JP2019050716A

JP2019050716A - 車両動力補助システム

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Publication number: JP2019050716A
Application number: JP2018113242A
Authority: JP
Inventors: 康之藤田; Yasuyuki Fujita; 浩希藪田; Hiroki Yabuta; 光生川村; Mitsuo Kawamura; 健太郎西川; Kentaro Nishikawa; 泰介井木; Taisuke IGI
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: JP7109271B2

Abstract

【課題】駆動アシストまたは回生制動が行えて、車両の重量が増大することを抑えると共に、電動発電機から想定しない制動力等が発生することを防止する車両動力補助システムを提供する。【解決手段】この車両動力補助システムは、直流電源１０と、車輪５を回転支持する車輪用軸受に支持され、駆動アシスト力または回生制動力を発生させる電動発電機１４と、制御装置３９とを備える。制御装置３９は、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路１２と、電力変換回路１２を制御する制御回路１６と、電力変換回路１２と電動発電機１４との間に設けられ電気的に接続と遮断を切り替え可能な相開放回路１３とを有する。制御回路１６は、電動発電機１４が回転することにより発生する誘起電圧が電源電圧を超えるとき、相開放回路１３により電動発電機１４と直流電源１０とを電気的に切り離す。【選択図】図２

Description

この発明は、車両動力補助システムに関し、車両の高速走行時等において、電動発電機から想定しない駆動力または制動力が発生することを防止する技術に関する。

従来の補助動力システムとして、従動輪に電動発電機を接続し、駆動アシストおよび回生を行う技術が提案されている（特許文献１）。この構成は、例えば、従動輪が、この従動輪から動力を伝達する機械的な連結部材であるドライブシャフトと、ディファレンシャルギヤと、機械的な接続と切断を切り替えるためのクラッチとを介して電動発電機と連結している。

特開２０１６−２５７８９号公報特許第３１４６７９１号公報特開２００９−２２０７０５号公報特開平１０−１５５２６２号公報特許第５３４３４８０号公報

特許文献１では、従動輪と電動発電機を連結するための機械的なドライブシャフト、ディファレンシャルギヤおよびクラッチを設置することで、従動輪の足回りに設置する構造体が増え、車両の重量が増加する問題があった。その対策として、二つの駆動輪または従動輪にそれぞれ電動発電機を準備し、駆動輪または従動輪の車輪用軸受で支持した位置に電動発電機を設置して駆動輪または従動輪を前記構造体を介在させることなく駆動するダイレクトドライブ形式とすることで、前記ドライブシャフト、ディファレンシャルギヤおよびクラッチなどの構造体を減らすことができる。

しかしながら、上記対策に対しても次のような課題がある。
車輪用軸受とホイールの間に電動発電機を設置するには、取付スペースに制限があるため、電動発電機のサイズを小さくし、さらに、減速機を無くすあるいは小さく減速機を使用する必要があった。この制限は、電動発電機による駆動力を減少するものであり、駆動力を上げるためには強い磁力を持った永久磁石を使用した電動発電機を使用する必要がある。電動発電機で発生する誘起電圧は、電動発電機の回転数と永久磁石の磁束に比例することが知られており、強い磁力を持った電動発電機は誘起電圧が大きくなる。

車両の速度が高速となると、車軸の回転速度も増加することから、電動発電機で発生する誘起電圧も増加する。誘起電圧が増大すると電力が強制的に回生され、電動発電機でブレーキ力が発生する問題が生じる。例えば、電動発電機が三相交流電動発電機であれば、直流電力を三相交流の電力に変換するインバータを使用して電動発電機を駆動あるいは回生するのが一般的である。電動発電機に過大な誘起電圧が発生すると、電動発電機からインバータを経由して直流電源側へ電力が流れ込む。このため、電動発電機が負荷となり、電動発電機からブレーキ力が発生し、車両にブレーキが掛かる状態となる問題があった。

この発明の目的は、駆動アシストまたは回生制動が行えて、車両の重量が増大することを抑えると共に、電動発電機から想定しない制動力等が発生することを防止する車両動力補助システムを提供することである。

この発明の車両動力補助システムは、車両に搭載された直流電源１０と、
前記車両の車輪４，５を回転支持する車輪用軸受３１に支持され、前記直流電源１０から電力を供給することで前記車輪４，５を回転駆動可能な駆動アシスト力、または前記直流電源１０へ電力を回生する回生制動力を発生させる電動発電機１４と、
この電動発電機１４を制御する制御装置３９と、を備え、
前記制御装置３９は、
前記直流電源１０からの直流電力を交流電力に変換する電力変換回路１２と、
この電力変換回路１２を制御する制御回路１６と、
前記直流電源１０と前記電力変換回路１２との間、または前記電力変換回路１２と前記電動発電機１４との間に設けられ、電気的に接続と遮断を切り替え可能な開放回路１１，１３と、を有し、
前記制御回路１６は、
前記電動発電機１４が回転することにより発生する誘起電圧と前記直流電源１０の電源電圧とを比較し、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記開放回路１１，１３により前記電動発電機１４と前記直流電源１０とを電気的に切り離す。

この構成によると、車輪４，５を回転支持する車輪用軸受３１に電動発電機１４が支持されるため、ドライブシャフト、ディファレンシャルギヤおよびクラッチなどが不要であり、駆動アシスト力を与えるための構成が簡易で済み、前記構造体を備えた従来例よりも、車両の重量が増大することを抑えることができる。
車両の運転時において、制御回路１６は、電動発電機１４が回転することにより発生する誘起電圧と直流電源の電源電圧とを比較する。車両の走行速度が高速となり誘起電圧が電源電圧を超えるとき、開放回路１１，１３により電動発電機１４と直流電源１０とを電気的に切り離す。これにより、電動発電機１４から電力変換回路１２等を経由して直流電源１０側へ電力が流れ込むことを防止する。したがって、電動発電機１４から想定しない制動力が発生することを防止することができる。

前記車輪用軸受３１が、前記車両の主駆動源１と機械的に非連結の車輪５である従動輪５を支持する軸受であってもよい。
この場合、電動発電機１４が簡易で省スペースで済む構成であるため、車体の足回りの構造等を変更することなく、この電動発電機１４を従動輪５に簡単に設置することができる。

前記車輪用軸受３１が、前記車両の主駆動源１と機械的に連結された車輪４である駆動輪４を支持する軸受であってもよい。
前述のように、電動発電機１４の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済むことから、車体の足回りの構造等を変更することなく、この電動発電機１４を駆動輪４に簡単に設置することができる。

前記開放回路は、前記直流電源１０と前記電力変換回路１２との間に、スイッチング手段２０で構成された母線開放回路１１を備え、
前記制御回路１６は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記母線開放回路１１を使用して前記直流電源１０と前記電力変換回路１２とを電気的に切り離してもよい。
この構成によると、直流電源１０と電力変換回路１２との間の母線開放回路１１は、例えば、相開放回路の構成に比べて、スイッチング素子の個数を少なくできコスト低減を図れる。

前記開放回路は、前記電力変換回路１２と前記電動発電機１４との間に、スイッチング手段２３で構成された相開放回路１３を備え、
前記制御回路１６は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記相開放回路１３を使用して前記電力変換回路１２と前記電動発電機１４とを電気的に切り離してもよい。この構成によると、電力変換回路１２の異常発生時に、電動発電機１４と電力変換回路１２とを電気的に切り離すことができるので、電動発電機１４から想定しない駆動力または制動力が発生することを防止することが可能となる。

前記スイッチング手段と並列にサージ保護部品（例えばコンデンサ、バリスタ、トランジェントボルテージサプレッサーダイオード（略称：TVSダイオード））を接続してもよい。
例えば、相開放回路１３を使用して電力変換回路１２と電動発電機１４とを電気的に切り離す場合、電動発電機１４の巻線コイルが誘導性負荷となるため、大きな電流が流れている状態でスイッチング素子を切断するとスパイク状の高電圧の誘起電圧が発生し、スイッチング素子の耐電圧を超えるとスイッチング素子に異常が発生する課題がある。
そこで、スイッチング手段と並列にコンデンサまたはバリスタを接続することで、スイッチング素子から成るスイッチング手段に、耐電圧を超える高電圧が発生することを未然に防止することができる。

前記スイッチング手段を流れる電流を検出する検出手段を備え、前記制御回路は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超え、且つ、前記検出手段で検出される電流がゼロのとき、前記スイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離してもよい。
前記電流がゼロとは、電流が略ゼロの十分小さな電流の状態も含む。前記十分小さな電流は、電流を遮断したときに発生する逆起電圧が、スイッチング手段の耐電圧を超えない範囲の微小な電流であり、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により定められる。

この構成によると、検出手段で検出される電流がゼロのとき、スイッチング手段をオフにすると、スパイク状の高電圧の誘起電圧が発生せず、スイッチング素子から成るスイッチング手段に、耐電圧を超える高電圧が発生することを未然に防止することができる。

前記制御装置は、前記車両の高速走行時に定められた条件を充足するとき、前記スイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離し、前記定められた条件を充足しないとき、前記スイッチング手段をオンにし且つ弱め磁束制御を行いながら駆動アシストまたは回生制御を行ってもよい。
前記定められた条件は、設計等によって任意に定める条件であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な条件を求めて定められる。

この構成によると、制御装置は、例えば車両の高速走行時に平坦路を加速するとき（定められた条件を充足しないとき）、スイッチング手段をオンにし且つ弱め磁束制御により誘起電圧を抑制しながら電動発電機により駆動アシスト力を発生させる。制御装置は、車両の加速が完了すればスイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す。逆に、例えば平坦路を減速時（定められた条件を充足しないとき）には、制御装置は、スイッチング手段をオンにし且つ弱め磁束制御により誘起電圧を抑制しながら回生し電力を直流電源に回収し、減速が完了すればスイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す。このように、トルクに関係しない電流を電動発電機に流し続けることがなく、無駄な電力消費を抑え、電動発電機の発熱を低減することができる。

この発明の車両動力補助システムは、車両に搭載された直流電源と、前記車両の車輪を回転支持する車輪用軸受に支持され、前記直流電源から電力を供給することで前記車輪を回転駆動可能な駆動アシスト力、または前記直流電源へ電力を回生する回生制動力を発生させる電動発電機と、この電動発電機を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、この電力変換回路を制御する制御回路と、前記直流電源と前記電力変換回路との間、または前記電力変換回路と前記電動発電機との間に設けられ、電気的に接続と遮断を切り替え可能な開放回路と、を有し、前記制御回路は、前記電動発電機が回転することにより発生する誘起電圧と前記直流電源の電源電圧とを比較し、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記開放回路により前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す。このため、駆動アシストまたは回生制動が行えて、車両の重量が増大することを抑えると共に、電動発電機から想定しない制動力等が発生することを防止することができる。

この発明の実施形態に係る車両動力補助システムにおける車両内の電動発電機の搭載箇所を示す図である。同車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。同電動発電機を搭載した従動輪およびその足回り部を示す断面図である。同電動発電機等を切断した箇所を示す斜視図である。同車両動力補助システムの概念構成を示すブロック図である。同車両動力補助システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。同制御装置における制御回路のブロック図である。同制御装置の電力変換回路および相開放回路を示すブロック図である。同制御回路が相開放回路に信号を出力する過程を示すフローチャートである。この発明の他の実施形態に係る制御装置の電力変換回路および母線開放回路を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムにおける車両内の電動発電機の搭載箇所を示す図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムにおける弱め磁束制御を概念的に示す図である。この発明のさらに他の実施形態に係り、スイッチング手段と並列にコンデンサまたはバリスタを接続した例を示す図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。この発明のさらに他の実施形態に係る車両動力補助システムの制御装置等を示すブロック図である。

この発明の実施形態に係る車両動力補助システムを図１ないし図９と共に説明する。
＜電動発電機の搭載箇所について＞
図１に示すように、この車両動力補助システムは、例えば、駆動輪の走行駆動を行う主駆動源１と機械的に非連結である従動輪を持つ車両に搭載される。図１の例では、車両は、前側の車輪４が駆動輪、後側の車輪５が従動輪となる前輪駆動車であり、主駆動源１が、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。この内燃機関は、クラッチ２、トランスミッション３等を介して前側の車輪（駆動輪）４に機械的に接続している。後側の左右の車輪（従動輪）５，５にそれぞれ電動発電機１４，１４を搭載している。各電動発電機１４は、変速機を用いないダイレクトドライブモータであり、電力を供給することで駆動アシスト力を発生し、また、車両の運動エネルギーを電力に変換することで発電する。

図２に示すように、この車両動力補助システムは、車両に搭載された直流電源１０と、車輪５を回転支持する車輪用軸受３１（図３）に支持された電動発電機１４と、この電動発電機１４を制御する制御装置３９とを備える。
＜車輪用軸受について＞
図３および図４に示すように、車輪用軸受３１は、固定輪である外輪３２と、複列の転動体３４と、回転輪である内輪３３とを有する。外輪３２に複列の転動体３４を介して内輪３３が回転自在に支持されている。内外輪３３，３４間の軸受空間には、グリースが封入されている。内輪３３は、外輪３２よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ３３ａを有する。外輪３２は、インボード側の端部において、ナックル等の足回りフレーム部品Ｎｋに図示外のボルトで取付けられている。なおこの明細書において、車両動力補助システムが車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

ハブフランジ３２ａのアウトボード側の側面には、ブレーキロータ３６と従動輪５のホイール５ａとが軸方向に重なった状態で、ハブボルト６により取り付けられている。ホイール５ａの外周に、車輪５のタイヤ５ｂが取り付けられている。ホイール５ａの軸方向幅内に、車輪用軸受３１全体が収まっている。なお、図示の車輪用軸受３１は、内輪回転タイプの第３世代型への適用例について示しているが、外輪回転タイプ、第１，第２世代型などの車輪用軸受であっても適用可能である。

＜ブレーキ３５について＞
ブレーキ３５は、ディスク式のブレーキロータ３６と、ブレーキキャリパ３７とを備える摩擦ブレーキである。ブレーキロータ３６は、平板状部３６ａと、外周部３６ｂとを有する。平板状部３６ａは、ハブフランジ３３ａに重なる環状で且つ平板状の部材である。外周部３６ｂは、平板状部３６ａから外輪３２の外周側へ延びる。外周部３６ｂは、平板状部３６ａの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる円筒状部３６ｂａと、この円筒状部３６ｂａのインボード側端から外径側に平板状に延びる平板部３６ｂｂとを有する。

ブレーキキャリパ３７は、ブレーキロータ３６の平板部３６ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。ブレーキキャリパ３７は、足回りフレーム部品Ｎｋに取付けられている。ブレーキキャリパ３７は、油圧式および機械式のいずれであってもよく、また電動モータ式であってもよい。

＜電動発電機１４について＞
この電動発電機１４は、駆動アシスト力および回生制動力を発生させる。電動発電機１４は、外輪３２の外周面に取付けられたステータ４１と、このステータ４１の外周側に位置する環状のロータ４２とを備える。この電動発電機１４は、アウターロータ型のＩＰＭ同期モータである。同期モータにおいて、ステータ４１の巻き線形式として分布巻、集中巻の各形式が採用できる。

ステータ４１は、コアと、このコアの各ティースに巻回されたコイル（図示せず）とを有する。ロータ４２は、回転ケース７と、この回転ケース７の内周に設けられる磁性体と、この磁性体に内蔵される図示外の永久磁石とを備え、回転ケース７がハブフランジ３３ａに取付けられている。ハブフランジ３３ａの外周面に、例えば、嵌合、溶接、または接着等により、回転ケース７のアウトボード側の内周面が固定されている。

電動発電機１４は、その全体が、ブレーキロータ３６の外周部３６ｂよりも小径である。さらに電動発電機１４におけるハブフランジ３３ａへの取付部を除く全体が、車輪用軸受３１のインボード側の車体取付面と、ハブフランジ３３ａとの間の軸方向範囲に位置する。このため、電動発電機１４を車輪用軸受３１に支持する際には、車輪５の周辺の減衰装置などの構造の変更が必要ない。さらに車輪用軸受３１についても、外輪３２以外の、内輪３３などの構成部品は既存品を流用できる。

＜回転角度検出器４５について＞
車輪用軸受３１は、内輪３３のハブフランジ３３ａと外輪３２との間に、ロータ４２の回転角度を検出する回転角度検出器４５を備える。この回転角度検出器４５は、内輪３３に設けられたエンコーダ部４５ａと、外輪３２に取付けられてエンコーダ部４５ａを読み取るセンサ部４５ｂとを有する。この回転角度検出器４５は、レゾルバ、ホール素子、光学式、磁気式など、形式および搭載位置を問わない。回転角度検出器４５で検出された回転角度から、電動発電機１４の回転速度を容易に算出し得る。

＜車両動力補助システムについて＞
図５は、この車両動力補助システムＳｍの概念構成を示すブロック図である。同図５に示すように、主駆動源１は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関、または電動発電機（電動モータ）、または両者を組み合わせたハイブリッド型の駆動源である。前記「電動発電機」は、回転付与による発電が可能な電動モータを称す。図示の例では、車両３０は、前側の車輪４が駆動輪、後側の車輪５が従動輪となる前輪駆動車であって、主駆動源１が内燃機関１ａと駆動輪側の電動発電機１ｂとを有するハイブッリド車（以下、「ＨＥＶ」と称することがある）である。

具体的には、駆動輪側の電動発電機１ｂが４８Ｖ等の中電圧で駆動されるマイルドハイブリッド形式である。ハイブリッドはストロングハイブリッドとマイルドハイブリッドとに大別されるが、マイルドハイブリッドは、主要駆動源が内燃機関であって、発進時や加速時等にモータで走行の補助を主に行う形式を言い、ＥＶ（電気自動車）モードでは通常の走行を暫くは行えても長時間行うことができないことでストロングハイブリッドと区別される。同図の例の内燃機関１ａは、クラッチ２および減速機３を介して駆動輪である車輪４のドライブシャフトに接続され、減速機３に駆動輪側の電動発電機１ｂが接続されている。

この車両動力補助システムＳｍは、従動輪である車輪５の回転駆動を行う走行補助用の電動発電機１４と、この電動発電機１４の制御を行う制御装置３９と、上位ＥＣＵ４０に設けられて制御装置３９に駆動および回生の制御を行わせる指令を出力する個別電動発電機指令手段８とを備える。

電動発電機１４は、制御装置３９を介して直流電源１０に電気的に接続されている。直流電源１０は、バッテリー（蓄電池）またはキャパシタ、コンデンサ等を用いることができ、その形式や車両３０への搭載位置は問わない。この実施形態では、車両３０に低電圧バッテリー５０および中電圧バッテリーが搭載され、前記中電圧バッテリーが直流電源１０に適用される。電動発電機１４は、ハブ輪である内輪３３（図３）にロータ４２（図３）が取付けられているため、電動発電機１４に車輪５の回転方向にトルクを発生するように電流を印加すると内輪３３（図３）が回転駆動され、逆に車輪５の回転方向と逆方向にトルクが発生するように電流を印加すると制動され、回生電力が得られる。

＜車両３０の制御系について＞
上位ＥＣＵ４０は、車両３０の統合制御を行う手段であり、トルク指令生成手段４３を備える。このトルク指令生成手段４３は、アクセルペダル等のアクセル操作手段５６およびブレーキペダル等のブレーキ操作手段５７からそれぞれ入力される操作量の信号及び車速等の車両の情報の信号に従ってトルク指令を生成する。この車両３０は、主駆動源１として内燃機関１ａおよび駆動輪側の電動発電機１ｂを備え、また二つの車輪５，５をそれぞれ駆動する二つの電動発電機１４，１４を備えるため、前記トルク指令を各駆動源１ａ，１ｂ，１４，１４に定められた規則によって分配するトルク指令分配手段４４が上位ＥＣＵ４０に設けられている。

内燃機関１ａに対するトルク指令は内燃機関制御手段４７に伝達され、内燃機関制御手段４７によるバルブ開度制御等に用いられる。駆動輪側の発電電動機１ｂに対するトルク指令は、駆動輪側電動発電機制御手段４８に伝達されて実行される。従動輪側の発電機１４，１４に対するトルク指令は、制御装置３９，３９に伝達される。トルク指令分配手段４４のうち、制御装置３９，３９へ出力する部分を個別電動発電機指令手段８と称している。この個別電動発電機指令手段８は、ブレーキ操作手段５７の操作量の信号に対して、電動発電機１ｂが回生制動により制動を分担する制動力の指令となるトルク指令を制御装置３９へ与える機能も備える。

図２および図５に示すように、制御装置３９は、電力変換回路１２と制御回路１６と相開放回路１３とを有する。また、制御装置３９には、電動発電機の回転速度を検出する速度検出器１５が電気的に接続されている。電力変換回路１２は、直流電源１０からの直流電力を交流電力に変換する回路であり、直流電源１０に電気的に接続されている。電動発電機１４が三相の交流電動発電機であれば、電力変換回路１２は、直流電力を三相の交流電圧に変換するインバータである。電力変換回路１２と電動発電機１４との間には、相開放回路１３が電気的に接続されている。この相開放回路１３は、電力変換回路１２と電動発電機１４を電気的に接続と遮断を切り替える機能を有する。

速度検出器１５は、回転角度検出器４５（図３）で検出された回転角度を微分等することで電動発電機１４の回転速度を算出する。制御回路１６は、速度検出器１５より電動発電機１４の回転速度を取得し、また電力変換回路１２に指令し電動発電機１４を駆動制御または回生制御し、相開放回路１３に接続または遮断を指令し得る。通常時には、相開放回路１３は接続状態となっている。制御回路１６は、取得した電動発電機１４の回転速度から、電動発電機１４の逆起電圧の大きさを推定し、電動発電機１４の逆起電圧による線間電圧のピーク電圧の大きさが、直流電源１０の電源電圧を超えると推定されたときに、相開放回路１３に切断するように指令を送る。

図６は、図５に示した車両動力補助システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。同図の例では、バッテリーとして低電圧バッテリー５０と、中電力バッテリーである直流電源１０とが設けられ、低電圧バッテリー５０，直流電源１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して接続されている。電動発電機１４は二つあるが、代表して一つで図示している。図５の駆動輪側の電動発電機１ｂは、図６では図示を省略しているが、従動輪側の電動発電機１４と並列に中電力系統に接続されている。低電圧系統には低電圧負荷５２が接続され、中電圧系統には中電圧負荷５３が接続される。低電圧負荷５２および中電圧負荷５３は、それぞれ複数あるが、代表して一つで示している。

低電圧バッテリー５０は、制御系等の電源として各種の自動車一般に用いられているバッテリーであり、例えば１２Ｖまたは２４Ｖとされる。低電圧負荷５２としては、内燃機関１ａ（図５）のスタータモータ、灯火類、上位ＥＣＵ４０（図５）およびその他のＥＣＵ（図示せず）等の基幹部品がある。低電圧バッテリー５０は電装補機類用補助バッテリーと称し、直流電源１０は電動システム用補助バッテリー等と称しても良い。

中電圧バッテリーである直流電源１０は、低電圧バッテリー５０よりも電圧が高く、かつストロングハイブリッド車等に用いられる高圧バッテリー（１００Ｖ以上、例えば２００〜４００Ｖ程度）よりも低く、かつ作業時に感電による人体への影響が問題とならない程度の電圧であり、近年マイルドハイブリッドに用いられている４８Ｖバッテリーが好ましい。４８Ｖバッテリー等の直流電源１０は、従来の内燃機関を搭載した車両に比較的容易に搭載することができ、マイルドハイブリッドとして電力による動力アシストや回生により、燃費低減することができる。

前記４８Ｖ系統の中電圧負荷５３は前記アクセサリー部品であり、前記駆動輪側の発電機である動力アシストモータ、電動ポンプ、電動パワーステアリング、スーパーチャージャ、およびエアーコンプレッサなどである。アクセサリーによる負荷を４８Ｖ系統で構成することで、高電圧（１００Ｖ以上のストロングハイブリッド車など）よりも動力アシストの出力が低くなるものの、乗員やメンテナンス作業者への感電の危険性を低くすることができる。電線の絶縁被膜を薄くすることができるので、電線の重量や体積を減らすことができる。また、１２Ｖよりも小さな電流量で大きな電力量を入出力することができるため、電動機または発電機の体積を小さくすることができる。これらのことから、車両の燃費低減効果に寄与する。

この車両動力補助システムは、こうしたマイルドハイブリッド車のアクセサリー部品に好適であり、動力アシストおよび電力回生部品として適用される。なお、従来よりマイルドハイブリッド車において、ＣＭＧ、ＧＭＧ、ベルト駆動式スタータモータ（いずれも図示せず）などが採用されることがあるが、これらはいずれも、内燃機関または動力装置に対して動力アシストまたは回生するため、伝達装置および減速機などの効率の影響を受ける。

これに対してこの実施形態の車両動力補助システムは、図５に示すように、従動輪である車輪５に対して搭載されるため、内燃機関１ａ等の主駆動源１とは切り離されており、電力回生の際には車体の運動エネルギーを直接利用することができる。また、ＣＭＧ、ＧＭＧ、ベルト駆動式スタータモータなどを搭載する際には、車両３０の設計段階から考慮して組み込む必要があり、後付けすることが難しいが、車輪５内に収まるこの車両用システムの電動発電機１４は、完成車であっても部品交換と同等の工数で取り付けることができ、内燃機関１ａのみの完成車に対しても４８Ｖのシステムを構成することができる。この実施形態の車両動力補助システムを搭載した車両に、図５の例のように別の補助駆動用の電動発電機１ｂが搭載されていても構わない。その際は車両３０に対する動力アシスト量や回生電力量を増加させることができ、さらに燃費低減に寄与する。

図７は、この制御装置３９における制御回路１６のブロック図である。
制御回路１６は、直流電源電圧取得手段１６ａ、電動発電機速度取得手段１６ｂ、相開放回路制御手段１６ｃ、電力変換回路制御手段１６ｄおよび切断閾値電圧算出手段１６ｅを有する。直流電源電圧取得手段１６ａは、直流電源１０の直流電圧（電源電圧）に等しい電力変換回路１２の入力電圧を取得する。電動発電機速度取得手段１６ｂは、速度検出器１５より電動発電機１４の回転速度を取得する。

相開放回路制御手段１６ｃは、相開放回路１３へ切断指令信号または接続指令信号を出力する。相開放回路１３は、指令信号に従い電力変換回路１２と電動発電機１４間を電気的に切断または接続する。
電力変換回路制御手段１６ｄは、車両の状況に合わせて、直流電源１０から電動発電機１４へ電力を供給し駆動する信号、または、電動発電機１４から直流電源１０へ電力を回生し発電する信号を電力変換回路１２へ出力する。切断閾値電圧算出１６ｅは、電動発電機速度取得手段１６ｂから得た回転速度より相開放回路１３を切断する電源電圧（切断閾値電圧）を算出する。

図８は、この制御装置３９の電力変換回路１２および相開放回路１３を示すブロック図である。同図は、従動輪片側のみに対応する電力変換回路１２および相開放回路１３を示す。電動発電機１４は、三相の交流電動発電機である。電力変換回路１２は、コンデンサ２１および六個のスイッチング素子２２で構成されている三相のインバータであり、直流電源１０からの直流電力を三相交流電力に変換する。相開放回路１３は、電力変換回路１２と電動発電機１４との間で各相にそれぞれ設けられた三個の半導体スイッチング素子２３から成るスイッチング手段で構成されている。制御回路１６（図７）の指令により三個の半導体スイッチング素子２３を全てオンにすると電力変換回路１２と電動発電機１４が接続され、三個の半導体スイッチング素子２３を全てオフにすると遮断される。この相開放回路１３は、電力変換回路１２の異常発生時に、電力変換回路１２と電動発電機１４とを電気的に切り離すことができるので、電動発電機１４から想定しない駆動力または制動力が発生することを防止し得る。

電動発電機１４の回転速度が上昇して電動発電機１４の線間に発生する誘起電圧が大きくなり、その誘起電圧が電源電圧を超えると、電動発電機１４の電力が直流電源１０に流れ込み、電動発電機１４から想定しない制動力が発生する。その制動力が発生する前に、相開放回路１３を使用し、電力変換回路１２と電動発電機１４間を電気的に切断する必要がある。このため、電動発電機１４の誘起電圧を推定した値から切断する閾値電圧を決定し、直流電源１０の電源電圧と比較する。

誘起電圧の大きさは回転速度に比例するため、回転速度に誘起電圧定数を乗算することで誘起電圧を推定することができる。回転速度と誘起電圧定数との関係は、予め、試験またはシミュレーション等により定められている。実際には、誘起電圧だけでなく、電動発電機１４と直流電源１０間のスイッチング素子２２，２３の電圧降下を考慮し、誘起電圧の推定値にスイッチング素子２２，２３の電圧降下を減算した値を、切断する電源電圧の閾値とする。

＜フローチャート＞
図９は、制御回路が相開放回路に信号を出力する過程を示すフローチャートである。図７も適宜参照しつつ説明する。
本処理開始後、直流電源電圧取得手段１６ａが直流電源１０の直流電圧を取得し（ステップＳ１）、電動発電機速度取得手段１６ｂが電動発電機１４の回転速度を取得する（ステップＳ２）。次に、切断閾値電圧算出１６ｅは、ステップＳ２で取得した回転速度に誘起電圧定数を乗算し、誘起電圧の推定値を算出する。

また切断閾値電圧算出１６ｅは、誘起電圧の推定値に対し、電動発電機１４と直流電源１０間のスイッチング素子２２，２３（図８）の電圧降下を考慮した値を減算し、ステップＳ４で用いる切断閾値とする。スイッチング素子一個あたりの電圧降下は概ね２Ｖから０Ｖの間でありパワー素子の種類により異なる。切断閾値電圧算出１６ｅは、直流電源１０と電動発電機１４との間にある全てのスイッチング素子２２，２３（図８）の電圧降下を減算する（ステップＳ３）。

次に、相開放回路制御手段１６ｃは、ステップＳ１で計測した電源電圧とステップＳ３で算出した切断閾値を比較する（ステップＳ４）。電源電圧が切断閾値よりも小さいとき（ステップＳ３：ＹＥＳ）、相開放回路制御手段１６ｃは、相開放回路１３へ切断指令信号を出力する（ステップＳ５）。電源電圧が切断閾値以上のとき（ステップＳ３：ＮＯ）、相開放回路制御手段１６ｃは、相開放回路１３へ接続指令信号を出力する（ステップＳ６）。その後、ステップＳ１に戻る。

＜作用効果＞
以上説明した車両動力補助システムによれば、車輪５を回転支持する車輪用軸受３１に電動発電機１４が支持されるため、ドライブシャフト、ディファレンシャルギヤおよびクラッチなどが不要であり、駆動アシスト力を与えるための構成が簡易で済み、前記構造体を備えた従来例よりも、車両の重量が増大することを抑えることができる。

車両の運転時において、制御回路１６は、電動発電機１４が回転することにより発生する誘起電圧と直流電源１０の電源電圧とを比較する。車両の走行速度が高速となり誘起電圧が電源電圧を超えるとき、相開放回路１３により電動発電機１４と直流電源１０とを電気的に切り離す。これにより、電動発電機１４から電力変換回路１２等を経由して直流電源１０側へ電力が流れ込むことを防止する。したがって、電動発電機１４から想定しない制動力が発生することを防止することができる。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１０に示すように、開放回路は、直流電源１０と電力変換回路１２との間に、半導体スイッチング素子２０から成るスイッチング手段で構成された母線開放回路１１を備えたものであってもよい。この場合、制御回路１６（図５）の指令により、半導体スイッチング素子２０をオンまたはオフすることで、電力変換回路１２から直流電源１０への電力供給を許可または遮断し得る。

この構成によると、母線開放回路１１を、直流電源１０の正負に対し制御装置３９を適正な接続方向とは逆に接続することを防止する逆接防止回路として使用できる。また直流電源１０と電力変換回路１２との間の母線開放回路１１は、例えば、図８の相開放回路１３の構成に比べて、半導体スイッチング素子の個数を少なくできコスト低減を図れる。

相開放回路１３、母線開放回路１１のスイッチング手段は、開閉接点、例えばリレーの接点部であってもよい。前記リレーのコイル部は、例えば、制御回路１６（図５）に設けられ、この制御回路１６（図５）の指令により前記コイル部に電圧を印加し前記接点部をオンにすることで、電動発電機、直流電源間の電力供給を許可する。制御回路１６（図５）の指令により前記接点部をオフにすることで、電動発電機、直流電源間の電力供給を遮断する。
各車両動力補助システムは、電動発電機１４が駆動アシスト力および回生制動力を発生させる構成であるが、回生制動力のみ発生させるシステムとしてもよい。

図１１に示すように、駆動輪である車輪４を回転支持する車輪用軸受に電動発電機１４を設け、この電動発電機１４を前述の制御装置３９（図２等）により制御する車両動力補助システムとしてもよい。その他、駆動輪である車輪４を回転支持する車輪用軸受のみに電動発電機１４を設けた車両動力補助システムとしてもよい。

電動発電機の回転速度が増加したときに電動発電機の巻線コイルを通過する磁束の量を減少させることで誘起電圧を減少させる制御（特許文献２）が知られており、この制御といずれかの実施形態の車両動力補助システムを併用してもよい。この磁束の量を減少させる制御はいくつかある。例えば、永久磁石を減磁する方向に巻線コイルに電流を流すことで、磁束の量を減らす弱め磁束制御と言われる制御がある。

図１２に示すように、インナーロータ、極数二の三相同期モータの場合を例にして具体的に説明する。図１２（ａ）に示すように、Ｎ極とＳ極の永久磁石５８が三つの巻線コイルに対向しており、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする。図１２（ｂ）に示すように、それぞれの巻線コイルに電流を流すと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線コイルより、磁束φｕ，φｖ，φｗがそれぞれ発生する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、隣り合う相間で１２０度の角度があるので、同期モータの中心を原点とした磁束ベクトルで考えると、磁束ベクトルの和が巻線コイルの合成磁束φｕｖｗとなる。

図１２（ｃ）に示すように、永久磁石の磁束をφｍとする。ロータは回転するので、ロータに取り付けられた永久磁石５８も回転するため、永久磁石５８の磁束φｍも回転する。永久磁石５８の磁束と同じ向きであるｄ軸、このｄ軸と直角向きのｑ軸とするｄｑ軸座標系を考え、巻線コイルの合成磁束φｕｖｗのｄ軸成分φｄとｑ軸成分φｑに分解する。このときのマグネットトルク（永久磁石により発生するトルク）を考えると、φｑはマグネットトルクと比例し、φｄはマグネットトルクに関係しない。

なぜなら、φｑとφｍはモータの回転方向に対して引力あるいは斥力を発生することで電動発電機にトルクを発生するのに対して、φｄとφｍは同じ向きなので引力あるいは斥力が発生してもモータの回転方向に対して直角方向にトルクが発生するためである。電動発電機の回転速度が上昇したときに、回転速度およびφｍに比例した誘起電圧が発生するが、φｄとφｍは同じ向きなのでφｍを打ち消すようにφｄを−φｍに近づければ、磁束の量を減らすことができ誘起電圧を減少することができる。

上記の弱め磁束制御を数式にて説明する。
正弦着磁されたＹ型結線の三相同期モータの電圧と電流の関係を表す回路方程式は下式となる。

ただし、Ｒ_１は相抵抗、Ｌ_１は自己インダクタンス、ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは、それぞれＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流、ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗはそれぞれＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧、θは電気角、Ｍ_１は各相間の相互インダクタンス、φ´は電気子鎖交磁束、ｓはラプラス演算子である。
上式をｄｑ軸座標系に変換すると下式になる。

上式は、電気角速度ω_２ｎが一定値の場合、ｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑのグラフを描画すると、楕円の内側となる。電気角速度が大きくなると前記楕円の径は小さくなる。このとき、ｄ軸電流ｉ_ｄを−φ／Ｌ_ｄの値に近づければ上式の第二項が小さくなることがわかる。Ｌ_ｄｉ_ｄは巻線コイルで発生するｄ軸の磁束を意味しており、ｄ軸の磁束を−φに近づけることと同義である。

ｄ軸の磁束を−φに単純に一致させるのはよくない。なぜなら、ｄ軸に電流を流すと全体の電流が増加し、電動発電機の銅損が増加するためである。よって、電動発電機の回転速度の増加に合わせて徐々にｄ軸の磁束を−φに近づけることが望ましい。また、上記の式は理想的なモデルに対して計算した結果であり、実際の電動発電機は単純ではない。例えば、温度または回転速度などによりφ、Ｌ_ｄ、Ｌ_ｑは変動することが知られている。ｄ軸電流をどのように変化させるかは実際の電動発電機で試験を行い決定するのが一般的である。

弱め磁束制御により誘起電圧を減少することは可能であるが、トルクに関係しない電流を電動発電機に流し続ける必要があるため、無駄に電力を消費し電動発電機の発熱が大きくなる課題がある。よって、いずれかの実施形態のインバータの遮断と併用するのが効果的である。車両が高速で走行中に、相開放回路１３（図８）あるいは母線開放回路１１（図１０）にて電動発電機、直流電源間が切断状態にあるとき、制御装置３９（図８，図１０）は、駆動アシストするときスイッチング手段をオンにして接続状態に切り替えると同時に、弱め磁束制御により誘起電圧を抑制しながら電動発電機により駆動アシスト力を発生させる。制御装置３９（図８，図１０）は、駆動アシストが完了すればスイッチング手段をオフにして電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す。

逆に、回生時には、制御装置３９（図８，図１０）は、相開放回路１３（図８）あるいは母線開放回路１１（図１０）を接続状態にすると同時に弱め磁束制御により誘起電圧を抑制しながら回生し電力を直流電源に回収し、回生が完了すればスイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す。このように、トルクに関係しない電流を電動発電機に流し続けることがなく、無駄な電力消費を抑え、電動発電機の発熱を低減することができる。

弱め磁束制御といずれかの実施形態に係る車両動力補助システムとを併用する場合、駆動アシストまたは回生をしていない状態でも誘起電圧を抑制するため、電流を流し続ける必要がある。図８の相開放回路１３を使用して電力変換回路１２と電動発電機１４の間を切断する場合、電動発電機１４の巻線コイルが誘導性負荷となるため、大きな電流が流れている状態でスイッチング素子２３を切断するとスパイク状の高電圧の逆起電圧が発生し、スイッチング素子２３の耐電圧を超えるとスイッチング素子２３に異常が発生する課題がある。

そこで、図１３に示すように、スイッチング素子２３と並列に、コンデンサ５９（図１３（ａ））、コンデンサ５９および抵抗６０（図１３（ｂ））、またはバリスタ６１を接続することで、スイッチング素子２３に、耐電圧を超える高電圧が発生することを未然に防止することができる。
図１３に示すようにコンデンサ５９等の追加部品を接続する場合、前述の各実施形態よりもコストアップとなる。コンデンサ５９等の追加部品を接続することなく高い電圧に耐えるスイッチング素子を選定することも考えられるが、この場合、スイッチング素子のオン抵抗が大きくなり損失が大きくなる、あるいは、コストアップとなる課題がある。

これを解決する技術として、制御回路は、誘起電圧が電源電圧を超え、且つ、後述する検出手段で検出される電流がゼロのとき、スイッチング手段をオフにして電動発電機と直流電源とを電気的に切り離せばよい（特許文献３）。図１４に示すように、電動発電機１４が回転している場合、スイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃに流れる電流は交流なので、必ず電流がゼロになる点がある。例えば、スイッチング素子２３ａに流れる電流がゼロになったときにこのスイッチング素子２３ａをオフにし、続いてスイッチング素子２３ｂとスイッチング素子２３ｃに流れる電流がゼロもしくは十分に小さい値になったらスイッチング素子２３ｂとスイッチング素子２３ｃをオフにすると、スパイク状の高電圧の逆起電圧が発生しない。上記説明では、スイッチング素子２３ａを最初にオフにしたが、スイッチング素子２３ｂあるいはスイッチング素子２３ｃを最初にオフにしてもよい。

図１０の場合、母線開放回路１１は直流なので、スイッチング素子２０を流れる電流がゼロになるとは限らない。そのため、図１０の場合は、意図的に電流ゼロの状態を発生させてからスイッチング素子２０を切断する。具体的には、スイッチング素子２０を流れる電流が電動発電機１４に流れていた場合、回生動作に切り替えると、電流の向きが切り替わる。逆に、スイッチング素子２０を流れる電流が直流電源１０側に流れていた場合、駆動アシスト動作に切り替えることで、電流の向きが切り替わる。スイッチング素子２０を流れる電流の向きが切り替わる瞬間に電流がゼロとなるので、スイッチング素子２０をオフすることが可能となる。

なお、電流がゼロの状態は、電流が完全にゼロの状態でなくても、電流を遮断したときに発生する逆起電圧が、スイッチング素子２３（図８）の耐電圧を超えない範囲の微小な電流であってもよい。「電流ゼロ」と表記した場合、十分小さな電流の状態を含むものとする。
電流ゼロを検出する検出手段として、電流センサを使用してもよい。電流センサは、電流から発生する磁束を検出するホール式電流センサ、あるいは、シャント抵抗を設置し、シャント抵抗の端子間に発生する電圧降下を検出するセンサでもよい。電動発電機の制御に電流を使用する場合、電流センサが設置されるので、この制御に使用する電流センサを使用して電流ゼロを検出するセンサとしてもよい。

＜電流センサ等の設置例＞
図１４に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に電流センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを設置し、制御回路１６（図７）は、電流センサ２４ａ（２４ｂ，２４ｃ）の電流ゼロを検出した場合スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）の切断が可能と判断することができる。

図１５に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗのうちのいずれか二相に電流センサ２４ａ，２４ｂを設置してもよい。この場合、前述の電流センサ設置例よりも電流センサの数が減り、コストダウンとなる利点があるが、スイッチング素子２３ｃの電流ゼロの検出に演算が必要となる。スイッチング素子２３ａ，２３ｂの電流ゼロ検出動作は前述（図１４）の説明と同じなので省略する。ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを、それぞれＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流とすると、ｉ_ｕ＋ｉ_ｖ＋ｉ_ｗ＝０の関係があるので、制御回路は、（電流センサ２４ａの電流値）＋（電流センサ２４ｂの電流値）の演算結果がゼロを検出した場合、スイッチング素子２３ｃが切断していると判断することが可能である。

図１６に示すように、スイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのグラウンド側に電流センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを設置してもよい。この場合、図１４の例と比較すると、各電流センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの片側がグラウンドに設置されるため、電流センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃに印加される電圧が低くなる利点がある。図１６の回路構成の場合、電流センサ２４ａ（２４ｂ，２４ｃ）の値は、対応する電力変換回路１２の下側スイッチング素子２２ｄ（２２ｅ，２２ｆ）に電流が流れているときだけ相電流と一致する電流値を示す。

逆に、対応する下側のスイッチング素子２２ｄ（２２ｅ，２２ｆ）に電流が流れないときは、他の電流センサの値から算出できる場合と、算出できない場合がある。通常、相電流の変化量よりスイッチング素子のスイッチング周期が十分に短いので、下側のスイッチング素子２２ｄ（２２ｅ，２２ｆ）がオンする状態のときだけ電流センサ２４ａ（２４ｂ，２４ｃ）の値をサンプリングし、その値がゼロクロスするとき（電流の向きが反転するとき）に、スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）を流れる電流がゼロになったとし、スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）の切断が可能と制御回路が判断することができる。

図１７に示すように、電力変換回路１２における各相のスイッチング素子のうち、グラウンド側のスイッチング素子のいずれか二つのグラウンド側にそれぞれ電流センサ２４ａ，２４ｂを設置してもよい。この図１７の例では、スイッチング素子２２ｄ，２２ｅのグラウンド側にそれぞれ電流センサ２４ａ，２４ｂを設置している。スイッチング素子２３ａ，２３ｂの電流ゼロ検出動作は前述（図１６）の説明と同じなので省略する。

下側のスイッチング素子２２ｄ，２２ｅが同時にオンする状態のときに電流センサ２４ａ，２４ｂの値をサンプリングし、（電流センサ２４ａの電流値）＋（電流センサ２４ｂの電流値）を演算し、演算結果がゼロクロスするとき（電流の向きが反転するとき）に、スイッチング素子２３ｃを流れる電流がゼロになったとし、スイッチング素子２３ｃの切断が可能と制御回路が判断し得る。

図１８に示すように、電力変換回路１２におけるスイッチング素子のグラウンド側に電流センサ２４を一つ設置してもよい。この場合、前述の例（図１６あるいは図１７）と比較すると、電流センサの数が減りコストダウンとなる。スイッチング素子２３ａを流れる電流は、下側のスイッチング素子２２ｄがオンし、かつ、上側のスイッチング素子２２ｂ，２２ｃの両方がオンしているときに電流センサ２４の値で電流ゼロを検出し、もしくは、上側のスイッチング素子２２ａがオンし、かつ、下側のスイッチング素子２２ｅ，２２ｆの両方がオンしているときに電流センサ２４の値で電流ゼロを検出し得る。

この場合、前述の例（図１６）と同様に常時電流を検出することができないので検出した値をサンプリングし、検出した電流がゼロクロスするとき（電流の向きが反転するとき）に、スイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃそれぞれを流れる電流がゼロになった、もしくは十分ゼロに近い値になったとし、スイッチング素子２３ａの切断が可能と制御回路が判断し得る。スイッチング素子２３ｂを流れる電流とスイッチング素子２３ｃを流れる電流の演算方法も同様なので省略する。

電流ゼロを検出する検出手段として、電流センサを使用せず、スイッチング素子２３（図８）あるいはスイッチング素子２０（図１０）の端子間電圧を電圧センサで検出し電流ゼロを検出してもよい。スイッチング素子に電流が流れると端子間に電圧が発生するため、スイッチング素子の端子間電圧がゼロもしくは十分ゼロに近い値であれば電流ゼロと判断してもよい。

例えば、図１９に示すように、スイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃの端子間電圧をそれぞれ検出してもよい。スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）の端子間電圧を検出手段である電圧センサ２５ａ（２５ｂ，２５ｃ）で検出し、電圧センサ２５ａ（２５ｂ，２５ｃ）の値がゼロもしくは十分ゼロに近い値であれば、スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）の切断が可能と制御回路が判断し得る。

図２０に示すように、三相のスイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうちいずれか二相のスイッチング素子（この例では２３ａ，２３ｂ）の端子間電圧を検出してもよい。スイッチング素子２３ａ，２３ｂの電流ゼロの検出は前述の通りなので説明を省略する。スイッチング素子２３ｃの電流ゼロの検出は、スイッチング素子２３ａの端子間電圧と、スイッチング素子２３ｂの端子間電圧の和がゼロもしくは十分にゼロに近い値であれば、スイッチング素子２３ｃの切断が可能と制御回路が判断し得る。

図２１に示すように、電力変換回路１２のスイッチング素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの端子間電圧をそれぞれ検出してもよい。電圧センサ２５ａ（２５ｂ，２５ｃ）の値は、電力変換回路１２の下側のスイッチング素子２２ｄ（２２ｅ，２２ｆ）がオンのとき有効である。通常、相電流の変化量よりスイッチング素子２２のスイッチング周期が十分に短いので、下側のスイッチング素子２２ｄ（２２ｅ，２２ｆ）がオンする状態のときだけ電圧センサ２５ａ（２５ｂ，２５ｃ）の値をサンプリングし、その値がゼロクロスするとき（電流の向きが反転するとき）に、スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）を流れる電流がゼロになったとし、スイッチング素子２３ａ（２３ｂ，２３ｃ）の切断が可能と制御回路が判断し得る。

誘起電圧を減少させる他の技術として、油圧などで部材を移動し、磁路を通過する磁束を減少させる界磁を可変とした機構が知られており、この機構といずれかの実施形態の車両動力補助システムを併用してもよい。界磁を可変とする機構として、例えば、特許文献４の磁石式ブラシレス電動機は、ロータの永久磁石を二列有し、二列の磁極の位相をずらすことで、巻線コイルを通過する鎖交磁束を変化させている。また、特許文献５の油圧界磁制御回転電機では、油圧にて回転子の界磁磁束を変化させる機構を有している。いずれも、低速回転時は磁束を増加させ高トルクの高速回転時は磁束を減少させ高回転運動を両立させている。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…主駆動源
４…車輪（駆動輪）
５…車輪（従動輪）
１０…直流電源
１１…母線開放回路
１２…電力変換回路
１３…相開放回路
１４…電動発電機
１６…制御回路
２０，２３…半導体スイッチング素子
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…電流センサ（検出手段）
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…電圧センサ（検出手段）
３１…車輪用軸受
３９…制御装置
５９…コンデンサ（サージ保護部品）
６１…バリスタ（サージ保護部品）

Claims

車両に搭載された直流電源と、
前記車両の車輪を回転支持する車輪用軸受に支持され、前記直流電源から電力を供給することで前記車輪を回転駆動可能な駆動アシスト力、または前記直流電源へ電力を回生する回生制動力を発生させる電動発電機と、
この電動発電機を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
この電力変換回路を制御する制御回路と、
前記直流電源と前記電力変換回路との間、または前記電力変換回路と前記電動発電機との間に設けられ、電気的に接続と遮断を切り替え可能な開放回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記電動発電機が回転することにより発生する誘起電圧と前記直流電源の電源電圧とを比較し、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記開放回路により前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す車両動力補助システム。
請求項１に記載の車両動力補助システムにおいて、前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に非連結の車輪である従動輪を支持する軸受である車両動力補助システム。
請求項１に記載の車両動力補助システムにおいて、前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に連結された車輪である駆動輪を支持する軸受である車両動力補助システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両動力補助システムにおいて、前記開放回路は、前記直流電源と前記電力変換回路との間に、スイッチング手段で構成された母線開放回路を備え、
前記制御回路は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記母線開放回路を使用して前記直流電源と前記電力変換回路とを電気的に切り離す車両動力補助システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両動力補助システムにおいて、前記開放回路は、前記電力変換回路と前記電動発電機との間に、スイッチング手段で構成された相開放回路を備え、
前記制御回路は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超えるとき、前記相開放回路を使用して前記電力変換回路と前記電動発電機とを電気的に切り離す車両動力補助システム。
請求項４または請求項５に記載の車両動力補助システムにおいて、前記スイッチング手段と並列にサージ保護部品を接続した車両動力補助システム。
請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両動力補助システムにおいて、前記スイッチング手段を流れる電流を検出する検出手段を備え、前記制御回路は、前記誘起電圧が前記電源電圧を超え、且つ、前記検出手段で検出される電流がゼロのとき、前記スイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離す車両動力補助システム。
請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両動力補助システムにおいて、前記制御装置は、前記車両の高速走行時に定められた条件を充足するとき、前記スイッチング手段をオフにして前記電動発電機と前記直流電源とを電気的に切り離し、前記定められた条件を充足しないとき、前記スイッチング手段をオンにし且つ弱め磁束制御を行いながら駆動アシストまたは回生制御を行う車両動力補助システム。