JP2012115104A - 電力回生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力回生装置において、構成部品を適切に保護する。
【解決手段】電動アクティブサスペンション装置１０は、電動モータ１５と、電動モータ１５に駆動電力を供給すると共に、電動モータ１５で発生した回生電力を受けるモータ駆動装置１４と、ＮｉＨ蓄電池１８からの電力を変圧してモータ駆動装置１４に供給すると共に、モータ駆動装置１４からの回生電力を変圧してＮｉＨ蓄電池１８に蓄電するＤＣ−ＤＣコンバータ１２とを備える。モータ駆動装置１４は、回生電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１２に伝達されるのを防止する電力伝達防止機構を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、供給される駆動電圧が第１所定値未満の場合、動作を停止するよう構成されている。モータ駆動装置１４は、供給される駆動電圧が第２所定値未満の場合、電力伝達防止機構が作動するよう構成されている。第１所定値は、第２所定値よりも小さい値に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータによって各車輪のばね特性およびダンパー特性を変化させることが可能な電動アクティブサスペンション装置に関する。

従来より、電動モータによって各車輪のばね特性およびダンパー特性を変化させることが可能な電動アクティブサスペンション装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

電動アクティブサスペンション装置では、電動モータが電力を消費する場合、蓄電池からの電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータにより変圧された後、モータ駆動装置を介して電動モータに供給される。一方、電動モータが発電する場合には、発電された電力は、モータ駆動装置およびＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電池へ回生される。電動アクティブサスペンション装置はこのような電力回生装置を採用することで、低消費電力化を図っている。

特開２０１０−１９５３２３号公報

ところで、上述のような電力回生装置においては、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作不能となった状態で回生電力が発生した場合、装置の構成部品に過度の電圧が印加され、不具合が生じるおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部品を適切に保護できる電力回生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力回生装置は、電動モータと、電動モータに駆動電力を供給すると共に、電動モータで発生した回生電力を受けるモータ駆動装置と、蓄電池からの電力を変圧してモータ駆動装置に供給すると共に、モータ駆動装置からの回生電力を変圧して蓄電池に蓄電するＤＣ−ＤＣコンバータとを備える。モータ駆動装置は、電動モータで発電された電力がＤＣ−ＤＣコンバータに伝達されるのを防止する電力伝達防止機構を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータは、供給される駆動電圧が第１所定値未満の場合、動作を停止するよう構成されている。モータ駆動装置は、供給される駆動電圧が第２所定値未満の場合、電力伝達防止機構が作動するよう構成されている。第１所定値は、第２所定値よりも小さい値に設定される。

この態様によると、モータ駆動装置とＤＣ−ＤＣコンバータに供給される駆動電圧が通常時から降下していった場合、まずモータ駆動装置の電力伝達防止機構が作動し、その後、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作が停止する。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作停止となるより前に、モータ駆動装置の電力伝達防止機構が働くことになる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作不能となった場合に、電動モータで発電された回生電力がＤＣ−ＤＣコンバータに伝達される事態が回避されるので、各構成部品を適切に保護できる。

本発明の電力回生装置によれば、構成部品を適切に保護することができる。

本発明の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置の構成を説明するための図である。 電動アクティブサスペンション装置を説明するための回路図である。 本実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータとモータ駆動装置の動作を説明するための図である。 本発明の別の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置を説明するための図である。 本発明の更に別の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電力回生装置について説明する。本実施形態においては、電力回生装置を車両の電動アクティブサスペンション装置に適用した場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置１０の構成を説明するための図である。

図１に示すように、電動アクティブサスペンション装置１０は、左前輪用のサスペンション１６ＦＬと、右前輪用のサスペンション１６ＦＲと、左後輪用のサスペンション１６ＲＬと、右後輪用のサスペンション１６ＲＲとを備える。以下、各サスペンションを適宜「サスペンション１６」と称する。

各サスペンション１６は、サーミスタ、レゾルバ、ボールネジ、直列アブソーバ、直列コイルばね、エアばね（主ばね）、エアサスバルブ、電動モータなどを備える。電動モータとしては、例えばリニアモータが用いられる。サスペンション１６は、電動モータの駆動によってばね特性およびダンパー特性を変化させることが可能な電動モータ内蔵型のサスペンションである。係るサスペンションの構成については従来より公知であるので、詳細な説明は省略する。

各サスペンション１６には、電動モータを駆動電力を供給するためのモータ駆動装置が接続されている。より詳細には、左前輪用のサスペンション１６ＦＬにはモータ駆動装置１４ＦＬが接続され、右前輪用のサスペンション１６ＦＲにはモータ駆動装置１４ＦＲが接続され、左後輪用のサスペンション１６ＲＬにはモータ駆動装置１４ＲＬが接続され、右後輪用のサスペンション１６ＲＲにはモータ駆動装置１４ＲＲが接続されている。以下、各モータ駆動装置を適宜「モータ駆動装置１４」と称する。各モータ駆動装置１４は、電源モータで発電された電力が後段の回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ１２等）に伝達するのを必要に応じて防止する電力伝達防止機構を備える。

各モータ駆動装置１４は、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に接続されている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、ＮｉＨ（ニッケル・水素）蓄電池１８と、鉛蓄電池２０と、統合ＥＣＵ（電子制御ユニット）３４とに接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、各サスペンション１６の電動モータが電力を消費する場合、ＮｉＨ蓄電池１８からの電圧を変圧し、モータ駆動装置１４に供給する。また、各サスペンション１６の電動モータが発電する場合、電動モータからの電圧を変圧し、ＮｉＨ蓄電池１８へ回生させる。

鉛蓄電池２０は、統合ＥＣＵ３４、モータ駆動装置１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２などを駆動するための電源である。鉛蓄電池２０は、通常時、例えば１２Ｖの電圧を統合ＥＣＵ３４等に供給する。

統合ＥＣＵ３４は、電動アクティブサスペンション装置１０の各種装置を制御するための制御装置であり、エアサス用コンプレッサ２４、換気バルブ２６、フロント（Ｆｒ）用バルブ２８、リア（Ｒｒ）用バルブ３０、各モータ駆動装置１４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２などに制御信号を出力する。本実施形態においては、統合ＥＣＵ３４は、各モータ駆動装置１４とＤＣ−ＤＣコンバータ１２とを独立に制御している。

また、統合ＥＣＵ３４には、左前輪用のばね上上下Ｇセンサ２２ＦＬ、右前輪用のばね上上下Ｇセンサ２２ＦＲ、左後輪用のばね上上下Ｇセンサ２２ＲＬ、右後輪用のばね上上下Ｇセンサ２２ＲＲとが接続されている。以下、各ばね上上下Ｇセンサを適宜「ばね上上下Ｇセンサ２２」と称する。各ばね上上下Ｇセンサ２２は、各車輪毎に上下方向の加速度を検出し、統合ＥＣＵ３４に出力する。

また、統合ＥＣＵ３４には、左前輪用の車高センサ３２ＦＬ、右前輪用の車高センサ３２ＦＲ、左後輪用の車高センサ３２ＲＬ、右後輪用の車高センサ３２ＲＲとが接続されている。以下、各車高センサを適宜「車高センサ３２」と称する。各車高センサ３２は、各車輪毎に車高を検出し、統合ＥＣＵ３４に出力する。

係る電動アクティブサスペンション装置１０において、統合ＥＣＵ３４は、各ばね上上下Ｇセンサ２２および車高センサ３２からの情報に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ１２および各モータ駆動装置１４に制御信号を出力し、各サスペンション１６の電動モータに適切な推力を発生させる。これにより、各サスペンション１６のばね特性およびダンパー特性が制御され、路面からの振動の抑制や、車両の姿勢制御などが可能となる。

ところで、上記の電動アクティブサスペンション装置１０のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と各モータ駆動装置１４とが独立に制御される場合、例えば鉛蓄電池２０からの電圧降下などによりＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となったときには、各モータ駆動装置１４にそれを伝達し、回生電力が発生できないよう処置する必要がある。これは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能の状態で回生電力を発生させてしまった場合、各構成部品に規定値以上の電圧が印加され、不具合が生じるおそれがあるためである。

しかしながら、鉛蓄電池２０の電圧降下などによりＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となった場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、自身の状態をモータ駆動装置１４に通知することができない。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が実際に動作不能となってからモータ駆動装置１４がそれを判定するまでには一定の判定時間が必要となり、この間に回生電力が発生する可能性もある。そこで、本実施形態の電動アクティブサスペンション装置１０では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となった場合に、自動的にモータ駆動装置１４内の電力伝達防止機構が作動する構成を実現する。

図２は、電動アクティブサスペンション装置１０を説明するための回路図である。図２に示すように、ＮｉＨ蓄電池１８からの電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２で変圧された後、モータ駆動装置１４を介して電動モータ１５に供給される。また、電動モータ１５で発生した電力は、モータ駆動装置１４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２で変圧された後、ＮｉＨ蓄電池１８へ蓄電される（図２に点線Ｌ１にて電流のパスを示す）。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、回生電力処理装置とも呼ばれ、（１）コンデンサ３６に充電する機能と、（２）ＮｉＨ蓄電池１８に回生・蓄電するためにトランス３８で変圧する機能と、（３）抵抗４０で熱消費する機能とを備える。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、図示しないマイコンを備える。このマイコンは、統合ＥＣＵ３４からの制御信号に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に含まれるＦＥＴのオンオフを制御する。このマイコンは、鉛蓄電池２０を電源として動作する。

また、モータ駆動装置１４は、三相インバータ回路４２と、相開放メカリレー４４，４５と、相短絡メカリレー４６とを備えるリレー内蔵モータドライバである。上述したように、モータ駆動装置１４は、電動モータ１５で発電された電力が後段のＤＣ−ＤＣコンバータ１２等に伝達するのを必要に応じて防止する電力伝達防止機構を備える。この電力伝達防止機構は、（１）三相インバータ回路４２のＦＥＴを相短絡し、回生電流を電動モータ１５に還流し封じ込める機能（点線Ｌ２で電流のパスを示す）と、（２）相短絡メカリレー４６により回生電流を電動モータ１５還流し封じ込める機能（点線Ｌ３で電流のパスを示す）機能と、（３）相開放メカリレー４４，４５により回生電力発生を防止する機能とを備える。

モータ駆動装置１４は、図示しないマイコンを備える。このマイコンは、統合ＥＣＵ３４からの制御信号に応じて、三相インバータ回路４２に含まれるＦＥＴ、相開放メカリレー４４、４５、および相短絡メカリレー４６のオンオフを制御する。

図３は、本実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１２とモータ駆動装置１４の動作を説明するための図である。図３では、縦軸が鉛蓄電池２０の電圧とされており、該縦軸の左側にＤＣ−ＤＣコンバータ１２の動作状態が表され、右側にモータ駆動装置１４の動作状態が表されている。

図３に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、鉛蓄電池２０からの供給電圧が所定のＤＣ−ＤＣマイコンリセット電圧以上である場合、回生処理可能状態となる。一方、鉛蓄電池２０からの供給電圧がＤＣ−ＤＣマイコンリセット電圧未満となった場合、回生処理不可状態となる。

また、モータ駆動装置１４は、鉛蓄電池２０からの供給電圧が所定のドライバマイコンリセット電圧以上である場合、制御可能状態となる。一方、鉛蓄電池２０からの供給電圧がドライバマイコンリセット電圧未満となった場合、動作不可状態となり、相開放メカリレー４４，４５および相短絡メカリレー４６が自動で駆動するリレー自動駆動状態となる。相開放メカリレー４４，４５は、入力電圧が所定のリレー感動電圧未満となった場合、リレーをオフし、回生電力の発生を防止する。また、相短絡メカリレー４６は、入力電圧がリレー感度電圧未満となった場合、リレーをオンし、回生電流を電動モータ１５に還流させる。これらの動作により、電動モータ１５で発生した回生電流が後段のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に流れる事態が防止される。

ここで、本実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置１０においては、図３に示すように、ＤＣ−ＤＣマイコンリセット電圧が、ドライバマイコンリセット電圧よりも小さい値に設定される。これにより、鉛蓄電池２０の電圧が例えば１２Ｖから降下していった場合、まずモータ駆動装置１４の供給電圧がドライバマイコンリセット電圧未満となり、その後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の供給電圧がＤＣ−ＤＣマイコンリセット電圧未満となる。つまり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が回生処理不可となるより前に、モータ駆動装置１４の電力伝達防止機構が働くことになる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となった場合に、電動モータ１５で発電された電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１２に伝達される事態が回避され、各構成部品に規定値以上の電圧が印加される事態を防止できる。

図４は、本発明の別の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置１０を説明するための図である。なお、以下の実施形態においては、図２と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、ＤＣ−ＤＣマイコン４８と、ドライバ電源管理リレー５２とを備える。また、モータ駆動装置１４は、相開放メカリレー４４、４５、相短絡メカリレー４６の駆動を制御するドライバマイコン５０を備える。ＤＣ−ＤＣマイコン４８およびドライバマイコン５０は、鉛蓄電池２０に接続されており、鉛蓄電池２０から電力の供給を受ける。また、ドライバマイコン５０と鉛蓄電池２０の間には、ドライバ電源管理リレー５２が設けられている。ドライバ電源管理リレー５２は、ＤＣ−ＤＣマイコン４８によりオンオフが制御される。

ここで、本実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置１０においては、ＤＣ−ＤＣマイコン４８は、ドライバ電源管理リレー５２のオンオフを制御することで、モータ駆動装置１４の駆動電源を管理する。そして、ＤＣ−ＤＣマイコン４８は、自身が動作不能のときには、ドライバ電源管理リレー５２をオフすることでモータ駆動装置１４への電源供給を停止し、電力伝達防止機構が働くようにする。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となった場合に、電動モータ１５で発電された電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１２に伝達される事態が回避され、各構成部品に規定値以上の電圧が印加される事態を防止できる。

図５は、本発明の更に別の実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置１０を説明するための図である。

本実施形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、ＤＣ−ＤＣマイコン４８を備える。このＤＣ−ＤＣマイコン４８は、鉛蓄電池２０からの電源供給を受けて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の各ＦＥＴを制御すると共に、モータ駆動装置１４の三相インバータ回路４２の各ＦＥＴ、相開放メカリレー４４、４５、相短絡メカリレー４６の駆動を制御するよう構成されている。そして、ＤＣ−ＤＣマイコン４８は、自身が動作不能のときには、相開放メカリレー４４、４５および相短絡メカリレー４６を制御し、電力伝達防止機構を作動させる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が動作不能となった場合に、電動モータ１５で発電された電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１２に伝達される事態が回避され、各構成部品に規定値以上の電圧が印加される事態を防止できる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

１０ 電動アクティブサスペンション装置、 １２ ＤＣ−ＤＣコンバータ、 １４ モータ駆動装置、 １５ 電動モータ、 １６ サスペンション、 １８ ＮｉＨ蓄電池、 ２０ 鉛蓄電池、 ２２ ばね上上下Ｇセンサ、 ３２ 車高センサ、 ３４ 統合ＥＣＵ、 ３８ トランス、 ４２ 三相インバータ回路、 ４４ 相開放メカリレー、 ４６ 相短絡メカリレー、 ４８ ＤＣ−ＤＣマイコン、 ５０ ドライバマイコン、 ５２ ドライバ電源管理リレー。

Claims (1)

1. 電動モータと、
   前記電動モータに駆動電力を供給すると共に、前記電動モータで発生した回生電力を受けるモータ駆動装置と、
   蓄電池からの電力を変圧して前記モータ駆動装置に供給すると共に、前記モータ駆動装置からの回生電力を変圧して蓄電池に蓄電するＤＣ−ＤＣコンバータと、を備え、
   前記モータ駆動装置は、回生電力が前記ＤＣ−ＤＣコンバータに伝達されるのを防止する電力伝達防止機構を備え、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、供給される駆動電圧が第１所定値未満の場合、動作を停止するよう構成されており、
   前記モータ駆動装置は、供給される駆動電圧が第２所定値未満の場合、前記電力伝達防止機構が作動するよう構成されており、
   前記第１所定値は、前記第２所定値よりも小さい値に設定されることを特徴とする電力回生装置。

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