JP2013192429A

JP2013192429A - 電気自動車およびモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2013192429A
Application number: JP2012058832A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Kanda; 剛志神田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】コスト低減を図り、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる電気自動車およびモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】この電気自動車は、車輪駆動用のモータ６と、このモータ６を制御するインバータ装置２２とを備えている。インバータ装置２２は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動用の交流電力に変換するインバータ３１、およびこのインバータ３１を駆動するＰＷＭドライバ３２を含むパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有し、モータ駆動制御部３７における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段４１を設けた。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、歩行者等に車両の接近を知らせることができる電気自動車およびモータ駆動装置に関する。

ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等は、一般的な内燃機関型の自動車に比べて、車両から発生する騒音が小さいため、歩行者等に車両の接近を知らせる必要がある。
従来、車両に音響発生装置を設けたり、車両のホイールに音を発生する機構を設けて、歩行者等に車両の接近を知らせる技術が提案されている（特許文献１〜３）

特開２００４−１３６８３１号公報特開平７−２０９４２４号公報実用新案登録第３１６１０００号公報

従来技術においては、車両に新たに音響発生装置等を設けているため、車両全体のコスト上昇、重量増加、および空気抵抗の増加となる。

この発明の目的は、コスト低減を図り、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる電気自動車およびモータ駆動装置を提供することである。

この発明の電気自動車は、車輪駆動用のモータ６と、このモータ６を制御するインバータ装置２２とを備えた電気自動車であって、前記インバータ装置２２は、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動用の交流電力に変換するインバータ３１、およびこのインバータ３１を駆動するＰＷＭドライバ３２を含むパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有し、前記モータコントロール部２９内にはモータ駆動制御部３７を有し、モータ駆動制御部３７における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段４１を設けたことを特徴とする。

この構成によると、モータコントロール部２９は、トルク指令に従い、これらトルク指令を電流指令に変換してパルス幅変調し、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与える。ＰＷＭドライバ３２はインバータ３１を駆動する。前記パルス幅変調は、例えば、正弦波駆動する電流出力が得られるように行う。パルス幅を一定でなく細かく変調した場合、実効的に正弦波を得ることが可能となる。このときモータ駆動制御部３７は、キャリア周波数変更手段４１から与えられるキャリア周波数により、パルス幅周期を決定する。モータ駆動制御部３７は、例えば、電流指令に基づく基準信号と、キャリア（搬送波）とを比較してＰＷＭ信号を発生し、ＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与えインバータ３１を駆動する。

キャリア周波数変更手段４１は、車速を常時監視して車速に応じて、キャリア周波数を変更する。例えば、車速が時速３０ｋｍ／ｈ以下のとき、キャリア周波数を４ｋＨｚ以下に下げる。これにより、キャリア周波数が可聴域に入り、走行音の少ない車両の低速時に、歩行者等に聞こえやすい警報音となり、車両の接近を知らせ注意を喚起することができる。前記可聴域の周波数帯域における一部が、人の可聴域の中で明瞭に聞き取り易い場合には、定められたキャリア周波数以下の一部のキャリア周波数のみを、低速時に用いる周波数としても良い。これらの場合、音響発生装置等を車両に新たに設けるよりも、コスト低減を図れ、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる。

前記キャリア周波数変更手段４１は、車速が低速時に前記キャリア周波数を定められた周波数以下に下げるものとしても良い。前記「低速時」とは、車両の徐行速度、例えば時速３０ｋｍ／ｈ以下を言う。前記「定められた周波数」とは、例えば４ｋＨｚである。車両が低速になればなる程、この車両から発せられるタイヤからの走行音や風切音等が聞こえ難くなる。そのため、車両の低速時にキャリア周波数を定められた周波数以下に下げることで、車両の接近を知らせる警報音を容易に発することができる。そもそも車両の低速時には、モータ６の回転数が低いため、キャリア周波数をそれ程上げる必要がなく、キャリア周波数を下げることにより効率や発熱に有利となる。

前記キャリア周波数変更手段４１は、車速が高速時に前記キャリア周波数を定められた周波数以上に上げるものとしても良い。キャリア周波数を定められた周波数以上に上げることで、モータを高回転にすることができる。これにより車両を容易に高速走行させることができる。
前記キャリア周波数変更手段４１は、前記キャリア周波数を車速に応じて連続的に変更するものとしても良い。
前記キャリア周波数変更手段４１は、前記キャリア周波数を車速に応じて段階的に変更するものとしても良い。
前記モータコントロール部２９は、前記ＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与えるモータ駆動制御部３７を有し、このモータ駆動制御部３７に、前記キャリア周波数変更手段４１を設けても良い。

この発明のモータ駆動装置２０は、車輪駆動用のモータ６を制御するインバータ装置２２と、このインバータ装置２２に指令を与える上位制御手段２１とを備えたモータ駆動装置において、前記インバータ装置２２は、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動用の交流電力に変換するインバータ３１、およびこのインバータ３１を駆動するＰＷＭドライバ３２を含むパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有し、前記モータ駆動制御部３７における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段４１を、前記モータコントロール部２９または前記上位制御手段２１に設けたことを特徴とする。

この構成によると、モータコントロール部２９は、上位制御手段２１からの例えば、トルク指令に従い、これらトルク指令を電流指令に変換及びパルス幅変調して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与える。ＰＷＭドライバ３２はオンオフ指令に基づきインバータ３１を駆動する。キャリア周波数変更手段４１は、車速を常時監視して車速に応じて、キャリア周波数を変更することで、キャリア周波数が可聴域に入り、走行音の少ない車両の低速時に、歩行者等に聞こえやすい電磁音つまり警報音となり、車両の接近を知らせ注意を喚起することができる。

この発明の電気自動車は、車輪駆動用のモータと、このモータを制御するインバータ装置とを備えた電気自動車であって、前記インバータ装置は、バッテリの直流電力を前記モータの駆動用の交流電力に変換するインバータ、およびこのインバータを駆動するＰＷＭドライバを含むパワー回路部と、このパワー回路部を制御するモータコントロール部とを有し、モータ駆動制御部における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段を設けたため、コスト低減を図り、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる。

この発明のモータ駆動装置は、車輪駆動用のモータを制御するインバータ装置と、このインバータ装置に指令を与える上位制御手段とを備えたモータ駆動装置において、前記インバータ装置は、バッテリの直流電力を前記モータの駆動用の交流電力に変換するインバータ、およびこのインバータを制御するＰＷＭドライバを含むパワー回路部と、このパワー回路部を制御するモータコントロール部とを有し、モータ駆動制御部における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段を、前記モータコントロール部または前記上位制御手段に設けたため、コスト低減を図り、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる。

この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。同電気自動車の制御系のブロック図である。同電気自動車のインバータ装置の回路図である。（Ａ）は、高速時に出力するＰＷＭ信号の例を示す図、（Ｂ）は、低速時に出力するＰＷＭ信号の例を示す図である。同インバータ装置の出力波形の説明図である。車速とキャリア周波数との関係を示す図である。この発明の他の実施形態に係る電気自動車の制御系のブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係るモータ駆動装置による、車速とキャリア周波数との関係を示す図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１は、この実施形態に係るモータ駆動装置を装備した電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪とされた４輪の自動車である。前輪となる車輪３は操舵輪とされている。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成している。インホイールモータ駆動装置８は、モータ６が車輪２に近接して設置され、一部または全体が車輪２内に配置される。各車輪２，３には、図示外のブレーキが設けられている。

制御系を説明する。車体１には、ＥＣＵ２１と、複数のインバータ装置２２とを含むモータ駆動装置２０が搭載されている。ＥＣＵ２１は、自動車全般の統括制御を行い、各インバータ装置２２に指令を与える上位制御手段である。各インバータ装置２２は、ＥＣＵ２１の指令に従って各走行用のモータ６の制御をそれぞれ行う。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ＥＣＵ２１と各インバータ装置２２の弱電系とは、互いに共通のコンピュータや共通の基板上の電子回路で構成されていても良い。

ＥＣＵ２１は、トルク配分手段４８を有する。このトルク配分手段４８は、アクセル操作部１６の出力するアクセル開度の信号と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵手段１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク値として生成し、各インバータ装置２２へ出力する。また、トルク配分手段４８は、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、図示外のブレーキを動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を有する。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、各走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令のトルク指令値に反映させる。アクセル操作部１６およびブレーキ操作部１７は、それぞれアクセルペダルおよびブレーキペダル等のペダルと、そのペダルの動作量を検出するセンサとを有する。操舵手段１５は、ステアリングホイールと、その回転角度を検出するセンサとを有する。バッテリ１９は、車体１に搭載され、モータ６の駆動、および車両全体の電気系統の電源として用いられる。

図２に示すように、インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有する。モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良い。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ駆動装置８に関する各検出値や制御値等の各情報をＥＣＵ２１に出力する機能を有する。
パワー回路部２８は、インバータ３１と、このインバータ３１を駆動するＰＷＭドライバ３２とを有する。インバータ３１は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換する。

図３に示すように、モータ６は、３相の同期モータ、例えば、ＩＰＭ型（埋込磁石型）同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の駆動素子３１ａで構成され、モータ６の３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各相の駆動電圧をパルス波形で出力する。各駆動素子３１ａとして半導体スイッチング素子が適用される。モータ駆動制御部３７は、入力された電流指令をに基づきパルス幅変調しＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与え、ＰＷＭドライバ３２は各駆動素子３１ａを駆動する。例えば、図５に示すような正弦波駆動するいわゆる正弦波駆動電流がインバータ３１から出力されるように、モータ駆動制御部３７はパルス幅変調を行う。同図５に示す正弦波駆動電流が、各相につき１２０度位相がずれた状態でモータ６に入力される。

図３に示すように、パワー回路部２８の弱電回路部であるＰＷＭドライバ３２とモータコントロール部２９とで、インバータ装置２２における弱電回路部分である演算部３３が構成される。演算部３３は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。インバータ装置２２には、この他に、バッテリ１９とインバータ３１間に並列に介在させた平滑コンデンサによる平滑部３４が設けられている。

モータ６には、モータロータの角度を検出するモータロータ角度検出器３６が設けられている。このモータ６では、その効率を最大にするため、モータロータ角度検出器３６で検出されるステータとモータロータの間の相対回転角度に基づき、ステータのコイルへ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部２９のモータ駆動制御部３７によって制御する。またモータ駆動制御部３７は、定められた車速に応じてキャリア周波数を変更する、具体的には後述するが、モータ６に付設のモータロータ角度検出器３６から求められた車速に応じて、キャリア周波数を変更する。

図２に示すように、前記構成のモータコントロール部２９に、車速演算手段３８、判定手段３９、およびキャリア発生部４０を設けている。キャリア発生部４０には、キャリア周波数変更手段４１が設けられている。
車速演算手段３８は、モータ６に付設のモータロータ角度検出器３６に接続されている。車速演算手段３８は、モータロータ角度検出器３６からタイヤ回転数の情報を得て車速を演算する。

判定手段３９は、車速演算手段３８で演算された車速が、低速域（例えば車速が０Ｋｍ／ｈより大きく時速３０ｋｍ／ｈ以下の速度域）か、中速域（例えば車速が３０Ｋｍ／ｈより大きく時速１００ｋｍ／ｈ未満の速度域）か、高速域（例えば車速が１００Ｋｍ／ｈ以上の速度域）かを常時判定する。
キャリア発生部４０は、モータロータ角度検出器３６で検出される回転角度より演算された車速に基づきキャリア周波数を設定する。キャリア発生部４０におけるキャリア周波数変更手段４１は、判定手段３９による判定結果に基づき、キャリア周波数を変更する。

ここで図４（Ａ）は、高速時に出力するＰＷＭ信号の例を示す図であり、図４（Ｂ）は、低速時に出力するＰＷＭ信号の例を示す図である。モータ駆動制御部３７は、入力された電流指令に基づく基準信号と、キャリア（搬送波）とを、図示外のコンパレータ等の比較器等により比較してオンオフのパルスを発生させる。図４（Ａ）に示すように、高速時には、キャリア周波数変更手段４１が、基準信号に対しキャリア周波数を高くするため、単位時間当たりに出現するパルス数が多くなる。図４（Ｂ）に示すように、低速時には、基準信号に対しキャリア周波数を低くするため、単位時間当たりに出現するパルス数が少なくなる。具体的に判定手段３９（図２）により車速が例えば時速３０ｋｍ／ｈ以下の低速域にあると判断されると、キャリア周波数変更手段４１（図２）はキャリア周波数を例えば４ｋＨｚ以下に下げる。

作用効果について説明する。
ここで図６は、車速とキャリア周波数との関係を示す図である。キャリア周波数変更手段４１は、同図に示すように車速に応じてキャリア周波数を変更する。この例では、キャリア周波数変更手段４１は、０Ｋｍ／ｈ〜１００Ｋｍ／ｈまでキャリア周波数を連続的に増加させている。また１００Ｋｍ／ｈ以上ではキャリア周波数を一定にしている。車速が時速３０ｋｍ／ｈ以下のとき、キャリア周波数変更手段がキャリア周波数を４ｋＨｚ以下に下げることにより、キャリア周波数が可聴域に入り、走行音の少ない車両の低速時に、歩行者等に聞こえやすい警報音となり、車両の接近を知らせ注意を喚起することができる。前記可聴域の周波数帯域における一部が、人の可聴域の中で明瞭に聞き取り易い場合には、定められたキャリア周波数以下の一部のキャリア周波数のみを、低速時に用いる周波数としても良い。これらの場合、音響発生装置等を車両に新たに設けるよりも、コスト低減を図れ、重量増加や空気抵抗の増加を招くことなく歩行者等に車両の接近を知らせることができる。そもそも車両の低速時には、モータ６の回転数が低いため、キャリア周波数をそれ程上げる必要がなく、キャリア周波数を下げることにより効率や発熱に有利となる。

キャリア周波数変更手段４１は、車速が高速時にキャリア周波数を定められた周波数以上に上げるものとしても良い。キャリア周波数を定められた周波数以上（例えば１０ｋＨｚ以上）に上げることで、モータ６を高回転にすることができる。これにより車両を容易に高速走行させることができる。
車速演算手段３８および判定手段３９を、モータコントロール部２９に設ける構成に代えて、図７に示すように、ＥＣＵ２１に設けても良い。
図８に示すように、キャリア周波数変更手段は、キャリア周波数を車速に応じて段階的に変更するものとしても良い。この場合、低速時、歩行者等は警報音をより明瞭に聞き取ることが可能となる。

なお実施形態では、後輪の２輪を個別にモータ駆動する駆動輪とした４輪の電気自動車に適用した場合につき説明したが、この例に限定されるものではない。例えば、前輪の２輪をそれぞれ個別にモータ駆動する車両や、４輪とも個別にモータ駆動する車両、または１台のモータで駆動する車両にも、モータ駆動装置を適用することができる。
以上説明したいずれかのモータ駆動装置を、ハイブリッド車、燃料電池車に適用することも可能である。

２…車輪
６…モータ
１９…バッテリ
２０…モータ駆動装置
２１…ＥＣＵ（上位制御手段）
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３７…モータ駆動制御部
４１…キャリア周波数変更手段

Claims

車輪駆動用のモータと、このモータを制御するインバータ装置とを備えた電気自動車であって、
前記インバータ装置は、バッテリの直流電力を前記モータの駆動用の交流電力に変換するインバータ、およびこのインバータを駆動するＰＷＭドライバを含むパワー回路部と、このパワー回路部を制御するモータコントロール部とを有し、
前記モータコントロール部内にはモータ駆動制御部を有し、モータ駆動制御部における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
請求項１において、前記キャリア周波数変更手段は、車速が低速時に前記キャリア周波数を定められた周波数以下に下げるものとした電気自動車。
請求項１または請求項２において、前記キャリア周波数変更手段は、車速が高速時に前記キャリア周波数を定められた周波数以上に上げるものとした電気自動車。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記キャリア周波数変更手段は、前記キャリア周波数を車速に応じて連続的に変更するものとした電気自動車。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記キャリア周波数変更手段は、前記キャリア周波数を車速に応じて段階的に変更するものとした電気自動車。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータコントロール部は、前記ＰＷＭドライバにオンオフ指令を与えるモータ駆動制御部を有し、このモータ駆動制御部に、前記キャリア周波数変更手段を設けた電気自動車。
車輪駆動用のモータを制御するインバータ装置と、このインバータ装置に指令を与える上位制御手段とを備えたモータ駆動装置において、
前記インバータ装置は、バッテリの直流電力を前記モータの駆動用の交流電力に変換するインバータ、およびこのインバータを制御するＰＷＭドライバを含むパワー回路部と、このパワー回路部を制御するモータコントロール部とを有し、
前記モータ駆動制御部における入力された電流指令をパルス幅変調するキャリア周波数を車速に応じて変更するキャリア周波数変更手段を、前記モータコントロール部または前記上位制御手段に設けたことを特徴とするモータ駆動装置。