JP6755988B2 - 車両動力補助システム - Google Patents
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Description
電動発電機は、磁性材料にコイルを巻いたステータと、磁性材もしくは、磁性材と永久磁石とを有するロータとを備え、前記コイルは、駆動または回生時に前記コイルに電流が流れることで自己発熱する。
御する制御装置39と、温度検出手段51とを備え、
前記制御装置39は、直流電源10からの直流電力を交流電力に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13とを備え、
前記制御回路13は、前記温度検出手段15で検出される温度に応じて前記直流電源10からの前記電動発電機14に流れる電流を制限する機能を有し、
前記温度検出手段15は、前記車輪4,5を制動するブレーキロータ36およびブレーキキャリパ37の径方向内側で、且つ、前記電動発電機14のステータ41の径方向外側に設けられ、前記ブレーキロータ36、前記ブレーキキャリパ37および前記ステータ41の発熱による温度を検出する。
前記閾値は、設計等によって任意に定める値であって、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値を求めて定められる。前記「電流を制限する」とは、電流を零にすることも含む。
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。
前記定められた最大電流は、設計等によって任意に定める電流であって、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電流を求めて定められる。
この構成によると、前記閾値を超えるとき電動発電機14に流れる電流を制限するため、例えば、ブレーキ35の熱放射あるいは熱伝導等により、この電動発電機14の温度が上昇して永久磁石Mgが減磁することをより確実に防止することができる。
前記コイル41aが機能を喪失しない上限温度は、実際にコイル41aが機能を喪失する温度に対して余裕を持って定められていてもよく、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定められる。なおコイル41aが機能を喪失した状態とは、コイル41aの焼損等により所望の電流を流せない状態を言う。
この構成によると、前記閾値を超えるとき電動発電機14に流れる電流を制限するため、コイル41aの異常をより確実に防止することができる。
<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、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。
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。
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。前記駆動アシスト力は、車輪5の回転で発電を行い給電されることによって車輪5を回転駆動可能な走
行補助用の駆動力である。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、例えば、アウターロータ型のIPM同期モータである。各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。
図5〜図7に示すように、この電動発電機14には、ブレーキロータ36、ブレーキキャリパ37およびステータ41の発熱による温度を検出する温度検出手段15が取り付けられている。温度検出手段15は、例えば、サーミスタまたは熱電対など、径方向外側のロータ部分に干渉することなくステータ41に取り付けることができるのであれば形式は問わない。この温度検出手段15は、ブレーキロータ36およびブレーキキャリパ37の径方向内側で、且つ、ステータ41の径方向外側に、例えば接着剤等を用いて固定されている。
図8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8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。
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。
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。
図2および図8に示すように、制御装置39は、電力変換回路12と制御回路13とを有する。また、制御装置39には、電動発電機14の内部温度を検出する前述の温度検出手段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三相のインバータである。このインバータは、例えば、図示外のコンデンサおよび六個のスイッチング素子等を含む。
この制御回路13は、温度検出手段15で検出される温度が閾値を超えるか否かを判断する判断部13aを備える。制御回路13は、判断部13aにより前記温度が閾値を超えると判断したとき、直流電源10から電動発電機14に流れる電流を制限する。
図9は、図8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8の駆動輪側の電動発電機1bは、図9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。
図10は、この車両動力補助システムによる駆動電流の制限を示すフローチャートである。図2等も適宜参照しつつ説明する。
本処理開始後、電動発電機14の内部温度を温度検出手段15により検出する(手順1)。次に、制御回路13の判断部13aは、検出された温度が予め設定された閾値を超えていないかを判断する(手順2)。温度が閾値を超えていないとの判断(手順2:Yes)で手順4に移行する。
手順3において、制御回路13は、電動発電機14の力行回生電流を制限する。詳しくは、力行回生電流制限開始後、制御回路13は、電動発電機14の内部温度が閾値以下に収まる力行回生トルクを、前記温度・トルクマップから算出する(手順3−1)。次に、制御回路13は、算出された力行回生トルクから力行回生電流を算出する(手順3−2)。その後手順4において、制御回路13は、電動発電機14の力行回生電流を電力変換回路12に指令する。その後本処理を終了する。
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の構造体が不要であり、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。
4…車輪(駆動輪)
5…車輪(従動輪)
10…直流電源
12…電力変換回路
13…制御回路
13a…判断部
14…電動発電機
15…温度検出手段
30…車両
31…車輪用軸受
36…ブレーキロータ
37…ブレーキキャリパ
39…制御装置
41…ステータ
41a…コイル
Claims (4)
- 車両の車輪を回転支持する車輪用軸受に支持され前記車輪を回転駆動可能な駆動アシスト力および回生駆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、温度検出手段とを備え、
前記制御装置は、直流電源からの直流電力を交流電力に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を備え、
前記制御回路は、前記温度検出手段で検出される温度に応じて前記直流電源からの前記電動発電機に流れる電流を制限する機能を有し、
前記温度検出手段は、前記車輪を制動するブレーキロータおよびブレーキキャリパの径方向内側で、且つ、前記電動発電機のステータの径方向外側に設けられ、前記ブレーキロータ、前記ブレーキキャリパおよび前記ステータの発熱による温度を検出す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、前記電動発電機は、このモータロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型である車両動力補助システム。
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