特許 6393203 モータ駆動装置

(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】6393203

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】モータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20180910BHJP

   B60K 7/00 20060101ALI20180910BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   H02P29/00

   B60K7/00

   B60L9/18 J

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-16913(P2015-16913)

(22)【出願日】2015年1月30日

(65)【公開番号】特開2016-144266(P2016-144266A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2017年8月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 基

(72)【発明者】

【氏名】藤本 博志

(72)【発明者】

【氏名】居村 岳広

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３３３５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００５２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２７８３９００（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２９／００

Ｂ６０Ｋ ７／００

Ｂ６０Ｌ ９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁界を用いた共振現象を利用して無線で伝送された交流電力を取得するコイルと、
前記交流電力に基づく交流電流が、前記コイルおよび前記コイルと並列に設けられたコンデンサを流れるようにする第１のモードと、前記交流電流が、前記コンデンサを介さずに前記コイルを流れるようにする第２のモードと、を切り替えて、前記コンデンサの端子間電圧に基づいてモータの駆動信号を生成する変換回路と、
を備え、
前記変換回路は、
前記コイルと前記コンデンサとの間に直列に設けられた第１のスイッチと、前記コイルの端子間に設けられた第２のスイッチと、を備え、
前記第１のモードで動作する場合に、前記第１のスイッチがオン状態で前記第２のスイッチがオフ状態となり、
前記第２のモードで動作する場合に、前記第１のスイッチがオフ状態で前記第２のスイッチがオン状態となる、モータ駆動装置。

【請求項2】

前記交流電流の向きおよび前記コンデンサの端子間電圧を検出して、前記変換回路を前記第１のモードまたは前記第２のモードで動作させる制御回路を、更に備える、請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記モータは多相モータであって、前記モータの相と同じ数の前記変換回路を備える、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。

【請求項4】

前記モータはインホイールモータである、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動装置、特に電気自動車等のホイール内部に駆動源を配置するインホイールモータのモータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車等において、ホイール内部に駆動源を配置するインホイールモータを備えることは、機械損失を生じるドライブシャフトを不要にし、駆動力をタイヤに直接伝達できるため望ましい。従来、インホイールモータは車体側からワイヤ（有線）により電力が供給されることが一般的であった。

【0003】

電力の供給をワイヤレス（無線）化することで、ワイヤの切断リスクがないことによる信頼性の向上や路面からの給電への応用が期待できる。例えば、特許文献１は非接触式電磁給電部を備える車輪給電装置の技術について開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−５５４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一次側（車体側）から無線給電を受ける二次側（車輪側）のモータ駆動装置は、２つの変換部を備えることが一般的である。つまり、一般に、モータ駆動装置はコイルで受け取った交流電力を直流電力に変換する第１の変換部と、その直流電力を交流のモータの駆動信号へと変換する第２の変換部とを備える。

【0006】

ここで、直流電力を介してモータの駆動信号へと変換する場合、大容量のコンデンサ（例えば、電解コンデンサ）が必要になる。しかし、インホイールモータのモータ駆動装置は、設置できるスペースがホイール内部に限定されており、さらなる小型化が求められている。

【0007】

前記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型で変換効率のよいモータ駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するため、本発明に係るモータ駆動装置は、磁界を用いた共振現象を利用して無線で伝送された交流電力を取得するコイルと、前記交流電力に基づく交流電流が、前記コイルおよび前記コイルと並列に設けられたコンデンサを流れるようにする第１のモードと、前記交流電流が、前記コンデンサを介さずに前記コイルを流れるようにする第２のモードと、を切り替えて、前記コンデンサの端子間電圧に基づいてモータの駆動信号を生成する変換回路と、を備える。

【0009】

また、本発明に係るモータ駆動装置において、前記交流電流の向きおよび前記コンデンサの端子間電圧を検出して、前記変換回路を前記第１のモードまたは前記第２のモードで動作させる制御回路を、更に備えることが好ましい。

【0010】

また、本発明に係るモータ駆動装置において、前記変換回路は、
前記コイルと前記コンデンサとの間に直列に設けられた第１のスイッチと、前記コイルの端子間に設けられた第２のスイッチと、を備え、前記第１のモードで動作する場合に、前記第１のスイッチがオン状態で前記第２のスイッチがオフ状態となり、前記第２のモードで動作する場合に、前記第１のスイッチがオフ状態で前記第２のスイッチがオン状態となることが好ましい。

【0011】

また、本発明に係るモータ駆動装置において、前記モータは多相モータであって、前記モータの相と同じ数の前記変換回路を備えることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係るモータ駆動装置において、前記モータはインホイールモータであることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るモータ駆動装置によれば、小型で変換効率のよいモータ駆動装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態のモータ駆動装置を備えるインホイールモータシステムの構成図である。

【図2】インホイールモータシステムが実行可能な電力伝送を示す図である。

【図3】インホイールモータシステムの実装例を示す図である。

【図4】図４（ａ）、図４（ｂ）は変換回路の第１のモードを説明する図である。

【図5】図５（ａ）、図５（ｂ）は変換回路の第２のモードを説明する図である。

【図6】図６（ａ）、図６（ｂ）はシミュレーション結果を例示する図である。

【図7】比較例のモータ駆動装置を備えるインホイールモータシステムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（全体構成）
まず、本実施形態に係るモータ駆動装置を備えるインホイールモータシステム１について、図面を参照して説明する。インホイールモータシステム１は車輪を備える様々な移動体で使用可能であるが、本実施形態では道路を走行する車両に使用されているとして以下に説明する。図１は、インホイールモータシステム１の構成を示す図である。

【0016】

インホイールモータシステム１は、車輪に内蔵されたモータであるインホイールモータ１０を備え、インホイールモータ１０を回転させることで車両を移動させる。インホイールモータシステム１は車両の車体側および車輪側に実装される。そして、インホイールモータシステム１は、車体側と車輪側との間で電力Ｐを無線で伝送（送受信）する。

【0017】

電力Ｐは、車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃと車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃの間で、磁界を用いた共振現象を利用した方式で無線伝送される。インホイールモータ１０が力行動作をしている時には、必要な電力Ｐが車体側から車輪側へ無線伝送される。また、インホイールモータ１０が回生動作をしている時（例えば車両の減速時等）には、回生電力が車輪側から車体側へと無線伝送される。インホイールモータシステム１は、車両の車体側と車輪側との電力Ｐの伝送を、ワイヤ（有線）を使わずに無線で行う。そのため、インホイールモータシステム１は、ワイヤが切断されて電力Ｐが伝送できなくなるというリスクがなく、信頼性を向上させることができる。

【0018】

ここで、電力の伝送の方式としては、車輪がサスペンションの動きにより車体と相対変位しても十分な給電が可能であるものが好ましい。例えば、一般に電磁共鳴方式または磁界共振結合方式と呼ばれる方式を選択することができる。磁界共振結合は、電磁誘導とは異なり、一次側（車体側）と二次側（車輪側）の共振周波数を同じにした回路トポロジーである。少しの位置ずれでも十分な電力Ｐの伝送ができなくなる電磁誘導方式とは異なり、磁界共振結合方式は、コイルのＱ（図１の例では車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６ＣのＱ）が高ければ、結合係数が低下しても高い伝送効率で電力Ｐを伝送できることが知られている。

【0019】

また、磁界共振結合方式を用いることにより、図２に示されるように、路面から車輪側への電力Ｐの無線伝送（路面からの給電）が可能である。図２では、電源２１とコイル２０は路面に埋め込まれている。なお、図２では、車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃのうちの１つを車体側コイル５として示し、車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃのうちの１つを車輪側コイル６として示している。ここで、図２の電源２１、コイル２０の構成は、それぞれ後述するバッテリ２、車体側コイル５と同じであってもよい。また、図２の他の要素については図１と同じ符号を付しており、後に図１を参照して説明するので、ここでは言及しない。

【0020】

再び図１を参照して、インホイールモータシステム１の構成について説明する。以下では、インホイールモータ１０が力行動作をすることを前提に説明する。図１に示されるように、インホイールモータシステム１は、インホイールモータ１０と、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃと、車輪側共振コンデンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃと、車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、車体側共振コンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、車体側変換部３と、コンデンサ１２と、バッテリ２と、制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、を備える。

【0021】

ここで、インホイールモータシステム１は、車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃと車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの間にある仮想境界線ＢＤを境に、車体側（一次側）と車輪側（二次側）とに分かれる。本実施形態のモータ駆動装置は、インホイールモータシステム１を構成する要素のうち、インホイールモータ１０を除く車輪側（二次側）の要素で構成される。つまり、本実施形態のモータ駆動装置は、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃと、車輪側共振コンデンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃと、車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、を備える。

【0022】

図１に示されるように、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ、車輪側共振コンデンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ、車輪側コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃ、車体側コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、車体側共振コンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、それぞれ同じ構成の要素が３つ並列に配置されている。本実施形態において、インホイールモータ１０は多相モータ（具体的には三相モータ）であって、インホイールモータ１０は各相の駆動信号を、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃのそれぞれから受け取る。そのため、３つの変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが並列に配置されており、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが駆動信号を生成するために必要な機能ブロックも同じく並列に配置されている。つまり、インホイールモータシステム１は、インホイールモータ１０の相と同じ数だけ、インホイールモータ１０の駆動信号を生成するために必要な機能ブロックを並列に備える。本実施形態のモータ駆動装置のこのような構成は、接続するモータの種類の変化に柔軟に対応可能である。例えば、二相モータと接続する場合には、必要な機能ブロックを２つ並列に備えることで対応可能である。

【0023】

以下では、車体側コイル５および車輪側コイル６だけでなく、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃのうちの１つを変換回路９、車輪側共振コンデンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃのうちの１つを車輪側共振コンデンサ７、車体側共振コンデンサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃのうちの１つを車体側共振コンデンサ４、制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃのうちの１つを制御回路１３として説明する。このとき、制御回路１３によって制御される変換回路９と、車輪側共振コンデンサ７と、車輪側コイル６とが、車輪側で接続されているとする。また、車体側コイル５と、車体側共振コンデンサ４とが車体側で接続されているとする。なお、インホイールモータシステム１が備える変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの全てを含む上位の機能ブロックを変換部として適宜説明で用いる。変換部は、インホイールモータ１０が有する相の数の変換回路９を備えて構成される。また、インホイールモータシステム１が備える制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの全てを含む上位の機能ブロックを制御部として適宜説明で用いる。制御部は、変換回路９と同数の制御回路１３を備えて構成される。

【0024】

インホイールモータ１０は、車輪のハブ内部に設けられたモータである。本実施形態において、インホイールモータ１０は三相モータである。

【0025】

変換回路９は、スイッチとコンデンサで構成された交流−交流変換器であって、インホイールモータ１０の交流の駆動信号を生成する。本実施形態において、変換回路９は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）をスイッチとして備える。図１に示されるように、例えば変換回路９Ａは、車輪側コイル６Ａ（本発明のコイルに対応）と車輪側コンデンサ１１Ａ（本発明のコンデンサに対応）との間に直列に設けられたスイッチＱ_1A，Ｑ_4A（本発明の第１のスイッチに対応）と、車輪側コイル６Ａの端子間に設けられたスイッチＱ_2A，Ｑ_3A（本発明の第２のスイッチに対応）と、を備える。変換回路９Ｂ，９Ｃも変換回路９Ａと構成は同じである。そこで、以下では、変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃを特に区別せずに、スイッチＱ₁〜Ｑ₄と車輪側コンデンサ１１を備える変換回路９として説明する。なお、変換回路９の制御の詳細については後述する。

【0026】

車輪側共振コンデンサ７、車体側共振コンデンサ４は、それぞれ車輪側コイル６、車体側コイル５を共振させるために挿入される。車輪側コイル６、車体側コイル５は、無線で電力Ｐを伝送するアンテナとして機能する。

【0027】

車体側変換部３は、バッテリ２からの直流電圧を交流電圧に変換して車体側コイル５に出力する。コンデンサ１２は直流電圧の安定化のために設けられる。また、バッテリ２は車両に備えられた二次電池であって、本実施形態では鉛蓄電池である。ここで、車体側変換部３では、３レベル（例えば、＋Ｅ［Ｖ］、０［Ｖ］、−Ｅ［Ｖ］）をとる波形を生成してもよい。

【0028】

本実施形態において、インホイールモータシステム１は、制御回路１３の前記の制御に用いるために、電流検出器、電圧検出器を備える。電流検出器は、例えば電流センサーであって、車輪側コイル６の電流（本発明の交流電流に対応）を検出し、検出値を制御回路１３に出力する。つまり、制御回路１３は、車輪側コイル６の電流の大きさ、および向きを取得することができる。電圧検出器は、例えば電圧センサーであって、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧を検出し、検出値を制御回路１３に出力する。つまり、制御回路１３は、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧を取得することができる。

【0029】

また、制御回路１３は、信号ＭＲＴに含まれるインホイールモータ１０の回転数等の情報も取得する。制御回路１３は、例えばインホイールモータ１０の回転数等の情報から、適切なインホイールモータ１０の駆動信号（後述する所望するインホイールモータ１０の駆動信号）を演算で求めてもよい。そして、取得した情報の少なくとも一部に基づいて、制御回路１３は、変換回路９のスイッチＱ₁〜Ｑ₄がオン状態またはオフ状態であるように制御する。本実施形態において、制御回路１３は、スイッチＱ₁，Ｑ₄がオン状態のときには、スイッチＱ₂，Ｑ₃をオフ状態とし、スイッチＱ₂，Ｑ₃がオン状態のときには、スイッチＱ₁，Ｑ₄をオフ状態とするが、制御の詳細については後述する。本実施形態に係るモータ駆動装置は、制御回路１３を車輪側に備えることにより、例えばコイル６の交流電流の向きおよびコンデンサ１１の端子間電圧に基づいて、大きなタイムラグ（例えば車体−車輪間の信号の伝送遅延等）を生じることなく、変換回路９のスイッチＱ₁〜Ｑ₄を制御することができる。

【0030】

さらに、インホイールモータシステム１では、車体側と車輪側との間でインホイールモータ１０の駆動に関する信号を無線で通信してもよい。例えば、制御回路１３から、インホイールモータ１０の回転数を含む信号ＭＲＴが、車体側の制御部に無線で送信されてもよい。このとき、車体側の制御部は、例えば車輪側のインホイールモータ１０の回転数およびトルク指令値に応じて、車体側の変換器を制御できる。なお、無線通信の方式としては、例えばブルートゥース（Bluetooth（登録商標））、や無線ＬＡＮの規格等を用いることが可能である。

【0031】

以上に説明したインホイールモータシステム１の構成要素は、例えば図３に示すような態様で車両に実装される。図３は、車両の内部の一部を拡大した図であり、金属の枠で覆われた車体部分（紙面左側）と１つの車輪（紙面右側）とが示されている。車体部分には、ほぼ中央部分にユニットＰ１が配置され、ユニットＰ１より車輪側にユニットＰ２が配置されている。また、車輪側には、車体に近い部分にユニットＰ３が配置され、車輪に近い部分にユニットＰ４が配置されている。なお、図３ではバッテリ２の図示を省略している。

【0032】

ここで、図３のユニットＰ２は車体側コイル５であり、ユニットＰ１は車体側コイル５とバッテリ２を除く車体側の構成要素（コンデンサ１２、車体側変換部３、車体側共振コンデンサ４）を含む。また、図３のユニットＰ３は車輪側コイル６であり、ユニットＰ４は車輪側コイル６を除く車輪側の構成要素（インホイールモータ１０、変換回路９、車輪側共振コンデンサ７、制御回路１３）を含む。なお、ユニットＰ１、ユニットＰ４は例示した全ての構成要素を含まないといけないわけではなく、少なくとも一部を含めばよい。

【0033】

（制御手法の詳細）
図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、および図５（ｂ）は、一部を等価回路に置き換えたインホイールモータシステム１の車輪側（二次側）の部分構成図であって、電流の向きを示す矢印が示されている。このうち図４（ａ）、図４（ｂ）は変換回路の動作モードのうち第１のモードを説明する図である。また、図５（ａ）、図５（ｂ）は変換回路の動作モードのうち第２のモードを説明する図である。なお、電流ＩＬはインホイールモータ１０に流れる電流を模式的に示している。

【0034】

インホイールモータ１０が力行動作をしている時には、車輪側（二次側）は車輪側コイル６によって電力を受け取る。このとき、車輪側コイル６および車輪側共振コンデンサ７を電流源Ｉｓとして扱うことが可能である。ただし、電流源Ｉｓからの電流は交流であって、電流は図４（ａ）の向き（以下、第１の向きとする）と、第１の向きとは反対の図４（ｂ）の向き（以下、第２の向きとする）がある。

【0035】

図４（ａ）のように、制御回路１３が制御信号によって変換回路９のスイッチＱ₁，Ｑ₄（本発明の第１のスイッチに対応）をオン状態に、スイッチＱ₂，Ｑ₃（本発明の第２のスイッチに対応）をオフ状態にする。すると、車輪側コンデンサ１１が充電または放電されて、端子間電圧Ｖｃが変化する。図４（ｂ）でも、制御回路１３が図４（ａ）と同じようにスイッチＱ₁，Ｑ₄をオン状態に、スイッチＱ₂，Ｑ₃をオフ状態にすると、車輪側コンデンサ１１が充電または放電されて、端子間電圧Ｖｃが変化する。ただし、図４（ｂ）の端子間電圧Ｖｃの変化は、図４（ａ）の端子間電圧Ｖｃの変化と符号が逆になる。図４（ａ）および図４（ｂ）では、電流源Ｉｓからの電流、すなわち車輪側コイル６に伝送された交流電力に基づく交流電流は、車輪側コイル６および車輪側コンデンサ１１を流れており、変換回路９は第１のモードで動作している。このとき、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃを変化させることができる。

【0036】

一方、図５（ａ）のように、制御回路１３が制御信号によって変換回路９のスイッチＱ₂，Ｑ₃（本発明の第２のスイッチに対応）をオン状態に、スイッチＱ₁，Ｑ₄（本発明の第１のスイッチに対応）をオフ状態にする。すると、電流源Ｉｓからの電流が短絡する経路ができて、端子間電圧Ｖｃが維持される。図５（ｂ）でも、制御回路１３が図５（ａ）と同じようにスイッチＱ₂，Ｑ₃をオン状態に、スイッチＱ₁，Ｑ₄をオフ状態にすると、電流源Ｉｓからの電流が短絡する経路ができて、端子間電圧Ｖｃが維持される。ただし、図５（ｂ）の電流の向きは、図５（ａ）の電流の向きと反対である。図５（ａ）および図５（ｂ）では、電流源Ｉｓからの電流、すなわち車輪側コイル６に伝送された交流電力に基づく交流電流は、車輪側コンデンサ１１を介さずに車輪側コイル６を流れており、変換回路９は第２のモードで動作している。このとき、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃを維持することができる。

【0037】

ここで、変換回路９は、インホイールモータ１０の駆動信号を、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃに基づいて生成する。上述のように、制御回路１３は、車輪側コイル６の電流の大きさ、および向き、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧、信号ＭＲＴに含まれるインホイールモータ１０の回転数を取得する。そして、取得した情報の少なくとも一部に基づいて、制御回路１３は、変換回路９の動作モードである第１のモードと第２のモードとを切り替える。制御回路１３は、端子間電圧Ｖｃを変化させるまたは変化させない（維持する）ことで、所望するインホイールモータ１０の駆動信号を生成することが可能である。

【0038】

例えば、車輪側コイル６の電流の向きが第１の向きであるとする。そして、第１のモード（スイッチＱ₁，Ｑ₄がオン状態）にすると（図４（ａ）参照）、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃが大きくなるとする。制御回路１３は、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃが所望の電圧よりも小さいと判定する場合、第１のモードに切り替えることで、端子間電圧Ｖｃを所望の電圧に近づける。また、制御回路１３は、端子間電圧Ｖｃが所望の電圧となったと判定する場合、第２のモード（スイッチＱ₂，Ｑ₃がオン状態）に切り替えることで（図５（ａ）参照）、端子間電圧Ｖｃを維持する。また、制御回路１３は、車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃが所望の電圧よりも大きい判定する場合、車輪側コイル６の電流の向きが第２の向きとなってから第１のモードに切り替えることで（図４（ｂ）参照）、端子間電圧Ｖｃを所望の電圧に近づける。このように、制御回路１３は、車輪側コイル６の電流の向きおよび車輪側コンデンサ１１の端子間電圧Ｖｃに基づいて、変換回路９の２つの動作モードを切り替えるという簡単な制御によって端子間電圧Ｖｃを所望の電圧として、変換回路９に所望のモータ駆動装置を生成させることが可能である。このとき、例えば複雑な演算処理等を行うための演算回路が必要とされるわけではなく、制御回路１３の回路規模が抑えられる。

【0039】

そして、本実施形態において、変換回路９は、スイッチＱ₁〜Ｑ₄と車輪側コンデンサ１１で構成された交流−交流変換器である。したがって、インホイールモータ１０の駆動信号の生成に、直流電力を介さないため、大容量のコンデンサ（例えば、電解コンデンサ）は不要である。

【0040】

図６（ａ）、図６（ｂ）は変換回路９が生成したインホイールモータ１０の駆動信号についてのシミュレーション結果の例を示すものである。図６（ａ）では、トルク電流ｉｑ（ｑ軸電流）と磁化電流ｉｄ（ｄ軸電流）の時間変化が示されている。図６（ａ）によると、約０．００５秒経過後に磁化電流ｉｄがほぼゼロになり、ｉｄ＝０制御に従った効率的なインホイールモータ１０の運転が実行されている。また、図６（ｂ）では、三相のインホイールモータ１０の各相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの時間変化が示されている。図６（ｂ）によると、制御回路１３が変換回路９を第１のモード、または第２のモードで動作させることにより、適切な相電流を得られることがわかる。

【0041】

ここで、図７を参照して、比較例のモータ駆動装置を備えるインホイールモータシステム１Ａを示しながら、本実施形態のモータ駆動装置の効果について説明する。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付して説明を省略する。

【0042】

比較例のモータ駆動装置を備えるインホイールモータシステム１Ａは、モータ用変換部３９を除けば、モータの相ごとに並列配置された構成をとらない。例えば、車体側コイル５と車輪側コイル６は１組だけである。そして、比較例のモータ駆動装置は、車輪側コイル６からの交流電力を直流電力に変換する車輪側変換部８と、その直流電力から三相のインホイールモータ１０の駆動信号へと変換するモータ用変換部３９を備える。そのため、比較例のモータ駆動装置は、大容量の平滑コンデンサ３１を備える。

【0043】

ここで、比較例のモータ駆動装置の制御回路１３は、本実施形態のモータ駆動装置の制御部（制御回路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの全てを含む上位の機能ブロック）に対応する。また、比較例のモータ駆動装置の車輪側変換部８、平滑コンデンサ３１、およびモータ用変換部３９を含む部分が、本実施形態の変換部（変換回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの全てを含む上位の機能ブロック）に対応する。

【0044】

本実施形態のモータ駆動装置では、上述の通り、変換回路９が交流−交流変換を行うため、大容量のコンデンサ（比較例のモータ駆動装置の平滑コンデンサ３１）は不要である。また、本実施形態のモータ駆動装置は、スイッチ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の数が比較例よりも多くなるが、大容量のコンデンサが不要であることから、全体としての回路面積の削減効果が期待できる。さらに、本実施形態のモータ駆動装置の変換回路９は、交流電力を直流電力に変換することがないため、変換効率がよい。このように、本実施形態のモータ駆動装置によれば、小型で変換効率のよいモータ駆動装置を実現することができる。そして、小型であるため、本実施形態のモータ駆動装置は、設置できるスペースがホイール内部に限定されているインホイールモータのモータ駆動装置に適している。

【0045】

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、上述の実施形態において、モータ駆動装置はインホイールモータ１０を駆動するが、インホイールモータ１０に限られず各種のモータに適用可能である。また、上述の実施形態において、モータ駆動装置は、変換回路９と、車輪側共振コンデンサ７と、車輪側コイル６と、制御回路１３と、を備えるが、このうち変換回路９以外の一部（例えば制御回路１３）を含まない構成であってもよい。

【符号の説明】

【0046】

１，１Ａ インホイールモータシステム
２ バッテリ
３ 車体側変換部
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 車体側共振コンデンサ
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 車体側コイル
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 車輪側コイル
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 車輪側共振コンデンサ
８ 車輪側変換部
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 変換回路
１０ インホイールモータ
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 車輪側コンデンサ
１２ コンデンサ
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 制御回路
２０ コイル
２１ 電源
３１ 平滑コンデンサ
３９ モータ用変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】