JP2005253167A - 車両駆動装置及びそれを用いた電動４輪駆動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、安価な車両駆動装置を提供することにある。
【解決手段】
車両駆動装置は、車輪２２Ｒ，２２Ｌを駆動する電動機１と、電動機１を駆動するためのインバータ２と、電動機１の回転を検出する回転センサ１ａと、電動機１の出力を車輪に伝達する歯車機構３Ａ，３Ｂと、電動機１により駆動されて、オイルを循環させるオイルポンプ６と、電動機１とインバータ２と回転センサ１ａと歯車機構３Ａ，３Ｂとオイルポンプ６とを収容するケース７，８，９を備えている。電動機１とインバータ２と回転センサ１ａと歯車機構３Ａ，３Ｂとオイルポンプ６とケース７，８，９を一体構造としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機を用いた車両駆動装置及びそれを用いた電動４輪駆動車両に係り、特に、内燃機関で前後輪の一方の車輪を駆動し、電動機で他方の車輪を駆動する電動４輪駆動車両に用いるに好適な車両駆動装置及びそれを用いた電動４輪駆動車両に関する。

従来、電動機を用いた車両駆動装置においては、電動機を冷却するとともに、バッテリの直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給するためのパワー半導体素子を複数個備えたインバータも冷却する必要があった。そのため、例えば、特開平７−９９７５０号公報に記載のように、電動機とインバータを含むコントローラ間に冷却水通路を設け、電動機とコントローラとを同時に内燃機関の冷却水により冷却するものが知られている。

しかしながら、電動４輪駆動車両のように、内燃機関で前後輪の一方の車輪を駆動し、電動機で他方の車輪を駆動するものでは、内燃機関が前輪側に配置されている場合、後輪側に配置される電動機やインバータを冷却するためには、車両前方から後方へ冷却配管を施す必要があり、配管長が長くなり過ぎ、現実的ではないという問題がある。なお、インバータだけを内燃機関の近傍に配置する構成とすることでインバータを内燃機関の冷却水により冷却することは可能だが、電動機とインバータの距離が離れると、ハーネレイアウトを大きくとる必要があり、大電流時のハーネス損失が高くなるという問題が生じる。

それに対して、例えば、特開平７−２８８９５０号公報に記載のように、電動機とインバータを一体化し、インバータの冷却室並びに電動機の内部に油を廻らせ、電動機回転子の遠心力を利用して電動機ハウジング並びに回転子を冷却するものが知られている。かかる方法によれば、内燃機関の冷却水を用いて、電動機とインバータを冷却する場合の上述の問題点は解消される。

特開平７−９９７５０号公報 特開平７−２８８９５０号公報

しかしながら、特開平７−２８８９５０号公報に記載のものでは、電動機の内部部品は耐油性のある材料で構成する必要であり、また中空のシャフトを形成したり、噴射ノズルを設けたりする必要があるため、コスト高になるという問題がある。

本発明の目的は、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、安価な車両駆動装置及びそれを用いた電動４輪駆動車両を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、車輪を駆動する電動機と、この電動機を駆動するためのインバータと、前記電動機の回転を検出する回転センサと、前記電動機の出力を車輪に伝達する歯車機構と、前記電動機により駆動されて、オイルを循環させるオイル循環手段と、前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環機構とを収容するケースを備え、前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環手段と前記ケースを一体構造としたものである。
かかる構成により、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、コストを低減し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記オイル循環手段を用いて、前記歯車機構部の潤滑に用いるオイルを、前記電動機並びに前記インバータの収容されたケース内に供給して、前記歯車機構並びに前記インバータと前記電動機もオイルにて冷却するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記オイル循環手段は、電動機、インバータを同時に冷却し、その下流側に歯車機構並びにデファレンシャル機構を配置したものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、車両の旋回時に生じる内・外輪の速度差を回避するために使用されるデファレンシャルギヤも、前記ケースと一体構造としたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記電動機とこの電動機によって駆動される車輪との間に配置され、前記電動機から前記車輪への動力伝達をオン・オフするクラッチを備えたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記インバータに、このインバータを駆動するインバータドライバ部を組み込むようにしたものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記電動機と前記インバータと前記回転センサを収納するケースを、一体のケースとしたものである。

（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、前後輪の一方の車輪を駆動する内燃機関と、他方の車輪を駆動する電動機を有する電動４輪駆動車両であって、前記電動機を駆動するためのインバータと、前記電動機の回転を検出する回転センサと、前記電動機の出力を車輪に伝達する歯車機構と、前記電動機により駆動されて、オイルを循環させるオイル循環手段と、前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環機構とオイルを収容するケースを備え、前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環手段と前記ケースを一体構造としたものである。
かかる構成により、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、コストを低減し得るものとなる。

（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、車輪の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構及びこれに回転駆動力を減速して伝達する減速機構が一体化され、差動機構及び減速機構に潤滑媒体が循環されるように構成されたユニットに一体に搭載される電機システムであって、前記減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、前記冷却流路には、前記差動機構及び減速機構を循環する前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されるものである。

かかる構成により、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、コストを低減し得るものとなる。

（１０）上記（９）において、好ましくは、前記冷却流路は、前記差動機構及び減速機構を循環する循環媒体の流れに対して、前記差動機構及び減速機構よりも上流側に位置するものである。

（１１）上記（９）において、好ましくは、 前記冷却流路は、前記電動機の回転駆動力の伝達を受ける循環手段から送出された循環媒体の供給を受けるものである。

（１２）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、前後輪の一方の駆動軸を内燃機関によって、その他方の駆動軸を電動力によって駆動されるように構成された四輪駆動式自動車に搭載されると共に、前後輪の他方の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構及びこれに回転駆動力を減速して伝達する減速機構が一体化され、差動機構及び減速機構に潤滑媒体が循環されるように構成されたユニットに一体に搭載される四輪駆動式自動車用電機システムであって、前記減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、前記冷却流路には、前記差動機構及び減速機構を循環する前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されるようにしたものである。
かかる構成により、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、コストを低減し得るものとなる。

（１３）上記（１２）において、好ましくは、前記冷却流路は、前記差動機構及び減速機構を循環する循環媒体の流れに対して、前記差動機構及び減速機構よりも上流側に位置するものである。

（１４）上記（１２）において、好ましくは、前記冷却流路は、前記電動機の回転駆動力の伝達を受ける循環手段から送出された循環媒体の供給を受けるものである。

（１５）上記（１２）において、好ましくは、内燃機関によって回転駆動される発電機を備え、前記発電機は、前記電動機の駆動用電力を発生するために設けられた専用機であり、前記電力変換装置の入力側に電気的に接続されているものである。

（１６）また、上記目的を達成するために、本発明は、前後輪の一方の駆動軸を内燃機関によって、その他方の駆動軸を電動力によって駆動されるように構成された四輪駆動式自動車に搭載される四輪駆動式自動車用電機システムであって、前後輪の他方の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構と、この差動機構に回転駆動力を減速して伝達する減速機構と、この減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、前記差動機構，前記減速機構，前記電動機及び前記電力変換装置は、ケース内に一体となって設けられた１つのユニットになっており、前記差動機構及び前記減速機構には潤滑媒体が循環されるようになっており、前記電動機の外被部分及び前記電力変換装置の外被部分には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、前記冷却流路には、前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されるようにしたものである。
かかる構成により、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、コストを低減し得るものとなる。

（１７）上記（１６）において、好ましくは、前記冷却流路には、前記差動機構及び前記減速機構に循環する前の前記循環媒体が供給されるようになっている。

（１８）上記（１６）において、好ましくは、前記ユニットには、前記電動機の回転駆動力の伝達を受けて前記循環媒体を循環する循環手段が設けられており、前記冷却流路には、前記循環手段から送出された前記循環媒体が供給されるようになっている。

（１９）上記（１６）において、好ましくは、 前記冷却流路は、前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被を構成する前記ケースに構成されており、前記電動機及び前記電力変換装置は、前記冷却流路を共用できるように、前記冷却流路を境にして並設されている。

（２０）上記（１６）において、好ましくは、内燃機関によって回転駆動される発電機を備え、前記発電機は、前記電動機の駆動用電力を発生するために設けられた専用機であり、前記電力変換装置の入力側に電気的に接続されている。

本発明によれば、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、車両駆動装置及びそれを用いた電動４輪駆動車両のコストを低減できる。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による車両駆動装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両駆動装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の構成を示す断面図である。なお、図中、一点鎖線Ａ−Ａよりも左側は、地面と水平に切断した水平断面図であり、一点鎖線Ａ−Ａよりも右側は、地面に対して垂直に切断した縦断面図である。すなわち、図示の左側のドライブシャフト１０は、地面と水平である。また、図示の右側のインバータ２は、電動機１の上部に配置されている。

本実施形態においては、電動機インバータケース７，減速機ケース８，デファレンシャルケース９の内部に、電動機１と、回転センサ１ａと、インバータ２と、減速機３と、デファレンシャルギア４と、オイルポンプ５と、クラッチ６とが一体的に収納されている。

電動機１は、固定子である電機子１Ａと、電機子１Ａの内周側に軸受１Ｃ，１Ｃ’によって回転可能に支持された回転子である界磁極１Ｂとを備えている。電機子１Ａは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に対応した電機子コイル１Ｄを備えている。電機子１Ａは、ケース７の内周側に固定されている。軸受１Ｃは、ケース７の内側側壁面に取り付けられ、軸受１Ｃ’は、ケース７に取り付けられたフロントブラケット７Ｂに取り付けられている。軸受１Ｃ，１Ｃ’によって、界磁極１Ｂのシャフト１Ｅが回転可能に支持されている。シャフト１Ｅの右側端部には、回転センサ１ａが取り付けられ、電動機１の回転位置が検出される。

ケース７の上部には、インバータ２を収納する空間が設けられ、この空間内に、インバータ２が固定保持されている。インバータ２は、電動機１を駆動するための電動機コントローラを内臓している。また、インバータ２は、コネクタ２Ｃにより外部のバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する。変換された交流は、配線板２Ａを経て、電動機１の電機子コイル１Ｄに供給され、界磁極１Ｂを回転させる。界磁極１Ｂの回転駆動力は、電動機１の駆動力として、シャフト１Ｅから取り出される。配線板２Ａは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に対応して、銅製の３本のバスバーを絶縁材料で一体成形して作られている。回転センサ１ａの検出出力は、配線２Ｂにより、インバータ２の中に設けられた電動機コントロールユニットに取り込まれる。

ここで、電動機１としては、電機子を固定子とし、界磁極を回転子とした同期電動機を例としているが、これは電機子巻線の電圧・電流を高く設定し、また消費電力も高いものとして、周囲の冷却媒体にて積極的に冷却を進めるためである。また、界磁極はマグネットでも可能であるが、界磁極をコイル形成とし、回路は直流の低圧回路にて所要電力も少ないモデルとすることで、界磁極の電流を制御することで、電動機の界磁量を調整し電動機の駆動範囲を広げることが可能となることによる。なお、同期電動機に代えて、誘導電動機を用いることも可能である。但し、直流機のように界磁極を固定子とし、電機子を回転子としたものでは、電機子の冷却を積極的に行うのは困難である。

電動機１の上側であって、インバータ２との間には、冷却油導入通路が１１Ａが形成されている。また、電動機１の下側には、冷却油排出通路１１Ｂが設けられている。また、電動機１の外周側には、冷却油通路が形成されている。後述するオイルポンプ５によって、冷却油導入通路１１Ａに供給された冷却油は、インバータ２を冷却し、冷却油通路を経て冷却油排出通路１１Ｂに至る過程で電動機１を冷却する。

電動機１のシャフト１Ｅには、オイルポンプ５と、減速機３が連結されている。オイルポンプ５は、電動機１によって機械的に駆動されるものであり、例えば、内接形ギアポンプ（内接形歯車ポンプ）を持ちている。オイルポンプ５は、第１ケーシング５Ａと、第２ケーシング５Ｂと、第１及び第２ケーシング５Ａ，５Ｂの内側に形成された内歯車とかみ合う小歯車５Ｃとから構成されている。小歯車５Ｃは、電動機１のシャフト１Ｅに固定されている。

オイルポンプ５には、図示しない吸入口と吐出口が設けられている。シャフト１Ｅが回転すると、小歯車５Ｃが内歯車とかみ合って回転し、吸入口側におけるかみ合い部の容積が増大して、負圧が発生し、潤滑油を吸入する。吸入された潤滑油は、吐出口側に運ばれ、そこで、歯によって形成された部屋の容積が縮小することにより高圧を発生し、吐出口から潤滑油を吐出する。

吸入口にはパイプが接続され、ケース７，８，９の下部に設けられたドレインタンク内に蓄えられている潤滑油をパイプの他端から吸引する。吐出口にはパイプが接続され、吐出された潤滑油は、矢印Ｃ１の向きにパイプによって搬送され、冷却油導入通路１１Ａに供給され、インバータ２を冷却する。その後、矢印Ｃ２の向きに流れ、電動機１の外周を冷却し、電動機１の下部から矢印Ｃ３の向きに排出された後、減速機３やデファレンシャルギア４を冷却した上で、ドレインタンクに戻される。

ドレインタンクは、車両搭載時に下方の位置に形成されている。ドレインタンクの周囲にはフィンが設けられており、溜められた潤滑油の熱はフィンを伝わり外気によって冷却される。冷却された潤滑油は、オイルポンプ５を用いてインバータ２と電動機１間の流路１１Ａを通り、電動機の周囲を廻った後に、減速機３、デファレンシャルギヤ４等の潤滑を行う。電動機１並びにインバータ２を収容するケース７には、外周部に冷却フィン７Ａが設けられており、ケースの外側から外気にて冷却することでより高い冷却効果が得られる。

減速機３は、遊星歯車機構３Ａと、平歯車機構３Ｂとから構成される。遊星歯車機構３Ａと平歯車機構３Ｂとの間には、クラッチ６が設けられている。遊星歯車機構３Ａの出力は、クラッチ６を介して、平歯車機構３Ｂに伝達される。

遊星歯車機構３Ａは、シャフト１Ｅに連結された太陽歯車（外歯車）３Ａ１と、３個の遊星歯車３Ａ２と、太陽歯車（内歯車）３Ａ３とから構成された遊星歯車機構である。シャフト１Ｅの回転は、太陽歯車（外歯車）３Ａ１と、遊星歯車３Ａ２とを介して、太陽歯車（内歯車）３Ａ３に伝達される。

クラッチ６は、電磁クラッチであり、後述するように、４ＷＤコントロールユニットにより、締結・開放制御され、車輪と電動機の駆動力を伝達し、また、駆動力の伝達を切断する。

平歯車機構３Ｂは、平歯車３Ｂ１と、平歯車３Ｂ２と、平歯車３Ｂ２と同軸の傘歯車３Ｂ３とから構成されている。クラッチ６の出力軸には平歯車３Ｂ１が固定され、平歯車３Ｂ２と傘歯車３Ｂ３を介して、デファレンシャルギア４に駆動力が伝達される。なお、減速機３の減速比は、例えば、３〜４．５としている。

デファレンシャルギア４は、差動歯車箱４Ａに固定された傘歯車４Ｂと、小傘歯車４Ｃ，４Ｄと、大傘歯車４Ｅ，４Ｆとから構成されている。デファレンシャルギヤ４は、車両の旋回時に生じる内・外輪の速度差を回避するために使用される。大傘歯車４Ｅ，４Ｆは、それぞれ、右ドライブシャフト１０Ｒと、左ドライブシャフト１０Ｌとに固定されている。平歯車機構３Ｂの傘歯車３Ｂ３から伝達された回転駆動力は、傘歯車４Ｂ−小傘歯車４Ｃ，４Ｄ−大傘歯車４Ｅ，４Ｆと伝達され、ドライブシャフト１０Ｒ，１０Ｌを回転させる。ドライブシャフト１０Ｒ，１０Ｌには、それぞれ、車輪が取り付けられている。

以上のように、電動機１の回転駆動力は、減速機３，デファレンシャルギア４を介して、車輪に伝達され、車両を走行させる。また、電動機１の回転駆動力によって、オイルポンプ５が駆動される。ドレインタンクに蓄えられた潤滑油の中に、減速機３，デファレンシャルギア４の一部が浸漬されており、減速機３，デファレンシャルギア４の回転によって、潤滑油が、減速機３，デファレンシャルギア４に供給される。

以上説明したように、本実施形態においては、ケース７，８，９の内部に、電動機１と、回転センサ１ａと、インバータ２と、減速機３と、デファレンシャルギア４と、オイルポンプ５と、クラッチ６とが一体的に収納されている構成としているため、コンパクトになるという効果がある。なお、デファレンシャルギア４は、別ケースに収納するようにすることもできるが、コンパクト化の観点からは、図１に示したように、ケース内に一体的に収納することが好ましいものである。

また、電動機１，インバータ２，減速機３，デファレンシャルギヤ４，オイルポンプ５，クラッチ６は、車輪と連結されたドライブシャフト１０と垂直に配置されている。このように垂直に配置することにより、これらの構成部品１，…，６をドライブシャフト１０に対して平行に配置する場合に比べ、内燃機関に連結された排気管のレイアウトの自由度を増加できる。また、サスペンションのストロークに関し自由度が増すため、通常の乗用車から、クロスカントリー向け車両への適用の幅が広がる。

また、減速機３，デファレンシャルギア４を潤滑するための潤滑油を用いて、インバータ２及び電動機１を冷却する構成であるため、内燃機関の冷却水により冷却する場合のように、内燃機関と電動機が離れている構成である電動４輪駆動車両に対しても、適用でき、電動機やインバータを効率的に冷却できる。

また、インバータ２及び電動機１に潤滑油を供給する手段として、電動機１によって駆動されるオイルポンプ５を用いることにより、潤滑油を供給するための特別な構成が不要であり、安価に潤滑油の供給手段を備えることができる。

さらに、インバータ２を電動機１に近接して、ケース７の内部に収納したため、電動機１とインバータ２の間の配線を、ケース７の内部に配置した配線板２Ａを用いて行え、配線をケース７の外部に引き出す必要がないものである。配線をケースの外部に引き出すと、グロメット等を用いた防水処理が必要であるが、かかる防水処理が不要となり、配線作業も容易となる。

また、回転センサ１ａもケース７の内部に収納したため、回転センサ１ａとインバータ２の間の配線を、ケース７の内部に配置した配線２Ｂを用いて行え、防水処理が不要となり、配線作業も容易となる。

なお、以上の構成において、電動機１，インバータ２，減速機３の間にオイルを循環させるオイルポンプ５は、電動機１のシャフトに連結されているが、電動機１のシャフトでなく複数段構成の減速機３の歯車機構を構成しているシャフトに連結されてもよいものである。なお、オイルポンプ５は、減速機３，電動機１とは別体に電動のオイルポンプを配置することも可能であるが、電動オイルポンプが電動機１，インバータ２，減速機３の外側に配置されることで大型化になり、また吸入、吐出を行うホースも外側に配置され、飛び石等からの保護も必要となるため、電動機１または減速機３のシャフトに連結した構成の方が、小型化できる。

次に、図２を用いて、図１に示した実施形態の変形例について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の変形例の構成を示す要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

インバータ２のケース１２には、フィン１２Ａが形成されている。フィン１２Ａは、冷却油導入通路１１Ａに浸るような構造としている。この構成により、インバータ２の底面に設置されたＭＯＳチップ等をより効率的に冷却できる。なお、インバータ２のケース７ａが取り付けられることで、油路が形成されるような構造としてもよいものである。

次に、図３を用いて、本実施形態による車両駆動装置における冷却油の流れについて説明する。
図３は、本発明の一実施形態による車両駆動装置における冷却油の流れを示す構造モデル図である。

フィン９ｂの取り付けられたドレインタンク９aにて冷されたオイル（冷却油）は、オイルポンプ５により、吸い上げられ、ＭＯＳチップ等が下面に配置されたインバータ２の底部へと送られる。オイルはインバータ２を冷却した後、電動機１の外周側面を流れ、その後、クラッチ６や減速機３，デファレンシャル４の潤滑へと送られる。減速機３やデファレンシャル４は、ドレインタンク９ａに一部が浸るような構造とし、電動機側面を流れたオイルがドレインタンクに戻るような油路を構成とする。

以上のように、冷えた状態の冷却油を最初に、インバータ２に供給することにより、インバータ２を効率的に冷却することができる。

なお、図中、点線Ｄ１で示すように、電動機１を冷却した冷却油を直接ドレインタンク９ａに戻すようにし、一方では、点線Ｄ２で示すように、ドレインタンク９ａから直接減速機３やデファレンシャル４に冷却油を供給するようにしてもよいものである。

次に、図４を用いて、本実施形態による車両駆動装置を適用した４輪駆動車両の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による車両駆動装置を適用した４輪駆動車両のシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

４輪駆動車両の前輪２１Ｒ，２１Ｌは、トランスミッション２８を介した内燃機関２３により駆動される。後輪２２Ｒ，２２Ｌは、減速機３Ａ，３Ｂ，デファレンシャルギヤ４を介した電動機１により駆動される。

内燃機関２３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３２により制御される。前輪２１Ｒ，２１Ｌに設けられた前輪車速センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力及び後輪２２Ｒ，２２Ｌに設けられた後輪車速センサ３１Ｒ，３１Ｌの出力は、４輪駆動コントロールユニット（４ＷＤＣ／Ｕ）２９に取り込まれる。また、ＥＣＵ３２からは、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度θthの情報が４ＷＤＣ／Ｕ２９に供給される。さらに、インバータ２の温度を検出する温度センサ４０や、電動機１の温度を検出する温度センサ４１からの出力が４ＷＤＣ／Ｕ２９に取り込まれる。４ＷＤＣ／Ｕ２９は、エンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度θthや車速センサ３０，３１や温度センサ４０，４１の出力に基づいて、モータコントロールユニット（Ｍ／Ｃ）２ａやクラッチ６を制御する。４ＷＤＣ／Ｕ２９及びＭ／Ｃ２ａの制御内容については、図５を用いて詳述する。

インバータ２は、Ｕ相上アームの半導体スイッチング素子ＳＷuu，Ｕ相下アームの半導体スイッチング素子ＳＷul，Ｖ相上アームの半導体スイッチング素子ＳＷvu，Ｖ相下アームの半導体スイッチング素子ＳＷvl，Ｗ相上アームの半導体スイッチング素子ＳＷwu，Ｗ相下アームの半導体スイッチング素子ＳＷwlから構成される。半導体スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。

Ｍ／Ｃ２ａは、４ＷＤＣ／Ｕ２９からの指令値（例えば、モータトルクやモータ回転数）に基づいて、半導体スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作を制御する。Ｍ／Ｃ２ａは、図１を用いて説明したように、インバータ２を収納するケース内に一体的に収納されている。

内燃機関ルーム内には、充電発電システムを行う補機用発電機２４及び電動機駆動用発電機２５が、配置されている。発電機２４，２５は、それぞれ、内燃機関２３によりベルト駆動され、その出力が補機用バッテリー２６並びに電動機駆動用のバッテリー２７に蓄積される。なお、上述の例では、補機と電動機駆動用のバッテリー２６，２７を別に設けたが、昇圧または降圧回路を用いて、補機と電動機駆動用バッテリーを共通にしてもよいものである。また、発電機においても、補機と電動機駆動用の発電機２４，２５を共通にすることも可能である。さらには、高出力発電機にて得られた電力を、直接インバータ２に接続してもよいものである。

電動機１は、減速機３Ａ，３Ｂ，クラッチ６，デファレンシャルギヤ４を介して、後輪２２のドライブシャフト１０Ｒ，１０Ｌに連結されている。クラッチ６が締結されると、電動機１の出力シャフトがクラッチ６を介して減速機３Ａ，３Ｂに接続される。クラッチ６が開放されると、電動機１は、後輪２２から切り離される。例えば、車速が４０ｋｍ／ｈになったら、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、クラッチ６を切断して、前輪２１のみの駆動系とすることにより、全車速領域で電動機を動作するシステムに比べ、燃費を向上することができる。

また、車両走行中に電動機１やインバータ２の温度が高い時には、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、クラッチ６を切り離して、電動機１をオイルポンプ５が作動するだけの軽負荷にて回転させ、４輪駆動をしていないときにでも、電動機１，インバータ２をオイルポンプ５にて冷却することが可能となる。
また、高速時や下り坂等で電動機１を発電機として利用し、インバータ２にも発電用の整流回路を設けることで、さらには車両内には電動機１による発電を充電、または消費する設備を設けることで回生制動，発電制動といった制動力を得ることができる。

次に、図５を用いて、本実施形態による車両駆動装置の動作について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の制御内容を示すフローチャートである。図５のフローチャートは、図４に示した４ＷＤＣ／Ｕ２９とＭ／Ｃ２ａの制御内容を示している。ステップｓ１００〜ｓ１５５は、４ＷＤＣ／Ｕ２９の制御内容であり、ステップｓ２００〜ｓ２３０は、Ｍ／Ｃ２ａの制御内容である。なお、内燃機関２３からトランスミッション２８を伝わり駆動される車輪は前輪２１であり、電動機１により駆動される車輪は後輪２２とする。

ステップｓ１００において、４輪駆動コントロールユニット（４ＷＤＣ／Ｕ）２９は、電動機１の温度センサ４１とインバータ２の温度センサ４０からの温度信号を取り込む。

次に、ステップｓ１０５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、両者が規定温度以下か否かを判定する。規定温度以下の場合には、ステップｓ１１０に進み、規定温度以上の場合には、ステップｓ１５０に進む。

両者が規定温度以下の場合には、ステップｓ１１０において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、前後車輪速のセンサ３０Ｒ，３０Ｌ，３１Ｒ，３１Ｌを入力し、低速度側を車速とするなどの処理をする。

次に、ステップｓ１１５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、前輪２１Ｒ，２１Ｌと後輪２２Ｒ，２２Ｌの回転数差を算出する。

次に、ステップｓ１２５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、ステップｓ１１０及びステップｓ１１５で算出した車速並びに前輪２１と後輪２２の回転数差に対応して、四輪駆動動作が必要か判断する。例えば、車速が４０ｋｍ／ｈ以下で、かつ、前輪２１と後輪２２の回転数差が所定回転数以上である（スリップ状態である）と判断すると、四輪駆動動作が必要と判断する。四輪駆動動作が必要な場合にはステップｓ１２５に進む。四輪駆動動作が必要な場合にはステップｓ１４０に進み、クラッチ６にて後輪２２と電動機１とを切断し、システムをストップする。

四輪駆動動作が必要な場合にはステップｓ１２５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、クラッチ６のＯＮ信号を出力する。

次に、ステップｓ１３０において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、アクセル開度θthを取り込む。

次に、ステップｓ１３５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、アクセル開度θthに応じたモータ回転数を算出し、また、モータ回転数並びに前輪２１と後輪２２の回転数差より駆動トルクを算出する。またこのとき、電動機１が界磁制御可能であれば、モータ界磁量も算出する。算出されたモータトルク，モータ回転数，必要に応じて、モータ界磁量は、電動機コントローラ（Ｍ／Ｃ）２ａに出力される。

次に、電動機コントローラ（Ｍ／Ｃ）２ａは、ステップｓ２００において、四輪駆動用コントロールユニット（４ＷＤＣ／Ｕ）２９にて算出された目標モータ回転数並びに目標モータトルクなどの必要モータ特性を取り込む。

次に、ステップｓ２１０において、Ｍ／Ｃ２ａは、電動機１の回転センサ１ａからの位置信号を取り込む。

次に、ステップｓ２２０において、Ｍ／Ｃ２ａは、四輪駆動用コントロールユニット（４ＷＤＣ／Ｕ）２９にて算出された目標モータ回転数並びに目標モータトルク、及び電動機１の回転センサ１ａからの位置信号に基づいて、インバータ２におけるスイッチング周波数を算出する。

そして、
次に、ステップｓ２３０において、Ｍ／Ｃ２ａは、ステップｓ２２０で算出されたスイッチング周波数に基づいて、インバータ２に対するスイッチング信号を出力することで、適切な入力電圧，電流が電動機１に入力され、電動機１から実トルクと回転数が後輪に入力される。

また、ステップｓ１０５の判定の結果、電動機１並びにインバータ２からの温度が規定温度以上の場合には、ステップｓ１５０において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、クラッチ６をＯＦＦして、オイルポンプ５を作動させるだけの軽負荷にて電動機１を作動させ、電動機１，インバータ２を冷却させる。

次に、ステップｓ１５５において、４ＷＤＣ／Ｕ２９は、電動機１とインバータ２の負荷が軽減されるよう目標モータトルクを下げ、モータ回転数を算出し、必要に応じてモータ界磁量も算出する。算出されたモータトルク，モータ回転数，必要に応じてモータ界磁量は、電動機コントローラ（Ｍ／Ｃ）２ａに出力される。Ｍ／Ｃ２ａにおける処理（ステップｓ２００〜ｓ２３０）は、前述したとおりである。なお、さらに電動機１並びにインバータ２の温度が上昇するようであれば、システムをOFFにするような制御も可能である。

なお、四輪駆動を必要とするのは、スリップ時に限らず、アイドルストップ時のように、内燃機関が停止している状態で、直ちに車両を発進させたいとき等にも利用可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、電動機やインバータを効率的に冷却できるとともに、車両駆動装置のコストを低減できる。すなわち、電動機，インバータ，歯車機構を一体とすることで、歯車機構に本来必要なオイル循環機構を利用して、電動機・インバータを冷却することで、小型で且つ安価にすることができる。

また、電動機，インバータ，電気式クラッチを一体化することで、配線を1ヶ所に集中でき、車両配線時の簡略化が図れる。

また、クラッチを搭載することで、車輪の駆動に依存せず、電動機，インバータを冷却したいとき独自にオイル潤滑にて冷却することが可能となる。

また、車両が電動機からの駆動力を必要としないときには、電動機への電力の供給を無くするとともに、クラッチにて電動機を切り離すことにより、電動機が連れまわり負荷となることを防止できる。

本発明の一実施形態による車両駆動装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置の変形例の構成を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置における冷却油の流れを示す構造モデル図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置を適用した４輪駆動車両のシステム構成図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置の制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電動機
２…インバータ
２a…電動機コントロールユニット
３…減速機
４…デファレンシャルギヤ
５…オイルポンプ
６…クラッチ
７…電動機インバータケース
７a…インバータケース
８…減速機ケース
９…デファレンシャルケース
９a…ドレインタンク
１０Ｒ，１０Ｌ…ドライブシャフト
１１Ａ，１１Ｂ…油路
１２…インバータケースフィン
２１Ｒ，２１Ｌ…前輪
２２Ｒ，２２Ｌ…後輪
２３…内燃機関
２４…補機用発電機
２５…電動機駆動用発電機
２６…補機用バッテリー
２７…電動機駆動用バッテリー
２８…トランスミッション
２９…四輪駆動用コントロールユニット
３０Ｒ，３０Ｌ…前輪車速センサ
３１Ｒ，３１Ｌ…後輪車速センサ
４０，４１…温度センサ

Claims (20)

1. 車輪を駆動する電動機と、
   この電動機を駆動するためのインバータと、
   前記電動機の回転を検出する回転センサと、
   前記電動機の出力を車輪に伝達する歯車機構と、
   前記電動機により駆動されて、オイルを循環させるオイル循環手段と、
   前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環機構とを収容するケースを備え、
   前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環手段と前記ケースを一体構造としたことを特徴とする車両駆動装置。
2. 請求項１記載の車両駆動装置において、
   前記オイル循環手段を用いて、前記歯車機構部の潤滑に用いるオイルを、前記電動機並びに前記インバータの収容されたケース内に供給して、前記歯車機構並びに前記インバータと前記電動機もオイルにて冷却することを特徴とする車両駆動装置。
3. 請求項１記載の車両駆動装置において、
   前記オイル循環手段は、電動機、インバータを同時に冷却し、その下流側に歯車機構並びにデファレンシャル機構を配置したことを特徴とする車両駆動装置。
4. 請求項１記載の車両駆動装置において、さらに、
   車両の旋回時に生じる内・外輪の速度差を回避するために使用されるデファレンシャルギヤも、前記ケースと一体構造としたことを特徴とする車両駆動装置。
5. 請求項１記載の車両駆動装置において、さらに、
   前記電動機とこの電動機によって駆動される車輪との間に配置され、前記電動機から前記車輪への動力伝達をオン・オフするクラッチを備えたことを特徴とする車両駆動装置。
6. 請求項１記載の車両駆動装置において、さらに、
   前記インバータに、このインバータを駆動するインバータドライバ部を組み込んだことを特徴とする車両駆動装置。
7. 請求項１記載の車両駆動装置において、
   前記電動機と前記インバータと前記回転センサを収納するケースを、一体のケースにしたことを特徴とする車両駆動装置。
8. 前後輪の一方の車輪を駆動する内燃機関と、他方の車輪を駆動する電動機を有する電動４輪駆動車両であって、
   前記電動機を駆動するためのインバータと、
   前記電動機の回転を検出する回転センサと、
   前記電動機の出力を車輪に伝達する歯車機構と、
   前記電動機により駆動されて、オイルを循環させるオイル循環手段と、
   前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環機構とオイルを収容するケースを備え、
   前記電動機と前記インバータと前記回転センサと前記歯車機構と前記オイル循環手段と前記ケースを一体構造としたことを特徴とする電動４輪駆動車両。
9. 車輪の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構及びこれに回転駆動力を減速して伝達する減速機構が一体化され、差動機構及び減速機構に潤滑媒体が循環されるように構成されたユニットに一体に搭載される電機システムであって、
   前記減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、
   この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、
   前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
   前記冷却流路には、前記差動機構及び減速機構を循環する前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、
   前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されることを特徴とする電機システム。
10. 請求項９記載の電機システムにおいて、
    前記冷却流路は、前記差動機構及び減速機構を循環する循環媒体の流れに対して、前記差動機構及び減速機構よりも上流側に位置することを特徴とする電機システム。
11. 請求項９記載の電機システムにおいて、
    前記冷却流路は、前記電動機の回転駆動力の伝達を受ける循環手段から送出された循環媒体の供給を受けることを特徴とする電機システム。
12. 前後輪の一方の駆動軸を内燃機関によって、その他方の駆動軸を電動力によって駆動されるように構成された四輪駆動式自動車に搭載されると共に、
    前後輪の他方の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構及びこれに回転駆動力を減速して伝達する減速機構が一体化され、差動機構及び減速機構に潤滑媒体が循環されるように構成されたユニットに一体に搭載される四輪駆動式自動車用電機システムであって、
    前記減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、
    この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、
    前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
    前記冷却流路には、前記差動機構及び減速機構を循環する前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、
    前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
13. 請求項１２記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    前記冷却流路は、前記差動機構及び減速機構を循環する循環媒体の流れに対して、前記差動機構及び減速機構よりも上流側に位置することを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
14. 請求項１２記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    前記冷却流路は、前記電動機の回転駆動力の伝達を受ける循環手段から送出された循環媒体の供給を受けることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
15. 請求項１２記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    内燃機関によって回転駆動される発電機を備え、
    前記発電機は、前記電動機の駆動用電力を発生するために設けられた専用機であり、前記電力変換装置の入力側に電気的に接続されていることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
16. 前後輪の一方の駆動軸を内燃機関によって、その他方の駆動軸を電動力によって駆動されるように構成された四輪駆動式自動車に搭載される四輪駆動式自動車用電機システムであって、
    前後輪の他方の駆動軸に回転駆動力を伝達する差動機構と、
    この差動機構に回転駆動力を減速して伝達する減速機構と、
    この減速機構に伝達される回転駆動力を発生するための電動機と、
    この電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御するための電力変換装置とを有し、
    前記差動機構，前記減速機構，前記電動機及び前記電力変換装置は、ケース内に一体となって設けられた１つのユニットになっており、
    前記差動機構及び前記減速機構には潤滑媒体が循環されるようになっており、
    前記電動機の外被部分及び前記電力変換装置の外被部分には、冷却媒体を流通させるための冷却流路が形成されており、
    前記冷却流路には、前記潤滑媒体が冷却媒体として供給されるようになっており、
    前記電動機及び前記電力変換装置は、その外被側から、前記冷却流路に流れる潤滑媒体によって冷却されることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
17. 請求項１６記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    前記冷却流路には、前記差動機構及び前記減速機構に循環する前の前記循環媒体が供給されるようになっていることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
18. 請求項１６記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    前記ユニットには、前記電動機の回転駆動力の伝達を受けて前記循環媒体を循環する循環手段が設けられており、
    前記冷却流路には、前記循環手段から送出された前記循環媒体が供給されるようになっていることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
19. 請求項１６記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    前記冷却流路は、前記電動機の外被及び前記電力変換装置の外被を構成する前記ケースに構成されており、
    前記電動機及び前記電力変換装置は、前記冷却流路を共用できるように、前記冷却流路を境にして並設されていることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
20. 請求項１６記載の四輪駆動式自動車用電機システムにおいて、
    内燃機関によって回転駆動される発電機を備え、
    前記発電機は、前記電動機の駆動用電力を発生するために設けられた専用機であり、前記電力変換装置の入力側に電気的に接続されていることを特徴とする四輪駆動式自動車用電機システム。
    

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