(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体を走行させる１つ又は複数の駆動輪と、
前記駆動輪に駆動力を与える電動モーターと、
前記電動モーターの制御装置と、
駆動状況の検出回路と、を備え、
前記駆動輪の１つに対して前記電動モーターが複数設定され、各電動モーターは当該駆動輪を直接駆動する、駆動装置。
【請求項２】
前記複数の電動モーターが前記駆動輪の車軸及び当該駆動輪の両方を同時に駆動するように構成されてなる請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記複数の電動モーターが前記駆動輪に設けられた環状のラックを駆動する請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記環状のラックは前記駆動輪の内周に設けられる請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
被駆動体を駆動する１つ又は複数の駆動機構と、
一つの前記駆動機構に対して設定される複数の電動モーターと、
前記電動モーターの駆動状況を検出する検出回路と、
前記複数の電動モーターの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、各電動モーター毎に当該電動モーターを駆動する駆動制御回路と当該電動モーターを制動する制動制御回路とを含み、各電動モーターの当該駆動制御回路への接続比率と当該制動制御回路への接続比率とを各電動モーター毎に制御可能とした駆動装置。
【請求項６】
前記制御装置は、高駆動負荷必要時に前記複数の電動モーターを全て駆動させ、低駆動負荷側に移行するにしたがって駆動される電動モーターの数を漸減させる請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御装置は高制動負荷の必要時に前記複数の電動モーターを全て制動制御し、低制動負荷側に移行するにしたがって制動制御される電動モーターの数を漸減させる請求項５に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制動制御回路は制動負荷としての充電回路と前記電動モーターとの接続を制御する請求項５乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載された駆動装置を備える被駆動体。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載された駆動装置を備え、この駆動装置によって被駆動体としての車体が走行される車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は被駆動体を駆動させるための駆動装置に係わり、特に、電気自動車、電動車椅子等の電動車輌に利用される駆動装置に係わる。本発明の駆動装置は、電動建設機械、電動福祉器具、電動ロボット、電動玩具、電動雲台、光学電動装置（カメラ、プロジェクター）、家電製品にも利用される。
【０００２】
【従来の技術】
駆動装置によって駆動される被駆動体には種々のものがあり、例えば、電動モーターによって走行する電動車両が存在する。電動車両は複数の駆動輪を備え、各駆動輪の車軸には電動モーターから回転力が伝達されるように構成されている。前輪駆動の場合には前輪に電動モーターのトルクが伝達され、後輪駆動の場合には後輪に電動モーターのトルクが伝達され、４輪駆動の場合には前後の４輪全てに電動モーターのトルクが伝達される。
【０００３】
駆動装置は電動車両の駆動状況を検出する検出回路を備えている。検出回路は駆動輪の駆動状況や電動モーターの回転数等の車輌の駆動状況を指標するデータを検出して、この検出結果を制御装置に送り、制御装置は検出結果及び制御プログラムに基づいて駆動源（電動モーター）を適切に制御している。
【０００４】
従来の駆動装置においては、高回転に適したモータは高トルクを発生できず、高トルク形モーターであると高回転に対応できない。したがって、従来の駆動装置では、１駆動輪を１駆動源によって駆動していたため、高トルクを発生でき、かつ高回転にも適した駆動能力を実現することができなかった。また、駆動輪に偏った機械的負荷が与えられるために、駆動機構や駆動源の寿命の点において改善しなければならない余地があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような課題を解決するために、被駆動体を駆動させる駆動機構に高トルクを与え、かつこれを高回転させることにも適した駆動源を備える駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、１駆動輪（駆動源）の総負荷トルクを複数の駆動源によって充当させることが可能な駆動装置を提供することにある。本発明の他の目的は、複数の駆動源に対する駆動と制動のバランスを、個々の駆動源毎に制御可能な駆動装置を提供することにある。本発明の他の目的は、これらの駆動源を備える被駆動体及び車両を提供することにある。本発明の他の目的は、駆動輪の駆動に関与していない電動モーターを制動発電用に使用する駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係わる駆動装置は、被駆動体を駆動させる駆動機構と、この駆動機構に駆動力を与える駆動源と、この駆動源の制御装置と、駆動状況の検出回路と、を備え、一つの前記駆動機構に対して複数の駆動源が設定され、前記制御装置は前記検出回路の検出結果により前記複数の駆動源を個別に制御するように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の好適な実施形態では、次のように構成されている。前記駆動機構が前記駆動源によって駆動される駆動輪であり、前記駆動源が電動モーターである。複数の駆動輪を備え、各駆動輪が複数の駆動源によって駆動されてなり、前記被駆動体が車両である。前記各駆動源は、前記駆動輪の車軸を駆動させてなる。
【０００９】
前記各駆動源は、前記駆動輪を直接駆動させてなる。前記電動モータには駆動制御回路と制動制御回路とがそれぞれ切り替え可能に接続されている。前記制御装置は、前記電動モーターが前記駆動制御回路に接続される比率と、前記制動制御回路に接続される比率とを、各電動モーターについて制御可能である。前記制御装置は、駆動負荷の状態によって駆動される駆動源の数を制御する。前記制御装置は高駆動負荷必要時に複数の前記電動モーターを全て駆動させ、低駆動負荷側に移行するにしたがって駆動される電動モーターの数を漸減させる。前記制御装置は高制動負荷必要時に複数の前記電動モーターを全て制動制御し、低制動負荷側に移行するにしたがって制動制御される電動モーターの数を漸減させる。前記制動制御回路は、制動負荷としての充電回路と前記電動モーターとの接続を制御する。前記複数の駆動源が前記駆動機構に対して均等に配置されている。
【００１０】
本発明によれば、駆動負荷の状態に応じて駆動される駆動源の数を制御できるために、たとえ高回転形の駆動源を使用しても、高トルクと高回転特性に優れた駆動特性を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係わる駆動装置と従来の駆動装置の模式図を示したものである。図１（３）に示される従来の駆動装置は、駆動輪（車輪部）２の車軸（車軸部）１０に対して、一つの駆動源（電動駆動部）１２が歯合している状態を示しているのに対して、本発明に係わる駆動装置である（１）は、車軸１０に対して３つの駆動源１２ａ−１２ｃが歯合している状態を示している。ここで、駆動源とは、電動モーターの駆動力を車軸に伝達可能な駆動軸を意味する。それぞれの駆動軸は個々の電気モーターに直結あるいは間接的に結合している。
【００１２】
駆動軸は駆動源の一部を構成するものであり、３つの駆動軸１２ａ−１２ｃは車軸１０に対して均等に配置されている。即ち、各駆動軸１２ａ−１２ｃと車軸１０との歯合位置は車軸１０に対して１２０度間隔で均等である。
【００１３】
（２）は、駆動軸１２ａ−１２ｃが駆動輪２に直接歯合している実施形態を示したものである。駆動輪２の内周は環状のラックを構成し、このラックに駆動軸１２ａ−１２ｃそれぞれが歯合している。この場合も3つの駆動軸は駆動輪２に対して均等に歯合している。
【００１４】
（４）及び（５）は、駆動軸１２ａ−１２ｃが車軸１０と駆動輪２の内輪にあるラックの両方に歯合している状態を示している。（４）は参考例であり、駆動源歯車１２ａ−１２ｃの径を大きくして、車軸１０と駆動輪２の内周のラックの両方に歯合している状態を示している。（５）は、車軸１０に歯合する歯車１２ａ−１２ｃの各歯車と駆動輪２の内周のラックとの間に歯車１３ａ−１３ｃを配置した状態を示している。なお、歯車１２ａ−１２ｃと１３ａ−１３ｃの一方又は両方を駆動歯車とすれば良い。図１の実施形態によれば、駆動源は、車軸１０及び駆動輪２に対して均等に配置されているために、駆動輪２に均等に駆動力が伝達されるとともに、駆動源と駆動輪２との間に働く機械的負荷を均等化することができる。
【００１５】
図２は、駆動装置の機能ブロック図の一形態である。各駆動輪２には既述のとおり３つの駆動源（電動モーター及び駆動軸）１２ａ−１２ｃが配置されている。各電動モーターはそれぞれ、モーターに駆動電圧を印加してモーターを駆動させるための駆動制御回路とモーターを制動負荷に接続させて発電制動させるための制動制御回路とに接続されている。図２において、駆動制御回路と駆動制御回路とを合わせて駆動制動制御ドライバー回路１４ａ−１４ｃとして説明されている。
【００１６】
符号１６は各駆動制動制御部を個別に制御可能な集中駆動/制動制御部である。この集中駆動／制動制御部は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている他、ＰＬＬ制御回路等の電子回路によって構成することもできる。この集中駆動／制動制御部１６は、電動モーターの発生トルクや回転数を演算し、この演算結果に応じて個々の駆動制動ドライバー１４ａ−１４ｃをそれぞれ制御する。集中駆動／制動制御部１６にはこの演算を可能にするための、各種センサ１８からの検出データーが入力される。この種のデータとして電動モーターの動作速度検出信号、車両の重量値、操舵角情報等を例示可能である。
【００１７】
前記集中駆動／制動制御部１６は各ドライバーを個別に制御して、各駆動源１２ａ−１２ｃを構成する電動モーターの駆動或いは制動特性を個々に制御可能である。図３は駆動輪の発生トルクと各電動モーターに流れる駆動電流値との関係を示す特性図である。図中「３」は電動モーターが３つ駆動輪に配置されていることを示し、「２」は電動モーターが２つ駆動輪に対して配置されていることを示し、「１」は従来のように電動モーターが１つ駆動輪に対して設定されていることを示している。電動モーターの数が増えるほど発生トルクが大きくなることが分かる。なお、電動モーターは、最大トルク発生時の電流値（ＩＳ）以下の有効電流領域内にある電流値で駆動される。
【００１８】
図４は各電動モーターの回転速度と発生トルクとの関係を示しており、図中の数字の意味は図３と同じである。図４中の網掛けがされている領域が駆動負荷を示し、この領域の範囲内で駆動負荷が変動する。電動モーターの回転速度が高くなるほど駆動輪を回転させるために必要なトルクが少なくて良いことが分かる。また、電動モーターが３つ駆動輪に設定されている場合は、全ての速度領域において駆動負荷の変動範囲を超えたトルクが得られることが分かる。したがって、最も駆動負荷が大きい、車両の始動時には、３つの電動モーターを同時に駆動させ、車両速度が大きくなって駆動負荷が低減するにしたがって駆動される電動モーター数を３から２へ、２から１へと順に少なくすれば良い。電動モーターとして高回転型のものを使用しても、車両走行開始時には複数モーターが駆動することによって必要なトルクを得ることができ、車輌の発進後では一つのモーター駆動によって高回転、すなわち車両の高速走行を達成することができる。
【００１９】
図５は制動電流―発電電力特性を示した特性図であり、図６は電動モーター回転速度―発電特性を示したものである。図中の数字の意味は既述のものと同じである。電動モーターを制動発電装置とした場合、最大発電電力が得られる制動電流（ＩＤ）以下の制動電流が電動モーターに印加される。電動モーターの制動必要時には電動モーターを駆動制御回路から切断して電源から切り離し、制動負荷である蓄電池及び充電回路（制動制御回路）に電動モーターが接続される。制動電流は充電回路の充電電圧を変化させることによって制御可能である。
【００２０】
図６から分かるように、制動発電機として使用されるモーターの数が多いほど、また、電動モーターの回転速度が高い程、車両の減速時の発生電力値が大きいことが分かる。したがって、車両が急制動のモードにあるときには全ての電動モーターを制動側に制御し、制動が中程度のモードでは制動側にあるモーター数を減らし、制動力が小さいモードでは制動側にあるモーター数を最小にすれば良い。制動側に接続されていない電動モーターは無負荷の状態に置かれる。この場合、電動モーターは空転する。空転するモーターと制動側に接続されたモーターとの数を適宜制御することによって車両の減速度を適宜調整可能である。
【００２１】
車両に急制動を必要とするか、中程度の制動を必要とするか、或いは弱い制動を必要とするかは、車両の実速度に対する減速度の程度によってマイクロコンピュータが決定する。或いは、ブレーキペダルの踏み加減によっても変動する。
【００２２】
マイクロコンピュータの所定記憶領域には図３−６に記載の駆動装置の運転特性が記憶テーブルの形で設定記憶されている。マイクロコンピュータの前記集中駆動／制動制御部１６は、車両又は電動モーターの運転状況を検出して前記特性図から駆動或いは制動させるべきモーターを決定し、各モーターの駆動電流又は制動電流を制御する。
【００２３】
このように、各電動モーターは駆動側と制動側とに切り替えて運転される。各モーターの駆動側での運転割合と制動側での運転割合とは各モーターごとに制御可能である。図７は全ての電動モーターの両割合が同じ場合を示し、図８は電動モーターの両割合が個々のモーター毎に異なっていることを示している。例えば、一つの電動モーターにおいて駆動６０％、制動３０％とは、車両が加速され次いで減速されて停止するまでの時間の６０％、電動モーターが駆動制御回路に接続され、その３０％、電動モーターが制動制御回路に接続されていることを示している。なお、車両には電動モーターの発電制動を補う目的でドラムブレーキ等機械式ブレーキを設けることが可能である。
【００２４】
図９は、本発明に係わる集中駆動／制動制御部の機能ブロック図である。なお、電動モーターは便宜上一つに纏めて説明されているが、既述のとおり集中駆動／制動制御部は、個々の電動モーターを制御可能である。
【００２５】
（１）はモーターを加速させる場合の制御ブロック図であり、（２）はモーターを制動制御する場合のブロック図である。符号６０Ａは全体制御を司るマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ６０Ａには駆動輪の回転センサー４２からの検出値と車両速度の指示値、或いは前進又は後進のシフト状態を含む車両運転のための各種データが入力されている。
【００２６】
符号６２Ａは基本周波数を発振する水晶発振器である。基本発振周波数は、Ｍ分周器又はＰＬＬ回路からなる基準比較周波数信号形成回路６４に入力され、ここで分周された所定の基準比較周波数信号６６を生成する。基準比較周波数信号６６は位相比較回路６８に入力される。マイクロコンピュータ６０Ａは駆動部の運転状態（速度）によって基本周波数を分周する分周特性（分周比）を変化させる制御信号を基準比較周波数形成回路６４に送る。
【００２７】
位相比較回路６８には、電動モーターＭ（直流モーター）の回転に応じてパルスを発生する回転センサー４２からの検出信号が入力される。符号７０はこの検出信号をＮ分周するＮ分周器である。Ｎ分周された検出信号は位相比較部６８に入力され、位相比較部６８において二つの周波数信号の位相が比較される。
【００２８】
符号７２はモーターＭを駆動させる駆動電圧を印加し、駆動電流（Ｉ−ｕｐ）をモーターＭに供給するための駆動制御回路である。駆動制御回路７２は、駆動電流（電圧）の極性を車両の前進又は後進に合わせて切り替える。符合７４は、モーターＭを減速するための制動制御回路である。
【００２９】
符合７６は制動制御回路７４に接続される負荷（蓄電部）である。Ｉ−ｄｏｗｎ（（２）参照）は制動制御回路７４を流れる制動電流である。モーターＭの減速時、モーターＭは電源から切り離されて発電機（Ｇ）として機能し、制動制御回路７４に制動電流が流れてモーターＭが制動される。位相比較器６８における位相比較結果に基づいて、駆動制御回路７２と制動制御回路７４とが切り換えられてモーターＭに接続される。
【００３０】
なお、モーターＭの回転方向が車両を後退させる方向である場合には、駆動電流及び制動電流の極性が異なることを除いて図６の制御ブロックと同様である。
【００３１】
位相比較回路６８において二つの周波数信号の位相差を求め、モーターＭの実速度が指示速度より遅くモーターＭを加速させる場合には、（１）に示すように、制御信号（ＵＰ）を駆動制御回路７２に送り、モーターＭに駆動電圧が印加されるようにモーターＭと駆動制御回路７２を接続する。このとき、制動制御回路７４はモーターＭと接続されていない。一方、モーターＭを制動させる場合には、（２）に示すように、モーターＭを減速させる制御信号（ＤＯＷＮ）を制動制御回路７４に送り、モーターＧ（この場合は発電機となる。）を駆動電力供給電源から切り離すとともに、負荷（蓄電部７６）に接続させる。このとき、モーターＧは、駆動制御回路７２に接続されていない。
【００３２】
既述のように、マイクロコンピュータ６０Ａは駆動装置全体を統括制御するものであり、基準比較周波数形成回路６４、位相比較回６８、駆動制御回路７２，Ｎ分周器７０，及び制動制御回路７４を制御している。マイクロコンピュータ６０Ａは、モーターＭ（Ｇ）の回転速度等の運転状態や車両の状態をセンサーによって検出して、モーターＭ（Ｇ）や車両の運転状態を判定し、この判定結果に基づいてモーターＭ（Ｇ）の駆動電力や制動電力の特性値を変化させてモーターＭ（Ｇ）の運転状態を個々に制御する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被駆動体を駆動させる駆動機構に高トルクを与え、かつこれを高回転させることにも適した駆動源を備える駆動装置を提供することができる。
【００３４】
また、１駆動輪（駆動源）の総負荷トルクを複数の駆動源によって得ることができる駆動装置を提供することができる。また、複数の駆動源に対する駆動と制動のバランスを、個々の駆動源毎に制御可能な駆動装置を提供することができる。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】  駆動輪と駆動軸との配置関係を示す模式図である。
【図２】  本発明に係わる駆動装置の１実施形態の機能ブロック図である。
【図３】  駆動電流とトルクとの関係を示す特性図である。
【図４】  電動モーターの回転速度とトルクとの関係を示す特性図である。
【図５】  制動電流と発電電力との関係を示す特性図である。
【図６】  電動モーターの回転速度と発電電力との関係を示す特性図である。
【図７】  電動モーターの駆動と制動のバランスを全ての電動モーターについて同じように制御する実施形態に係わる機能ブロック図である。
【図８】  電動モーターの駆動と制動のバランスを個々の電動モーターについて制御した実施形態に係わる機能ブロック図である。
【図９】  駆動装置の集中駆動／制動制御部の機能ブロック図である。
【符号の説明】
２：駆動輪、１０：車軸、１２ａ−１２ｃ：駆動軸（電動モーター）、１４ａ−１４ｃ：駆動制動制御ドライバー、１６：集中駆動／制動制御部、１８：検出センサ
【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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【図９】
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