JPWO2012035817A1 - モータ駆動走行体用回生装置及びこれを用いたモータ駆動走行体 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、電気自動車等の起動時に起動トルク負荷を軽減し、走行時は回生モーターとして機能できるようにした回生装置及びこれを用いたモーター駆動走行体に関する【解決手段】モーター駆動走行体の起動時などの駆動軸のトルクの高負荷時に駆動し、低負荷時に回生発電を行い蓄電器に充電する補助駆動モーターと、駆動軸のトルクの低負荷時及び無負荷時に回生発電を行い蓄電器に充電し、それ以外はモーター駆動走行体の走行駆動を行う主駆動モーターとを備えてなり、起動時は補助駆動モーターで起動してから主駆動モーターに移行して起動時のトルク負荷を軽減することを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、駆動用モーターを装備した電気自動車や電動車両などのモータ駆動走行体に関わり、特に電気自動車の起動時の起動トルク負荷を軽減するとともに、走行時は回生モータとして機能できるようにしたモータ駆動走行体用回生装置及びこれを用いたモータ駆動走行体に関するものである。

電気自動車の起動時は、起動トルクが過大となり大電流が流れることが知られている。
そのため容量の大きな電動機を駆動装置として備える必要がある。
また、最近では初期の大電流を供給するためキャパシタが使用される例が増えている。
電気自動車が通常の走行に入ると、モータ容量の６０％程度で走行することになり電動機の効率も低い部分で使用することになる。
つまり起動時は大トルクを出力するための大電流が流れるが、そのためにキャパシタなどの準備が必要となると共に、周囲の電気系統に対する大きなリスクが発生し、また走行に入れば電動機が効率の悪い領域で駆動するのでエネルギーロスが発生するという不具合がある。
また、電力回生システムとして、例えば特開２０１０−６８６９７では、エンジン毎に他励式発電機を接続し、インバータと接続する構成が知られているが、起動時の起動トルクに対応した電流を供給する構成とはなっていない。

特開２０１０−６８６９７公報

この発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、起動時などトルク負荷の大きな走行時は減速した補助駆動モータを起動用モータとして使用して初期制動し、その後に主駆動モータを駆動して円滑に移行することで、最大出力のより小さい一般走行用モータの選定と効率の高い領域での使用を可能とした。
また起動時に用いる補助駆動モータは、起動時以外は回生モータとして電気エネルギーを回収する制動モードとなり、また主駆動モータも高速走行時あるいは下り坂などのトルク負荷が少ない場合は回生モータとして機能して、回生エネルギーを効率よく蓄電することで省エネルギーを実現することにある。

この発明は、上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
電気自動車等モータなどのモータ駆動走行体用回生装置において、
モータ駆動走行体の起動時に主駆動モータより先に駆動し駆動力をスムーズに主駆動モータに移行させると共に、低負荷時には回生発電を行い蓄電器に充電する補助駆動モータと、
駆動軸の制動時に回生発電を行い蓄電器に充電し、それ以外はモータ駆動走行体の走行駆動を行う主駆動モータとを備えてなり
起動時は補助駆動モータで起動してから主駆動モータに移行して起動時のトルク負荷を軽減することを特徴とする。
請求項２の発明では、
駆動軸に約１０倍の減速を行った連結軸に補助駆動モータを設け、該補助駆動モータが起動時は起動用のモータとして機能し、走行時は回生発電機として機能することを特徴とする。
請求項３の発明では、
主駆動モータが、制動時には回生発電機として機能することを特徴とする。
請求項４の発明では、
蓄電器が複数設けられると共に充電モードと主駆動モータ及び又は補助駆動モータへの放電モードに切り替え可能となっており、充電時には全蓄電器を充電モードとし、放電時には順番に１つの蓄電器を放電モードにして放電を行い放電が終了した蓄電器は充電モードに変更し、次の蓄電器を放電モードにして順次放電を行うように制御したことを特徴とする。
請求項５の発明では、
蓄電器に、外部電源として太陽光発電装置が接続されて補助的に充電しうることを特徴とする。
請求項６のモータ駆動走行体の発明では、
請求項１から５のモータ駆動走行体用回生装置を用いたことを特徴とする。

この発明では、駆動及び回生制動可能な主駆動用モータと、初期高トルク負荷起動用補助モータを併用することで、走行状態に応じて、高負荷起動時あるいは一般走行時、無負荷時の状態に応じて、駆動輪又は回生制動輪として駆動モータ又は回生発電機を作動させることができる。
そして、起動および登坂走行の高負荷起動時は補助駆動モータを作動させ円滑に主駆動モータに移行することで、平坦路では効率の高い領域での駆動を実現できる。
また、補助駆動モータは、高トルク負荷時以外では回生発電機として機能し、主駆動モータは、平坦路や降坂時など無負荷に近い走行時に回生発電機として機能させることができる。

実施例１の電気自動車のモータ駆動及び回生装置を示すブロック図である。

１ 前輪
２ 後輪（駆動軸）
３ 主駆動モーター
４ 主駆動モーター用減速器
５ 補助モーター
６ 補助モーター用減速器
７ 主駆動モーターの充放電用コントローラ
８ 補助駆動モーターの充放電用コントローラ
９ 蓄電器
１０ 太陽光発電パネル
１１ 主制御部

以下に、この発明のモータ駆動走行体用回生装置及びこれを用いたモータ駆動走行体を電気自動車に適用した好適実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施例の電気自動車の駆動システムの構成図である。
本実施例の電気自動車では後輪駆動の場合を図示して説明するが、前輪駆動であっても、あるいは四輪駆動であってもよい。

図１において、符号１は電気自動車の前輪、符号２はその後輪である。
符号３は主駆動モータであり、駆動モータ用減速機４を介して前記後輪２と接続されている。
上記主駆動モータ３は、制動時には回生用発電機として機能するようになっている。
また、駆動モータ用減速機４は、本実施例では約１０倍程度の減速を行う。

符号５は補助駆動モータであり、補助駆動モータ用減速機６を介して前記駆動モータ用減速機４の回転軸と接続されている。
上記補助駆動モータ５は、起動時は起動用モータとして機能し、走行時は回生用発電機として機能するようになっている。

そして、前記駆動モータ用減速機４では、前記補助駆動モータ５（及び補助駆動モータ用減速機６）又は前記主駆動モータ３からの駆動力を切り替えて後輪に駆動力として伝達しうる構成となっている。

主駆動モータ３には第１充放電用コントローラ７が接続されており、主駆動モータ３と蓄電器９との間での充放電をコントロールする。
同様に、補助駆動モータ５には第２充放電用コントローラ８が接続されており、補助駆動モータ５と蓄電器９との間での充放電をコントロールする。
前記蓄電器９は、充放電の回数等考慮して、キャパシタ式が望ましい。

符号１１は主制御部であり、主駆動モータ３、主駆動モータ用減速器４、補助モータ５、補助モータ用減速器６、第１充放電用コントローラ７、第２充放電用コントローラ８、蓄電器９、および太陽光発電パネル１０と接続されて、図示しない検出部から作動状況の情報を収集し、処理、判定してこれらを自動制御しうる構成となっている。

また、複数の充電器９は、前記主制御部１１によるスイッチの切り替えで、充電モードと、放電モードに切り替え可能となっている。
そこで、充電時には、主制御部１１は全蓄電器９を充電モードとする。
放電時には、主制御部１１は、順番に１つの蓄電器９を放電モードにして放電を行い、放電が終了した蓄電器９は充電モードに変更し、次の蓄電器９を放電モードにして放電を行う。このように順次、放電と充電を行うように制御する。

モータ側は、前記主制御部１１による第１放充電コントローラ７及び第２充電コントローラ８の制御で、主又は補助駆動モータ３、５が回生発電機として機能している場合は充電器９へ充電するモードとなり、駆動モータとして機能している場合は放電を受け入れるモードに切り替わるようになっている。

また、補助外部電源として、太陽光パネルなどの太陽光発電装置１０を別に設けて、前記充電器９と接続してもよい。
例えば 太陽光パネルを電気自動車の車体の屋根に設置し、昼間の蓄電を行うことにより蓄電量を増加し、無充電での走行距離を伸ばすことができる。

本実施例では、起動時又は登坂路時には、前記主制御部１１により、起動時の高トルクに対応して減速する補助駆動モータ５を駆動する。
これにより、主駆動用モータ３は起動開始時には駆動しないので、効率のよい領域で使用することができる。

上記補助駆動モータ５による駆動軸（後輪２）の起動後に、スムーズに主駆動モータ３による駆動に切り替わる。
主駆動用モータ３の容量を従来の約２分の１にすることができる。
また、走行の大半を占める一般走行時において高い効率領域で使用することになり、走行距離を伸ばすことができる。

前記補助駆動モータ５は、前記主制御部１１により、前記起動時等の高トルク時以外は、高回転の回生発電機として機能する。
また、主駆動モータ３は、制動時には回生制動輪として利用することにより、エネルギーを効率的に回収することができる。

上記実施例では電気自動車を例に説明したが、この発明では、電車やその他のモータ駆動走行体に広く適用することができる。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

Claims (6)

1. 電気自動車等モーターなどのモーター駆動走行体用回生装置において、
   モーター駆動走行体の起動時に主駆動モーターより先に駆動し駆動力をスムーズに主駆動モーターに移行させると共に、低負荷時には回生発電を行い蓄電器に充電する補助駆動モーターと、
   駆動軸の制動時に回生発電を行い蓄電器に充電し、それ以外はモーター駆動走行体の走行駆動を行う主駆動モーターとを備えてなり
   起動時は補助駆動モーターで起動してから主駆動モーターに移行して起動時のトルク負荷を軽減することを特徴とするモーター駆動走行体用回生装置。
2. 駆動軸に約１０倍の減速を行った連結軸に補助駆動モーターを設け、該補助駆動モーターが起動時は起動用のモーターとして機能し、走行時は回生発電機として機能することを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動走行体用回生装置。
3. 主駆動モーターが、制動時には回生発電機として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載のモーター駆動走行体用回生装置。
4. 蓄電器が複数設けられると共に充電モードと主駆動モーター及び又は補助駆動モーターへの放電モードに切り替え可能となっており、充電時には全蓄電器を充電モードとし、放電時には順番に１つの蓄電器を放電モードにして放電を行い放電が終了した蓄電器は充電モードに変更し、次の蓄電器を放電モードにして順次放電を行うように制御したことを特徴とするモーター駆動走行体用回生装置。
5. 蓄電器に、外部電源として太陽光発電装置が接続されて補助的に充電しうることを特徴とするモーター駆動走行体用回生装置。
6. 請求項１から５のモーター駆動走行体用回生装置を用いたモーター駆動走行体。

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