CN103442931B - 电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机驱动装置，为在电动汽车等中控制电动机(6)的驱动的机构，该电动机(6)以电动机等的电池作为电源，本发明的电动机驱动装置(20)包括：连接方式切换电路，该连接方式切换电路为在通过电池的电力而驱动电动机(6)的驱动用连接方式和再生用连接方式之间进行切换的变频器(31)等，变频器(31)设置成可切换到使电动机线圈短路并产生制动力的短路连接方式的结构，进一步包括：短路电流控制机构(26)，该短路电流控制机构(26)控制在上述短路连接方式流动的短路电流；再生制动和短路制动切换控制机构(25)，该再生制动和短路制动切换控制机构(25)将上述变频器(31)在再生用连接方式和短路连接方式之间切换。

Description

电动机驱动装置

相关申请

本申请要求申请日为2011年3月18日、申请号为日本特愿2011—060068的申请的优先权，通过参照其整体作为本申请的一部分而进行引用。

技术领域

本发明涉及电动机驱动装置，其控制以电动汽车的行驶用电动机、产业机械所采用的电动机等的电池作为电源的电动机的驱动。

背景技术

在像电动汽车的电动机等那样的以电池为电源的电动机中，在制动时，采用再生制动，将运动能量回收。在专利文献1中，针对将永久磁铁电动机作为驱动源的电动汽车，公开了在永久磁铁电动机中成为课题的可将再生制动转矩保持一定的技术。其中，具有可变电阻，该可变电阻可在再生制动时消耗从永久磁铁电动机输出的输出；电阻改变装置，为了将再生制动转矩变为要求再生制动转矩，该电阻改变装置对可变电阻值进行调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5—161208号公报

发明内容

发明要解决的课题

在电池充满电的状态，无法进行电动机的再生制动，必须仅仅依靠机械式制动器而进行制动。因此，电动汽车在较长的下坡中，具有机械式制动器发热的危险，使制动器的尺寸变大。

在专利文献1中，给出了下述启示，为了将再生制动转矩保持一定，设置有消耗电动机的发电电力的电阻。人们可以料想到，虽然不同于该目的，但是通过设置上述这样的电阻，能通过电阻消耗电动机的发电电力，代替通过电池而再生的方式，可进行电动机的制动。但是，如果考虑到电阻的发热量、该热量的排出机构，则难以在电动机上设置可获得充分的制动转矩的电阻并进行制动的技术的实用化。

本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置，其中，即使在电池充满电状态的情况下，仍可进行电动机的制动，可实现机械式制动器的小型化、简单化，另外，消耗发电电力时不需要设置较大的电阻、放热机构。在下面，针对本发明的概述，采用表示实施方式的附图中的标号而进行说明。

解决课题用的技术方案

本发明的电动机驱动装置20具有连接方式切换电路(比如，变频器)31，该连接方式切换电路31可在下述两种连接方式之间切换，该两种连接方式为通过电池19的电力而驱动电动机6的驱动用连接方式和将再生制动时的电动机6的发电电力充电至电池19的再生用连接方式，将上述连接方式切换电路31形成为可切换到短路连接方式的结构，该短路连接方式使电动机线圈短路并产生制动力，电动机驱动装置进一步包括：短路电流控制机构26，该短路电流控制机构26控制在上述短路连接方式时流动的短路电流；再生制动和短路制动切换控制机构25，该再生制动和短路制动切换控制机构25控制将上述连接方式切换电路31在上述再生用连接方式和上述短路连接方式之间切换。

按照上述方案，可通过再生制动和短路制动切换控制机构25，将上述连接方式切换电路31切换到使电动机线路短路的短路连接方式，由此，可使电动机6产生制动力。在线圈短路时，电动机6产生较大的制动力。但是，仅仅通过单纯的短路，制动转矩过大，产生紧急制动，然而，通过短路电流控制机构26控制在短路连接方式时流动的短路电流，由此，仅产生电动机6所必要的转矩，不仅不产生紧急制动而且可产生所需的制动转矩。另外，如果通过再生制动和短路制动切换控制机构25将上述连接方式切换电路31切换到再生用连接方式，则可进行通常的再生制动。

由于像这样，可通过再生制动和短路制动切换控制机构25在再生制动与短路制动之间切换，并且设置有短路电流控制机构26，可进行短路制动的控制，故即使在电池充满电的状态的情况下，仍可进行电动机6的制动，在许多的场合，可通过电动机6的制动力对电动汽车、电动机使用设备进行制动。由此，机械式制动器9用于比如制动时的最后的确实的停止时、电动机6的制动的并用等的辅助地使用的场合，可实现小型化、简单化。在用于电动汽车的场合，即使在较长的下坡，并充满电的情况下，仍可通过形成电动机6的短路制动，由此，机械式制动器9的制动负担变小，摩擦式制动的机械式制动器9的发热、磨耗的问题可得到避免。另外，在短路制动的场合，电动机6发热，消耗发电能量，但是在过热之前具有充分的富裕的场合更多，可实现短路制动的实用化。

在本发明中也可设置有充电状态检测机构27，该充电状态检测机构27检测上述电池19的充电状态是否为在设定充电量以上的充满电的状态，上述再生制动和短路制动切换控制机构25，在上述充电状态检测机构27检测到充满电的状态时，将上述连接方式切换电路31切换到上述短路连接方式。在像这样的电池19为充满电、不能再生制动的场合，通过该充满电的检测，切换到短路连接方式，由此，可进行电动机6的短路的制动。另外，通过向短路制动的自动切换，避免充满电导致的意外的制动力不足。

在本发明中，上述电动机6为同步电动机，上述连接方式切换电路31为变频器。埋入磁铁型等的同步电动机多用于电动汽车等，将电池19的直流电通过变频器31而转换为交流电，进行驱动。变频器31由多个开关元件31a、31b、与该元件并联的续流二极管31d的组合等构成，通过各开关元件31a、31b的开闭状态的组合，可用作上述连接方式切换电路。通过采用变频器31，不需要设置专用的连接方式切换电路。

上述短路电流控制机构26也可通过PWM(脉冲宽度调制)驱动而进行电流控制。如果采用PWM驱动，则电流控制可通过简单的电路结构以良好的精度而进行。

上述短路电流控制机构26在通过PWM驱动而进行电流控制的场合，也可采用矢量控制法，将该PWM驱动的电流控制作为转矩电流和励磁电流而控制。如果采用控制转矩电流和励磁电流的矢量控制法，则电流控制能以良好的精度而进行，所希望的制动动作的短路制动能以良好的精度而进行。

在本发明中，在上述电动机6的外部设置有电阻消耗制动用电路101，该电阻消耗制动用电路101具有：电力消耗用电阻102和与该电力消耗用电阻102串联的开关机构103、104，该电力消耗电阻102消耗该电动机6的发电电力并在电动机6中产生制动力；上述再生制动和短路制动切换控制机构25控制上述连接方式切换电路31和上述开关机构103、104，从而能切换到：让电动机6的发电电流流过上述电阻消耗制动用电路101的电阻消耗方式、上述再生用连接方式或上述短路连接方式，或者切换到：上述再生用连接方式、上述电阻消耗方式、上述短路连接方式、或上述短路连接方式和上述电阻消耗方式并用的方式。

在短路制动的场合，由于电动机6发热，消耗发电能量，故有时由于电动机温度的上升而无法进行短路制动。但是，通过在电动机6之外设置电力消耗用电阻102，故在由于充满电不能进行再生制动，且短路制动也无法充分地进行的场合，可通过短路制动和电力消耗用电阻的制动的并用，或仅仅电力消耗用电阻102的制动，进行电动机6的制动。电力消耗用电阻102的制动可通过上述开关机构103、104自由地开闭。由于电力消耗用电阻102可用于辅助短路制动，故与不设置短路制动功能而仅仅以电力消耗用电阻102进行不能再生制动时的电动机6的制动的场合不同，电力消耗用电阻102的发热较少，其放热机构也可简单化，可避免设置电力消耗用电阻102导致的电动机驱动装置的大型化。

也可在设置电力消耗用电阻102的场合，设置有充电状态检测机构27和电动机温度检测机构106，该充电状态检测机构27检测上述电池19的充电状态是否为设定充电量以上的充满电的状态，该电动机温度检测机构106检测该电动机6的温度，该再生制动和短路制动切换控制机构25在上述充电状态检测机构27检测到充满电的状态时，通过上述电动机温度检测机构106的电动机温度的温度区分，切换到：上述短路连接方式或上述电阻消耗方式，或者切换到下述方式之一：上述短路连接方式、上述电阻消耗方式、上述短路连接方式和上述电阻消耗方式的并用方式。像上述那样，设置电池19的充电状态检测机构27和电动机温度检测机构106，通过该检测结果，进行再生制动、短路制动、电阻消耗制动的各自使用、组合，由此，可进行不对电动机6等施加过多的负荷的适合的制动。

在本发明的电动机驱动装置中，上述电动机6也可为电动汽车的行驶用的电动机。在电动汽车中，为了增加续航距离，强烈地希望车辆重量的减轻。由此，采用有限的容量的电池19，由于充满了电而不进行再生制动的情况多。另外，如果制动器9可小型化，则与重量的减轻相关。由此，切换再生制动和短路制动而实现的本发明的效果更进一步有效。特别是在较长的坡道，并且在充满电而无法进行再生制动的场合，可减少机械式制动器9的负担，实现机械式制动器9的小型化的优点是有效的。

本发明的电动汽车为具有本发明的上述任意的结构的电动机驱动装置的电动汽车。由此，按照本发明的电动机驱动装置20，即使在电池19充满电的状态的情况下，仍可进行电动机的制动，可实现机械式制动器9的小型化、省略化，另外，不需要设置用于消耗发电电力的较大的电阻、放热机构的效果很明显。

也可在本发明的电动汽车中，上述电动机6构成内轮电动机装置8，该内轮电动机装置8的一部分或整体设置于车轮的内部，包括上述电动机6和车轮用轴承4和减速器7。另外上述减速器7也可为摆线减速器。在内轮电动机装置8的场合，由于在各车轮上设置电动机6，故通过各个电动机6而分散地进行上述短路制动。另外，由于摆线减速器获得较大的减速比，故可通过进行上述短路制动的场合的电动机6的制动力有效地对车辆进行制动。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个方案中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一标号表示同一或相当的部分。

图1为通过俯视图而表示装载有本发明的第1实施方式的电动机驱动装置的电动汽车的构思方案的方框图；

图2为表示电动汽车的变频装置的构思方案的方框图；

图3为在图2的方框图中附加变频器的电路的方框图；

图4(A)表示该变频装置的变频器的电路，图4(B)为表示输出波形的波形图；

图5为该变频装置的变频器的短路连接方式的说明图；

图6为该变频装置中的进行矢量控制的基本驱动控制部的方框图；

图7为表示本发明的第2实施方式的电动机驱动装置的构思方案的方框图；

图8为表示装载本发明的电动机驱动装置的电动汽车的内轮电动机装置的一个例子的纵向剖视图；

图9为沿图8中的IX—IX线的剖视图；

图10为沿图8中的X—X线的剖视图；

图11为图10的部分放大剖视图；

图12为表示本发明的第3实施方式的电动机驱动装置的构思方案的方框图；

图13为该电动机驱动装置的短路连接方式的说明图。

具体实施方式

用于实施发明的优选方式

根据图1～6，对本发明的第1实施方式进行说明。图1为通过俯视图而表示装载有本发明的实施方式的电动机驱动装置的电动汽车的构思方案的方框图。该电动汽车为四轮的汽车，其中，构成车体1的左右后轮的车轮2为驱动轮，构成左右前轮的车轮3为从动轮。构成前轮的车轮3为操舵轮。构成驱动轮的左右车轮2、2分别通过独立的行驶用的电动机6而驱动。电动机6的旋转经由减速器7和车轮用轴承4，传递给车轮2。该电动机6、减速器7以及车轮用轴承4相互构成作为一个组成部件的内轮电动机装置8。像图2所示的那样，内轮电动机装置8的一部分或全部设置于车轮2的内部，电动机6接近车轮2而设置。在本实施方式中，沿驱动轮2的轴心C，车轮用轴承4和减速器7的整体以及电动机6的一部分与驱动轮2重合，但是也可将内轮电动机装置8的整体与驱动轮2重合。在各车轮2、3上分别设置电动式等机械式制动器9。另外，在这里所说的“机械式”为用于区别于再生制动器的术语，还包括液压制动器。

对控制系统进行说明。在车身1上搭载有主要的ECU21，该主要的ECU21作为对汽车的整体进行综合控制的电子控制单元；变频装置22(在图示的例子中，有两个)，该变频装置22按照该ECU21的指令，分别对各行驶用的电动机6进行控制；以及制动控制器23。由ECU21与变频装置22构成电动机驱动装置20。ECU21由计算机、在其中运行的程序以及各种的电子电路等构成。另外，ECU21和各变频装置22的弱电系统也可相互通过共同的计算机、共同的基板上的电子电路构成。

ECU21具有转矩分配机构48，该转矩分配机构48根据加速踏板操作机构16所输出的加速踏板打开度的信号、制动操作机构17所输出的减速指令、以及操舵机构15所输出的转向指令，将提供给左右轮的行驶用电动机6、6的加速和减速指令以转矩指令值的方式形成，将加速和减速指令输出给变频装置22。另外，转矩分配机构48具有下述的功能，即，在具有制动操作机构17所输出的减速指令时，分配成将电动机6用作再生制动器的制动转矩指令值、使机械式的制动器(图中未示出)动作的制动转矩指令值。用作再生制动器的制动转矩指令值将比如提供给各行驶用电动机6、6的加速和减速指令的转矩指令值作为负的指令值而提供。加速踏板操作机构16和制动操作机构17分别由加速踏板和制动踏板等的踏板与检测该踏板的动作量的传感器构成。操舵机构15由方向盘和检测其旋转角度的传感器构成。电池19为二次电池，用作电动机6的驱动和车辆整体的电气系统的电源。

制动控制器23由专用的电子控制单元(ECU)构成，将转矩分配机构48所提供的对机械式的制动器的制动转矩指令值分配给各车轮2、3的机械式制动器9。

像图2所示的那样，变频装置22由相对各电动机6而设置的作为电力转换电路的电源电路部28与控制该电源电路部28的电动机控制部29构成。电动机控制部29具有下述的功能，即，将该电动机控制部29所具有的关于内轮电动机装置8的各检测值、控制值等的信息输出给ECU21。电源电路部28由变频器31与PWM驱动器32构成，该变频器31将电池19的直流电转换为用于电动机6的驱动的三相的交流电，该PWM驱动器32为控制该变频器31的机构。

在图3中，该电动机6由3相的同步电动机，比如IPM(埋入磁铁型)同步电动机等构成。变频器31由作为半导体开关元件的多个开关元件31a、31b构成，通过这些开关元件31a、31b的开关的组合，以脉冲波形输出电动机6的三相(U、V、W相)的各相的驱动电流。变频器31的各开关元件31a、31b每组两个地串联于三条各相电路部，该三条各相电路部并联在与电池19连接的正电压侧电路部和负电压侧电路部之间，各相电路部中的两个开关元件31a、31b之间的部分连接于电动机6的各相的线圈上。在各开关元件31a、31b上并联有构成续流二极管的二极管31d。另外，在正电压侧电路部和负电压侧电路部之间，设置有平滑用的电容器的平滑电路37。

像将图3的电子电路放大的图4(A)所示的那样，变频器31像上述那样，由通过开关形成的开关元件31a、31b和续流二极管31d构成，形成了连接方式切换电路，该连接方式切换电路可切换到：驱动用连接方式，该驱动用连接方式通过电池19的电力而驱动电动机6；再生用连接方式，该再生用连接方式将再生制动时的电动机6的发电电力充给电池19。即，如果将全部的开关元件31a、31b截止，则变频器31为构成续流二极管31d的二极管桥，对电动机6的交流电进行整流的再生用连接方式。

PWM驱动器32对已输入的电流指令进行脉冲幅度调制，将开关指令提供给上述各驱动元件31a。上述脉冲幅度调制比如像图4(B)所示的那样，按照获得正弦波驱动(PWM)的电流输出的方式进行。在图3中，通过作为电源电路部28的弱电电路部的PWM驱动器32和上述电动机控制部29，构成变频装置22中的作为弱电电路部的运算部33。运算部33由计算机、在其中运行的程序以及电子电路构成。

在电动机6中设置有作为电动机角度检测器的角度传感器36，该角度传感器36检测电动机转子的角度。角度传感器36采用旋转变压器等的高精度的检测器。另外，像图2所示的那样，在车轮用轴承4或支承车轮用轴承4的转向节(图中未示出)等的支承部件上，设置有检测车轮2的旋转速度的车轮转数检测器24。

在图2、图3中，变频装置22的电动机控制部29具有基本驱动控制部38，该基本驱动控制部38按照设置于电动机6上的角度传感器36的角度检测值，进行与磁极位置相对应的控制，电动机控制部29进行矢量控制。矢量控制为下述的一种控制方式，该矢量控制分为转矩电流和励磁电流(也称为磁通电流)，其通过单独地对每个电流进行控制，实现高速响应和高精度控制。图6表示基本驱动控制部38。

在图6中，基本驱动控制部38具有包括电流指令运算部39、转矩电流控制部40、励磁电流控制部41、αβ坐标转换部42、二相/三相坐标转换部43、检测侧的三相/二相坐标转换部44以及电路坐标转换部45。

电流指令运算部39像图6中的通过方框图而表示内部结构的那样，具有转矩电流指令部39a和励磁电流设定部39b。转矩电流指令部39a按照上级控制机构所提供的转矩指令值，对应于角度传感器36的检测角度，输出以已确定的相位和交流变形为目的的转矩电流的指令值Iqref。上级控制机构为ECU21，在像图1那样，ECU21具有转矩分配机构48的场合，为转矩分配机构48。上级控制机构所提供的转矩指令为通过加速踏板打开度和制动器的制动指令等而运算出的转矩指令值。励磁电流设定部39b为输出励磁电流已确定的指令值Idref的机构。励磁电流的指令值Idref对应于电动机6的特性等而适当地设定，但是，也可为比如“0”。对于转矩电流，在下面称为“q轴电流”。另外，励磁电流在下面称为“d轴电流”，同样对于电压，转矩电压称为“q轴电压”，励磁电压称为“d轴电压”。另外，q轴为电动机旋转方向的轴，d轴为与q轴相垂直的方向的轴。

转矩电流控制部40按照q轴电流检测值Iq趋同于电流指令运算部39所提供的q轴电流指令值Iqref的方式进行控制，该q轴电流检测值Iq基于检测电动机6的驱动电流的电流检测机构35的检测值，并通过三相/二相坐标转换部44和旋转坐标转换部45而获得，转矩电流控制部40输出q轴电压指令值Vq。转矩电流控制部40由对q轴电流检测值Iq进行减法运算的减法运算部40b与对减法运算部40b的输出进行规定的运算处理的运算处理部40a构成。运算处理部40a在本例子中进行积分运算处理。

励磁电流控制部41按照d轴电流检测值Id趋同于电流指令运算部39所提供的d轴电流指令值Idref的方式进行控制，该d轴电流检测值Id基于检测电动机6的驱动电流的电流检测机构35的检测值，并通过3相/2相坐标转换部44和旋转坐标转换部45而获得，励磁电流控制部41输出d轴电压指令值Vd。励磁电流控制部41a由对d轴电流检测值Id进行减法运算的减法运算部41b与对减法运算部41b的输出进行规定运算处理的运算处理部41a构成。运算处理部41a在本例子中进行积分运算处理。

上述3相/2相坐标转换部44为将流过电动机6的U相、V相、W相的电流中的2个或3个相的电流，比如U相的电流Iu与V相的电流Iv的检测值转换为静止正交2相坐标成分的实际电流(α轴上的实际电流和β轴上的实际电流)的检测值Iα、Iβ的机构。旋转坐标转换部45为根据角度传感器36所检测出的电动机转子角度θ，将上述静止正交2相坐标成分的实际电流的检测值Iα、Iβ转换为q轴上、d轴上的检测值Iq、Id的机构。

αβ坐标转换部42为根据角度传感器36所检测出的电动机转子角度θ，即电动机转子的相位，将q轴电压指令值Vq和d轴电压指令值Vd转换为固定二相坐标成分的实际电压的指令值Vα、Vβ的机构。2相/3相坐标转换部43为将αβ坐标转换部42所输出的实际电压指令值Vα、Vβ转换为控制电动机6的U相、V相、W相的三相交流电压指令值Vu、Vv、Vw的机构。

电源电路部28按照上述那样，对从基本驱动控制部38的2相/3相坐标转换部43所输出的电压指令值Vu、Vv、Vw进行电力转换，输出电动机驱动电流Iu、Iv、Iw。

在本实施方式中，在上述结构的电动机驱动装置20中，形成有下述的结构，该结构能将作为连接方式切换电路的变频器31切换为使电动机6的电动机线圈短路并产生制动力的短路连接方式，并且在电动机控制部29中设置有下述的再生制动和短路制动切换控制部25和短路电流控制机构26。

在作为连接方式切换电路的变频器31由上述那样的6个开关元件31a、31b构成的场合，像图5那样，将正电压侧(图的顶侧)的3个开关元件31a全部截止，将负电压侧(图的底侧)的3个开关元件31b全部导通，由此，处于电动机6的电动机线圈短路的状态。

变频器31可切换到像上述那样，按照相对旋转方向而产生正的转矩的方式依次改变开关元件31a、31b的开闭的组合，以交流电而进行电动机驱动的驱动用连接方式；按照相对旋转方向而产生负的转矩的方式依次改变的再生连接方式；图5所示的那样的变频器31的短路连接方式，电源电路部28通过PWM驱动器32或电源电路部28内的其它的电子电路部(图中未示出)，对来自电源电路部28的外部的切换信号作出响应，可进行上述三种连接方式的切换。此外，再生连接方式为在驱动用连接方式中输出电力为负的场合的连接方式。

另外，驱动时是从电池19对电动机6供电的正的输出状态，再生时是从电动机6(作为发电机的动作)对电池19供电的负的输出状态，在短路时，通过电动机6(发电机的本身损耗)和变频器而消耗来自电动机6(作为发电机的动作)的电力。在全部的开关元件31a、31b截止的场合，没有电力的输入输出，电动机6为自由的状态。

再生制动和短路制动切换控制机构25为对包括变频器31的电源电路部28，提供上述再生连接方式和短路连接方式的切换的指令的机构。再生制动和短路制动切换控制机构25在本实施方式中，在被提供用于变频器31的再生制动指令，比如负的转矩指令时，在检测电池19的充电状态的充电状态检测机构25判定出没有充满电的场合，将采用再生连接方式的指令提供给电源电路部28；在判定出充满电的场合，将采用短路连接方式的指令提供给电源电路部28。充电状态检测机构27由测定比如电池19的电压的电压计构成，如果在设定电压以上，则判定为充满电。另外，再生制动和短路制动切换控制机构25也可通过构成上级控制机构的ECU21、进行人工输入的输入机构(图中未示出)的切换指令的信号，进行上述连接方式的切换。

短路电流控制机构26为作为连接方式切换电路的变频器31为短路连接方式的场合的控制电动机6的短路电流的机构。短路电流控制机构26按照下述方式对确定的电流值进行控制，该方式为例如与ECU21的转矩分配机构48所提供的制动指令的负的转矩指令的指令值相对应的短路电流。短路电流控制机构26在实施方式中，通过PWM驱动而进行电流控制，另外采用矢量控制法，将该PWM驱动的电流控制作为转矩电流和励磁电流而控制，具体来说，采用进行图6的矢量控制的基本驱动控制部38，进行上述短路电流的控制。

该短路电流的PWM驱动的电流控制通过下述方式进行，该方式为：变频器31的连接方式为图5的短路连接方式，同时开闭处于导通状态的负电压侧的3个开关元件31b，控制提供该导通时间的脉冲宽度。

另外，该短路电流的矢量控制在使变频器31的连接方式为图5的短路连接方式后，通过下述方式进行，该方式为：从电流指令运算部39输出对应于制动指令而确定的大小的转矩电流的指令值Iqref和励磁电流的确定的指令值Idref。比如，励磁电流的指令值Idref为0，转矩电流的指令值Iqref为对应于制动指令而确定的大小的指令值。这样的转矩电流的指令值Iqref、励磁电流的指令值Idref通过图2、图3的短路电流控制机构26而求出。

按照上述方案的电动机驱动装置20，通过再生制动和短路制动切换控制机构25，将作为连接方式切换电路的变频器31切换到将电动机线圈短路的短路连接方式，由此，可对电动机6产生制动力。电动机6在线圈短路时，产生较大的制动力。仅通过单纯的短路，制动转矩过大，形成紧急制动，然而借助短路电流控制机构26对按照短路连接方式而流动的短路电流进行控制，产生对于电动机6必要的转矩，不仅不产生紧急制动，还产生所需的制动转矩。另外，如果通过再生制动和短路制动切换控制机构25，将上述变频器31切换到再生用连接方式，则进行普通的再生制动。

由于像这样，可通过再生制动和短路制动切换控制机构25切换到再生制动和短路制动，并且可设置短路电流控制机构26进行短路制动的控制，故即使在电池19为充满电的状态下仍可进行电动机6的制动，在许多的场合，可通过电动机6的制动力对电动汽车、电动机使用设备进行制动。由此，机械式制动器9用于比如制动时的最后的确实停止时的使用、与电动机6的制动并用等辅助地使用，可实现小型化、省略化。在用于电动汽车的场合，即使在较长的下坡、充满电的情况下，进行电动机6的短路制动，由此，机械式制动器9的制动负担小，可避免摩擦式制动的机械式制动器9的发热问题。另外，在短路制动中，电动机6发热，消耗发电能量，但是，在到过热之前有充分的富裕的情况较多，可实现短路制动的实用化。

另外，在设置充电状态检测机构27，电池19由于充满电而不能进行再生制动的场合，通过该充满电的检测，切换到短路连接方式，因而进行电动机6的短路的制动，故通过该自动切换，避免因充满电导致的未预计的制动力不足。

上述连接方式切换电路由变频器31构成，而埋入磁铁型等的同步电动机通过变频器31将电池19的直流电转换为交流电进行驱动。变频器31由作为开关元件的开关元件31a、31b、与该元件并联的续流二极管31d的组合等构成，通过各开关元件31a、31b的开闭状态的组合，可用作上述连接方式切换电路。由于采用变频器31，不需要设置专用的连接方式切换电路。

由于上述短路电流控制机构26通过PWM(脉冲幅度调制)驱动进行电流控制，故电流控制可通过简单的电路结构，以良好的精度而进行。另外，由于采用矢量控制法，将该PWM驱动的电流控制作为转矩电流和励磁电流而控制，故电流控制以良好的精度而进行，构成所需的制动动作的短路制动以良好的精度而进行。

此外，在采用该电动机驱动装置20的电动汽车中，由于上述电动机6构成内轮电动机装置8，在各车轮上设置有电动机6，故在各电动机6中分散地进行上述短路制动。另外，由于摆线减速器可获得较大的减速比，故进行上述短路制动的场合的电动机6的制动力，可有效地对车辆进行制动。

图7表示本发明的第2实施方式。在本实施方式中，特别说明的事项的其它的结构与结合图1～图6而说明的第1实施方式相同，省略重复的说明。在本实施方式中，在上述电动机6的外部设置有电阻消耗制动用电路101，该电阻消耗制动用电路101具有：消耗该电动机6的发电电力并在电动机中产生制动力的电力消耗用电阻102与和该电力消耗用电阻102串联的开关机构103、104。上述再生制动和短路制动切换控制机构25控制上述电阻消耗制动用电路101和上述开关机构103、104，可切换到让电动机6的发电电流流过上述电阻消耗制动用电路101的电阻消耗方式、上述再生用连接方式或上述短路连接方式，或者可切换到上述再生用连接方式、上述短路连接方式、上述电阻消耗方式、或上述短路连接方式和电阻消耗方式并用的方式。

在短路制动中，由于电动机6发热，消耗发电能量，故有时因电动机温度的上升会不能进行短路制动。但是，通过在电动机6之外设置电力消耗用电阻102，故在充满电的状态不进行再生制动，另外，在短路制动也没能充分地进行的场合，仅仅通过短路制动和电力消耗用电阻的制动的并用，或电力消耗用电阻102的制动，便可进行电动机6的制动。电力消耗用电阻102的制动可通过上述开关机构103、104而自由地开闭。由于电力消耗用电阻102可辅助用于短路制动，故与不设置短路制动的功能而仅仅通过电力消耗用电阻102进行不能进行再生制动时的电动机6的制动的场合不同，电力消耗用电阻102的发热较少，该放热机构也可简化，可避免设置电力消耗用电阻102而造成的电动机驱动装置的大型化。

在设置电力消耗用电阻102的场合，设置有充电状态检测机构27(图2)，该充电状态检测机构27检测上述电池19的充电状态是否为作为在设定充电量以上的充电状态的充满电；检测上述电动机6的温度的电动机温度检测机构106，上述再生制动和短路制动切换控制机构25在上述充电状态检测机构27(图2)检测到充满电的状态，通过上述电动机温度检测机构106的电动机温度的温度区分，可切换到上述短路连接方式或上述电阻消耗方式，或者可切换到短路连接方式、上述电阻消耗方式、或短路连接方式和电阻消耗方式并用的方式。像这样，设置电池19的充电状态检测机构27(图2)和电动机温度检测机构106，根据该检测结果，进行再生制动、短路制动、电阻消耗制动的分别使用、组合使用，由此，进行不对电动机6等施加过多的负担的适合的制动。

下面结合图8～图11给出上述各实施方式中的内轮电动机装置8的具体例子。在内轮电动机装置8中，减速器7夹设于车轮用轴承4和电动机6之间，将通过车轮用轴承4支承的驱动轮2的轮毂和电动机6的旋转输出轴74连接于同轴心上。该减速器7为摆线减速器，其为下述的结构，在同轴地连接于电动机6的旋转输出轴74上的旋转输入轴82上形成偏心部82a、82b，分别在偏心部82a、82b上，经由轴承85安装曲线板84a、84b，将曲线板84a、84b的偏心运动以旋转运动传递给车轮用轴承4。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状态，靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间处的一侧称为内侧。

车轮用轴承4由外方部件51、内方部件52和多排滚动体55构成，在外方部件51的内周上形成多排的滚动面53，在内方部件52的外周上形成与各滚动面53面对的滚动面54，该多排滚动体55夹设于该外方部件51和内方部件52的滚动面53、54之间。内方部件52兼作安装驱动轮的轮毂。该车轮用轴承4为多排的角接触球轴承型，滚动体55由滚珠形成，在每排通过球笼56保持。上述滚动面53、54的截面呈圆弧状，各滚动面53、54按照滚珠接触角在背面对准的方式形成。外方部件51和内方部件52之间的轴承空间的外侧端通过密封件57密封。

外方部件51为静止侧轨道圈，具有安装于减速器7的外侧的外壳83b上的法兰51a，为整体是一体的部件。在法兰51a上的周向的多个部位开设有螺栓插孔64。另外，在外壳83b中的与螺栓插孔64相对应的位置，开设有于内周车有螺纹的螺栓螺接孔94。穿过螺栓插孔64的安装螺栓65螺接于螺栓螺接孔94中，由此将外方部件51安装于外壳83b上。

内方部件52为旋转侧轨道圈，由外侧件59和内侧件60构成，该外侧件59具有车辆安装用的轮毂法兰59a，该内侧件60的外侧嵌合于该外侧件59的内周，通过敛缝与外侧件59形成一体。在该外侧件59和内侧件60上，形成上述各排的滚动面54。在内侧件60的中心开设有通孔61。在轮毂法兰59a上的周向的多个部位，开设有轮毂螺栓66的压入孔67。在外侧件59的轮毂法兰59a的根部附近，对驱动轮和制动部件(图中未示出)进行导向的圆筒状的导向部63向外侧突出。在该导向部63的内周，安装将上述通孔61的外侧端封闭的盖68。

减速器7像上述那样为摆线减速器，像图10那样，由外形呈坡度小的波状的次摆线曲线形成的两个曲线板84a、84b分别经由轴承85，安装于旋转输入轴82的各偏心部82a、82b上。在外周侧对各曲线板84a、84b的偏心运动进行导向的多个外销86分别跨接而设置于外壳83b上，安装于内方部件52的内侧件60上的多个内销88在插入状态而卡合设置于各曲线板84a、84b的内部的多个圆形的通孔89中。旋转输入轴82通过花键而与电动机6的旋转输出轴74连接，成一体地旋转。又，旋转输入轴82通过两个轴承90，使其两端支承于内侧的外壳83a和内方部件52的内侧件60的内径面上。

如果电动机6的旋转输出轴74旋转，则安装于与其成一体地旋转的旋转输入轴82上的各曲线板84a、84b进行偏心运动。该各曲线板84a、84b的偏心运动通过内销88和通孔89的卡合，以旋转运动而传递给内方部件52。相对旋转输出轴74的旋转，内方部件52的旋转减速。比如，通过1级的摆线减速器可获得1/10以上的减速比。

上述两个曲线板84a、84b按照偏心运动相互抵消的方式，以180°的相位差而安装于旋转输入轴82的各偏心部82a、82b上，在各偏心部82a、82b的两侧，为了抵消各曲线板84a、84b的偏心运动造成的振动，安装与各偏心部82a、82b的偏心方向相反的方向偏心的平衡块91。

像图11以放大方式所示的那样，在上述各外销86和内销88上安装有轴承92、93，该轴承92、93的外圈92a、93a分别与各曲线板84a、84b的外周和各通孔89的内周滚动接触。于是，可降低外销86和各曲线板84a、84b的外周的接触阻力以及内销88和各通孔89的内周的接触阻力，将各曲线板84a、84b的偏心运动顺利地以旋转运动传递给内方部件52。

在图9中，电动机6为径向间隙型的IPM电动机，在该电动机中的电动机定子73和电动机转子75之间设置径向间隙，该电动机定子73固定于圆筒状的电动机外壳72上，该电动机转子75安装于旋转输出轴74上。旋转输出轴74通过悬臂方式，借助2个轴承76而支承于减速器7的内侧的外壳83a的筒部上。

电动机定子73由通过软质磁性体形成的定子铁芯部77和线圈78构成。定子铁芯部77的外周面嵌合于电动机外壳72的内周面，保持于电动机外壳72。电动机转子75由转子铁芯部79和多个永久磁铁80构成，该转子铁芯部79按照与电动机定子73同心的方式，外嵌于旋转输出轴74上，该多个永久磁铁80内置于该电动机铁芯部79中。永久磁铁80呈V字状设置。

在电动机6中设置角度传感器36，该角度传感器36检测电动机定子73和电动机转子75之间的相对旋转角度。角度传感器36包括角度传感器主体70，该角度传感器主体70检测并输出表示电动机定子73和电动机转子75之间的相对旋转角度的信号；角度运算电路71，该角度运算电路71根据该角度传感器主体70所输出的信号，对角度进行运算。角度传感器主体70由被检测部70a和检测部70b构成，该被检测部70a设置于旋转输出轴74的外周面上，该检测部70b设置于电动机外壳72上，按照比如在径向面对的方式接近设置于上述被检测部70a。被检测部70a和检测部70b也可在轴向面对而接近设置。在这里，角度传感器36采用磁性编码器或旋转变压器。电动机6的旋转控制通过上述电动机控制部29(图2、图5、图7)而进行。另外，内轮电动机装置8的电动机电流的布线、各种传感器系统的布线、指令系统的布线通过设置于电动机外壳72等的连接器99而集中实施。

图12、图13表示本发明的第3实施方式。该实施方式表示电动机6为直流电动机的场合的例子。像图12所示的那样，连接方式切换电路31A通过分别为开关元件的4个开关元件31Aa、31Ab以及二极管31Ad构成。在该方案的场合，在再生用连接方式中，将全部的开关元件31Aa、31Ab截止。在短路制动用连接方式中，像图13所示的那样，将正电压侧的两个开关元件31Aa截止，将负电压侧的两个开关元件31Ab导通。通过再生制动和短路制动切换控制机构25进行该切换。短路电流控制机构26通过该负电压侧的两个开关元件31Ab的占空比的调整进行电流调整。其它的结构、效果与第1实施方式相同。

另外，在上述实施方式中，对适用于分别通过电动机而驱动后轮的二轮的驱动轮的四轮的电动汽车的场合进行了说明，但是，本发明所适用的电动汽车还可适用于各自地通过电动机而驱动前轮的二轮的类型；四轮均通过电动机而驱动的类型；或通过一台电动机而驱动的类型。此外，本发明的电动机驱动装置还可适用于产业机械等。

如上所述，参照附图对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员阅读本申请的说明书，会在显然的范围内容易想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，解释为根据权利要求书而确定的发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示车身；

标号2、3表示车轮；

标号4表示车轮用轴承；

标号6表示电动机；

标号7表示减速器；

标号8表示内轮电动机装置；

标号19表示电池；

标号20表示电动机驱动装置；

标号21表示ECU；

标号22表示变频装置；

标号25表示再生制动和短路制动切换控制机构；

标号26表示短路电流控制机构；

标号27表示充电状态检测机构；

标号28表示电源电路部；

标号29表示电动机控制部；

标号31表示变频器(连接方式切换电路)

标号32表示PWM驱动器；

标号35表示电流检测机构；

标号36表示角度传感器；

标号102表示电力消耗用电阻；

标号103、104表示开关机构；

标号101表示电阻消耗制动用电路；

标号106表示电动机温度检测机构。

Claims (9)

1.一种电动机驱动装置，其包括：连接方式切换电路，该连接方式切换电路能在下述两种连接方式之间切换，该两种连接方式为：通过电池的电力而驱动三相的电动机的驱动用连接方式和将再生制动时的电动机的发电电力充电至电池的再生用连接方式，其特征在于，上述连接方式切换电路设置成能切换到使电动机线圈短路并产生制动力的短路连接方式的结构，上述连接方式切换电路为下述变频器，该变频器具有总共六个开关元件，该开关元件按照各相而将作为各自的半导体开关元件的开关元件两个一组地直接连接于正电压侧和负电压侧，上述短路连接方式将正电压侧的三个开关元件全部截止，将负电压侧的三个开关元件全部导通，

该电动机驱动装置进一步包括：

短路电流控制机构，该短路电流控制机构控制在上述短路连接方式时流动的短路电流，该短路电流控制机构通过PWM驱动而进行电流控制，上述PWM驱动的电流控制采用矢量控制法，通过输出根据制动指令而规定的大小的转矩电流和励磁电流的指令值而进行控制；

再生制动和短路制动切换控制机构，该再生制动和短路制动切换控制机构进行将上述连接方式切换电路在上述再生用连接方式和上述短路连接方式之间切换的控制。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，设置有充电状态检测机构，该充电状态检测机构检测上述电池的充电状态是否在设定充电量以上的充满电的状态，上述再生制动和短路制动切换控制机构在上述充电状态检测机构检测到充满电的状态时，将上述连接方式切换电路切换到上述短路连接方式。

3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，上述电动机为同步电动机，上述连接方式切换电路为变频器。

4.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，还包括，在上述电动机的外部设置有电阻消耗制动用电路，该电阻消耗制动用电路包括电力消耗用电阻和与该电力消耗用电阻串联的开关机构，该电力消耗用电阻消耗该电动机的发电电力并在电动机中产生制动力；上述再生制动和短路制动切换控制机构控制上述连接方式切换电路和上述开关机构，从而能切换到：让电动机的发电电流流过上述电阻消耗制动用电路的电阻消耗方式、上述再生用连接方式、或上述短路连接方式，或者能切换到：上述再生用连接方式、上述短路连接方式、上述电阻消耗方式、或上述短路连接方式和上述电阻消耗方式并用的方式。

5.根据权利要求4所述的电动机驱动装置，其中，设置有充电状态检测机构和电动机温度检测机构，该充电状态检测机构检测上述电池的充电状态是否为设定充电量以上的充满电的状态，该电动机温度检测机构检测上述电动机的温度，上述再生制动和短路制动切换控制机构，在上述充电状态检测机构检测到充满电的状态时，通过电动机温度检测机构的电动机温度的温度区分，切换到：上述短路连接方式或上述电阻消耗方式，或者切换到下述方式中的一个：上述短路连接方式、上述电阻消耗方式、上述短路连接方式和电阻消耗方式并用的方式。

6.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，上述电动机为电动汽车的行驶用的电动机。

7.一种电动汽车，该电动汽车具有权利要求1所述的电动机驱动装置。

8.根据权利要求7所述的电动汽车，其中，上述电动机构成内轮电动机装置，该内轮电动机装置的一部分或整体设置于车轮的内部，包括上述电动机和车轮用轴承和减速器。

9.根据权利要求8所述的电动汽车，其中，上述减速器为摆线减速器。