JP5155576B2 - Electric vehicle drive - Google Patents

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Description

本発明は、電動モータを駆動源とする電気自動車用駆動装置に関するものである。   The present invention relates to an electric vehicle drive device using an electric motor as a drive source.

従来、電気自動車として駆動装置に電動モータを用いた電動二輪自動車がある。その駆動装置として、例えばモータと車輪(減速機+駆動輪)との間に無段変速機を設け、モータの出力軸と減速機の入力軸とにそれぞれプーリを設け、両プーリ間にVベルトを巻き掛けたものがある(例えば特許文献1参照)。
特開平5−221374号公報
Conventionally, there is an electric motorcycle using an electric motor as a drive device as an electric vehicle. As the drive device, for example, a continuously variable transmission is provided between the motor and the wheels (reduction gear + drive wheel), pulleys are provided on the output shaft of the motor and the input shaft of the reduction device, and a V belt is provided between both pulleys. (For example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-221374

上記構造の駆動装置にあっては、変速機を設けていることから、モータ出力を低回転・高トルクから高回転・低トルクとして車輪に伝えることができる。しかしながら、上記したようにVベルトを使用したものでは、伝達効率が極めて悪く、内燃機関の代わりに電動モータを駆動源とした電気自動車に採用するには出力低下や消費電力が過大になるという問題があった。そこで、電気自動車(特に電動二輪自動車)にあっては、低回転になるほど高トルクとなるモータ特性を生かした変速機無しの1速固定型として伝達効率の悪化を防止することもできるが、変速機がないことから、モータ特性からみて運転に適した速度範囲が低速側か高速側に偏ってしまい、そのため変速機を用いた場合に比べて電動モータを効率よく使える速度範囲が狭くなるという問題がある。また、それを補うためにより大型の電動モータを使わざるを得ないという問題もある。   In the drive device having the above-described structure, since the transmission is provided, the motor output can be transmitted from the low rotation / high torque to the wheel as the high rotation / low torque. However, in the case of using a V-belt as described above, the transmission efficiency is extremely poor, and there is a problem that the output is reduced and the power consumption becomes excessive to be adopted in an electric vehicle using an electric motor as a drive source instead of an internal combustion engine. was there. Therefore, in an electric vehicle (especially an electric motorcycle), the transmission efficiency can be prevented from deteriorating as a one-speed fixed type without a transmission that takes advantage of the motor characteristics that increase the torque as the speed decreases. Because there is no machine, the speed range suitable for operation is biased to the low speed side or the high speed side from the viewpoint of the motor characteristics, so that the speed range where the electric motor can be used efficiently is narrower than when using a transmission. There is. There is also a problem that a larger electric motor must be used to compensate for this.

このような課題を解決して、変速機構を設けることなく広範囲な速度調整が可能でありかつ高効率化を実現するために本発明に於いては、電動モータと、前記電動モータの駆動力を固定変速比で駆動輪に伝える駆動力伝達手段とを有し、前記電動モータが、ステータと、前記ステータに対して同軸かつ回転可能に設けられたロータと、前記ステータおよび前記ロータの磁束が通る面の対向面積を可変にするべく前記ステータおよび前記ロータのいずれか一方を前記ロータの軸線方向へ移動可能にする移動手段とを備え、前記ステータにコイル巻線が設けられ、前記コイル巻線がされたステータコアに対向して前記ロータに永久磁石が配設された可変界磁モータであり、前記コイル巻線に駆動電流を供給する駆動電流供給回路と、前記駆動電流供給回路に前記供給の基準となるパルス幅変調された制御信号を出力する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記電動モータに対する操作信号に応じた目標電流に基づいてパルス幅変調された制御信号のデューティ比を決定するデューティ信号決定手段と、前記デューティ決定手段による前記デューティ信号に基づいてパルス幅変調された制御信号を前記駆動電流供給回路に供給するパルス幅変調信号発生手段とを有し、前記デューティ比が予め設定されたデューティ限度値に達して、前記移動手段により前記ステータおよび前記ロータの前記対向面積を減少させる制御を行う場合には前記デューティ信号決定手段の制御を禁止するものとした。 In order to solve such a problem and achieve a wide range of speed adjustment without providing a speed change mechanism and achieve high efficiency, in the present invention, the electric motor and the driving force of the electric motor are combined. Driving force transmission means for transmitting to the drive wheels at a fixed gear ratio, wherein the electric motor is a stator, a rotor provided coaxially and rotatably with respect to the stator, and a magnetic flux of the stator and the rotor passes. Moving means for allowing either one of the stator and the rotor to move in the axial direction of the rotor in order to make the opposing area of the surface variable, and the stator is provided with a coil winding, and the coil winding is A variable field motor having a permanent magnet disposed on the rotor facing the stator core, a drive current supply circuit for supplying a drive current to the coil winding, and the drive current Control means for outputting a pulse width modulated control signal serving as a reference for the supply to the supply circuit, and the control means performs pulse width modulation control based on a target current corresponding to an operation signal for the electric motor. A duty signal determining means for determining a duty ratio of the signal; and a pulse width modulation signal generating means for supplying a control signal, which is pulse width modulated based on the duty signal by the duty determining means, to the drive current supply circuit. , said duty ratio reaches a preset duty limit value, when said by the moving means performs control to reduce the facing area of the stator and the rotor as to prohibit the control of the duty signal determining means did.

特に、前記駆動力伝達手段が、チェーンまたはギアまたはベルトによるものであると良い。   In particular, the driving force transmission means may be a chain, a gear or a belt.

このように本発明によれば、電動モータと駆動輪とを固定変速比となる駆動力伝達手段を介して連結したことから、駆動力伝達系において従来の無段変速機のような変速部分での伝達損失がなく、高い伝達効率を確保し得ると共に、デューティ制御を行う場合のデューティ比が予め設定されたデューティ限度値に達したらステータおよびロータの対向面積を減少させて有効磁束を減少させるいわゆる弱め界磁制御を行うことから、デューティ比がデューティ限度値のままでも電流をより大きく流すことができ、モータの特性を高速型にすることができる。これにより、何等かの変速機構を設けることなく、変速機構を用いた駆動装置と同等の可変速性能が可能となり、変速機構を設けることによる効率悪化を防止し得る。   As described above, according to the present invention, since the electric motor and the driving wheel are connected via the driving force transmission means having a fixed gear ratio, the driving force transmission system has a transmission portion such as a conventional continuously variable transmission. So that high transmission efficiency can be ensured, and when the duty ratio when performing duty control reaches a preset duty limit value, the opposed area of the stator and the rotor is reduced to reduce the effective magnetic flux. Since the field weakening control is performed, a larger amount of current can flow even when the duty ratio remains at the duty limit value, and the motor characteristics can be made high-speed. Accordingly, variable speed performance equivalent to that of a drive device using the speed change mechanism can be achieved without providing any speed change mechanism, and efficiency deterioration due to the speed change mechanism can be prevented.

特に、駆動力伝達手段が、チェーンまたはギアまたはベルトによるものであることにより、簡単な構造で固定変速比とすることができ、単純な構造により機械効率の悪化も生じ難い。   In particular, since the driving force transmission means is a chain, a gear, or a belt, a fixed transmission ratio can be obtained with a simple structure, and mechanical efficiency is hardly deteriorated due to the simple structure.

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。本駆動装置は例えば図1に示されるように電動自動二輪車の駆動装置として適用可能である。なお、本発明に基づく駆動装置にあっては、自動二輪車に限られるものではなく、4輪を含む自動車の駆動装置として適用し得る。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For example, as shown in FIG. 1, the present driving device can be applied as a driving device for an electric motorcycle. The drive device according to the present invention is not limited to a motorcycle, and can be applied as a drive device for an automobile including four wheels.

図に示される自動二輪車にあっては、車体フレーム1と、車体フレーム1の進行方向前後に操舵輪となる前輪WF及び駆動輪となる後輪WRと、後輪WRを駆動するための駆動装置2とを有し、その駆動装置2が本発明に基づき構成された電動駆動装置によるものである。   In the motorcycle shown in the figure, a vehicle body frame 1, a front wheel WF serving as a steering wheel and a rear wheel WR serving as a driving wheel before and after the traveling direction of the body frame 1, and a drive device for driving the rear wheel WR 2 and the drive device 2 is based on the electric drive device constructed according to the present invention.

次に、図2を参照して駆動装置2について説明する。本駆動装置2にあっては、車体前後方向に長い箱型に形成されたケーシング3内に主要構成機構が収容されている。ケーシング3の車体後方部分には、ケーシング3の長手方向に延在しかつ互いに対峙する両側壁にそれぞれ設けられた両軸受を介して車軸4が回転可能に支持されており、その車軸4のケーシング3の外方に突出する部分にハブを固設された後輪WRが同軸に支持されている。   Next, the drive device 2 will be described with reference to FIG. In the present drive device 2, main structural mechanisms are housed in a casing 3 formed in a box shape that is long in the longitudinal direction of the vehicle body. An axle 4 is rotatably supported at a rear portion of the vehicle body of the casing 3 through both bearings that extend in the longitudinal direction of the casing 3 and are provided on both side walls facing each other. A rear wheel WR having a hub fixed to a portion protruding outward of 3 is coaxially supported.

ケーシング3の車体前方部分には、駆動源としての電動モータMが設けられている。図示例の電動モータMはアウタロータ型であるが、アウタロータ型に限定されるものではない。図に示されるように、ケーシング3の互いに対峙する両側壁間に架け渡されかつ固定された固定支持軸5が設けられており、その固定支持軸5にロータ6が同軸に設けられている。ロータ6は、固定支持軸5に一対の軸受を介して回転可能に支持された円筒状ボスと、その円筒状ボスを同軸に外囲する外周壁を有する扁平な有底円筒部分とを一体に有する形状に形成されている。   An electric motor M as a drive source is provided at the front portion of the casing 3 in the vehicle body. The electric motor M in the illustrated example is an outer rotor type, but is not limited to the outer rotor type. As shown in the figure, there is provided a fixed support shaft 5 that is spanned and fixed between the opposite side walls of the casing 3, and a rotor 6 is coaxially provided on the fixed support shaft 5. The rotor 6 integrally includes a cylindrical boss rotatably supported on a fixed support shaft 5 via a pair of bearings and a flat bottomed cylindrical portion having an outer peripheral wall that coaxially surrounds the cylindrical boss. It is formed in the shape to have.

ロータ6の上記有底円筒部分の外周壁の内周面には周方向にN・S極を並べた複数のマグネット(永久磁石)7が配設されている。また、ロータ6のボス状部分と有底円筒部分とにより囲まれた空間にあっては、有底円筒部分の底部とは相反する側が開放されており、その空間内にステータ8が設けられている。   A plurality of magnets (permanent magnets) 7 having N and S poles arranged in the circumferential direction are arranged on the inner peripheral surface of the outer peripheral wall of the bottomed cylindrical portion of the rotor 6. Further, in the space surrounded by the boss-like portion of the rotor 6 and the bottomed cylindrical portion, the side opposite to the bottom of the bottomed cylindrical portion is open, and the stator 8 is provided in the space. Yes.

ケーシング3において上記ロータ6の開放面に対応する部分には、ロータ6の上記空間内に突入するようにされたガイド部材9が片持ち支持されるように固設されている。ガイド部材9には例えばセレーションにより固定支持軸5の軸線方向に移動自在にされたスライド部材10が支持されている。スライド部材10の外周面にステータ8が設けられている。ステータ8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を有するコア8aと、それらティースに巻回されたコイル巻線としてのコイル11とを有し、上記したようにスライド部材10と一体のコア8a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8と上記ロータ6とにより本発明が適用されるモータMとなる部分が構成されている。   A guide member 9 adapted to protrude into the space of the rotor 6 is fixed to a portion of the casing 3 corresponding to the open surface of the rotor 6 so as to be cantilevered. The guide member 9 supports a slide member 10 that is movable in the axial direction of the fixed support shaft 5 by, for example, serration. A stator 8 is provided on the outer peripheral surface of the slide member 10. The stator 8 has an annular portion formed of laminated steel plates, a core 8a having a plurality of teeth projecting radially outward from the annular portion, and a coil 11 as a coil winding wound around the teeth. As described above, the annular portion of the core 8a integrated with the slide member 10 is screwed in place. The stator 8 thus configured and the rotor 6 constitute a portion that becomes a motor M to which the present invention is applied.

スライド部材10は、モータ回転型の電動アクチュエータ12により上記固定支持軸5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8も同様に往復移動する。図示例では、ケーシング3の固定支持軸5を支持する部分の裏側に一体的に設けられた小ケーシング3a内にアクチュエータ12が固定されており、アクチュエータ12の回転軸に設けられた大ギアと噛み合う小ギアを同軸に有する駆動軸13が、スライド部材10の移動方向に延在するようにケーシング3に固設された軸支部材により軸支されている。その駆動軸13のスライド部材10側には例えば台形ねじ部13aが設けられており、その台形ねじ部13aに螺合するナット部がスライド部材10に形成されている。このようにしてステータ8の移動手段が構成されている。   The slide member 10 is driven to reciprocate in the axial direction of the fixed support shaft 5 by a motor rotation type electric actuator 12, and the integral stator 8 also reciprocates. In the illustrated example, the actuator 12 is fixed in a small casing 3 a provided integrally on the back side of the portion of the casing 3 that supports the fixed support shaft 5, and meshes with a large gear provided on the rotation shaft of the actuator 12. A drive shaft 13 having a small gear coaxially is pivotally supported by a pivotal support member fixed to the casing 3 so as to extend in the moving direction of the slide member 10. For example, a trapezoidal screw portion 13 a is provided on the slide member 10 side of the drive shaft 13, and a nut portion that engages with the trapezoidal screw portion 13 a is formed in the slide member 10. Thus, the moving means of the stator 8 is configured.

この移動手段によりモータMの有効磁束を調整することができる。すなわち、アクチュエータ12を回転駆動することにより駆動軸13が回転し、そのねじ部13aに螺合しているスライド部材10が駆動軸13の軸線方向に移動するため、スライド部材10と一体のコア8aが駆動軸13と平行である固定支持軸5の軸線方向に移動し得る。これにより、コア8aのティース突出端面のマグネット7の磁極面と対向する面積が変化し、マグネット7とコア8aとの間の磁束が増減するため、可変界磁型のブラシレスモータが構成される。尚、本図においてはブラシレスモータを構成するロータ位置検出のためのセンサ部は省略してある。   The effective magnetic flux of the motor M can be adjusted by this moving means. That is, when the actuator 12 is driven to rotate, the drive shaft 13 rotates, and the slide member 10 screwed into the screw portion 13a moves in the axial direction of the drive shaft 13, so that the core 8a integral with the slide member 10 is provided. Can move in the axial direction of the fixed support shaft 5 which is parallel to the drive shaft 13. As a result, the area of the teeth protruding end surface of the core 8a facing the magnetic pole surface of the magnet 7 changes, and the magnetic flux between the magnet 7 and the core 8a increases or decreases, so that a variable field brushless motor is configured. In the drawing, the sensor unit for detecting the rotor position constituting the brushless motor is omitted.

そして、ロータ6の円筒状ボスの一端部が有底円筒状部分からステータ8側とは相反する側に突出しており、その突出部分の外周面には駆動ギア14aが一体に設けられていると共に、車軸4のケーシング3内の部分には被駆動ギア14bが固着されており、両ギア14a・14b間にはチェーン15が巻き掛けられている。したがって、図示例では、モータMと後輪WRとがチェーン15を介して回転力を授受するようになっているが、モータMと後輪WRとの間の回転力の伝達手段としては、図示例のチェーン15に限られるものではなく、プーリ及び無端ベルトを用いたものであっても良い。また、歯車列を介しても良い。   One end portion of the cylindrical boss of the rotor 6 protrudes from the bottomed cylindrical portion to the side opposite to the stator 8 side, and a drive gear 14a is integrally provided on the outer peripheral surface of the protruding portion. A driven gear 14b is fixed to a portion of the axle 4 in the casing 3, and a chain 15 is wound between the gears 14a and 14b. Therefore, in the illustrated example, the motor M and the rear wheel WR transmit and receive the rotational force via the chain 15, but as a rotational force transmission means between the motor M and the rear wheel WR, FIG. The chain 15 is not limited to the illustrated example, and a pulley and an endless belt may be used. Further, a gear train may be used.

次に、本発明に基づく制御要領について、図3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。   Next, the control procedure according to the present invention will be described with reference to the block circuit diagram of FIG. Note that the basic form of the motor M in the illustrated example may be the same as a three-phase brushless motor.

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駆動電流供給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11が接続されている。なお、バッテリBTとインバータ21とを接続する電源線には電流検出センサ22が設けられており、それにより検出された電流検出信号が、制御手段を構成する制御回路ECUの電流検出回路25に入力するようになっている。モータMにはステータ8に対するロータ6の回転角度を検出する回転角度センサ24が設けられており、その回転角度信号が回転角度検出回路27に入力し、回転角度検出回路27ではロータ6の回転位置及び回転数(回転速度)を算出する。このようにして回転角度検出手段が構成されている。   In the illustrated example, each phase coil 11 of the motor M is connected to an in-vehicle battery BT as a power source via an inverter 21 as a drive current supply circuit in which a bridge circuit using an FET is configured. Note that a current detection sensor 22 is provided on the power supply line connecting the battery BT and the inverter 21, and a current detection signal detected thereby is input to the current detection circuit 25 of the control circuit ECU constituting the control means. It is supposed to be. The motor M is provided with a rotation angle sensor 24 that detects the rotation angle of the rotor 6 with respect to the stator 8, and the rotation angle signal is input to the rotation angle detection circuit 27, and the rotation angle detection circuit 27 rotates the rotation position of the rotor 6. And the rotation speed (rotation speed) is calculated. In this way, the rotation angle detection means is configured.

また、制御回路ECU内には、外部の例えばアクセル開度センサ(図示せず)からの信号であって良い運転操作信号が入力する運転操作入力回路28と、運転操作入力回路28からの出力信号が入力する出力電流指令回路29と、出力電流指令回路29および電流検出回路25からの各出力信号が入力する電流比較回路31と、電流比較回路31からの出力信号が入力するデューティ決定手段としての出力Duty決定回路33と、出力Duty決定回路33からの出力信号が入力するデューティ判定手段としてのDuty100%判定回路36と、出力Duty決定回路33からの出力信号に基づいてパルス幅変調されかつデューティ比に応じた制御信号としてのPWM信号をインバータ21に出力するパルス幅変調信号発生手段としてのPWM信号生成回路38と、運転操作入力回路28または電流比較回路31またはDuty100%判定回路36または外部のからのステータ位置操作手段(図示せず)からの各出力信号に基づいてステータ8の位置を決めるステータ位置制御回路39と、ステータ位置制御回路39からのステータ位置信号に基づいてアクチュエータ12に駆動信号を出力する移動制御手段としての位置駆動回路40と、ステータ位置制御回路39からのステータ位置信号に基づいて出力デューティ決定回路33によるデューティ比を変更する出力を禁止する禁止手段としての禁止回路42が設けられている。   Further, in the control circuit ECU, a driving operation input circuit 28 for inputting a driving operation signal which may be a signal from an external accelerator opening sensor (not shown), for example, and an output signal from the driving operation input circuit 28 are provided. Output current command circuit 29, a current comparison circuit 31 to which each output signal from output current command circuit 29 and current detection circuit 25 is input, and duty determination means to which an output signal from current comparison circuit 31 is input. The output duty determination circuit 33, the duty 100% determination circuit 36 as duty determination means to which the output signal from the output duty determination circuit 33 is input, and the pulse width modulated based on the output signal from the output duty determination circuit 33 and the duty ratio As a pulse width modulation signal generating means for outputting a PWM signal as a control signal corresponding to the output to the inverter 21 The position of the stator 8 is determined based on output signals from the WM signal generation circuit 38, the operation operation input circuit 28, the current comparison circuit 31, the duty 100% determination circuit 36, or an external stator position operation means (not shown). A stator position control circuit 39 to be determined, a position drive circuit 40 as movement control means for outputting a drive signal to the actuator 12 based on a stator position signal from the stator position control circuit 39, and a stator position signal from the stator position control circuit 39 The prohibition circuit 42 is provided as prohibition means for prohibiting the output of changing the duty ratio by the output duty determination circuit 33 based on the above.

なお、上記Duty100%判定回路36にあっては、出力Duty決定回路33からの出力信号によるデューティ比がデューティ限度値としての100%に達したと判定したらその結果をステータ位置制御回路39に出力する。また、ステータ位置制御回路39では、各入力信号の優先順位または組み合わせを設定して、それに応じてステータ位置信号を出力するようにして良い。また、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。   In the duty 100% determination circuit 36, if it is determined that the duty ratio by the output signal from the output duty determination circuit 33 has reached 100% as the duty limit value, the result is output to the stator position control circuit 39. . Further, the stator position control circuit 39 may set the priority order or combination of each input signal and output the stator position signal accordingly. Each circuit may include a circuit configured using an IC and a circuit configured by CPU program control. Further, detailed description of the parts understood by the illustrated circuit names and signal lines will be omitted.

上記ステータ位置制御回路39にてステータ8(コア8a)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40からアクチュエータ12に出力され、アクチュエータ12によりステータ8(コア8a)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7の磁極面とコア8aのティース突出端面との対向面積が増減し、対向面積を通ることになる有効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。   The stator position control circuit 39 calculates a set position (target position) of the stator 8 (core 8a), and a position control signal corresponding to the calculated position is output from the position drive circuit 40 to the actuator 12. 8a) is driven and stopped at the target position. As a result, as described above, the opposing area between the magnetic pole surface of the magnet 7 and the teeth projecting end face of the core 8a increases and decreases, and the effective magnetic flux passing through the opposing area increases and decreases. When it is increased, it can be a low-rotation / high-torque type.

次に、本発明に基づく駆動制御要領を図4を参照して以下に示す。なお、二輪自動車におけるアクセル操作量に応じて運転操作入力回路28から操作信号を出力電流指令回路29に出力し、その操作信号に応じてデューティ比による加減速制御を行う点については、公知のPWM制御と同じであって良く、その詳しい説明を省略する。   Next, the drive control procedure based on this invention is shown below with reference to FIG. Note that a known PWM is used in that an operation signal is output from the driving operation input circuit 28 to the output current command circuit 29 in accordance with the accelerator operation amount in the two-wheeled vehicle, and acceleration / deceleration control is performed by the duty ratio in accordance with the operation signal. It may be the same as the control, and detailed description thereof is omitted.

上記運転操作入力回路28において駆動(加速)制御を行うとした場合には、図4のステップST1で電流検出センサ22による電流値の読み込みを行い、次のステップST2では電流比較回路31により目標駆動電流(出力電流指令回路29の出力値)と現在駆動電流(電流検出回路25の出力値)との比較を行い、目標値が現在値よりも大きいと判定された場合にはステップST3に進む。ステップST3ではDuty判定回路36によりデューティ比(以後DUTYと記す)がデューティ限度値としての値MAXに達したか否かを判別する。図示例では第1の値MAXを100%とするが、モータの特性や使用環境に応じて必ずしも100%である必要はない。また、DUTYは、出力Duty決定回路33で決定された値であるが、図3のブロック図に示されるように、操作量に基づいて設定された出力電流指令値と電流検出値との比較(例えば差分)に応じて決定される。   When drive (acceleration) control is performed in the driving operation input circuit 28, the current value is read by the current detection sensor 22 in step ST1 of FIG. 4, and the target drive is performed by the current comparison circuit 31 in the next step ST2. The current (output value of the output current command circuit 29) is compared with the current drive current (output value of the current detection circuit 25), and if it is determined that the target value is larger than the current value, the process proceeds to step ST3. In step ST3, the duty determination circuit 36 determines whether or not the duty ratio (hereinafter referred to as DUTY) has reached a value MAX as a duty limit value. In the illustrated example, the first value MAX is set to 100%, but it is not necessarily 100% depending on the characteristics of the motor and the usage environment. Further, DUTY is a value determined by the output duty determination circuit 33, but as shown in the block diagram of FIG. 3, the output current command value set based on the operation amount is compared with the current detection value ( For example, it is determined according to the difference.

上記ステップST3でDUTYがデューティ限度値MAXに達したと判定された場合にはステップST4に進む。このステップST4に進んできた場合には、デューティ比が最大(100%)でありかつ駆動電流を増やしたい場合である。デューティ比の増加による電流を増やす制御が頭打ちになった場合には有効磁束を減少させることにより電流を増大することができる。デューティ比が最大になっている場合には高速回転している場合があり、そのような高速回転では逆起電力の増大により、電流をより多く流すことができなくなる。しかしながら、図示例のようにステータ8とロータ6との対向面積を減らす、すなわち有効磁束を減らすことにより逆起電力が減少して、電流をより多く流すことができるようになる。なお、電流の増減制御に対しては進角を変える進角制御でも可能であるが、コア8aの挿抜による方が、効率が良い。これにより、より高速回転が可能となる。   If it is determined in step ST3 that DUTY has reached the duty limit value MAX, the process proceeds to step ST4. If the process proceeds to step ST4, the duty ratio is maximum (100%) and the drive current is to be increased. When the control for increasing the current due to the increase in the duty ratio reaches its peak, the current can be increased by reducing the effective magnetic flux. When the duty ratio is maximized, there is a case where the motor rotates at a high speed. With such a high speed rotation, it becomes impossible to flow a larger amount of current due to an increase in the counter electromotive force. However, by reducing the facing area between the stator 8 and the rotor 6 as shown in the example, that is, by reducing the effective magnetic flux, the back electromotive force is reduced, and more current can be passed. Note that the current increase / decrease control can be performed by advance angle control that changes the advance angle, but it is more efficient to insert and remove the core 8a. Thereby, higher speed rotation is possible.

そのため、ステップST4ではコア8aを抜く制御を行うが、同時に例えばコア移動制御中の信号を用いて禁止回路42により出力Duty決定回路33に対してデューティ制御を禁止し、ステップST1に戻る。このように、コア8aの移動制御を行う場合にはデューティ制御を確実に禁止することにより、制御対象が明確になり、制御プログラムを簡略化することができ、上記したような効果的な駆動制御を低コストで提供し得る。また、デューティ限度値MAXが100%である場合、スイッチング損失の少ない100%デューティの動作領域が広がり、高効率な駆動が可能となる。   For this reason, control for removing the core 8a is performed in step ST4, but at the same time, for example, using the signal during the core movement control, the prohibition circuit 42 prohibits the duty control for the output duty determination circuit 33 and returns to step ST1. As described above, when the movement control of the core 8a is performed, the duty control is surely prohibited, thereby clarifying the control target, simplifying the control program, and effective driving control as described above. Can be provided at low cost. Further, when the duty limit value MAX is 100%, an operation region of 100% duty with a small switching loss is widened, and high-efficiency driving is possible.

なお、コア8aが図2の実線で示されるように位置する方向にコア8aが入ると表現し、ステータ8が二点鎖線で示される(一部のみ表示)ように位置する方向に対してはコア8aを抜くと表現するものとする。また、目標位置とは、ステータ位置制御回路39により設定したコア8aの位置である。界磁弱め制御を行わない場合には最大に入れておくものとする(図1の実線)。   In addition, it expresses that the core 8a enters in the direction in which the core 8a is located as indicated by the solid line in FIG. 2, and for the direction in which the stator 8 is located as indicated by the two-dot chain line (only a part is shown). It is expressed that the core 8a is removed. The target position is the position of the core 8a set by the stator position control circuit 39. When the field weakening control is not performed, the maximum value is set (solid line in FIG. 1).

また、ステップST3でデューティ比がデューティ限度値MAXに達していないと判定された場合にはステップST5に進む。ステップST5では、電流比較回路31の比較結果に基づいて出力Duty決定回路33により決定されたデューティ比になるように、PWM信号生成回路38による駆動DUTYを増やす制御を行って、ステップST1に戻る。その増加されたDUTYでインバータ21が制御され、モータMの駆動力が増加する。   If it is determined in step ST3 that the duty ratio has not reached the duty limit value MAX, the process proceeds to step ST5. In step ST5, control is performed to increase the drive duty by the PWM signal generation circuit 38 so that the duty ratio determined by the output duty determination circuit 33 is based on the comparison result of the current comparison circuit 31, and the process returns to step ST1. The inverter 21 is controlled by the increased DUTY, and the driving force of the motor M increases.

上記ステップST2で目標値が現在値以下と判定された場合にはステップST6に進む。ステップST6ではコア8aが最も入った位置(有効磁束が最大となる位置)であるか否かを判別し、最も入った位置ではない(少しでも抜けた位置にある)と判定された場合にはステップST7に進む。ステップST7では、この場合には現在の駆動電流が目標値に対して多過ぎることになるため、電流を減らすべくコア8aを入れる制御を行う。このステップST7に進んだ場合とは、コア8aが抜けている状態であり、それは上記ステップST3・4を経た場合にコア8aが抜かれるため、デューティ比がデューティ限度値MAXに達している場合である。その状態で目標電流を下げる制御を行うというのは高回転側から低回転側に回転速度を落とす制御となり、上記ステップST4とは逆にコア8aを入れてステップST1に戻る。この場合もデューティ制御を禁止する状態にする。   If it is determined in step ST2 that the target value is equal to or less than the current value, the process proceeds to step ST6. In step ST6, it is determined whether or not the core 8a is in the most entered position (position where the effective magnetic flux is maximized). Proceed to step ST7. In step ST7, in this case, since the current drive current is too much with respect to the target value, control for inserting the core 8a is performed to reduce the current. The case where the process proceeds to step ST7 is a state in which the core 8a has been removed. This is a case where the duty ratio has reached the duty limit value MAX because the core 8a is removed when the above steps ST3 and 4 are performed. is there. In this state, the control for decreasing the target current is the control for decreasing the rotational speed from the high rotation side to the low rotation side, and the core 8a is inserted and the process returns to step ST1 contrary to the above step ST4. Also in this case, the duty control is prohibited.

ステップST6でコア8aが最も入った位置にあると判定された場合にはステップST8に進む。この場合にはコア8aを抜いた制御を行っていない場合デューティ制御の禁止を解除してデューティ制御を行っている状態とし、デューティ制御における電流減少制御としてデューティ比を減らす制御を行い、ステップST1に戻る。   If it is determined in step ST6 that the core 8a is in the most inserted position, the process proceeds to step ST8. In this case, when the control without removing the core 8a is not performed, the prohibition of the duty control is canceled and the duty control is performed, and the duty ratio is controlled to be reduced as the current reduction control in the duty control. Return.

このように界磁の大きさを可変として制御することにより、変速機を用いることなく一般走行に耐え得る電動自動車用駆動装置を実現し得る。   Thus, by controlling the field magnitude as variable, it is possible to realize a drive device for an electric vehicle that can withstand general traveling without using a transmission.

なお、上記図示例では伝達機構をチェーン14としたが、チェーン伝達機構に限られるものではなく、ギア列伝達機構としたり、ベルト伝達機構としたりしても良い。従来の可変界磁型ではない通常モータの場合に固定減速比の伝達機構を用いた場合にはモータのみで加減速を行うことから速度調整範囲が狭くまたモータの効率が悪い。   In the illustrated example, the transmission mechanism is the chain 14. However, the transmission mechanism is not limited to the chain transmission mechanism, and may be a gear train transmission mechanism or a belt transmission mechanism. When a transmission mechanism with a fixed reduction ratio is used in the case of a conventional non-variable field normal motor, acceleration / deceleration is performed only by the motor, so the speed adjustment range is narrow and the motor efficiency is poor.

それに対して、本発明によれば可変界磁型モータにより、可変界磁モータの特性として低回転・高トルクから高回転・低トルクに至る広範囲な特性変化となるため、減速を高効率化すると共に何等問題なく速度を可変とすることができる。その結果、小型・軽量で高効率でありかつ通常走行に支障を来すことがない広い速度変化が可能な電動自動車を実現し得る。   On the other hand, according to the present invention, the variable field type motor changes the characteristics of the variable field motor over a wide range from low rotation / high torque to high rotation / low torque. At the same time, the speed can be made variable without any problem. As a result, it is possible to realize an electric vehicle that is small, lightweight, highly efficient, and capable of a wide speed change without impeding normal driving.

なお、手動の変速機と組み合わせても良い。さらに、中間タップを利用した巻線切り換え方式のモータコイルとの組み合わせも可能である。   It may be combined with a manual transmission. Furthermore, a combination with a coil coiling type motor coil using an intermediate tap is also possible.

本発明にかかる電気自動車用駆動装置は、同一体格のモータに対して高出力化が可能となり、何等かの変速機構を設けることなく、変速機構を用いた駆動装置と同等の可変速性能が可能となり、電動二輪自動車や電動四輪自動車等として有用である。   The drive device for an electric vehicle according to the present invention can increase the output with respect to a motor having the same physique, and can provide variable speed performance equivalent to that of a drive device using the speed change mechanism without providing any speed change mechanism. Therefore, it is useful as an electric two-wheeled vehicle, an electric four-wheeled vehicle and the like.

本発明が適用された電動自動二輪車を示す全体図である。1 is an overall view showing an electric motorcycle to which the present invention is applied. 本発明に基づく駆動装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the drive device based on this invention. 本駆動装置に適する制御ブロックを示す図である。It is a figure which shows the control block suitable for this drive device. 制御要領を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the control point.

符号の説明Explanation of symbols

2 駆動装置
6 ロータ
7 マグネット
8 ステータ
10 スライド部材
11 コイル
12 アクチュエータ
14a 駆動ギア
14b 被駆動ギア
15 チェーン
ECU 制御回路
M 電動モータ
2 Drive device 6 Rotor 7 Magnet 8 Stator 10 Slide member 11 Coil 12 Actuator 14a Drive gear 14b Driven gear 15 Chain ECU Control circuit M Electric motor

Claims (2)

電動モータと、前記電動モータの駆動力を固定変速比で駆動輪に伝える駆動力伝達手段とを有し、
前記電動モータが、ステータと、前記ステータに対して同軸かつ回転可能に設けられたロータと、前記ステータおよび前記ロータの磁束が通る面の対向面積を可変にするべく前記ステータおよび前記ロータのいずれか一方を前記ロータの軸線方向へ移動可能にする移動手段とを備え、
前記ステータにコイル巻線が設けられ、前記コイル巻線がされたステータコアに対向して前記ロータに永久磁石が配設された可変界磁モータであり、
前記コイル巻線に駆動電流を供給する駆動電流供給回路と、前記駆動電流供給回路に前記供給の基準となるパルス幅変調された制御信号を出力する制御手段とを備え、
前記制御手段が、前記電動モータに対する操作信号に応じた目標電流に基づいてパルス幅変調された制御信号のデューティ比を決定するデューティ信号決定手段と、前記デューティ決定手段による前記デューティ信号に基づいてパルス幅変調された制御信号を前記駆動電流供給回路に供給するパルス幅変調信号発生手段とを有し、前記デューティ比が予め設定されたデューティ限度値に達して、前記移動手段により前記ステータおよび前記ロータの前記対向面積を減少させる制御を行う場合には前記デューティ信号決定手段の制御を禁止することを特徴とする電気自動車用駆動装置。
An electric motor, and driving force transmission means for transmitting the driving force of the electric motor to the driving wheels at a fixed gear ratio,
The electric motor includes a stator, a rotor provided coaxially and rotatably with respect to the stator, and any one of the stator and the rotor so as to change an opposing area of a surface through which the magnetic flux of the stator and the rotor passes. Moving means for allowing one to move in the axial direction of the rotor,
A variable field motor in which a coil winding is provided on the stator, and a permanent magnet is disposed on the rotor so as to face a stator core on which the coil winding is formed,
A drive current supply circuit for supplying a drive current to the coil winding; and a control means for outputting a pulse width modulated control signal serving as a reference for the supply to the drive current supply circuit,
The control means determines a duty ratio of a control signal that is pulse width modulated based on a target current corresponding to an operation signal for the electric motor, and a pulse based on the duty signal by the duty determination means. width modulated control signal and a pulse width modulation signal generating means for supplying to said driving current supply circuit, the duty ratio reaches the preset duty limit value, the stator and the rotor by the moving means When the control for reducing the facing area is performed, the control of the duty signal determining means is prohibited .
前記駆動力伝達手段が、チェーンまたはギアまたはベルトによるものであることを特徴とする請求項1に記載の電気自動車用駆動装置。   The drive device for an electric vehicle according to claim 1, wherein the driving force transmission means is a chain, a gear, or a belt.
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