JP2013062888A

JP2013062888A - 鞍乗型車両

Info

Publication number: JP2013062888A
Application number: JP2010007785A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Koba; 一郎木場; Tomohiro Ono; 朋寛小野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2011087126A1

Abstract

【課題】インバータの大型化を抑えつつインバータの故障を防止できかつモータの巻線を円滑に切り替えることができる、乗り心地の良い鞍乗型車両を提供する。
【解決手段】自動二輪車１０は、切り替え可能な巻線を有するモータ１８と、アクセルグリップ２２と、アクセルグリップ２２からの指示に基づいて制御信号を出力する制御部２０と、制御部２０からの制御信号に基づいてモータ１８に出力電圧を供給するインバータ１４と、巻線を切り替えるスイッチ１６ａ〜１６ｃと、モータ電流を検出する電流センサ２４ａ，２４ｂと、モータ１８の位相を検出するエンコーダ２６とを備える。制御部２０は、巻線の切り替え条件が成立したとき、アクセルグリップ２２からの指示に係わらずモータ電流が０になるように、モータ電流とモータ１８の位相とに基づいてインバータ１４のデューティー比を調整する。デューティー比調整期間中に巻線を切り替える。
【選択図】図２

Description

この発明は鞍乗型車両に関し、より特定的には、モータの巻線を切り替え可能な自動二輪車などの鞍乗型車両に関する。

車両に搭載されるモータの巻線を切り替えることができる従来技術の一例が特許文献１において開示されている。
特許文献１では、巻線切替処理において、巻線切替の必要があると判断された場合には、インバータを構成する各スイッチング素子（ゲート）へのゲート信号を遮断状態にして、電源からモータに供給すべき一次電流を０にし、その状態で巻線を切り替える。そして、巻線を切り替えた後、インバータを構成する各スイッチング素子（ゲート）をオンし、モータに一次電流を供給する。

特開平６−２５３５９４号公報

しかし、特許文献１の技術では、モータ回転中の巻線切替時にインバータを構成する各スイッチング素子（ゲート）を一旦遮断状態にするので、その後インバータの各スイッチング素子をオンすると、モータに蓄積されたエネルギがサージ電圧としてインバータに帰還してしまい、インバータが故障し易くなる。また、サージ電圧により車両に衝撃が発生し、乗り心地がよくない。特に車重の小さい鞍乗型車両においては、乗員に衝撃が伝わりやすく、乗り心地の悪化は顕著となる。それを防止しようとすれば、保護回路をさらに付加するか、大型のインバータを用いる必要がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、インバータの大型化を抑えつつインバータの故障を防止できかつモータの巻線を円滑に切り替えることができる、乗り心地の良い鞍乗型車両を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の鞍乗型車両は、駆動輪と、駆動輪に駆動力を伝えるように接続され、かつ切り替え可能な巻線を有するモータと、モータの出力を指示する入力部と、入力部からの指示に基づいて制御信号を出力する制御部と、制御部からの制御信号に基づいてそのデューティー比が調整されモータに出力電圧を供給するインバータと、巻線を切り替える巻線切替部と、巻線を流れるモータ電流を検出する電流検出部と、モータの位相を検出する位相検出部とを備え、制御部は、巻線の切り替え条件が成立したか否かを判断する切替判断部と、巻線の切り替え条件が成立したときデューティー比調整期間に入り、入力部からの指示に係わらずモータ電流が０になるように、電流検出部によって検出されたモータ電流と位相検出部によって検出されたモータの位相とに基づいてインバータのデューティー比を調整する調整部と、調整部によるデューティー比調整期間中に巻線切替部に対して巻線の切り替えを指示する切替指示部とを含むことを特徴とする。

請求項２に記載の鞍乗型車両は、請求項１に記載の鞍乗型車両において、巻線の切り替え後、制御部は、モータ電流が徐々に回復するようにインバータのデューティー比を調整することを特徴とする。

請求項１に記載の鞍乗型車両では、巻線の切り替え条件が成立したときには入力部からの指示に係わらず、検出されたモータ電流とモータの位相とに基づいて、モータ電流が０になるようにインバータのデューティー比が調整される。すなわち、モータの位相を検出することによってモータの誘起電圧の位相を取得し、その位相と同期する出力電圧をインバータがモータに供給できるように制御部はインバータを制御する。また、制御部は、モータ電流を監視し、そのモータ電流が０になるようにインバータの出力電圧の大きさを調整する。インバータの出力電圧がモータの誘起電圧と同相かつ同じ大きさに調整されることによって、モータ電流が０になる。ここで、「モータ電流が０」とは、モータ電流が完全に０になる場合に限定されず、インバータへのサージ電圧を抑制できる限りにおいて０に近い少量のモータ電流が流れる状態をも含む。このようにインバータのデューティー比を調整するデューティー比調整期間中に、巻線切替部がモータの巻線を切り替える。巻線切替時において、インバータを遮断することなくインバータのデューティー比を調整してモータ電流を０にすることによって、巻線切替後に、モータ電流を元に戻すときインバータにサージ電圧は与えられない。したがって、保護回路や大きなインバータを用いることなく、インバータの故障を防止できかつモータの巻線を円滑に切り替えることができるため、鞍乗型車両の乗り心地が向上する。

請求項２に記載の鞍乗型車両では、モータの巻線切替後、モータ電流が徐々に回復するようにインバータのデューティー比を調整する。このとき、たとえば、制御部は、モータ電流を監視しながら、そのモータ電流が徐々に増加していくようにインバータへ制御信号を出力する。これによって、巻線切替後のモータに急激なトルク変化は発生せず、滑らかに定常動作に復帰できる。

この発明によれば、インバータの大型化を抑えつつインバータの故障を防止できかつモータの巻線を円滑に切り替えることができる、乗り心地の良い鞍乗型車両が得られる。

この発明の一実施形態の自動二輪車を示す左側面図である。この発明の一実施形態の自動二輪車の主な電気的構成を示すブロック図である。この発明の一実施形態の動作の一例を示すフロー図である。この発明の一実施形態および従来例それぞれの動作を示す波形図である。この発明の一実施形態におけるモータ電流の波形の一例を示す波形図である。この発明の一実施形態におけるモータ電流の波形の他の例を示す波形図である。この発明の他の実施形態の自動二輪車の主な電気的構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、自動二輪車１０のシート４８に乗員がそのハンドル２４に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。

図１を参照して、この発明の一実施形態の自動二輪車１０は、車体フレーム１２を有する。車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４、ヘッドパイプ１４から後方へ斜め下方に延びる前部フレーム１６、および前部フレーム１６の後部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がる後部フレーム１８を備えている。

ヘッドパイプ１４内には、ステアリング軸２０が回動自在に挿通されている。ステアリング軸２０の上端にはハンドル支持部２２が取り付けられ、ハンドル支持部２２にはハンドル２４が固定されている。ステアリング軸２０の下端にはフロントフォーク２６が取り付けられており、フロントフォーク２６の下端には前輪２８が回転自在に取り付けられている。

前部フレーム１６の後端部にはピボットシャフト３０を介してリヤアーム３２の前端部が取り付けられ、リヤアーム３２が揺動自在に設けられている。リヤアーム３２の後端部３２ａには、モータ３４が内蔵されている。モータ３４は後輪３６に連結されかつ後輪３６を回転駆動する。

図２をも参照して、リヤアーム３２には、制御部３８、インバータ４０およびスイッチ４２ａ，４２ｂおよび４２ｃが内蔵されている。また、後部フレーム１８近傍には、モータ３４に電力を供給する直流電源であるバッテリ４４が設けられ、ハンドル２４の右手側にはアクセルグリップ４６が設けられ、後部フレーム１８によってシート４８が支持されている。

インバータ４０は、バッテリ４４に接続され、たとえばトランジスタやサイリスタなどの６つのスイッチング素子４０ａ〜４０ｆを含み、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相の出力電圧をモータ３４に向けて供給する。インバータ４０のＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの出力端子ＴＵ１，ＴＶ１およびＴＷ１はそれぞれ、スイッチ４２ａの入力端子ＴＵ２、スイッチ４２ｂの入力端子ＴＶ２、およびスイッチ４２ｃの入力端子ＴＷ２に接続されている。

モータ３４は、たとえばＩＰＭモータであり、３相の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷを有する。巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの一端は接続点Ｃで共通接続されており、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの他端はそれぞれ、スイッチ４２ａの出力端子ＴＵ３、スイッチ４２ｂの出力端子ＴＶ３、およびスイッチ４２ｃの出力端子ＴＷ３に接続されている。また、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの中間端子ＴＵ４，ＴＶ４およびＴＷ４はそれぞれ、スイッチ４２ａの出力端子ＴＵ５、スイッチ４２ｂの出力端子ＴＶ５、スイッチ４２ｃの出力端子ＴＷ５に接続されている。

スイッチ４２ａ〜４２ｃは入力点切り替え方式である。スイッチ４２ａ〜４２ｃの入力端子ＴＵ２，ＴＶ２およびＴＷ２がスイッチ４２ａ〜４２ｃの出力端子ＴＵ３，ＴＶ３およびＴＷ３に接続されているときの巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの接続状態を巻線モード１という。スイッチ４２ａ〜４２ｃの入力端子ＴＵ２，ＴＶ２およびＴＷ２がスイッチ４２ａ〜４２ｃの出力端子ＴＵ５，ＴＶ５およびＴＷ５に接続されているときの巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの接続状態を巻線モード２という。巻線モード１での巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの巻き数は、巻線モード２での巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの巻き数よりも大きい。自動二輪車１０における低速走行時には巻線モード１が用いられ、高速走行時には巻線モード２が用いられる。

また、Ｕ相の出力端子ＴＵ１と入力端子ＴＵ２との間にはモータ電流を検出するための電流センサ５０ａが設けられ、Ｖ相の出力端子ＴＶ１と入力端子ＴＶ２との間にはモータ電流を検出するための電流センサ５０ｂが設けられている。モータ３４近傍には、モータ３４の位相を検出するためのエンコーダ５２が設けられている。

制御部３８は、たとえばＣＰＵやメモリを含む。制御部３８には、電流センサ５０ａおよび５０ｂからの検出値がＡ／Ｄ変換器５４によってＡ／Ｄ変換されて与えられ、また、エンコーダ５２の検出値、およびアクセルグリップ４６からの指示が与えられる。

制御部３８は、通常、アクセルグリップ４６からの指示に応じて、インバータ４０の各スイッチング素子４０ａ〜４０ｆに制御信号を与え、インバータ４０のデューティー比を制御する。また、制御部３８は、巻線切替条件成立時には、電流センサ５０ａおよび５０ｂの検出値およびエンコーダ５２の検出値に基づいて、インバータ４０の各スイッチング素子４０ａ〜４０ｆに制御信号を与えてインバータ４０のデューティー比を制御し、また、電流センサ５０ａおよび５０ｂの検出値に基づいて、スイッチ４２ａ〜４２ｃに巻線切替信号を与える。

この実施形態では、後輪３６が駆動輪に相当する。スイッチ４２ａ〜４２ｃが巻線切替部に相当する。アクセルグリップ４６が入力部に相当する。電流センサ５０ａおよび５０ｂが電流検出部に相当し、エンコーダ５４が位相検出部に相当する。制御部３８は、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの切り替え条件が成立したか否かを判断する切替判断部、インバータ４０の出力電圧を調整する調整部、ならびにスイッチ４２ａ〜４２ｃに対して巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの切り替えを指示する切替指示部としても機能する。

ついで、図３を参照して、自動二輪車１０におけるモータ３４の巻線切替動作の一例について説明する。ここでは、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷが初期的に巻線モード１である場合について説明する。また、モータ３４の３相はそれぞれ同様に動作するので、ここでは、一相分について説明する。

まず、エンコーダ５２を用いてモータ３４の位相が検出され、制御部３８は、検出されたモータ３４の位相に基づいてモータ３４の回転数を検出する（ステップＳ１）。なお、モータ３４の位相は常時検出されている。

制御部３８は、モータ３４の回転数が閾値（たとえば２５０ｒｐｍ）以上か否かを判断する（ステップＳ３）。モータ３４の回転数が閾値未満であれば、モータ３４の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷを切り替えることなく、巻線モード１のままで終了する。一方、モータ３４の回転数が閾値以上であれば巻線切替条件が成立し、デューティー比調整期間に入る。デューティー比調整期間では、以下のようにしてモータ電流が０になるように制御される。

電流センサ５０ａによってモータ電流が検出され、そのモータ電流がＡ／Ｄ変換器５４を介して制御部３８に与えられる（ステップＳ５）。また、制御部３８はエンコーダ５２によって検出されているモータ３４の位相を取得する（ステップＳ７）。そして、制御部３８は、モータ電流が０になるように、モータ電流およびモータ３４の位相に基づいてインバータ４０のデューティー比を算出し（ステップＳ９）、インバータ４０がそのデューティー比となるように、制御信号をインバータ４０に出力し、インバータ４０のデューティー比を調整する（ステップＳ１１）。

そして、制御部３８は、モータ電流が０であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。モータ電流が０でなければ、ステップＳ５に戻り、モータ電流が０になるまでステップＳ５〜Ｓ１３の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１３において、モータ電流が０であれば、制御部３８は、スイッチ４２ａに巻線切替信号を出力し、それに応じてスイッチ４２ａは、入力端子ＴＵ２を出力端子ＴＵ５に接続し、巻線ＲＵを切り替える（ステップＳ１５）。その後、モータ電流が回復するように、制御部３８は制御信号をインバータ４０に出力し、それに応じてモータ電流は回復していく（ステップＳ１７）。このようにして、巻線モードが巻線モード１から巻線モード２に切り替えられる。

ここで、ステップＳ５〜Ｓ１３におけるインバータ４０のデューティー比の算出・調整処理について説明する。
インバータ４０とモータ３４とを含む回路には数１の関係が成立する。

上記数１において、モータ電流Ｉｍを０にするには、出力電圧Ｖｍと誘起電圧Ｅｍとの大きさおよび位相が一致するような、出力電圧Ｖｍをモータ３４に供給できるように、制御部３８がインバータ４０に制御信号を出力し、インバータ４０のスイッチング動作を制御する必要がある。

そのために、制御部３８は、モータ３４の位相を取得することによってモータ３４の誘起電圧Ｅｍの位相を取得し、その位相と同期する出力電圧Ｖｍをインバータ４０がモータ３４に供給できるようにインバータ４０を制御する。また、制御部３８は、モータ電流Ｉｍを監視し、そのモータ電流Ｉｍが０になるようにたとえばフィードバック処理によってインバータ４０の出力電圧Ｖｍの大きさを調整する。インバータ４０の出力電圧Ｖｍがモータの誘起電圧Ｅｍと同相かつ同じ大きさに調整されることによって、モータ電流Ｉｍが０になるタイミングを強制的に作り出し、モータ電流が０に調整される。

このような自動二輪車１０によれば、インバータ４０の出力電圧を調整するデューティー比調整期間（図４〜図６参照）中に、スイッチ４２ａ〜４２ｃがモータ３４の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷを切り替える。巻線切替時において、インバータ４０を遮断することなくインバータ４０のデューティー比を調整してモータ電流を０にすることによって、巻線切替後に、モータ電流を元に戻すときインバータ４０に、突入電流は発生せずサージ電圧は与えられない。したがって、保護回路や大きなインバータを用いることなく、インバータ４０を小さくできてコストを抑制でき、インバータ４０の故障を防止できる。さらに、モータ３４の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷを円滑に切り替えることができ、巻線切替後のモータ電流復帰時の衝撃を抑制でき、自動二輪車１０の乗り心地を改善できる。また、巻線切替時における巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷへのエネルギ蓄積を回避できる。

ついで、図４を参照して、この発明の一実施形態の自動二輪車１０と従来例との比較について説明する。
自動二輪車１０では、まず、アクセルグリップ４６からの指示に応じて、制御部３８からインバータ４０に制御信号が入力され、インバータ４０のスイッチング素子４０ａ〜４０ｆがオンされインバータ４０が駆動される。すると、モータ電流が流れ、モータ３４の回転数が上昇する。モータ３４の回転数が閾値以上になるとインバータ４０のデューティー比調整期間に入る。この期間では、アクセルグリップ４６からの指示に係わらず、上述したインバータ４０のデューティー比の調整によってモータ電流が０になるように調整される。モータ電流が０になると、制御部３８から巻線切替信号がスイッチ４２ａ〜４２ｃに出力され、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷが切り替えられる。その後、制御部３８はインバータ４０への制御信号を調整し、再びモータ電流が流れる。

ここで、自動二輪車１０では、デューティー比調整期間（巻線切替期間）においてインバータ４０は遮断されることなく（すべてのスイッチング素子４０ａ〜４０ｆが一斉に遮断されることなく）動作し、デューティー比調整期間後にモータ電流が元に戻る。このとき、インバータ４０にサージ電圧は与えられない。

それに対して、従来例では、巻線切替期間に入るとインバータ４０は遮断される。そして、巻線切替期間後にモータ電流が回復するときインバータ４０は再び駆動されるが、モータ電流として一旦大きな突入電流が流れ、インバータ４０にサージ電圧が与えられてしまう。

このように図４からも自動二輪車１０が優れていることがわかる。

上述したモータ３４の巻線切替動作によって、モータ電流をたとえば図５に示すように調整できる。

また、図６に示すように、巻線切替後のモータ電流が徐々に回復するようにインバータ４０のデューティー比を調整するようにしてもよい。この場合、たとえば、制御部３８は、モータ電流を監視しながら、そのモータ電流が徐々に増加していくようにインバータ４０へ制御信号を出力する。これによって、巻線切替後のモータ３４に急激なトルク変化は発生せず、滑らかに定常動作に復帰できる。

また、図７を参照して、この発明の他の実施形態の自動二輪車１０ａについて説明する。
自動二輪車１０ａでは、巻線切替部として、自動二輪車１０におけるスイッチ４２ａ，４２ｂおよび４２ｃに代えて、中点切り替え方式のスイッチ４２ｄおよび４２ｅが用いられる。

スイッチ４２ｄは、共通端子Ｃ１、ならびに端子ＴＵ６，ＴＶ６およびＴＷ６を含み、端子ＴＵ６，ＴＶ６およびＴＷ６はそれぞれモータ３４の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの一端に接続されている。また、スイッチ４２ｅは、共通端子Ｃ２、ならびに端子ＴＵ７，ＴＶ７およびＴＷ７を含み、端子ＴＵ７，ＴＶ７およびＴＷ７はそれぞれモータ３４の巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの中間端子ＴＵ４，ＴＶ４およびＴＷ４に接続されている。また、巻線ＲＵ，ＲＶおよびＲＷの他端はそれぞれ、インバータ４０の出力端子ＴＵ１，ＴＶ１およびＴＷ１に接続されている。

その他の構成については、自動二輪車１０と同様であるので、その重複する説明は省略する。

自動二輪車１０ａでは、スイッチ４２ｄがオンし、共通端子Ｃ１と端子ＴＵ６，ＴＶ６およびＴＷ６とが接続されているときが巻線モード１となる。また、スイッチ４２ｅがオンし、共通端子Ｃ２と中間端子ＴＵ７，ＴＶ７およびＴＷ７とが接続されているときが巻線モード２となる。

自動二輪車１０ａについても自動二輪車１０と同様の作用効果を奏する。

なお、上述の実施形態では、図３のステップＳ１３において、モータ電流が０になれば巻線を切り替えるようにしたが、それに限定されない。図３のステップＳ１３において、巻線を切り替えるか否かを判断するモータ電流の閾値は、インバータ４０へのサージ電圧を抑制できる限りにおいてある程度の幅を有していてもよく、モータ電流がその範囲内に入れば、巻線切替を行うようにしてもよい。

また、巻線切替の条件は、モータ３４の回転数、アクセルグリップ４６からの指示（たとえばアクセル操作量あるいはアクセル操作変化量）およびモータ３４の実出力に基づいて設定されてもよい。この場合、自動二輪車の乗り心地をさらに向上できる。また、アクセルグリップ４６とは別に設けられ、任意のタイミングでの入力が可能な、切替入力専用のスイッチへの入力を巻線切替の条件としてもよい。

さらに、巻線切替はＹ結線とΔ結線との間で行うようにしてもよい。

上述の実施形態ではこの発明を自動二輪車に適用した場合について説明したが、これに限定されない。この発明は、３輪以上の任意の鞍乗型車両に適用できる。

１０，１０ａ自動二輪車
３４モータ
３６後輪
３８制御部
４０インバータ
４２ａ〜４２ｅスイッチ
４４バッテリ
４６アクセルグリップ
５０ａ，５０ｂ電流センサ
５２エンコーダ
５４Ａ／Ｄ変換器
ＲＵ，ＲＶ，ＲＷ巻線

Claims

駆動輪と、
前記駆動輪に駆動力を伝えるように接続され、かつ切り替え可能な巻線を有するモータと、
前記モータの出力を指示する入力部と、
前記入力部からの指示に基づいて制御信号を出力する制御部と、
前記制御部からの前記制御信号に基づいてそのデューティー比が調整され前記モータに出力電圧を供給するインバータと、
前記巻線を切り替える巻線切替部と、
前記巻線を流れるモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの位相を検出する位相検出部とを備え、
前記制御部は、
前記巻線の切り替え条件が成立したか否かを判断する切替判断部と、
前記巻線の切り替え条件が成立したときデューティー比調整期間に入り、前記入力部からの指示に係わらず前記モータ電流が０になるように、前記電流検出部によって検出された前記モータ電流と前記位相検出部によって検出された前記モータの位相とに基づいて前記インバータのデューティー比を調整する調整部と、
前記調整部によるデューティー比調整期間中に前記巻線切替部に対して前記巻線の切り替えを指示する切替指示部とを含む、鞍乗型車両。
前記巻線の切り替え後、前記制御部は、前記モータ電流が徐々に回復するように前記インバータのデューティー比を調整する、請求項１に記載の鞍乗型車両。