JP3888681B2 - 電動車両における電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動スクータなどの電動車両における電源装置に関し、特に、車両用電源の電源ラインの絶縁を簡素化することができ、その絶縁のためのコストを低減させることができる電動車両における電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動車両における電源装置においては、駆動装置としての電動機を駆動するための高電圧と一般電装部品などのその他の車両用機器を動作させるための低電圧を出力させることが必要である。
【０００３】
従来の電動車両における電源装置が、例えば特開平６−１１５４７９号公報に記載されている。この電源装置では、主電源として、例えば４８Ｖバッテリを用い、この電圧をそのまま駆動電圧として駆動装置に供給し、また、バッテリの電圧を直流安定化電源で、例えば１２Ｖに降圧して灯火装置や制御装置等の一般電装部品へ供給している。すなわち、高電圧の主電源により、駆動装置へ直接高電圧（４８Ｖ）を給電して充分な動力性能を発揮させるとともに、主電源からの電圧を降下して安定的に低電圧を発生させる直流安定化電源により、主電源の電源電圧の変動が激しくてもその影響を受けることなく、灯火装置や制御装置等の一般電装部品に必要な低電圧（１２Ｖ）を安定的に供給し、灯火装置には充分な光量を維持させ、制御装置を安定に動作させるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電動車両における電源装置は、ユーザが一般電装部品をメンテナンスする場合などに配慮した構成とはなっていない。というのも、駆動装置の電源ラインと一般電装部品の接地ラインとの電位差が４８Ｖと比較的高い値となっているからである。上記の電源装置において、ユーザがメンテナンスをする場合を考慮した構成とすると、駆動装置の電源ラインの絶縁を全面的に強化しなければならず、その構成は複雑でコストを増大させる。
【０００５】
また、一般電装部品を動作させる低電圧を得るために直流安定化電源にＤＣ−ＤＣコンバータが用いられたものもあるが、それでは一次側と二次側とを絶縁して高圧リークを防止する必要があるため、コスト高になり、コンバータ内部のトランスなどにより損失も発生する。この損失は、特に電動車両においては電源の有効利用、長寿命化の点から望ましいものではない。
【０００６】
本発明は、電動機に駆動電圧を供給するための電源ラインの絶縁を簡素化することができ、その絶縁のためのコストを低減させることができる、さらに、損失の少ない電動車両における電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、電動機およびその他の車両用機器を駆動する車両用電源を備えた電動車両における電源装置において、前記車両用電源の駆動電位と接地電位との間の中間電位で定まるラインを前記その他の車両用機器の接地ラインに直接接続し、前記中間電位で定まるラインを前記接地ラインとする中間電位印加手段と、前記車両用電源の駆動電位と前記中間電位とに基づいて前記その他の車両用機器に印加する電圧を生成する電力供給手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記電力供給手段が、前記中間電位を中心として上下に変化するパルス電圧を生成する点に第２の特徴がある。
【０００９】
また、本発明は、前記電力供給手段が、前記パルス電圧のデューティ比を変更させることにより前記その他の車両用機器に印加する電圧を調整する点に第３の特徴がある。
さらに、本発明は、前記駆動電位が供給されるメインスイッチを備え、前記メインスイッチは、ケーブルを介してレバーにより操作される点に第４の特徴がある。
【００１０】
第１の特徴によれば、車両用電源の駆動電位と電装部品などのその他の車両用機器の接地ラインとの間の電位差を低減させることができるので、ユーザが電装部品をメンテナンスする場合などを配慮した構成を簡素化することができる。例えば車両用電源の電源ラインの絶縁をそれ程強化しなくても足りる。そのため、構成の簡素化を図ることができるとともにコストを低減させることができる。
【００１１】
また、第２の特徴によれば、電装部品などのその他の車両用機器に必要な低い電圧を得ることができる。
【００１２】
また、第３の特徴によれば、パルス電圧のデューティ比を変更させることにより、一般電装部品などのその他の車両用機器に印加する実効電圧を調整することができる。
さらに、第４の特徴によれば、メインスイッチへの接続ラインが長く引き回されないようにして、このラインが一般電装部品の接地ラインに接触する機会を少なくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の電動車両における電源装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００１４】
本実施形態は、２個の２４Ｖバッテリ１−１、１−２を直列にしてモータ駆動用の駆動電源とし、両バッテリ１−１、１−２の接続点Ａを一般電装部品３の接地ラインに接続してバッテリ１−１、１−２の駆動電位４８Ｖと接地電位との中間電位２４Ｖを一般電装部品３の接地ラインとし、バッテリ１−１、１−２の電圧からインバータ１６を用いて一般電装部品３に印加する電圧を生成する例である。
【００１５】
バッテリ１−１、１−２は、チャージャ４およびヒューズ５、５を介して商用電源などにより充電することができる。コントローラ６は、モータ２の回転角度を検出するロータセンサ７の出力やスロットルセンサ８の出力を入力とする制御用回路ブロック９、制御用回路ブロック９により制御されるＦＥＴを含む駆動回路１０を有する。
【００１６】
一般電装部品３は、ヘッドライト、テールライト、ストップライト、ホーン、ウインカ、スピードメータなどを含む。メインスイッチ１１は、バッテリ１−１、１−２の電圧をコントローラ６に供給してこれを起動する。メインスイッチ１１への引き出し線にはラインの感電やショートを防止するために抵抗器１２が挿入してある。
【００１７】
コントローラ６と一般電装部品３のスピードメータ間はフォトカプラ１３を介して接続し、バッテリ１−１とコントローラ６間の電源ラインにはブレーカ１４を配置し、電源ラインと接地ライン間にはコンデンサ１５を接続してある。
【００１８】
なお、本実施形態ではメインスイッチ１１とメインスイッチレバー１７間、およびスロットルセンサ８とスロットルレバー１８間をそれぞれケーブルで結合し、メインスイッチ１１やスロットルセンサ８への接続ラインが長く引き回されないようにして、それらラインが一般電装部品３の接地ラインに接触する機会を少なくなるように配慮している。
【００１９】
本実施形態の電源装置は以上の構成からなり、ここで、バッテリ１−１、１−２は、電動機およびその他の車両用機器を駆動する車両用電源として機能し、バッテリ１−１、１−２の接続点Ａを一般電装部品３の接地ラインに接続する構成は、車両用電源の駆動電位と接地電位との間の中間電位で定まるラインをその他の車両用機器の接地ラインに直接接続し、前記中間電位で定まるラインを前記接地ラインとする中間電位印加手段として機能し、インバータ１６は、車両用電源の駆動電位と中間電位とに基づいてその他の車両用機器に印加する電圧を生成する電力供給手段として機能する。
【００２０】
次に、この電源装置の動作を説明する。まず、メインスイッチレバー１７の操作によりメインスイッチ１１がオンすると、このメインスイッチ１１を通してバッテリ１−１、１−２の電圧がコントローラ６に供給され、コントローラ６が起動される。コントローラ６は、ロータセンサ７およびスロットルセンサ８の出力を入力としてモータ２を駆動制御する。
【００２１】
コントローラ６の制御用回路ブロック９は、電圧５Ｖを生成し、インバータ１６に供給してこれを起動する。インバータ１６は、その出力に中間電位２４Ｖを中心とし、２個のバッテリ１−１、１−２の電圧で変化する電圧、すなわち０Ｖ−４８Ｖで変化する電圧を一般電装部品３の電源ラインに供給する。
【００２２】
一方、一般電装部品３の接地ラインにはバッテリ１−１、１−２の接続点Ａの電位２４Ｖが与えられている。このため一般電装部品３には２４Ｖを基準として±２４Ｖで上下する電圧ＡＣ２４Ｖが供給され、バッテリ１−１、１−２の電源ラインと一般電装部品３の接地ラインとの間の電位差は２４Ｖとなる。これは、従来の電位差４８Ｖの半分である。
【００２３】
図２（ａ）は、本発明で使用されるインバータ１６の一回路例であり、本例ではＡＣ２４Ｖが出力される。このインバータ１６は、電源回路ＩＣ１、発振器ＩＣ２、フォトダイオードＰＤとフォトトランジスタＰＱとからなるフォトカプラ、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、ダイオードＤ１〜Ｄ３、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３で構成される。
【００２４】
コントローラ６から電源回路ＩＣ１に電圧が供給される（図示せず）と、電源回路ＩＣ１が起動し、電源回路ＩＣ１からの電圧により発振器ＩＣ２が作動する。発振器ＩＣ２は、デューティ比が１／２のパルス波形を出力する。このパルス波形のハイレベルでＦＥＴＱ１がオンし、出力端Ｐ１には出力端Ｐ２を基準とした−２４Ｖが出力される。このとき、ＦＥＴＱ１のソース−ドレイン間は０Ｖであるので、コンデンサＣ１は電源回路ＩＣ１により充電される。
【００２５】
発振器ＩＣ２のパルス波形がローレベルになると、ＦＥＴＱ１はオフする。同時に、フォトダイオードＰＤが発光し、フォトトランジスタＰＱがオンし、ＦＥＴＱ２のゲートにコンデンサＣ１の充電電圧が印加される。これによりＦＥＴＱ２はオンし、出力端Ｐ１には出力端Ｐ２を基準とした＋２４Ｖが出力される。以上の動作が繰り返されることにより、出力端Ｐ１には、図２（ｂ）に示すように、出力端Ｐ２を基準としたＡＣ２４Ｖの電圧が出力される。
【００２６】
図３（ａ）は、本発明で使用されるインバータ１６の他の回路例であり、本例ではＡＣ１２Ｖが出力される。なお、図２と同符号は同一または同等部分を表している。本例は、インバータ１６が実効値でＡＣ１２Ｖ相当の電圧（図３（ｂ））を出力するようなデューティ比でＦＥＴＱ１、Ｑ２をオンオフ制御するようにした点が図２のインバータと異なる。
【００２７】
コントローラ６から電源回路ＩＣ１に電圧が供給される（図示せず）と、電源回路ＩＣ１が起動し、電源回路ＩＣ１からの電圧により発振器ＩＣ２が作動する。発振器ＩＣ２は、ハイ／ローが反転しており、かつ位相がずれている２つのパルス波形Ｎ、Ｐを出力する。パルス波形ＮがハイレベルでＦＥＴＱ１がオンし、出力端Ｐ１には出力端Ｐ２を基準とした−２４Ｖが出力される。このとき、ＦＥＴＱ１のソース−ドレイン間は０Ｖであるので、コンデンサＣ１は電源回路ＩＣ１により充電される。
【００２８】
パルス波形Ｎがローレベルになると、ＦＥＴＱ１はオフする。しばらくしてパルス波形Ｐがローレベルになると、フォトダイオードＰＤが発光し、フォトトランジスタＰＱがオンし、ＦＥＴＱ２のゲートにコンデンサＣ１の充電電圧が印加される。これにより、ＦＥＴＱ２はオンし、出力端Ｐ１には出力端Ｐ２を基準とした＋２４Ｖが出力される。以上の動作が繰り返されることにより、出力端Ｐ１には、図３（ｂ）に示すように、出力端Ｐ２を基準とした実効値でＡＣ１２Ｖの電圧が出力される。
【００２９】
図２および図３のインバータ１６を使い分けることにより一般電装品３の定格電圧が２４Ｖであっても１２Ｖであっても容易にそれに対処することができるようになる。
【００３０】
図４は、本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。同図において、車体フレーム５０は、概ねメインフレーム５１と、メインフレーム５１から左右に分かれて後方に延びるサイドフレーム５２とから構成されている。メインフレーム５１の前端部にはヘッドパイプ５３が結合され、ガセット５４により補強されている。ヘッドパイプ５３には回転自在に操向軸５５が支持され、操向軸５５の下端部にフロントフォーク５６が結合されている。
【００３１】
フロントフォーク５６の下部には車軸５７で支持された車輪が５８Ｆが取り付けられ、上部にはハンドル５９が設けられている。操向軸５５、フロントフォーク５６およびハンドル５９は、操舵手段を構成する。また、図示しないが、ヘッドパイプ５３にはヘッドライトが設けられ、ハンドル５９には、ウインカが設けられている。
【００３２】
フロントフォーク５６の上部はフロントカバー６０で覆われている。フロントカバー６０の上方にはハンドルカバー６１が設けられている。ハンドルカバー６１から車体左右に向けてハンドル５９のグリップ部分が突き出している。
【００３３】
フロントカバー６０の下部にセンタカバー６２が結合されている。センタカバー６２の後部にボディカバー６３が結合されている。ボディカバー６３の上方にはシート６４が支持され、また、ボディカバー６３によりパワーユニット６５上方の車体後部が覆われている。パワーユニット６５は、駆動装置としての電動機や変速機構を含んでいる。
【００３４】
パワーユニット６５に後輪５８Ｒが支持されている。また、パワーユニット６５とサイドフレーム５２との間には上部取付ブラケット６６を介してリアクッション６７が取り付けられている。サイドフレーム５２には取付パイプ６８が結合され、取付パイプ６８によりピボット軸６９を介してパワーユニット６５が支持されている。ボディカバー６３後部にはナンバプレート取付部７０およびテールライト７１が設けられている。
【００３５】
メインフレーム５１に下部にバッテリユニット７２が配置され、ブラケット７３、７４で支持されているとともに、固定バンド７５Ｆ、７５Ｒ、７５Ｃで前後および中央が固定されている。また、バッテリユニット７２は、リッド７６Ｆ、７６Ｒで下部が覆われている。
【００３６】
パワーユニット６５は、ダクトチューブ７７を通じる空気により空冷され、バッテリユニット７２は、リアダクト７８および排風機７９を通じる空気により空冷される。
【００３７】
バッテリユニット７１からの電力が適宜箇所に配置された電源供給機構を介してパワーユニット６５の電動機およびヘッドライト、ウインカ、テールライトなどの一般電装部品に供給される。なお、電源供給機構に対する指令は、ハンドル５９に設けられているスロットルグリップや各種スイッチの操作に従って出力される。この電源供給機構に本発明が適用される。
【００３８】
本発明は、電動スクータに限らず、電動機およびその他の車両用機器を駆動する車両用電源を備えた電動車両に適用可能である。また、その他の車両用機器の公称電圧は２４Ｖ、１２Ｖに限らず、その他の値であってもインバータにおけるデューティ比を変更することにより容易にその値に合わせた電圧を出力させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、車両用電源の駆動電位と電装部品などのその他の車両用機器の接地ラインとの間の電位差を低減させることができるので、ユーザが電装部品をメンテナンスする場合などを配慮した構成を簡素化し、コストを低減させることができる。
【００４０】
また、インバータにおけるパルス電圧のデューティ比を変更することにより、一般電装部品などのその他の車両用機器に印加する実効電圧を容易に調整することができる。
【００４１】
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いず、インバータを用いることにより、低コストかつ高効率の一般電装部品用の電源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電動車両における電源装置の一実施形態を示すブロック図であ。
【図２】 本発明で使用されるインバータの例の回路図である。
【図３】 本発明で使用されるインバータの他の例の回路図である。
【図４】 本発明を適用できる電動スクータの一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１−１、１−２・・・バッテリ、２・・・モータ、３・・・一般電装部品、４・・・チャージャ、５・・・ヒューズ、６・・・コントローラ、７・・・ロータセンサ、８・・・スロットルセンサ、９・・・制御用回路ブロック、１０・・・駆動回路、１１・・・メインスイッチ、１２・・・抵抗器、１３・・・フォトカプラ、１４・・・ブレーカ、１５・・・コンデンサ、１６・・・インバータ、１７・・・メインスイッチレバー、１８・・・スロットルレバー、５０・・・車体フレーム、５１・・・メインフレーム、５２・・・サイドフレーム、５３・・・ヘッドパイプ、５５・・・操向軸、５６・・・フロントフォーク、５８Ｆ、５８Ｒ・・・車輪、５９・・・ハンドル、６０・・・フロントカバー、６４・・・シート、６５・・・パワーユニット、６７・・・リアクッション、７１・・・テールライト、７２・・・バッテリユニット、ＩＣ１・・・電源回路、ＩＣ２・・・発振器、Ｑ１、Ｑ２・・・ＦＥＴ、ＰＤ・・・フォトダイオード、ＰＱ・・・フォトトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ３・・・ダイオード、Ｃ１・・・コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ３・・・抵抗器

Claims (4)

1. 電動機およびその他の車両用機器を駆動する車両用電源を備えた電動車両における電源装置において、
   前記車両用電源の駆動電位と接地電位との間の中間電位で定まるラインを前記その他の車両用機器の接地ラインに直接接続し、前記中間電位で定まるラインを前記接地ラインとする中間電位印加手段と、
   前記車両用電源の駆動電位と前記中間電位とに基づいて前記その他の車両用機器に印加する電圧を生成する電力供給手段とを備えたことを特徴とする電動車両における電源装置。
2. 前記電力供給手段は、前記中間電位を中心として上下に変化するパルス電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載の電動車両における電源装置。
3. 前記電力供給手段は、前記パルス電圧のデューティ比を変更させることにより前記その他の車両用機器に印加する電圧を調整することを特徴とする請求項２に記載の電動車両における電源装置。
4. 前記駆動電位が供給されるメインスイッチを備え、前記メインスイッチは、ケーブルを介してレバーにより操作されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかひとつに記載の電動車両における電源装置。

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