(57)【要約】【課題】エンジンで主駆動輪を駆動し、インバータにより電流制御されるモータでモータ駆動輪を駆動する電動モータ式駆動車両において、インバータの過度な温度上昇を防止しつつモータの回転数を低減するブレーキ手段を提供する。【解決手段】モータ駆動輪１３を駆動するモータ１０は界磁コイル１７および電機子コイル１９を具え、電機子コイル１９を、電機子電流制御を行うインバータ９の出力側端子に接続し、界磁コイル１７を、切替手段２１に接続する。切替手段２１は、モータ４WDコントローラ２５からの切替指令に基づき界磁コイル１７を、インバータ９の入力側端子またはバッテリ２４のいずれか一方に切り替え可能に接続する。そしてモータ４WDコントローラ２５は、モータ駆動輪１３の駆動中はバッテリ２４に接続するよう切替手段２１に指令を発し、モータ駆動輪１３の駆動終了時はバッテリ２４からインバータ９の入力側端子に切り替えて接続するよう切替手段２１に切替指令を発する。【選択図】図１
2009220683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主動力源からの動力により駆動される主駆動輪と、発電機からの電力により力行運転するモータと、該モータからの動力により駆動されるモータ駆動輪とを具えた電動モータ式駆動車両において、
前記モータは界磁コイルおよび電機子コイルを具え、
該電機子コイルを、電機子電流制御を行うインバータの出力側端子に接続し、
前記界磁コイルを、切替指令に基づき前記インバータの入力側端子または車両電気系統電源のいずれか一方に切り替え可能に接続する切替手段と、
前記モータ駆動輪の駆動中は前記車両電気系統電源に接続するよう前記切替手段に指令を発し、前記モータ駆動輪の駆動終了時は前記車両電気系統電源から前記インバータ入力側端子に切り替えて接続するよう前記切替手段に切替指令を発する切替指令手段とを設けたことを特徴とする電動モータ式駆動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータ式駆動車両において、
前記インバータ入力側端子と前記切替手段との間を接続および切断するスイッチング手段を設けたことを特徴とする電動モータ式駆動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの動力で駆動する一対の主駆動輪と、発電機によって発電された電力で力行運転するモータの動力で駆動する一対のモータ駆動輪とを具えた、いわゆるモータ四駆車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ四駆車両の発明としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。特許文献１に記載のモータ四駆車両は、主駆動輪のみを駆動して走行する二輪駆動走行と、主駆動輪およびモータ駆動輪をともに駆動して走行する四輪駆動走行とを選択することができる。そして通常は二輪駆動走行を行い、必要に応じて四輪駆動走行を行い、四輪駆動走行の終了後は、モータとモータ駆動輪との間のクラッチを解放して、モータが過回転になることを防止する。
【特許文献１】特開２００４−１００７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のようなモータ四駆車両にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまりクラッチ解放後、モータは自らの慣性により回転し続けることから、モータ四駆車両が減速した後に四輪駆動走行を再開する場合、モータ回転数が高いままだとクラッチで回転数差が生じる。回転数差が生じた状態でクラッチを締結すれば回転数変動によるショックが発生し乗り心地性能が損なわれる。また回転数差を吸収する際にクラッチが摩耗して耐久性が損なわれる。そこで、四輪駆動走行の終了後にモータ回転数を低くし、上述した回転数差を回避するためのブレーキ手段が必要になる。
【０００４】
モータ駆動用に３相交流を作り出すインバータを搭載したモータ四駆車両にあっては、モータの電機子コイルと接続するインバータの、ＵＶＷ相における上下アームのいずれか一方のインバータスイッチング素子をすべてオンとして３相で相間短絡を行うことにより、モータの回転エネルギーをインバータスイッチング素子の熱として放出するブレーキ制御を行っている。しかしながら、このような電機子コイルの３相短絡ブレーキの場合、急峻な大電流がモータの電機子コイルを経由して、インバータスイッチング素子に流れるため、インバータスイッチング素子の耐久性が損なわれる。また、インバータ自身の放熱性能を向上させなければならずコストアップの原因となる。
【０００５】
本発明は、インバータスイッチング素子に過大な電流を流すことなくモータ回転数を減速することができるブレーキ手段を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため本発明による電動モータ式駆動車両は、請求項１に記載のごとく、
主動力源からの動力により駆動される主駆動輪と、発電機からの電力により力行運転するモータと、該モータからの動力によりクラッチ機構を介して駆動されるモータ駆動輪とを具えた電動モータ式駆動車両において、
前記モータは界磁コイルおよび電機子コイルを具え、
該電機子コイルを、電機子電流制御を行うインバータの出力側端子に接続し、
前記界磁コイルを、切替指令に基づき前記インバータの入力側端子または車両電気系統電源のいずれか一方に切り替え可能に接続する切替手段と、
前記モータ駆動輪の駆動中は前記車両電気系統電源に接続するよう前記切替手段に指令を発し、前記モータ駆動輪の駆動終了時は前記車両電気系統電源から前記インバータ入力側端子に切り替えて接続するよう前記切替手段に切替指令を発する切替指令手段とを設けたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
かかる本発明の電動モータ式駆動車両によれば、モータ駆動輪の駆動終了時は切替手段がモータの界磁コイルを車両電気系統からインバータ入力側端子に切り替えて接続するよう切替指令を発するため、モータの回生電力を界磁コイルに供給することが可能となる。
界磁コイルのインダクタンスおよび電気抵抗は電機子コイルのインダクタンスおよび電気抵抗より大きいことから、切替手段が接続を切り替える際に界磁コイルの電流はゆっくりと上昇し、電機子コイルの３相短絡ブレーキのように急峻な大電流がインバータスイッチング素子に流れることがない。このため、電機子コイルの３相短絡によるブレーキ手段と比べて発熱が小さくなり、インバータスイッチング素子の耐久性を損なうことなくモータを制動することができる。またインバータ自身の放熱性能を向上する必要も格別生じないため、コスト上不利になることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例になる電動モータ式駆動車両の概略を示す全体構成図である。エンジン１は変速機２と駆動結合し、変速機２はドライブシャフト３の中央部と駆動結合する。ドライブシャフト３の両端には主駆動輪４を取り付ける。主駆動輪４は主動力源たるエンジン１からの動力により駆動される。
【０００９】
またエンジン１の出力軸の先端に取り付けたプーリ５と、電力を発電するジェネレータ６の回転軸の先端に取り付けたプーリ７との間には駆動ベルト８を掛け渡す。ジェネレータ６はエンジン１からの動力により駆動される。
【００１０】
ジェネレータ６はインバータ９を介してモータ１０と接続する。モータ１０は減速機１１と駆動結合し、減速機１１はドライブシャフト１２の中央部と駆動結合する。ドライブシャフト１２の両端にはモータ駆動輪１３を取り付ける。減速機１１は内部に、モータ１０の回転数を減速する歯車組１４と、歯車組１４からの動力をドライブシャフト１２に伝達しあるいは当該伝達を切断するクラッチ１５とを具える。クラッチ１５を締結しジェネレータ６を力行運転してモータ１０を駆動すると、モータ駆動輪１３はモータ１０からの動力によりクラッチ１５を介して駆動される。
【００１１】
図１に示すようにモータ１０は界磁コイル１７および電機子コイル１９を具える。界磁コイル１７のコイル長が電機子コイル１９のコイル長よりも遥かに長いことからもわかるように、界磁コイル１７のインダクタンス値は電機子コイル１９のインダクタンス値よりも非常に大きく、例えば界磁コイルが50[mH]であるのに対して電機子コイル１９は100[μH]である。また界磁コイル１７の抵抗値は電機子コイル１９の抵抗値よりも非常に大きく、例えば界磁コイルが数[Ω]であるのに対して電機子コイル１９は数[mΩ]である。したがって界磁コイル１７の方が電機子コイル１９よりも時定数が大きく、通電開始時は界磁コイル１７の方が電機子コイル１９よりもゆっくりと電流が上昇する。
【００１２】
界磁コイル１７の一端は切替手段２１と接続し、他端はモータ界磁駆動回路２３と接続する。モータ界磁駆動回路２３は図１に示すようにボディダイオード２３ｂと、半導体スイッチング素子２３ｓと、この半導体スイッチング素子２３ｓをオンオフする駆動回路２３ｋとからなる。モータ界磁駆動回路２３は、モータ４ＷＤコントローラ２５からの指令に応じて、界磁コイル１７へ通電したり、界磁コイル１７への通電を遮断したりする。切替手段２１は界磁コイル１７を、後述する切替指令に基づきインバータ９の入力側端子またはバッテリ２４のいずれか一方に切り替え可能に接続する。切替手段２１はモータ４ＷＤコントローラ２５からの指令を受信すると図１に示すように、界磁コイル１７をバッテリ２４に接続する。バッテリ２４は、ヘッドランプ、カーエアコン等よりなる直流１２Ｖ系の車両電気系統に電力を供給する電源である。以上よりモータ４ＷＤコントローラ２５はモータ駆動輪１３の駆動中、バッテリ２４から切替手段２１を経て界磁コイル１７に電流を流すよう、切替手段２１およびモータ界磁駆動回路２３に指令する。
【００１３】
またモータ４ＷＤコントローラ２５はモータ駆動輪１３の駆動中、インバータ９内のインバータスイッチング素子をオンオフするインバータ駆動回路２６に指令を発して、電機子コイル１９に流れる交流電流を制御する。
【００１４】
またモータ４ＷＤコントローラ２５はモータ駆動輪１３の駆動中、モータ１０の電機子コイル１９に交流電流を流すための電力を発電するよう、ジェネレータ６に指令を発する。
【００１５】
さらにモータ４ＷＤコントローラ２５はモータ駆動輪１３の駆動中、クラッチ１５を締結するよう、図示しないクラッチ１５の駆動回路に指令を発する。
【００１６】
これに対しモータ駆動輪１３の駆動を終了する時にモータ４ＷＤコントローラ２５は、クラッチ１５を解放するよう、図示しないクラッチ１５の駆動回路に指令を発する。
【００１７】
またモータ駆動輪１３の駆動を終了する時にモータ４ＷＤコントローラ２５は、バッテリ２４からインバータ９の入力側端子に切り替えて接続するよう、切替手段２１に切替指令を発する。この切替指令を受信した切替手段２１は、界磁コイル１７の一端をバッテリ２４からインバータ９の入力側端子に切り替えて接続する。
【００１８】
図２は本実施例の電動モータ式駆動車両が四輪駆動走行を終了する際のタイムチャートである。瞬時t0以前で主駆動輪４を駆動しモータ駆動輪１３を駆動して四輪駆動走行する間、ジェネレータ６には目標発電量で発電するよう発電指令を与え、電機子コイル１９を流れるモータ電機子電流を正値にする。モータ１０のモータトルクは正値であり、切替手段２１は界磁コイル１７の一端をバッテリ２４側に接続し、クラッチ１５を締結する。電流モータ１０のモータ回転数は正値である。
【００１９】
四輪駆動走行を終了するべく瞬時t0以降で発電を小さくするようジェネレータ６に発電指令を与えると、モータ電機子電流は減少し、モータ１０のモータトルクは減少する。瞬時t0以降も切替手段２１は界磁コイル１７の一端をバッテリ２４側に接続し、クラッチ１５も引き続き締結し、モータ回転数は引き続き正値である。
【００２０】
続く瞬時t1で上述した発電指令が充分小さくなりモータ電機子電流が充分小さくなると、瞬時t1でモータトルクは０となりモータ駆動輪１３の駆動は完全に終了する。この瞬時t1でクラッチ１５を解放する。瞬時t1以降で発電指令は充分小さく、モータ電機子電流は充分小さくなる。モータ回転数は空転しており瞬時t1以降も正値である。
【００２１】
モータ駆動輪１３の駆動は完全に終了しクラッチ１５は解放中である続く瞬時t2で、切替手段２１は界磁コイル１７をバッテリ２４からインバータ９入力側端子に切り替えて接続する。瞬時t2以降は、界磁コイル１７がインバータ９入力側端子と接続する。
【００２２】
続く瞬時t3で発電指令を０とし、モータ電機子電流を０とする。瞬時t3以降で発電指令を０に保持する。瞬時t3以降でモータ電機子電流は負の方向に緩慢に増大する。また瞬時t3以降でモータ１０の回生電力によりモータ界磁電流は正の方向に緩慢に増大する。この回生電力をモータ１０自身が消費するブレーキ作用により瞬時t3以降でモータトルクは負の方向に増大し、モータ回転数は減少する。
【００２３】
本実施例によればモータ駆動輪１３の駆動終了時は、モータ４ＷＤコントローラ２５がバッテリ２４からインバータ９の入力側端子に切り替えて接続するよう切替手段２１に切替指令を発することから、モータ１０の回生電力を界磁コイル１７に供給して、界磁コイル１７の電流を従来の３相短絡ブレーキによる電機子コイルの電流上昇よりも、ゆっくりと上昇させることが可能となり、インバータ９のインバータスイッチング素子に従来のような急峻な大電流が流れることを防止することができる。そしてモータ１０の回生電力をモータ１０自身が消費する形でモータ１０の回転数を低くするようブレーキ機能を果たすことができる。
したがってインバータスイッチング素子の発熱を小さくして、従来の３相短絡ブレーキの場合よりもインバータ９の耐久性能を向上することができる。
【００２４】
図３は本発明の他の実施例になる電動モータ式駆動車両の概略を示す全体構成図である。この実施例は、前述した図１に示す実施例と基本的には共通するものの、インバータ９入力側端子と前記切替手段との間を接続および切断するスイッチング素子２７と、このスイッチング素子２７を作動させるスイッチング素子駆動回路２８とを設けたことを特徴とする。
【００２５】
切替手段２１が界磁コイル１７をインバータ９入力側端子に接続する間、スイッチング素子２７と、界磁コイル１７と、モータ界磁駆動回路２３内のボディダイオード２３ｂとは図４に示すような降圧型DC-DCコンバータを構成する。すなわちスイッチング素子２７をパルス幅変調（PWM）制御することにより、モータ１０の回生電力を制御対象として１２V電圧に変換し、この１２V回生電圧を車両電気系統およびバッテリ２４側に供給することができる。この間、ボディダイオード２３ｂは還流ダイオードとして機能する。
【００２６】
ところで本実施例では、モータ１０は界磁コイル１７および電機子コイル１９を具え、電機子コイル１９を、電機子電流制御を行うインバータ９の出力側端子に接続する。また界磁コイル１７を、切替指令に基づきインバータ９入力側端子またはバッテリ２４のいずれか一方に切り替え可能に接続する切替手段２１を設ける。そしてモータ４WDコントローラ２５は、図２に示すように瞬時t1以前のモータ駆動輪１３の駆動中、バッテリ２４に接続するよう切替手段２１に指令を発する。またモータ４WDコントローラ２５は、モータ駆動輪１３の駆動終了時である瞬時t2にバッテリ２４からインバータ９入力側端子に切り替えて接続するよう切替手段２１に切替指令を発することから、
モータ駆動輪１３の駆動終了後になる瞬時t3以降、モータ１０の回生電力を界磁コイル１７に供給し、モータ界磁電流を正の方向に緩慢に増大させることが可能となる。したがって、モータ界磁電流が界磁コイル１７から切替手段２１を経てインバータ９に流れても、インバータ９内のインバータスイッチング素子の発熱を抑制することが可能となり、インバータスイッチング素子の耐久性を損なうことがない。そして、モータ１０の回生電力をモータ１０自身が消費するブレーキ作用を実現して図２の瞬時t3以降でモータトルクを負の方向に増大させることが可能になり、モータ回転数を減少させることができる。
【００２７】
また図３に示す実施例では、インバータ９入力側端子と切替手段２１との間を接続および切断するスイッチング素子２７を設けたことから、
切替手段２１が界磁コイル１７をインバータ９入力側端子に接続する間、図４に示すようにスイッチング素子２７と、界磁コイル１７と、モータ界磁駆動回路２３内のボディダイオード２３ｂとで図４に示すような降圧型DC-DCコンバータを構成することが可能になり、スイッチング素子２７をPWM制御することによりモータ１０の回生電力を車両電気系統およびバッテリ２４に回生することができる。したがって、クラッチ１５の解放後に空転するモータ１０の慣性エネルギーを、熱に変換して捨てるのではなく、車両電気系統電源として有効に利用することができる。
【００２８】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。主駆動輪４およびモータ駆動輪１３は、図１および図３に示すような四駆車両の配置レイアウトに限定されず、エンジン１の動力は他の配置レイアウトからなる車輪を駆動してもよいこと勿論である。またモータ１０の動力も図１および図３に示す以外の他の配置レイアウトからなる車輪を駆動してもよいこと勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例になる電動モータ式駆動車両の概略を示す全体構成図である。
【図２】同実施例における四輪駆動走行が終了する際の、モータトルク、電流値、モータ回転数等の時間変化を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の他の実施例になる電動モータ式駆動車両の概略を示す全体構成図である。
【図４】同実施例が実現する降圧型DC-DCコンバータの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
２  変速機
３  ドライブシャフト
４  主駆動輪
５  エンジン出力軸側プーリ
６  ジェネレータ
７  ジェネレータ回転軸側プーリ
８  ベルト
９  インバータ
１０  モータ
１１  減速機
１２  ドライブシャフト
１３  モータ駆動輪
１５  クラッチ
１７  界磁コイル
１９  電機子コイル
２１  切替手段
２３  モータ界磁駆動回路
２４  バッテリ
２７  スイッチング素子
２８  スイッチング素子駆動回路
【図１】
2009220683.tif 000003
【図２】
2009220683.tif 000004
【図３】
2009220683.tif 000005
【図４】
2009220683.tif 000006