JP2016190590A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】切替機構等の追加機構を省略でき、車両の製造コストの増大を回避できる車両を提供する。【解決手段】制御部６により車両１のイグニッションオフが検出されると、車両１の走行中に閉じていたリレー４を制御部６が切断状態にして、バッテリ２と平滑コンデンサ３との電気的接続が切断される。リレー４が切断状態になった後、制御部６は、インバータ部５を制御して、平滑コンデンサ３に蓄えられている直流電力を交流電力に変換してインナーロータ８０のロータ巻線８０１に供給する。ロータ巻線８０１に電力が供給されると、インナーロータ８０のロータ巻線８０１とアウターロータ８１の内径側磁石８１０との磁気作用により、インナーロータ８０にトルクが発生する。インナーロータ８０に発生するトルクは、車軸１２ａではなく内燃機関１０に伝えられる。これにより、平滑コンデンサ３の電力を消費する際に車軸１２ａに伝わるトルクが小さく抑えられる。【選択図】図３

Description

この発明は、車両に係り、特に第１ロータ及び第２ロータを備える回転電機を有する車両に関する。

従来用いられていたこの種の車両としては、例えば下記の特許文献１等に記載された構成を挙げることができる。すなわち従来のハイブリッド自動車には、平滑コンデンサ及びインバータを介してバッテリに接続された回転電機が設けられている。バッテリの直流電力がインバータによって交流電力に変換されて回転電機に供給されることで、回転電機が回転駆動される。回転電機は車軸に接続されており、回転電機が回転駆動されることで車両が走行可能とされている。

回転電機と車軸との間には、回転電機と車軸との接続状態を切り替えるための切替機構が設けられている。車両が停止された後に平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電する時には、切替機構の動作により回転電機が車軸から切り離された上で、平滑コンデンサの電力が回転電機に供給される。このように回転電機が車軸から切り離されることで、回転電機の駆動力が車軸に伝わることが回避されている。

特開２０００−１５２４１９号公報

上記のような従来の車両では、平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電するために切替機構を搭載しているので、部品点数が増加して、車両の製造コストが増大している。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、切替機構等の追加機構を省略でき、車両の製造コストの増大を回避できる車両を提供することを目的とする。

この発明に係る車両は、電力が蓄えられたバッテリと、バッテリに接続された平滑コンデンサと、バッテリと平滑コンデンサとの間に介在され、バッテリ及び平滑コンデンサを互いに電気的に接続する接続状態と切断する切断状態とに切り替えられるリレーと、平滑コンデンサを介してバッテリに接続されたインバータ部と、インバータ部に接続された回転電機と、リレー及びインバータ部の動作を制御する制御部とを備え、回転電機は、永久磁石を有するとともに車軸に機械的に接続された第１ロータと、インバータ部から電力が供給されるとともに永久磁石と磁気的に結合されるロータ巻線を有し、永久磁石とロータ巻線との磁気的な結合を介して車軸に接続されるとともに内燃機関の回転軸に機械的に接続された第２ロータと、永久磁石と磁気的に結合されるステータ巻線を有するステータとを含むダブルロータモータであり、インバータ部には、ロータ巻線に電力を供給するロータ用インバータと、ステータ巻線に電力を供給するステータ用インバータとが含まれており、制御部は、車両のイグニッションオフを検出した時に、リレーを接続状態から切断状態に切り替えるとともに、ロータ用インバータ及びステータ用インバータの動作を制御して、平滑コンデンサに蓄えられている電力をロータ巻線に供給して消費させるとともに、該電力により第１ロータに生じるトルクを打ち消すように平滑コンデンサに蓄えられている電力をステータ巻線に供給する。
ステータは第１ロータの径方向外周側に配置され、第１ロータは第２ロータの径方向外周側に配置されていてもよい。
制御部は、平滑コンデンサに蓄えられている電力をロータ巻線に供給するとき、第２ロータに生じるトルクにより内燃機関の回転軸が回転しないように、インバータ部の動作制御を介して第２ロータのトルクの大きさを制御してもよい。
平滑コンデンサの端子間電圧を測定する電圧センサをさらに備え、制御部は、電圧センサによって測定された端子間電圧が所定の閾値以下になった時に、インバータ部の制御を停止してもよい。

この発明によれば、平滑コンデンサに蓄えられている電力を機械的に車軸に接続されていない第２ロータのロータ巻線に供給して消費させるとともに、該電力により第１ロータに生じるトルクを打ち消すように平滑コンデンサに蓄えられている電力をステータ巻線に供給するので、平滑コンデンサの放電時に車軸に伝わるトルクを小さく抑えることができる。これにより、切替機構等の追加機構を省略でき、車両の製造コストの増大を回避できる。

この発明の実施の形態１に係る車両の概略図である。 図１に示す回転電機の側面断面図である。 図１に示す車両の平滑コンデンサ放電処理の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両の概略図である。車両１には、バッテリ２と、平滑コンデンサ３と、電圧センサ３ａと、リレー４と、インバータ部５と、制御部６と、車両ＥＣＵ７と、回転電機８と、内側出力軸９と、内燃機関１０と、外側出力軸１１と、車軸部１２とが含まれている。

バッテリ２には、車両１が走行するための電力が蓄えられている。また、バッテリ２には、平滑コンデンサ３が接続されている。バッテリ２と平滑コンデンサ３との間には、バッテリ２及び平滑コンデンサ３を互いに電気的に接続する接続状態と、バッテリ２及び平滑コンデンサ３間の電気的接続を切断する切断状態とに切り替えられるリレー４が介在されている。平滑コンデンサ３を介してバッテリ２にインバータ部５が接続されている。平滑コンデンサ３及びインバータ部５は、バッテリ２に対して並列に接続されている。平滑コンデンサ３は、インバータ部５のスイッチング素子のスイッチングにより生じる電圧の脈動を平滑化する。リレー４が接続状態から切断状態に切り替えられることにより、バッテリ２と平滑コンデンサ３及びインバータ部５との間の電気的接続が切断される。

インバータ部５には、ロータ用インバータ５０及びステータ用インバータ５１が含まれている。ロータ用インバータ５０及びステータ用インバータ５１は、それぞれバッテリ２及び平滑コンデンサ３に電気的に接続されている。

電圧センサ３ａと、リレー４と、インバータ部５とには、制御部６が電気的に接続されている。制御部６は、平滑コンデンサ及びインバータ部５の状態の管理及び制御を行う制御マイコン、リレー制御回路並びにインバータ部制御回路等を含むものであり、電圧センサ３ａの測定電圧を取得し、リレー４の開閉制御とインバータ部５の制御とを行う。また、制御部６は、車両１の車両ＥＣＵ７に電気的に接続されている。車両ＥＣＵ７は、車両１の制御情報が入力されるように構成されている。車両１の制御情報とは、イグニッション情報、アクセル開度、ブレーキ踏込量、車速等である。車両１のイグニッション情報は、イグニッションスイッチＩＧからのイグニッションオフまたはイグニッションオンのイグニッション信号として車両ＥＣＵ７に入力される。イグニッション信号は車両ＥＣＵ７を介して制御部６にも入力される。

インバータ部５には、回転電機８が接続されている。回転電機８には、第２ロータとしてのインナーロータ８０と、第１ロータとしてのアウターロータ８１と、ステータ８２とが含まれている。インナーロータ８０がロータ用インバータ５０に電気的に接続されており、ステータ８２がステータ用インバータ５１に電気的に接続されている。
また、インナーロータ８０の回転軸には、内側出力軸９が機械的に接続されている。アウターロータ８１の回転軸には、外側出力軸１１が機械的に接続されている。

内側出力軸９には、内燃機関１０の回転軸が機械的に接続されている。外側出力軸１１には、車軸部１２が接続されている。車軸部１２には、車両１の車軸１２ａと、外側出力軸１１から車軸１２ａに駆動力を伝達する車軸機構部１２ｂとが設けられている。

図２は、回転電機８の側面断面図である。図２に示すように、回転電機８は、インナーロータ８０の回転軸として第１回転軸８３を有している。第１回転軸８３は、軸本体８３０に内側出力軸９が同軸に接続されることで構成された長手形状部材である。軸本体８３０にはインナーロータ８０が取り付けられている。インナーロータ８０が内側出力軸９を介して内燃機関１０に機械的に接続されている。

インナーロータ８０は、軸本体８３０に固定された正面視円盤状の第１ブラケット８００と、第１ブラケット８００の外周に設けられた複数のロータ巻線８０１とを含んでいる。ロータ巻線８０１には、ロータ用インバータ５０からブラシとスリップリングとから構成される電力供給機構８４を経由して交流電力が供給される。

第２回転軸８５は、第１回転軸８３の内側出力軸９の外周に設けられた筒状体により構成されている。第２回転軸８５は内側出力軸９とは独立して回転可能に設けられている。

アウターロータ８１は、永久磁石である内径側磁石８１０及び外径側磁石８１１が埋め込まれた筒状体である。アウターロータ８１は、第２回転軸８５から延出された第２ブラケット８１２を介して第２回転軸８５と一体に設けられている。第２回転軸８５には外側出力軸１１が取り付けられており、アウターロータ８１は外側出力軸１１を介して車軸部１２（図１参照）に機械的に接続されている。
また、アウターロータ８１の内径側磁石８１０の径方向内周側に、インナーロータ８０が配置されている。なお、内径側磁石８１０及び外径側磁石８１１は、いずれか一方だけがアウターロータ８１に埋め込まれていてもよい。

ステータ８２は、ハウジング８６の内周面に固定された筒状体８２０と、筒状体８２０の内周に取り付けられた複数のステータ巻線８２１とを含んでいる。また、ステータ８２は、アウターロータ８１の外径側磁石８１１の径方向外側に配置されている。ステータ巻線８２１には、ステータ用インバータ５１からの交流電力が供給される。

ロータ巻線８０１にロータ用インバータ５０から交流電力が供給されると、ロータ巻線８０１と内径側磁石８１０とが磁気的に結合され、アウターロータ８１が内燃機関１０に磁気的な結合を介して接続される。また、ステータ巻線８２１にステータ用インバータ５１から交流電力が供給されると、外径側磁石８１１とステータ巻線８２１とが磁気的に結合される。

次に、実施の形態１に係る車両の平滑コンデンサ放電処理の動作について図３のフローチャートを用いて説明する。
図３に示すように、例えば車両１を駐車した後等にユーザが車両１のイグニッションをオフにした場合、このイグニッション信号としてイグニッションオフを車両ＥＣＵ７を介して制御部６が検出する（ステップＳ１）。この時、平滑コンデンサ３にはバッテリ２から供給された電力、もしくは車両１の走行中に回転電機８の回生運転によって生じた電力が蓄えられている。制御部６により車両１のイグニッションオフが検出されると、車両１の走行中に接続状態となっていたリレー４を制御部６が切断状態にして、バッテリ２と平滑コンデンサ３との電気的接続が切断される（ステップＳ２）。

リレー４が切断状態になった後、制御部６は、インバータ部５のロータ用インバータ５０及びステータ用インバータ５１を制御して、平滑コンデンサ３に蓄えられている直流電力を交流電力に変換してインナーロータ８０のロータ巻線８０１及びステータ８２のステータ巻線８２１に供給する（ステップＳ３）。

ロータ巻線８０１に電力が供給されると、インナーロータ８０のロータ巻線８０１とアウターロータ８１の内径側磁石８１０との磁気作用により、インナーロータ８０にトルクが発生する。上述のように、インナーロータ８０は、車軸１２ａに機械的に接続されずに内燃機関１０に機械的に接続されている。このため、インナーロータ８０に発生するトルクは、車軸１２ａではなく内燃機関１０に伝えられる。これにより、平滑コンデンサ３の電力を消費する際に車軸１２ａに伝わるトルクが小さく抑えられる。

また、インナーロータ８０にトルクが生じた際、その反作用としてアウターロータ８１にもトルクが生じる。そこで、インナーロータ８０のロータ巻線８０１に平滑コンデンサ３の電力を供給すると同時に、平滑コンデンサ３の電力をステータ８２のステータ巻線８２１にも供給して、反作用としてアウターロータ８１に生じるトルクを打ち消すようにしている。これにより、平滑コンデンサ３の放電時に車軸１２ａにトルクが伝わることによる車両１の振動をより確実に回避するようにしている。

さらに、平滑コンデンサ３の電力がインナーロータ８０のロータ巻線８０１に供給されるとき、制御部６がロータ用インバータ５０の動作を制御することで、インナーロータ８０のトルクの大きさが制御される。具体的には、インナーロータ８０のトルクの大きさは、内燃機関１０の回転抵抗によって内燃機関１０の回転軸が回転しない大きさのトルクとなるように制御される。

ステップＳ３の開始された後、制御部６はあらかじめ定められて制御部６内に記録された平滑コンデンサ３の端子間電圧閾値Ｖ１と、電圧センサ３ａの測定値Ｖ２とのどちらが大きいかを判定する（ステップＳ４）。
ここで、端子間電圧閾値Ｖ１は、平滑コンデンサ３に蓄えられた電力が十分に放電されたとみなせる平滑コンデンサ３の端子電圧である。測定値Ｖ２が端子間電圧閾値Ｖ１を超える場合は平滑コンデンサ３に蓄えられた電力の放電が不十分であるため、制御部６は平滑コンデンサ３の放電処理を継続する。
測定値Ｖ２が端子間電圧閾値Ｖ１以下である場合は、平滑コンデンサ３に蓄えられた電力が十分に放電されたため、制御部６はロータ用インバータ５０にロータ巻線８０１への交流電力出力を停止させるとともにステータ用インバータ５１にステータ巻線８２１への交流電力出力を停止させる放電完了処理を行う（ステップＳ５）。

このような車両１では、平滑コンデンサ３に蓄えられている電力を、機械的に車軸１２ａに接続されていないロータ巻線８０１に供給して消費させ、その際にアウターロータ８１に生じるトルクを打ち消すように、平滑コンデンサ３に蓄えられている電力をステータ８２のステータ巻線８２１に供給するので、平滑コンデンサ３の放電時に車軸１２ａに伝わるトルクを小さく抑えることができ、これにより、切替機構等追加機構を省略でき、車両１の製造コストの増大を回避することができる。

また、ステータ８２はアウターロータ８１の径方向外周側に配置され、インナーロータ８０はアウターロータ８１の径方向内周側に配置されているので、回転電機８が、アウターロータ８１とステータ８２との間の磁気的結合によって、アウターロータ８１に生じるトルクを打ち消すことができる。

また、制御部６が、リレー４を切断状態に切り替えるとともにインバータ部５の動作を制御して、平滑コンデンサ３に蓄えられている電力をインナーロータ８０のロータ巻線８０１に供給する時、インナーロータ８０のロータ巻線８０１により発生するトルクが内燃機関１０の回転軸が回転しない大きさのトルクとなるように、制御部６がロータ用インバータ５０の動作制御を介してインナーロータ８０のトルクの大きさを制御するので、内燃機関１０の回転軸の回転が回避される。これにより内燃機関１０は回転軸の回転による内燃機関１０内部のピストン等の機構の動作により振動が発生することがほぼなくなるので、平滑コンデンサ３の放電時に車両１に振動が発生してドライバーに不快な振動が体感されることをほぼ防ぐことができる。

また、制御部は、電圧センサ３ａによって測定された端子間電圧があらかじめ定められた閾値以下になった時に、インバータ部５の制御を停止するので、平滑コンデンサ３に蓄えられた電力を十分に放電した時に、放電処理を終了することができる。

なお、実施の形態１では、インナーロータ８０がロータ巻線８０１を有するとともに車軸１２ａに機械的に接続され、アウターロータ８１が永久磁石を有するとともに内燃機関１０に機械的に接続されているように説明したが、これらインナーロータ８０及びアウターロータ８１の構成等は逆でもよい。すなわち、回転電機８は、永久磁石を有するとともに車軸１２ａに機械的に接続されたインナーロータ（第１ロータ）と、永久磁石と磁気的に結合される巻線を有し、内燃機関１０に機械的に接続されたアウターロータ（第２ロータ）とを含んでいてもよい。このようにアウターロータの構成及びインナーモータの構成を逆にした場合でも、切替機構等の追加機構を車両１に搭載することなく、車両１は平滑コンデンサ３を放電することができる。

１ 車両、２ バッテリ、３ 平滑コンデンサ、３ａ 電圧センサ、４ リレー、５ インバータ部、６ 制御部、７ 回転電機、１０ 内燃機関、１２ａ 車軸、５０ ロータ用インバータ、５１ ステータ用インバータ、８０ インナーロータ（第１ロータ、第２ロータ）、８１ アウターロータ（第１ロータ、第２ロータ）、８２ ステータ、８０１ ロータ巻線、８１０ 内径側磁石（永久磁石）、８１１ 外径側磁石（永久磁石） ８２１ ステータ巻線。

Claims (4)

1. 電力が蓄えられたバッテリと、
   前記バッテリに接続された平滑コンデンサと、
   前記バッテリと前記平滑コンデンサとの間に介在され、前記バッテリ及び前記平滑コンデンサを互いに電気的に接続する接続状態と前記バッテリ及び前記平滑コンデンサ間の電気的接続を切断する切断状態とに切り替えられるリレーと、
   前記平滑コンデンサを介して前記バッテリに接続されたインバータ部と、
   前記インバータ部に接続された回転電機と、
   前記リレー及び前記インバータ部の動作を制御する制御部と
   を備え、
   前記回転電機は、
   永久磁石を有するとともに車軸に機械的に接続された第１ロータと、
   前記インバータ部から電力が供給されるとともに前記永久磁石と磁気的に結合されるロータ巻線を有し、前記永久磁石と前記ロータ巻線との磁気的な結合を介して前記車軸に接続されるとともに内燃機関の回転軸に機械的に接続された第２ロータと、
   前記永久磁石と磁気的に結合されるステータ巻線を有するステータと
   を含むダブルロータモータであり、
   前記インバータ部には、前記ロータ巻線に電力を供給するロータ用インバータと、前記ステータ巻線に電力を供給するステータ用インバータとが含まれており、
   前記制御部は、車両のイグニッションオフを検出した時に、前記リレーを前記接続状態から前記切断状態に切り替えるとともに、前記ロータ用インバータ及び前記ステータ用インバータの動作を制御して、前記平滑コンデンサに蓄えられている電力を前記ロータ巻線に供給して消費させるとともに、該電力により前記第１ロータに生じるトルクを打ち消すように前記平滑コンデンサに蓄えられている電力を前記ステータ巻線に供給する
   ことを特徴とする車両。
2. 前記ステータは前記第１ロータの径方向外周側に配置され、前記第１ロータは前記第２ロータの径方向外周側に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御部は、前記平滑コンデンサに蓄えられている電力を前記ロータ巻線に供給するとき、前記第２ロータに生じるトルクにより前記内燃機関の回転軸が回転しないように、前記インバータ部の動作制御を介して前記第２ロータのトルクの大きさを制御する
   ことを特徴とする、請求項１から請求項２までのいずれか一項に記載の車両。
4. 前記平滑コンデンサの端子間電圧を測定する電圧センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記電圧センサによって測定された前記端子間電圧が所定の閾値以下になった時に、前記インバータ部の制御を停止する
   ことを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の車両。

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