ｒが設けられている。回転位置センサ４４Ｒは、レゾルバや、ホール素子から構成される。また、ブレーキパッド１４Ｒの近傍には、推力センサ４８Ｒが設けられている。推力センサ４８Ｒとしては、例えば、ロードセルが用いられる。本実施形態では推力センサでパッド押し付け力を検出しているが、モータ電流およびモータ位置信号からパッド押し付け力を推定することで推力センサを省略することも可能である。
スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒは、駆動回路４０Ｒの中のスイッチング素子のオン・オフを制御して、昇圧回路３０Ｒから供給される直流電圧Vdc(+),Vdc(-)を、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相交流電圧に変換して、３相同期モータ１６ＭＲに供給する。制御部２０と、昇圧制御部３２Ｒと、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒとは、２本のＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)によって接続されている。本実施形態では通信プロトコルとしてCANとしているが将来的には大容量の通信プロトコル（ＦｌｅｘＲａｙ等）としても良い。回転位置センサ４４Ｒと、温度センサ４６Ｒと、推力センサ４８Ｒとによって検出された信号は、スイッチング制御部／センサ処理部４２ＲからＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して、制御部２０に送られる。
昇圧制御部３２Ｒは、昇圧回路３０Ｒを構成するスイッチング素子をオン・オフ制御して、バッテリーＢから供給される直流電圧（例えば、１２Ｖ）を、例えば、２４Ｖ〜３６Ｖに昇圧する。昇圧制御部３２Ｒにおける昇圧割合は、制御部２０からＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して送られる制御指令によって変更することができる。
Ｖｃｃ電源３４Ｒは、バッテリＢの直流電圧から所定の電圧Vccを生成する。Ｖｃｃ電源３４Ｒは、電圧Vccを昇圧制御部３２Ｒ及びスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒに供給する。
ばね下部には、駆動回路４０Ｒや、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒが配置される。ばね上部には、昇圧回路３０Ｒや、昇圧制御部３２Ｒが配置される。昇圧回路３０Ｒと駆動回路４０Ｒとの間は、２本のパワー系電源線Vdc(+),Vdc(-)のワイヤーハーネスで接続される。また、昇圧制御部３２Ｒとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒとの間は、２本のＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)と、２本の信号系電源線Vcc(+)，Vcc(-)のワイヤーハーネスで接続される。すなわち、ばね下部と、ばね上部とを接続するワイヤーハーネスの本数は、６本となっている。
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路４０Ｒと昇圧回路３０Ｒの回路構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路と昇圧回路の回路構成を示す回路図である。なお、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。図５は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路の動作波形図である。
駆動回路４０Ｒは、Ｕ相上アームスイッチＳ１と、スイッチＳ１と直列接続されたＵ相下アームスイッチＳ２と、Ｖ相上アームスイッチＳ３と、スイッチＳ３と直列接続されたＶ相下アームスイッチＳ４と、Ｗ相上アームスイッチＳ５と、スイッチＳ５と直列接続されたＷ相下アームスイッチＳ６と、サージ防止用のコンデンサＣｆから構成されている。スイッチＳ１，…，Ｓ６としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴが用いられる。
スイッチＳ１，…，Ｓ６は、図５に示すように、１８０°通電の矩形波駆動される。すなわち、スイッチＳ１とスイッチＳ６をオンし、他のスイッチをオフすると、図中一点鎖線で示すように、モータ電流ＩMが流れる。すなわち、Ｕ相とＷ相に電圧が印加される。図５において、時刻ｔ０〜ｔ６が電気的な一周期（電機角３６０°）であり、この間、例えば、Ｕ相について見ると、時刻ｔ０〜ｔ２と、時刻ｔ５〜ｔ６がＳ１オフＳ２オンであり、時刻ｔ２〜ｔ５がＳ１オンＳ２オフであり、１８０°通電されている。なお、１８０°通電に代えて上下アームのどちらかがオンする期間（Ｕ相ならばＳ１またはＳ２のオンする期間）を電気角１２０°の範囲とした１２０°通電としてもよいものである。
矩形波駆動の場合、ＰＷＭ駆動に比べて、スイッチは頻繁にオンオフを繰り返さないため、コンデンサＣｆからの電流の出入りは考慮する必要がないため、コンデンサＣｆとしては、サージ防止用の小容量のコンデンサ（例えば、フィルムコンや、セラコン）を用いることができる。
昇圧回路３０Ｒは、スイッチＳ７，Ｓ８と、コイルＬｏと、ダイオードＤ１とから構成される。スイッチＳ７をオンし、スイッチＳ８をオフすると、バッテリＢからは、破線で示すように、電流ＩFが流れ、コイルＬｏにチャージされる。スイッチＳ７をオフし、スイッチＳ８をオンすると、バッテリＢからの電流に加えて、コイルＬｏにチャージされた電流が、一点鎖線で示すように、駆動回路４０Ｒに流れる。スイッチＳ７のオン時間をＴonとし、スイッチＳ７のオフ時間をＴoffとすると、昇圧回路３０Ｒの入力電圧Ｖinに対して、出力電圧Ｖoutは、（Ｔon＋Ｔoff）／Ｔoff×Ｖinとなり、昇圧することできる。
駆動回路４０Ｒを矩形波駆動する際には、昇圧回路３０ＲのスイッチＳ７のオン・オフ時間（スイッチＳ８のオフ・オン時間）を制御することで、昇圧回路３０Ｒの出力電圧を制御して、モータ１６ＭＲに流す電流を調整することで電磁動ブレーキに発生する推力を調整する。
なお、図中、インダクタンスＬｄｃ１，Ｌｄｃ２は、ワーヤーハーネスのインダクタンスを示している。
以上説明したように、本実施形態では、駆動回路４０Ｒを矩形波駆動しているので、そのスイッチング周波数は、せいぜい２００Ｈｚ程度（モータ最高回転数を３０００ｒｐｍとして）である。したがって、図４に示したコンデンサＣｆとしては、スイッチングによる電流の出し入れを考慮する必要がなく、サージ防止用の小容量のコンデンサ（例えば、フィルムムコンや、セラコン）を用いることができるため、コンデンサの重量を軽減することができる。駆動回路４０ＲをＰＷＭ駆動した場合には、そのスイッチング周波数は、１０ｋＨｚ程度となるため、コンデンサＣｆとしては、大容量のコンデンサ（例えば、電解コン）を用いる必要があり、コンデンサの重量が重くなる。駆動回路４０Ｒは、図２で説明したように、ばね下部に配置しているため、ばね下荷重を小さくすることにより、運動性（走行性）を向上することができる。また、小容量のコンデンサを用いることができるため、駆動回路４０Ｒを小型化でき、ばね下の小スペースに組み込むことが可能となる。
また、本実施形態では、ばね下部に、駆動回路４０Ｒと、駆動回路４０Ｒの制御とセンサからの信号処理を行うスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒを配置しているので、ばね上部とばね下部を接続するワイヤーハーネスの本数を少なくすることができる。本実施形態の場合、ワイヤーハーネスの本数は６本（２本のパワー系電源線Vdc(+),Vdc(-)と、２本のＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)と、２本の信号系電源線Vcc(+)，Vcc(-)）となる。一方、例えば、駆動回路４０Ｒをばね上部に配置した場合には、図３に示したように、３つのセンサを用いる場合、１４本となる。なぜならば、駆動回路４０Ｒとモータ１６ＭＲの間がＵ，Ｖ，Ｗ相で３本、回転位置センサ４４Ｒとしてレゾルバを用いた場合、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が６本（入力２本、出力４本）、温度センサとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が２本、推力センサ４８Ｒとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が３本必要となるためである。ばね上部とばね下部を結ぶワイヤーハーネスの長さは、１ｍ程度は必要である。しかも、ばね上部とばね下部を接続する配線のスペースは、例えば、従来の油圧配管程度と限られている。また、本数が多いと屈曲性等の信頼性も低下する。したがって、本実施形態のように、ワイヤーハーネスの本数を少なくできることで、配線も容易に行え、また、信頼性も向上することができる。
さらに、本実施形態では、バッテリの電圧を昇圧回路３０Ｒにより昇圧した後、モータ１６ＭＲに供給するようにしている。したがって、昇圧しない場合と比べると、モータに供給される電力は、大電圧・小電流となる。したがって、モータに流れる電流を小さくできるため、モータの固定子巻線の線径を細くすることができ、モータを小型化することができる。モータを小型化できれば、設置スペースが小さいという問題も解決できるし、また、ばね下荷重を小さくでき、運動性（走行性）を向上することができる。バッテリ電圧が低下した場合でも、昇圧してモータに供給するようにしているため、ブレーキ性能の極端な低下を防いで、ロバスト性を保つことができる。さらに、前述したように、例えば、ばね上部とばね下部を結ぶワイヤーハーネスの長さは、１ｍ程度は必要であるため、このワイヤーハーネスによる電圧降下を考えると、小電流化することにより、ワイヤーハーネスによる電圧降下を小さくして、電力ロスを低下でき、電動ブレーキの性能を向上することができる。また、小電流化できるため、ワイヤーハーネスの線径を細くできるので、屈曲性も向上する。
次に、図６〜図９を用いて、本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムを構成について説明する。ここでは、車両用回転電機システムとして、電動ブレーキを例にして説明する。
最初に、図６及び図７を用いて、本実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。図７は、本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、図６及び図７に示すように、駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’をばね上部に配置している。駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’の構成は、図４に示したものと同様であるが、以下の理由により、コンデンサＣｆは、電解コンを用いている。
また、制御部２０Ａは、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌ’をＰＷＭ駆動する。したがって、駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’に用いる、図４に示したコンデンサＣｆは、大容量の電解コンを用いている。また、制御部２０Ａは、昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの昇圧割合が一定となるように制御する。昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの構成は、図４に示したものと同様であり、スイッチＳ７のオン・オフ時間は一定で制御される。昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの昇圧割合は一定である代わりに、制御部２０Ａは、駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’をＰＷＭ駆動することで、モータ電流ＩＭを制御している。
次に、図８及び図９を用いて、本実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成及び動作について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成を示す平面状態のブロック図である。なお、図３及び図６，図７と同一符号は、同一部分を示している。また、後輪右側の電動ブレーキシステムについてのみ図示しているが、後輪左側の電動ブレーキシステムも同様の構成となっている。図９は、本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路の動作波形図である。
スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’は、駆動回路４０Ｒ’の中のスイッチング素子のオン・オフを制御して、昇圧回路３０Ｒから供給される直流電圧Vdc(+),Vdc(-)を、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相交流電圧に変換して、３相同期モータ１６ＭＲに供給する。また、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’は、昇圧回路３０Ｒを構成するスイッチング素子をオン・オフ制御して、バッテリーＢから供給される直流電圧（例えば、１２Ｖ）を、例えば、３６Ｖに昇圧する。昇圧制御部３２Ｒにおける昇圧割合は、通常は一定の出力電圧となるように昇圧を行うが、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’から送られる制御指令によって変更することができる。例えばバッテリ電圧が十分高いときには、昇圧を停止して昇圧によるロスを低減させることも可能である。
制御部２０Ａと、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’とは、２本のＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)によって接続されている。本実施形態では通信プロトコルとしてCANとしているが将来的には大容量の通信プロトコル（ＦｌｅｘＲａｙ等）としても良い。制御部２０Ａからの駆動回路４０Ｒ’の制御指令は、ＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’に送られる。また、回転位置センサ４４Ｒと、温度センサ４６Ｒと、推力センサ４８Ｒとによって検出された信号は、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒで処理され、モータを駆動する。また一部情報はＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して、制御部２０Ａに送られる。
ばね下部には、モータ１６ＭＲやセンサ４４Ｒ，４６Ｒ，４８Ｒが配置される。本実施形態では推力センサでパッド押し付け力を検出しているが、モータ電流およびモータ位置信号からパッド押し付け力を推定することで推力センサを省略することも可能である。
ばね上部には、駆動回路４０Ｒ’や、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’や、昇圧回路３０Ｒが配置される。駆動回路４０Ｒ’とモータ１６ＭＲの間は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３本のワイヤーハーネスで接続される。また、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’と各センサ４４Ｒ，４６Ｒ，４８Ｒとの間は、回転位置センサ４４Ｒとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が６本（入力２本、出力４本）、温度センサとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が２本、推力センサ４８Ｒとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が３本で、合計１１本となっている。
駆動回路４０Ｒ’は、図５に示したものと同様の構成となっているが、スイッチＳ１，…，Ｓ６は、図９に示すように、ＰＷＭ駆動される。ＰＷＭ駆動することで、モータ電流を制御して、電動ブレーキの推力を制御できる。
以上説明したように、本実施形態では、駆動回路４０Ｒ’をばね上部に配置しているため、ばね下荷重を小さくでき、運動性（走行性）を向上することができる。また、駆動回路４０Ｒ’の中のコンデンサとして、大容量のコンデンサ（例えば、電解コン）を用いることができるため、駆動回路４０Ｒ’をＰＷＭ駆動することができ、モータ電流を精度良く制御することができる。
さらに、本実施形態では、バッテリの電圧を昇圧回路３０Ｒにより昇圧した後、モータ１６ＭＲに供給するようにしている。したがって、昇圧しない場合と比べると、モータに供給される電力は、大電圧・小電流となる。したがって、モータに流れる電流を小さくできるため、モータの固定子巻線の線径を細くすることができ、モータを小型化することができる。モータを小型化できれば、設置スペースが小さいという問題も解決できるし、また、ばね下荷重を小さくでき、運動性（走行性）を向上することができる。バッテリ電圧が低下した場合でも、昇圧してモータに供給するようにしているため、ブレーキ性能の極端な低下を防いで、ロバスト性を保つことができる。さらに、前述したように、例えば、ばね上部とばね下部を結ぶワイヤーハーネスの長さは、１ｍ程度は必要であるため、このワイヤーハーネスによる電圧降下を考えると、小電流化することにより、ワイヤーハーネスによる電圧降下を小さくして、電力ロスを低下でき、電磁ブレーキの性能を向上することができる。また、小電流化できるため、ワイヤーハーネスの線径を細くできるので、屈曲性も向上する。
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第３の実施形態による車両用回転電機システムを構成について説明する。ここでは、車両用回転電機システムとして、後輪のそれぞれの内部に駆動用のモータを備えたホイールインモータを例にして説明する。なお、前輪をエンジンで駆動し、後輪をホイールインモータとしているが、４輪ともホイールインモータとした場合にも適用できる。
図１０は、本発明の第３の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。図１１は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。なお、図１，図２若しくは図６，図７と同一符号は、同一部分を示している。
モータ１６ＭＲ’，１６ＭＬ’は、図１に示したモータと同様に、３相同期モータであるが、車輪ＷＨ−ＲＲ，ＷＨ−ＲＬに必要な駆動力を与えられるように、大型で大トルクのモータが用いられている。また本実施形態では回転電機として３相同期モータを用いているが、誘導モータ等の非同期のモータであっても良い。
本実施形態では、駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’をばね上部に配置している。駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’の構成は、図４に示したものと同様であるが、以下の理由により、コンデンサＣｆは、電解コンを用いている。
また、制御部２０Ａは、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌ’に対して制御指令を送り、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌ’は モータ１６ＭＲ’，１６ＭＬ’に対してＰＷＭ駆動する。したがって、駆動回路４０Ｒ’，４０Ｌ’に用いる、図４に示したコンデンサＣｆは、大容量の電解コンを用いている。また、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌ’は、昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの出力電圧が一定となるように制御する。昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの構成は、図４に示したものと同様である。昇圧回路３０Ｒ，３０Ｌの出力電圧は一定である代わりに、駆動回路４０Ｒ，４０Ｌ’はＰＷＭ駆動することで、モータ電流ＩＭを制御している。
駆動回路４０Ｒ’の中のスイッチング制御部／センサ処理部は、図８に示したスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’と同様の構成を有し、駆動回路４０Ｒの中のスイッチング素子のオン・オフを制御して、昇圧回路３０Ｒから供給される直流電圧Vdc(+),Vdc(-)を、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相交流電圧に変換して、３相同期モータ１６ＭＲ’に供給する。また、スイッチング制御部／センサ処理部は、昇圧回路３０Ｒを構成するスイッチング素子をオン・オフ制御して、バッテリーＢから供給される直流電圧（例えば、２８８Ｖ）を、例えば、５００Ｖに昇圧する。昇圧制御部３２Ｒにおける昇圧割合は、通常は一定の出力電圧となるように昇圧を行うが、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’から送られる制御指令によって変更することができる。例えばバッテリ電圧が十分高いときには、昇圧を停止して昇圧によるロスを低減させることも可能である。
制御部２０Ａと、スイッチング制御部／センサ処理部とは、図６に示したように、２本のＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)によって接続されている。本実施形態では通信プロトコルとしてCANとしているが将来的には大容量の通信プロトコル（ＦｌｅｘＲａｙ等）としても良い。制御部２０Ａからの駆動回路４０Ｒ’の制御指令は、ＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して送られる。また、図６に示したように、回転位置センサ４４Ｒと、温度センサ４６Ｒとによって検出された信号は、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒで処理され、モータを駆動する。また一部情報はＣＡＮバスCAN(H),CAN(L)を介して、制御部２０Ａに送られる。
ばね下部には、モータ１６ＭＲ’や図８に示したセンサ４４Ｒ，４６Ｒが配置される。ばね上部には、駆動回路４０Ｒ’や、図８に示したスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒ’や、昇圧回路３０Ｒが配置される。駆動回路４０Ｒ’とモータ１６ＭＲの間は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３本のワイヤーハーネスで接続される。また、スイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒと各センサ４４Ｒ，４６Ｒ，４８Ｒとの間は、回転位置センサ４４Ｒとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が６本（入力２本、出力４本）、温度センサとスイッチング制御部／センサ処理部４２Ｒの間が２本で、合計９本となっている。
駆動回路４０Ｒ’は、図５に示したものと同様の構成となっているが、スイッチＳ１，…，Ｓ６は、図９に示すように、ＰＷＭ駆動される。ＰＷＭ駆動することで、モータ電流を制御して、モータの出力トルクを制御できる。
以上説明したように、本実施形態では、駆動回路４０Ｒ’をばね上部に配置しているため、ばね下荷重を小さくでき、運動性（走行性）を向上することができる。また、駆動回路４０Ｒ’の中のコンデンサとして、大容量のコンデンサ（例えば、電解コン）を用いることができるため、駆動回路４０Ｒ’をＰＷＭ駆動することができ、モータ電流を精度良く制御することができる。
さらに、本実施形態では、バッテリの電圧を昇圧回路３０Ｒにより昇圧した後、モータ１６ＭＲ’に供給するようにしている。したがって、昇圧しない場合と比べると、モータに供給される電力は、大電圧・小電流となる。したがって、モータに流れる電流を小さくできるため、モータの固定子巻線の線径を細くすることができ、モータを小型化することができる。モータを小型化できれば、設置スペースが小さいという問題も解決できるし、また、ばね下荷重を小さくでき、運動性（走行性）を向上することができる。さらに、前述したように、例えば、ばね上部とばね下部を結ぶワイヤーハーネスの長さは、１ｍ程度は必要であるため、このワイヤーハーネスによる電圧降下を考えると、小電流化することにより、ワイヤーハーネスによる電圧降下を小さくして、電力ロスを低下でき、モータの性能を向上することができる。また、小電流化できるため、ワイヤーハーネスの線径を細くできるので、屈曲性も向上する。
本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成を示す平面状態のブロック図である。 本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路と昇圧回路の回路構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路の動作波形図である。 本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。 本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。 本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムのシステム構成を示す平面状態のブロック図である。 本発明の第２の実施形態による車両用回転電機システムにおける駆動回路の動作波形図である。 本発明の第３の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す平面状態のシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による車両用回転電機システムを搭載した車両の全体構成を示す断面状態のシステムブロック図である。
符号の説明
１０Ｒ，１０Ｌ…電磁ブレーキ
１２Ｒ…ブレーキロータ
１４Ｒ…ブレーキパッド
１６ＣＲ…回転直動変換機構
１６ＭＲ…３相同期モータ
２０，２０Ａ…制御部
３０Ｒ，３０Ｌ…昇圧回路
４０Ｒ，４０Ｒ’，４０Ｌ，４０Ｌ’…駆動回路
４２…スイッチング制御部／センサ処理部
４４Ｒ…回転位置センサ
４６Ｒ…温度センサ
４８Ｒ…推力センサ
ＳＵ−Ｒ，ＳＵ−Ｌ…サスペンション

Claims (7)

  1. 車体と車輪の間にサスペンションを有する車両に用いられ、
    前記サスペンションよりも車輪側のばね下部に回転電機が配置された車両用回転電機システムであって、
    前記回転電機は、３相モータであり、
    前記ばね下部に配置され、前記回転電機を矩形波駆動する駆動回路と、
    前記サスペンションよりも車体側のばね上部に配置され、バッテリーから前記駆動回路に供給する電圧を制御する電圧制御回路を備えたことを特徴とする車両用回転電機システム。
  2. 請求項１記載の車両用回転電機システムにおいて、さらに、
    前記ばね下部であって、前記回転電機の近傍に配置されたセンサと、
    前記ばね下部に配置され、前記駆動回路を制御するとともに、前記センサの出力を処理する駆動制御・センサ処理部と、
    前記ばね上部に配置され、前記駆動回路や前記電圧制御回路を制御する制御部と、
    前記制御部と、前記駆動制御・センサ処理部との間に接続された通信バスを備えたことを特徴とする車両用回転電機システム。
  3. 請求項１記載の車両用回転電機システムにおいて、
    前記電圧制御回路は、前記バッテリーの電圧を昇圧するとともに、その電圧を制御して前記駆動回路に供給することを特徴とする車両用回転電機システム。
  4. 車体と車輪の間にサスペンションを有する車両に用いられ、
    前記サスペンションよりも車輪側のばね下部に回転電機が配置された車両用回転電機システムであって、
    前記回転電機を駆動する駆動回路と、
    バッテリーから前記駆動回路に供給する電圧を昇圧制御する電圧制御回路を備えたことを特徴とする車両用回転電機システム。
  5. 請求項４記載の車両用回転電機システムにおいて、
    前記回転電機は、３相モータであり、
    前記駆動回路は、前記３相モータを、ＰＷＭ駆動することを特徴とする車両用回転電機システム。
  6. 請求項４記載の車両用回転電機システムにおいて、
    前記回転電機は、３相モータであり、
    前記駆動回路は、前記３相モータを、矩形波駆動することを特徴とする車両用回転電機システム。
  7. 車体と車輪の間にサスペンションを有する車両に用いられ、
    前記サスペンションよりも車輪側のばね下部に回転電機が配置された車両用回転電機システムであって、
    前記回転電機は、３相モータであり、
    前記ばね下部に配置され、前記回転電機を矩形波駆動する駆動回路を備えたことを特徴とする車両用回転電機システム。
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