特許 5797983 電気自動車のコンデンサ電荷放電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797983

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】電気自動車のコンデンサ電荷放電装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 9/18 20060101AFI20151001BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20151001BHJP

   B60L 3/00 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   B60L9/18 P

   B60L15/20 S

   B60L3/00 J

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-195700(P2011-195700)

(22)【出願日】2011年9月8日

(65)【公開番号】特開2013-59192(P2013-59192A)

(43)【公開日】2013年3月28日

【審査請求日】2014年3月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】松岡 大輔

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１４５２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４１８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−００７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２０３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２７８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３３８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１６９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

請求項１において、前記各モータは、このモータと、前記駆動輪を支持する車輪用軸受と、前記モータの回転を減速して前記車輪用軸受の回転側輪に伝える減速機とでなるインホイールモータ装置を構成する電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、前記相互逆回転放電制御手段は、前記開閉指令手段から主電源をオフするオフ信号を受信すると、前記インバータの出力電圧が、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の動作を開始し、閾値未満または閾値以下になるとインバータの動作を停止する電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータが設置されている駆動輪は左右の後輪である電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータが設置されている駆動輪は左右の前輪である電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータが設置されている駆動輪は左右の前輪と左右の後輪である電気自動車のコンデンサ電荷放電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−７８０７号公報

【特許文献2】特開２００９−２７８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【発明の効果】

【0013】

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。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明の一実施形態に係る電気自動車のコンデンサ電荷放電装置を備えた車両の概念構成を示す平面図である。

【図2】そのインバータ装置の回路図である。

【図3】同コンデンサ電荷放電装置の相互逆回転放電制御手段の制御を示す流れ図である。

【図4】２輪駆動車における相互逆回転放電制御手段による各駆動輪のトルク発生方向を示す説明図である。

【図5】４輪駆動車における相互逆回転放電制御手段による各駆動輪のトルク発生方向を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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）。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【符号の説明】

【0029】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】