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

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

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。

特開平１−１２６１０３号公報 特開平８−１４９８７０号公報 特開２００４−３２９１３号公報

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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る。 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。 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る。 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。 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る。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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