JPH07115706A

JPH07115706A - 電動車両

Info

Publication number: JPH07115706A
Application number: JP5282077A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kitada; 眞一郎北田; Hiroyuki Hirano; 弘之平野; Kiyotaka Ozaki; 清孝尾崎; Yutaro Kaneko; 雄太郎金子; Shigeru Sumiki; 茂隅木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】高駆動効率の範囲が拡大され、低エネルギ
ー消費、低コスト且つ高駆動性能の電動車両とする。【構成】ステータ３０、５０とロータ４０、６０を有
するモータＰ、Ｅにはそれぞれかご形導体７０、８０と
巻き線２０、９０とが設けられている。またロータ４
０、６０はモータ軸３により固定されており、モータＰ
は加速など限られたときに使用されるものであるため、
磁気回路の磁束密度と出力容量は高く設定されていて、
小型に構成されている。モータＥは定常走行など使用頻
度の高いかつ大出力が不要なものであるため、磁気回路
の磁束密度と出力容量は比較的低く設定されている。こ
れにより、定常走行など低駆動力が要求された領域では
高効率駆動ができ、また加速などの高駆動力が要求され
た領域で使用するモータは小型であるため車両の負荷に
はならないという効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】この発明は、複数の駆動用モータを備えた
電動車両に係り、特にこれらモータの体積、効率、出力
容量配分に関する組み合わせとそれらを駆動制御する電
動車両に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動車両の効率は、車両が走行すると
き、それを駆動するモータの効率曲線に応じて車両に要
求された駆動力及び走行速度に基づく曲線上所定の位置
をとることになる。この効率は、一定の走行速度におい
て、駆動力に応じて変化してくる。駆動モータが１個の
みの場合、車両要求駆動力が例えば出力の低い域に入る
と、モータの駆動効率が低下し、エネルギー損失が大き
くなる。

【０００３】これに対して、モータの駆動効率を向上さ
せるため、駆動力源として複数台の同容量モータを搭載
する電動車両がある。またこれら複数のモータを制御す
るため、特開平２−１３３００５号公報に開示されてい
るような方式がある。つまり搭載モータの効率を決定付
けるモータの速度と、この電動車両に要求されている駆
動力とに基づいて効率が最適となるようにそれぞれ別個
に複数のモータを制御するようにして、モータ全体とし
ての効率を向上しようとした制御である。

【０００４】この方式では、電動車両の速度検出値と、
車両に要求される駆動力とに基づいて各モータの駆動力
配分が演算手段により決定される。この演算手段では、
各モータの駆動力配分の演算を、複数のモータの回転
数、トルク、効率の関係を予め適当な区分に区切った回
転数範囲と駆動力範囲とに対応させて行なっておき、そ
の結果として作成される駆動力マップを記憶させてあ
る。実際の制御においては、この駆動力マップを用い
て、まずそのとき入力されてきている車両速度の検出値
及び要求駆動力の値がそれぞれこのマップで区切った車
両速度範囲のどこに対応するかを判断し、次にこの交点
に記憶されている駆動力配分値を読み出す。そして、こ
の駆動力配分値により各モータを制御することにより、
電動車両の駆動効率を最適にしようとしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来電動車両にあっては、モータを駆動するには、
駆動力マップの特性に基づいて最適駆動力配分を行なう
ため、モータとして総合的に駆動効率を高くする効果が
得られるが、電動車両全体としてみたときの総合的な効
率が必ずしも最適とはならないという問題があった。

【０００６】すなわち、その複数のモータとしてそれぞ
れ同一容量のモータが用いられているため、使用頻度の
低いしかも高駆動力が要求される領域では全てのモータ
が出力するが、使用頻度の高い定常走行などの低駆動力
領域では１個ないし少数個が負担するため、多くのモー
タが休止状態に入り、結果的に電動車両の負荷が増加
し、総合的な駆動効率が低下してしまう。なおこの制御
方式では、負担するモータが常に駆動力配分の演算値に
応じて切り替えられるため、安定な駆動が得られないと
いう欠点があった。

【０００７】このため、モータの小型化と軽量化による
電動車両の駆動効率の向上が考えられる。これは、すな
わちモータの重量、体積を決定するロータコアとステー
タコアともに小さく設定し、モータの体積と重量を減ら
す方式である。しかしロータコアとステータコアを小さ
くするため、ギャップ磁束密度や磁気回路の磁束密度を
高く設計しなければならない。こうして磁気回路磁束密
度を高くすると、磁気回路を構成するロータとステータ
鋼板の磁気飽和の関係から磁力線が一番集中している突
極部の断面積を広くする必要がある。このため、巻き線
を収納するスロットの面積を小さくせざるを得なくな
り、結局巻き線断面積が小さくなり、巻き線の抵抗値が
増大し、銅損が顕著になってしまう。また磁気回路の磁
束密度が高くなるとコア内の鉄損も次第に大きくなり、
モータは鉄損、銅損の両面から効率が悪化してしまう。

【０００８】逆にモータの駆動効率を向上させるため、
磁気回路を広くして磁気回路の磁気密度を低く押さえて
鉄損を低減させたり、巻き線抵抗を低減するためにスロ
ット部を広くして巻き線断面積をアップさせようとする
と、モータの体積と重量が必然的に大きくなり、車両の
駆動効率が同様に低下してしまう。なおコストもアップ
してしまうなどの不都合がある。

【０００９】したがって本発明は、上記従来の問題点に
鑑み、高効率の範囲が拡大され、エネルギー消費が低く
駆動性能の高い電動車両を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明はそ
れぞれ電磁鋼板で形成されたロータコア及びステータコ
アに巻き線が巻回され、互いに連結された複数のモータ
を備え、走行に要求される要求駆動力を検出する要求駆
動力検出手段と、前記連結されたモータの回転数を検出
する回転数検出手段と、前記要求駆動力検出手段と回転
数検出手段の各検出値に基づいて、前記高出力モータ及
び低出力モータの各駆動力配分を求め、制御指令を出力
する演算手段と、該制御指令に基づいて前記高出力モー
タ及び低出力モータの各駆動力を制御する制御手段とを
有する電動車両において、前記モータはその磁気回路の
磁束密度が高く設定された高出力モータと、その磁気回
路の磁束密度が低く設定された低出力モータとを備えた
ものとした。

【００１１】

【作用】複数の駆動用モータを備え、各モータの出力容
量、重量、駆動効率などの特性がそれぞれの使用頻度に
応じて設定されていて、使用頻度が高く、しかも低駆動
力の定常走行域では、低出力のモータで負担するが、使
用頻度が低く、高駆動力が必要な加速などの非定常走行
域では高出力のモータで負担する。そして、前記低出力
モータの磁気回路の磁束密度が低く高出力モータの磁気
回路の磁束密度が高く、すなわち、駆動用モータが電動
車両の走行域に応じて仕様が個別に設定され、使い分け
られるから、車両駆動部の小型化と軽量化が可能とな
り、駆動効率の向上が実現される。なお、モータのコア
を構成する電磁鋼板のシリコンの含有量をモータの効率
に合わせて決定するものとしたときには生産コストが低
減される。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す。車両駆動
用のモータＰおよびＥが共通のモータ軸３により互いに
結合されるとともに、その駆動力がモータ軸３からギャ
ボックス４及び減速機５を経て車輪の駆動軸７に伝達さ
れる。モータＰは例えば４５ＫＷ程度の比較的大出力と
され、モータＥは例えば１５ＫＷ程度の比較的小さな出
力に構成されている。またモータＰとモータＥはモータ
ケース１１に収納されている。モータＰ、Ｅの駆動用電
源はバッテリ１から供給され、それぞれ演算装置８によ
り制御される駆動装置９、１０によって駆動される。

【００１４】モータＰには例えばロータリエンコーダで
構成された速度センサ６が設けられ、モータＰおよびＥ
の回転数Ｎ１が検出される。また演算装置８にはモータ
の回転数Ｎ１が入力されると共に、車両の要求駆動力と
して要求トルク値Ｔ１を検出する要求トルク検出装置２
も接続されている。要求トルク検出装置２は、例えばア
クセルペダルの踏み込み量を検出して必要な駆動トルク
値を求める。

【００１５】上記演算装置８では、上記の入力される速
度センサ６、要求トルク検出装置２の各検出値に応じて
モータＰ、モータＥの最適駆動力配分を演算する。そし
て、この演算値に基づく制御指令値を受けるモータ駆動
装置９、１０により、モータＰ、モータＥが駆動され
る。この駆動力配分を演算するため、演算装置８は内部
にメモリを有し、予め各モータの駆動領域とそれに対応
するモータの回転数及び車両要求トルクを計算してお
き、その結果として図２に示しているような駆動モード
である選択マップを記憶させてある。このマップは、各
回転で比較的車両要求トルクが小さい定常走行域ではＥ
モード、一般の加速などの中程度の要求トルク要求領域
ではＰモード、最もトルクの必要な領域ではＰＥモード
である。ここでのＰとＥはそれぞれ担当するモータのこ
とを指す。

【００１６】図３は、駆動用モータＰ、Ｅの構成図であ
る。本実施例では、モータＰ、Ｅはそれぞれステータ３
０、５０とロータ４０、６０を有し、そして、ロータ４
０、６０の中には、それぞれかご形導体７０、８０が設
けられている。またロータ４０、６０はモータ軸３に固
定されており、例えばスプライン継手により出力トルク
を伝達する。モータＰは主として加速などのときに駆動
され、使用頻度が低いため、効率よりも小型と軽量を主
眼に設計され、エアギャップや磁気回路の磁束密度は高
く設定されており、コアを構成する電磁鋼板はシリコン
含有量の低いもので形成される。磁束密度は例えば、エ
アギャップ磁束密度が１. ２Ｔ以上、磁気回路磁束密度
が１. ６Ｔ以上程度に設定されている。また巻き線２０
のターン数は４ターンに設定されている。

【００１７】モータＥは主として定常走行用として、使
用頻度が高いため、モータの軽量、小型化よりも高駆動
効率を主眼に設計され、エアギャップ磁束密度、磁気回
路の磁束密度は比較的低く設定されている。そして磁気
回路を構成するコアはシリコン含有量の高いもので形成
される。磁束密度については例えば、エアギャップ磁束
密度は０．９Ｔ以下、磁気回路磁束密度は１．４Ｔ以下
程度に設定されている。巻き線９０のターン数は８ター
ンに設定されている。

【００１８】またこれら二つのモータの磁気回路の設定
にあたっては、図４の特性に基づいて決定されている。
図４は、駆動用モータＰ及びＥについて、それぞれギャ
ップ磁束密度、コア磁束密度及び突極の磁束密度を変化
させたときのステータコアの外形体積と無負荷損の関係
を示したものである。この図から、モータを小型化する
と無負荷損が大きくなり、無負荷損を小さくとるとモー
タが大型になることが分かる。無負荷損は、低出力のと
きのモータの駆動効率に大きく影響し、車量の駆動効率
に非常に関係の深いものである。このため定常走行など
低駆動力が要求される領域での駆動は無負荷損をできる
だけ低く選ぶ。一方、加速などの高駆動力が要求された
ときは高出力容量のモータで負担する。そしてこの高出
力容量のモータは使用頻度が低いため、無負荷損を小さ
くとるよりも、小型化を選択する。

【００１９】本実施例では、設計パラメータによりス
テータコア体積で５７００ｃｍ³から１００００ｃｍ³
までの選択幅があるが、駆動用モータＰは加速時など非
定常走行時に使用するため、効率よりは小型かつ軽量を
選んだ方が車両全体の効率が高くなるので、図４に示さ
れているＰ点を採用しており、この点の外形体積は５７
００ｃｍ³で、無負荷損失は８９０Ｗである。Ｐ点にお
ける設計データは図５に示す。この図によれば無負荷損
失が８９０Ｗのとき設計データであるエアギャップ磁束
密度は１．４Ｔ、突極磁束密度は１．６Ｔである。

【００２０】つぎに駆動用モータＥについて説明する。
モータＥは普段よく使用する定常走行用モータなので効
率重視にし、また高出力が必要でないため体積の増大も
免れる。本実施例では、図４に示されているＥ点を採用
しており、この点の外形体積は３３００ｃｍ³で、無負
荷損失は１８０Ｗである。Ｅ点における設計データは、
モータＰと同様に図５に示されている。無負荷損失に応
じてこの図より得られた設計データはエアギャップ磁束
密度は０．８Ｔ、突極磁束密度は１．４Ｔである。設計
はこのように行なわれ、普段よく使用するモータＥは体
積を増大せずに効率を従来より上げることができ、また
高出力モータＰが小型かつ軽量に構成される。モータ
Ｐ及びモータＥの合計体積は、５７００ｃｍ³（Ｐ）＋
３３００ｃｍ³（Ｅ）＝９０００ｃｍ³であり、例え
ば、１つのモータでつくるのに比べ（６０ｋＷモータと
なり１００００〜１１０００ｃｍ³必要）１０％〜２０
％の小型化及び重量軽減が可能となり、車両全体の効率
が向上する。

【００２１】上記のように、使用頻度の高いモータＥを
高効率に設定し、逆に使用頻度の低いモータＰは小型、
軽量に設計する。この二つのモータの効率と出力の関係
は図６に示す。また、高効率化の手法としては、エアギ
ャップ磁束を低く設定したり、スロット面積を大きくし
て巻き線抵抗を低減したり、電磁鋼板にシリコン含有量
の高いものを使用したり、同じコアを使用する場合には
ターン数を増やして磁束密度の低減を図ったり、絶縁種
の高い巻き線を使用することにより冷却損失を低減させ
たり等の各種の方法があるが、使用頻度の低いモータ
は、小型、軽量またコストを安く製作するために、逆の
方法を適用すればよい。

【００２２】また、本実施例においては、二つのモータ
の出力分担を単純に５０対５０にするのではなく、その
車両使用頻度の高い領域を、上記高効率モータがカバー
する程度の出力とする。例えば、時速８０キロの定速走
行は定常走行としてカバーするため、使用頻度の高いモ
ータの出力と使用頻度の低いモータの出力比を２５対７
５程度にする。これにより効率が高いとともに、駆動部
を最も軽量、小型にすることができる。

【００２３】次に、この実施例における最適駆動力配分
について説明する。図７は、演算装置８における制御
のフローチャートを示す。この際演算装置８では、図２
に示されている選択マップを用いてモータの最適駆動力
配分を決定する。まず、ステップ１０１において、要求
トルク検出装置２で検出された車両の要求トルクの検出
値Ｔ１が読み込まれ、次いでステップ１０２で、速度セ
ンサ６からのモータ回転数の検出値Ｎ１が読み込まれ
る。

【００２４】ステップ１０３において、そのモータ回転
数Ｎ１と要求トルクＴ１に基づいてモータの駆動モード
が選択される。もし車両要求トルクと回転速度が比較的
小さいときには、Ｅモードが選択され、ステップ１０４
で、モータＥにトルクＴ１を発生するように指令を出
す。この時Ｐモータは単につれ回って休止状態となる。
また、加速時等で、車両要求トルクが大きいときには、
Ｐモードが選択され、ステップ１０５でモータＰにトル
クＴ１を発生するように指令を出す。この時は必要なト
ルクが全てモータＰで発生されている状態で、モータＥ
は休止状態になる。さらに、フル加速状態等最大のトル
クが要求される場合はＰＥモードが選択され、ステップ
１０６でモータＰが発生するトルク指令は車両要求トル
クＴ２の７５％、駆動用モータＥが発生するのトルクは
車両要求トルクＴ３の２５％となるように演算され、そ
してステップ１０７で前記の演算値に応じてモータ毎に
トルクを発生する指令を出す。モータＥ及びモータＰの
両方が駆動される。

【００２５】本実施例は以上のように構成される。低負
荷などの定常走行域ではまず、低出力モータが選出され
通電される。このモータの特性としては、出力容量が低
く、磁束回路の磁束密度も低く、若干大きさや重量を犠
牲にしても高効率を図ったものである。そうすることに
より、普段よく使用する運転領域は高効率運転ができる
ようになり、又加速などの非定常走行域に使用するモー
タの小型化と軽量化を図ったものであるため、車両全体
としての駆動効率が向上される。なお本実施例では、Ｐ
モータ、Ｅモータともに交流モータを使用しているた
め、駆動装置にはインバータも設けられる。もちろん直
流モータでも構成することは可能である。但し、そのと
きインバータを設ける必要はない。

【００２６】

【発明の効果】以上の通り、本発明は、複数の駆動用モ
ータを備えた電動車両において、各モータそれぞれ設計
の狙いを走行状態に応じて変え、高出力モータの磁気回
路の磁束密度が高く設定され、低出力モータの磁気回路
の磁束密度が低く設定されているため、高出力モータを
小型にすることができ、低出力モータを高効率にするこ
とができる。またそれらを駆動するときに車両要求駆動
力に応じて複数のモータを使い分けるから、車両駆動部
が軽量化され、車両の駆動効率が向上する。これによ
り、走行エネルギー消費と生産コストの低減ができ、電
動車両の航続距離が増大する。また頻繁にモータの切り
替えがなく、安定した駆動が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】実施例における駆動モードとパワー曲線を示す
図である。

【図３】本発明の実施例におけるモータの構成を示す断
面図である。

【図４】モータ体積と無負荷損失の関係を示す図であ
る。

【図５】モータ設計変数と無負荷損失の関係を表わす図
である。

【図６】駆動用モータの効率を示すグラフである。

【図７】駆動力配分決定の流れを示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１バッテリ２要求トルク検出装置３モータ軸４ギャボックス５減速機６速度センサ７駆動軸８演算装置９、１０駆動装置１１モータケース２０、９０巻き線３０、５０ステータコア４０、６０ロータコア７０、８０かご導体Ｐ、Ｅモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子雄太郎神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者隅木茂神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ電磁鋼板で形成されたロータコ
ア及びステータコアに巻き線が巻回され、互いに連結さ
れた複数のモータを備え、走行に要求される要求駆動力
を検出する要求駆動力検出手段と、前記連結されたモー
タの回転数を検出する回転数検出手段と、前記要求駆動
力検出手段と回転数検出手段の各検出値に基づいて、前
記高出力モータ及び低出力モータの各駆動力配分を求
め、制御指令を出力する演算手段と、該制御指令に基づ
いて前記高出力モータ及び低出力モータの各駆動力を制
御する制御手段とを有する電動車両において、前記モー
タはその磁気回路の磁束密度が高く設定された高出力モ
ータと、その磁気回路の磁束密度が低く設定された低出
力モータとを備えたことを特徴とする電動車両。
【請求項２】前記高出力モータは、そのエアギャップ
磁束密度が高く設定され、低出力モータはそのエアギャ
ップ磁束密度が低く設定されていることを特徴とする請
求項１記載の電動車両。
【請求項３】前記高出力モータは、前記巻き線の断面
積と出力容量比が小さく設定され、低出力モータは、巻
き線の断面積と出力容量比が大きく設定されていること
を特徴とする請求項１記載の電動車両。
【請求項４】前記高出力モータは、そのロータコア及
びステータコアの前記電磁鋼板のシリコン含有量が低
く、低出力モータはロータコア及びステータコアの電磁
鋼板のシリコン含有量が高いものであることを特徴とす
る請求項１記載の電動車両。
【請求項５】前記演算手段は、定常走行など低負荷で
前記低出力モータが主として駆動力を分担し、加速など
高負荷ときには前記高出力モータが主として駆動力を分
担するように前記駆動力配分を求めるものであることを
特徴とする請求項１、２、３または４記載の電動車両。