(57)【要約】  車両の車輪を回転させるための電気モーターであって、  上記電気モーターは、ローター、ステーター、コイル巻線、上記ステーターに対する上記ローターの位置を示す第一シグナルを出力するように構成された第一センサー、及び上記ステーターに対する上記ローターの位置を示す第二シグナルを出力するように構成された第二センサーを備え、  上記第一センサー及び上記第二センサーは、互いにオフセットされ、その結果、上記ステーターに対する上記ローターの回転に応じて上記第一出力シグナル及び上記第二出力シグナルが上記ローターの方向を判断できるようにし、  上記第一出力シグナル及び上記第二出力シグナルは、上記コイル巻線の電流を制御するために用いられ、  上記第一出力シグナル及び上記第二出力シグナルのうちの少なくとも1つは、車両ブレーキシステムに提供されて、上記車両ブレーキシステムがホイールロック状態又はホイールロック状態の徴候を判断できるようにし、  上記ホイールロック状態の徴候は、所定の基準に基づいて判断される、電気モーター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における車輪を回転させるための電気モーターであって、
前記電気モーターは、ローター、ステーター、コイル巻線、及び前記ステーターに対する前記ローターの位置を示す第一シグナルを出力するように構成された第一センサー、を備え、
前記第一出力シグナルは、前記コイル巻線の電流を制御するために使用され、
前記第一出力シグナルは、車両ブレーキシステムへ提供されるように構成され、前記車両ブレーキシステムがホイールロック状態又はホイールロック状態の徴候を判断できるようにし、
前記ホイールロック状態の徴候は、所定の基準に基づいて判断される、電気モーター。
【請求項２】
前記ステーターに対する前記ローターの位置を示す第二シグナルを出力するように構成された第二センサーを更に備え、
前記第一センサー及び前記第二センサーを互いにオフセットし、その結果、前記ステーターに対する前記ローターの回転に応じて、前記第一出力シグナル及び前記第二出力シグナルから前記ローターの方向が判断できる、請求項1に記載の電気モーター。
【請求項３】
前記第一出力シグナル及び前記第二出力シグナルは、前記コイル巻線の電流を制御するために用いられる、請求項2に記載の電気モーター。
【請求項４】
前記第二出力シグナルは、前記車両ブレーキシステムへ提供されるように構成され、前記車両ブレーキシステムがホイールロック状態又はホイールロック状態の徴候を判断できるようにし、
前記ホイールロック状態の徴候は、所定の基準に基づいて判断される、請求項2又は3に記載の電気モーター。
【請求項５】
前記所定の基準には、前記車輪の減速が減速値の閾値を超えていることに関する判断が含まれる、請求項1に記載の電気モーター。
【請求項６】
車両における車輪を回転させるための電気モーターであって、
前記電気モーターは、ローター、ステーター、コイル巻線、及び前記ステーターに対する前記ローターの位置を示す第一シグナルを出力するように構成された第一センサーを備え、
前記第一出力シグナルは、前記コイル巻線の電流を制御するために用いられ、
前記第一出力シグナルは、車両ブレーキシステムへ提供されるように構成され、前記車両ブレーキシステムが前記車輪の所定の加速状態を判断できるようにし、
前記車両ブレーキシステムは、前記所定の加速状態の判断に応じて前記車輪に対する制動力を調節するように構成されている、電気モーター。
【請求項７】
前記ステーターに対する前記ローターの位置を示す第二シグナルを出力するように構成された第二センサーを更に備え、
前記第一センサー及び前記第二センサーを互いにオフセットして、その結果、前記ステーターに対する前記ローターの回転に応じて前記第一出力シグナル及び前記第二出力シグナルから前記ローターの方向が判断できる、請求項6に記載の電気モーター。
【請求項８】
前記第一出力シグナル及び前記第二出力シグナルは、前記コイル巻線の電流を制御するために用いられる、請求項7に記載の電気モーター。
【請求項９】
前記第二出力シグナルは、車両ブレーキシステムへ提供されて、前記車両ブレーキシステムが前記車輪の所定の加速状態を判断できるようにし、
前記車両ブレーキシステムは、前記所定の加速状態の判断に応じて、前記車輪に対する制動力を調節するように構成されている、請求項7又は8に記載の電気モーター。
【請求項１０】
前記所定の加速状態は、ホイールロック状態又はホイールロック状態の徴候を示すものである、請求項6から9のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１１】
前記所定の加速状態は、ホイールスピン状態を示すものである、請求項6から9のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１２】
前記第一センサーと前記第二センサーは、前記コイル巻線における電流の位相角に関して実質的に90度、互いにオフセットされている、請求項2から5及び7から11のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１３】
前記第一及び前記第二センサーは、位置センサーである、請求項2から5又は7から11のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１４】
前記第一センサー及び/又は前記第二センサーは、受動的誘導位置センサー又は能動的位置センサーである、請求項13に記載の電気モーター。
【請求項１５】
複数の磁石を更に備え、
前記複数の磁石は、前記能動的位置センサーが前記ステーターに対する前記ローターの位置を判断できるように配置されている、請求項14に記載の電気モーター。
【請求項１６】
前記ローターが前記ステーターに相対して動く際に前記位置センサー由来の前記位置データが変化することに由来して前記ローターの速度を生成する手段を更に備える、請求項1から15のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１７】
前記第一出力シグナルは、前記第一出力シグナルのゼロクロス点の検出によりABSシグナルへ変換される、請求項1から16のいずれかに記載の電気モーター。
【請求項１８】
前記ABSシグナルは、リサンプルされる、請求項17に記載の電気モーター。
【請求項１９】
請求項1から18のいずれかに記載の複数のインホイール電気モーターを備える車両であって、それぞれのインホイール電気モーターに車輪が搭載されている、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モーター及び特に車両における車輪を回転させるための電気モーターに関する。
【０００２】
アンチロックブレーキシステム(ABS)とは、制動操作中に車輪ダイナミクスをモニターして、それに影響を与えるように設計された典型的な電気機械式制御システムである。典型的なABSシステムは、3から4つの車輪速度センサー、車輪速情報を処理するアルゴリズムを含む電子制御ユニット、一連のソレノイド駆動弁と、ブレーキ油圧をブレーキ要素から遮断したり開放したりすることができるポンプモーターサブシステムを備える。
【０００３】
ABSシステムは、車輪速情報を分析することによって作動する。制動操作中に、車両に予想される割合を超えて車輪速が減速していることをABSシステムが判断すると、ABSシステムは、車輪がすべり始めている(即ち、車輪ロックの徴候が起きている)と仮定して、ABSシステムがブレーキ圧を開放する。
【０００４】
このように、ABSシステムが正確な車輪速情報を有することは、重要である。同様に、電子安定プログラム(ESP)システムも、正確な車輪速情報を必要とする。
【０００５】
本発明の態様によると、添付の特許請求の範囲による電気モーターが提供される。
【０００６】
特許請求の範囲にかかる発明は、電気モーターのローター位置情報をABSシステムへの速度入力シグナルとして使用することができる利点を提供する。これによって、個別のABS速度センサーを必要としないので、ABSシステム費用を抑えることができる。
【０００７】
本発明は、一例として、添付の図面を参照して記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図1は、本発明の一実施形態による車両を図示している。
【０００９】
【図２】図2は、本発明の一実施形態において用いられる電気モーターの分解図を図示している。
【００１０】
【図３】図3は、図2に示される電気モーターの分解図を別の角度から図示している。
【００１１】
【図４】図4は、本発明の一実施形態による制御装置を図示している。
【００１２】
【図５】図5は、2台の電気モーター位置センサーからの出力を図示している。
【００１３】
図1は、4つの車輪101を備える車両100(例えば車又はトラック)であって、2つの車輪は、それぞれ車両前方の左側とその反対側の位置に設置されている図を示している。同様に、更に2つの車輪は、それぞれ車両後方の左側とその反対側の位置に設置されており、これは、典型的な従来型自動車の構成である。しかしながら、当業者が理解している通り、車両は任意の数の車輪を備えることができる。
【００１４】
以下で詳細に記載している通り、インホイール電気モーターは、各車輪101内に組込まれている。現在の実施形態は、各車輪101と一体化したインホイール電気モーターを備える車両を記載しているが、当業者が理解している通り、車輪101のサブセットだけが一体化インホイール電気モーターを備えてもよい。例えば、4輪の車両に関しては、2つの前輪だけが一体化インホイールモーターを備えてもよく、あるいは、2つの後輪だけが一体化インホイールモーターを備えてもよい。
【００１５】
マスターコントローラー102(別名、車両動的コントローラー)は、インホイール電気モーターの動作を制御するために各インホイール電気モーターと接続している。
【００１６】
加えて、車両は、電力源をインホイール電気モーターに提供するバッテリー120を備える。
【００１７】
ブレーキシステムは、車両に組込まれており、そのシステムにおいてブレーキ(例えばディスク又はドラムブレーキ)は、少なくとも1つの車輪に付随して制動力を車輪に与えることができる。本実施形態において、ブレーキアセンブリを各インホイール電気モーターに搭載して適切な制動力を4つの車輪のそれぞれに与えることを可能にしている。
【００１８】
各ブレーキアセンブリから4つの車輪のそれぞれに対するブレーキトルクの適用は、車両に設置されたブレーキペダルを介して開始される。
【００１９】
様々な駆動状況及び路面条件の下で最適なブレーキを可能にするために、ブレーキシステムはアンチロックブレーキシステムを備えている。
【００２０】
当業者には周知の通り、アンチロックブレーキシステムがホイールロック状態又はホイールロック状態の徴候が発生したと判断すると、アンチロックブレーキシステムは車輪に加える制動力を減らすように構成されている。
【００２１】
車両のアンチロックブレーキシステムは、アンチロックブレーキシステムの動作を制御する電子制御モジュールと、ホイールロック状態中又はホイールロック状態の徴候中に制動力を調節する手段とを備える。本実施形態に関して、車両は、油圧ブレーキシステムを備え、制動力を調節するための手段は、ブレーキシステムに対する油圧を制御するように構成されている油圧制御ユニットである。
【００２２】
ホイールロック状態かホイールロック状態の兆候が制動操作中に発生しているかどうかを判断するために、アンチロックブレーキシステムの電子制御モジュールは、所定の時間間隔で車輪速情報を分析する。車輪が所定の割合を超えて(例えば、車両が通常達する割合を超えて)減速していることを車輪速情報から示される場合は、ホイールロック状態又はホイールロック状態の兆候を示していると考えられる。この場合、アンチロックブレーキシステムは、例えば油圧制動圧を下げることによって車輪に対する制動力を減少させる。これによって、車輪は、車両の実速度に戻るまで再加速することができる。
【００２３】
ホイールロック状態の兆候は、多くの所定の基準に基づいて(例えば車輪が閾値を上回る減速であるという判定により)判断することができる。
【００２４】
説明のために、インホイール電気モーターは、車両へ取付けられるステーターの一部である一組のコイルが、一組の磁石を備え且つ車輪に取付けられるローターによって放射状に囲まれるタイプのものである。しかしながら、当業者によって理解されるように、本発明は、他のタイプの電気モーターを適用することができる。
【００２５】
図2にて図示したように、インホイール電気モーター40は、アセンブリの筐体の最初の部品を形成しているリア部分230を含むステーター252と、複数のコイル及びこれらのコイルを駆動するための電子部品を具備する放熱器付き駆動装置231を備える。コイル駆動装置231は、リア部分230に固定されてステーター252を形成する。ステーター252は、次に、車両に固定可能であり、使用中には回転しない。コイル自体は、駆動装置231及びリア部分230と共にステーター252を形成する歯様の層板構造上に形成される。
【００２６】
ローター240は、実質的にステーター252を囲むカバーを形成するフロント部分220及び円筒部分221を備える。ローターは、円筒部分221の内側に沿って配置される複数の磁石242を備える。従って、磁石をアセンブリ231上のコイルに非常に接近させて、アセンブリ231のコイルによって発生する磁場がローター240の円筒部分221の内側に沿って配置される磁石242と協同して、ローター240の回転を引き起こす。
【００２７】
ローター240は、ベアリングブロック223を介してステーター252に取り付けられる。ベアリングブロック223は、このモーターアセンブリが装着される車両において使用される基準ベアリングブロックとすることができる。ベアリングブロックは、2つの部品、ステーターに固定される第一部品と、ローターに固定される第二部品とを備える。ベアリングブロックは、ステーター252の壁230の中央部分233に固定され、ローター240の筐体壁220の中央部分225に固定される。従って、ローター240は、ローター240の中央部分225でベアリングブロック223を介して、使用される車両に回転可能に固定する。これは、以下の有利な点を有する：ホイールリム及びタイヤは、通常の車輪ボルトを使用してローター240の中央部分225に固定することでホイールリムをローターの中央部分に固定することができ、その結果、ベアリングブロック223の回動可能面上へ確実に固定できる。車輪ボルトは、ローターの中央部分225を通ってベアリングブロック自体を通過して装着させてもよい。ローター240と車輪の両方がベアリングブロック223に搭載されている状態では、ローターと車輪の回転角の間に一対一の関係がある。
【００２８】
図3は、リアステーター壁230とコイル及び電子部品アセンブリ231を含むステーター252を反対側から示す、図2と同じアセンブリの分解図を示す。ローター240は、外側ローター壁220と、磁石242が円周方向に配置される環状壁221とを具備している。前述したように、ステーター252は、ローター及びステーター壁の中央部分のベアリングブロックを介してローター240に連結される。
【００２９】
加えて、制御電子部品を備える回路基板80(モーター駆動コントローラー又はインバーターとしても知られているもの)が図2に示されている。
【００３０】
V型シール350は、ローターの環状壁221とステーター筐体230の外縁との間に設けられている。
【００３１】
下記で詳細に記載する通り、ローターは、ローター位置検出のための焦点リング及び磁石227を備え、ステーターに搭載のセンサーと連動して、ステーターに対するローターの正確な位置を判断することができる。
【００３２】
この例におけるモーター40は、8つのコイルセット60を具備し、各コイルセット60はそれぞれの制御装置64に接続する3つのコイルサブセット61、62、63を備え、各制御装置64及びそれぞれのコイルサブセットは、他のサブモーターと独立して制御できる三相論理的又はサブ電気モーターを形成する。制御装置64が三相電圧源を用いてそれぞれのサブモーターを駆動させることによって、それぞれのコイルサブセットは回転磁界を発生させることができる。本実施形態では、各コイルセット60は3つのコイルサブセット61、62、63を備えると記述されているが、本発明はこれに限定されず、各コイルセット60は2又は3以上のコイルサブセットを備えることができると理解されるだろう。同時に、本実施形態では8つのコイルセット60(即ち8つのサブモーター)を備える電気モーターが記述されているが、モーターは関連する制御装置と共に2又は3以上のコイルセット(即ち2又は3以上のサブモーター)を備えることができる。
【００３３】
各制御装置は、6つのスイッチを含む三相ブリッジインバーター(当業者にとって周知)を備える。三相ブリッジインバーターは、コイルセット60の3つのサブセットコイルに接続して三相電気モーター構成を形成する。従って、上記のように、モーターは、8つの三相サブモーターを備え、各三相サブモーターは、コイルセット60の3つのサブセットコイルに接続する制御装置64を備える。
【００３４】
各三相ブリッジインバーターは、それぞれのコイルサブセット61、62、63にわたってPMW電圧制御を行うように配置され、必要トルクをそれぞれのサブモーターに提供する。
【００３５】
所定のコイルセットに関して、制御装置64の三相ブリッジスイッチは、コイルサブセット61、62、63の各々にわたって単一の電圧位相を印加するように配置される。
【００３６】
本実施形態に記載されているインホイール電気モーターは、複数の論理サブモーターを備えているが、当業者が理解している通り、電気モーターは、論理サブモーターを用いない従来の設計であってもよい。
【００３７】
本実施形態において、各制御装置80は、実質的に楔形である。この形状が複数の制御装置80をモーター内で互いに隣接して設置することを可能にするため、ファンのような配置を形成する。
【００３８】
制御装置80のスイッチとしては、半導体装置(例えばMOSFET又はIGBT)を挙げることができる。本実施例では、スイッチには、IGBTが含まれる。しかしながら、任意の適切な公知のスイッチング回路を電流制御のために使用することができる。かかるスイッチング回路の1つの周知の例は、三相電気モーターを駆動するように構成された6つのスイッチを備えるH-ブリッジ回路である。6つのスイッチは、2つのスイッチが3つ並列するセットとして構成され、スイッチの各対は、直列に設置され、H-ブリッジ回路の脚部を形成する。図5は、3つのコイルサブセットに接続するH-ブリッジ回路400の例を図示する。
【００３９】
図4は、本発明の実施形態による制御装置80の例を示す。
【００４０】
制御装置80は、第一回路基板83及び第二回路基板82を備える。好ましくは、第二基板82は、第一回路基板83を覆うように配置される。
【００４１】
第一回路基板83は、それぞれのコイルサブセットにわたって交流電圧を印加するように配置される複数のスイッチを備える。
【００４２】
上述の通り、複数のスイッチは、n-相ブリッジ回路を形成するように構成される。従って、当業者にとって周知であるように、スイッチの数はそれぞれのサブモーターに印加される電圧位相の数による。本実施形態において、制御装置及びコイルサブセットは三相モーターを形成するように構成され、それぞれの制御装置の第一回路基板83は6つのスイッチを備える。現在の設計は、三相構成の各サブモーターを示すが、サブモーターは2又は3以上の位相を有する構成とすることは可能である。
【００４３】
コイルサブセットのワイヤー(例えば銅線)は、必要に応じてスイッチング素子に直接接続できる。
【００４４】
放熱を促進するために、第一回路基板83は好ましくは熱伝導係数が比較的高い材質(例えば金属)から製造され、スイッチからの熱の排出を促進する。熱伝導性が高い材質は一般的には高い電気伝導度も有するため、電気伝導度が比較的高い材質には絶縁被膜を第一回路基板83の部分に塗布してショートが発生するリスクを最小化することが好ましい。
【００４５】
第二回路基板82は、第一回路基板83に載置するスイッチの動作を制御するための多くの電子部品を備える。第二回路基板82に載置する電子部品の例としては、PWM電圧を制御するためのスイッチ操作を制御する制御論理と、制御装置80と制御装置80の外部の装置 (例えば他の制御装置80又は主制御装置)との通信を可能にするインターフェース構成部品(例えばCANインターフェースチップ)が挙げられる。一般的には、第二制御基板82がインターフェースを通じて通信してトルク要求に関する要請を受け取ったりステータス情報を伝達したりする。
【００４６】
上記したように、第二回路基板82は第一回路基板83の上に載置されるように配置され、第一回路基板83及び第二回路基板はモーター40内(例えば、それらが制御するコイルサブセットの隣)の冷却板に直接搭載するための手段を備える。図の例では、これらの手段は、ネジ等が通過できる開口部84を備える。この例では、第一回路基板83及び第二回路基板82は、実質的に楔形である。この形状が複数の制御装置80をモーター内で互いに隣接して設置することを可能にするため、ファンのような配置を形成する。制御論理をスイッチから分離することによって、制御論理をスイッチから熱的に隔離すると共に、スイッチによって発生する任意の電気的ノイズの衝撃を最小化する効果もある。
【００４７】
それぞれのコイルにおける電流を制御するために、制御装置80のスイッチのタイミングは、ベクトル制御システムを用いて判断される。ベクトル制御は、交流モーターにおいて直流モーターの直交成分を作り出すのに用いられ、磁束発生電流とは関係なく、トルク発生電流を決定することができる。
【００４８】
当業者には周知の通り、二相直交ベクトルへの3相ステーター電流の変換は、クラーク変換を用いて実行される。そして、更なる変換には、パーク変換を使用して、静止ステーター座標系の成分をローターの回転基準座標系に対応付ける必要がある。
【００４９】
パーク変換を実行するためには、ローターの正確な角度位置が必要とされ、それは各回路基板に搭載された能動的位置センサーを使用して実行される。本発明において、ホールセンサーが、位置センサーとして用いられる。上記ホールセンサーは、焦点リング及び磁石227の相対位置に依存して電気シグナルが生じるように構成されており、それは、ローター240上に搭載されている。ローターが回転している方向を決定するために、制御装置80は、所定の角度(例えば90度)でオフセットした2台の位置センサーを好ましくは備えている。その結果、各位置センサーからのシグナルの変化を分析してローター240の相対位置及びローターの回転方向を決定することができる。当業者には周知の通り、角度位置情報は、サブモーターのコイル巻線における電流の位相角に基づいている。各制御装置80を、つまり各サブモーターを、互いに独立して作動可能とするために、各制御装置80は、それぞれが位置センサーセットを備えている。しかしながら、単一の位置センサーセットをインホイール電気モーター毎に用いてもよい。一組の位置センサーが多くの制御装置に搭載されることによって、万が一、故障が1セットの位置センサーで生じた場合であっても冗長性を提供する利点がある。
【００５０】
本実施形態は能動的センサーを組み込んでいるが、他の形態の位置センサー(例えば、歯付きリングに隣接して搭載された磁石及びコイルを備える誘導位置センサー)を使用することができる。
【００５１】
ローターがステーターに相対して回転するにつれて、位置センサーは、ローターの位置を判定可能にする交流電圧シグナルを出力する。出力された交流電圧の位置シグナルは、ローターの速度に比例した周波数を有する。例として、図5は、制御装置80に搭載され、約90度の間隔があいた2台の位置センサー由来の出力を表している。即ち、2つの正弦波信号が出力され、一方の出力シグナルは、他方の出力シグナルに対して約90度シフトしている。
【００５２】
上記のように、制御装置が位置情報を用いて、インバータースイッチを制御し、必要な電流がそれぞれのコイルに流れることを可能にしている。
【００５３】
ABS電子制御モジュールへ入力される速度信号を発生させるために、制御装置に搭載された2つの位置センサー由来の出力信号を調節して、互いに約90度シフトしたそれぞれの交互矩形波を発生させる。2つの矩形の波形は、排他的論理和ゲートを通過して一連のパルスを発生させ、一連のパルスは、ステーターに対するローターの速度に比例し、その結果として車輪速と比例する。
【００５４】
一連のパルスは、ABS電子制御モジュールに入力される。典型的には、位置センサーによって発生した一連のパルス(そしてABS入力信号を形成するパルス)は、位置センサーシグナルの少なくとも1つのゼロクロス点の検出を由来とするパルス列である。ABS電子制御モジュールは、一連のパルスを使用して、車輪速を決定し、その結果として、ホイールロック状態かホイールロック状態の兆候が発生しているか否かを判断する。
【００５５】
位置センサーによって生じるパルス列の周波数と、ABS電子制御モジュールが予想するその周波数との間に不一致ある場合、好ましくは、パルス列をリサンプルして必要なパルス列周波数を発生させる。あるいは、ABS電子制御モジュールを再調整することができる。
【００５６】
本実施形態は、ABSシステムのための速度入力信号を発生させる2台の位置センサーの使用について記載しているが、ABSシステムのための速度入力信号は、単一の位置センサーの出力から発生させることができる。
【００５７】
インホイール電気モーターの各位置センサー由来の出力信号を用いることにより、ABSシステムに各車輪の速度情報を提供することが可能である。
【００５８】
上記実施形態は、ABSシステムのための車輪速情報を判断することに基づいているが、決定された車輪速情報をESPシステムで使用することができることは当業者によって理解され、車輪情報は、車輪がその車輪を備える車両よりも急速に加速している(即ち、ホイールスピン状態が発生している)かどうかを判断するために用いることができる。かかるシナリオにおいて、ブレーキシステムは、スピン中の車輪に制動力を与えて、ホイールスピン状態を止めるように構成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2013528044.tif 000009
2013528044.tif 000010