JP5853708B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
この充電器は、モータ駆動系側に設置するにしても、外部電源側に設置するにしても、追加設備であってコスト上の不利益を免れない。
特許文献2に記載のごとく、モータを充電器の一部として用いることが、従来から提案されている。
先ず、本発明の前提となる充電装置を説明するに、これは、
バッテリからの電力により駆動されるモータを具えた駆動系に用いられ、上記バッテリを外部電源で充電するものである。
そして本発明の充電装置は、上記の充電に際し上記永久磁石が減磁されるよう上記巻線への通電制御を行う減磁手段を設け、これによる上記永久磁石の減磁状態で当該充電を行うよう構成したものである。
充電中に発生した磁場がロータに及ぼす回転力を上記永久磁石の減磁により小さくすることができ、充電中にロータが振動するのを緩和し得て、この振動による異音の問題、およびモータ駆動系の耐久性に関する問題を回避することができる。
<第1実施例の構成>
図1は、本発明の第1実施例になる充電装置を具えた電動車両のモータ駆動系を、その充電システムを含む制御システムと共に示す概略系統図である。
図1において、1は駆動車輪を、また2は、動力源としての電動モータ(以下、単にモータと言う)を示す。
駆動車輪1およびモータ2間には、減速機を含む変速機3を介在させ、この変速機3を経てモータ2の駆動力を車輪1に向かわせることで、電動車両を走行可能となす。
モータ2の制御に際しては、モータコントローラ6が、バッテリ4の電力をインバータ5により直流−交流変換してモータ2へ供給し、またこの交流電力をインバータ5による制御下でモータ2へ供給することで、モータ2のトルクが、車両コントローラ7からのモータトルク指令値tTmに一致するよう、当該モータ2の駆動制御を行うものとする。
なお車両コントローラ7は、センサ8で検出したアクセル開度APOおよびセンサ9で検出した車速VSPを基にモータトルク指令値tTmを求め、これをモータコントローラ6に指令して上記のモータ制御に資する。
この時モータ2が回生制動作用により発電した電力を、インバータ5により交流−直流変換してバッテリ4に充電する。
本実施例においてはモータ2を、図示せざるも、複数個の独立した巻線から成るステータと、永久磁石が埋設されているロータとで構成し、バッテリ4の充電に際しモータ2を、ステータ巻線への通電制御により充電器として用い得るものとする。
この充電制御のために、車両コントローラ7には、図1の車両用パワートレーン(モータ2)を使用可能な状態にするイグニッションスイッチ12からの信号と、外部電源の充電プラグが車両の充電ポートに嵌合されているのを検知する充電プラグ嵌合検知センサ13(プラグ接続検知手段)からの信号とを入力する。
またモータコントローラ6には、モータ2の回転角(モータ回転量)を検出するモータ回転角センサ14(ロータ回転量検出手段)からの信号を入力する。
モータコントローラ6、車両コントローラ7および充電コントローラ11は、上記の入力情報を基に図2の制御プログラムを実行して、外部電源によるバッテリ4の充電制御を以下のごとくに行う。
次のステップS12においては、充電開始スイッチが投入されているか否か、充電予約開始時刻になっているか否かなどに基づき、充電可能か否かの充電可否判断を行う。
ステップS12で充電可能と判断するとき制御をステップS13に進め、モータ2のロータ磁石を以下のように減磁させることにより、モータ2を充電器(充電トランス)として用い得るようにする。
従ってステップS13は、本発明における減磁手段に相当する。
モータ2が例えば図3(a)に示すごとく、ロータ2r内に埋設した永久磁石2m_1, 2m_2, 2m_3, 2m_4のうち、径方向に対向する一方の永久磁石2m_1, 2m_2が一方の同極(NまたはS)となり、他方の永久磁石2m_3, 2m_4が他方の同極(SまたはN)となるよう、図示せざるステータ巻線への同期通電制御により、ロータ2rを回転駆動させる場合について述べると、
全ての永久磁石2m_1, 2m_2, 2m_3, 2m_4を図3(b)に破線矢印で例示しするごとく、磁極は不変のまま磁力が小さくなるよう、図示せざるステータ巻線への通電制御により上記の減磁を行うことができる。
ステップS16においては、バッテリ4への充電が完了したか否かを判断し、充電が未完であれば、制御をステップS15に戻して充電を更に進行させる。
従ってステップS18は、本発明における着磁手段に相当する。
上記した第1実施例の充電装置においては、モータ2を上記の構成により充電器として用い得るようにし、充電に際してはステータ巻線への通電制御によりロータ2rの永久磁石2m_1, 2m_2,2m_2, 2m_4を図3(b)に示すように減磁させ(ステップS13)、この減磁によりモータ2を充電器として用い得る状態にした上でバッテリ4への充電を行うため(ステップS14〜ステップS17)、
ロータ2rが充電中の磁場によって受ける回転力を小さくすることができ、充電中にモータ2のロータ2rが当該回転力を受けて振動するのを回避し得ると共に、この振動によりモータ2が異音を発生したり耐久性を低下されるという問題を回避することができる。
図4は、本発明の第2実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図2と同様なフローチャートである。
なお本実施例の充電制御も、図1に示した電動車両のモータ駆動系を充電制御するためのものとする。
ステップS11において、コントローラ6,7,11を充電制御用スタンバイ状態にするなどの充電準備を行い、
次のステップS12において、充電可能か否かの充電可否判断を行い、
ステップS13において、モータ2の永久磁石を、図2のステップS13および図3(b)につき前述したと同様に減磁させることで、モータ2を充電器(充電トランス)として用い得るようにする。
そのため本実施例においては、ステップS13の直後にステップS21〜ステップS24を追加し、ここで減磁が完了したか否かをチェックする。
ステップS22においては、図1におけるセンサ14で検出したモータ回転角から、減磁中におけるロータ回転位置の変動量を測定する。
従ってステップS22は、本発明におけるロータ回転量検出手段に相当する。
ロータ回転位置変動量の最大値が目標値以下になるまでは、制御をステップS13に戻してステップS21の実行により、減磁を目標通りのものとなるよう進行させる。
従ってステップS21〜ステップS24は、ステップS13と共に、本発明における減磁手段を構成する。
ステップS26においては、バッテリ4への充電が完了したか否かを判断し、充電が未完であれば、制御をステップS25に戻して充電を更に継続する。
従ってステップS28は、本発明における着磁手段に相当する。
上記した第2実施例の充電装置においても、ステータ巻線への通電制御によりロータ2rの永久磁石を図3(b)に破線矢印で例示するごとく減磁させ(ステップS13)、この減磁によりモータ2を充電器として用い得る状態にした上でバッテリ4への充電を行うため(ステップS25〜ステップS27)、
ロータ2rが充電中の磁場によって受ける回転力を小さくすることができ、充電中にモータ2のロータ2rが当該回転力を受けて振動するのを回避し得ると共に、この振動によりモータ2が異音を発生したり耐久性を低下されるという問題を回避することができる。
減磁中におけるロータ回転位置の変動量(ロータ回転量)から減磁達成度合いをモニタし(ステップS22およびステップS23)、減磁達成度合いが目標通りの達成度合いになるまで減磁を進行させ(ステップS13、ステップS21)、目標の減磁が達成されたときに、減磁操作を終了して(ステップS24)、ステップS25での外部電源によるバッテリ4の充電を開始させるため、
製造上のバラツキがあっても、モータ2が確実に充電器(充電トランス)として使用可能になった状態で、当該充電を開始させることとなり、上記の効果を更に顕著なものにすることができる。
図5は、本発明の第3実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図2,4と同様なフローチャートである。
なお本実施例の充電制御も、図1に示した電動車両のモータ駆動系を充電制御するためのものとする。
ステップS11において、コントローラ6,7,11を充電制御用スタンバイ状態にするなどの充電準備を行い、
次のステップS12において、充電可能か否かの充電可否判断を行い、
ステップS13において、モータ2のロータ磁石を、図2のステップS13および図3につき前述したと同様に減磁させることで、モータ2を充電器(充電トランス)として用い得るようにする。
そのため本実施例においては、ステップS13の直後にステップS31〜ステップS35を追加し、ここで減磁が完了したか否かをチェックして、減磁完了まで減磁を進行させ、減磁完了時に減磁操作を終了させる。
ステップS32においては、この高調波信号印加時における電圧を測定し、
ステップS33においては、この測定電圧からインダクタンスを計算する。
従ってステップS31〜ステップS33は、本発明におけるインダクタンス変化検出手段に相当する。
インダクタンス変化が目標値になるまでは、制御をステップS13に戻して、減磁を目標通りのものとなるよう進行させる。
従ってステップS31〜ステップS35は、ステップS13と共に、本発明における減磁手段を構成する。
ステップS25の充電ステップに続くステップS26においては、バッテリ4への充電が完了したか否かを判断し、充電が未完であれば、制御をステップS25に戻して充電を更に継続する。
そしてステップS29でモータ2を、ステータ巻線への通常通りの通電制御により駆動し、車両を走行開始させる。
上記した第3実施例の充電装置においても、ステータ巻線への通電制御によりロータ2rの永久磁石を図3(b)に破線矢印で例示するごとく減磁させ、この減磁によりモータ2を充電器として用い得る状態にした上でバッテリ4への充電を行うため、
ロータ2rが振動することがなくて、前記した第1,2実施例と同様な効果を奏することができる。
製造上のバラツキがあっても、モータ2が確実に充電器(充電トランス)として使用可能になった状態で、当該充電を開始させることとなり、上記の効果を更に顕著なものにすることができる。
図6は、本発明の第4実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図2と同様なフローチャートである。
なお本実施例の充電制御も、図1に示した電動車両のモータ駆動系を充電制御するためのものとする。
従って図6におけるステップのうち、図2におけると同様に機能するステップは同一符号を付して示すに止め、これらステップの説明を省略する。
このステップS41では、図1におけるイグニッションスイッチ12からの信号を基に、このイグニッションスイッチ12がONか否かにより、図1のパワートレーン(モータ2)が使用可能な状態になったか否かをチェックする。
上記した第4実施例の充電装置においては、図2につき前述した第1実施例の効果に加えて、以下のような効果をも奏し得る。
そして、ステップS17での充電終了処理が終わったとき直ちにステップS18での着磁復帰を行わせると、未だイグニッションスイッチ12がOFFで図1の車両用パワートレーン(モータ2)を実際に使用する訳でもないのに着磁復帰がなされ、そのまま再度の充電が必要になった場合に、ステップS13での減磁およびステップS18での着磁復帰が繰り返され、そのたびに不要な減磁および着磁復帰のために電力が消費されることとなる。
車両用パワートレーン(モータ2)の使用が開始される前に再度の充電が必要になった場合に、未だ減磁状態であることから、ステップS13での減磁を要することなく当該充電を再開させることができる。
従って、このような場合もステップS13での減磁およびステップS18での着磁復帰が繰り返されることがなく、これら減磁および着磁復帰の無駄な繰り返しによる電力消費を回避して、無駄なエネルギー消費を防止することができる。
図1の車両用パワートレーンが実際に使用される時は、モータ2の駆動を遅滞なく開始させ得て、車両の発進遅れが生ずるのを防止することができる。
図7は、本発明の第5実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図6と同様なフローチャートである。
なお本実施例の充電制御も、図1に示した電動車両のモータ駆動系を充電制御するためのものとする。
従って図7におけるステップのうち、図6におけると同様に機能するステップは同一符号を付して示すに止め、これらステップの説明を省略する。
このステップS51では、図1における充電プラグ嵌合検知センサ13から充電プラグ嵌合検知信号が入力されているか否か(外部電源の充電プラグが車両の充電ポートに嵌合されているか否か)をチェックする。
従ってステップS51は、本発明における充電プラグ接続検知手段に相当する。
上記した第5実施例の充電装置においては、図6につき前述した第4実施例の効果に加えて、以下のような効果をも奏し得る。
そして、ステップS11での充電準備が終わったとき直ちに、ステップS12での充電可能判断に呼応してステップS13での減磁を行わせると、未だ充電プラグの接続が行われておらず充電可能な状態でもないのに、つまり充電の意志がないのに充電用の減磁が行われることとなり、充電を行わないまま走行する必要が生じた場合に、ステップS13での減磁およびステップS18での着磁復帰が繰り返され、そのたびに不要な減磁および着磁復帰のために電力が浪費されることとなる。
充電プラグの接続により充電の意志を明確にしないまま走行した場合に、未だ減磁が行われていないことから、ステップS18の着磁復帰を要することなく当該走行を再開させることができる。
従って、このような場合もステップS13での減磁およびステップS18での着磁復帰が繰り返されることがなく、これら減磁および着磁復帰の無駄な繰り返しによる電力消費を回避して、無駄なエネルギー消費を防止することができる。
充電プラグの嵌合により充電意志が明確になった時は、減磁を遅滞なく開始させ得て、充電遅れが生ずるのを防止することができる。
図8,9は本発明の第6実施例を示し、図8は、本実施例になる充電装置を具えた電動車両のモータ駆動系を、その充電システムを含む制御システムと共に示す、図1と同様な概略系統図であり、また図9は、本実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図2と同様なフローチャートである。
モータ2および駆動車輪1間に、これら両者間を断接可能にするクラッチ手段としてのクラッチ21を介在させる。
なおクラッチ21は上記のように追設する代わりに、変速機3内の変速摩擦要素を流用して変速機3内の伝動系を断接する(今の変速段選択状態を選択している変速摩擦要素の解放により変速機3を適宜ニュートラル状態する)ようにしてもよい。
このクラッチコントローラ22は、充電コントローラ11からの指令に応動してクラッチ21を締結、解放制御するものとする。
なおクラッチ21として、変速機3内の変速摩擦要素を流用する場合は、変速機3の変速コントローラ(図示せず)を充電コントローラ11からの指令に応動させて、対応する変速摩擦要素を締結、解放制御するのは言うまでもない。
モータコントローラ6および車両コントローラ7は、充電コントローラ11およびクラッチコントローラ22との共働により図9の制御プログラムを実行して、図示しなかった外部電源によるバッテリ4の充電制御を以下のごとくに行う。
図9に示す本実施例の充電制御プログラムは、図2に示す第1実施例の充電制御プログラムと基本的に同様なもので、同様に機能するステップを同一符号により示した。
次のステップS12において、充電開始スイッチが投入されているか否か、充電予約開始時刻になっているか否かなどに基づき、充電可能か否かの充電可否判断を行う。
ステップS13においては、かかる車輪駆動系の遮断状態でモータ2のロータ磁石を、図3につき前述したように減磁させ、これによりモータ2を充電器(充電トランス)として用い得るようにする。
先ずステップS62において、モータ2のロータ2r(図3参照)を回転させ、このロータ回転により生じた誘起電圧をステップS63で測定し、ステップS64において、当該誘起電圧から減磁達成度合いをチェックする。
従ってステップS63は、本発明における誘起電圧検出手段に相当する。
ステップS64で誘起電圧が目標誘起電圧になったと判定するとき(減磁達成度合いが狙い通りのものになったとき)、制御をステップS35に進めて減磁操作を終わらせると共に、ステップS65において、クラッチ21を締結させる。
この充電中ステップS26において、バッテリ4への充電が完了したか否かを判断し、充電が未完であれば、制御をステップS25に戻して充電を更に継続する。
ステップS27において充電を終了させ、ステップS28においてステータ巻線への通電制御により、図3(b)の減磁状態にある永久磁石2m_1, 2m_2,2m_2, 2m_4を図3(a)に示す減磁前の着磁状態に戻す。
そしてステップS29でモータ2を、ステータ巻線への通常通りの通電制御により駆動し、車両を走行開始させる。
上記した第6実施例の充電装置においては、図2につき前述した第1実施例の効果に加えて、以下のような効果をも奏し得る。
減磁中にロータ2rが空転し得て、ステータコイルやインバータ5の発熱を抑制することができ、これらステータコイルやインバータ5の耐久性を向上させることができる。
図10は、本発明の第7実施例になる充電装置の充電制御プログラムを示す、図9と同様なフローチャートである。
なお本実施例の充電制御も、図8に示した電動車両のモータ駆動系を充電制御するためのものとする。
従って図10におけるステップのうち、図9におけると同様に機能するステップは同一符号を付して示すに止め、これらステップの説明を省略する。
次のステップS28においては、かかる車輪駆動系の遮断状態で、ステータ巻線への通電制御により、図3(b)の減磁状態にある永久磁石2m_1, 2m_2,2m_2, 2m_4を、図3(a)に示す減磁前の着磁状態に戻す着磁復帰操作を行わせる。
先ずステップS72において、モータ2のロータ2r(図3参照)を回転させ、このロータ回転により生じた誘起電圧をステップS73で測定し、ステップS74において、当該誘起電圧から着磁復帰達成度合いをチェックする。
従ってステップS73は、本発明における誘起電圧検出手段に相当する。
ステップS74で誘起電圧が目標誘起電圧になったと判定するとき(着磁復帰達成度合いが狙い通りのものになったとき)、制御をステップS75に進めて着磁復帰操作を終わらせると共に、ステップS76において、クラッチ21を締結させる。
そしてステップS29でモータ2を、ステータ巻線への通常通りの通電制御により駆動し、車両を走行開始させる。
上記した第7実施例の充電装置においては、図8,9につき前述した第6実施例の効果に加えて、以下のような効果をも奏し得る。
着磁復帰中にロータ2rが空転し得て、ステータコイルやインバータ5の発熱を抑制することができ、これらステータコイルやインバータ5の耐久性を向上させることができる。
2 電動モータ(モータ)
2r ロータ
2m_1, 2m_2, 2m_3, 2m_4 永久磁石
3 変速機
4 バッテリ
5 インバータ
7 車両コントローラ
8 アクセル開度センサ
9 車速センサ
11 充電コントローラ
12 イグニッションスイッチ
13 充電プラグ嵌合検知センサ
14 モータ回転角センサ(ロータ回転量検出手段)
21 クラッチ(クラッチ手段)
22 クラッチコントローラ
Claims (9)
- バッテリからの電力により駆動されるモータを具えた駆動系に用いられ、前記バッテリを外部電源で充電するための装置において、
前記モータを、複数個の独立した巻線が備わったステータと、永久磁石が備わったロータとで構成すると共に、前記充電に際し前記巻線への通電制御により充電器として用い得るよう構成し、
前記充電に際し前記永久磁石が減磁されるよう前記巻線への通電制御を行う減磁手段を設け、
該減磁手段による前記永久磁石の減磁状態で前記充電を行うよう構成したことを特徴とする充電装置。 - 請求項1に記載の充電装置において、
前記充電の終了後、前記永久磁石が着磁されるよう前記巻線への通電制御を行う着磁手段を設けたことを特徴とする充電装置。 - 請求項2に記載の充電装置において、
前記着磁手段は、前記充電の終了後であって、且つ前記モータを起動可能状態にするイグニッションスイッチがONである時に、前記永久磁石の着磁操作を行うものであることを特徴とする充電装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の充電装置において、
前記永久磁石の減磁中に前記ロータの回転量を検出するロータ回転量検出手段を設け、
前記減磁手段は、該ロータ回転量検出手段で検出したロータ回転量から前記減磁の達成度合いを判断し、該減磁の達成度合いが目標値になるまで、前記永久磁石の減磁を進行させるものであることを特徴とする充電装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の充電装置において、
前記永久磁石の減磁中に前記巻線へ高調波信号を印加してインダクタンス変化を検出するインダクタンス変化検出手段を設け、
前記減磁手段は、該インダクタンス変化検出手段で検出したインダクタンス変化から前記減磁の達成度合いを判断し、該減磁の達成度合いが目標値になるまで、前記永久磁石の減磁操作を進行させるものであることを特徴とする充電装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の充電装置において、
前記外部電源の充電プラグが差し込まれたのを検出する充電プラグ接続検知手段を設け、
前記減磁手段は、該充電プラグ接続検知手段で前記充電プラグの差し込みが検出されたことを前記永久磁石の減磁開始条件とするものであることを特徴とする充電装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の充電装置において、
モータの伝動方向下流側に前記駆動系を断接するクラッチ手段を設け、
前記減磁手段は、該クラッチ手段を解放状態にして前記永久磁石の減磁を行うものであり、
該減磁手段による減磁状態での前記充電は、前記クラッチ手段を締結させて該充電を行うものであることを特徴とする充電装置。 - 請求項7に記載の充電装置において、
前記クラッチ手段を締結させて行う充電の終了後、該クラッチ手段を解放させた状態で、前記永久磁石が着磁されるよう前記巻線への通電制御を行う着磁手段を設けたことを特徴とする充電装置。 - 請求項7または8に記載の充電装置において、
前記クラッチ手段を解放させた状態で行う前記永久磁石の減磁および着磁中に、前記ロータを空転させて生じた誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段を設け、
前記減磁手段および着磁手段はそれぞれ、該誘起電圧検出手段で検出した誘起電圧から前記減磁の達成度合いおよび着時の達成度合いを判断し、これら達成度合いが目標値になるまで、前記減磁および着磁を進行させるものであることを特徴とする充電装置。
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