(57)【要約】【課題】モータの３相巻線の制御系統に異常が生じても制動力の低下を抑制した電動制動装置を提供する。【解決手段】左右の車輪に車輪制動器４が設けられ、車輪制動器４は１組の３相巻線１１、１２を有するモータ７を備えるとともに、モータ７を駆動する第１、第２のインバータ２１、２２と、これを制御する制御装置４０と含み、制御装置４０は、いずれか一方の３相巻線１１（又は１２）の制御系統に異常が発生した場合には、第１、第２のインバータ２１、２２の動作を制御して、その異常発生した３相巻線１１（又は１２）への供給電流を零にし、他方の３相巻線１２（又は１１）への供給電流を予め設定した増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前方側および後方側の左右に車輪が配備され、前方側および後方側の少なくとも一方の左右の前記車輪には個別に車輪制動器が設けられており、前記車輪制動器は、永久磁石を有するロータおよび互いに独立した１組の３相巻線を有するステータからなるモータを備えるとともに、前記モータで駆動されて前記車輪を制動するブレーキ機構を有し、かつ、１組の前記３相巻線の内の一方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第１の電力変換器と、他方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を共に制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記車輪制動器を構成する１組の前記３相巻線の内、いずれか一方の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合には、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を制御して、異常発生側の前記３相巻線への供給電流を零にするとともに、異常発生のない他方の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させることを特徴とする電動制動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、左右の前記車輪に個別に設けられた前記車輪制動器の内、一方の車輪制動器の１組の前記３相巻線のいずれかの制御系統に異常が発生した場合には、これに応じて異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線に対する各供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として、異常発生以前の状態よりも増加あるいは減少させることを特徴とする請求項１に記載の電動制動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線への各供給電流が互いに同一となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の電動制動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線について、一方の前記３相巻線の供給電流を零に、他方の前記３相巻線の供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させることを特徴とする請求項２に記載の電動制動装置。
【請求項５】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線について、その供給電流を零にする前記３相巻線と、供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として、異常発生以前の状態よりも増加させる前記３相巻線とを時分割で交互に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の電動制動装置。
【請求項６】
前記車輪制動器は、前方側および後方側の左右の各前記車輪に設けられており、前記制御装置は、前記車輪制動器を構成するいずれかの前記３相巻線の制御系統に異常が発生して前方側と後方側の前記車輪制動器の内、一方の前記車輪制動器の出力トルクが異常発生以前よりも低下する場合には、他方の前記車輪制動器の制動力を前記車両の前後の制動力配分に従って低下させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項７】
前記増加上限電流値は、前記３相巻線の定格電流値に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項８】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項９】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、各組の前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１０】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が予め定められた許容減磁率以下になり、かつ前記３相巻線の温度が予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１１】
前記増加上限電流値は、電流に巻線の巻き数を乗算したアンペアターン値を基準に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１２】
前記永久磁石は、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合の条件に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１３】
前記永久磁石の保磁力は、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１４】
前記永久磁石の動作点パーミアンスは、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１５】
前記３相巻線を冷却する冷却機構は、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電動機を駆動することで車両の制動力を得る電動制動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられている油圧式制動装置の代替手段として、電動機を駆動することで車両の制動力を得る電動制動装置の開発が進んでいる。制動装置は車両の重要な機能を担っており、故障が生じた場合でも安全に停止できるシステムが必須である。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１では、１輪の制動力発生機能が失陥した場合に残りの車輪の制動装置に要求制動力を配分し、車両のヨーモーメントを抑制し、最大限制動力を確保するブレーキ制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４７４３９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ブレーキ時の車両バランスを損なわないためには、各種センサ値（ヨーレート、操舵角、横加速度など）の取得、またはそれに基づいた残りの各ブレーキへの制動力振り分け演算、ヨーモーメントの判定作業が必要である。
【０００６】
また、要求制動力確保のために各ブレーキの制動力増加させたとき、モータへの供給電流を増加させることになるが、供給電流を通常時よりも無制限に増加させると、モータコイルの巻線の温度の上昇による巻線の耐久性の悪化、ロータの永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界の増加による永久磁石の減磁の恐れがある。
【０００７】
本願は、前記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、故障が生じた場合でもより安全に停止できる車両用の電動制動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される電動制動装置は、車両の前方側および後方側の左右に車輪が配備され、前方側および後方側の少なくとも一方の左右の前記車輪には個別に車輪制動器が設けられており、前記車輪制動器は、永久磁石を有するロータおよび互いに独立した１組の３相巻線を有するステータからなるモータを備えるとともに、前記モータで駆動されて前記車輪を制動するブレーキ機構を有し、かつ、１組の前記３相巻線の内の一方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第１の電力変換器と、他方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を共に制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記車輪制動器を構成する１組の前記３相巻線の内、いずれか一方の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合には、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を制御して、異常発生側の前記３相巻線への供給電流を零にするとともに、異常発生のない他方の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される電動制動装置によれば、車両の電動制動装置に関連する部品に故障が生じた場合でも、容易に車両バランスと制動力を確保するとともに、２次故障を抑制できるので、車両をより安全に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本願の実施の形態１に係る電動制動装置の車両への搭載例を示す構成図である。
【図２】本願の実施の形態１に係る電動制動装置の車両への他の搭載例を示す構成図である。
【図３】本願の実施の形態１に係る電動制動装置を構成する車輪制動器とブレーキ機構、およびバッテリとの接続関係の一例を示すブロック図である。
【図４】本願の実施の形態１に係る電動制動装置を構成する車輪制動器の電気回路の一例を示す構成図である。
【図５】本願の実施の形態１に係る電動制動装置を構成する車輪制動器の制御装置を示す機能ブロック図である。
【図６】本願の実施の形態１に係る電動制動装置の車両へのさらに他の搭載例を示す構成図である。
【図７】図６の構成の場合の制動力の配分を示す特性図である。
【図８】本願の実施の形態１に係るモータの全体構造を示す概略断面図である。
【図９】図８に示すモータの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る電動制動装置の車両への搭載例を示す構成図である。
【００１２】
この実施の形態１において、車両１は、前後左右の４つの車輪２ａ〜２ｄを備えており、車両１の前方側の左右の車輪２ａ、２ｂにそれぞれブレーキ機構３ａ、３ｂが設けられている。そして、各ブレーキ機構３ａ、３ｂには車輪制動器４ａ、４ｂが個別に接続され、各車輪制動器４ａ、４ｂに直流電源（ここでは、車載バッテリ）５が共通に接続されている。そして、本願の電動制動装置は、前記の車輪制動器４ａ、４ｂ、ブレーキ機構３ａ、３ｂ、および直流電源５の組み合わせで構成されている。
【００１３】
なお、この実施の形態１では、図１に示したように、車両１の前方側の左右の車輪２ａ、２ｂにそれぞれブレーキ機構３ａ、３ｂと車輪制動器４ａ、４ｂを設けた構成を前提としているが、これに限らず、図２に示すように、車両１の後方側の左右の車輪２ｃ、２ｄにそれぞれブレーキ機構３ｃ、３ｄと車輪制動器４ｃ、４ｄを設けた構成を採用することも可能である。また、ここでは、各車輪２ａ〜２ｄを総称するときには符号２を、各ブレーキ機構３ａ〜３ｄを総称するときには符号３を、各車輪制動器４ａ〜４ｄを総称するときには符号４をそれぞれ用いることとする。
【００１４】
各々の車輪制動器４は、図３および図４に示すように、車輪２のブレーキ機構３を駆動するモータ７、このモータ７のステータ８が備える第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２にそれぞれ交流電力を供給する電力変換器としての第１のインバータ２１および第２のインバータ２２、並びに第１のインバータ２１および第２のインバータ２２を制御する制御装置４０を備えている。
【００１５】
そして、運転者がブレーキを操作すると、制御装置４０は、ブレーキ操作量に応じた要求制動力を得るための必要押付力を算出してモータ７に必要なトルクを出力し、摩擦材の押付機構が必要押付力を出力するように、モータ７への供給電流を制御することにより、ブレーキ機構３の摩擦材が移動して、この摩擦材を非摩擦材に対して押し付けることで車両１の制動力を得る構成となっている。
【００１６】
各車輪制動器４を構成するモータ７は、永久磁石を有するロータ、および互いに独立した１組の３相巻線１１、１２を有するステータ８を備えている。第１のインバータ２１は、直流電源５から供給された直流電力を交流電力に変換して第１の３相巻線１１に供給する。同様に、第２のインバータ２２は、直流電源５から供給された直流電力を交流電力に変換して第２の３相巻線１２に供給する。
【００１７】
第１のインバータ２１および第２のインバータ２２は共に同じ構成であって、直流電源５の正極端子に接続される正極側のスイッチング素子（上アーム）３１１、３１２と、直流電源５の負極端子に接続される負極側のスイッチング素子（下アーム）３２１、３２２とが直列接続された直列回路を、各相Ｕ、Ｖ、Ｗに対応して３セット設けて構成されている。すなわち、第１のインバータ２１および第２のインバータ２２は、合計６つの電力変換用のスイッチング素子をそれぞれ備えている。
【００１８】
各相の正極側のスイッチング素子３１１、３１２と負極側のスイッチング素子３２１、３２２との互いの接続点である接続ノードが、それぞれ対応する相の第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の接続端子ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１およびＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２に接続されている。各相の直列回路には、それぞれ、電流検出用のシャント抵抗３３１、３３２が設けられている。そして、各シャント抵抗３３１、３３２の両端電位差が、制御装置４０に入力される。
【００１９】
制御装置４０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置（コンピュータ）４１、この演算処理装置４１とデータのやり取りする記憶装置４２、演算処理装置４１に外部の信号を入力する入力回路４３、および演算処理装置４１から出力される制御信号に応じて第１のインバータ２１の各スイッチング素子３１１、３２１をオン／オフ駆動する第１の駆動回路５１、および第２のインバータ２２の各スイッチング素子３２１、３２２をオンオフ駆動する第２の駆動回路５２を備えている。
【００２０】
前記の記憶装置４２としては、演算処理装置４１からデータを読み出しおよび書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、演算処理装置４１からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が備えられている。また、入力回路４３は、各種のセンサまたはスイッチからの出力信号を演算処理装置４１に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。
【００２１】
そして、入力回路４３には、シャント抵抗３３１、３３２の両端電位差の値が入力されるとともに、ブレーキ操作量としてのストロークセンサ８１、モータ７を構成するロータの回転角を検出する回転センサ８２、直流電源５の電源電圧を検出する電圧センサ８３、車両１の走行速度を検出する車速センサ８４、およびブレーキ機構３の摩擦材の押付力を検出する荷重センサ８５等が接続されている。
【００２２】
図５は車輪制動器の制御装置の機能ブロック図である。
制御装置４０は、第１の３相巻線１１に供給する電流を制御する第１のモータ電流制御部６１と、この第１のモータ電流制御部６１からの電流指令に応じて第１のインバータ２１のスイッチング素子３１１、３２１をオンオフ駆動する駆動信号を出力する前述の第１の駆動回路５１と、第２の３相巻線１２に供給する電流を制御する第２のモータ電流制御部６２と、この第２のモータ電流制御部６２からの電流指令に応じて第２のインバータ２２のスイッチング素子３１２、３２２をオンオフ駆動する駆動信号を出力する前述の第２の駆動回路５２とを備える。
【００２３】
さらに、制御装置４０は、電流検出値等のセンサ情報から第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の制御系統の異常発生の有無を検出する第１の異常検出部７１および第２の異常検出部７２を備える。すなわち、第１の異常検出部７１および第２の異常検出部７２は、例えば各スイッチング素子３１１、３２１、３１２、３２２をオンオフしたときに流れる電流を各シャント抵抗３３１、３３２で検出してその電流値が正常であるか否かを判定することにより、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の制御系統の異常発生の有無を判定する。なお、シャント抵抗３３１、３３２に代えて、非接触の電流センサを採用することも可能である。
【００２４】
そして、図５に示した第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２、並びに第１の異常検出部７１および第２の異常検出部７２の各機能は、制御装置４０が備える演算処理装置４１が、ＲＯＭ等の記憶装置４２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置４２、入力回路４３、および第１の駆動回路５１、第２の駆動回路５２等の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００２５】
次に、前記構成の電動制動装置における制動制御の動作について説明する。
（Ａ）左右の車輪制動器４ａ、４ｂの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２が全て正常に動作している場合
運転者がブレーキを操作すると、ストロークセンサ８１から操作量に応じたブレーキ信号が制御装置４０に送られる。制御装置４０は、ブレーキ操作量に応じた要求制動力を発生させるように、ブレーキ機構３ａ、３ｂの摩擦材の押付力を検出する荷重センサ８５、車両１の走行速度を検出する車速センサ８４等の情報に基づいて要求制動力を得るための必要押付力を算出し、モータ７に必要なトルクを出力し、摩擦材の押付機構が必要押付力を出力するように、モータ７の第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２への供給電流を制御する。
【００２６】
すなわち、ここでは一例として、図１に示した構成において、車両１の左右の車輪制動器４ａ、４ｂの内の左側の車輪制動器４ａに着目すると、演算処理装置４１は、この車輪制動器４ａのストロークセンサ８１からのブレーキ操作量、荷重センサ８５で検出した押付力、および車速センサ８４からの車速などの情報に基づいて、必要押付力を出力するためにモータ７に要求するトルク（以下、要求トルクという）を算出し、この要求トルクに対して第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２に対する供給電流の分担比（正常時は５０％）を乗算した分担トルクを求める。そして、第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２は、この分担トルクに基づいて第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２への供給電流を決める電流指令を算出する。第１の駆動回路５１および第２の駆動回路５２は、第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２からの各電流指令に応じて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御およびＰＷＭ制御により第１のインバータ２１および第２のインバータ２２のスイッチング素子３１１、３２１、および３１２、３２２をオンオフ制御する。
【００２７】
第１の３相巻線１１に供給される供給電流と第２の３相巻線１２に供給される供給電流との間には電気角３０度の位相差があるように構成されており、このため、ロータに設けられた永久磁石の起磁力の高調波５次、７次、ステータ８の起磁力の高調波５次、７次、および駆動電流の高調波５次、７次によって生じる電気角６次のトルクリップルは、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２で互いに相殺されて低減される。
【００２８】
なお、前記の説明は車両１の左右の車輪制動器４ａ、４ｂの内の左側の車輪制動器４ａに着目してその制動制御の動作を説明したが、右側の車輪制動器４ｂの制動制御の動作についても同様である。
【００２９】
（Ｂ）左右の車輪制動器４ａ、４ｂの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２のいずれかの制御系統に異常が発生した場合
ここでは本願の内容の理解を容易にするために、一例として左右の車輪制動器４ａ、４ｂの内の左側の車輪制動器４ａにおいて、第１の３相巻線１１の制御系統に異常が発生して第１の異常検出部７１がその異常を検出したものとする。
【００３０】
第１の異常検出部７１が制御系統の異常発生を検出した場合には、その異常検出した第１の異常検出部７１に対応する第１のモータ電流制御部６１は、これに応じて第１の３相巻線１１への供給電流を零にする。すなわち、第１の異常検出部７１で異常発生が検出された場合に第１のモータ電流制御部６１は、それに対応する第１のインバータ２１の全ての上下アームのスイッチング素子３１１、３２１を開放する。
【００３１】
一方、第２の３相巻線１２の制御系統には異常が発生していないので、第２の異常検出部７２は異常を検知しない。そのため、異常が検知されない側（以下、これを正常側という）の第２のモータ電流制御部６２は、正常側の第２の３相巻線１２への供給電流を、予め設定された増加上限電流値Ｉｓｈを上限として、異常発生以前の状態よりも増加させる。
【００３２】
ここに、前記の増加上限電流値Ｉｓｈは、車両制動装置４が搭載される車両１の設計により適宜設定される。例えば、異常発生時でも異常発生以前の状態と同じ要求トルクが必要となる場合には、増加上限電流値Ｉｓｈは、異常発生以前の状態の最大供給電流値の２倍に設定される。すなわち、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２に対する供給電流の分担比が正常時は５０％ずつである場合、異常発生時の第１の３相巻線１１の供給電流の分担比は０％、正常側の第２の３相巻線１２の供給電流の分担比は１００％となり、第２の３相巻線１２への供給電流は異常発生以前の状態の２倍となる。
【００３３】
また、異常発生時に実用上問題のないレベルの要求トルク（例えば、正常時の７０％）が必要となる場合は、異常発生以前の状態に対する増加上限電流値Ｉｓｈは、最大供給電流値の１．４倍に設定される。すなわち、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２に対する供給電流の分担比が正常時は５０％ずつである場合、異常発生時の第１の３相巻線１１の供給電流の分担比は０％、正常側の第２の３相巻線１２の供給電流の分担比は７０％となり、第２の３相巻線１２への供給電流は異常発生以前の状態の１．４倍となる。
なお、この実施の形態１では、増加上限電流値Ｉｓｈは、少なくとも、異常発生以前の状態での供給電流の値の１．２倍以上に設定されているものとする。
【００３４】
このように、演算処理装置４１は、異常が発生した場合には、ブレーキ操作量、押付力および車速に基づいて算出したモータ７の要求トルクに、予め設定された異常発生時の分担比（前記の例では、１００％、または７０％）を乗算した正常側の分担トルクを算出する。そして、正常側の第２のモータ電流制御部６２は、この分担トルクに基づいて、第２の３相巻線１２に対する電流指令を算出する。第２の駆動回路５２は、第２のモータ電流制御部６２からの電流指令に応じて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御およびＰＷＭ制御により第２のインバータ２２のスイッチング素子３２１、３２２をオンオフ制御する。このように、この実施の形態１では、正常側の第２のモータ電流制御部６２は、異常発生時も、最大トルク電流制御を実行する。
【００３５】
以上説明したように、左側の車輪制動器４ａの第１の３相巻線１１の制御系統に異常が発生した場合、第１の３相巻線１１への供給電流を零にしたことによるモータ７のトルク低下を、正常側の第２の３相巻線１２への供給電流を異常発生以前の状態よりも増加させることにより補うことができる。これにより、ブレーキ機構３ａで発生させる制動力の低下を抑制することができ、異常発生時でも車両１を安全に停止させることができる。
【００３６】
また、その際、正常側の第２の３相巻線１２への供給電流の増加は、予め設定された増加上限電流値Ｉｓｈにより制限されるので、電流増加による第２の３相巻線１２の発熱量の増加、または永久磁石の減磁への影響を、予め想定した範囲に管理することができ、その想定範囲で、モータ７の冷却性能を予め設計し、永久磁石の保磁力等を予め設計することができるため、２次故障の発生を抑制でき、より安全な車両１の停止動作を実現できる。
【００３７】
なお、ここでは、左側の車輪制動器４ａの一方の第１の３相巻線１１の制御系統に異常が発生した場合について説明したが、同じ左側の車輪制動器４ａの他方の第２の３相巻線１２の制御系統に異常が発生した場合も、その制動制御の動作は同じである。
【００３８】
いままでは、左側の車輪制動器４ａに着目して、その車輪制動器４ａの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２のいずれか一方の制御系統に異常が発生した場合の制動制御について説明したが、このように左側の車輪制動器４ａの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２のいずれかの制御系統に異常が発生している状態の下で、異常が生じていない右側の車輪制動器４ｂにおける制動制御について、次に説明する。
【００３９】
異常発生側（ここでは左側）の車輪制動器４ａが出力するトルクに合わせるように、異常が発生していない正常側（ここでは右側）の車輪制動器４ｂの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の供給電流を増加あるいは減少させることで、右側のブレーキ機構３ｂで発生する制動力が、左側のブレーキ機構３ａで発生する制動力と同一となり、左右の車輪２ａ、２ｂに対する制動力のバランスを保つことができる。
【００４０】
例えば、左側の車輪制動器４ａにおいて、異常発生時に実用上問題のないレベルの要求トルクとして、例えば正常時の７０％が必要となる場合、右側（正常側）の車輪制動器４ｂの第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２は、その要求トルクの半分の３５％を要求トルクに乗算して分担トルクとして算出する。そして、この分担トルクに基づいて第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２への供給電流を決める電流指令を算出する。これにより、左側の車輪制動器４ａと右側の車輪制動器４ｂの出力トルクは同一となり、その結果、左右の車輪２ａ、２ｂへの制動力が同一となり、制動時の車両１の左右バランスを保つことができる。
【００４１】
あるいは、左側の車輪制動器４ａにおいて、異常発生時に実用上問題のないレベルの要求トルクとして、例えば正常時の７０％が必要となる場合、右側（正常側）の車輪制動器４ｂの第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２のいずれか一方を７０％を要求されているトルクに乗算して分担トルクを算出して供給電流の電流指令を求めるとともに、他方は分担トルクを０％にして供給電流の電流指令値を零にする。このようにしても、左側の車輪制動器４ａと右側の車輪制動器４ｂの出力トルクは同一となり、その結果、左右の車輪２ａ、２ｂへの制動力が同一となり、制動時の車両１の左右バランスを保つことができる。
【００４２】
このことに加えて、左側の車輪制動器４ａの制御系統に異常が発生した場合、この左側の車輪制動器４ａが１重３相による動作に対し、正常な右側の車輪制動器４ｂは２重３相による動作が継続されることの差を削減できる。つまり、左側の車輪制動器４ａに異常が発生した場合、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の内の片側のみに電力供給されてモータ７が駆動されるが、これに合わせて正常な右側の車輪制動器４ｂも同様に第１の３相巻線１１、第２の３相巻線１２の内の片側のみに電力供給してモータ７が駆動される状態になるので、結果的に、左右の車輪制動器４ａ、４ｂによるブレーキ機構３ａ、３ｂへの押付力に対するリップルの有無の差が無くなる。このため、左右のバランスを保った状態で車両１の制動力が得られる。また、ドライバフィーリングも改善される。
【００４３】
また、正常な右側の車輪制動器４ｂの第１のモータ電流制御部６１および第２のモータ電流制御部６２において、７０％の分担トルクとなるように供給電流を制御する側と、０％の分担トルクとなるように供給電流を制御する側とを時分割で交互に切り替える制御を行うことも可能である。このようにすると、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２へ電力供給するための第１のインバータ２１および第２のインバータ２２の負担が分散されるため、各部品の劣化を抑制することができる。
【００４４】
なお、前記の説明では、左右の車輪制動器４ａ、４ｂの内の左側の車輪制動器４ａの第１の３相巻線１１、第２の３相巻線１２の制御系統に異常が発生した場合を前提とした制動制御の動作について説明したが、これに限らず、車両１の右側の車輪制動器４ｂの第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２のいずれかの制御系統に異常が発生した場合についても、その制動制御の動作は全く同様であるのは言うまでもない。
【００４５】
また、本願は、図１に示したような前方側の左右の車輪２ａ、２ｂにそれぞれ車輪制動器４ａ、４ｂを設けた場合、あるいは図２に示したような後方側の左右の車輪２ｃ、２ｄにそれぞれ車輪制動器４ｃ、４ｄを設けた場合に限らず、図６に示すように、前方側の左右の車輪２ａ、２ｂと後方側の左右の車輪２ｃ、２ｄの全てに車輪制動器４ａ〜４ｄを設けた構成を採用することも可能である。
【００４６】
そのような構成の車両１の場合、車両１の前方側の前輪２ａ、２ｂに対する制動力と、後方側の車輪２ｃ、２ｄに対する制動力とは車両１の荷重配分から決まる制動力配分がある。すなわち、例えば、図７の実線の曲線で示すように、前方側の前輪２ａ、２ｂと後方側の車輪２ｃ、２ｄでは、制動力の配分割合があり、この配分割合から外れるとブレーキ時に原理的に路面とタイヤ間の摩擦力を十分に利用できないことになったり、車輪のロックが早くなったりする。
【００４７】
そこで、例えば、前記のように前方側の左右の車輪２ａ、２ｂに設けた車輪制動器４ａ、４ｂのいずれか一方で異常発生した場合、あるいは、後方側の左右の車輪２ｃ、２ｄに設けた車輪制動器４ｃ、４ｄのいずれか一方で制御系統に異常が発生して、正常時に比べて出力トルクが低下したときには、図７の実線で示す制動力配分に合わせて、異常が発生していない前方側の車輪制動器４ａ、４ｂあるいは後方側の車輪制動器４ｃ、４ｄに対する出力を低下させることで、車両１の前後の車輪２ａ、２ｂおよび２ｃ、２ｄの制動力のバランスを確保することができる。
【００４８】
前記のように、３相巻線のいずれかの制御系統に異常が発生し、これに応じて他の正常な３相巻線への供給電流を増加させた場合の影響について、図８および図９を参照して、次に説明する。なお、図８は本願の実施の形態１に係るモータの全体構造を示す概略断面図であり、図９は図８に示すモータの部分断面図である。
【００４９】
正常側の３相巻線の供給電流を増加させると、そのアンペアターン値（電流×巻き数）が増加し、ロータ９の永久磁石１０を減磁させる方向に作用する磁界が増加する。アンペアターン値を増加させると、通常の設計では永久磁石１０が減磁してモータ７の性能が低下してしまう。さらに、正常側の３相巻線の供給電流を増加させると発熱量も増加し、通常の設計では３相巻線の温度が許容温度に達するまでの駆動継続時間が短くなり、ブレーキ操作が制限される。
【００５０】
これを回避するために、増加上限電流値Ｉｓｈは、３相巻線の定格電流値に設定する。すなわち、３相巻線の供給電流を増加上限電流値Ｉｓｈまで増加させても、永久磁石１０の減磁率を許容減磁率以下に維持でき、かつ３相巻線の温度を許容温度以下に継続的に維持できるように、増加上限電流値Ｉｓｈを予め３相巻線の定格電流値に設定する。
【００５１】
ここに、前記の許容減磁率は、実用上許容できる減磁率とされており、例えば、５％以下の任意の値（例えば３％）に定められる。減磁率は、不可逆減磁率であり、例えば、正常時を基準にした永久磁石１０の鎖交磁束の減少率とされる。
【００５２】
増加上限電流値Ｉｓｈは、前記のように３相巻線の定格電流値に設定されるが、さらに、次の（１）〜（３）のいずれかの関係を満たすように設定するのが好ましい。
（１）増加上限電流値Ｉｓｈは、モータ７の最大使用温度において、永久磁石１０の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になり、かつ３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定する。ここで、最大使用温度は、仕様上、許容されているモータの最大環境温度である。
【００５３】
ここに、前記の許容温度は、想定している車両１の使用期間において、３相巻線の被膜の絶縁性が十分なマージンを持って確保できる最大巻線温度に定められる。また、３相巻線の温度が、継続的に許容温度以下になることが求められる。
【００５４】
（２）減磁率に余裕がある場合は、増加上限電流値Ｉｓｈは、モータ７の最大使用温度において、３相巻線の温度が予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に設定する。また、３相巻線の温度に余裕がある場合は、増加上限電流値Ｉｓｈは、モータ７の最大使用温度において、永久磁石１０の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になる供給電流の範囲の最大値に設定する。
【００５５】
（３）増加上限電流値Ｉｓｈは、アンペアターン値（電流×巻き数）を基準に設定する。すなわち、増加上限電流値Ｉｓｈは、増加上限アンペアターン値として設定されており、演算処理装置４１は、正常側の３相巻線への供給アンペアターン値を、増加上限アンペアターン値を上限として、正常時よりも増加させるように構成されている。アンペアターン値で管理すると、永久磁石１０の減磁率を管理し易くなる。
【００５６】
ところで、車両１の基本性能の設計仕様により異常発生時の最大トルクが指定され、この異常発生時の最大トルクから異常発生時の分担比および増加上限電流値Ｉｓｈが定まる場合がある。この場合には、指定された増加上限電流値Ｉｓｈを達成するように、永久磁石１０および３相巻線の冷却機構を設計する必要がある。
【００５７】
永久磁石１０は、正常側の３相巻線への供給電流を増加上限電流値Ｉｓｈまで増加させた条件に基づいて設定（設計）されている。具体的には、永久磁石１０の保磁力は、モータ７の最大使用温度において、正常側の３相巻線への供給電流を増加上限電流値Ｉｓｈまで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定（設計）されている。また、永久磁石１０の動作点パーミアンスは、モータ７の最大使用温度において、正常側の３相巻線への供給電流を増加上限電流値Ｉｓｈまで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定されている。永久磁石１０の保磁力は、永久磁石１０の材質、コーティング等を変化させることにより、高めることができる。永久磁石１０の動作点パーミアンスは、図９に示すように、永久磁石１０の周方向幅Ｗ、永久磁石１０の厚みｔ、エアギャップＬを変化させることにより、所望の値に設定することができる。
【００５８】
３相巻線の冷却機構は、モータ７の最大使用温度において、正常側の３相巻線への供給電流を増加上限電流値Ｉｓｈまで増加させた場合に、３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になるように設定（設計）されている。例えば、放熱用ヒートシンク、巻線から放熱用ヒートシンクまでの伝熱機構等が設計変更される。また、３相巻線の被膜の耐熱性を向上させることにより、許容温度を増加させてもよい。また、増加上限電流値Ｉｓｈに合わせて、スイッチング素子の冷却機構が設計される。
【００５９】
したがって、一方の組の異常発生時においても、正常側の３相巻線への供給電流を増加させることにより、正常時に近いモータの性能を確保しつつ、ロータ９の永久磁石１０の減磁によるモータ７の基本性能の低下を防止し、かつモータ７の３相巻線の発熱により駆動継続時間が短くなることを防止することができる。このため、より安全性、信頼性が向上した車輪制動器とすることができる。
【００６０】
なお、この実施の形態１のモータ７に関しては、その極数およびスロット数の組み合わせは特に限定されるものではない。また、３相デルタ結線のブラシレスモータでなく、スター結線のブラシレスモータであってもよく、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。また、第１の３相巻線１１および第２の３相巻線１２の巻線仕様は、分布巻き、または集中巻きのどちらであってもよい。
【００６１】
なお、本願は、例示的な構成が記載されているが、この実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組み合わせが適用可能である。
【００６２】
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも一つの構成要素を変形する場合、追加する場合、または省略する場合、さらには、少なくとも一つの構成要素を抽出して使用される場合が含まれものとする。
【符号の説明】
【００６３】
１  車、２，２ａ〜２ｄ  車輪、３，３ａ〜３ｄ  ブレーキ機構、
４，４ａ〜４ｄ  車輪制動器、５  直流電源、７  モータ、８  ステータ、９  ロータ、１０  永久磁石、１１  第１の３相巻線、１２  第２の３相巻線、
２１  第１のインバータ、２２  第２のインバータ、
３１１，３２１，３１２，３２２  スイッチング素子、３３１，３３２  シャント抵抗、４０  制御装置、４１  演算処理装置、４２  記憶装置、４３  入力回路、
５１  第１の駆動回路、５２  第２の駆動回路、６１  第１のモータ電流制御部、
６２  第２のモータ電流制御部、７１  第１の異常検出部、７２  第２の異常検出部。
【図１】
2020069856.tif 000003
【図２】
2020069856.tif 000004
【図３】
2020069856.tif 000005
【図４】
2020069856.tif 000006
【図５】
2020069856.tif 000007
【図６】
2020069856.tif 000008
【図７】
2020069856.tif 000009
【図８】
2020069856.tif 000010
【図９】
2020069856.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月19日(2019.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前方側および後方側の左右に車輪が配備され、前方側および後方側の少なくとも一方の左右の前記車輪には個別に車輪制動器が設けられており、前記車輪制動器は、永久磁石を有するロータおよび互いに独立した１組の３相巻線を有するステータからなるモータを備えるとともに、前記モータで駆動されて前記車輪を制動するブレーキ機構を有し、かつ、１組の前記３相巻線の内の一方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第１の電力変換器と、他方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を共に制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、左右の車輪に配備された前記車輪制動器の内、一方側の車輪に対応する前記車輪制動器を構成する１組の前記３相巻線の内、いずれか一方の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合には、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を制御して、異常発生側の前記３相巻線への供給電流を零にするとともに、異常発生のない他方の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させ、かつ、異常発生のない他方側の車輪に対応する前記車輪制動器の１組の前記３相巻線に対する各供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として、異常発生以前の状態よりも増加あるいは減少させることを特徴とする電動制動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線への各供給電流が互いに同一となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電動制動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線について、一方の前記３相巻線の供給電流を零に、他方の前記３相巻線の供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させることを特徴とする請求項１に記載の電動制動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、異常発生のない他方の前記車輪制動器の１組の前記３相巻線について、その供給電流を零にする前記３相巻線と、供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として、異常発生以前の状態よりも増加させる前記３相巻線とを時分割で交互に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の電動制動装置。
【請求項５】
前記車輪制動器は、前方側および後方側の左右の各前記車輪に設けられており、前記制御装置は、前記車輪制動器を構成するいずれかの前記３相巻線の制御系統に異常が発生して前方側と後方側の前記車輪制動器の内、一方の前記車輪制動器の出力トルクが異常発生以前よりも低下する場合には、他方の前記車輪制動器の制動力を前記車両の前後の制動力配分に従って低下させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項６】
前記増加上限電流値は、前記３相巻線の定格電流値に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項５いずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項７】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項８】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、各組の前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項９】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が予め定められた許容減磁率以下になり、かつ前記３相巻線の温度が予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１０】
前記増加上限電流値は、電流に巻線の巻き数を乗算したアンペアターン値を基準に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１１】
前記永久磁石は、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合の条件に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１２】
前記永久磁石の保磁力は、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下に設定されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１３】
前記永久磁石の動作点パーミアンスは、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下に設定されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【請求項１４】
前記３相巻線を冷却する冷却機構は、前記モータの最大使用温度において、前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下に設定されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電動制動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に開示される電動制動装置は、車両の前方側および後方側の左右に車輪が配備され、前方側および後方側の少なくとも一方の左右の前記車輪には個別に車輪制動器が設けられており、前記車輪制動器は、永久磁石を有するロータおよび互いに独立した１組の３相巻線を有するステータからなるモータを備えるとともに、前記モータで駆動されて前記車輪を制動するブレーキ機構を有し、かつ、１組の前記３相巻線の内の一方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第１の電力変換器と、他方側の前記３相巻線に接続されて前記モータを制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を共に制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、左右の車輪に配備された前記車輪制動器の内、一方側の車輪に対応する前記車輪制動器を構成する１組の前記３相巻線の内、いずれか一方の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合には、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を制御して、異常発生側の前記３相巻線への供給電流を零にするとともに、異常発生のない他方の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として異常発生以前の状態よりも増加させ、かつ、異常発生のない他方側の車輪に対応する前記車輪制動器の１組の前記３相巻線に対する各供給電流を予め設定された前記増加上限電流値を上限として、異常発生以前の状態よりも増加あるいは減少させることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本願に開示される電動制動装置によれば、車両の電動制動装置に関連する部品に故障が生じた場合でも、車輪の一方側のブレーキ機構で発生する制動力が、車輪の他方側のブレーキ機構で発生する制動力と同一となり、左右の車輪に対する制動力のバランスを保つことができるとともに、２次故障を抑制できるので、車両をより安全に停止させることができる。