JP5985700B2 - Motor drive device for vehicle drive wheel - Google Patents
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この発明は、複数の駆動輪のうち少なくとも2つの駆動輪にインホイールモータを配置した電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車等の車両の駆動輪用のモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device for drive wheels of a vehicle such as an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid vehicle in which an in-wheel motor is disposed on at least two of the plurality of drive wheels.
複数の駆動輪のうち少なくとも2つの駆動輪にインホイールモータを配置した電気自動車,燃料電池車,ハイブリッド車等のインホイールモータ車両においては、インホイールモータを制御するために、インバータ部およびインバータ制御部からなるモータ駆動装置が必要である。図29に、前左右輪32A,32Bおよび後左右輪32C,32Dにそれぞれインホイールモータ部33A〜33Dを配置した4輪駆動のインホイールモータ車両31の従来例を示す。各インホイールモータ部33A〜33Dに対応するモータ駆動装置34A〜34Dは、各インホイールモータ部33A〜33Dの直近の位置に分離して配置されている。各モータ駆動装置34A〜34Dへは、バッテリ35からバッテリコントロールユニット36を経て直流電源が供給される。前記各モータ駆動装置34A〜34Dには、駆動効率向上のために、別途、昇圧回路を設けて、バッテリ35からの電源電圧を上昇させることもある。
In an in-wheel motor vehicle such as an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid vehicle in which an in-wheel motor is disposed on at least two of the plurality of driving wheels, an inverter unit and an inverter control are used to control the in-wheel motor. The motor drive device which consists of a part is required. FIG. 29 shows a conventional example of a four-wheel drive in-
従来、車両のモータ駆動装置におけるインバータ部を冷却する冷却器として、衝突時にエネルギー吸収できるものを設けた構成例が提案されている(特許文献1)。この構成例では、前記冷却器の片側にモータ駆動装置が配置され、もう片側に、平滑コンデンサとDC/DCコンバータが配置される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration example has been proposed in which a cooler that cools an inverter unit in a motor drive device of a vehicle is capable of absorbing energy in the event of a collision (Patent Document 1). In this configuration example, a motor driving device is disposed on one side of the cooler, and a smoothing capacitor and a DC / DC converter are disposed on the other side.
また、車両のモータ駆動装置の他の従来例として、モータ駆動装置が備える複数の制御部を冷却器の両面に配置し、その冷却器として各制御部の発熱量の合計値よりも小さい能力のものを用いた構成例も提案されている(特許文献2)。この文献では、冷却器の両面に配置する制御部の具体例としてエアコンインバータとDC/DCコンバータが挙げられている。 Further, as another conventional example of a vehicle motor drive device, a plurality of control units provided in the motor drive device are arranged on both sides of the cooler, and the cooler has a capacity smaller than the total value of the heat generation amount of each control unit. A configuration example using a device has also been proposed (Patent Document 2). In this document, an air conditioner inverter and a DC / DC converter are cited as specific examples of the control unit disposed on both sides of the cooler.
さらに他の従来例として、部品配置板の上面に、モータ駆動装置の構成部品である各種インバータ部やコンデンサや高圧コンバータを配置し、その部品配置板の下面に、前記インバータ部に対応する制御部、高圧コンバータ用リアクトル、DC/DCコンバータ、および低圧部品を配置した構成例が提案されている(特許文献3)。 As another conventional example, various inverter units, capacitors, and high voltage converters that are components of the motor drive device are arranged on the upper surface of the component arrangement plate, and a control unit corresponding to the inverter unit is arranged on the lower surface of the component arrangement plate. A configuration example in which a reactor for a high-voltage converter, a DC / DC converter, and a low-voltage component are arranged has been proposed (Patent Document 3).
しかし、図29の従来例のように、複数のモータ駆動装置34A〜34Dや昇圧回路を載せるにはスペースも必要であり、重量の増加、コストアップの原因となる。
特許文献1に開示の構成例は、モータ駆動装置が1つの場合についてのものであり、インホイールモータ車両のように複数のモータ駆動装置を搭載した場合を想定していない。
However, as in the conventional example of FIG. 29, a space is required to mount the plurality of
The configuration example disclosed in
特許文献2に開示の構成例では、冷却器の両面に複数の制御部を配置するが、制御部の具体例としてはエアコンインバータとDC/DCコンバータしか挙げられていない。複数の制御部の組み合わせ方によっては、もっと別の効果が得られることも期待できるが、この文献では、複数のモータ駆動装置や昇圧回路を持つインホイールモータ車両のような場合にまで言及されていない。
In the configuration example disclosed in
特許文献3に開示の構成例では、駆動装置のトータルとしての体積が小さくなる可能性はあるが、車両にまとまった大きな平面スペースが必要であり、配置できるスペースも限られ配置の自由度も少ない。また、部品配置板の上面にインバータ部を配置し、下面に制御部を配置するので、構成が複雑になる。
In the configuration example disclosed in
このように、インホイールモータ車両では、複数のモータ駆動装置や昇圧回路を搭載するので、そのためのスペースが必要であり、重量の増加、コストアップが懸念される。しかし、特許文献1〜3に開示の各構成例では、この問題を解決できない。
Thus, since an in-wheel motor vehicle is equipped with a plurality of motor drive devices and booster circuits, a space is required for this purpose, and there is a concern about an increase in weight and an increase in cost. However, the configuration examples disclosed in
この発明の目的は、小型化、軽量化、および低コスト化が可能な車両の駆動輪用のモータ駆動装置を提供することである。 The purpose of the present invention is to provide a smaller, lighter, and the motor drive equipment for driving wheels of the cost reduction possible vehicles.
この発明の車両の駆動輪用のモータ駆動装置は、車両の複数の駆動輪のうち少なくとも2つの駆動輪にそれぞれ配置した複数のインホイールモータ部と、これら各インホイールモータ部をそれぞれ制御する複数のモータ駆動装置とを備え、前記モータ駆動装置が、平滑コンデンサを有しバッテリ部から供給される直流電力を平滑化する平滑回路と、スイッチング動作を行う複数の駆動素子からなり前記平滑回路を経て入力される直流電力を前記駆動素子の断続により三相交流に変換するインバータ部と、このインバータ部を制御するインバータ制御部と、前記インバータ部を冷却する冷却器とを有する車両の駆動輪用のモータ駆動装置において、
前記複数のモータ駆動装置を同一ケース内に配置し、これら複数のモータ駆動装置の間で、これらモータ駆動装置の構成部品である前記平滑コンデンサを互いに共有し、前記インバータ制御部が、前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフタイミングを決定し前記インホイールモータ部のモータのトルクまたは回転数を制御する機能を有する演算部と、この演算部からの指令に応じて前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフを制御する駆動素子用プリドライバ回路とを有し、前記複数のモータ駆動装置が、前記インバータ制御部の前記演算部を互いに共有し、前記駆動素子用プリドライバ回路は前記各インバータ制御部に個別に備え、前記複数のモータ駆動装置の前記インバータ制御部は、前記インバータ部の前記駆動素子をPWM方式で駆動させる制御方式であり、前記複数のモータ駆動装置は、互いにPWMの周期が等しく、かつ前記駆動素子のオン・オフタイミングを互いにずらすことを特徴とする。
この構成によると、複数のモータ駆動装置を一箇所に集めて同一ケース内に配置したため、複数のモータ駆動装置の間で、構成部品や付随部品を互いに共有することが可能となる。例えば、上記のように平滑回路の平滑コンデンサを複数のモータ駆動装置で共有できる。また、複数のモータ駆動装置でインバータ制御部の演算部等を共有することも可能となる。このため、駆動装置の小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。
また、各インバータ制御部の演算部を1つのもので共有化したため、インホイールモータ部、モータ駆動装置の状態(回転数、電流値、温度等)の情報を、通信を使用せずに簡単に共有化することができる。
A motor driving device for driving wheels of a vehicle according to the present invention includes a plurality of in-wheel motor units respectively disposed on at least two driving wheels among a plurality of driving wheels of the vehicle, and a plurality for controlling each of the in-wheel motor units. The motor drive device includes a smoothing circuit that has a smoothing capacitor and smoothes DC power supplied from the battery unit, and a plurality of drive elements that perform a switching operation, and passes through the smoothing circuit. For a drive wheel of a vehicle having an inverter unit that converts input DC power into three-phase AC by intermittent connection of the drive element, an inverter control unit that controls the inverter unit, and a cooler that cools the inverter unit In the motor drive device,
The plurality of motor drive devices are arranged in the same case, and the plurality of motor drive devices share the smoothing capacitor that is a component of these motor drive devices with each other, and the inverter control unit includes the inverter unit. A calculation unit having a function of determining an on / off timing of the drive element in the motor and controlling a torque or a rotation speed of the motor of the in-wheel motor unit, and the drive element in the inverter unit according to a command from the calculation unit A driving element pre-driver circuit for controlling on / off of the driving element, wherein the plurality of motor driving devices share the arithmetic unit of the inverter control unit, and the driving element pre-driver circuit is connected to each inverter. provided separately to the control unit, said inverter control unit of the plurality of motor drive, the drive of the inverter unit A control system for driving the element in the PWM method, the plurality of motor drive, the period of the PWM is equal and is characterized by shifting the on-off timing of the drive element to each other to each other.
According to this configuration, since the plurality of motor driving devices are collected in one place and arranged in the same case, it is possible to share the component parts and the accompanying components among the plurality of motor driving devices. For example, as described above, the smoothing capacitor of the smoothing circuit can be shared by a plurality of motor driving devices. In addition, it is possible to share the arithmetic unit of the inverter control unit among a plurality of motor driving devices. For this reason, the drive device can be reduced in size, weight, and cost.
Moreover, since the calculation unit of each inverter control unit is shared by one, information on the state (rotation speed, current value, temperature, etc.) of the in-wheel motor unit and the motor drive device can be easily obtained without using communication. Can be shared.
この発明において、電源からの供給電圧を昇圧する昇圧部を有し、これら昇圧部が、昇圧用制御部、駆動素子、リアクトル、および整流器からなり、この昇圧部を前記同一ケース内に配置しても良い。昇圧部を同一ケース内に配置することで、その冷却部を共有することができて、より小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。 In the present invention, there is a boosting unit that boosts the supply voltage from the power source. These boosting units are composed of a boosting control unit, a driving element, a reactor, and a rectifier, and the boosting unit is disposed in the same case. Also good. By disposing the boosting unit in the same case, the cooling unit can be shared, and further miniaturization, weight reduction, and cost reduction are possible.
前記同一ケース内に配置された複数のモータ駆動装置が、前記平滑回路として、1つの平滑回路を共有するものであっても良い。また、前記同一ケース内に配置された複数のモータ駆動装置が、前記冷却器として、1つの冷却器を共有するものであっても良い。同一ケース内に複数のモータ駆動装置が設けられているため、1つの平滑回路で複数のモータ駆動装置への電流の平滑化が行え、また1つの冷却器で複数のモータ駆動装置を冷却することができる。 A plurality of motor drive devices arranged in the same case may share one smoothing circuit as the smoothing circuit. Moreover, the several motor drive device arrange | positioned in the said same case may share one cooler as said cooler. Since a plurality of motor drive devices are provided in the same case, the current to the plurality of motor drive devices can be smoothed by one smoothing circuit, and the plurality of motor drive devices can be cooled by one cooler. Can do.
前記冷却器が水冷方式であっても良い。水冷方式であると、空冷方式に比べて冷却効率が良い。水冷方式の場合、冷媒の循環系が必要であるが、複数のモータ駆動装置が同一ケース内に配置されているため、循環系によるコスト増が抑えられる。 The cooler may be a water cooling system. The water cooling method has better cooling efficiency than the air cooling method. In the case of the water cooling method, a circulation system for the refrigerant is required. However, since a plurality of motor drive devices are arranged in the same case, an increase in cost due to the circulation system can be suppressed.
この発明において、前記冷却器は互いに背向きとなる両面が冷却面であり、これら両面に前記モータ駆動装置の前記インバータ部およびインバータ制御部で構成される部分であるモータ駆動装置本体を配置して前記冷却器の両側にインバータ部を位置させても良い。
このように、各モータ駆動装置本体部を冷却器の両側に分けて配置する場合には、冷却器の小型化が可能となり、さらには冷却器の冷却効率も向上させることができる。その結果、駆動装置の小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
In the present invention, the cooler has both sides facing away from each other as cooling surfaces, and a motor drive device body, which is a part constituted by the inverter unit and inverter control unit of the motor drive device, is arranged on both surfaces. Inverter units may be positioned on both sides of the cooler.
Thus, when each motor drive device main body is divided and arranged on both sides of the cooler, the cooler can be reduced in size and the cooling efficiency of the cooler can be improved. As a result, the drive device can be reduced in size, weight, and cost.
前記冷却器の一方の面側に、前記モータ駆動装置における前記冷却器を除く部分であるモータ駆動装置本体を配置して前記冷却器の一方の面側にインバータ部を位置させてもよい。
この場合に、前記各モータ駆動装置が、電源からの供給電圧を昇圧する昇圧部を有し、これら昇圧部が、昇圧用制御部、駆動素子、リアクトル、および整流器からなり、前記冷却器は互いに背向きとなる両面が冷却面であり、前記冷却器の前記インバータ部が配置された面の他方の面側に前記昇圧部を配置し、この昇圧部の駆動素子を前記他方の面側に位置させても良い。
これにより、冷却器の両側の冷却面を利用し、インバータと昇圧部の駆動素子の両方を効率的に冷却することができる。
A motor drive device main body that is a portion excluding the cooler in the motor drive device may be arranged on one surface side of the cooler, and the inverter unit may be positioned on the one surface side of the cooler.
In this case, each of the motor driving devices has a boosting unit that boosts the supply voltage from the power source. These boosting units are composed of a boosting control unit, a driving element, a reactor, and a rectifier, and the coolers are mutually connected. Both surfaces facing backwards are cooling surfaces, the boosting unit is disposed on the other side of the surface of the cooler where the inverter unit is disposed, and the drive element of the boosting unit is positioned on the other surface side You may let them.
Thereby, both the inverter and the drive element of the step-up unit can be efficiently cooled using the cooling surfaces on both sides of the cooler.
この発明において、前記複数のモータ駆動装置の前記インバータ制御部を、互いに少なくとも一部が共有されるように一体化しても良い。例えば、前記インバータ制御部は第1の演算部を有し、第1の演算部を、前記複数のインバータ制御部が共有しても良い。
インバータ制御部を一体化することで、それらの通信用ケーブル、ハーネス類、コネクタ類を共通化して、コンパクト化、低コスト化が図れる。
In this invention, you may integrate the said inverter control part of these motor drive devices so that at least one part may be shared mutually. For example, the inverter control unit may include a first calculation unit, and the plurality of inverter control units may share the first calculation unit.
By integrating the inverter control unit, the communication cables, harnesses, and connectors can be used in common, so that the size and cost can be reduced.
また、前記各モータ駆動装置が、電源からの供給電圧を昇圧する昇圧部を有し、これら昇圧部が、昇圧用制御部、駆動素子、リアクトル、および整流器からなり、前記複数のモータ駆動装置は、前記インバータ制御部と、前記昇圧部の前記昇圧用制御部を、それぞれ複数のモータ駆動装置の間で少なくとも一部が共有されるように一体化しても良い。この場合に、前記昇圧用制御部は、第2の演算部を有し、前記インバータ制御部の第1の演算部と、前記昇圧用制御部の第2の演算部とを共有することで、前記インバータ制御部および前記昇圧用制御部をそれぞれ一体化させても良い。演算部を共有することで、モータ、モータ駆動装置の状態(回転数、電流値、温度等の状態)等の情報を、長い通信経路を使用せずに簡単に共有することができ、構成が簡素化される。 Each of the motor driving devices has a boosting unit that boosts a supply voltage from a power source. These boosting units include a boosting control unit, a driving element, a reactor, and a rectifier. The plurality of motor driving devices are The inverter control unit and the boosting control unit of the boosting unit may be integrated so that at least a part is shared among a plurality of motor driving devices. In this case, the boosting control unit includes a second calculation unit, and by sharing the first calculation unit of the inverter control unit and the second calculation unit of the boosting control unit, The inverter control unit and the boost control unit may be integrated. By sharing the calculation unit, information such as the state of the motor and motor drive device (rotation speed, current value, temperature, etc.) can be easily shared without using a long communication path. Simplified.
この発明は、より具体的には、前記複数のモータ駆動装置の前記インバータ制御部は、前記インバータ部の前記駆動素子をPWM(パルス幅変調)方式で駆動させる制御方式であり、前記複数のモータ駆動装置は、互いにPWMの周期が等しく、かつ駆動素子のオン・オフタイミングを互いにずらす。
複数のモータ駆動装置のインバータ制御部を一体化した場合、駆動素子のオン・オフタイミングをずらすことで、平滑回路へのリップル電流を低減することが可能となる。演算部を共有化することで、複数のモータ駆動装置の駆動素子オンタイミングを容易に制御できるため、このようにタイミングをずらすことが出来る。
前記インバータ制御部が、前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフタイミングを決定し前記インホイールモータ部のモータのトルクまたは回転数を制御する機能を有する演算部と、この演算部からの指令に応じて前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフを制御する駆動素子用プリドライバ回路とを有し、前記複数のモータ駆動装置が、前記インバータ制御部の前記演算部を互いに共有するようにしても良い。
前記演算部を共有化することで、複数のモータ駆動装置の駆動素子オンタイミングを容易に制御できるため、上記のようにタイミングをずらすことが出来る。
More specifically, the present invention is a control method in which the inverter control unit of the plurality of motor drive devices is a control method for driving the drive element of the inverter unit by a PWM (pulse width modulation) method, and the plurality of motors The drive devices have the same PWM period and shift the on / off timings of the drive elements from each other.
When the inverter control units of a plurality of motor drive devices are integrated, the ripple current to the smoothing circuit can be reduced by shifting the on / off timing of the drive elements. By sharing the calculation unit, it is possible to easily control the drive element ON timing of a plurality of motor drive devices, and thus the timing can be shifted in this way.
The inverter control unit has a function of determining the on / off timing of the drive element in the inverter unit and controlling the torque or rotation speed of the motor of the in-wheel motor unit, and a command from the calculation unit And a drive element pre-driver circuit for controlling on / off of the drive element in the inverter unit, and the plurality of motor drive devices share the calculation unit of the inverter control unit with each other. Also good.
By sharing the arithmetic unit, it is possible to easily control the drive element ON timing of a plurality of motor drive devices, and thus the timing can be shifted as described above.
オン・オフタイミングをずらす場合に、前記複数のモータ駆動装置は、各モータ駆動装置のインバータ部の駆動素子のオンタイミングの中心が、PWM周期をモータ駆動装置の個数で分割して等間隔になるようにずらしても良い。
また、前記複数のモータ駆動装置は、各モータ駆動装置のインバータ部の駆動素子オンタイミングの開始が、PWM周期をモータ駆動装置の個数で分割して等間隔になるようにずらしても良い。
上記のように等間隔でずらすことにより、共有化した平滑コンデンサからのリップル電流のピーク値を低減させることが出来、平滑コンデンサの小型化が可能となる。
When the on / off timing is shifted, the plurality of motor drive devices have equal intervals between the centers of the on-timing of the drive elements of the inverter unit of each motor drive device by dividing the PWM cycle by the number of motor drive devices. It may be shifted as follows.
Further, the plurality of motor drive devices may be shifted so that the start of the drive element on-timing of the inverter unit of each motor drive device is equally spaced by dividing the PWM cycle by the number of motor drive devices.
By shifting at regular intervals as described above, the peak value of the ripple current from the shared smoothing capacitor can be reduced, and the smoothing capacitor can be miniaturized.
オン・オフタイミングをずらす場合に、2輪駆動では、前記モータ駆動装置は、インバータ部の駆動素子のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で180度ずらすのが良い。4輪駆動では、前記モータ駆動装置は、インバータ部の駆動素子のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で90度ずらすが良い。8輪駆動では、前記モータ駆動装置は、インバータ部の駆動素子のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で45度ずらすのが良い。
このように、4輪駆動では、PWM制御の1周期を4分割し、90度の間隔に各駆動装置のオン動作時間の中心が来るように制御する場合、低負荷時にはバッテリから瞬間的に大電流を供給しなくてもよく、電流が平滑化される。上記と同様に、2輪駆動では180度、8輪駆動では45度ずらせることで、低負荷時にはバッテリから瞬間的に大電流を供給しなくてもよく、電流が平滑化される。
なお、上記2輪駆動、4輪駆動、8輪駆動は、車両として、インホイールモータ部を有する車輪の数がそれぞれ2輪、4輪、8輪である場合に限らず、駆動する車輪を切替え可能である場合には、2輪駆動、4輪駆動、および8輪駆動に切り替えた状態で、上記のずらし角度となるように制御するものであっても良い。
In the case of shifting the on / off timing, in the two-wheel drive, the motor driving device may shift the on / off timing of the drive element of the inverter unit by 180 degrees with respect to each other in the PWM cycle. In the four-wheel drive, the motor drive device may shift the on / off timing of the drive element of the inverter unit by 90 degrees with respect to each other in the PWM cycle. In the eight-wheel drive, the motor drive device may shift the on / off timing of the drive element of the inverter unit by 45 degrees in the PWM cycle.
As described above, in the four-wheel drive, when one cycle of the PWM control is divided into four and control is performed so that the center of the on-operation time of each drive device comes at an interval of 90 degrees, the load is instantaneously increased from the battery at low load. It is not necessary to supply current, and the current is smoothed. Similarly to the above, by shifting 180 degrees in the two-wheel drive and 45 degrees in the eight-wheel drive, it is not necessary to instantaneously supply a large current from the battery at a low load, and the current is smoothed.
The two-wheel drive, four-wheel drive, and eight-wheel drive are not limited to the case where the number of wheels having an in-wheel motor section is two wheels, four wheels, and eight wheels, respectively. If possible, control may be performed so that the above-described shift angle is obtained in a state where switching is made to two-wheel drive, four-wheel drive, and eight-wheel drive.
前記のようにインバータ制御部の第1の演算部と、昇圧用制御部の第2の演算部とを一体化させた場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、複数の駆動素子をPWM方式で駆動し、これら複数の駆動素子のPWMの周期を等しくし、各駆動素子のオン・オフタイミングをずらすものようにしても良い。
このように演算部を一体化させた場合に、昇圧部の複数の駆動素子のオン・オフタイミングをずらせても、平滑回路へのリップル電流を低減することが可能となる。
As described above, when the first calculation unit of the inverter control unit and the second calculation unit of the boosting control unit are integrated, the boosting control unit of the boosting unit PWMs a plurality of drive elements. It is also possible to drive by the same method, equalize the PWM periods of the plurality of drive elements, and shift the on / off timing of each drive element.
When the arithmetic units are integrated in this way, the ripple current to the smoothing circuit can be reduced even if the on / off timings of the plurality of drive elements of the booster unit are shifted.
昇圧部の複数の駆動素子のオン・オフタイミングをずらせる場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、各駆動素子のオン・オフタイミングの中心が、PWM周期を駆動素子の個数で分割して等間隔になるようにずらすようにしても良い。
オン・オフタイミングの中心ではなく、オン・オフタイミングの開始をずらせるようにしても良い。すなわち、前記昇圧部の昇圧用制御部は、各駆動素子のオン・オフタイミングの開始が、PWM周期を駆動素子の個数で分割して等間隔になるようにずらすものとしても良い。
When shifting the on / off timings of a plurality of drive elements in the boost unit, the boost control unit of the boost unit divides the PWM cycle by the number of drive elements at the center of the on / off timing of each drive element. May be shifted so as to be equally spaced.
The start of the on / off timing may be shifted instead of the center of the on / off timing. In other words, the boosting control unit of the boosting unit may shift the start of the on / off timing of each drive element so that the PWM cycle is divided by the number of drive elements so as to be equally spaced.
昇圧部の複数の駆動素子のオン・オフタイミングをずらせる場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、複数の駆動素子の全てのオンタイミングが重畳しないように制御しても良い。 When shifting the on / off timings of the plurality of drive elements of the boost unit, the boost control unit of the boost unit may control so that all the on timings of the plurality of drive elements do not overlap.
前記インバータ制御部と、前記昇圧部の前記昇圧用制御部を、それぞれ複数のモータ駆動装置の間で少なくとも一部が共有されるように一体化した場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、駆動素子をPWM方式で駆動し、複数の駆動素子のPWMの周期を可変としても良い。
この場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、複数の駆動素子を全て同じ周期で駆動するようにしても良い。
When the inverter control unit and the boost control unit of the boost unit are integrated so that at least a part is shared among a plurality of motor driving devices, the boost control unit of the boost unit is The drive elements may be driven by the PWM method, and the PWM period of the plurality of drive elements may be variable.
In this case, the boosting control unit of the boosting unit may drive all of the plurality of drive elements in the same cycle.
また、前記昇圧部の昇圧用制御部は、PWMのオンとオフの割合を固定にして、PWMの周期を可変としても良い。
この場合に、前記昇圧部の昇圧用制御部は、複数の駆動素子のPWMのオンの割合が、PWM周期を複数の駆動素子の個数で分割した間隔になるように固定し、各駆動素子のオンタイミングが重ならないようにずらすものであっても良い。
また、前記昇圧部の昇圧用制御部は、複数の駆動素子のPWMのオフの割合が、PWM周期を複数の駆動素子の個数で分割した間隔になるように固定し、各駆動素子のオンタイミングが重ならないようにずらすものであっても良い。
The boosting control unit of the boosting unit may fix the PWM on / off ratio and make the PWM cycle variable.
In this case, the boosting control unit of the boosting unit fixes the PWM ON ratio of the plurality of driving elements so as to be an interval obtained by dividing the PWM cycle by the number of the plurality of driving elements, and It may be shifted so that the on-timing does not overlap.
Further, the boosting control unit of the boosting unit fixes the PWM OFF ratio of the plurality of driving elements so as to be an interval obtained by dividing the PWM cycle by the number of the plurality of driving elements, and turns on the timing of each driving element. It may be shifted so as not to overlap.
また、前記昇圧部は1つの昇圧用制御部に対して、複数の駆動素子および複数のリアクトルを有するものであっても良い。前記昇圧部は、複数の駆動素子の作動開始時間および作動停止時間がそれぞれ異なるように駆動させても良い。
昇圧部が複数のリアクトルを持ち、各リアクトルへの電流印加のタイミングをずらすことにより、平滑回路のリップル電流を低減でき、平滑回路のコンデンサを小型化できる。リアクトルを複数にすることで、リアクトルの小型化も可能である。これらにより、より一層、車両の駆動輪用のモータ駆動装置を小型化、軽量化、低コスト化できる。
The boosting unit may have a plurality of driving elements and a plurality of reactors with respect to one boosting control unit. The boosting unit may be driven such that the operation start times and operation stop times of the plurality of drive elements are different from each other.
The boosting unit has a plurality of reactors, and by shifting the timing of current application to each reactor, the ripple current of the smoothing circuit can be reduced, and the capacitor of the smoothing circuit can be reduced in size. By using multiple reactors, the reactor can be downsized. As a result, the motor drive device for the drive wheels of the vehicle can be further reduced in size, weight, and cost.
前記昇圧部は複数の駆動素子の作動開始時間の間隔を一定としても良い。前記昇圧部は複数の駆動素子の作動時間が重畳しないようにしても良い。これによってもリップル電流を低減できる。 The boosting unit may set intervals between operation start times of the plurality of driving elements. The boosting unit may be configured not to overlap the operation times of a plurality of driving elements. This also reduces the ripple current.
また、前記のように、昇圧部は1つの昇圧用制御部に対して、複数の駆動素子および複数のリアクトルを有する場合に、前記リアクトルを介さずに電流を供給するバイパス経路を有するようにしても良い。昇圧部では、インホイールモータ部の回転数に応じて昇圧電圧が決定される。つまり、回転数が予め定めた値より低い場合には、昇圧動作をしない。昇圧部にバイパス経路がなければ、昇圧動作をしない場合でも、電源からリアクトルを介して電流が供給されるので、リアクトルの抵抗による損失を無視できない。そこで、昇圧部にバイパス経路を設けることにより、低回転運転時の損失を低減することができる。 In addition, as described above, when the boosting unit has a plurality of driving elements and a plurality of reactors with respect to one boosting control unit, the boosting unit has a bypass path that supplies current without passing through the reactor. Also good. In the boosting unit, the boosting voltage is determined according to the rotation speed of the in-wheel motor unit. That is, when the rotational speed is lower than a predetermined value, the boosting operation is not performed. If there is no bypass path in the boosting section, even if the boosting operation is not performed, a current is supplied from the power source via the reactor, so that the loss due to the resistance of the reactor cannot be ignored. Therefore, by providing a bypass path in the boosting section, it is possible to reduce the loss during low-speed operation.
前記車両が、前左右車輪および後左右車輪のいずれか一方を前記インホイールモータ部で駆動する電気自動車または燃料電池車であっても良い。また、前記車両が、前左右車輪および後左右車輪のいずれか一方を前記インホイールモータ部で駆動し、他方を内燃機関で駆動するハイブリット車であっても良い。前記車両が、前左右車輪および後左右車輪の両方を前記インホイールモータ部で駆動する電気自動車または燃料電池車であっても良い。
この発明のインホイールモータ車両は、この発明の車両の駆動輪用のモータ駆動装置を搭載したものであるため、インホイールモータを駆動する装置の小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。
The vehicle may be an electric vehicle or a fuel cell vehicle in which one of the front left and right wheels and the rear left and right wheels is driven by the in-wheel motor unit. Further, the vehicle may be a hybrid vehicle in which one of the front left and right wheels and the rear left and right wheels is driven by the in-wheel motor unit, and the other is driven by an internal combustion engine. The vehicle may be an electric vehicle or a fuel cell vehicle in which both the front left and right wheels and the rear left and right wheels are driven by the in-wheel motor unit.
Since the in-wheel motor vehicle of the present invention is equipped with the motor drive device for the drive wheels of the vehicle of the present invention, it is possible to reduce the size, weight, and cost of the device that drives the in-wheel motor. Become.
この発明の車両の駆動輪用のモータ駆動装置は、車両の複数の駆動輪のうち少なくとも2つの駆動輪にそれぞれ配置した複数のインホイールモータ部と、これら各インホイールモータ部をそれぞれ制御する複数のモータ駆動装置とを備え、前記モータ駆動装置が、平滑コンデンサを有しバッテリ部から供給される直流電力を平滑化する平滑回路と、スイッチング動作を行う複数の駆動素子からなり前記平滑回路を経て入力される直流電力を前記駆動素子の断続により三相交流に変換するインバータ部と、このインバータ部を制御するインバータ制御部と、前記インバータ部を冷却する冷却器とを有するインホイールモータ車両の駆動輪用のモータ駆動装置において、
前記複数のモータ駆動装置を同一ケース内に配置し、これら複数のモータ駆動装置の間で、これらモータ駆動装置の構成部品である前記平滑コンデンサを互いに共有し、前記インバータ制御部が、前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフタイミングを決定し前記インホイールモータ部のモータのトルクまたは回転数を制御する機能を有する演算部と、この演算部からの指令に応じて前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフを制御する駆動素子用プリドライバ回路とを有し、前記複数のモータ駆動装置が、前記インバータ制御部の前記演算部を互いに共有し、前記駆動素子用プリドライバ回路は前記各インバータ制御部に個別に備え、前記複数のモータ駆動装置の前記インバータ制御部は、前記インバータ部の前記駆動素子をPWM方式で駆動させる制御方式であり、前記複数のモータ駆動装置は、互いにPWMの周期が等しく、かつ前記駆動素子のオン・オフタイミングを互いにずらすため、小型化、軽量化、および低コスト化が可能となる。
また、各インバータ制御部の演算部を1つのもので共有化したため、インホイールモータ部、モータ駆動装置の状態(回転数、電流値、温度等)の情報を、通信を使用せずに簡単に共有化することができる。
A motor driving device for driving wheels of a vehicle according to the present invention includes a plurality of in-wheel motor units respectively disposed on at least two driving wheels among a plurality of driving wheels of the vehicle, and a plurality for controlling each of the in-wheel motor units. The motor drive device includes a smoothing circuit that has a smoothing capacitor and smoothes DC power supplied from the battery unit, and a plurality of drive elements that perform a switching operation, and passes through the smoothing circuit. Driving an in-wheel motor vehicle having an inverter unit that converts input DC power into three-phase AC by intermittently driving the drive element, an inverter control unit that controls the inverter unit, and a cooler that cools the inverter unit In the motor drive device for wheels,
The plurality of motor drive devices are arranged in the same case, and the plurality of motor drive devices share the smoothing capacitor that is a component of these motor drive devices with each other, and the inverter control unit includes the inverter unit. A calculation unit having a function of determining an on / off timing of the drive element in the motor and controlling a torque or a rotation speed of the motor of the in-wheel motor unit, and the drive element in the inverter unit according to a command from the calculation unit A driving element pre-driver circuit for controlling on / off of the driving element, wherein the plurality of motor driving devices share the arithmetic unit of the inverter control unit, and the driving element pre-driver circuit is connected to each inverter. provided separately to the control unit, said inverter control unit of the plurality of motor drive, the drive of the inverter unit This is a control method for driving an element by a PWM method, and the plurality of motor driving devices have the same PWM cycle and the on / off timings of the driving elements are shifted from each other. Can be realized.
Moreover, since the calculation unit of each inverter control unit is shared by one, information on the state (rotation speed, current value, temperature, etc.) of the in-wheel motor unit and the motor drive device can be easily obtained without using communication. Can be shared.
この発明の一実施形態を図1ないし図7と共に説明する。図1は、この実施形態の駆動装置を搭載したインホイールモータ車両における構成部品の配置構成の概略図を示す。このインホイールモータ車両1は、駆動輪となる前左右輪2A,2Bおよび後左右輪2C,2Dのそれぞれにインホイールモータ部3A,3B,3C,3Dを配置し、これらのインホイールモータ部3A〜3Dで全車輪を駆動するようにしたものであり、例えば電気自動車または燃料電池車である。インホイールモータ部3A〜3Dは、例えば、モータと、このモータの回転を減速する減速機と、車輪用軸受とで構成され、一部または全体が車輪2A〜2D内に配置される。各インホイールモータ部3A〜3Dに対応付けて4つのモータ駆動装置4A,4B,4C,4Dが設けられ、これらのモータ駆動装置4A〜4Dによって各インホイールモータ部3A〜3Dの回転制御が行なわれる。各モータ駆動装置4A〜4Dへは、バッテリ5からバッテリコントロールユニット6を介して電源供給が行なわれる。
なお、上記各符号2A〜2D,3A〜3D,4A〜4D等において、特に区別が必要でない場合は、数字に続くA〜Dの文字は、省略する場合がある。後に記載の各符号についても、特に区別が必要でない場合は数字に続くA〜Dの文字は、省略する場合がある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic diagram of the arrangement of component parts in an in-wheel motor vehicle equipped with the drive device of this embodiment. This in-
In addition, in each said code |
4つのモータ駆動装置4A〜4Dは1箇所に集められて、同一ケース7内に配置される。図2は参考提案例に係るモータ駆動装置4A〜4Dの回路構成の概略図を示す。なお、同図において、前記バッテリ5およびバッテリコントロールユニット6は、簡略のためにバッテリ部として1つのブロックで示している。インホイールモータ部3A〜3Dのモータ17は、例えばUVWの3相のコイルを有するステータ17aと、永久磁石で構成されるロータ17bとでなる同期モータである。モータ駆動装置4A〜4Dは、平滑回路11、インバータ制御部12、およびインバータ部13からなる本体部10と、前記インバータ部13を冷却する冷却器14とを備える。ここでは、冷却器14として水冷方式のものが用いられ、前記ケース7の外部には、冷媒を循環させるポンプや、冷媒を冷却するための冷却部(いずれも図示せず)が配置される。バッテリ部から供給されてくる直流電力は平滑回路11で平滑化されて、インバータ部13に入力される。モータ駆動装置4A〜4Dでは、インホイールモータ部3A〜3Dの駆動の際に大電流を制御するため、入力段に平滑コンデンサCからなる平滑回路11が必要となる。インバータ部13は、スイッチングトランジスタ等の複数の駆動素子15からなり、平滑回路11を経て入力されて来る直流電力を、インバータ制御部12による前記駆動素子15の断続制御で三相交流電力に変換してインホイールモータ部3A〜3Dに供給する。インバータ制御部12では、インホイールモータ部3A〜3Dにおいて位相検出器16で検出されるモータロータ17の回転位相に基づき、インバータ部13の駆動素子15の断続制御のタイミングが決められる。また、インバータ制御部12は、各モータ駆動装置4A〜4D同士の通信、もしくは車両に配置され車両の各電装機器を統轄して制御する上位コントローラと通信する機能も有する。
The four
参考提案例を示す図2では、各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の入力側にそれぞれ別々の平滑コンデンサCを設けて平滑回路11としているが、この実施形態では、図3のように、これらのモータ駆動装置4A〜4Dの入力側に平滑コンデンサCを設けることで、各モータ駆動装置4A〜4Dに共用される1つの平滑回路11を設けている。
In FIG. 2 showing the reference proposal example, the smoothing
図4は、前記ケース7内における各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10と冷却器14の配置構成の一例を正面図で示す。冷却器14は、板状ないし薄箱状であり、互いに背向きとなる両面が冷却面14aとなる。この配置構成例では、モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の全てを、それらのインバータ部13が冷却器14の冷却面に近接した位置となるように、1つの冷却器14の片側に配置することで、1つの冷却器14を各モータ駆動装置4A〜4Dに共用している。各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10と平滑回路11を構成する平滑コンデンサCとは、銅バー18を介して接続される。
FIG. 4 is a front view showing an example of the arrangement configuration of the
図4では、モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の全てを、冷却器14の片側に配置しているが、図5のように、それぞれのインバータ部13が冷却器14の冷却面に近接した位置となるように、1つの冷却器14の両側に2個ずつ分けて各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10を配置しても良い。
In FIG. 4, all of the
なお、従来のインホイールモータ車両の駆動装置では、図29のように、各インホイールモータ部33A〜33Dに対応するモータ駆動装置34A〜34Dを、各インホイールモータ部33A〜33Dごとに、その直近の位置または直近の車内に互いに分離して配置しているので、図26のようにモータ駆動装置34A〜34Dごとに個別に平滑回路41を設ける必要があった。
これに対して、この実施形態のインホイールモータ車両1の駆動装置では、全てのモータ駆動装置4A〜4Dを一箇所に集めて同一ケース7内に配置したため、1つの平滑回路11を全てのモータ駆動装置4A〜4Dに共用する構成が可能となる。また、図4や図5の配置構成例のように、全てのモータ駆動装置4A〜4Dの本体部10を1つの冷却器14に搭載することが可能となるので、1つの冷却器14を共用して各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ部13を冷却することができる。図5のように、モータ駆動装置4A〜4Dの各本体部10を冷却器14の両側に分けて配置する場合には、冷却器14の小型化が可能となり、さらには冷却器14の冷却効率も向上させることができる。その結果、駆動装置の小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
In the conventional driving device for an in-wheel motor vehicle, as shown in FIG. 29,
On the other hand, in the drive device of the in-
図6は、各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10を1つの冷却器14の片側に配置した図4の配置構成例において、各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dを一体化した例をブロック図で示す。インバータ制御部12A〜12Dは、マイクロコンピュータや電子回路等からなる。各インバータ制御部12A〜12Dは、それぞれ第1の演算部22、センサ回路23、駆動素子用プリドライバ回路24からなる。演算部22は、インバータ部13における駆動素子15のオン・オフタイミングを決定し、対応するインホイールモータ部3A〜3Dでのモータトルクもしくは回転数を制御する機能、フェールセーフ機能、通信機構、温度監視機能等を担当する。センサ回路23は、対応するインホイールモータ部3A〜3Dに取付けられたレゾルバ等の位相検出器16の信号から回転角を演算する。駆動素子用プリドライバ回路24は、演算部22からの指令に応じてインバータ部13における駆動素子15のオン・オフを制御する。
FIG. 6 shows an example of the arrangement configuration of FIG. 4 in which the
各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dは、先述したように各モータ駆動装置4A〜4D同士の通信、もしくは車両に配置され車両の各電装機器を統轄して制御する上位コントローラと通信する機能を有する。図6のように、各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dを一体化すると、各モータ駆動装置4A〜4D同士の間や前記上位コントローラとの間の通信用ケーブル、ハーネス類、コネクタを共通化できるので、駆動装置のコンパクト化、低コスト化が可能となる。
As described above, the inverter control units 12A to 12D of the
図7は、各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dを一体化した図6の構成において、さらに各インバータ制御部12A〜12Dの演算部22を1つのもので共有化した例をブロック図で示す。このように各インバータ制御部12A〜12Dの演算部22を1つのもので共有化することにより、インホイールモータ部3A〜3D、モータ駆動装置4A〜4Dの状態(回転数、電流値、温度等)の情報を、通信を使用せずに簡単に共有化することができる。
FIG. 7 shows an example in which the inverter control units 12A to 12D of the
このように各インバータ制御部12A〜12Dの演算部22を1つのもので共有化して一体化した場合に、複数のモータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dは、インバータ部13の駆動素子15をPWM方式で駆動させる制御方式とし、前記複数のモータ駆動装置4A〜4Dは、互いにPWMの周期が等しく、かつ駆動素子15のオン・オフタイミングを互いにずらすのが良い。
例えば、各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ部13の駆動素子15のオンタイミングの中心が、PWM周期をモータ駆動装置4A〜4Dの個数で分割して等間隔になるようにずらすのが良い。オンタイミングの中心の代わりに、オンタイミングの開始が、PWM周期をモータ駆動装置4A〜4Dの個数で分割して等間隔になるようにずらしても良い。
Thus, when the
For example, the center of the on-timing of the
具体的には、2輪駆動の場合に、モータ駆動装置4A,4Bまたは4C,4Dは、インバータ部13の駆動素子15のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で180度ずらすのが良い。
4輪駆動の場合は、モータ駆動装置4A〜4Dは、インバータ部13の駆動素子のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で90度ずらすのが良い。
8輪駆動の場合は、モータ駆動装置4A〜4D等は、インバータ部13の駆動素子15のオン・オフタイミングを、互いにPWM周期で45度ずらすのが良い。
Specifically, in the case of two-wheel drive, the
In the case of four-wheel drive, the
In the case of 8-wheel drive, the
図8にはモータ駆動時の電圧電流波形を示す。図2,図3,図6,図7のインバータ制御部12,12A〜12Dは、PWM制御によりインバータ部13の駆動素子15をオンオフさせて正弦波状の電流を、インホイールモータ部3A〜3Dのモータ17におけるステータ17aのコイルに流す。
図9にはモータ駆動装置4Aとモータ駆動装置4Bの駆動素子15のオン(ON)タイミングを示す。図9(A)は、モータ駆動装置4Aとモータ駆動装置4Bの各オン動作時間の中心を基準に等間隔になるようにタイミングを決定している。図9(B)は、各オン動作の開始を基準にして等間隔になるようにタイミングを決定している。図7のように演算部22を共有化することで、複数のモータ駆動装置4A〜4Dの駆動素子オンタイミングを容易に制御できるため、このようにタイミングをずらすことが出来る。また、図9(A),(B)のようにモータ駆動装置4Aとモータ駆動装置4Bを等間隔でずらすことにより、共有化した平滑コンデンサCからのリップル電流のピーク値を低減させることが出来、平滑コンデンサの小型化が可能となる。
FIG. 8 shows a voltage / current waveform when the motor is driven. The
FIG. 9 shows the ON timing of the
図9(C)は、例えば4輪駆動の場合、4つのインホイールモータ部3A〜3Dを独立に駆動するために4つのモータ駆動装置4A〜4Dが設置された場合を示している。この例では、PWM制御の1周期を4分割し、90度の間隔に各駆動装置のオン動作時間の中心が来るように制御している。このため、低負荷時にはバッテリーから瞬間的に大電流を供給しなくてもよく、電流が平滑化される。4輪駆動に限ったことではなく、駆動モータの個数によってタイミングは決定される。
FIG. 9C shows a case where, for example, in the case of four-wheel drive, four
図10〜図12は、この発明の他の実施形態を示す。インホイールモータ駆動には、効率向上のため昇圧回路を用いて、バッテリの電源電圧を上昇させる場合がある。この実施形態では、図1に示した先の実施形態におけるインホイールモータ車両の駆動装置において、図10に概略図で示す構成部品の配置構成例のように、同一ケース7内に、4つのモータ駆動装置4A〜4Dに加えて昇圧部25を配置している。図11は、モータ駆動装置4A〜4Dに昇圧部25を加えた回路構成の概略図を示す。この場合、モータ駆動装置本体部10の平滑回路11は、昇圧部25の出力側に配置する。この昇圧部25は、図14にその回路構成を概略図で示すように、複数の駆動素子27、リアクトル28、および整流器29からなる並列接続した複数(ここでは4つ)の昇圧回路と、これらの各昇圧回路をオン・オフ制御する1つの昇圧用制御部26とで構成され、バッテリ部から供給されて来る電源電圧を上昇させる。なお、図14においては、簡略化のために、図11におけるバッテリ部(バッテリ5とバッテリコントローラユニット6)を直流電源の符号で表し、図11における各モータ駆動装置4A〜4Dと各インホイールモータ部3A〜3Dの部分を平滑コンデンサCと負荷とで表している。その他の構成は、図1に示した先の実施形態の場合と同様である。
10 to 12 show another embodiment of the present invention. In-wheel motor drive may use a booster circuit to increase the power supply voltage of the battery in order to improve efficiency. In this embodiment, in the driving apparatus for an in-wheel motor vehicle in the previous embodiment shown in FIG. 1, four motors are provided in the
図12は、前記ケース7内における各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10と、冷却器14と、昇圧部25の配置構成の一例を正面図で示す。この配置構成例では、モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の全てを、それらのインバータ部13が各モータ駆動装置4A〜4Dに共用される1つの冷却器14の冷却面に近接した位置となるように、冷却器14の片側に配置し、昇圧部25を前記冷却器14のモータ駆動装置本体部配置側とは反対の片側の冷却面に配置している。
FIG. 12 is a front view showing an example of the arrangement configuration of the
このほか、各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の被冷却部(主としてインバータ部13)を冷却器14の冷却面に効率良く配置できるのであれば、各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10のうちのいくつかを、冷却器14の昇圧部25が配置される片側の冷却面に配置しても良い。
In addition, if the part to be cooled (mainly the inverter unit 13) of the
図13は、各モータ駆動装置4A〜4Dの本体部10の全てを1つの冷却器14の片側に配置した図12の配置構成例において、各モータ駆動装置4A〜4Dのインバータ制御部12A〜12Dを一体化した例を正面図で示す。この場合にも、先の実施形態において図7で示したように、各インバータ制御部12A〜12Dの演算部22を共有化しても良い。また、昇圧部25の昇圧用制御部26(図14)を、各モータ駆動装置4A〜4Dの制御部10と共に一体化しても良い。さらには、昇圧用制御部26が備える第2の演算部46と、各モータ駆動装置4A〜4Dの制御部10の演算部22とを、1つの演算部で共用するようにしても良い。
FIG. 13 is an example of the arrangement configuration of FIG. 12 in which all the
図14に示す昇圧部25の回路構成例では、昇圧回路を4回路並列接続した場合を示しているが、昇圧回路は2回路以上であれば良い。このように、昇圧部25を、並列接続された複数の昇圧回路と、各昇圧回路を構成する複数の駆動素子27をオン・オフ制御する1つの昇圧用制御部26で構成することで、図15(A)に示すように、昇圧用制御部26における各駆動素子27に対応する出力部26a〜26dからのオン・オフタイミング信号を互いにずらすことができ、これによりモータ駆動装置4A〜4Dの入力側の平滑回路11を構成する平滑コンデンサCへ流れるリップル電流を同図(C)のように低減できる。リップル電流を低減できることから、平滑回路11を構成する平滑コンデンサCのサイズを低減できる。また、リアクトル28を複数にすることで、リアクトル28の小型化も可能になる。その結果、駆動装置の小型化、低コスト化が可能となる。
The circuit configuration example of the
この実施形態の前記昇圧部25と比較するために、一般的な昇圧部の回路構成を図27に示す。この従来の昇圧部45では、各1つの駆動素子37、リアクトル38、および整流器39により昇圧回路が1回路構成されている。この回路構成では、駆動素子37のオン・オフタイミングによって、駆動素子37に流れる電流と整流器39に流れる電流とが切り換わるため、モータ駆動装置の入力側の平滑回路41を構成するコンデンサに流れる電流は、図28に示すように断続的な電流波形となる。
For comparison with the
この実施形態では、前記のようにインバータ制御部12の第1の演算部22と、昇圧用制御部26の第2の演算部46とを一体化させてあり、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、複数の駆動素子27をPWM方式で駆動し、これら複数の駆動素子27のPWMの周期を等しくし、各駆動素子27のオン・オフタイミングをずらす。
このように演算部を一体化させた場合に、昇圧部の複数の駆動素子のオン・オフタイミングをずらせても、平滑回路へのリップル電流を低減することが可能となる。
In this embodiment, as described above, the
When the arithmetic units are integrated in this way, the ripple current to the smoothing circuit can be reduced even if the on / off timings of the plurality of drive elements of the booster unit are shifted.
昇圧部25の複数の駆動素子27のオン・オフタイミングをずらせる場合に、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、各駆動素子27のオン・オフタイミングの中心が、PWM周期を駆動素子27の個数で分割して等間隔になるようにずらすようにしても良い。
オン・オフタイミングの中心ではなく、オン・オフタイミングの開始をずらせるようにしても良い。すなわち、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、各駆動素子27のオン・オフタイミングの開始が、PWM周期を駆動素子27の個数で分割して等間隔になるようにずらすものとしても良い。
When the on / off timings of the plurality of
The start of the on / off timing may be shifted instead of the center of the on / off timing. That is, the boosting
昇圧部25の複数の駆動素子27のオン・オフタイミングをずらせる場合に、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、複数の駆動素子27の全てのオンタイミングが重畳しないように制御しても良い。
When shifting the on / off timings of the plurality of driving
前記インバータ制御部12と、前記昇圧部25の前記昇圧用制御部26を、それぞれ複数のモータ駆動装置4A〜4Dの間で少なくとも一部が共有されるように一体化した場合に、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、駆動素子27をPWM方式で駆動し、複数の駆動素子27のPWMの周期を可変としても良い。
この場合に、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、複数の駆動素子27を全て同じ周期で駆動するようにしても良い。
When the
In this case, the boosting
また、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、PWMのオンとオフの割合を固定にして、PWMの周期を可変としても良い。
この場合に、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、複数の駆動素子27のPWMのオンの割合が、PWM周期を複数の駆動素子27の個数で分割した間隔になるように固定し、各駆動素子27のオンタイミングが重ならないようにずらすものであっても良い。
また、前記昇圧部25の昇圧用制御部26は、複数の駆動素子27のPWMのオフの割合が、PWM周期を複数の駆動素子27の個数で分割した間隔になるように固定し、各駆動素子27のオンタイミングが重ならないようにずらすものであっても良い。
Further, the boosting
In this case, the boosting
Further, the boosting
また、前記昇圧部25は1つの昇圧用制御部26に対して、複数の駆動素子27および複数のリアクトル28を有するものであっても良い。前記昇圧部25は、複数の駆動素子27の作動開始時間および作動停止時間がそれぞれ異なるように駆動させても良い。
昇圧部25が複数のリアクトル28を持ち、各リアクトル28への電流印加のタイミングをずらすことにより、平滑回路のリップル電流を低減でき、平滑回路のコンデンサを小型化できる。リアクトル28を複数にすることで、リアクトル28の小型化も可能である。これらにより、より一層、インホイールモータ車両の駆動装置を小型化、軽量化、低コスト化できる。
Further, the boosting
The
前記昇圧部25は複数の駆動素子27の作動開始時間の間隔を一定としても良い。前記昇圧部25は複数の駆動素子の作動時間が重畳しないようにしても良い。これによってもリップル電流を低減できる。
The boosting
図16では各駆動素子27のオン時間D1を広げた場合を示しており、供給電流を可変することができる。昇圧部25では図示しないが、図14の負荷の両端にかかる電圧を監視し、PWMのオン時間(デューティ)を可変させることで、負荷に応じて出力電圧が決定される。
複数の駆動素子27の出力電流のタイミングがずれることによって、リップル電流を低減できるため、各駆動素子27のオン作動タイミングを等間隔にすることが効率がよい。
図17では、各オン動作時間の中心を基準に等間隔になるようにタイミングを決定している。図18では、各オン動作時間の開始を基準に等間隔になるようにタイミングを決定している。
FIG. 16 shows a case where the ON time D1 of each
Since the ripple current can be reduced by shifting the timing of the output currents of the plurality of
In FIG. 17, the timing is determined so as to be equally spaced with reference to the center of each on-operation time. In FIG. 18, the timing is determined so as to be equally spaced with reference to the start of each on-operation time.
また、複数の駆動素子27が全て同時にONしないように制御する。全ての駆動素子27が同時にオンすると、オフ時間が重ならなくなってしまうために、昇圧部25の出力電流が断続的になりリップル電流が増大してしまう。
Further, control is performed so that the plurality of
図19では駆動素子27のオンタイミングと電流波形を示している。図19は複数の駆動素子27の内、常に1つがオンした状態となった場合である。この場合、回路の入力電流が連続的になるため、バッテリから供給される電流の脈動を低減することができる。また、図15,図16に見られるような出力電流のひずみも低減される。
図20は、駆動素子27のオフタイミングが重ならずかつ断続的な電流にならないように、駆動素子27の内常に1つがオフした状態となった場合である。この場合、図からもわかるように出力電流のリップルが最も小さくなる。
また、リップル電流の小さい図19もしくは図20のオン・オフの割合でタイミングを固定し、PWMの周期を可変することで、出力電流を制御することができる。
FIG. 19 shows the ON timing of the
FIG. 20 shows a case where one of the
Further, the output current can be controlled by fixing the timing at the on / off ratio of FIG. 19 or FIG. 20 where the ripple current is small and changing the PWM cycle.
図21は、図20の周期を2分の1にしたものである。1回のパルス幅が短くなるため周期を短くすると出力電流が低下する。逆に周期を長くすると出力電流が増加する。
ここで、周期を可変する場合、オン・オフの割合は図19もしくは図20に限定したものではない。周期の可変とオン・オフの割合の可変を組み合わせることも可能である。例えば、周期可変範囲を可聴帯域以上に設定し、周期の上限値から更に出力を上げる場合は、オン動作時間の割合を増やす、または周期設定の最小値において出力が大きい場合は、オン動作時間の割合を下げるといった動作である。
FIG. 21 is a diagram in which the period of FIG. 20 is halved. Since the pulse width of one time is shortened, the output current decreases when the cycle is shortened. Conversely, if the cycle is lengthened, the output current increases.
Here, when the period is varied, the on / off ratio is not limited to that shown in FIG. It is also possible to combine variable period and variable on / off ratio. For example, if the cycle variable range is set to be higher than the audible band and the output is further increased from the upper limit of the cycle, the ratio of the on operation time is increased, or if the output is large at the minimum value of the cycle setting, It is an operation such as lowering the ratio.
また、昇圧回路25に使用される整流器29(図14参照)は、駆動素子27のオフ時に順方向(図14で左から右)に通電している状態から駆動素子27がオン状態になり、瞬時に逆電圧が印加されると、逆回復電流(整流器の右から左)が流れる。この逆回復電流はノイズ発生源であるため、防止するためには、駆動素子27がオンするタイミングに整流器の順方向の通電がなければよい。図15と図16の整流器電流波形で説明する。図15は駆動素子27がONする前にリアクトルのエネルギーが消費され整流器29は通電していない。図16は整流器29に通電中に駆動素子27がオンしている。駆動素子27のオンのタイミングで整流器電流が瞬時にゼロになっている。ここでは図示していないが、図16では駆動素子27のオンのタイミングで、瞬時逆向きの電流が流れる。つまり、駆動素子27をオンするタイミングで順方向の通電が終了するようにオン・オフのタイミングを制御しておき、周期を可変することで出力電圧を制御する設定でも良い。
Further, the rectifier 29 (see FIG. 14) used in the
図22は、前記昇圧部25の他の回路構成例を示す。この回路構成例では、リアクトル28と整流器29とでなり互いに並列接続された複数の昇圧回路に対して並列に、これらのリアクトル28を介さずに電源からの電流をモータ駆動装置4A〜4Dへ供給するバイパス経路30を接続している。このバイパス経路30は整流器からなる。
FIG. 22 shows another circuit configuration example of the
昇圧部25では、インホイールモータの回転数に応じて昇圧電圧が決定される。つまり、回転数が予め定めた値より低い場合には、昇圧動作をしない。図23に示したように、従来の昇圧部の回路構成では、昇圧動作をしない場合でも、電源からリアクトル38を介して電流が供給される。リアクトル38は数十〜数百mΩ程度の抵抗値を持ち、インホイールモータのように駆動電流が100A以上になる駆動条件では、この抵抗による損失も無視できない。そこで、図22のようにバイパス経路30を設けた場合、低回転運転時の損失を低減することができる。
In the
なお、上記各実施形態では、図23のように、インホイールモータ車両1が前左右輪および後左右輪にそれぞれインホイールモータ部3A〜3Dを配置した4輪駆動の電気自動車または燃料電池車である場合(図1および図8と同じ)を例示し、各インホイールモータ部3A〜3Dに対応する4つのモータ駆動装置4A〜4Dを一箇所に集めて配置した。しかし、同じ4輪駆動の電気自動車や燃料電池車において、図24のように、例えば前左右輪のインホイールモータ部3A,3Bに対応する2つのモータ駆動装置4A,4Bを車両前部の1箇所に集めて配置し、後左右輪のインホイールモータ部3C,3Dに対応する2つのモータ駆動装置4C,4Dを車両後部の一箇所に集めて配置しても良い。また、この発明は、インホイールモータ車両1が、図25のような2輪駆動車、あるいは前左右輪および後左右輪のいずれか一方が内燃機関で駆動されるハイブリット車である場合(図25では後左右輪にインホイールモータ部3C,3Dを配置した例を示す)にも、2つのインホイールモータ部3C,3Dに対応する2つのモータ駆動装置4C,4Dを一箇所に集めて配置することで適用できる。
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 23, the in-
1…インホイールモータ車両
2A〜2D…車輪
3A〜3D…インホイールモータ部
4A〜4D…モータ駆動装置
7…ケース
10…モータ駆動装置の本体部
11…平滑回路
12,12A〜12D…インバータ制御部
13…インバータ部
14…冷却器
15…駆動素子
22…演算部
25…昇圧部
26…昇圧用制御部
27…駆動素子
28…リアクトル
29…整流器
30…バイパス経路
C…平滑コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記複数のモータ駆動装置を同一ケース内に配置し、これら複数のモータ駆動装置の間で、これらモータ駆動装置の構成部品である前記平滑コンデンサを互いに共有し、前記インバータ制御部が、前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフタイミングを決定し前記インホイールモータ部のモータのトルクまたは回転数を制御する機能を有する演算部と、この演算部からの指令に応じて前記インバータ部における前記駆動素子のオン・オフを制御する駆動素子用プリドライバ回路とを有し、前記複数のモータ駆動装置が、前記インバータ制御部の前記演算部を互いに共有し、前記駆動素子用プリドライバ回路は前記各インバータ制御部に個別に備え、前記複数のモータ駆動装置の前記インバータ制御部は、前記インバータ部の前記駆動素子をPWM方式で駆動させる制御方式であり、前記複数のモータ駆動装置は、互いにPWMの周期が等しく、かつ前記駆動素子のオン・オフタイミングを互いにずらすことを特徴とする車両の駆動輪用のモータ駆動装置。 A plurality of drive motors respectively disposed on at least two drive wheels of a plurality of drive wheels of the vehicle, and a plurality of motor drive devices for controlling each of the drive motors, the motor drive device having a smoothing capacitor. And a smoothing circuit that smoothes the DC power supplied from the battery unit and a plurality of drive elements that perform a switching operation, and the DC power input through the smoothing circuit is converted into a three-phase alternating current by the intermittent connection of the drive elements. In a motor drive device for driving wheels of a vehicle having an inverter unit, an inverter control unit that controls the inverter unit, and a cooler that cools the inverter unit,
The plurality of motor drive devices are arranged in the same case, and the plurality of motor drive devices share the smoothing capacitor that is a component of these motor drive devices with each other, and the inverter control unit includes the inverter unit. A calculation unit having a function of determining an on / off timing of the drive element in the motor and controlling a torque or a rotation speed of the motor of the in-wheel motor unit, and the drive element in the inverter unit according to a command from the calculation unit A driving element pre-driver circuit for controlling on / off of the driving element, wherein the plurality of motor driving devices share the arithmetic unit of the inverter control unit, and the driving element pre-driver circuit is connected to each inverter. provided separately to the control unit, said inverter control unit of the plurality of motor drive, the drive of the inverter unit A control system for driving an element in a PWM system, wherein the plurality of motor driving devices have the same PWM period and the on / off timing of the driving element is shifted from each other. Motor drive device.
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