JP5211298B2 - 電動モータ式駆動車両の昇圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの動力により駆動される一対の主駆動輪と、このエンジンの動力により駆動される発電機と、この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により駆動され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。

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う。

ところで上記の発電機は、モータのみならず、車両のヘッドランプやエアコンディショナーやバッテリといった車両電気系統へ電力を供給することが考えられる。車両電気系統へ電力を供給するオルタネータを付加する構成では、２つの発電機をエンジンに駆動結合することとなり、レイアウト上およびコスト上の無駄が多いためである。
特開２００４−１００７１８号公報

しかし、上述した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。つまり発電機の起電圧は、エンジンと駆動結合する発電機入力軸の回転数に比例することから、エンジン回転数が低いと起電圧も低くなる。これに対し、車両電気系統は一定の標準電圧、一般には１２ボルト、である。そうすると、エンジンのアイドリング回転数が低いという理由から、アイドリング運転中は車両電気系統へ電力を供給するために十分な電圧を発電することができなければ、車両電気系統のバッテリを充電することもできない。またアイドリング回転数を上昇させることとすれば、燃費が悪化するという問題が生じる。

本発明は、アイドリング運転中であっても、起電圧の低下を克服して車両電気系統へ電力を供給することができる技術を提案することを目的とする。

この目的のため本発明による電動モータ式駆動車両の昇圧装置は、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および発電機と、該発電機により電力を供給されるモータと、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、
前記主動力源としてエンジンを設け、
前記発電機のロータに永久磁石を設け、前記発電機のステータにはステータコイルを設け、前記永久磁石が前記ステータコイルを励磁して起電圧を発生させ、
前記ロータに界磁コイルをさらに設けるとともに、該界磁コイルをリアクトルとして利用して前記起電圧を昇圧する昇圧手段を設け、
前記昇圧手段は、前記エンジンのアイドリング時であって前記起電圧が所定値未満の場合に、前記昇圧を実行することを特徴としたものである。

かかる本発明の電動モータ式駆動車両の昇圧装置によれば、ロータに設けた界磁コイルをリアクトルとして利用することから、界磁コイルが昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとして発電機による起電圧を昇圧することが可能になる。したがって、発電された起電圧が小さい場合であっても、適切な電圧まで昇圧させて車両電気系統へ電力を供給することができる。

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昇圧装置を具えた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と駆動結合する。ドライブシャフト３の左右両端には主駆動輪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。

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の入力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は主動力源たるエンジン１からの動力により駆動される。

ジェネレータ６は切り替えリレー９を介してモータ１０およびバッテリ１４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と駆動結合する。ドライブシャフト１２の左右両端にはモータ駆動輪１３を取り付ける。バッテリ１４は、車両のヘッドランプやエアコンディショナーといった車両電気系統の電源である。

切り替えリレー９は、ジェネレータ６をモータ１０またはバッテリ１４の何れか一方に選択的に接続する。主駆動輪４およびモータ駆動輪１３で四輪駆動走行するとき、コントローラ１５が切り替えリレー９に対し、モータ１０を選択するよう指令を出力し、ジェネレータ６には発電指令を出力し、モータ１０には駆動指令を出力する。

これに対し、主駆動輪４のみで二輪駆動走行するとき、コントローラ１５が切り替えリレー９に対し、バッテリ１４を選択するよう指令を出力する。なお、図１は、ジェネレータ６がバッテリ１４を選択した状態を示す。バッテリ１４の選択時においてジェネレータ６の起電圧が所定値未満のとき、コントローラ１５はさらに、ジェネレータ６に後述する昇圧指令を出力する。なお、ここでいう所定値未満のときとは、ジェネレータ６の起電圧が車両電気系統の標準電圧である直流電圧１２Ｖ未満のときをいう。

図２は、ジェネレータ６の概略構成を示す回路図である。ジェネレータ６はロータ１６およびステータの他、後述する整流手段２０等、発電した交流の起電圧を直流に整流する手段を具える。さらにジェネレータ６は、ブリッジダイオード２２と、切り替え手段２３と、スイッチング素子２４と、スイッチ２５と、ダイオード２７等、後述する昇圧手段を具える。

ジェネレータ６のロータ１６は、永久磁石１７および界磁コイル１８を具える。ジェネレータ６のステータはステータコイル１９を具える。ステータコイル１９は整流手段２０の入力端子と電気的に接続する。整流手段２０の出力端子のうち、正極出力端子は切り替えリレー９と接続する。負極出力端子は車体にボディアースされる。

界磁コイル１８の一端はブラシ２１を介してブリッジダイオード２２の一端と電気的に接続する。ブリッジダイオード２２の他端は２本あり、１つは上述した整流手段２０の正極の出力端子と電気的に接続し、もう１つはスイッチ２５を介して車両電気系統およびバッテリ１４と電気的に接続する。このブリッジダイオード２２は、車両電気系統およびバッテリ１４の正極から界磁コイル１８へ電流が流れ、その逆には流れないようにする。またブリッジダイオード２２は、整流手段２０の正極出力端子から界磁コイル１８へ電流が流れ、その逆には流れないようにする。

界磁コイル１８の他端はブラシ２１を介して切り替え手段２３の一端およびスイッチング素子２４と電気的に接続する。切り替え手段２３の一端と上述したブラシ２１との間には、界磁コイル１８から切り替え手段２３へ電流が流れ、その逆には流れないようダイオード２７を挿置する。
切り替え手段２３の他端はＡ端およびＢ端の２本を具え、この切り替え手段２３は、上述した一端をＡ端およびＢ端のいずれか一方に選択的に接続する。

整流手段２０の正極の出力端子と切り替えリレー９との間には、整流手段２０から切り替えリレー９へ電流が流れ、その逆には流れないようダイオード２６を挿置する。図２に示すように、整流手段２０およびダイオード２６間には切り替え手段２３のＡ端を電気的に接続する。また、ダイオード２６および切り替えリレー９間には切り替え手段２３のＢ端を電気的に接続する。

ジェネレータ６の発電電力でモータ１０を駆動するときは、上述したように切り替えリレー９がモータ１０側を選択する他、図２に示すように、コントローラ１５はスイッチ２５にオン指令を出力し、切り替え手段２３にＡ端子を選択するよう指令を出力する。

また切り替えリレー９がバッテリ１４側を選択する時においてジェネレータ６の起電圧が所定値以上のときも、コントローラ１５はスイッチ２５にオン指令を出力し、切り替え手段２３にＡ端子を選択するよう指令を出力する。
エンジン１からの動力によりロータ１６が回転する間、永久磁石１７の磁束がステータコイル１９と鎖交してステータコイル１９を励磁することにより交流の起電圧が発生する。この交流電圧は整流手段２０で直流電圧に整流されて、直流電圧はダイオード２６と、切り替えリレー９とを介してモータ１０またはバッテリ１４等に印加される。なお整流手段２０は６個のダイオードを図２に示すように接続して、ステータコイル１９からの三相交流を直流に整流する周知のブリッジダイオードである。

これによりジェネレータ６が発電した電力を、切り替えリレー９を介してモータ１０またはバッテリ１４等に供給することができる。

これに対し、切り替えリレー９がバッテリ１４側を選択する時においてジェネレータ６の起電圧が所定値未満のとき、昇圧指令として図３の回路図に示すように、コントローラ１５はスイッチ２５にオフ指令を出力し、切り替え手段２３にＢ端子を選択するよう指令を出力し、駆動回路２８にスイッチング素子駆動指令を出力する。駆動回路２８は、受信したスイッチング素子駆動指令に従って、スイッチング素子２４をオンオフさせる。

スイッチング素子２４がオンのとき、上述した直流電圧は、整流手段２０の正極出力端子からブリッジダイオード２２を介して界磁コイル１８に印加され、界磁電流が流れる。スイッチング素子２４がオフのとき、界磁コイル１８を流れる界磁電流を、ダイオード２７と切り替え手段２３と切り替えリレー９とを順次介して、バッテリ１４および車両電気系統に流すことができる。すなわち界磁コイル１８とスイッチング素子２４とダイオード２７とを昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧手段）として、そして界磁コイル１８をこの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルとして動作させることが可能になる。

これら界磁コイル１８とスイッチング素子２４とダイオード２７からなる昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとしての動作をわかり易くするため、図２および図３に示す回路図を書き改めると図４に示すものになる。まず本実施例の構成として、ロータ１６に取り付けられた永久磁石１７の磁束によりステータコイル１９に誘起された電圧を、整流手段２０と、ブリッジダイオード２２とを順次介して界磁コイル１８に印加することが可能である。次に、スイッチング素子２４をオンにして、図４に示すように界磁コイル１８に電流を流す。そうすると、ロータ１６の磁束が増加し、ステータが発電する電圧が上がるため界磁コイル１８に供給される電力は増大し、界磁コイル１８にエネルギーを蓄える。
このとき、界磁コイル１８に流れる界磁電流と、ジェネレータ６が発電する出力電圧および出力電流との関係は図５の特性図に示すようなものとなる。図５に示すように、界磁電流が大きくなるにつれて、ジェネレータ６の出力電圧および出力電流は双方とも大きくなる。

次に、界磁コイル１８にエネルギーを蓄えた状態でスイッチング素子２４をオフにすると、界磁コイル１８に蓄えられたエネルギーは逆起電力となり、界磁コイル１８に流れる界磁電流がダイオード２６と切り替え手段２３とを順次介してバッテリ１４および車両電気系統に向かう。これにより、上述した図５に示す出力電圧をバッテリ１４および車両電気系統に印加することができる。

コントローラ１５は、パルス幅変調制御によるスイッチング素子駆動指令を駆動回路２８に出力して、スイッチング素子２４のオンオフ時間を任意に制御する。これにより、昇圧された発電電流の電圧調整が可能になって、界磁コイル１８を昇圧用ＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルとして利用することができる。

ところで本実施例のジェネレータ６は、ロータ１６に取り付けた永久磁石１７によりステータコイル１９を励磁して起電圧を発生させ、ロータ１６に界磁コイル１８をさらに設け、図４に示すように界磁コイル１８をリアクトルとして利用することにより前記起電圧を昇圧する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを設けたことから、
ジェネレータ６の起電圧が小さい場合であっても、適切な電圧でバッテリ１４および車両電気系統へ電力を供給することができる。

また本実施例のジェネレータ６は、ステータコイル１９の起電圧を直流電圧に整流する整流手段２０を具え、界磁コイル１８とスイッチング素子２４とダイオード２７からなる昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは整流手段２０からの直流電圧を昇圧することから、
整流手段２０からの直流電圧が小さい場合であっても、適切な電圧でバッテリ１４および車両電気系統へ電力を供給することができる。

また整流手段２０からの直流電圧がバッテリ１４および車両電気系統の標準電圧未満の場合に、上述の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧を実行することから、
エンジン１のアイドリング回転数が低いという理由からジェネレータ６の直流電圧が小さい場合であっても、適切な電圧でバッテリ１４および車両電気系統へ電力を供給することができる。

また上述の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、界磁コイル１８の電流をオンオフするスイッチング素子２４と、スイッチング素子２４を作動させる駆動回路２８とを具え、駆動回路２８はパルス幅変調制御により前記昇圧を実行することから、ジェネレータ６の出力電圧を図５に示すように任意に昇圧することが可能となり、エンジン１の回転数すなわちジェネレータ６の入力軸回転数にかかわらず発電電圧の調整することができる。したがって、適切な電圧でバッテリ１４および車両電気系統へ電力を供給することができるという効果を益々享受することができる。

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に示すエンジン１以外の他の主動力源でもよいこと勿論である。

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。 同実施例における四輪駆動走行時の接続状態を示す回路図である。 同実施例における二輪駆動走行時の接続状態を示す回路図である。 同実施例における回路図を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとして書き直したものである。 同実施例におけるジェネレータの界磁コイルを流れる界磁電流とジェネレータの出力電圧および出力電流との関係を示す特性図である。

符号の説明

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 ジェネレータ入力軸側プーリ
８ 駆動ベルト
９ 切り替えリレー
１０ モータ
１１ 減速機
１２ ドライブシャフト
１３ モータ駆動輪
１４ バッテリ
１５ コントローラ
１６ ジェネレータのロータ
１７ 永久磁石
１８ 界磁コイル
１９ ステータコイル
２０ 整流手段
２２ ブリッジダイオード
２３ 切り替え手段
２４ スイッチング素子
２５ スイッチ
２６，２７ ダイオード
２８ 駆動回路

Claims (3)

1. 主動力源からの動力により駆動される主駆動輪および発電機と、該発電機により電力を供給されるモータと、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、
   前記主動力源としてエンジンを設け、
   前記発電機のロータに永久磁石を設け、前記発電機のステータにはステータコイルを設け、前記永久磁石が前記ステータコイルを励磁して起電圧を発生させ、
   前記ロータに界磁コイルをさらに設けるとともに、該界磁コイルをリアクトルとして利用して前記起電圧を昇圧する昇圧手段を設け、
   前記昇圧手段は、前記エンジンのアイドリング時であって前記起電圧が所定値未満の場合に、前記昇圧を実行することを特徴とする電動モータ式駆動車両の昇圧装置。
2. 請求項１に記載の電動モータ式駆動車両の昇圧装置において、
   前記発電機は、前記起電圧を直流電圧に整流する整流手段を具え、
   前記昇圧手段は前記直流電圧を昇圧することを特徴とする電動モータ式駆動車両の昇圧装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動モータ式駆動車両の昇圧装置において、
   前記昇圧手段は、前記界磁コイルの電流をオンオフするスイッチング素子と、該スイッチング素子を作動させる駆動回路とを具え、該駆動回路はパルス幅変調制御により前記昇圧を実行することを特徴とする電動モータ式駆動車両の昇圧装置。

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