JP2006321397A - 車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】
電力回生なしに電動機の制動力を得ることができる車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車を提供することにある。
【解決手段】
前輪2をエンジン3で駆動し、後輪5を界磁巻線を有する界磁巻線型電動機6で駆動する。電動機6は、エンジン3によって駆動される発電機4から電力が供給される。モータコントローラ20は、電動機6の制動時に電動機6の電機子巻線を短絡させ、電動機6に制動力が作用するように、電動機6の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する。
【選択図】 図1
電力回生なしに電動機の制動力を得ることができる車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車を提供することにある。
【解決手段】
前輪2をエンジン3で駆動し、後輪5を界磁巻線を有する界磁巻線型電動機6で駆動する。電動機6は、エンジン3によって駆動される発電機4から電力が供給される。モータコントローラ20は、電動機6の制動時に電動機6の電機子巻線を短絡させ、電動機6に制動力が作用するように、電動機6の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車に係り、特に、一方の車輪をエンジン駆動し、他方の車輪を電動機駆動する電動4輪駆動車に用いるに好適な車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車に関する。
従来の電動機の制動方法としては、例えば、特開平1−126103号公報に記載のように、制動時において走行用電動機による回生制動を掛け、回生エネルギーをバッテリーに回収させるものが知られている。
しかしながら、最近、エンジンによって高出力発電機を駆動し、この高出力発電機の出力で直接電動機を駆動し、バッテリーを用いないバッテリーレスの電動4輪駆動車が検討されている。このようなバッテリーレスのシステムでは、特開平1−126103号公報に記載のような回生制動時に回生エネルギーをバッテリーに蓄電する方法は採用できないものである。
一方、電動4輪駆動車では、電動機による車輪の駆動は、停止時から所定の車速までであり、所定の車速に達すると、電動機駆動は停止される。このとき、電動機と車輪の間の接続をクラッチ等で開放すると、電動機が空転する。空転時には、耳障りな騒音を発するため、電動機の使用停止後は速やかに、電動機を制動して回転を停止する必要がある。
ここで、ACサーボ電動機の制動方法としては、例えば、特開平8−149870号公報や特開2004−32913号公報に記載のように、インバータの上アームまたは下アームの三相を短絡して制動を行うものが知られている。
ここで、電動4輪駆動車に用いる電動機として、界磁巻線型の電動機を用いる場合、電機子巻線を短絡すると、界磁電流の大きさによっては大きな誘起電圧が発生するため、数百Aの大きな短絡電流が流れ、電動機の駆動回路に用いているスイッチング素子を破壊する恐れが生じる。
以上のようにして、発電機のような電力回生を許さない電源を電力供給源として駆動する電動機が、回生電力を蓄えるバッテリー装置を有さないバッテリーレスの場合、電動機の制動時に回生制動が行えなえず、また、電動機の駆動回路を破壊する恐れがある。
本発明の目的は、電力回生なしに電動機の制動力を得ることができる車両用電動機駆動装置およびそれを用いた電動4輪駆動車を提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、界磁巻線を有する界磁巻線型電動機と、前記電動機の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを有する車両用電動機駆動装置であって、前記電動機の制動時に前記電動機の電機子巻線を短絡させる電機子巻線短絡手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記電動機の制動時に、前記電動機に制動力が作用するように界磁電流を制御するようにしたものである。
かかる構成により、電力回生なしに電動機の制動力を得られるものとなる。
かかる構成により、電力回生なしに電動機の制動力を得られるものとなる。
(2)上記(1)において、好ましくは、前記界磁巻線型電動機は、界磁巻線型三相交流電動機であり、前記交流電動機を駆動するインバータを備え、前記電機子巻線短絡手段は、前記交流電動機の制動時に、前記インバータによって前記電動機の電機子巻線を短絡させるようにしたものである。
(3)上記(1)において、好ましくは、前記界磁巻線型電動機は、界磁巻線型直流電動機としたものである。
(4)上記(1)において、好ましくは、さらに、前記電動機と車輪軸との間に前記電動機と車輪軸とを断続するクラッチを備え、前記クラッチを切断して前記電動機と前記車輪軸が切り離された状態で前記電動機を制動するときに、前記短絡手段によって前記電動機の電機子巻線を短絡させ、前記電動機に制動力が作用するように前記界磁電流制御手段によって界磁電流を制御するようにしたものである。
(5)上記(1)において、好ましくは、前記界磁電流制御手段は、前記界磁電流が予め設定した所定電流値となるように、界磁電流を制御するようにしたものである。
(6)上記(1)において、好ましくは、前記界磁電流制御手段は、前記電動機の回転数に応じて界磁電流を制御するようにしたものである。
(7)上記(1)において、好ましくは、前記界磁電流制御手段は、ブレーキの踏込み量に応じて、界磁電流を制御するようにしたものである。
(8)また、上記目的を達成するために、本発明は、第1の車輪を駆動するエンジンと、第2の車輪を駆動するとともに、界磁巻線を有する界磁巻線型電動機と、前記電動機の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを有する電動4輪駆動車であって、前記界磁巻線型電動機に電力を供給するとともに、回生できない電源と、前記電動機の制動時に前記電動機の電機子巻線を短絡させする電機子巻線短絡手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記電動機の制動時に、前記電動機に制動力が作用するように界磁電流を制御するようにしたものである。
かかる構成により、電力回生なしに電動機の制動力を得られるものとなる。
かかる構成により、電力回生なしに電動機の制動力を得られるものとなる。
(9)上記(8)において、好ましくは、前記電源は、前記エンジンによって駆動され、発電する発電機である。
本発明によれば、界磁巻線型の電動機において、電力回生なしに電動機の制動力を得ることができるようになる。
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電動機駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の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電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成を示すシステムブロック図である。
最初に、図1を用いて、本実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の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電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成を示すシステムブロック図である。
電動4輪駆動車1は、前輪2及び後輪5を有している。エンジン3の出力は、変速機12により変速され、前輪2を駆動する。また、交流電動機6の出力は、クラッチ13を介して、デファレンシャルギア7に伝達され、左右に分配され、後輪5を駆動する。なお、前輪を電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動してもよいものです。ここで、交流電動機6を用いたのは、後輪の駆動力を大きくして、車両重量の重い大排気量車に対応するためである。
発電機4は、エンジン3によって駆動され、高圧の直流電力を出力する。発電機4の出力は、インバータ8によって交流電力に変換され、交流電動機6に供給され、交流電動機6を駆動する。なお、高圧出力用の発電機4の他に、補機用の14V出力の発電機を備えている。
4WDコントローラ11は、前輪2の車速センサ10aと、後輪5の車速センサ10bによって検出された前後輪車速等に基づいて、4輪駆動とするか、エンジンのみによる2輪駆動とするかを判定する。4輪駆動時は、4WDコントローラ11は、発電機4の界磁電流を制御して、発電機4の出力電圧を制御する。また、4WDコントローラ11は、モータコントローラ20に制御指令を出力し、モータコントローラ20は、その制御指令に基づいてインバータ8を制御して、発電機4から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電動機6に供給して、電動機が所要の動力を得られるように任意に制御する。また、モータコントローラ20は、交流電動機6の界磁電流Ifを制御する。さらに、4WDコントローラ11は、クラッチ13を締結して、交流電動機6の駆動力をデファレンシャルギア7に伝達する。
なお、コンデンサ9は、インバータ8の入力部分がパワー素子のスイッチングによりかなり脈動を持った電力であるので、これを平滑するために備えられている。
次に、図2を用いて、本実施形態による車両用電動機駆動装置の構成について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
図2は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
モータコントローラ20は、中央演算処理装置(CPU)22と、パワー素子駆動回路24と、界磁電流制御回路26と、チョッパ回路28を有している。CPU22は、速度検出手段17によって検出された交流電動機6の速度と、4WDコントローラ11からの駆動指令とに基づいて、インバータ8の制御信号,及び交流電動機6の界磁コイルに与える界磁電流値を演算する。パワー素子駆動回路24は、コントローラ11が出力する制御信号に基づいて、インバータ8を構成するパワースイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。界磁電流制御回路26は、コントローラ11が出力する界磁電流値に応じて、チョッパ回路28を制御して、界磁コイルに流す界磁電流を変化させるとともに、界磁電流検出手段6Cによって検出された界磁電流値が、コントローラ11からの界磁電流の指令値に一致するように、チョッパ回路28を制御して、フィードバック制御する。
次に、図3を用いて、本実施形態による車両用電動機駆動装置に用いるインバータ8の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電動機駆動装置に用いるインバータの構成を示すブロック図である。なお、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示している。
図3は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置に用いるインバータの構成を示すブロック図である。なお、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示している。
交流電動機6は、Y結線された3相電機子巻線6Aと、界磁巻線6Bを備えている。インバータ8は、発電機4の直流電力を交流電力に変換して、交流電動機6の電機子巻線6Aへの通電を制御する。インバータ8は、U相上アームを構成するMOS−FETなどのパワースイッチング素子8UUと、U相下アームを構成するパワースイッチング素子8ULとの直列回路と、V相上アームを構成するパワースイッチング素子8VUと、V相下アームを構成するパワースイッチング素子8VLとの直列回路と、W相上アームを構成するパワースイッチング素子8WUと、W相下アームを構成するパワースイッチング素子8WLとの直列回路とから構成されている。各パワー素子8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WLは、パワー素子駆動回路24によって、駆動制御される。なお、各パワー素子8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WLと逆並列に、それぞれ、フライホイルダイオード8Dが接続されている。
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態による車両用電動機駆動装置の動作について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図5は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図4(A)はインバータの制御内容を示し、図4(B)は界磁電流の制御内容を示している。図5(A)は交流電動機の回転数(モータ速度)Nmを示し、図5(B)は交流電動機の界磁電流を示し、図5(C)はクラッチの締結(オン)・開放(オフ)状態を示し、図5(D)はインバータの制御状態を示している。
図4は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図5は、本発明の第1の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図4(A)はインバータの制御内容を示し、図4(B)は界磁電流の制御内容を示している。図5(A)は交流電動機の回転数(モータ速度)Nmを示し、図5(B)は交流電動機の界磁電流を示し、図5(C)はクラッチの締結(オン)・開放(オフ)状態を示し、図5(D)はインバータの制御状態を示している。
4WDコントローラ11は、車両のスタート直後から、車両の状態が所定状態になるまで、4輪駆動制御を実行する。ここで、所定の状態とは、1)車速センサ10a,10bによって検出される車速が、一定速度に達するまでとか、2)車速センサ10aと、後輪5の車速センサ10bによって検出された前後輪車速の差が0になるまでとか、3)ブレーキペダルが踏まれるまでとかである。
図5において、時刻t0〜t3が4輪駆動制御状態である。4輪駆動制御状態では、4WDコントローラ11は、図5(D)に示すように、インバータ8を駆動制御して、発電機4から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電動機6に供給する。また、4WDコントローラ11は、図5(C)に示すように、クラッチ13を締結して、交流電動機6の駆動力をデファレンシャルギア7に伝達する。さらに、4WDコントローラ11は、図5(B)に示すように、モータコントローラ20により、交流電動機6の界磁電流Ifを制御する。
図5において、時刻t0〜t1は、通常の4輪駆動制御状態を示しており、時刻t1において、4輪駆動制御の停止条件(例えば、車速が一定車速に達した)を満たしたものとする。4輪駆動制御の停止条件を満たすと、4WDコントローラ11は、図5(B)に示すように、モータコントローラ20により、交流電動機6の界磁電流Ifが順次減少し、ΔT1後に0となるように制御する。4輪駆動制御では、界磁電流Ifは、例えば、3A〜8Aの間で制御される。車速が一定車速に達して4輪駆動制御を停止するときは、交流電動機6の界磁電流Ifは、例えば、最大の8Aとなっており、このとき、図5(A)に示す交流電動機6の回転数Nmは、ほぼ最大回転数(例えば、16000rpm)となっている。
時刻t2において、4輪駆動制御の停止条件を満たすと、4WDコントローラ11は、零トルク指令をモータコントローラ20に出力する。零トルク指令をモータコントローラ20に入力すると、図4(A)のステップs10において、モータコントローラ20は、パワー素子駆動回路24を介して全てのパワー素子8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WLをオフする。これにより、発電機からの電力は遮断され、交流電動機6の電機子巻線6Aに電流が流れなくなる。同時に、図5(C)に示すように、4WDコントローラ11は、クラッチ13を開放(オフ)して、交流電動機6とデファレンシャルギア7の間の動力伝達を遮断する。また、同時に、零トルク指令をモータコントローラ20に入力すると、図4(B)のステップs100において、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26による界磁電流制御をオフすることで、界磁電流が遮断され界磁巻線6Bに電流が流れなくなる。これにより、交流電動機6は、負荷が開放され、慣性回転状態となる。
時刻t2から時間ΔT2(例えば、200ms)が経過すると、時刻t3において、図4(A)のステップs20において、モータコントローラ20は、パワー素子駆動回路24を介して下アームのパワー素子8UL,8VL,8WLをオンし、交流電動機の三相の電機子巻線を短絡して制動を開始する。同時に、ステップs110において、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26のスイッチをオンし、所定の界磁電流を交流電動機6の界磁巻線6Bに流すことで、所望の交流電動機6の制動力を得ることができる。ここで、電機子巻線が短絡すると、界磁電流の大きさによっては大きな誘起電圧が発生するため、数百Aの大きな短絡電流が流れ、電動機の駆動回路に用いているスイッチング素子を破壊する恐れが生じる。そこで、界磁電流制御回路26は、例えば、0A→6Aの界磁電流が流れるように制御する。図5(B)において、破線は界磁電流の指令値を示し、実線は実際にフィードバック制御されて変化する界磁電流値を示している。
これによって、必要な制動力を得られ、かつ、多大な短絡電流が流れることを防止できる。図4(A)は、交流電動機6の回転数Nmの変化を示しており、図中実線が本実施形態による制動をた場合の回転数の変化を示し、破線は制動を掛けない場合の回転数の変化を示している。実線で示す本実施形態においては、破線で示す場合に比べて、制動を掛けている分、回転数の低下が早くなる。本実施形態において、制動に要する時間T3(時刻t2〜t4)は、例えば、3s程度である。一方、図5(A)に破線で示すように、制動を掛けない場合には、制動に要する時間T4は、約60sである。なお、下アームのパワー素子8UL,8VL,8WLをオンし、交流電動機の三相の電機子巻線を短絡する代わりに、上アームのパワー素子8UU,8VU,8WUをオンし、交流電動機の三相の電機子巻線を短絡するようにしてもよいものである。
次に、図4(A)のステップs30において、モータコントローラ20は、速度検出手段17によって検出された交流電動機6の速度を監視し、所定の回転数Nm1(rpm)(例えば、300rpm)以下になるまで、交流電動機6の電機子巻線の短絡を継続し、交流電動機6の回転数Nmが所定回転数Nm1になる(図5の時刻t4)と、図4(A)のステップs40において、図5(D)に示すように、モータコントローラ20は、パワー素子駆動回路24を介して下アームのパワー素子8UL,8VL,8WLをオフする。
図4(B)のステップs120では、下アームのパワー素子8UL,8VL,8WLがオフされたと判定すると、ステップs130に進み、再接続要求がないときは、図4(B)のステップs150において、図5(B)に示すように、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26のスイッチをオフしS7、電機子巻線の短絡制動制御を終了する。
これにより、回生なしに交流電動機6を制動でき、さらに制動力も調整可能である。
なお、図4(A)のステップs50において、再接続要求,すなわち、再度、4輪駆動制御の条件を満たして、4輪駆動制御が必要となり、クラッチを再接続する場合と判定されると、ステップs60にて、モータコントローラ20は、パワー素子駆動回路24を介して全てのパワー素子8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WLを駆動して、制御を開始する。また、図4(B)のステップs130において、再接続要求と判定されると、ステップs140にて、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26による界磁電流制御をオンする。ここで、4WDコントローラ11より与えられる目標回転数と電動機に付随する速度検出手段17より検出される現在の電動機回転数から、現在の回転数が目標回転数より高い場合、モータコントローラ20は、電機子巻線の短絡制動制御と界磁電流制御により制動力を調整し目標回転数まで減速する。他方、現在の回転数が目標回転数より低い場合、モータコントローラ20は、即時に終了し、目標回転数に到達するように速度制御で加速を行う。電動機の回転数が所望の回転数に到達した後、4WDコントローラ11は電磁クラッチを接続し再接続制御を終了する。
なお、交流電動機6とインバータ8との間に電流センサを設けて三相短絡時の電動機子電流(短絡電流)を検出することで、過電流の検知と電機子巻線およびパワー素子の過温度検知が可能である。短絡電流と界磁電流には線形な関係があることから、界磁電流を制御することで所定電流または温度内の制動力制御が可能である。
以上説明したように、本実施形態では、4輪駆動制御を停止すると、交流電動機の電機子巻線を短絡して、交流電動機に制動力を発生させるので、交流電動機の回転数を速やかに低下させることができる。4輪駆動制御の停止時に、クラッチを解放すると、交流電動機が空転するため、耳障りな騒音が発生する場合でも、交流電動機を速やかに停止することで、この騒音を低減することができる。また、このとき、界磁電流が所定値となるとように、フィードバック制御することで、界磁巻線型の電動機において、過大な短絡電流が電機子巻線に流れることを防止して、パワー素子の破壊を防止できる。
次に、図6及び図7を用いて、本発明の第2の実施形態による車両用電動機駆動装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成は、図1に示したものと同様である。本実施形態による車両用電動機駆動装置の構成は、図2に示したものと同様である。本実施形態による車両用電動機駆動装置に用いるインバータの構成は、図3に示したものと同様である。
図6は、本発明の第2の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図7は、本発明の第2の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図6(A)はインバータの制御内容を示し、図6(B)は界磁電流の制御内容を示している。図7(A)〜(D)の縦軸は、図5(A)〜(D)と同様である。
図6は、本発明の第2の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図7は、本発明の第2の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図6(A)はインバータの制御内容を示し、図6(B)は界磁電流の制御内容を示している。図7(A)〜(D)の縦軸は、図5(A)〜(D)と同様である。
本実施形態では、図6(B)のステップs100において、モータコントローラ20が、界磁電流制御回路26による界磁電流制御をオフして、界磁電流が遮断され界磁巻線6Bに電流が流れなくなった後の界磁電流制御による制動方法が異なっている。
すなわち、図6(B)のステップs104において、モータコントローラ20は、モータ回転数−界磁電流マップを参照する。このマップには、例えば、交流電動機6の回転数が12000rpm以上では、交流電動機6に流す界磁電流値が6Aで、交流電動機6の回転数が8000〜12000rpmでは、交流電動機6に流す界磁電流値が7Aで、交流電動機6の回転数が8000rpm以下では、交流電動機6に流す界磁電流値が8Aというように、モータ回転数と界磁電流の対応関係が格納されている。
モータコントローラ20は、速度検出手段17によって検出された交流電動機6の速度に基づいて、ステップs104でモータ回転数−界磁電流マップから読み出したモータ回転数に対する界磁電流値を元に、ステップs110において、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26のスイッチをオンし、所定の界磁電流が交流電動機6の界磁巻線6Bに流れるように制御する。
このように制動力を発生するための界磁電流値を制御することで、図7(A)に示した制動に要する時間T3’(時刻t2〜t4’)は、図5(A)に示した制動に要する時間T3よりも短縮することができる。
次に、図8及び図9を用いて、本発明の第3の実施形態による車両用電動機駆動装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成は、図1に示したものと同様である。本実施形態による車両用電動機駆動装置の構成は、図2に示したものと同様である。本実施形態による車両用電動機駆動装置に用いるインバータの構成は、図3に示したものと同様である。
図8は、本発明の第3の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図9は、本発明の第3の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図8(A)はインバータの制御内容を示し、図8(B)は界磁電流の制御内容を示している。図9(A)〜(D)の縦軸は、図5(A)〜(D)と同様である。
図8は、本発明の第3の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すフローチャートであり、図9は、本発明の第3の実施形態による車両用電動機駆動装置の動作を示すタイムーチャートである。図8(A)はインバータの制御内容を示し、図8(B)は界磁電流の制御内容を示している。図9(A)〜(D)の縦軸は、図5(A)〜(D)と同様である。
本実施形態では、図9(C)に示すように、クラッチ13は常のオンのままである。すなわち、図5に示した例では、4輪駆動制御は、スタート時から所定の車両状態になるまでのパーシャルな4輪駆動であるのに対して、常に4輪駆動制御を行うフルタイム4輪駆動制御としている。したがって、クラッチ13はなくてもよいものである。
この場合、図8(B)のステップs100において、モータコントローラ20が、界磁電流制御回路26による界磁電流制御をオフして、界磁電流が遮断され界磁巻線6Bに電流が流れなくなった後の界磁電流制御による制動方法が異なっている。
すなわち、図6(B)のステップs106において、モータコントローラ20は、ブレーキが踏み込まれた場合には、そのブレーキの踏込み量に対する界磁電流マップを参照する。ブレーキの踏込み量の信号は、ブレーキペダルに設けた踏込み量センサから出力され、4WDコントローラ11を経てモータコントローラ20に入力する。モータコントローラ20は、初期値として所定の界磁電流(例えば、6A)を設定し、その後、ブレーキ踏込み量に基づいて、ステップs106でブレーキ踏込み量−界磁電流マップから読み出したブレーキ踏込み量に対する界磁電流値を元に、ステップs110において、モータコントローラ20は、界磁電流制御回路26のスイッチをオンし、所定の界磁電流が交流電動機6の界磁巻線6Bに流れるように制御する。
このように制動力を発生するための界磁電流値を制御することで、図9(B)に示すように、界磁電流値,すなわち、交流電動機による制動力は、ブレーキ踏込み量に応じて変化する。交流電動機6と後輪が直結している状態で、交流電動機の電機子巻線に流す電流の駆動制御を停止し、交流電動機の界磁巻線に所定の界磁電流を流すと、交流電動機には制動力が発生し、この制動力は後輪に伝達される。ここで、後輪の制動力が大きすぎると、後輪にブレーキがかかった状態となるが、ブレーキの踏込み量に応じて制動力を変えることで、運転者の車両制動の意図に合わせた交流電動機による制動力を得ることができる。
次に、図10を用いて、本発明の第4の実施形態による車両用電動機駆動装置の構成及び動作について説明する。
図10は、本発明の第4の実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成を示すシステムブロック図である。
図10は、本発明の第4の実施形態による車両用電動機駆動装置を用いた電動4輪駆動車の構成を示すシステムブロック図である。
本実施形態では、後輪を駆動する電動機として、図1に示した交流電動機6の代わりに、界磁巻線式直流電動機6’(直流電動機)を用いている。また、図1のインバータ8の代わりに、発電機4と直流電動機6’を遮断する直流遮断手段21と、電機子巻線短絡手段22とを設ける。直流遮断手段21及び電機子巻線短絡手段22としては、例えば、電磁式メカニカルリレー(電磁リレー)をそれぞれ用いることができる。なお、短絡手段22としては、パワースイッチング素子でもよいものである。
4WDコントローラ11より零トルク指令がモータコントローラ20に入力されると、モータコントローラ20の界磁電流制御回路26のスイッチがオフする。これにより直流電動機6’の界磁巻線に電流が流れなくなる。同時に電磁リレー21をオフし、発電機4からの電力は遮断され、直流電動機6’の電機子巻線に電流が流れなくなる。零トルク指令で電磁クラッチ13はオフされ、直流電動機6’とデファレンシャル7が切り離された状態となり、直流電動機6’は惰性回転を行なう。その後、モータコントローラ20より電磁リレー22をオンし、直流電動機6’の電機子巻線が短絡されて制動を開始する。そして所望の制動力を得るために、界磁電流制御回路26のスイッチをオンし、所定の界磁電流が流れるようにフィードバック制御することで所望の制動力を発生させる。直流電動機6’が所定の回転数まで減速した後、モータコントローラ20より短絡開始時にオンした電磁リレー22をオフする。同時に界磁電流制御回路26のスイッチをオフし、電機子巻線の短絡制動制御を終了する。
なお、直流電動機6’と電磁リレー22との間に電流センサを設けて三相短絡時の電動機子電流(短絡電流)を検出することで、過電流の検知と電機子巻線およびパワー素子の過温度検知が可能である。短絡電流と界磁電流には線形な関係があることから、界磁電流を制御することで所定電流または温度内の制動力制御が可能である。
以上説明したように、本実施形態では、回生なしに直流電動機6’を制動でき、さらに制動力も調整可能である。
1…電動4輪駆動車
2…前輪
3…エンジン
4…発電機
5…後輪
6…交流電動機
6’…直流電動機
7…デファレンシャルギヤ
8…インバータ
8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WL…パワー素子
9…平滑用コンデンサ
10…回転センサ
11…4WDコントローラ
13…クラッチ
17…速度検出器
20…モータコントローラ
22…中央演算処理装置
24…パワー素子駆動回路
26…界磁電流制御回路
2…前輪
3…エンジン
4…発電機
5…後輪
6…交流電動機
6’…直流電動機
7…デファレンシャルギヤ
8…インバータ
8UU,8UL,8VU,8VL,8WU,8WL…パワー素子
9…平滑用コンデンサ
10…回転センサ
11…4WDコントローラ
13…クラッチ
17…速度検出器
20…モータコントローラ
22…中央演算処理装置
24…パワー素子駆動回路
26…界磁電流制御回路
Claims (9)
- 界磁巻線を有する界磁巻線型電動機と、前記電動機の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを有する車両用電動機駆動装置であって、
前記電動機の制動時に前記電動機の電機子巻線を短絡させる電機子巻線短絡手段を備え、
前記界磁電流制御手段は、前記電動機の制動時に、前記電動機に制動力が作用するように界磁電流を制御することを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
前記界磁巻線型電動機は、界磁巻線型三相交流電動機であり、
前記交流電動機を駆動するインバータを備え、
前記電機子巻線短絡手段は、前記交流電動機の制動時に、前記インバータによって前記電動機の電機子巻線を短絡させることを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
前記界磁巻線型電動機は、界磁巻線型直流電動機であることを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
さらに、前記電動機と車輪軸との間に前記電動機と車輪軸とを断続するクラッチを備え、
前記クラッチを切断して前記電動機と前記車輪軸が切り離された状態で前記電動機を制動するときに、前記短絡手段によって前記電動機の電機子巻線を短絡させ、前記電動機に制動力が作用するように前記界磁電流制御手段によって界磁電流を制御することを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
前記界磁電流制御手段は、前記界磁電流が予め設定した所定電流値となるように、界磁電流を制御することを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
前記界磁電流制御手段は、前記電動機の回転数に応じて界磁電流を制御することを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 請求項1記載の車両用電動機駆動装置において、
前記界磁電流制御手段は、ブレーキの踏込み量に応じて、界磁電流を制御することを特徴とする車両用電動機駆動装置。 - 第1の車輪を駆動するエンジンと、第2の車輪を駆動するとともに、界磁巻線を有する界磁巻線型電動機と、前記電動機の界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを有する電動4輪駆動車であって、
前記界磁巻線型電動機に電力を供給するとともに、回生できない電源と、
前記電動機の制動時に前記電動機の電機子巻線を短絡させする電機子巻線短絡手段を備え、
前記界磁電流制御手段は、前記電動機の制動時に、前記電動機に制動力が作用するように界磁電流を制御することを特徴とする電動4輪駆動車。 - 請求項8記載の電動4輪駆動車において、
前記電源は、前記エンジンによって駆動され、発電する発電機であることを特徴とする電動4輪駆動車。
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