可変界磁モータの制御装置
【課題】電気自動車を降りて押す場合の取り回し性を向上する。
【解決手段】イグニッションキーの操作位置として、オン／オフ／ハンドルロックの３位置を判別するイグニッションＯＮ判定回路３２・イグニッションＯＦＦ判定回路３３・ハンドルロック判定回路３４と、オン／オフ位置判定でモータＭのコイル９を短絡状態にするステータコイル短絡回路３５とを設ける。オン位置では通常のモータ駆動制御を行い、オフ位置では回転子と固定子との相対距離を最大として鉄損の最も小さい状態とすることにより、人力で電気自動車を押す場合のモータにおける抵抗が小さくなり、取り回し性が向上する。ハンドルロック位置では、回転子と固定子との相対距離を最小値として鉄損とコギングトルクとが最も大きい状態にして、坂道などの駐車における動き出しを抑制し得ると共に、電機子コイルを短絡状態にしてモータの電磁ブレーキ効果により盗難を防止するようにした。
【解決手段】イグニッションキーの操作位置として、オン／オフ／ハンドルロックの３位置を判別するイグニッションＯＮ判定回路３２・イグニッションＯＦＦ判定回路３３・ハンドルロック判定回路３４と、オン／オフ位置判定でモータＭのコイル９を短絡状態にするステータコイル短絡回路３５とを設ける。オン位置では通常のモータ駆動制御を行い、オフ位置では回転子と固定子との相対距離を最大として鉄損の最も小さい状態とすることにより、人力で電気自動車を押す場合のモータにおける抵抗が小さくなり、取り回し性が向上する。ハンドルロック位置では、回転子と固定子との相対距離を最小値として鉄損とコギングトルクとが最も大きい状態にして、坂道などの駐車における動き出しを抑制し得ると共に、電機子コイルを短絡状態にしてモータの電磁ブレーキ効果により盗難を防止するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子と固定子との相対距離が可変である可変界磁モータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータにおいて、ステータとロータとの有効磁束を通す部分となる対向面積を増減させることで出力を調整可能にしたものがあり、例えばロータ側の磁気部材を軸線方向に移動させてロータとステータとの両磁気部材間の互いに重なり合う面積を増減させるようにしたもの（例えば特許文献１・２参照）や、ロータとステータとの対向面間のギャップ（間隙）を調整するようにしたものがあった（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−３００７１２号公報
【特許文献２】特開平６−１４１４０１号公報
【特許文献３】特開２００４−８０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、電気自動車であって例えば自動二輪車などにあっては、軽量のため、降りて押しながら移動することができる。そのような場合には、イグニッションキーの操作位置をイグニッション・オフ位置にすることが考えられるが、インホイールモータのように駆動輪と直結構造の場合にはモータのコギングトルクが抵抗となる。
【０００４】
特に、上記可変界磁モータを用いた電気自動車にあっては、停止する場合には大きな回生力を発生させるべく最も界磁の強い状態にして停止するため、停車時には最も界磁が強い状態すなわち磁石の磁極面と固定子の磁極面に対峙する対峙面とが最大に重なった状態になっている。その状態のモータにあっては最も鉄損が大きい状態となるため、モータに通電しないで人力で押す場合の取り回し時においてモータの抵抗が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決して、電気自動車を降りて押す場合の取り回し性を向上するために本発明に於いては、複数の磁石及び複数の電機子コイルの一方が周方向に配設されかつ車輪と連動するように設けられた回転子と、前記複数の磁石及び複数の電機子コイルの他方が周方向に配設された固定子とを備えるモータと、電源と前記モータとの間で駆動電流を流すように設けられたパワー素子回路と、前記回転子と前記固定子との相対距離を可変にするべく前記回転子と前記固定子とのいずれか一方を前記回転子の回転軸の軸線方向に変位可能にするアクチュエータと、前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御する制御装置とを備える可変界磁モータの制御装置であって、イグニッションキーの操作位置がイグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置のいずれかを判別するイグニッションキー位置判別手段と、前記複数の電機子コイルを前記パワー素子回路との接続状態または前記パワー素子から切りなされて互いに短絡された短絡状態にするコイル状態切替回路とを有し、前記制御装置は、前記イグニッション・オン位置であると判定された場合には前記接続状態にすると共に前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御し、前記イグニッションキー位置判別手段により前記イグニッション・オフ位置であると判定された場合には前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を最大値とするように制御し、前記イグニッションキー位置判別手段により前記ハンドルロック位置であると判定された場合には前記短絡状態にすると共に前記回転子と前記固定子との相対距離を最小値とするように制御するものとした。
【０００６】
特に、回転子と前記固定子との相対距離の最小値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について完全に重なった状態になること、または、前記回転子と前記固定子との相対距離の最大値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について重なっていない状態になると良い。
【発明の効果】
【０００７】
このように本発明によれば、例えば可変界磁モータを用いた電気自動車にあって、イグニッション操作でイグニッション・オン位置では通常のモータ駆動制御を行い、降りて押すためにイグニッション・オフ位置にした場合には回転子と固定子との相対距離を最大値とすることから、鉄損とコギングトルクとが最も小さい状態となり、モータに通電しないで人力で電気自動車を押す場合のモータにおける抵抗も小さく、電気自動車を降りて押す場合の取り回し性が向上する。そして、車両から離れる場合のようにキーを抜いたハンドルロック位置にした場合には回転子と固定子との相対距離を最小値とすることから、上記とは逆に鉄損とコギングトルクとが最も大きい状態になり、例えば坂道での駐車において傾斜により動き出してしまうことを抑制し得るばかりでなく、さらに電機子コイルを短絡状態にすることから、盗もうとして押して行こうとしてもモータが電磁ブレーキとなって、盗難防止効果が大となる。
【０００８】
特に、回転子と前記固定子との相対距離の最小値を磁極面と対峙面とが完全に重なった状態とし、最大値を重なっていない状態とすることにより、それぞれにおいて鉄損による影響の有無を最も強く受ける状態にすることができ、上記効果を最大限に発揮し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は電気自動車の駆動輪Ｗに適用された例を示す模式的断面図である。電気自動車としては自動二輪車であって例えばスクーターであって良い。図において、車体１に固定支持軸２が側方に突出するように固定されており、その固定支持軸２には一対の軸受３ａ・３ｂを介してモータのアウタロータとなるロータ４が回転自在に支持されている。ロータ４の外周部にはホイールを介して駆動輪Ｗが取り付けられている。
【００１０】
ロータ４は、有底円筒形状をなしかつその中心部にボス部を有する形状であり、ボス部を形成する小径周壁部４ａと、その小径周壁部を同軸に外囲する大径周壁部４ｂとを有する。図に示されるように、ロータ４の両周壁部４ａ・４ｂ間の空間が車体１側に開放されている。大径周壁部４ｂの内周面には周方向にＮ・Ｓ極を並べた永久磁石としての複数のマグネット５が配設されている。また、両周壁部４ａ・４ｂによる空間に受容されるようにステータ６が設けられている。
【００１１】
固定支持軸２の車体１に固設された部分には外向フランジが形成されており、その外向フランジには小径周壁部４ａを外囲するガイド部材７が固設されている。ガイド部材７には例えばセレーションにより固定支持軸２の軸線方向に移動自在にされたスライド部材８が支持されている。スライド部材８の外周面には半径方向外向きの鍔が突設されており、その鍔に例えばビス止めされたブラケットを介してステータ６が支持されている。
【００１２】
ステータ６は、積層鋼板により形成された環状部分及びその環状部分から半径方向外向きに突出する複数のティースからなるコア６ａと、それらティースに巻回されたコイル巻線からなるコイル９とを有し、上記したようにスライド部材８と一体のブラケットにコア６ａの環状部分が適所でねじ止めされている。このようにして構成されたステータ６と上記ロータ４とにより本発明が適用される可変界磁モータＭが構成されている。
【００１３】
スライド部材８は、回転モータを駆動源とするアクチュエータ１１により上記固定支持軸２の軸線方向に往復駆動されるようになっており、一体のステータ６も同様に往復移動する。図示例では、固定支持軸２の外向フランジにブラケットを介してアクチュエータ１１が固定されている。また、スライド部材８の移動方向に延在するように設けられた駆動軸１２が固定支持軸２の外向フランジ及び上記ブラケットにより軸支されている。そして、アクチュエータ１１のモータ軸からなる回転軸に設けられた大ギアと、駆動軸１２に設けられた小ギアとが噛み合わされている。また、駆動軸１２のスライド部材８側には例えば台形ねじ部１２ａが設けられており、その台形ねじ部１２ａに螺合するナット部材１３がスライド部材８の鍔に固着されている。
【００１４】
モータ駆動アクチュエータ１１には回転検出センサ１１ａが内蔵されている。そのモータにあっては、公知のパルスセンサを内蔵するモータと同様であって良い。なお、ナット部材１３の可動範囲は図示されない機械的ストッパにより規制されている。この機械的ストッパは単純なブラケットやブロック状部材を固定支持軸２のフランジ部に固設して設けるなどしたものであって良く、何等特別なものではないためその図示および説明を省略する。
【００１５】
このアクチュエータ１１により、モータＭの界磁（有効磁束の大きさ）を調整することができる。すなわち、アクチュエータ１１の回転駆動により駆動軸１２が回転し、そのねじ部１２ａに螺合しているナット部材１３が駆動軸１２の軸線方向に移動するため、スライド部材８と一体のコア６ａが駆動軸１２と平行になる固定支持軸２（ロータ４の回転軸）の軸線方向に移動し得る。これにより、コア６ａのティース突出端面がマグネット５の磁極面と重なる量が変化し、マグネット５とコア６ａとの間の磁束が増減するため、可変界磁型のモータが構成される。
【００１６】
次に、本発明に基づく制御要領について、図２のブロック回路図を参照して示す。なお、図示例のモータＭの基本形にあっては３相のブラシレスモータと同様のものであって良い。
【００１７】
図示例では、電源としての車載バッテリＢＴに、ＦＥＴを用いたブリッジ回路が構成されたパワー素子回路としてのインバータ２１を介してモータＭの各相コイル９が接続されている。モータＭにはロータ４の回転角度を検出する回転センサ２２が設けられており、その回転角度信号が制御回路ＥＣＵ内の回転角度検出回路２３に入力し、回転角度検出回路２３ではロータ４のステータ６に対する回転（角度）位置が算出される。
【００１８】
また、制御回路ＥＣＵ内には、アクセル操作部２４とイグニッションキー操作部２５とを備える運転操作回路２６が設けられている。アクセル操作部２４には外部の図示されないアクセルからの操作量に応じた変位信号が入力しており、イグニッションキー操作部２５には外部の図示されないイグニッションキースイッチからのキー操作に応じた位置信号が入力している。
【００１９】
アクセル操作部２４からの出力信号は電流比較回路２７に入力する。電流比較回路２７には、バッテリＢＴの電源線に設けられた電流検出センサ２８からの電流検出信号が電流検出回路２９を介して入力する。電流比較回路２７は、アクセル操作部２４からの操作信号と電流検出回路２９からの電流検出信号とを比較し、その比較結果をデューティ指示信号として出力Ｄｕｔｙ決定回路３０に出力する。
【００２０】
出力Ｄｕｔｙ決定回路３０は、電流比較回路２７から出力されるデューティ指示信号に基づいてインバータ２１のＰＷＭ制御におけるデューティ比ＤＵＴＹを決定し、そのＤＵＴＹ信号をＰＷＭ信号生成回路３１に出力する。ＰＷＭ信号生成回路３１は、ＤＵＴＹ信号と上記した回転角度検出回路２３からの回転角度信号とに応じてモータＭの各相（図示例ではＵ・Ｖ・Ｗ相）に対応したＰＷＭ信号をインバータ２１に出力する。このＰＷＭ信号によるモータＭに対するＰＷＭ制御にあっては、ブラシレスモータにおける公知のＰＷＭ制御であって良いため、その詳しい説明を省略する。
【００２１】
上記したイグニッションキー操作部２５からはイグニッションキーの操作位置に応じて、イグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置を示す３つの信号が出力されるようになっている。イグニッション・オン位置信号はイグニッション・ＯＮ判定回路３２に、イグニッション・オフ位置信号はイグニッション・ＯＦＦ判定回路３３に、ハンドルロック位置信号はハンドルロック判定回路３４にそれぞれ入力する。これらによりイグニッションキー位置判別手段が構成されている。
【００２２】
なお、イグニッション・オン位置とは、モータＭを駆動制御して電気自動車を走行させる場合に選択されるキー位置である。イグニッション・オフ位置とは、モータＭの駆動制御が禁止される位置である。また、ハンドルロック位置とは、車両から離れるために盗難防止用にハンドルを操舵できないように固定する場合に選択される位置である。
【００２３】
イグニッションＯＮ判定回路３２から出力されるオン判定信号はコイル状態切替回路としてのステータコイル短絡回路３５に出力される。本図示例のステータコイル短絡判定回路３５は、図２に示されるように、各コイル９のインバータ２１との接続線からそれぞれ分岐した各分岐線に接続されたリレーＲＹ１・ＲＹ２・ＲＹ３と、各リレーＲＹ１〜ＲＹ３のコイルに駆動電流を選択的に流す制御を行うためのトランジスタＴｒとにより構成されている。上記オン判定信号は、イグニッション・オン位置が判定された場合に所定の高レベル信号として出力され、それによりトランジスタＴｒがオンする。
【００２４】
図示例の三相モータの場合には図に示されるように３つのリレーＲＹ１〜ＲＹ３が設けられている。リレーＲＹ１〜ＲＹ３は、常時閉接点型のものであって良く、非励磁状態では図に示されるように接地側に接続されている。これにより、非励磁状態では、各コイル９は接地ラインを介して互いに短絡される。なお、リレーＲＹ１〜ＲＹ３の常時開接点は開放されており、リレーＲＹ１〜ＲＹ３の励磁状態では各コイル９のステータコイル短絡回路３５側は開放される。
【００２５】
イグニッションＯＦＦ判定回路３３から出力されるオフ判定信号は、イグニッション・オフ位置が判定された場合に所定の高レベル信号として出力され、ステータ位置制御回路３６に入力すると共にダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒを駆動する。また、ハンドルロック判定回路３４から出力されるハンドルロック判定信号は、ステータ位置制御回路３６に入力する。
【００２６】
ステータ位置制御回路３６にあっては、上記したオフ判定信号またはハンドルロック判定信号が入力された場合にステータ６を最も抜いた最大離間位置を目標とする最大離間位置信号をステータ位置駆動回路３７に出力する。ステータ位置駆動回路３７は、その最大離間位置信号に応じたアクチュエータ駆動信号をアクチュエータ１１に出力する。
【００２７】
なお、ステータ位置制御回路３６にあっては、図示されないステータ手動操作部からの操作信号が入力されるようになっていても良い。その操作信号によりステータ位置制御回路３６にてステータ６（コア６ａ）の設定位置（目標位置）を算出し、それに応じた位置制御信号が位置駆動回路３７からアクチュエータ１１に出力され、アクチュエータ１１によりステータ６（コア６ａ）を駆動しかつ上記目標位置で停止状態にする。これにより、上記したようにマグネット５の磁極面とコア６ａのティース突出端面との重なり量（互いに対向する部分の面積；以下、対向面積と称する）が増減し、対向面積を通ることになる磁束が増減するため、モータＭの特性を、対向面積を大きくした場合には低回転・高トルク型とし、対向面積を小さくした場合には高回転・低トルク型とすることができる。
【００２８】
このようにして制御装置が構成されている。なお、図２における各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。
【００２９】
次に、図３のフロー図を参照して本発明に基づく制御要領について以下に示す。まずステップＳＴ１でイグニッションキーの状態を読み込む。イグニッションキーの状態は上記した３位置のいずれかとする。
【００３０】
次のステップＳＴ２ではステップＳＴ１で読み込まれたイグニッションキーの状態がハンドルロック位置であるか否かを判別する。上記回路にあってはハンドルロック判定回路３４からハンドルロック判定信号（高レベル信号）が出力されているか否かとなる。ハンドルロック位置であると判定された場合にはステップＳＴ３に進み、ハンドルロック信号に応じてステータ位置制御回路３６からステータ位置駆動回路３７にステータ６（コア６ａ）を、図１の実線の状態すなわち上記対向面積が最大（例えば重なり量１００％）となるように変位させる制御信号を出力する。
【００３１】
次のステップＳＴ４では全リレーＲＹ１〜ＲＹ３を非励磁状態（＝接点閉）にしてステップＳＴ１に戻る。このステップＳＴ４に進む場合としては、ハンドルロック判定回路３４からハンドルロック判定信号が出力されている場合であり、その場合にはイグニッションＯＮ判定回路３２とイグニッションＯＦＦ判定回路３３とからは各判定信号（高レベル信号）が出力されていないことになる。それにより、全リレーＲＹ１〜ＲＹ３は非励磁状態（＝接点閉）となる。
【００３２】
これにより、ハンドルロック位置であると判定された場合には、ステータ６が完全にマグネット５と対峙した１００％界磁状態となると共に各コイル９間が短絡されるため、モータＭにより最大限の電磁ブレーキ力が発生し得る。そのため、スクーターなどの自動二輪車においてイグニッションキーを抜いて離れた駐車中の車両を盗もうとして押して走行させた場合に、モータＭすなわち駆動輪Ｗに大きな制動力が発生するため、押して行くことが困難になり、盗難防止効果が促進される。なお、モータＭの制動力発生により、駐車状態で坂道など路面の傾斜で動き出してしまうことを防止できる。
【００３３】
また、上記ステップＳＴ２でハンドルロック位置ではないと判定された場合にはステップＳＴ５に進み、そこでイグニッション・オフ位置であるか否かを判別する。イグニッション・オフ位置であると判定された場合にはステップＳＴ６に進み、そこでオフ判定信号に応じてステータ位置制御回路３６からステータ位置駆動回路３７にステータ６（コア６ａ）を、図１の二点鎖線の状態すなわち上記対向面積が最小（例えば重なり量５０％）となるように変位させる制御信号を出力する。
【００３４】
次のステップＳＴ７では全リレーＲＹ１〜ＲＹ３を励磁状態（＝接点開）にしてステップＳＴ１に戻る。このステップＳＴ７に進む場合としては、イグニッションＯＦＦ判定回路３３からオフ判定信号が出力されている場合であり、その場合にはオフ判定信号（高レベル信号）が出力されるため、全リレーＲＹ１〜ＲＹ３は励磁状態（＝接点開）となる。
【００３５】
これにより、イグニッション・オフ位置であると判定された場合には、各コイル９が通常のインバータ２１との接続状態となり、短絡状態からは開放されるため電磁ブレーキ力は発生しない。また、ステータ６がマグネット５に対して最も離間した位置になるためモータＭの界磁が最も弱い状態になり、車両から降りて押しながら走行させる場合にはモータＭの抵抗が減少されるため、取り回し性が容易になると共に静かになる。
【００３６】
また、上記ステップＳＴ５でイグニッション・オフ位置でないと判定された場合にはステップＳＴ８進む。なお、フロー上はイグニッション・オフ位置でないと判定するとしたが、回路上はイグニッションＯＮ判定回路からオン判定信号が出力された場合である。その場合には当然イグニッションＯＦＦ判定回路３３からのオフ判定信号は出力されない。
【００３７】
ステップＳＴ８では、オン判定信号により上記したように全リレーＲＹ１〜ＲＹ３が励磁状態（＝接点開）になるため、通常のＰＷＭ制御によるモータ駆動制御が行われる。なお、オフ判定信号もハンドルロック信号も出力されないことからステータ６は他の信号による自由な制御状態となり、可変界磁制御も任意に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる可変界磁モータの制御装置は、車両のイグニッションキーを抜いたときにモータによるブレーキ力を発生させることができることから、スクーターのみならず軽量の車両における盗難防止効果等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】電気自動車の駆動輪Ｗに適用された例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に基づく制御要領を示すブロック回路図である。
【図３】本発明に基づく制御要領を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４０】
４ ロータ
５ マグネット
６ ステータ
１１ アクチュエータ
２１ インバータ
２５ イグニッションキー操作部
３２ イグニッションＯＮ判定回路
３３ イグニッションＯＦＦ判定回路
３４ ハンドルロック判定回路
３５ ステータコイル短絡回路
ＥＣＵ 制御回路
Ｍ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子と固定子との相対距離が可変である可変界磁モータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータにおいて、ステータとロータとの有効磁束を通す部分となる対向面積を増減させることで出力を調整可能にしたものがあり、例えばロータ側の磁気部材を軸線方向に移動させてロータとステータとの両磁気部材間の互いに重なり合う面積を増減させるようにしたもの（例えば特許文献１・２参照）や、ロータとステータとの対向面間のギャップ（間隙）を調整するようにしたものがあった（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−３００７１２号公報
【特許文献２】特開平６−１４１４０１号公報
【特許文献３】特開２００４−８０８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、電気自動車であって例えば自動二輪車などにあっては、軽量のため、降りて押しながら移動することができる。そのような場合には、イグニッションキーの操作位置をイグニッション・オフ位置にすることが考えられるが、インホイールモータのように駆動輪と直結構造の場合にはモータのコギングトルクが抵抗となる。
【０００４】
特に、上記可変界磁モータを用いた電気自動車にあっては、停止する場合には大きな回生力を発生させるべく最も界磁の強い状態にして停止するため、停車時には最も界磁が強い状態すなわち磁石の磁極面と固定子の磁極面に対峙する対峙面とが最大に重なった状態になっている。その状態のモータにあっては最も鉄損が大きい状態となるため、モータに通電しないで人力で押す場合の取り回し時においてモータの抵抗が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決して、電気自動車を降りて押す場合の取り回し性を向上するために本発明に於いては、複数の磁石及び複数の電機子コイルの一方が周方向に配設されかつ車輪と連動するように設けられた回転子と、前記複数の磁石及び複数の電機子コイルの他方が周方向に配設された固定子とを備えるモータと、電源と前記モータとの間で駆動電流を流すように設けられたパワー素子回路と、前記回転子と前記固定子との相対距離を可変にするべく前記回転子と前記固定子とのいずれか一方を前記回転子の回転軸の軸線方向に変位可能にするアクチュエータと、前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御する制御装置とを備える可変界磁モータの制御装置であって、イグニッションキーの操作位置がイグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置のいずれかを判別するイグニッションキー位置判別手段と、前記複数の電機子コイルを前記パワー素子回路との接続状態または前記パワー素子から切りなされて互いに短絡された短絡状態にするコイル状態切替回路とを有し、前記制御装置は、前記イグニッション・オン位置であると判定された場合には前記接続状態にすると共に前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御し、前記イグニッションキー位置判別手段により前記イグニッション・オフ位置であると判定された場合には前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を最大値とするように制御し、前記イグニッションキー位置判別手段により前記ハンドルロック位置であると判定された場合には前記短絡状態にすると共に前記回転子と前記固定子との相対距離を最小値とするように制御するものとした。
【０００６】
特に、回転子と前記固定子との相対距離の最小値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について完全に重なった状態になること、または、前記回転子と前記固定子との相対距離の最大値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について重なっていない状態になると良い。
【発明の効果】
【０００７】
このように本発明によれば、例えば可変界磁モータを用いた電気自動車にあって、イグニッション操作でイグニッション・オン位置では通常のモータ駆動制御を行い、降りて押すためにイグニッション・オフ位置にした場合には回転子と固定子との相対距離を最大値とすることから、鉄損とコギングトルクとが最も小さい状態となり、モータに通電しないで人力で電気自動車を押す場合のモータにおける抵抗も小さく、電気自動車を降りて押す場合の取り回し性が向上する。そして、車両から離れる場合のようにキーを抜いたハンドルロック位置にした場合には回転子と固定子との相対距離を最小値とすることから、上記とは逆に鉄損とコギングトルクとが最も大きい状態になり、例えば坂道での駐車において傾斜により動き出してしまうことを抑制し得るばかりでなく、さらに電機子コイルを短絡状態にすることから、盗もうとして押して行こうとしてもモータが電磁ブレーキとなって、盗難防止効果が大となる。
【０００８】
特に、回転子と前記固定子との相対距離の最小値を磁極面と対峙面とが完全に重なった状態とし、最大値を重なっていない状態とすることにより、それぞれにおいて鉄損による影響の有無を最も強く受ける状態にすることができ、上記効果を最大限に発揮し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は電気自動車の駆動輪Ｗに適用された例を示す模式的断面図である。電気自動車としては自動二輪車であって例えばスクーターであって良い。図において、車体１に固定支持軸２が側方に突出するように固定されており、その固定支持軸２には一対の軸受３ａ・３ｂを介してモータのアウタロータとなるロータ４が回転自在に支持されている。ロータ４の外周部にはホイールを介して駆動輪Ｗが取り付けられている。
【００１０】
ロータ４は、有底円筒形状をなしかつその中心部にボス部を有する形状であり、ボス部を形成する小径周壁部４ａと、その小径周壁部を同軸に外囲する大径周壁部４ｂとを有する。図に示されるように、ロータ４の両周壁部４ａ・４ｂ間の空間が車体１側に開放されている。大径周壁部４ｂの内周面には周方向にＮ・Ｓ極を並べた永久磁石としての複数のマグネット５が配設されている。また、両周壁部４ａ・４ｂによる空間に受容されるようにステータ６が設けられている。
【００１１】
固定支持軸２の車体１に固設された部分には外向フランジが形成されており、その外向フランジには小径周壁部４ａを外囲するガイド部材７が固設されている。ガイド部材７には例えばセレーションにより固定支持軸２の軸線方向に移動自在にされたスライド部材８が支持されている。スライド部材８の外周面には半径方向外向きの鍔が突設されており、その鍔に例えばビス止めされたブラケットを介してステータ６が支持されている。
【００１２】
ステータ６は、積層鋼板により形成された環状部分及びその環状部分から半径方向外向きに突出する複数のティースからなるコア６ａと、それらティースに巻回されたコイル巻線からなるコイル９とを有し、上記したようにスライド部材８と一体のブラケットにコア６ａの環状部分が適所でねじ止めされている。このようにして構成されたステータ６と上記ロータ４とにより本発明が適用される可変界磁モータＭが構成されている。
【００１３】
スライド部材８は、回転モータを駆動源とするアクチュエータ１１により上記固定支持軸２の軸線方向に往復駆動されるようになっており、一体のステータ６も同様に往復移動する。図示例では、固定支持軸２の外向フランジにブラケットを介してアクチュエータ１１が固定されている。また、スライド部材８の移動方向に延在するように設けられた駆動軸１２が固定支持軸２の外向フランジ及び上記ブラケットにより軸支されている。そして、アクチュエータ１１のモータ軸からなる回転軸に設けられた大ギアと、駆動軸１２に設けられた小ギアとが噛み合わされている。また、駆動軸１２のスライド部材８側には例えば台形ねじ部１２ａが設けられており、その台形ねじ部１２ａに螺合するナット部材１３がスライド部材８の鍔に固着されている。
【００１４】
モータ駆動アクチュエータ１１には回転検出センサ１１ａが内蔵されている。そのモータにあっては、公知のパルスセンサを内蔵するモータと同様であって良い。なお、ナット部材１３の可動範囲は図示されない機械的ストッパにより規制されている。この機械的ストッパは単純なブラケットやブロック状部材を固定支持軸２のフランジ部に固設して設けるなどしたものであって良く、何等特別なものではないためその図示および説明を省略する。
【００１５】
このアクチュエータ１１により、モータＭの界磁（有効磁束の大きさ）を調整することができる。すなわち、アクチュエータ１１の回転駆動により駆動軸１２が回転し、そのねじ部１２ａに螺合しているナット部材１３が駆動軸１２の軸線方向に移動するため、スライド部材８と一体のコア６ａが駆動軸１２と平行になる固定支持軸２（ロータ４の回転軸）の軸線方向に移動し得る。これにより、コア６ａのティース突出端面がマグネット５の磁極面と重なる量が変化し、マグネット５とコア６ａとの間の磁束が増減するため、可変界磁型のモータが構成される。
【００１６】
次に、本発明に基づく制御要領について、図２のブロック回路図を参照して示す。なお、図示例のモータＭの基本形にあっては３相のブラシレスモータと同様のものであって良い。
【００１７】
図示例では、電源としての車載バッテリＢＴに、ＦＥＴを用いたブリッジ回路が構成されたパワー素子回路としてのインバータ２１を介してモータＭの各相コイル９が接続されている。モータＭにはロータ４の回転角度を検出する回転センサ２２が設けられており、その回転角度信号が制御回路ＥＣＵ内の回転角度検出回路２３に入力し、回転角度検出回路２３ではロータ４のステータ６に対する回転（角度）位置が算出される。
【００１８】
また、制御回路ＥＣＵ内には、アクセル操作部２４とイグニッションキー操作部２５とを備える運転操作回路２６が設けられている。アクセル操作部２４には外部の図示されないアクセルからの操作量に応じた変位信号が入力しており、イグニッションキー操作部２５には外部の図示されないイグニッションキースイッチからのキー操作に応じた位置信号が入力している。
【００１９】
アクセル操作部２４からの出力信号は電流比較回路２７に入力する。電流比較回路２７には、バッテリＢＴの電源線に設けられた電流検出センサ２８からの電流検出信号が電流検出回路２９を介して入力する。電流比較回路２７は、アクセル操作部２４からの操作信号と電流検出回路２９からの電流検出信号とを比較し、その比較結果をデューティ指示信号として出力Ｄｕｔｙ決定回路３０に出力する。
【００２０】
出力Ｄｕｔｙ決定回路３０は、電流比較回路２７から出力されるデューティ指示信号に基づいてインバータ２１のＰＷＭ制御におけるデューティ比ＤＵＴＹを決定し、そのＤＵＴＹ信号をＰＷＭ信号生成回路３１に出力する。ＰＷＭ信号生成回路３１は、ＤＵＴＹ信号と上記した回転角度検出回路２３からの回転角度信号とに応じてモータＭの各相（図示例ではＵ・Ｖ・Ｗ相）に対応したＰＷＭ信号をインバータ２１に出力する。このＰＷＭ信号によるモータＭに対するＰＷＭ制御にあっては、ブラシレスモータにおける公知のＰＷＭ制御であって良いため、その詳しい説明を省略する。
【００２１】
上記したイグニッションキー操作部２５からはイグニッションキーの操作位置に応じて、イグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置を示す３つの信号が出力されるようになっている。イグニッション・オン位置信号はイグニッション・ＯＮ判定回路３２に、イグニッション・オフ位置信号はイグニッション・ＯＦＦ判定回路３３に、ハンドルロック位置信号はハンドルロック判定回路３４にそれぞれ入力する。これらによりイグニッションキー位置判別手段が構成されている。
【００２２】
なお、イグニッション・オン位置とは、モータＭを駆動制御して電気自動車を走行させる場合に選択されるキー位置である。イグニッション・オフ位置とは、モータＭの駆動制御が禁止される位置である。また、ハンドルロック位置とは、車両から離れるために盗難防止用にハンドルを操舵できないように固定する場合に選択される位置である。
【００２３】
イグニッションＯＮ判定回路３２から出力されるオン判定信号はコイル状態切替回路としてのステータコイル短絡回路３５に出力される。本図示例のステータコイル短絡判定回路３５は、図２に示されるように、各コイル９のインバータ２１との接続線からそれぞれ分岐した各分岐線に接続されたリレーＲＹ１・ＲＹ２・ＲＹ３と、各リレーＲＹ１〜ＲＹ３のコイルに駆動電流を選択的に流す制御を行うためのトランジスタＴｒとにより構成されている。上記オン判定信号は、イグニッション・オン位置が判定された場合に所定の高レベル信号として出力され、それによりトランジスタＴｒがオンする。
【００２４】
図示例の三相モータの場合には図に示されるように３つのリレーＲＹ１〜ＲＹ３が設けられている。リレーＲＹ１〜ＲＹ３は、常時閉接点型のものであって良く、非励磁状態では図に示されるように接地側に接続されている。これにより、非励磁状態では、各コイル９は接地ラインを介して互いに短絡される。なお、リレーＲＹ１〜ＲＹ３の常時開接点は開放されており、リレーＲＹ１〜ＲＹ３の励磁状態では各コイル９のステータコイル短絡回路３５側は開放される。
【００２５】
イグニッションＯＦＦ判定回路３３から出力されるオフ判定信号は、イグニッション・オフ位置が判定された場合に所定の高レベル信号として出力され、ステータ位置制御回路３６に入力すると共にダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒを駆動する。また、ハンドルロック判定回路３４から出力されるハンドルロック判定信号は、ステータ位置制御回路３６に入力する。
【００２６】
ステータ位置制御回路３６にあっては、上記したオフ判定信号またはハンドルロック判定信号が入力された場合にステータ６を最も抜いた最大離間位置を目標とする最大離間位置信号をステータ位置駆動回路３７に出力する。ステータ位置駆動回路３７は、その最大離間位置信号に応じたアクチュエータ駆動信号をアクチュエータ１１に出力する。
【００２７】
なお、ステータ位置制御回路３６にあっては、図示されないステータ手動操作部からの操作信号が入力されるようになっていても良い。その操作信号によりステータ位置制御回路３６にてステータ６（コア６ａ）の設定位置（目標位置）を算出し、それに応じた位置制御信号が位置駆動回路３７からアクチュエータ１１に出力され、アクチュエータ１１によりステータ６（コア６ａ）を駆動しかつ上記目標位置で停止状態にする。これにより、上記したようにマグネット５の磁極面とコア６ａのティース突出端面との重なり量（互いに対向する部分の面積；以下、対向面積と称する）が増減し、対向面積を通ることになる磁束が増減するため、モータＭの特性を、対向面積を大きくした場合には低回転・高トルク型とし、対向面積を小さくした場合には高回転・低トルク型とすることができる。
【００２８】
このようにして制御装置が構成されている。なお、図２における各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。
【００２９】
次に、図３のフロー図を参照して本発明に基づく制御要領について以下に示す。まずステップＳＴ１でイグニッションキーの状態を読み込む。イグニッションキーの状態は上記した３位置のいずれかとする。
【００３０】
次のステップＳＴ２ではステップＳＴ１で読み込まれたイグニッションキーの状態がハンドルロック位置であるか否かを判別する。上記回路にあってはハンドルロック判定回路３４からハンドルロック判定信号（高レベル信号）が出力されているか否かとなる。ハンドルロック位置であると判定された場合にはステップＳＴ３に進み、ハンドルロック信号に応じてステータ位置制御回路３６からステータ位置駆動回路３７にステータ６（コア６ａ）を、図１の実線の状態すなわち上記対向面積が最大（例えば重なり量１００％）となるように変位させる制御信号を出力する。
【００３１】
次のステップＳＴ４では全リレーＲＹ１〜ＲＹ３を非励磁状態（＝接点閉）にしてステップＳＴ１に戻る。このステップＳＴ４に進む場合としては、ハンドルロック判定回路３４からハンドルロック判定信号が出力されている場合であり、その場合にはイグニッションＯＮ判定回路３２とイグニッションＯＦＦ判定回路３３とからは各判定信号（高レベル信号）が出力されていないことになる。それにより、全リレーＲＹ１〜ＲＹ３は非励磁状態（＝接点閉）となる。
【００３２】
これにより、ハンドルロック位置であると判定された場合には、ステータ６が完全にマグネット５と対峙した１００％界磁状態となると共に各コイル９間が短絡されるため、モータＭにより最大限の電磁ブレーキ力が発生し得る。そのため、スクーターなどの自動二輪車においてイグニッションキーを抜いて離れた駐車中の車両を盗もうとして押して走行させた場合に、モータＭすなわち駆動輪Ｗに大きな制動力が発生するため、押して行くことが困難になり、盗難防止効果が促進される。なお、モータＭの制動力発生により、駐車状態で坂道など路面の傾斜で動き出してしまうことを防止できる。
【００３３】
また、上記ステップＳＴ２でハンドルロック位置ではないと判定された場合にはステップＳＴ５に進み、そこでイグニッション・オフ位置であるか否かを判別する。イグニッション・オフ位置であると判定された場合にはステップＳＴ６に進み、そこでオフ判定信号に応じてステータ位置制御回路３６からステータ位置駆動回路３７にステータ６（コア６ａ）を、図１の二点鎖線の状態すなわち上記対向面積が最小（例えば重なり量５０％）となるように変位させる制御信号を出力する。
【００３４】
次のステップＳＴ７では全リレーＲＹ１〜ＲＹ３を励磁状態（＝接点開）にしてステップＳＴ１に戻る。このステップＳＴ７に進む場合としては、イグニッションＯＦＦ判定回路３３からオフ判定信号が出力されている場合であり、その場合にはオフ判定信号（高レベル信号）が出力されるため、全リレーＲＹ１〜ＲＹ３は励磁状態（＝接点開）となる。
【００３５】
これにより、イグニッション・オフ位置であると判定された場合には、各コイル９が通常のインバータ２１との接続状態となり、短絡状態からは開放されるため電磁ブレーキ力は発生しない。また、ステータ６がマグネット５に対して最も離間した位置になるためモータＭの界磁が最も弱い状態になり、車両から降りて押しながら走行させる場合にはモータＭの抵抗が減少されるため、取り回し性が容易になると共に静かになる。
【００３６】
また、上記ステップＳＴ５でイグニッション・オフ位置でないと判定された場合にはステップＳＴ８進む。なお、フロー上はイグニッション・オフ位置でないと判定するとしたが、回路上はイグニッションＯＮ判定回路からオン判定信号が出力された場合である。その場合には当然イグニッションＯＦＦ判定回路３３からのオフ判定信号は出力されない。
【００３７】
ステップＳＴ８では、オン判定信号により上記したように全リレーＲＹ１〜ＲＹ３が励磁状態（＝接点開）になるため、通常のＰＷＭ制御によるモータ駆動制御が行われる。なお、オフ判定信号もハンドルロック信号も出力されないことからステータ６は他の信号による自由な制御状態となり、可変界磁制御も任意に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる可変界磁モータの制御装置は、車両のイグニッションキーを抜いたときにモータによるブレーキ力を発生させることができることから、スクーターのみならず軽量の車両における盗難防止効果等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】電気自動車の駆動輪Ｗに適用された例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明に基づく制御要領を示すブロック回路図である。
【図３】本発明に基づく制御要領を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４０】
４ ロータ
５ マグネット
６ ステータ
１１ アクチュエータ
２１ インバータ
２５ イグニッションキー操作部
３２ イグニッションＯＮ判定回路
３３ イグニッションＯＦＦ判定回路
３４ ハンドルロック判定回路
３５ ステータコイル短絡回路
ＥＣＵ 制御回路
Ｍ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石及び複数の電機子コイルの一方が周方向に配設されかつ車輪と連動するように設けられた回転子と、前記複数の磁石及び複数の電機子コイルの他方が周方向に配設された固定子とを備えるモータと、
電源と前記モータとの間で駆動電流を流すように設けられたパワー素子回路と、前記回転子と前記固定子との相対距離を可変にするべく前記回転子と前記固定子とのいずれか一方を前記回転子の回転軸の軸線方向に変位可能にするアクチュエータと、前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御する制御装置とを備える可変界磁モータの制御装置であって、
イグニッションキーの操作位置がイグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置のいずれかを判別するイグニッションキー位置判別手段と、前記複数の電機子コイルを前記パワー素子回路との接続状態または前記パワー素子から切りなされて互いに短絡された短絡状態にするコイル状態切替回路とを有し、
前記制御装置は、
前記イグニッション・オン位置であると判定された場合には前記接続状態にすると共に前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御し、
前記イグニッションキー位置判別手段により前記イグニッション・オフ位置であると判定された場合には前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を最大値とするように制御し、
前記イグニッションキー位置判別手段により前記ハンドルロック位置であると判定された場合には前記短絡状態にすると共に前記回転子と前記固定子との相対距離を最小値とするように制御することを特徴とする可変界磁モータの制御装置。
【請求項２】
前記回転子と前記固定子との相対距離の最小値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について完全に重なった状態になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変界磁モータの制御装置。
【請求項３】
前記回転子と前記固定子との相対距離の最大値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について重なっていない状態になることを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータの制御装置。
【請求項１】
複数の磁石及び複数の電機子コイルの一方が周方向に配設されかつ車輪と連動するように設けられた回転子と、前記複数の磁石及び複数の電機子コイルの他方が周方向に配設された固定子とを備えるモータと、
電源と前記モータとの間で駆動電流を流すように設けられたパワー素子回路と、前記回転子と前記固定子との相対距離を可変にするべく前記回転子と前記固定子とのいずれか一方を前記回転子の回転軸の軸線方向に変位可能にするアクチュエータと、前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御する制御装置とを備える可変界磁モータの制御装置であって、
イグニッションキーの操作位置がイグニッション・オン位置とイグニッション・オフ位置とハンドルロック位置との３位置のいずれかを判別するイグニッションキー位置判別手段と、前記複数の電機子コイルを前記パワー素子回路との接続状態または前記パワー素子から切りなされて互いに短絡された短絡状態にするコイル状態切替回路とを有し、
前記制御装置は、
前記イグニッション・オン位置であると判定された場合には前記接続状態にすると共に前記パワー素子回路を制御すると共に前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を変えて界磁を制御し、
前記イグニッションキー位置判別手段により前記イグニッション・オフ位置であると判定された場合には前記アクチュエータにより前記回転子と前記固定子との相対距離を最大値とするように制御し、
前記イグニッションキー位置判別手段により前記ハンドルロック位置であると判定された場合には前記短絡状態にすると共に前記回転子と前記固定子との相対距離を最小値とするように制御することを特徴とする可変界磁モータの制御装置。
【請求項２】
前記回転子と前記固定子との相対距離の最小値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について完全に重なった状態になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変界磁モータの制御装置。
【請求項３】
前記回転子と前記固定子との相対距離の最大値は、前記磁石の磁極面と、前記固定子の前記磁極面に対峙する対峙面とが、前記回転子の回転軸の軸線方向について重なっていない状態になることを特徴とする請求項１に記載の可変界磁モータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２１３３１６（Ｐ２００９−２１３３１６Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５７５３（Ｐ２００８−５５７５３）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
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