(57)【要約】【課題】モーターの回転効率を高めて、長距離の走行を可能にすると共に、回転が滑らかで騒音の発生も少ない電気自動車用モーター駆動装置を提供するものである。【解決手段】バッテリー１と、電気自動車駆動用の直流モーター２との間に、発信回路８とスイッチング素子９を直列に接続し、これと並列にダイオード１０とコンデンサー１１を接続して矩形波を発信させるモーターコントローラー３を接続し、このモーターコントローラー３と前記直流モーター２との間にチョークコイル１３を接続すると共に、直流モーター２と並列にコンデンサー１４を接続したものである。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーと、電気自動車駆動用の直流モーターとの間に、矩形波を発信させるモーターコントローラーを接続し、このモーターコントローラーと前記直流モーターとの間にチョークコイルを接続すると共に、直流モーターと並列にコンデンサーを接続したことを特徴とする電気自動車用モーター駆動装置。
【請求項２】
矩形波を発信させるモーターコントローラーが、発信回路とスイッチング素子を直列に接続し、これと並列にダイオードとコンデンサーを接続して構成されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車用モーター駆動装置。
【請求項３】
チョークコイルは、２個のＵ形鉄心をギャップを介して対向させ、このＵ形鉄心にコイルを巻回して構成され、その容量は直流モーターの定格電流の２倍以上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車用モーター駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は効率を向上させた電気自動車用モーター駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車用モーター駆動装置は、図６に示すように、バッテリー１と、電気自動車駆動用の直流モーター２との間に、矩形波を発信させるモーターコントローラー３を並列に接続した構成をなしている。直流モーター２は、界磁コイル４とローターコイル５がブラシ６で接続されている。またモーターコントローラー３は、発信回路８とＦＥＴなどのスイッチング素子９を直列に接続し、これと並列にダイオード１０とコンデンサー１１を接続して構成されている。
【０００３】
この電気自動車用モーター駆動装置では、バッテリー１からの直流電流を、モーターコントローラー３の発信回路８からのパルス発生信号により、スイッチング素子９のオン・オフ制御を行なうことにより、図７に示すように直流の矩形波を発生させる。この矩形波の間隔Δを制御することにより、直流モーター２の回転トルクを調整するようになっている。つまり間隔Δを調整することによりアクセルの作用をなし、走行時は矩形波の間隔Δが狭いほど回転数が高くなり、間隔Δが広いほど回転数が低く、始動時には間隔Δを狭く調整して大きなトルクを発生させるようになっている。
【０００４】
しかしながら従来の電気自動車用モーター駆動装置では、直流モーター２には高い電圧の矩形波が供給されるため、直流モーター本来のトルクを出すことができない問題がある。その原因について検討したところ、従来の回路では、直流モーター２に高電圧の矩形波が１００００サイクル以上の周波数で加わるため、直流モーター２の界磁コイル４がリアクタンスとしての作用をなし、図８に示すＡの時には瞬間電圧電流が加わり、Ｂの０電位の時には界磁コイル４に逆起電力が発生し、この結果、界磁コイル４には瞬間逆磁界が発生する。この界磁コイル４に発生した逆磁界が直流モーター２の回転を妨げる作用をなすため、モーター効率を低下させる原因となっていることが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、モーターの回転効率を高めて、長距離の走行を可能にすると共に、回転が滑らかで振動や騒音の発生も少なく静粛性も向上させた電気自動車用モーター駆動装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の電気自動車用モーター駆動装置は、バッテリーと、電気自動車駆動用の直流モーターとの間に、矩形波を発信させるモーターコントローラーを接続し、このモーターコントローラーと前記直流モーターとの間にチョークコイルを接続すると共に、直流モーターと並列にコンデンサーを接続したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項２記載の電気自動車用モーター駆動装置は、矩形波を発信させるモーターコントローラーが、発信回路とスイッチング素子を直列に接続し、これと並列にダイオードとコンデンサーを接続して構成されていることを特徴とするものである。更に請求項３記載の電気自動車用モーター駆動装置は、チョークコイルは、２個のＵ形鉄心をギャップを介して対向させ、このＵ形鉄心にコイルを巻回して構成され、その容量は直流モーターの定格電流の２倍以上に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。電気自動車用モーター駆動装置は、図１に示すように、バッテリー１と、電気自動車駆動用の直流モーター２との間に、矩形波を発信させるモーターコントローラー３を並列に接続した構成をなしている。直流モーター２は、界磁コイル４とローターコイル５がブラシ６で接続されている。
【０００９】
またモーターコントローラー３は、発信回路８とＦＥＴなどのスイッチング素子９を直列に接続し、これと並列にダイオード１０とコンデンサー１１を接続して構成されている。またモーターコントローラー３の発信回路８は、周波数が１５０００サイクル程度のパルス信号を発生できるものが好適である。ここまでの構成は従来の装置と同様である。
【００１０】
本発明では、更に直流モーター２のマイナス側のモーターコントローラー３との間に可変チョークコイル１３を直列に接続すると共に、直流モーター２の両端に、これと並列にコンデンサー１４を接続したものである。
【００１１】
更に前記チョークコイル１３は図２に示すように、２個のＵ形鉄心１５、１５をギャップ１６を介して対向して配置し、このＵ形鉄心１５、１５にコイル１７を、磁束の向きがループを構成するように巻回したものである。またこのチョークコイル１３の電流容量は、直流モーター２の定格電流の２倍以上になるように、鉄心断面積が設定されている。
【００１２】
上記構成の電気自動車用モーター駆動装置の作用について説明すると、バッテリー１からの直流電圧をモーターコントローラー３により脈動させて矩形波を発生させ、図１に示すように電流ａは、直流モーター２を通り、チョークコイル１３、モーターコントローラー３のスイッチング素子９を経てバッテリー１に戻る。
この時、チョークコイル１３には、正方向の電流が流れ、チョークコイル１３のＵ形鉄心１５には正方向の磁界が発生する。
【００１３】
次に電位０のＢの時には、既にＡの時に生じていた、正方向の磁界がチョークコイル１３のＵ形鉄心１５、１５に蓄積され、この瞬間鉄心磁界によりコイル１７に電流、即ち極性が逆の電流ｂが発生し、図１に示すように、この電流ｂがモーターコントローラ３のダイオード１０を通って、直流モーター２に供給される。
【００１４】
この結果、Ｂの０電位の時には電流ｂによる電圧が付加され、図３に示す凹凸の電圧波形となる。更に直流モーター２と並列に接続したコンデンサー１４により、凹凸波形の谷部が山部で埋められて平滑化され、図５に示すように純直流に近い電圧が連続して直流モーター２に加わることになり、円滑に回転することができる。
【００１５】
従って始動時にモーターコントローラー３により矩形波の間隔Δを次第に狭く調整していくと、チョークコイル１３とコンデンサー１４の平滑化作用により図４に示すように、純直流に近い電圧が次第に上昇してアクセルとしての作用をなし、従来のように界磁コイル４に直流モーター２の回転を妨げる逆磁界が発生しないので、直流モーター２の回転トルクが滑らかに上昇すると共に、効率が向上して走行距離を大幅に向上させることができる。またモーターの回転も滑らかなので、特に始動時の振動や騒音の発生も少なく静粛性も向上させることができる。
【００１６】
また本発明で、チョークコイル１３は、２個のＵ形鉄心１５、１５をギャップ１６を介して対向させているので、大電流が流れても磁気飽和しにくく、更にチョークコイル１３の容量は、直流モーター２の定格電流の２倍以上に、即ちＵ形鉄心１５の鉄心断面積が大きく形成されているので、大電流が流れても磁気飽和しにくく、磁気飽和による発熱損失を少なくして効率を高めることができる。
【００１７】
【実施例】
満充電した１２Ｖバッテリーを１２個直列に接続して１４４Ｖの直流電源を自動車に搭載して走行し、バッテリー１２が破損する８Ｖに低下するまでの走行距離を測定した。本発明のモーター駆動装置を取付けた電気自動車では６７ｋｍ走行することができた。これに対して図６に示す従来の装置を取付けた電気自動車では４５ｋｍしか走行できず、本発明装置は約１．５倍も走行距離が伸び、著しく効率が向上していることを確認できた。また従来の装置では速度を上げていく始動時に電圧が直流モーター２に衝撃的に加わるので騒音が大きく滑らかに発進できないが、本発明装置は騒音もなく滑らかに発進して速度を上昇させることができた。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項１記載の電気自動車用モーター駆動装置によれば、バッテリーからの純直流電圧を、モーターコントローラーにより間隔を調整した矩形波に変換し、この矩形波の電位が０の時にチョークコイルで発生した逆起電力を、モーターコントローラーを通して付加することにより、凹凸状の電圧に変換し、更に直流モーターと並列に接続したコンデンサーにより、純直流に近い電圧に平滑化させて直流モーターに供給するので、電気自動車の走行距離を従来の約１．５倍も向上させることができた。
【００１９】
しかも、直流モーターには純直流に近い電圧に平滑化させた電流が供給されるので、直流モーターの回転が滑らかとなり、従来の矩形波により高電圧を急激に加える装置と比べて、振動や騒音の発生も少なく静粛性も向上させることができる。
【００２０】
また請求項２記載の電気自動車用モーター駆動装置によれば、モーターコントローラーが、発信回路とスイッチング素子を直列に接続し、これと並列にダイオードとコンデンサーを接続して構成されているので、装置が小型で安価である。
【００２１】
更に請求項３記載の電気自動車用モーター駆動装置によれば、チョークコイルは、２個のＵ形鉄心をギャップを介して対向させ、このＵ形鉄心にコイルを巻回して構成され、その容量は直流モーターの定格電流の２倍以上に形成されているので、大電流が流れても磁気飽和しにくく、磁気飽和による発熱損失を少なくして更に効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による電気自動車用モーター駆動装置を示す回路図である。
【図２】図１のチョークコイルを示す正面図である。
【図３】チョークコイルにより凹凸状に変換した電圧波形を示す波形図である。
【図４】凹凸状に変換した電圧を、更にコンデンサーにより平滑化した電圧波形を示す波形図である。
【図５】加速時の電圧の上昇状態を示す波形図である。
【図６】従来の電気自動車用モーター駆動装置を示す回路図である。
【図７】直流をモーターコントローラーで変換した直流矩形波を示す波形図である。
【図８】界磁コイルに加わる極性を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　バッテリー
２　　　　直流モーター
３　　　　モーターコントローラー
４　　　　界磁コイル
５　　　　ローターコイル
６　　　　ブラシ
８　　　　発信回路
９　　　　スイッチング素子
１０　　ダイオード
１１　　コンデンサー
１３　　チョークコイル
１４　　コンデンサー
１５　　Ｕ形鉄心
１６　　ギャップ
１７　　コイル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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