JP2021069230A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の異常が検知された場合、走行用のモータを有効に活用に電源の残電力を速やかに放電することのできる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、電源、電源の電力によって動作する走行用のモータ、および、モータを制御する制御器を備えている。モータは、ロータの外周面がステータの内周面に接触するようにロータの回転軸をステータの中心線に対して相対的に偏心させる偏心機構を備えている。制御器は、電源の異常を検知した場合、偏心機構によりロータの外周面をステータの内周面に接触させた状態でモータを駆動する。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備えている電気自動車に関する。特に、電源の異常を検知した場合に電源の残電力を速やかに放電することのできる電気自動車に関する。

電気自動車は、電源の異常を検知した場合には、電源の残電力を速やかに消費し（放電し）、電源電圧を安全な電圧まで下げる機能を有していることが望ましい。特許文献１に開示された電気自動車では、電池（電源）の異常を検知した場合、電池冷却用のファンのモータを駆動して電池電力を消費する技術が開示されている。

なお、本明細書における電気自動車は、走行用のモータを備えている自動車の全てを含む。すなわち、本明細書における電気自動車には、走行用のモータとエンジンを備えているハイブリッド車、モータの電源として燃料電池を備えている燃料電池車が含まれる。

特開２００１−４３９０２号公報

冷却用のファンのモータでは、電源電圧を速やかに下げるには、消費電力が小さい。電気自動車は、走行用のモータを搭載しており、走行用のモータは他の車載機器に比較して消費電力が大きい。本明細書は、電源の異常が検知された場合、走行用のモータを有効に活用に電源の残電力を速やかに放電することのできる技術を提供する。

走行用のモータであっても無負荷で駆動しては消費電力が大きくならない。そこで、本明細書が開示する技術では、走行用のモータに、ロータの外周面がステータの内周面に接触するようにロータの回転軸をステータの中心線に対して相対的に偏心させる偏心機構を付加する。そして、モータの制御器は、電源の異常を検知した場合、偏心機構によりロータの外周面をステータの内周面に接触させた状態でモータを駆動する。本明細書の電気自動車では、電源の異常を検知した場合、ロータの外周面をステータの内周面に接触させ、負荷を加えた状態でモータを駆動する。負荷を加えることでモータの消費電力が増え、電源の残電力を速やかに放電することができる。すなわち電源の電圧を速やかに安全なレベルまで下げることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車の模式的ブロック図である。 フロントモータの構造を示す模式的断面図である（ステータの偏心なし）。 フロントモータの構造を示す模式的断面図である（ステータの偏心あり）。

図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１に電気自動車２の模式的ブロック図を示す。電気自動車２は、走行用の２個のモータ（フロントモータ２０、リアモータ４０）を備えている。フロントモータ２０は、ギアボックス１０に収容されており、リアモータ４０はギアボックス３０に収容されている。図１では、電気自動車２の輪郭を仮想線で示している。また、図１における点線は信号線を表している。

また、電気自動車２は、バッテリ３、制御器４、インバータ５、６を備えている。バッテリ３には、インバータ５、６が接続されている。インバータ５は、ギアボックス１０の上に固定されている。インバータ５は、バッテリ３の直流電力をフロントモータ２０の駆動電力に変換し、フロントモータ２０へ供給する。インバータ６は、バッテリ３の直流電力をリアモータ４０の駆動電力に変換し、リアモータ４０へ供給する。フロントモータ２０、リアモータ４０は三相交流モータであり、それらモータの駆動電力とは三相交流電力である。

バッテリ３の出力電圧が１００ボルト以上である。フロントモータ３０の駆動電圧は１００ボルト以上である。フロントモータ３０の駆動電力がバッテリ３の出力電圧よりも大きい場合がある。そのような場合には、インバータ５は、直流交流変換回路の前段に昇圧コンバータを備える。

フロントモータ２０を収容しているギアボックス１０には、フロントモータ２０と前輪との間に連結されているクラッチとギアセットも収容されている。同様にリアモータ４０を収容しているギアボックス３０には、リアモータ４０と後輪の間に連結されているクラッチとギアセットも収容されている。

制御器４は、不図示のアクセル開度センサと車速センサのセンサ信号に基づいて、フロントモータ２０とリアモータ４０のそれぞれの目標出力を算出する。算出された目標出力はインバータ５、６に送られる。インバータ５（６）は、目標出力が実現するように、フロントモータ２０（リアモータ４０）の駆動電力を生成し、生成した駆動電力をフロントモータ２０（リアモータ４０）へ供給する。

バッテリ３には、バッテリ３の異常を検知する監視装置７が備えられている。監視装置７は、バッテリ３の温度、出力電流、出力電圧などから、バッテリ３で異常が発生しているか否かを監視する。監視装置７は、バッテリ３の異常を検知すると、その旨を制御器４へ通知する。

制御器４は、バッテリ３の異常を検知すると、異常が発生したことを示す警告ランプを点灯させるとともに、バッテリ３の電圧を速やかに下げるべく、フロントモータ２０とインバータ５に緊急指令を送信する。詳しくは後述するが、制御器４は、バッテリ３で異常が検知された場合、フロントモータ２０を前輪から切り離した上で、フロントモータ２０に負荷を加えつつフロントモータ２０を駆動する。そうすることで、バッテリ３の残電力を速やかに放電し、バッテリ３の出力電圧を安全なレベルまで下げる。

電気自動車２には、バッテリ３の電力で動作する他の電気デバイス（エアコンのコンプレッサや、ヒータなど）も備えられているが、それらの図示は省略した。

図２に、フロントモータ２０の構造を示す模式的断面図を示す。図２には、フロントモータ２０の主要部品のみを断面で示してあり、その他の部品は模式的に矩形で示してある。

フロントモータ２０は、出力軸２１に取り付けられたロータ２２、ロータ２２の外側を囲むステータ２３、偏心機構２６を備えている。出力軸２１は、ベアリング２４によって回転支持されている。なお、図２の左側には、出力軸２１、ロータ２２、ステータ２３を、出力軸２１に直交する平面でカットした断面図も示してある。

フロントモータ２０の出力軸２１は、クラッチ１２を介してギアボックス１０内のギアセット１３の入力端に連結されている。ギアセット１３の出力端にはドライブシャフト１５が連結されている。ドライブシャフト１５は、デファレンシャルギア１６を介して前輪１７に連結されている。

クラッチ１２を解放することで、前輪１７をフロントモータ２０から切り離すことができる。走行時にはクラッチ１２を係合し、前輪１７をフロントモータ２０に連動させる。

図２の一転鎖線はステータ２３の中心線ＣＬを示している。通常は、ステータ２３の中心線ＣＬは、ロータ２２の回転軸線（すなわち出力軸２１）と同心である。図２に示されているように、ロータ２２とステータ２３の間には、ロータ２２の周方向に沿って一様なギャップＧが確保されている。

偏心機構２６は、ステータ２３を支持している。偏心機構２６は、油圧装置であり、中心線ＣＬをロータ２２の回転軸（すなわち出力軸２１）から偏心させるように、中心線ＣＬに対して直交方向にステータ２３を移動させることができる。

図３に、ステータ２３を偏心させたときのフロントモータ２０の構造を示す。図３の左側に、ロータ２２とステータ２３を出力軸２１に直交する平面でカットした断面図も示してある。図３は、ロータ２２の外周面がステータ２３の内周面に接触するようにステータ２３の中心線ＣＬをロータ２２の回転軸（出力軸２１）に対して相対的に偏心させた状態を示している。図３の矢印線Ｐが示す箇所で、ロータ２２の外周面がステータ２３の内周面に接している。

図３の状態では、クラッチ１２は開放されており、フロントモータ２０は前輪１７から切り離されている。図３の状態でフロントモータ２０を駆動すると、ロータ２２はステータ２３と摺動しつつ回転することになる。すなわち、フロントモータ２０は、前輪１７以外の手段で負荷を加えられながら回転する。

バッテリ３で異常が検知された場合、バッテリ３の残電力を速やかに放電し、バッテリ３の出力電圧を安全なレベルに下げることが望ましい。そこで、制御器４は、バッテリ３の異常を検知した場合、偏心機構２６によってロータ２２の外周面をステータ２３の内周面に接触させた状態でフロントモータ２０を駆動する。なお、制御器４は、このとき、クラッチ１２を解放し、フロントモータ２０を前輪１７から切り離す。

フロントモータ２０は、ロータ２２の外周面がステータ２３の内周面に接触した状態で回転する。このことは、フロントモータ２０が負荷を加えられながら回転することを意味する。負荷が加わっているので、フロントモータ２０は空転する場合と比較して消費電力が大きい。負荷が加わったフロントモータ２０を駆動することで、バッテリ３の電力を速やかに消費することができる。すなわち、バッテリ３の出力電圧を速やかに下げることができる。このとき、クラッチ１２は開放されている。すなわち、バッテリ３の異常が検知された場合、制御器４は、前車１７をフロントモータ２０から切り離しつつ、ロータ２２とステータ２３を接触させることで負荷を高めてフロントモータ２０を駆動する。前輪１７をフロントモータ２０から切り離してあるので、フロントモータ２０を駆動しても前輪１７は回転しない。

電気自動車２には、フロントモータ２０の他にも、バッテリ３の電力で動作するデバイス（例えば、エアコンのコンプレッサや、ヒータ）を搭載している。しかし、それらのデバイスを使ってバッテリ３の電力を消費するよりも、負荷を加えたフロントモータ２０を駆動させる方が、バッテリ３の消費電力が大きい。従って、バッテリ３で異常が検知された場合に負荷を加えたフロントモータ２０を駆動してバッテリ３の電力を消費する方が、バッテリ３の電圧を速やかに下げることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。フロントモータ２０の代わりに、走行用のモータであるリアモータ４０に偏心機構を付加し、リアモータ４０でバッテリ３の残電力を放電するようにしてもよい。あるいは、バッテリ３の異常が検知された場合、フロントモータ２０とリアモータ４０の双方を、負荷を加えつつ駆動してもよい。

ステータ２３の中心線ＣＬをロータ２２の回転軸（出力軸２１）に対して相対的に偏心させる偏心機構は、図３に示すようにステータ２３を動かしてもよいし、逆に、ステータ２３を固定してロータ２２を出力軸２１に直交する方向に動かすものであってもよい。

ロータの外周面がステータの内周面に接触するようにロータの回転軸をステータの中心線に対して相対的に偏心させる偏心機構は、油圧以外の手段で構成されてもよい。

本明細書が開示する技術は、走行用にモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車に適用することもできる。また、バッテリのかわりに燃料電池で走行用のモータを駆動する燃料電池車に適用することもできる。特に、燃料電池では、燃料の供給を停止してもセル内に残存する燃料でしばらくは発電が続く。本明細書が開示した技術を用いることで、燃料電池の残存燃料で生成される電力を速やかに消費することができる。すなわち、本明細書が開示する技術を適用することで、異常が検知された燃料電池の出力電圧を速やかに下げることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車 ３：バッテリ ４：制御器 ５、６：インバータ ７：監視装置 １０、３０：ギアボックス １２：クラッチ １３：ギアセット １５：ドライブシャフト １６：デファレンシャルギア １７：前輪 ２０：フロントモータ ２１：出力軸 ２２：ロータ ２３：ステータ ２６：偏心機構 ４０：リアモータ

Claims (2)

1. 電源と、
   前記電源の電力によって動作する走行用のモータと、
   前記モータを制御する制御器と、
   を備えている電気自動車であり、
   前記モータは、ロータの外周面がステータの内周面に接触するように前記ロータの回転軸を前記ステータの中心線に対して相対的に偏心させる偏心機構を備えており、
   前記制御器は、前記電源の異常を検知した場合、前記偏心機構により前記ロータの外周面を前記ステータの内周面に接触させた状態で前記モータを駆動する、電気自動車。
2. 前記制御器は、前記電源の異常を検知した場合、前記モータと車輪の間のクラッチを解放した状態で前記モータを駆動する、請求項１に記載の電気自動車。

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