CN102858586B - 行驶用电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效地利用按每个车轮设置的多个行驶用电机的相位差，能够通过单个旋转磁场来控制各行驶用电机的控制装置。在行驶用电机（2）的控制装置中，设置有与车轮（1）对应地设置并传递动力的电机（2），并且在车轮（1）与电机（2）之间设置有离合器（12），分别设置有进行各电机（2）的电流控制的电流控制单元（9），具备切换单元（16），该切换单元（16）能够切断由一方的电流控制单元（9）进行的电流控制，而通过另一方的电流控制单元（9）进行各电机（2）的电流控制，并且离合器（12）构成为在通过切换单元（16）按照使各电机（2）的电流控制由一方的电流控制单元（9）进行的方式进行切换并进行行驶的情况下，切断扭矩的传递。

Description

行驶用电机的控制装置
技术领域
本发明涉及对搭载于车辆的行驶用电机进行控制的装置，尤其涉及对按车轮设置的多个同步电机进行控制的装置。
背景技术
正在开发想具备内燃机和电动机作为车辆动力源的所谓混合动力车辆、想仅具备电动机作为车辆动力源的所谓电动汽车。其中，已知一种与左右前轮或者左右后轮或全部车轮分别对应地设置电动机的车辆。这些车辆由于对左右车轮分别设置有电动机，所以在左右任意一方的电动机、或者对这些电动机供给电流的电流供给装置产生异常而不能获得驱动力的情况下，存在车辆行驶性恶化的可能性。
在日本特开平4-145810号公报中，记载了一种车辆，在对左右车轮分别设置有电动机、且通过分别设置在这些电动机的电流供给装置来向各电动机供给电流，在电流供给装置的任意一方产生异常的情况下，停止从该电流供给装置供给电流，而由另一方电流供给装置向左右电动机供给电流来使左右车轮驱动。并且，作为其他构成，还记载了下述车辆：在左右电动机与和每一个电动机连结的车轮之间设置有离合器，在对左右电动机的任意一方供给电流的电流供给装置中的任意一方产生异常的情况下，停止产生了该异常的电流供给装置，并且释放离合器来维持行驶稳定性。
另外，在日本特开2009-142036号公报中，记载了对前后车轮分别设置有电动机的车辆中，根据车辆的行驶状态，通过前轮或后轮任意一方获得驱动力的情况下，为了防止另一方电动机的所谓拖拽损失（dragloss），在电动机与车轮之间设置了仅向一方的旋转方向传递动力的所谓单向离合器的车辆。
日本特开平4-145810号公报中记载的车辆为，在对分别设置于左右轮的电动机供给电流的电流供给装置的一方产生异常的情况下，使产生了该异常的电流供给装置停止，利用另一个电流供给装置向左右电动机供给电流，从而能够使左右电动机驱动。然而，在左右电动机为同步电机的情况下，由于利用设置于每一个电动机的电流供给装置进行驱动，所以存在左右电动机的转子产生相位偏差的可能性。因此，在左右电动机中的转子的相位存在偏差的状态下，若从共用的电流供给装置供给电流，则旋转磁场为一个，因此存在左右电动机的输出扭矩产生差量的可能性。
发明内容
本发明是着眼于所述技术课题而提出的，其目的在于提供一种能够有效利用按每个车轮设置的多个行驶用电机的相位差，通过单个旋转磁场来控制各行驶用电机的控制装置。
为了实现所述目的，本发明为行驶用电机的控制装置，该行驶用电机的控制装置设置有与车辆的至少两个车轮对应地设置并对这些车轮传递动力的至少两个行驶用电机，并且在任意至少一方的所述车轮与该一方的车轮对应地设置的行驶用电机之间，设置有选择性进行扭矩的传递与切断的离合器，还设置有按所述各行驶用电机的每一个而设置并进行各个行驶用电机的电流控制的至少两个电流控制单元，该行驶用电机的控制装置的特征在于，具备切换单元，该切换单元能够切断由任意一方的所述电流控制单元进行的电流控制，而通过另一方的电流控制单元进行所述两个行驶用电机的电流控制，并且所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换并进行行驶的情况下，切断扭矩的传递。
另外，本发明为在所述发明的基础上的行驶用电机的控制装置，其特征在于，所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换，并且使所述两个行驶用电机中的转子的相位一致的情况下，切断扭矩的传递。
并且，本发明为在所述发明的基础上的行驶用电机的控制装置，其特征在于，所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换，并且所述两个行驶用电机各自所要求的扭矩不同的情况下，切断所要求的扭矩低的一方的扭矩的传递。
此外，本发明为在所述任一个发明的基础上的行驶用电机的控制装置，其特征在于，所述离合器包括传递扭矩的接合方向仅限于一个方向的单向离合器。
根据本发明，由于设置有与车辆的至少两个车轮对应地设置并对这些车轮传递动力的至少两个行驶用电机，并且设置有与这些行驶用电机对应地分别进行电流控制的至少两个电流控制单元，因此能够使各车轮独立驱动。另外，由于设置有能够通过这些电流控制单元的一方进行各行驶用电机的电流控制的切换单元，所以在维持任意一方的电流控制单元的性能或者抑制性能降低等情况下、能够不使用一方电流控制单元而进行各行驶用电机的电流控制。另外，由于构成为在通过切换单元按照使两个行驶用电机的电流控制由一方的电流控制单元进行的方式来进行切换并进行行驶的情况下，通过在至少一方的车轮与和该车轮对应的行驶用电机之间设置的离合器来切断扭矩的传递，所以能够对各个车轮的驱动扭矩差进行矫正。由此，即使在利用单个电流控制单元来进行各行驶用电机的电流控制的情况下，也能够维持车辆的行驶稳定性。
另外，根据本发明，除了所述效果以外，还包括离合器构成为，在通过切换单元按照使两个行驶用电机的电流控制由一方的电流控制单元进行的方式来进行切换从而使得两个行驶用电机中的转子的相位一致的情况下，切断扭矩的传递，因此不会使两个行驶用电机中的转子的相位一致的情况下所产生的扭矩传递到车轮。由此，能够不阻碍行驶稳定性而使各行驶用电机的相位一致。
另外，根据本发明，除了所述效果以外，还包括离合器构成为，在通过切换单元按照使两个行驶用电机的电流控制由一方的电流控制单元进行的方式来进行切换，在两个行驶用电机各自所要求的扭矩不同的情况下，切断所要求的扭矩低的一方的扭矩的传递，因此根据各行驶用电机所要求的扭矩的关系来输出一方的行驶用电机的扭矩，从而能够维持扭矩的平衡而进行行驶。
并且，根据本发明，除了所述任意效果以外，还包括离合器为包括传递扭矩的接合方向仅限于一个方向的单向离合器，因此在需要切断扭矩的传递时，通过向动力不被传递到车轮的方向输出行驶用电机的输出扭矩，能够获得与另一个离合器相同的效果。另外，通过将离合器设为单向离合器，能够使离合器机构简单化。
附图说明
图1是用于说明本发明的行驶用电机的控制装置的概略图。
图2是用于说明能够搭载本发明的行驶用电机的车辆的概略图。
图3是用于说明搭载在该车辆的切换装置的图。
图4是用于说明轮内装（in-wheel）电机的剖视图。
图5是表示基于定子的磁场与转子的磁极的位置关系的、转子所输出的扭矩的大小及其方向的图。
图6是表示定子的磁场（S极）与转子的磁极（N极）的相位偏差的状态的剖视图。
图7是图1中的箭头VII-VII剖视图。
图8是表示基于图7所示的转子的旋转位置与定子形成的磁场的位置的关系的、转子所输出的扭矩的大小及其方向的图。
图9是用于说明前进行驶时的控制的流程图。
图10是用于说明旋转行驶时的控制的流程图。
具体实施方式
接下来更具体地对本发明进行说明。能够适用于本发明的车辆是搭载有按左右一对的各车轮设置了行驶用电机的所谓轮内装电机的车辆。因此，可以是前后轮任意一方的驱动力源被内燃机、电动机驱动，另一方被轮内装电机驱动的车辆、或者可以是前后轮全部车轮都被轮内装电机驱动的所谓电动汽车、或者还可以是前轮和后轮的任意一方车轮被轮内装电机驱动而另一方车轮为不需要驱动力的从动轮的车辆。另外，由于轮内装电机需要高效率，因此以往使用一种永磁铁型同步电机。换句话说，是具备：组装有永磁铁的转子；和卷绕有线圈，并利用供给该线圈的电流来产生磁场的定子的电机。因此，在车辆行驶时，按照使输出的扭矩为最大的方式而根据转子的相位向定子流出电流。另外，该转子的相位能够通过设置于该轮内装电机的解析器等来进行检测。
接着，参照附图，对能够适用于本发明的车辆E具体进行说明。图2是用于说明能够适用于本发明的车辆E的概略图。首先，该车辆E的左右前轮1R、1L与所述轮内装电机2R、2L连结而被驱动。另外，左右后轮3R、3L被内燃机即发动机4或者与该发动机4并联或串联连结的电动机5驱动。换句话说，由发动机4、电动机5产生的动力经由变速机6、齿轮传动部7或者传动轴8等以往已知的动力传递装置来驱动左右后轮3R、3L。
另外，各轮内装电机2R、2L分别与逆变器9R、9L电连接而设置。并且，各逆变器9R、9L分别与蓄电装置10R、10L电连接。因此，轮内装电机2被从蓄电装置10经由逆变器9供给所需的电流从而被驱动。此外，图1示出用于说明轮内装电机的控制装置的概略图。
此外，在轮内装电机2与前轮1之间设置有减速机11。并且，在该减速机11与前轮1之间设置有单向离合器12，该单向离合器12仅在从轮内装电机2向车辆前进行驶的方向输出了驱动扭矩的情况下，向前轮1传递动力。换句话说构成为：轮内装电机2的旋转方向为向使车辆E前进行驶的方向旋转的情况下，向前轮1传递动力，相反地向使车辆E后退行驶的方向旋转的情况下，不向前轮1传递动力。其中，各轮内装电机2R、2L分别设置有用于检测转子13R、13L的相位的解析器14R、14L。
所述构成的车辆E需要响应前进行驶、旋转行驶等行驶要求，来控制由轮内装电机2R、2L驱动的左右前轮1R、1L的转速、输出扭矩。因此，构成为根据通过解析器14R、14L检测出的各转子13R、13L的相位和行驶要求，电流从各蓄电装置10R、10L经由逆变器9R、9L流向定子15R、15L，从而各转子13R、13L输出扭矩。
另一方面，出于维持逆变器9的性能等各种目的，而在逆变器9与轮内装电机2之间设置有切换装置16，使得能够从一方的逆变器9向各轮内装电机2R、2L供给电流。换句话说，在产生过电流流过一方的逆变器9R的情况、由于逆变器9R过热而导致性能降低的情况等不良情况下，如图3所示那样，使该逆变器9R停止并断电，使另一方的逆变器9L与各轮内装电机2R、2L并联连接来供给电流。其中，在此说明了利用设置在左侧的逆变器9L来向各轮内装电机2R、2L供给电流的情况，相反，还可以通过设置在右侧的逆变器9R来向各轮内装电机2R、2L供给电流。
然而，在从单个逆变器9向各轮内装电机2R、2L供给电流的情况下，由于能够使形成于左右定子15R、15L的磁场的位置或者磁力相同，因此，若各转子13R、13L的相位产生偏差，则从左右前轮1R、1L输出的扭矩产生差异。因此，尤其在前进行驶时，需要各转子13R、13L的相位一致。因此，本发明的行驶电机的控制装置构成为，作为被切换装置16切换成从共用的逆变器9向各轮内装电机2R、2L供给电流时的初始控制，在左右转子13R、13L的相位产生偏差的情况下，能够使各转子13R、13L的相位同步。
换句话说，构成为由于在各轮内装电机2R、2L与前轮1R、1L之间设置有单向离合器12R、12L，所以按照从轮内装电机2输出的扭矩成为与车辆E前进的方向相反侧的方式，使电流流向定子15，能够使左右轮内装电机2R、2L同步。
为了更具体地对该控制进行说明，首先利用转子13的旋转位置和通过定子15形成的磁场的位置之间的关系，对从转子13输出的扭矩的大小以及方向不同进行说明。图4是轮内装电机2的剖视图，方便起见，以二极转子13为例进行说明。其中，图中的转子13顺时针旋转的方向为车辆E前进的方向，以下，在车辆E前进的方向，转子13输出的扭矩为正扭矩，其相反方向的扭矩为负扭矩。在由定子15形成的磁场的S极形成在图中的上侧的情况下，当转子13的N极朝向图中的上侧或者下侧时输出的扭矩为0（零），朝向右侧时，负扭矩最大，与其反对，朝向左侧时，正扭矩最大。换句话说，根据转子13的磁极的位置和由定子15形成的磁场的位置，转子13的输出扭矩的大小及其方向被决定。此外，在定子15的磁场的S极形成在上侧时，根据其磁场与转子13的磁极的位置的关系，转子13输出的扭矩的大小及其方向如图5所示。如图5所示那样，转子13的N极的位置从图4中的上侧顺时针方向到下侧为止输出的扭矩为负扭矩。因此，如图6所示，转子13的N极的位置是从定子15形成的S极的磁场的位置向顺时针方向偏差45°的位置的情况下，输出扭矩为负扭矩，因此在所述构成的车辆E中，不通过单向离合器12向前轮1传递动力，而使转子13逆时针旋转。其结果为，车辆E处于暂时惯性或仅利用后轮3的驱动而行驶，该控制由于仅在极短时间内实施，所以能够维持行驶性能，并且能够决定转子13的位置。
接下来，对在车辆E正在进行前进行驶时，使左右轮内装电机2R、2L同步的控制进行说明。图7为图1中的箭头VII-VII剖视图，（a）示出右侧的轮内装电机2R，（b）示出左侧的轮内装电机2L。此外，对于以下说明的角度，方便起见，将图中所示的上侧设为0°（零），将顺时针方向设为正侧。并且，在左右轮内装电机2R、2L的相位产生偏差的情况下，左右轮内装电机2R、2L均在输出负扭矩的位置形成定子15的磁场。换句话说，若输出负扭矩，则通过设置在各前轮1R、1L与各轮内装电机2R、2L之间的单向离合器12R、12L，该扭矩不被向前轮1传递而能够使左右的转子13R、13L的相位一致。具体地说，转子13的磁极位于图7所示的位置时，即右侧的转子13R的N极的位置为-45°、且左侧的转子13L的N极的位置为＋45°的情况下，将定子15所形成的磁场的S极形成在-45°到-135°之间。此外，在左右各转子13R、13L位于图7所示的位置时，根据该位置与定子15产生磁场的位置的关系，如图8所示，转子13的输出扭矩的大小及其方向发生变化。（A）示出右侧轮内装电机2R，（B）示出左侧的轮内装电机2L。因此，从左右轮内装电机2R、2L输出的扭矩均为负扭矩，通过设置有单向离合器12R、12L而不向前轮1R、1L传递动力，能够使各转子13R、13L的相位一致。其结果为，左右转子13R、13L的相位同步，然后，通过通常的控制使轮内装电机2驱动，从而能够使从各轮内装电机2R、2L输出的扭矩及其方向一致，并且能够维持车辆E的行驶稳定性。
用于说明所述控制的流程图如图9所示。首先，通过分别设置在左右轮内装电机2R、2L的解析器14R、14L，计算左右转子13R、13L的相位（步骤S11）。然后，判断在步骤S11中计算出的左右转子13R、13L的相位是否偏差（步骤S12）。在步骤S12中进行了否定判断的情况下，即左右转子13R、13L的相位没有偏差的情况下，保持该状态而暂时结束该程序。与此相反，在步骤S12中进行了肯定判断的情况下，即左右转子13R、13L的相位有偏差的情况下，根据在步骤S11中计算出的左右转子13R、13L的相位，计算并决定定子15形成的磁场的位置，利用所述方法使左右转子13R、13L的相位同步（步骤S13），暂时结束该程序。
接下来，说明车辆E进行旋转行驶时的控制例。在车辆E进行旋转行驶的情况下，旋转方向的内周侧的车轮与外周侧的车轮的转速不同、且各轮内装电机2R、2L所需要的输出扭矩不同。换句话说，外轮侧的转速与输出扭矩与内轮侧相比需要高转速以及高扭矩。由此，在车辆E进行旋转行驶中，在按照从共用的逆变器9向左右轮内装电机2R、2L供给电流的方式来利用切换装置16进行切换的情况下，外轮侧输出正扭矩，内轮侧输出负扭矩，从而在外轮侧输出旋转所需要的扭矩，使内轮侧空转。
举出具体例来说明所述控制，在转子13的磁极位于图7所示的位置的情况下，如图8所示那样，从转子13输出的扭矩根据定子15形成的磁场的位置而发生变化。由此，按照由共用的逆变器9向各定子15R、15L供给电流的方式通过切换装置16切换向各定子15R、15L供给电流的逆变器9R、9L时，例如，车辆E向右旋转时，按照左侧的轮内装电机2L输出正扭矩，右侧的轮内装电机2R输出负扭矩的方式形成定子15的磁场即可。具体地说，通过在图7的顺时针方向的135°到-135°之间，即、图8的A区域中形成磁场，左侧的轮内装电机2L输出正扭矩，右侧的轮内装电机2R输出负扭矩。并且，根据输出正扭矩侧的轮内装电机2L所需要的输出扭矩的大小来确定形成磁场的位置。换句话说，在根据旋转方向而确定的区域内，并且根据该区域内的输出扭矩的大小决定磁场的形成位置。如所述那样，在旋转方向为右向、且需要高扭矩的情况下，在图8中的I位置形成磁场，在需要低扭矩的情况下，在II位置形成磁场。此外，将左旋转时形成磁场的位置设为C区域即可。
用于说明所述控制的流程图如图10所示。首先，判断车辆E的行驶状态是否为旋转行驶中（步骤S21）。在步骤S21中进行了否定判断的情况下，即、车辆E为前进行驶状态的情况下，转移至所述前进行驶时的控制（步骤S22）。具体地说，通过在B区域内形成磁场，使左右转子13R、13L的相位同步。与此相对，在步骤S21中进行了肯定判断的情况下，即、在旋转行驶中的情况下，判断车辆E的旋转方向是否为右转（步骤S23）。在步骤S23中进行了肯定判断的情况下，即、在右旋转中的情况下，将定子15形成的磁场的区域定为A区域，（步骤S24），与此相反，在进行了否定判断的情况下，即、在左旋转中的情况下，将定子15形成的磁场的区域定为C区域（步骤S25）。并且，根据车辆E的旋转所需要的需求力矩的大小，在步骤S24以及步骤S25的区域内决定定子15形成的磁场的详细位置，并在该位置形成磁场（步骤S26），暂时结束该程序。
通过进行所述控制，向各轮内装电机2R、2L供给电流的逆变器9R、9L通过切换装置16为共用的逆变器9时，即使左右轮内装电机2R、2L的相位产生偏差，也能够维持此时的车辆E的行驶需要或者行驶稳定性。
此外，本发明的行驶用电机的控制装置并不局限为所述构成。因此，所述构成虽然是利用单向离合器12来不使负扭矩传递的构成，但也可以利用咬合的离合器、湿式或者干式离合器等其他离合器。换句话说，本发明的行驶用电机的控制装置在通过切换装置16而由共用的逆变器9向左右轮内装电机2R、2L供给电流的情况下，为了使左右转子13R、13L同步、或者为了利用相位差行驶，在使与各轮内装电机2R、2L所需要的扭矩不同的扭矩输出时，按照不向前轮1传递该扭矩的方式设置离合器即可。另外，为了使说明简单化，虽然将转子13的磁极设为二极，但还可以是具有多数的磁极的转子13。
在此，若说明所述各构成例与本发明的构成的对应关系，各轮内装电机2R、2L相当于本发明的行驶用电机，逆变器9R、9L相当于本发明的电流控制单元，切换装置16相当于本发明的切换单元。另外，本发明的“在车辆的行驶中所要求的扭矩与行驶用电机的输出扭矩不同”相当于在所述构成例中，在前进行驶时输出负扭矩、或者在旋转行驶时，内轮侧输出负扭矩。
此外，“在车辆的行驶中所要求的扭矩与行驶用电机的输出扭矩不同”并不局限于如所述构成例那样输出扭矩为负扭矩的情况。换句话说，在离合器为摩擦离合器、咬合离合器的情况下，能够选择控制卡合或释放离合器，因此还可以是输出扭矩为正扭矩的情况。
具体地说，在所述构成例中虽然是在直线行驶时各电机的输出扭矩为负扭矩的区域中，形成定子的磁场，但由于在离合器为摩擦离合器、咬合离合器的情况下，只要释放离合器，动力就不会被传递到车轮，因此在任意区域形成定子的磁场，都会由于电机的输出扭矩不被传递到车轮，从而可以在各电机或者任意电机的输出扭矩为正扭矩的区域中形成磁场，来输出正扭矩。另外，虽然是在旋转行驶时内轮侧的输出扭矩为负扭矩、且外轮侧的输出扭矩为正扭矩的区域中形成了定子的磁场，但由于为了获得旋转力只要能够得到外轮侧的输出扭矩即可，所以在离合器为摩擦离合器、咬合离合器的情况下，只要在外轮侧的输出扭矩为正扭矩的区域中形成定子的磁场即可。换句话说，内轮侧为只要释放离合器，动力就不会被传递到车轮，所以可以在内轮侧的输出扭矩为正扭矩的区域中形成定子的磁场。

Claims (5)

1.一种行驶用电机的控制装置，其中，
设置有与车辆的至少两个车轮对应地设置并对这些车轮传递动力的至少两个行驶用电机，并且
在任意至少一方的所述车轮和与该一方的车轮对应地设置的行驶用电机之间，设置有选择性地进行扭矩的传递与切断的离合器，
还设置有按所述各行驶用电机的每一个而设置并进行各个行驶用电机的电流控制的至少两个电流控制单元，
该行驶用电机的控制装置的特征在于，
具备切换单元，该切换单元能够切断由任意一方的所述电流控制单元进行的电流控制，而通过另一方的电流控制单元进行所述两个行驶用电机的电流控制，并且
所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换并进行行驶的情况下，切断扭矩的传递。
2.根据权利要求1所述的行驶用电机的控制装置，其特征在于，
所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换，并且使所述两个行驶用电机中的转子的相位一致的情况下，切断扭矩的传递。
3.根据权利要求1或者2所述的行驶用电机的控制装置，其特征在于，
所述离合器构成为，在通过所述切换单元按照使所述两个行驶用电机的电流控制由所述另一方的电流控制单元进行的方式进行切换，并且所述两个行驶用电机各自所要求的扭矩不同的情况下，切断所要求的扭矩低的一方的扭矩的传递。
4.根据权利要求1或者2所述的行驶用电机的控制装置，其特征在于，
所述离合器包括传递扭矩的接合方向仅限于一个方向的单向离合器。
5.根据权利要求3所述的行驶用电机的控制装置，其特征在于，
所述离合器包括传递扭矩的接合方向仅限于一个方向的单向离合器。
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