説明

車両の駆動システム

車両用電気駆動システム。前記駆動システムは、前記車両の少なくとも一つの車輪に電気モーターを含み、前記電気モーターは前記車両の前記車輪に関連するブレーキディスクの回転トルクを誘導するよう適合された電界源から構成される。他の形状では、車両の車輪にトルクを与える方法が提供され、前記車輪は機械的に関連するブレーキディスクロータを有し、前記方法は前記ロータをモーターロータとして利用し、それによって前記ロータはディスクブレーキおよびモーターロータの二重機能を実行する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の電気駆動システム、より詳細には、統合駆動、回生制動、および操縦系統に関する。
【背景技術】
【0002】
内部燃焼エンジンに大きく頼る輸送システムの代わりになるものの探求は、電気自動車およびハイブリッド車への新たな関心に見られる。車両使用のために適用される電気モーターの構造は多く知られているが、しかし、一つ以上のモーターと供車間で、専用の駆動系が頻繁に要求される。
【0003】
既知のシステムの他の欠点は、アンチロックブレーキング、トラクションコントロール、クルーズコントロールなど、近代的で安全、および便利な車両コントロールの様相を組み込んだ統合システムは、通常提供されないことである。
【0004】
本発明の目的は、上記のいくつかの欠点を検討または改善することである。
【0005】
注意:
1.“構成する”(およびその文法的な変化形)という語は、本明細書の中で“有する”または“含まれる”の意味を含んで使用され、および“その構成のみ”を排他的に意味するものではない。
2.上記の本発明の背景技術の考察は、本文中で考察されたいずれの情報も、先行技術またはいずれの国の同業者に共通する一般的な知識の一部であることの承認ではない。
【発明の開示】
【0006】
従って、本発明の一つの広義の形状では、車両の電気駆動システムが提供される。前記駆動システムは、少なくとも一つの前記車両の車輪の電気モーターを含み、前記電気モーターは、前記車両の車輪に関連するブレーキディスクの回転トルクを誘導するのに適合される電界源から構成される。
【0007】
前記モーターは、対の電磁石コイルの形状の電界源を含み、対応する前記対のコイルはそれぞれ、前記車輪の前記ブレーキディスクの相対する側に配置されることが好ましい。
【0008】
前記電磁石コイルは可変周波数交流電流が備わり、前記交流電流は、バッテリー電源からインバータを経由して提供されることが好ましい。
【0009】
従って、さらに広義の本発明の形状では、車両の電気駆動システムが提供され、前記駆動システムは前記車両の車輪のそれぞれに電気モーターを含み、前記電気モーターはそれぞれ、前記車両の車輪それぞれのブレーキディスクに回転トルクを提供するのに適合される。
【0010】
前記モーターはそれぞれ対の電磁石コイルの電界源を含み、対応する前記対のコイルはそれぞれ、前記車輪の前記ブレーキディスクの相対する側に配置されることが好ましい。
【0011】
前記電磁石コイルは可変周波数の三位相の交流電流が備わり、前記交流電流はバッテリー電源からのインバータを経由して提供されることが好ましい。
【0012】
電気モーターはそれぞれ、マイクロプロセッサ制御のインバータによって、前記可変周波数の三位相の交流電流が個別に提供されることが好ましい。
【0013】
前記ブレーキディスクは、好ましくはディスクブレーキシステムの標準ブレーキディスクであり、前記ブレーキディスクは前記車両のそれぞれの車輪のハブに取り付けられる。
【0014】
前記ブレーキディスクは、かご形を形成する半径範囲を含む、銅またはアルミニウムのラダーバーを有するトロイダル積層核から構成されることが好ましい。
【0015】
前記対のコイルは直列または並列で接続され、前記コイルは同じ相に前記三位相の交流電流が提供されることが好ましい。
【0016】
前記対のコイルは、好ましくは三つの対のコイルから構成され、前記コイルは前記ブレーキディスクの孤内に配置される。
【0017】
前記モーターは標準の油圧ディスクブレーキキャリパーを交換するのに適合されることが好ましい。
【0018】
前記モーターは、好ましくは前記油圧ディスクブレーキキャリパーと同様の容量であり、前記モーターは前記油圧ディスクブレーキキャリパーの取り付け部分に取り付けるよう適合される。
【0019】
前記車輪の回転速度および方向は、前記可変周波数および三位相の交流電流の機能であることが好ましい。
【0020】
前記モーターの回転トルクの方向は、前記三位相の交流電流の二つの位相が第一相の構造に配されるとき、車両を第一前進方向に促すことが好ましい。
【0021】
前記モーターの前記車輪の回転速度および方向は、前記三位相の交流電流の前記二つの相が第一相の構造に配されるとき、反転されることが好ましい。
【0022】
前記車両の制動は、前記可変周波数が前記回転速度と同等周波数より少なくなるときに誘導されることが好ましい。
【0023】
前記制動は、前記バッテリー電源を再充電するのに適合された再生式であることが好ましい。
【0024】
第一可変制動力は、前記回転方向が前記相と同等である一方、しかし前記可変周波数は前記車輪の前記回転速度に同等と0Hzの間である、前記ブレーキディスクに適合されることが好ましい。
【0025】
第二の可変制動力は、前記回転方向が前記二つの相の配置によって示された物と反対になるとき、および前記可変周波数が0Hzより大きくなるとき、前記ブレーキディスクに適用されることが好ましい。
【0026】
前記第一可変制動力および前記第二可変制動力は、前記車両のブレーキペダルに接続されたポテンショメーターにより制御されることが好ましい。
【0027】
それぞれの車輪の前記回転速度は、センサーによって監視されることが好ましい。
【0028】
前記マイクロプロセッサはそれぞれ、前記センサーが異種の回転速度を記録するとき、アンチロックブレーキ特性を前記第二可変制動力に適用するよう適合されることが好ましい。
【0029】
前記車両のステアリング角度はセンサーによって監視されることが好ましい。
【0030】
前記マイクロプロセッサはそれぞれ、それぞれの車輪の回転速度および前記ステアリング角度を監視するセンサーからの入力機能として、前記車両の相対する側の車輪に異なる回転トルクを適用するのに適合されることが好ましい。
【0031】
さらに本発明の広義の形状では、トルクを車両の車輪に与える方法が提供される。前記車輪は機械的に関与するブレーキディスクロータを有し、前記方法は、前記ロータをモーターロータとして利用し、それによって前記ロータはディスクブレーキおよびモーターロータの二重機能を実行することから構成される。
【0032】
さらに本発明の広義の形状では、可変周波数の三位相交流電流を前記ブレーキディスクに適用することにより、回転トルクを車両のブレーキディスクに与える方法が提供される。
【0033】
前記可変の三位相交流電流は、前記ブレーキディスクそれぞれに取り付けられたコイルに提供されることが好ましい。
【0034】
前記可変の三位相交流電流は、マイクロプロセッサ制御のIGBTインバータを経由してバッテリー電源から提供されることが好ましい。
【0035】
前記電気モーターは回生制動を提供するのに適合されることが好ましく、前記回生制動は前記バッテリー電源を充電させるよう適合される。
【0036】
前記方法は、
(a)前記車輪それぞれの回転速度を監視
(b)ブレーキディスクに入力する回転トルクを、前記回転速度の機能として変更
のステップを含むことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0037】
最良の形態では、本発明は独立した直流駆動および制動を車両の車輪のそれぞれに与えることの可能な車輪搭載の電気モーターを提供する。このモーターは単一システムに、四輪駆動、トラクションコントロール、回生制動、渦電流制動、アンチロック制動、車両安定制御、および電気制動力配分(ブレーキバイアス)を提供することが可能である。このシステムはまた、インテリジェント・クルーズコントロールおよび衝突防止も内蔵することが可能である。
【実施例1】
【0038】
車両搭載モーターは線型誘導モーター原理に基づく。この場合、三位相交流電流は回転運動を発生させるためディスクに誘導される。図1から3を参照して、車両駆動システムのモーター10のこの好適な実施例中のディスクまたはロータ12は、車両のそれぞれの車輪内の車輪ハブ(図示せず)それぞれに包囲された標準位置に取り付けられた、標準モーター車両ブレーキディスクであることが可能である。複数のコイルA、BおよびCは空隙によって分けられたブレーキディスクのそれぞれの側に面して取り付けられる。三位相交流誘導モーター原理は、三位相移動交流電流を有する電気モーターの外周に巻きつけられた銅ワイヤーを、電子エネルギーを回転トルクに変換するモーターロータ内の渦電流を誘導するコイルに適用することで、既知である。
【0039】
本発明の好適な実施例によるこの車両搭載電気モーター10に、少なくとも3対の電磁石コイルA、BおよびCが、電気エネルギーを回転トルクに変換するため三位相渦電流をブレーキディスク12に誘導するよう、使用されることが可能である。3つのコイルは、ディスクによって分けられた互いに面するディスクのそれぞれの側に取り付けられることが好ましい。図1および2の6つのコイルの配置で、互いに直面する対のコイルは、通常同じ位相に直列または並列で接続される。比較的少ない数のコイルが使用され、またそのためモーターはディスクの円周360度の周囲に多くのコイルを取り付けられないので、モーター10の寸法は油圧ディスクブレーキキャリパーと比べて小型であることが可能である。通常、ディスク円周の半分未満が、常にコイルの誘導範囲内にある。従ってこの電気モーター10は、ブレーキおよび駆動トルクをそれぞれの車輪に与える、同様の取り付けつまみおよびボルトを使用する車両の、油圧ディスクブレーキキャリパーの位置を変更することができる。
【0040】
可変の交流電流、この場合最高336ボルトが、マイクロプロセッサ制御のIGBTインバータ16によって、DCバッテリー電源14から三位相波形でコイルに提供される。マイクロプロセッサ制御内のファームウェアは、スイッチタイミング、およびバッテリー電源からの直流電流を車両搭載ブレーキディスクに面した電磁石コイルが提供される三位相交流電流に可変周波数で変換する、IGBTインバータの構造を制御する。
【0041】
車輪速度に直接比例するモーター速度は、交流電流波形周波数を変換することにより変えられる。0Hz(周波数/秒)は0モーター速度を表す。周波数が上昇すると、スロットルペダル入力に反応する車両加速のモーター速度および提供トルクが上昇する。加速されると、周波数の減少が回生制動トルクを提供する。ブレーキペダル入力による要求に従った、モータースピードとインバータ周波数の違いが大きくなると、回生制動トルクがより大きくなり、および再生電流フローはバッテリー電源を充電するよう戻る。規定の地点まで上昇されたブレーキペダル入力は、周波数を0Hzに減少させ、再生電流を停止し、およびモーターを停止させるDC直流電流の適用を引き起こす。より大きな制動力を車輪モーターに適用するためのさらなるブレーキペダル入力の上昇は、二相を交換することにより結果として三位相交流電流信号が逆流され、および上昇された周波数は、モーターの最高トルクと同等まで上げた渦電流制動を提供するよう適用される。モーターを逆転するために同じ二つの相を変換することにより、車両逆転も提供される。アンチロックブレーキ機能は再生周波数の間の範囲の高スピードの周波数変調、車輪スピードセンサー入力および他のパラメータに反応する、DCおよび渦電流ブレーキ周波数を提供する。ブレーキ変調はマイクロプロセッサ周波数により1秒に50,000回以上調整される。
【0042】
図3に示されたように、車両搭載モーターにそれぞれ専用のIGBTインバータが備わる場合、モータートルクはそれぞれのモーターから独立して規制される。車輪がそれぞれ、アンチロックブレーキングシステムに一般的に使用される典型的なホール効果センサーのような車輪スピードセンサーを有するとき、これは、駆動および制動アプリケーションにアンチスリップトラクションを促す閉ループフィードバックを提供する。複数軸加速度計入力をマイクロプロセッサに追加すると、高性能非常制動アルゴリズムに加えて高性能横安定性制御が実装されることが可能である。マイクロプロセッサに入力するため、車両の前面に取り付けられたソーナー/レーダーなどの距離測定装置を追加すると、インテリジェント・クルーズコントロールに、後続車との間に要求された、選択された接近に基づく優れたブレーキおよび加速度計制御が実装されることが可能になり、および非常ブレーキの速度計と衝突防止アルゴリズム入力との併用が可能である。ステアリング車輪角度入力をマイクロプロセッサに追加すると、車両に安定性アルゴリズムの入力、および、制動または駆動モード、または再生トルクをそれぞれの車輪モーターに個別に適用された周波数を調節することによって、コーナリングの間の車輪の内側と外側の間のスピード差異を変える強化されたコーナリング性能のために、加速度計入力に沿った第一入力が提供されることが可能である。
【実施例2】
【0043】
このさらに好適な実施例では、車両駆動システムは再び、車両の車輪それぞれの電気モーター、制御システム、および電源から構成される。バッテリー電源によって供給されるDC電源は、マイクロプロセッサに制御される別々のIGBTインバータを経由して、それぞれ個別の車輪モーターに周波数変調された交流電流として供給されることが好ましい。
【0044】
この実施例ではまた、マイクロプロセッサは、車輪回転、回転差動、加速度計、およびブレーキペダル状態とステアリング車輪角度を監視する、様々なセンサー入力を受け入れるよう適合される。他に、クルーズコントロール設定および衝突防止手段の入力も含まれる。
【0045】
それぞれの車輪の電気モーターは、固定子が180度カーブされ、および電磁石誘導をロータディスクに軸方向磁束で形成する、両面の線誘導モーターとして説明され得る。この実施例では、固定子核は積層化され、および2つの180度の孤を形成するため半分に切られた積層鋼のトロイダル巻き線から作られることが可能である。コイル巻き線は、積層核の中にあるスロットに設置される。
【0046】
前述のように、ディスクはそれぞれの車輪の車輪ハブの標準位置に取り付けられた、標準の鋳鉄モーター車両ブレーキディスクであり得る。しかし、最高効率を得るために、標準ブレーキディスクは、かご形を形成する範囲の直径を含む銅またはアルミニウムのラダーバーによるトロイダル積層核を内蔵するディスクに交換され得る。
【0047】
図4を参照して、上記の配置の基本の電気回路図が示される。この場合、ロータ12はモーター10の一部を形成する。より詳細には、ディスクブレーキロータ12はモーター10のロータを形成する。コイル50および51は、図4の断面図に示されるように、ブレーキディスク13に対し、相対する関係で設置される。適切な駆動波形がパワーエレクトロニクスユニット52からコイル50、51に適用され、それによって、ディスクブレーキロータが付着された車両の車輪(図示せず)のポジティブ駆動、別の方法では、同じ車輪へのポジティブ制動のどちらかの目的のために、トルクをブレーキディスク12に誘導することになる。ロータ12は本明細書の中に前述されたいずれの形状も取り得る。同様に、コイル50、51は前記実施例のいずれかに関して記述されたように配置されることが可能である。
【0048】
パワーエレクトロニクス52はマイクロプロセッサ54からの制御信号53によって駆動される。マイクロプロセッサ54はI/Oユニット55からの入力を導く。制御入力は前記のように車輪からのセンサー入力56を含み、かつ/またエンジンコントローラ56からの入力(特にガソリン/電気などハイブリッドシステムの場合)を含むことが可能である。再び前記のように、ブレーキペダル位置58もまた、入力になることが可能である。
【0049】
通常プログラムは、パワーエレクトロニクス52の適切な制御効果のため、マイクロプロセッサ54に指示を与えるためにメモリ57に備わる。
【産業上の利用可能性】
【0050】
当然のことながら、上記に説明されたシステムは車両のための非常に柔軟な駆動システムを提供する。
【0051】
車両の車輪それぞれに個別に制御された電気モーターの使用により、駆動および制動トルク、アンチロックブレーキング、クルーズおよびトラクションコントロールの様々な機能を提供する、高機能の電子入力の使用が可能になる。追加的な特徴は、本発明の駆動システムは、全てのディスクブレーキ自動車シャシの標準サスペンションにレトロフィットされることが可能である。
【0052】
上記に説明された実施例は、サスペンション、およびブレーキディスクが車輪ハブに取り付けられた制動システムに向けられているが、本発明のモーターおよび駆動システムは、インボードディスクブレーキシステムのディスクに適用されるものと同等であり得ることが理解される。
【0053】
同様に、主となる実施例が全輪駆動純バッテリー/電気システムに関する一方、原理はハイブリッドカーまたはディーゼル/電気システムに適用されることが可能である。さらに、いくつかの車輪のみ駆動を有することもまた、考慮される。例として、自動車の2つの前輪または2つの後輪のみに有するいくつかの適用で、差し支えない。二輪車の場合は、一つまたは両方の車輪が駆動され得る。
【0054】
本発明のいくつかの実施例について記述したが、および、本発明の範囲および精神から逸脱しない範囲で同業者によって変更がなされ得ることは、明白である。
【図面の簡単な説明】
【0055】
本発明の実施例はここで、追随する図の参照により説明される。
【0056】
【図1】本発明の好適な実施例による電気モータードライブおよびブレーキユニットの略側面図である。
【図2】図1による電気モータードライブおよびブレーキユニットの略斜視図である。
【図3】駆動システムの主要構成材を車両に適用した略図である。
【図4】本発明の実施例による、モータードライブおよびブレーキユニットの一つの可能な実装の電気的図式である。
【符号の説明】
【0057】
10モーター
12ディスク(ロータ)
13ブレーキディスク
14バッテリー電源
16IGBTインバータ
50コイル
51コイル
52パワーエレクトロニクスユニット
53制御信号
54マイクロプロセッサ
55I/Oユニット
56センサー入力
56エンジンコントローラ
57メモリ
58ブレーキペダル位置
Aコイル
Bコイル
Cコイル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動システムは、車両の車輪それぞれに電気モーターを含み、前記電気モーターはそれぞれ、それぞれの前記車両の車輪のブレーキディスクに回転トルクを与えるよう適合される、車両用の電気駆動システム。
【請求項2】
前記モーターはそれぞれ対の電磁石コイルから構成され、対応する前記対のコイルのうち一つは前記車輪のブレーキディスクの反対側に配置される、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記電磁石コイルは可変周波数の三位相交流電流が提供され、前記交流電流はバッテリー電源からインバータを経由して提供される、請求項2に記載のシステム。
【請求項4】
電気モーターはそれぞれ、マイクロプロセッサ制御のインバータによって前記三位相交流電流を個別に供給される、請求項1から3のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項5】
前記ブレーキディスクはディスクブレーキシステムの標準のブレーキディスクであり、前記ブレーキディスクは前記車両の車輪それぞれのハブに取り付けられる、請求項1から4のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項6】
前記ブレーキディスクは、かご形を形成する半径方向の範囲内に含有された銅またはアルミニウムラダーバーのトロイダル積層核から構成される、請求項1から4のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項7】
前記対のコイルは直列または並列に接続され、前記コイルは同じ相に三位相交流電流が供給される、請求項2から6のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項8】
前記対のコイルは三対のコイルであり、前記コイルは前記ブレーキディスクの孤の範囲内に設置される、請求項2から7のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項9】
前記モーターは標準の油圧ディスクブレーキキャリパーに交換できるよう適合された、請求項1から8のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項10】
前記モーターは前記油圧ディスクブレーキキャリパーの容量と同等であり、前記モーターは前記油圧ディスクブレーキキャリパーの取り付け位置に取り付けるよう適合された、請求項9に記載のシステム。
【請求項11】
前記車両のそれぞれの回転速度および方向は、前記可変の周波数および前記三位相交流電流の相の機能を持つ、請求項3から10のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項12】
前記モーターの回転トルクの方向は、前記三位相交流電流の二つの相が第一位相構成に配置されるとき、前記車両を第一前進方向に促す、請求項3から11のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項13】
前記モーターの回転トルクの前記方向は、前記三位相交流電流の二つの相が第二位相構成に配置されるとき、逆転される、請求項3から12のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項14】
前記車両の制動は、前記可変の周波数が前記回転速度と同等周波数より少なくなるときに誘導される、請求項11から13のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項15】
前記制動は前記バッテリー電源を再充電するよう適合されて再生できる、請求項14に記載のシステム。
【請求項16】
第一の可変の制動力は、前記回転方向が前記相と同等で、しかし前記可変周波数が前記車輪の前記回転速度に同等と0Hzの間であるとき、前記ブレーキディスクに適用される、請求項11から15のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項17】
第二の可変の制動力は、前記回転方向が前記二つの相の配置によって示されたものと反対であるとき、および前記可変周波数が0Hzより大きくなるとき、前記ブレーキディスクに適用される、請求項11から16のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項18】
前記第一の可変の制動力および前記第二の可変の制動力は、前記車両のブレーキペダルに接続されたポテンショメーターを通して制御される、請求項16または17に記載のシステム。
【請求項19】
車輪それぞれの前記回転速度はセンサーによって監視される、請求項11から18のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項20】
前記マイクロプロセッサはそれぞれ、前記センサーが異種の回転速度を記録するとき、前記第二の可変の制動力にアンチロックブレーキング特性を適用するよう適合された、請求項17から19のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項21】
前記車両のステアリング角度はセンサーによって監視される、請求項1から20のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項22】
前記マイクロプロセッサはそれぞれ、それぞれの車輪の回転速度および前記ステアリング角度を監視するセンサーからの入力機能として、前記車両の相対する側の車輪に異なる回転トルクを適用するよう適合された、請求項19から21のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項23】
前記ブレーキディスクに可変周波数三位相交流電流を適用することによって、回転トルクを車両のブレーキディスクに提供する、方法。
【請求項24】
前記可変の三位相交流電流は、前記ブレーキディスクそれぞれに取り付けられたコイルに提供される、請求項23に記載の方法。
【請求項25】
前記可変の三位相交流電流は、マイクロプロセッサ制御のIGBTインバータを経由してバッテリー電源から提供される、請求項23または24に記載の方法。
【請求項26】
前記電気モーターは回生制動を提供するよう適合され、前記回生制動は前記バッテリー電源を充電するよう適合された、請求項24または25に記載の方法。
【請求項27】
前記方法は、
前記車輪それぞれの回転速度を監視、
前記回転速度の機能としてブレーキディスクへの回転トルク入力を変更、
のステップを含む、請求項23から26のいずれか一つに記載の方法。
【請求項28】
車両の車輪にトルクを与え、前記車輪は機械的に関連するブレーキディスクロータを有し、前記方法は前記ロータをモーターロータとして使用し、それによって前記ロータはディスクブレーキおよびモーターロータの二重機能を実行することから構成される、方法。
【請求項29】
前記駆動システムは前記車両の少なくとも一つの車輪に電気モーターを含み、前記電気モーターは前記車両の前記車輪に関連するブレーキディスクの回転トルクを誘導するよう適合された電界電源から構成される、車両の電気駆動システム。
【請求項30】
前記モーターは対の電磁石コイルを形成する電界電源を含み、前記対の電磁石コイルの対応する一つは、前記車輪の前記ブレーキディスクの反対側に配置される、請求項29に記載のシステム。
【請求項31】
前記電磁石コイルは可変周波数の交流電流が備わり、前記交流電流はバッテリー電源からインバータを経由して提供される、請求項29または30に記載のシステム。
【請求項32】
請求項29に記載され、および上文に添付の図に示された参照とともに詳細に記述された、車両の駆動システム。
【請求項33】
請求項28に記載され、および上文に添付の図に示された参照とともに詳細に記述された、駆動車輪のトルクを誘導する方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2009−515499(P2009−515499A)
【公表日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−539190(P2008−539190)
【出願日】平成18年11月9日(2006.11.9)
【国際出願番号】PCT/AU2006/001665
【国際公開番号】WO2007/053889
【国際公開日】平成19年5月18日(2007.5.18)
【出願人】(508120662)エヴァンズ エレクトリック ピーティワイ リミテッド (1)
【Fターム(参考)】