電気自動車
【課題】 モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る電気自動車を提供する。
【解決手段】 電気自動車において、車輪２を駆動するモータ６は、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段９５と、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段Ｅｓを設けた。
【解決手段】 電気自動車において、車輪２を駆動するモータ６は、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段９５と、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段Ｅｓを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータの性能低下や故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、高効率性能を有するネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。
また、従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車に用いられるモータ、特にネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータでは、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータ内での発電現象によるブレーキ力が生じる。特に、車両が高速走行している場合には、モータは高速回転状態にあり、その状況下でモータコイルの短絡異常が起こった場合には、車両が急激に走行不能に陥る等走行上問題がある。
さらに、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータの回転により常時ブレーキがかかる状態となるため、外部車両による牽引による車両移動も容易にできないといった問題もある。
【０００５】
この発明の目的は、モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車において、前記モータ６は、３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイル７８の短絡異常を検出する短絡異常監視手段９５と、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する異常時切断手段Ｅｓを設けたことを特徴とする。
【０００７】
３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータコイルに流れる電流値が異常に高くなり、モータの回転に急制動が作用する。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。異常時切断手段Ｅｓは、短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータの回転に急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ回転数が不所望に高回転となることを確実に防止できる。インバータ１とモータ６間で３相とも切断した場合にも、短絡異常によるモータ制動を回避することはできない。モータコイル短絡によって、モータロータに永久磁石がある場合モータコイル内で起電圧が発生し、これによって、コイルに電流が流れてしまうからである。なお、上記の短絡異常は、完全に短絡した場合に限らず、電流の短絡流れがある程度以上に発生した場合を言う。ある程度以上であるか否かは、適宜に閾値を定めて判定すれば良い。
【０００８】
前記短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断するものであっても良い。
前記短絡異常監視手段９５は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断するものであっても良い。モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高いと、モータ６が短絡していると推定される。また、3相の供給電流間のばらつきによって判断してもよい。前記「閾値」は、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値を求める。このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値を閾値とする等、適宜に定めればよい。
【０００９】
前記異常時切断手段Ｅｓは、リレーまたは電子スイッチであっても良い。この場合、各モータコイル７８の一端にリレーまたは電子スイッチを介して各配線を接続する。各モータコイル７８の他端をインバータ３１に接続する。
【００１０】
前記短絡異常監視手段９５を、前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けても良い。短絡異常監視手段９５をインバータ装置２２に設けた場合、モータ６に近い部位で検出するため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
【００１１】
前記インバータ装置２２に短絡異常監視手段９５が設けられたものであって、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵ２１に短絡異常の異常発生情報を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けたものであっても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２における短絡異常監視手段９５により、モータコイル７８の短絡異常を検出したとき、ＥＣＵ２１に短絡異常の異常発生情報を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。特に、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。
しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１４】
前記モータ６が高効率性能を有するネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであっても良い。この場合、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータを用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、前記モータは、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段と、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されると、前記中性点から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段を設けたため、モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】（Ａ）は、同電気自動車のモータの回路構成例を示す概略図、（Ｂ）は、各モータコイルと異常時切断手段とが接続された概念図である。
【図４】（Ａ）は、同モータの３相のモータコイルとインバータとの接続を概略示す図、（Ｂ）は各モータコイルの一端が異常時切断手段にそれぞれ接続された例を示す概略図である。
【図５】モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す図である。
【図６】電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図７】図６のVII-VII 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図９】図８の部分拡大断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図９と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１８】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１９】
図６に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図６）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００２０】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２１】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２２】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２３】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２４】
図７は、モータの断面図（図６のVII-VII 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２５】
図６に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。
【００２６】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図８のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２７】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２８】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２９】
図９に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００３０】
図６において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３１】
制御系を説明する。図１に示すように、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３２】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３３】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３４】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３５】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３６】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３７】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３８】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次の短絡異常監視手段９５、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。また、モータ６に後述の異常時切断手段Ｅｓを設けている。
短絡異常監視手段９５は、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を検出するものである。この短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各相毎の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断する。具体的には、短絡異常監視手段９５は、判定部３９と、制御部４０とを有する。
【００３９】
ここで図５は、モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す図である。判定部３９は、モータ６に流す３相のうちの各相モータ電流値を電流検出手段３５から得て、モータ印加電圧に対して３相のモータ電流値の少なくともいずれか１つが定められた閾値よりも大きいか否かを判定する。モータ印加電圧に対してモータ電流値の基準値が一義的に定められる。前記閾値は、例えば、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値の基準値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値を求める。このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値を閾値とする。
【００４０】
図２に示すように、制御部４０は、判定部３９よりモータ電流値が閾値を超えたと判定したときに、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１（図３（Ａ））から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。なお図３（Ｂ）は、各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続された概念図であり、具体的には以下の図４のように各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続される。
図４（Ａ）は、モータ６の３相のモータコイル７８とインバータ３１との接続を概略示す図であり、図４（Ｂ）は、各モータコイル７８の一端が異常時切断手段Ｅｓにそれぞれ接続された例を示す概略図である。モータ６は、３相のモータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータである。
【００４１】
３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各モータコイル７８の巻線の一端Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに、それぞれ異常時切断手段Ｅｓであるリレーを介して各配線を接続し、３相毎の各モータコイル７８の他端Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂをそれぞれインバータ３１に接続している。リレーは、この例では、図４（Ｂ）に示すように、通常時、３つ全てのリレー接点が閉じられているいわゆるノーマルクローズのリレーが適用され、短絡異常時に制御部４０からの指令を受けて、３つ全てのリレー接点を開くようになっている。なお、図４（Ａ）の例では、モータ６において、一つの電極Ｕ，Ｖ，Ｗのみを表しているが、この電極Ｕ，Ｖ，Ｗを円周方向に沿って整数倍設けた場合には、それぞれの電極に巻回される各モータコイル７８の巻線の一端が、相毎に並列接続または直列接続されて異常時切断手段Ｅｓに繋がっている。
【００４２】
図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により短絡異常と判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力された短絡異常の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００４３】
作用効果について説明する。
３相の同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高くなり、不所望なモータ回転数となる。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。短絡異常監視手段９５のうち判定部３９は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断する。制御部４０は、判定部３９の判断に基づき、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。異常時切断手段Ｅｓは、この制御部４０からの指令に基づき、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、不所望なモータ回転数となることを防ぐことができる。また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４４】
また、判定部３９がモータコイル７８の短絡異常ありと判断したときは、異常表示手段４２により、運転席の表示装置２７に、短絡異常である旨を知らせる表示を行わせるようにしたため、運転者は、その短絡異常を直ぐに認識することができて、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
短絡異常監視手段９５をインバータ装置２２に設けたため、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４５】
モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであるため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータ６を用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【００４６】
図１０に示すように、短絡異常監視手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。異常時切断手段Ｅｓは、リレー以外の電子スイッチを用いても良い。この場合、モータ６の中性点Ｐ１を電子スイッチにより物理的に破壊することで、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を切断することができる。
【符号の説明】
【００４７】
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…短絡異常監視手段
Ｅｓ…異常時切断手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータの性能低下や故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、高効率性能を有するネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。
また、従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車に用いられるモータ、特にネオジウム系磁石を使ったＩＰＭ型のモータでは、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータ内での発電現象によるブレーキ力が生じる。特に、車両が高速走行している場合には、モータは高速回転状態にあり、その状況下でモータコイルの短絡異常が起こった場合には、車両が急激に走行不能に陥る等走行上問題がある。
さらに、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータの回転により常時ブレーキがかかる状態となるため、外部車両による牽引による車両移動も容易にできないといった問題もある。
【０００５】
この発明の目的は、モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車において、前記モータ６は、３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイル７８の短絡異常を検出する短絡異常監視手段９５と、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する異常時切断手段Ｅｓを設けたことを特徴とする。
【０００７】
３相の各モータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータコイルに流れる電流値が異常に高くなり、モータの回転に急制動が作用する。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。異常時切断手段Ｅｓは、短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されると、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータの回転に急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ回転数が不所望に高回転となることを確実に防止できる。インバータ１とモータ６間で３相とも切断した場合にも、短絡異常によるモータ制動を回避することはできない。モータコイル短絡によって、モータロータに永久磁石がある場合モータコイル内で起電圧が発生し、これによって、コイルに電流が流れてしまうからである。なお、上記の短絡異常は、完全に短絡した場合に限らず、電流の短絡流れがある程度以上に発生した場合を言う。ある程度以上であるか否かは、適宜に閾値を定めて判定すれば良い。
【０００８】
前記短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断するものであっても良い。
前記短絡異常監視手段９５は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断するものであっても良い。モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高いと、モータ６が短絡していると推定される。また、3相の供給電流間のばらつきによって判断してもよい。前記「閾値」は、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値を求める。このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値を閾値とする等、適宜に定めればよい。
【０００９】
前記異常時切断手段Ｅｓは、リレーまたは電子スイッチであっても良い。この場合、各モータコイル７８の一端にリレーまたは電子スイッチを介して各配線を接続する。各モータコイル７８の他端をインバータ３１に接続する。
【００１０】
前記短絡異常監視手段９５を、前記インバータ装置２２または前記ＥＣＵ２１に設けても良い。短絡異常監視手段９５をインバータ装置２２に設けた場合、モータ６に近い部位で検出するため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
【００１１】
前記インバータ装置２２に短絡異常監視手段９５が設けられたものであって、この短絡異常監視手段９５で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵ２１に短絡異常の異常発生情報を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けたものであっても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２における短絡異常監視手段９５により、モータコイル７８の短絡異常を検出したとき、ＥＣＵ２１に短絡異常の異常発生情報を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。特に、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。
しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１４】
前記モータ６が高効率性能を有するネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであっても良い。この場合、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータを用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、前記モータは、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段と、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されると、前記中性点から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段を設けたため、モータコイルの短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】（Ａ）は、同電気自動車のモータの回路構成例を示す概略図、（Ｂ）は、各モータコイルと異常時切断手段とが接続された概念図である。
【図４】（Ａ）は、同モータの３相のモータコイルとインバータとの接続を概略示す図、（Ｂ）は各モータコイルの一端が異常時切断手段にそれぞれ接続された例を示す概略図である。
【図５】モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す図である。
【図６】電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図７】図６のVII-VII 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図９】図８の部分拡大断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態に係る電気自動車のＥＣＵ等の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図９と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１８】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１９】
図６に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図６）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００２０】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２１】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２２】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２３】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２４】
図７は、モータの断面図（図６のVII-VII 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２５】
図６に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。
【００２６】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図８のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２７】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２８】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２９】
図９に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００３０】
図６において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３１】
制御系を説明する。図１に示すように、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３２】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３３】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３４】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３５】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３６】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３７】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３８】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次の短絡異常監視手段９５、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。また、モータ６に後述の異常時切断手段Ｅｓを設けている。
短絡異常監視手段９５は、モータ６のモータコイル７８の短絡異常を検出するものである。この短絡異常監視手段９５は、インバータ３１からモータ６への３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各相毎の供給電流計測値から、モータコイル７８の短絡異常が発生したか否かを判断する。具体的には、短絡異常監視手段９５は、判定部３９と、制御部４０とを有する。
【００３９】
ここで図５は、モータ印加電圧とモータ電流値との関係を示す図である。判定部３９は、モータ６に流す３相のうちの各相モータ電流値を電流検出手段３５から得て、モータ印加電圧に対して３相のモータ電流値の少なくともいずれか１つが定められた閾値よりも大きいか否かを判定する。モータ印加電圧に対してモータ電流値の基準値が一義的に定められる。前記閾値は、例えば、実験、シミュレーション等によりモータ印加電圧に対するモータ電流値の基準値を求めておき、モータコイル７８の短絡異常が発生したときのモータ電流値を求める。このモータ電流値に例えば安全係数を見込んだ値を閾値とする。
【００４０】
図２に示すように、制御部４０は、判定部３９よりモータ電流値が閾値を超えたと判定したときに、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１（図３（Ａ））から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。なお図３（Ｂ）は、各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続された概念図であり、具体的には以下の図４のように各モータコイル７８と異常時切断手段Ｅｓとが接続される。
図４（Ａ）は、モータ６の３相のモータコイル７８とインバータ３１との接続を概略示す図であり、図４（Ｂ）は、各モータコイル７８の一端が異常時切断手段Ｅｓにそれぞれ接続された例を示す概略図である。モータ６は、３相のモータコイル７８の一端が中性点Ｐ１で接続されるスター結線により結線された同期モータである。
【００４１】
３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各モータコイル７８の巻線の一端Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに、それぞれ異常時切断手段Ｅｓであるリレーを介して各配線を接続し、３相毎の各モータコイル７８の他端Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂをそれぞれインバータ３１に接続している。リレーは、この例では、図４（Ｂ）に示すように、通常時、３つ全てのリレー接点が閉じられているいわゆるノーマルクローズのリレーが適用され、短絡異常時に制御部４０からの指令を受けて、３つ全てのリレー接点を開くようになっている。なお、図４（Ａ）の例では、モータ６において、一つの電極Ｕ，Ｖ，Ｗのみを表しているが、この電極Ｕ，Ｖ，Ｗを円周方向に沿って整数倍設けた場合には、それぞれの電極に巻回される各モータコイル７８の巻線の一端が、相毎に並列接続または直列接続されて異常時切断手段Ｅｓに繋がっている。
【００４２】
図２に示すように、異常報告手段４１は、判定部３９により短絡異常と判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、異常報告手段４１から出力された短絡異常の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００４３】
作用効果について説明する。
３相の同期モータにおいて、モータ回転時、モータコイル７８の短絡異常が発生すると、モータ印加電圧に対してモータ電流値が異常に高くなり、不所望なモータ回転数となる。そこで、短絡異常監視手段９５は、常時モータコイル７８の短絡異常を監視する。短絡異常監視手段９５のうち判定部３９は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイル７８の短絡異常が発生したと判断する。制御部４０は、判定部３９の判断に基づき、異常時切断手段Ｅｓに対し、モータコイル７８の中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断するように指令を行う。異常時切断手段Ｅｓは、この制御部４０からの指令に基づき、前記中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断する。このようにモータコイル７８の短絡異常を常時監視することで、モータ６の短絡異常を早期に検知し、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を電気的に切断することで、不所望なモータ回転数となることを防ぐことができる。また切断を前記中性点Ｐ１で行うため、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各モータコイル７８のうち何れのモータコイル７８が短絡異常を起こしても、モータ６の急制動を防ぐことができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４４】
また、判定部３９がモータコイル７８の短絡異常ありと判断したときは、異常表示手段４２により、運転席の表示装置２７に、短絡異常である旨を知らせる表示を行わせるようにしたため、運転者は、その短絡異常を直ぐに認識することができて、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
短絡異常監視手段９５をインバータ装置２２に設けたため、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４５】
モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであるため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータ６を用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を解消することができるので、モータ６内で発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【００４６】
図１０に示すように、短絡異常監視手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。異常時切断手段Ｅｓは、リレー以外の電子スイッチを用いても良い。この場合、モータ６の中性点Ｐ１を電子スイッチにより物理的に破壊することで、中性点Ｐ１から各モータコイル７８を切断することができる。
【符号の説明】
【００４７】
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
４１…異常報告手段
７８…モータコイル
９５…短絡異常監視手段
Ｅｓ…異常時切断手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、
前記モータは、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段と、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されると、前記中性点から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記短絡異常監視手段は、インバータからモータへの３相の供給電流計測値から、モータコイルの短絡異常が発生したか否かを判断する電気自動車。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記短絡異常監視手段は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイルの短絡異常が発生したと判断する電気自動車。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記異常時切断手段は、リレーまたは電子スイッチである電気自動車。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記短絡異常監視手段を、前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
【請求項６】
請求項５において、前記インバータ装置に短絡異常監視手段が設けられたものであって、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵに短絡異常の異常発生情報を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータがネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである電気自動車。
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、
前記モータは、３相の各モータコイルの一端が中性点で接続されるスター結線により結線された同期モータであり、モータコイルの短絡異常を検出する短絡異常監視手段と、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されると、前記中性点から各モータコイルを電気的に切断する異常時切断手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記短絡異常監視手段は、インバータからモータへの３相の供給電流計測値から、モータコイルの短絡異常が発生したか否かを判断する電気自動車。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記短絡異常監視手段は、モータ印加電圧に対してモータ電流値が定められた閾値よりも大きいとき、モータコイルの短絡異常が発生したと判断する電気自動車。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記異常時切断手段は、リレーまたは電子スイッチである電気自動車。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記短絡異常監視手段を、前記インバータ装置または前記ＥＣＵに設けた電気自動車。
【請求項６】
請求項５において、前記インバータ装置に短絡異常監視手段が設けられたものであって、この短絡異常監視手段で短絡異常が検出されたとき、前記ＥＣＵに短絡異常の異常発生情報を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータがネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータである電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７８９１４（Ｐ２０１２−１７８９１４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９７５１（Ｐ２０１１−３９７５１）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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