JP5797983B2 - Electric vehicle capacitor discharge device - Google Patents
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Description
この発明はインホールモータ形式の電気自動車において、電源オフ時に平滑用のコンデンサの電荷を放電させる電気自動車のコンデンサ電荷放電装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle capacitor charge discharging apparatus for discharging electric charges of a smoothing capacitor in an in-hole motor type electric vehicle when the power is turned off.
蓄電池から電力供給を受けてモータをインバータで駆動する電気自動車では、インバータと並列に平滑用のコンデンサが設けられている。この平滑用のコンデンサに蓄電された電荷は、主電源スイッチを遮断しても直ぐには放電されずに蓄電された状態にある。この蓄電された電荷は、安全上好ましくなく、放電させてしまうことが好ましい。 In an electric vehicle that receives power supply from a storage battery and drives a motor with an inverter, a smoothing capacitor is provided in parallel with the inverter. The electric charge stored in the smoothing capacitor is stored without being discharged immediately even when the main power switch is turned off. This stored charge is not preferable for safety and is preferably discharged.
平滑用のコンデンサの放電の方法としては、モータのコイルに電流を流し、平滑用のコンデンサの電荷をモータのコイルに消費させるものが提案されている(例えば、特許文献1,2)。 As a method for discharging the smoothing capacitor, a method is proposed in which a current is passed through the motor coil and the electric charge of the smoothing capacitor is consumed by the motor coil (for example, Patent Documents 1 and 2).
インホイールモータ型の電気自動車では、主電源オフ時に単にモータコイルに電流を流し、平滑用のコンデンサの電荷をモータコイルに消費させるのでは、僅かではあるが車両が動き、乗員に異常感を与える場合がある。 In an in-wheel motor type electric vehicle, when the main power is turned off, simply passing a current through the motor coil and consuming the electric charge of the smoothing capacitor in the motor coil causes the vehicle to move slightly, giving the passenger a sense of abnormality. There is a case.
この発明の目的は、インホイールモータ型の電気自動車において、主電源オフ時に、車両に動きを生じさせることなく、平滑用のコンデンサの電荷をモータコイルで消費させて放電させることができ、安全性の向上が図れる電気自動車のコンデンサ電荷放電装置を提供することである。 An object of the present invention is that in an in-wheel motor type electric vehicle, when the main power is turned off, the electric charge of the smoothing capacitor can be consumed and discharged by the motor coil without causing the vehicle to move, and safety is ensured. It is an object of the present invention to provide a capacitor charge discharge device for an electric vehicle that can improve the efficiency.
この発明の電気自動車のコンデンサ電荷放電装置は、それぞれ独立したインホイール形式のモータ6で駆動される駆動輪2を2輪以上有し、前記各モータ6を駆動する電源系として、蓄電池19と、この蓄電池19から電力供給されて前記各モータ6をそれぞれ駆動する複数のインバータ31と、前記インバータ31に並列接続された平滑用のコンデンサ33aと、電源操作手段18の操作に応じて開閉指令を出す開閉指令手段39と、前記インバータ31およびコンデンサ33aの並列回路部よりも蓄電池19側に設けられ前記開閉指令手段39からの開閉指令に応答して蓄電池19とインバータ31間の電流の流れを開閉する主電源スイッチ38とを有する電気自動車において、
前記開閉指令手段39から主電源スイッチ38をオフとするオフ信号を受けると、前記コンデンサ33aに蓄電されている電荷により、前記駆動輪である左右輪、または前後輪に互いに逆回転方向のトルクが生じるように前記各モータ6のコイルへ電流を流す制御を行う相互逆回転放電制御手段40を設けたことを特徴とする。
なお、この明細書で言う「インホイール形式のモータ」とは、必ずしもモータ6が車輪内に設けられていなくても良く、モータ6と共に一体の組立部品とされたインホイールモータ装置8の一部が車輪2内に設けられているものを含む。
The electric vehicle capacitor charge discharge device of the present invention has two or
When an off signal for turning off the main power switch 38 is received from the opening / closing command means 39, the torque in the reverse rotation direction is applied to the left and right wheels or the front and rear wheels as the driving wheels by the electric charge stored in the
In this specification, the “in-wheel type motor” means that the
この構成によると、主電源スイッチ38をオフさせたときに、相互逆回転放電制御手段40の制御によって、駆動輪である左右輪または前後輪に互いに逆回転方向のトルクが生じるように、モータ6のコイルへ電流を流す。これにより、平滑用のコンデンサ33aの電荷がモータ6のコイルで消費され、放電される。この放電のためのモータコイルの電流により、トルクが発生するが、左右輪の間または前後輪の間でトルクの方向が逆方向であり、また平滑用のコンデンサ33aの電荷は僅かであるため、車両の慣性やタイヤ・路面間の静止摩擦抵抗により、車両が動くまでには至らない。
このように、インホイールモータ型の電気自動車でありながら、主電源オフ時に、車両に動きを生じさせることなく、平滑用のコンデンサ33aの電荷をモータコイルで消費させて放電させることができ、安全性の向上を図ることができる。また、電荷をモータコイルで消費させるので、電荷の消費用の抵抗等を設ける必要がなく、強電系電気部品の増加を伴うことなく、制御のみで安全な放電を実現できる。
According to this configuration, when the main power switch 38 is turned off, the
In this way, even though it is an in-wheel motor type electric vehicle, when the main power is turned off, the electric charge of the
この発明において、前記各モータ6は、このモータ6と、前記駆動輪を支持する車輪用軸受4と、前記モータ6の回転を減速して前記車輪用軸受4の回転側輪に伝える減速機7とでなるインホイールモータ装置8を構成するものであっても良い。減速機7を備えたインホイールモータ装置8では、モータ6の僅かなトルクでも車両の動きに繋がるが、上記のように左右輪の間または前後輪の間でトルクの方向を逆方向とすることで、車両の動きを生じさせることなく、モータコイルで電荷を消費させて平滑用のコンデンサ33aの放電が行える。
In the present invention, each of the
この発明において、前記相互逆回転放電制御手段40は、前記開閉指令手段39から主電源スイッチ38をオフするオフ信号を受信すると、前記インバータ31の出力電圧が、設定された放電電圧の閾値未満または閾値以下になるまでインバータ31が動作を開始し、閾値未満または閾値以下になるとインバータ31の動作が停止しするものであっても良い。
主電源スイッチ38のオフ後に、インバータ31の動作を開始することで、モータ6のコイルによる電荷の消費が行える。また、インバータ31の出力電圧を閾値と比較してインバータ31の動作を停止することで、必要な放電が行われたことを確認し、インバータ31を電流遮断状態とすることができる。これにより、必要な放電後はモータ6を完全に停止させ、安全性を向上させることができる。
In this invention, when the mutual reverse rotation discharge control means 40 receives an off signal for turning off the main power switch 38 from the open / close command means 39, the output voltage of the
By starting the operation of the
この発明において、2輪駆動の場合、前記モータ6が設置されている駆動輪は左右の前輪であっても良く、また左右後輪であっても良い。その場合、左右輪に逆回転方向のトルクが生じるようにモータコイルに電流を流すことで、車両に動きを生じさせることなく放電を行わせることができる。
In the present invention, in the case of two-wheel drive, the drive wheels on which the
4輪駆動、つまりモータが設置されている駆動輪が左右の前輪と左右の後輪であっても良い。その場合、前後輪に互いに逆回転方向のトルクが生じるように電流を流すことで、車両に動きを生じさせることなく放電を行わせることができる。トルクを生じさせる回転方向は、前後輪が互いに近づく方向であっても、互いに遠ざかる方向であっても良い。 Four-wheel drive, that is, drive wheels on which motors are installed may be left and right front wheels and left and right rear wheels. In that case, it is possible to cause the vehicle to discharge without causing movement by causing currents to flow in the front and rear wheels so that torques in the opposite rotation directions are generated. The direction of rotation for generating torque may be the direction in which the front and rear wheels approach each other or the direction in which they move away from each other.
この発明の電気自動車のコンデンサ電荷放電装置は、それぞれ独立したインホイール形式のモータで駆動される駆動輪を2輪以上有し、前記各モータを駆動する電源系として、蓄電池と、この蓄電池から電力供給されて前記各モータをそれぞれ駆動する複数のインバータと、前記インバータに並列接続された平滑用のコンデンサと、電源操作手段の操作に応じて開閉指令を出す開閉指令手段と、前記インバータおよびコンデンサの並列回路部よりも蓄電池側に設けられ前記開閉指令手段からの開閉指令に応答して蓄電池とインバータ間の電流の流れを開閉する主電源スイッチとを有する電気自動車において、前記開閉指令手段から主電源スイッチをオフとするオフ信号を受けると、前記コンデンサに蓄電されている電荷により、前記駆動輪である左右輪、または前後輪に互いに逆回転方向のトルクが生じるように前記各モータのコイルへ電流を流す制御を行う相互逆回転放電制御手段を設けたため、インホイールモータ型の電気自動車でありながら、主電源オフ時に、車両に動きを生じさせることなく、平滑用のコンデンサの電荷をモータコイルで消費させて放電させることができ、安全性の向上を図ることができる。 The capacitor charge discharge device for an electric vehicle according to the present invention has two or more drive wheels driven by independent in -wheel type motors, a storage battery as a power supply system for driving each motor, and electric power from the storage battery. A plurality of inverters that are supplied to drive each of the motors, a smoothing capacitor connected in parallel to the inverters, an open / close command unit that issues an open / close command in accordance with an operation of a power supply operation unit, and in an electric vehicle having a main power switch than parallel circuit portion provided on the battery side in response to switching command from the switching command means for opening and closing the flow of current between the battery and the inverter, the mains from said switching command means When an off signal for turning off the switch is received, the electric charge stored in the capacitor causes the drive wheel to In the in-wheel motor type electric vehicle, the left and right wheels or the front and rear wheels are provided with mutual reverse rotation discharge control means for controlling the flow of current to the coils of the motors so that torque in the reverse rotation direction is generated. When the main power is turned off, the electric charge of the smoothing capacitor can be consumed and discharged by the motor coil without causing movement of the vehicle, and safety can be improved.
この発明の実施形態を図1ないし図5と共に説明する。図1は、この実施形態のコンデンサ電荷放電装置を装備した電気自動車の概念構成を示す平面図である。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、それぞれ独立のインホイール型のモータ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の回転側輪を介して車輪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装置8を構成している。減速機7は、例えばサイクロイド式の減速機であり、10以上の高い減速比を持つ。インホイールモータ装置8は、モータ6が車輪2に近接して設置されており、一部または全体が車輪2内に配置される。蓄電池19は、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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a conceptual configuration of an electric vehicle equipped with the capacitor charge discharging device of this embodiment. This electric vehicle is a four-wheeled vehicle in which the
制御系を説明する。自動車全般の統括制御を行うメインのECU(電気制御ユニット)である統括制御部21と、この統括制御部21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複数(図示の例では2つ)のインバータ装置22とが、車体1に搭載されている。統括制御部21とインバータ装置22とで、モータ駆動装置20が構成される。統括制御部21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。なお、統括制御部21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。
The control system will be described. A
統括制御部21は、トルク配分手段48を有していて、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・減速指令をトルク指令値として生成し、各インバータ装置22へ出力する。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、そのペダルを動作量を検出するセンサとでなる。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でなる。統括制御部21は、上記の制御の他に、車両に設けられた車速センサ、荷重センサ、車輪回転センサ(いずれも図示せず)等の各種センサからの信号に基づいて、車両の各部の制御を行う機能を備える。
The
インバータ装置22は、各モータ6に対して設けられた電力変換回路部であるパワー回路部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とで構成される。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装置8に関する各検出値や制御値等の情報を統括制御部21に出力する機能を有する。 パワー回路部28は、蓄電池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インバータ31と、このインバータ31を制御する手段であるPWMドライバ32とで構成される。
The
図2において、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、半導体スイッチング素子である複数の駆動素子31aで構成され、モータ6の3相(U,V,W相)の各相の駆動電流をパルス波形で出力する。PWMドライバ32は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各駆動素子31aにオンオフ指令を与える。上記パルス幅変調は、例えば正弦波駆動する電流出力が得られるように行う。パワー回路部28の弱電回路部であるPWMドライバ32と前記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。演算部33は、モータ6の回転角度を検出する角度検出器36の検出値等を用い、ベクトル制御等でモータ電流の制御を行う。
In FIG. 2, the
インバータ装置22には、この他に、蓄電池19とインバータ31間に並列に介在させた平滑用のコンデンサ33aによる平滑部33が設けられている。平滑部33には、コンデンサ33aが設けられていても良い。
In addition to this, the
主電源スイッチ38は、蓄電池19から各インバータ装置22や車両の各部の電気機器への電力の供給・遮断を切り換えるスイッチである。主電源スイッチ38は電磁接触器等からなり、図1のように開閉指令手段39からの開閉指令に応答して開閉させられる。開閉指令手段39は、電源操作手段18の操作に応じて開閉指令を主電源スイッチ38へ与える手段である。電源操作手段18は、キースイッチであっても、またボタンスイッチ等であっても良い。開閉指令手段39は、図示の例では統括制御部21に設けているが、統括制御部21とは別に設けられていても良く、例えば電源操作手段18と一体であっても良い。
The main power switch 38 is a switch for switching supply / interruption of electric power from the
この実施形態は、上記のような構成の電気自動車において、次の機能を持つ相互逆回転放電制御手段40を設けたものである。この相互逆回転放電制御手段40は、前記開閉指令手段39から主電源スイッチ38をオフとするオフ信号を受けると、前記平滑用のコンデンサ33aに蓄電されている電荷により、駆動輪である後ろ側左右の車輪2,2に、互いに逆回転方向のトルクが生じるように各モータ6,6のステータのコイルへ電流を流す制御を行う手段である。すなわち、左右のいずれか一方の車輪2を前進側へ、他方の車輪2を後退側へ回転させるようにモータ6,6のコイルへ電流を流す。相互逆回転放電制御手段40は、例えば統括制御部21に設けられるが、インバータ装置22に設けても良い。
In this embodiment, the mutual reverse rotation discharge control means 40 having the following functions is provided in the electric vehicle configured as described above. When the mutual reverse rotation discharge control means 40 receives an off signal for turning off the main power switch 38 from the open / close command means 39, the back side of the driving wheel is driven by the electric charge stored in the smoothing
相互逆回転放電制御手段40は、具体的には図3で流れ図で示す制御を行う。主電源のオフ信号を受ける(ステップS1)と、インバータ31の動作を開始する(S2)。このインバータ31の動作開始は、左右の車輪2,2に、互いに逆回転方向のトルクが生じるように各モータ6,6のコイルへ電流を流すように行う。例えば、矢印A,Bで示すように、右側の車輪2が後退方向に、左側の車輪2が前進方向のトルクを受けるようにする場合、右側の車輪2を駆動するインバータ31では、モータ6のコイルに、定められた極低速の後退方向の回転磁界が生じるようにインバータの動作を開始する。左側の車輪2を駆動するインバータ31では、モータ6のコイルに、定められた極低速の前進方向の回転磁界が生じるようにインバータの動作を開始する。なお、左右のいずれの車輪2,2を後退方向とするか、また回転磁界の回転進行速度をどの程度とするかは、相互逆回転放電制御手段40に適宜設定しておく。
Specifically, the mutual reverse rotation discharge control means 40 performs the control shown in the flowchart in FIG. When the main power supply off signal is received (step S1), the operation of the
このようにモータ6のコイルへ電流を流してコンデンサ33aの電荷を放電させ、この間、インバータ31の出力であるインバータ電圧VINV を、設定された放電電圧閾値VTHR と比較し(S3)、インバータ電圧VINV が放電電圧閾値VTHR 未満となると、インバータ31の動作を停止する(S4)。
In this way, a current is passed through the coil of the
このコンデンサ電荷放電装置によると、電源装置手段18の操作等によって、開閉指令手段39により主電源スイッチ38のオフ指令が出力させると、主電源スイッチ38はこの指令に応答して主電源スイッチ38をオフとする。このとき、開閉指令手段39からの前記オフ指令は、相互逆回転放電制御手段40にも与えられ、相互逆回転放電制御手段40の制御によって、駆動輪である後ろ側左右の車輪2,2に互いに逆回転方向のトルクが生じるように、各車輪2,2のモータ6のコイルへ電流を流す。これにより、平滑用のコンデンサ33aの電荷がモータ6のコイルで消費され、放電される。この放電のためのモータコイルの電流により、トルクが発生するが、左右の車輪2,2のトルクの方向が互いに逆方向であり、また平滑用のコンデンサ33aの電荷は僅かであるため、車両の慣性やタイヤ・路面間の静止摩擦抵抗により、車両が動くまでには至らない。減速機7を備えたインホイールモータ装置8では、モータ6の僅かなトルクでも車両の動きに繋がるが、上記のように左右車輪2,2の間でトルクの方向を互いに逆方向とすることで、車両の動きを生じさせることなく、モータコイルで電荷を消費させ、平滑用のコンデンサの放電が行える。
According to this capacitor charge discharging apparatus, when an OFF command of the main power switch 38 is output by the opening / closing command means 39 by operating the power supply means 18 or the like, the main power switch 38 turns the main power switch 38 in response to this command. Turn off. At this time, the turn-off command from the open / close command means 39 is also given to the mutual reverse rotation discharge control means 40, and controlled by the mutual reverse rotation discharge control means 40 to the rear left and
このように、インホイールモータ型の電気自動車でありながら、主電源スイッチ38のオフ時に、車両に動きを生じさせることなく、平滑用のコンデンサ33aの電荷をモータコイルで消費させて放電させることができ、安全性の向上を図ることができる。また、電荷をモータコイルで消費させるので、電荷の消費用の抵抗等を設ける必要がなく、強電系電気部品の増加を伴うことなく、制御のみで安全な放電を実現できる。
As described above, even though the electric vehicle is an in-wheel motor type, when the main power switch 38 is turned off, the electric charge of the smoothing
上記の放電を行わせる間、インバータ電圧VINV を監視し、インバータ電圧VINV が放電電圧閾値VTHR 未満となると、インバータ31の動作を停止するため、必要な放電後はモータ6を完全に停止させ、安全性を向上させることができる。
During the above discharge, the inverter voltage VINV is monitored, and when the inverter voltage VINV falls below the discharge voltage threshold VTHR, the operation of the
なお、上記実施形態は、車両が2輪駆動で後輪駆動である場合につき説明したが、この発明は、2輪駆動で前輪駆動である場合にも適用できる。前輪駆動の場合、主電源遮断後にコンデンサ33aを放電させるときは、例えば図4(B)に示すように、駆動輪である前側の左右の車輪3,3に互いに逆回転方向のトルクが生じるように、各モータのコイルへ電流を流す制御を相互逆回転放電制御手段によって行う。
また、4輪駆動である場合は、主電源遮断後にコンデンサ33aを放電させるときは、例えば図5(A)または(B)に示すように、互いに左右の同じ方向にある前側車輪3と後ろ側の車輪2とに,互いに逆回転方向のトルクが生じるように、各モータのコイルへ電流を流す制御を相互逆回転放電制御手段によって行う。
なお、図4,図5において、矢印は車輪2,3のトルク付与による進行方向を示す。
In addition, although the said embodiment demonstrated about the case where a vehicle is a two-wheel drive and a rear-wheel drive, this invention is applicable also when it is a two-wheel drive and is a front-wheel drive. In the case of front wheel drive, when the
In the case of four-wheel drive, when the
4 and 5, the arrows indicate the traveling direction due to the application of torque to the
1…車体
2,3…車輪
4…車輪用軸受
6…モータ
7…減速機
8…インホイールモータ装置
18…電源操作手段
19…蓄電池
21…統括制御部
22…インバータ装置
31…インバータ
33a…平滑用のコンデンサ
38…主電源スイッチ
39…開閉指令手段
40…相互逆回転放電制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
前記開閉指令手段から主電源スイッチをオフとするオフ信号を受けると、前記コンデンサに蓄電されている電荷により、前記駆動輪である左右輪、または前後輪に互いに逆回転方向のトルクが生じるように前記各モータのコイルへ電流を流す制御を行う相互逆回転放電制御手段を設けたことを特徴とする電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。 Two or more drive wheels driven by independent in -wheel type motors, and as a power supply system for driving the motors, a storage battery and a plurality of power supplies from the storage battery to drive the motors. inverter and a capacitor for smoothing connected in parallel with the inverter, a switching command means for issuing a switching command in response to the operation of power operation means, provided on the battery side of the parallel circuit of the inverter and a capacitor wherein the opening and closing In an electric vehicle having a main power switch that opens and closes the flow of current between the storage battery and the inverter in response to an opening / closing command from the command means,
When an off signal for turning off the main power switch is received from the opening / closing command means, torque in the reverse rotation direction is generated in the left and right wheels or the front and rear wheels, which are the driving wheels, due to the electric charge stored in the capacitor. A capacitor charge discharging device for an electric vehicle, comprising a mutual reverse rotation discharging control means for controlling a current to flow to the coils of the motors.
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