JP2005269735A - 車両推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配置の自由度が向上することにより搭載スペースの確保が容易な車両推進装置を提供する。
【解決手段】 車両１００は、バッテリ１０と、バッテリ１０に接続される直流電流生成回路８Ａ〜８Ｄと、リアクトル４Ａ〜４Ｄと、電流型インバータ１４Ａ〜１４Ｄと、モータ１２Ａ〜１２Ｄと、タイヤ６Ａ〜６Ｄとを含む。電圧型インバータの平滑用コンデンサと異なり、電流型インバータは平滑用リアクトルの配置の自由度が高いので、さまざまな車種にインホイールモータを採用することが可能となる。特に、小型車両においては配置の自由度が向上することにより、インホイールモータを採用しやすくなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車を推進させるための車両推進装置に関する。

近年、ホイールモータを搭載する車両の開発が進められている。ホイールモータは、車輪を電気モータで駆動する場合の駆動効率を向上させるために提案されたものである。一般的なホイールモータは、インホイールモータとも呼ばれるように、モータの全部または一部が車輪のホイール内に収納されている。そして、モータのロータの回転駆動力が直接的に車輪に伝達され、駆動力伝達経路でのエネルギロスが少ないという利点を有する。

特開平１０−３０４６９５号公報（特許文献１）には、このようなホイールモータを左右の後輪２輪に搭載した自動車が開示されている。
特開平１０−３０４６９５号公報 特開２００２−２５２９５５号公報

特開平１０−３０４６９５号公報に開示された自動車では、左後ろ車輪用のインバータと右後ろ車輪用のインバータとが車輪から離れた場所に集中的に配置されている。このように、１つのユニット内に複数のインバータを収めると、車両によっては搭載が困難な場合がある。

すなわち、小型車両にホイールモータを適用する場合には、ユニットを収容するスペースがあまり大きく取れないため、大きなユニットを収容することが困難となる。

特に、四輪駆動の車両の４輪ともにホイールモータを適用する場合には、モータ駆動用のインバータも４個必要であるため、これを集中配置するとインテリジェントパワーユニット（ＩＰＵ）の大きさが大きくなってしまい小型車には搭載が困難となる。

一方、４つのインバータを分散配置させた場合には、電圧型インバータではインバータの平滑用コンデンサをインバータの近くに配置する必要がある。このため配置の自由度が制限される。また分散してコンデンサを配置すると、コンデンサに接続されているハーネスのＬ成分とコンデンサのＣ成分とによって共振電流が発生する心配がある。

以下、図を用いてこの問題点を説明する。

図２０は、四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第１の検討例である。

図２０を参照して、車両５００は、電力供給部５２０と、インテリジェントパワーユニット５０１と、タイヤ５０６Ａ〜５０６Ｄと、タイヤ５０６Ａ〜５０６Ｄにそれぞれ対応して設けられるモータ５１２Ａ〜５１２Ｄと、モータ５１２Ａ〜５１２Ｄとインテリジェントパワーユニット５０１とをそれぞれ結ぶための三相用パワーケーブル５０４Ａ〜５０４Ｄとを含む。

電力供給部５２０は、バッテリ５１０と、バッテリ５１０とインテリジェントパワーユニット５０１との電気的接続状態の接続／非接続を切換えるためのシステムメインリレー５２１とを含む。

インテリジェントパワーユニット５０１は、その内部にコンデンサ５２２と電圧型インバータ５１４Ａ〜５１４Ｄとが集中配置されている。コンデンサ５２２は、電圧型インバータ５１４Ａ〜５１４Ｃに接続される。

コンデンサ５２２は、力行時にはバッテリ５１０からシステムメインリレー５２１を介して供給される電圧にインバータのスイッチングに起因する電圧変動が現れないように平滑化を行なう。またコンデンサ５２２は、回生時においては電圧型インバータ５１４Ａ〜５１４Ｄから供給される電圧の平滑化を行なう。電圧型インバータ５１４Ａ〜５１４Ｄは、モータ５１２Ａ〜５１２Ｄと三相用パワーケーブル５０４Ａ〜５０４Ｄによって接続されている。

このように、インテリジェントパワーユニット５０１に示すように、１ユニットに４つの電圧型インバータと電圧を平滑化するための大容量のコンデンサを配置する場合には、大きなスペースを確保する必要がある。この場合は車両によっては搭載が困難であり、特に小型車両にはこのインテリジェントパワーユニットを配置するためのスペースを確保することが難しい。大容量のコンデンサは、たとえば、１モータ分あたり容積にして約１リットル程度の空間を占有する。

図２１は、四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第２の検討例を示した図である。

図２１を参照して、車両５５０は、図２０に示した車両５００の構成において、インテリジェントパワーユニット５０１が４つに分割され、インテリジェントパワーユニット５０１Ａ〜５０１Ｄとなっている。そして、インテリジェントパワーユニット５０１Ａ〜５０１Ｄはモータ５１２Ａ〜５１２Ｄに近接してそれぞれ配置されている。

インテリジェントパワーユニット５０１Ａは、電圧型インバータ５１４Ａとコンデンサ５２２Ａとを含む。インテリジェントパワーユニット５０１Ｂは、電圧型インバータ５１４Ｂとコンデンサ５２２Ｂとを含む。インテリジェントパワーユニット５０１Ｃは、電圧型インバータ５１４Ｃとコンデンサ５２２Ｃとを含む。インテリジェントパワーユニット５０１Ｄは、電圧型インバータ５１４Ｄとコンデンサ５２２Ｄとを含む。

コンデンサ５２２Ａ〜５２２Ｄは、電圧型インバータ５１４Ａ〜５１４Ｄにそれぞれ近接して配置する必要がある。これは、コンデンサを近くに配置することで接続経路のインダクタンスを抑えて電圧型インバータにおいて発生するサージを効果的に抑制する必要があるからである。

しかし、図２１に示したような構成では、コンデンサが４つに分割配置され１つのインテリジェントパワーユニット当たりの配置スペースは小さくなるものの、各コンデンサとシステムメインリレー５２１との間の距離が長くなり、これらを結ぶ配線のインダクタンスが大きくなるのでこのインダクタンスとコンデンサにより共振現象が発生してしまうという問題がある。共振現象が発生すると、高調波電流によるコンデンサの温度上昇や高調波電圧によるインバータへの過電圧印加、さらには制御系への悪影響が懸念される。

図２２は、図２０，図２１で用いられる電圧型インバータの構成を説明するための回路図である。

図２２を参照して、電圧型インバータ５１４は、システムリレーに接続されるノードＮＰとノードＮＮとの間に平滑用コンデンサ５２２が接続されている。インバータ５１４は、ノードＮＰとノードＮＮとの間に互いに並列に接続されるＵ相アーム５３１、Ｖ相アーム５３２およびＷ相アーム５３３を含む。

Ｕ相アーム５３１は、ノードＮＰとノードＮＮとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子５４１，５４４と、ＩＧＢＴ素子５４１，５４４とそれぞれ並列に接続されるダイオード５４２，５４３とを含む。ＩＧＢＴ素子５４１とＩＧＢＴ素子５４４との接続ノードは図示しないホイールモータのＵ相コイルの一方端に接続される。

Ｖ相アーム５３２は、ノードＮＰとノードＮＮとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子５５１，５５４と、ＩＧＢＴ素子５５１，５５４とそれぞれ並列に接続されるダイオード５５２，５５３とを含む。ＩＧＢＴ素子５５１とＩＧＢＴ素子５５４との接続ノードは図示しないホイールモータのＶ相コイルの一方端に接続される。

Ｗ相アーム５３３は、ノードＮＰとノードＮＮとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子５６１，５６４と、ＩＧＢＴ素子５６１，５６４とそれぞれ並列に接続されるダイオード５６２，５６３とを含む。ＩＧＢＴ素子５６１とＩＧＢＴ素子５６４との接続ノードは図示しないホイールモータのＷ相コイルの一方端に接続される。

このような電圧型インバータを用いた場合には、図２０に示すように１ユニットに４つの電圧型インバータとコンデンサを集合的に配置するには大きなスペースを確保する必要があり、また図２１に示すように分割配置すると共振電流が発生してしまうという問題がある。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、配置の自由度が向上することにより搭載スペースの確保が容易な車両推進装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両推進装置であって、車輪を駆動するホイールモータと、ホイールモータを駆動するインバータとを備え、インバータは、電流駆動型インバータである。

好ましくは、インバータは、ホイールモータに当接して配置される。

この発明の他の局面に従う車両推進装置は、複数の車輪にそれぞれ対応して設けられる複数のホイールモータと、複数のホイールモータをそれぞれ駆動するインバータとを備え、インバータは、電流型インバータである。

より好ましくは、インバータは、ばね下に配置される。

さらに好ましくは、車両推進装置は、直流電源と、直流電源から受けた電流を複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路と、複数のインバータと直流電流生成回路とをそれぞれ結ぶ複数の電流供給経路と、複数の電流経路上にそれぞれに配置されるリアクトルとをさらに備え、リアクトルは、ばね下に配置される。

さらに好ましくは、直流電流生成回路は、ばね下に配置される。

好ましくは、複数の車輪は、複数個の車輪のうちの２つの駆動輪である。

好ましくは、複数の車輪は、４つの駆動輪である。

好ましくは、直流電源と、制御信号に応答して活性化され、直流電源から受けた電流を複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路とをさらに備え、複数の直流電流生成回路は、複数のインバータを動作停止状態にする場合に直流電源とインバータとを電気的に分離する。

より好ましくは、複数の直流電流生成回路の各々は、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に並列に接続された第１、第２のアームを含み、第１のアームは、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第１、第２の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含み、第２のアームは、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第３、第４の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。

この発明による車両推進装置は、電流型インバータを採用することにより配置に制限が大きい平滑用コンデンサが不要であるので各ユニットの配置の自由度が向上し、さまざまな車種にインホイールモータの適用が可能となる。特に、インホイールモータを四輪に採用する場合に有効である。また、インバータを車輪内あるいは車輪近傍に設けることも可能となり、車輪周辺の限られたスペースを有効に活用することが可能となる。

また、直流電流生成回路を電流型インバータと直流電源との電気的接続を切り離すシステムリレーとしても動作させることにより、大きな機械式リレーを使用しなくてもすむので、コストとスペースの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態における自動車の車輪推進に関係する電気システムの概略ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、バッテリ１０と、バッテリ１０に接続される直流電流生成回路８Ａ〜８Ｄと、直流電流生成回路８Ａ〜８Ｄにそれぞれ接続されるリアクトル４Ａ〜４Ｄと、リアクトル４Ａ〜４Ｄにそれぞれ接続される電流型インバータ１４Ａ〜１４Ｄと、電流型インバータ１４Ａ〜１４Ｄにそれぞれ接続されるモータ１２Ａ〜１２Ｄと、モータ１２Ａ〜１２Ｄによってそれぞれ駆動されるタイヤ６Ａ〜６Ｄとを含む。

電流型インバータ１４Ａは、力行時にはモータ１２Ａの駆動を制御し、また回生時にはモータ１２Ａによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路８Ａは電流型インバータ１４Ａへ定電流を供給する。

電流型インバータ１４Ｂは、力行時にはモータ１２Ｂの駆動を制御し、また回生時にはモータ１２Ｂによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路８Ｂは電流型インバータ１４Ｂへ定電流を供給する。

電流型インバータ１４Ｃは、力行時にはモータ１２Ｃの駆動を制御し、また回生時にはモータ１２Ｃによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路８Ｃは電流型インバータ１４Ｃへ定電流を供給する。

電流型インバータ１４Ｄは、力行時にはモータ１２Ｄの駆動を制御し、また回生時にはモータ１２Ｄによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路８Ｄは電流型インバータ１４Ｄへ定電流を供給する。

ここで、互いに空間的に離されたばね下の領域２Ａ〜２Ｄが設けられている。ばね下の領域２Ａ〜２Ｄは、タイヤ６Ａ〜６Ｄにそれぞれ対応して設けられ、他のタイヤよりも対応するタイヤに最も近くなる位置に配置されている。

ばね下の領域２Ａには電流型インバータ１４Ａとモータ１２Ａとが配置されている。またばね下の領域２Ｂにはモータ１２Ｂと電流型インバータ１４Ｂとが配置されている。ばね下の領域２Ｃにはモータ１２Ｃと電流型インバータ１４Ｃとが配置されている。ばね下の領域２Ｄにはモータ１２Ｄと電流型インバータ１４Ｄとが配置されている。

また、バッテリが配置されるばね上部分１にはバッテリ１０の他に直流電流生成回路８Ａ〜８Ｄが集中的に配置されている。なお、ばね上部分１は、ばね下の領域２Ａ〜２Ｄとは空間的に離された領域である。

図２は、図１における直流電流生成回路８Ａおよび電流型インバータ１４Ａの構成を示す回路図である。

なお、図１における直流電流生成回路８Ｂ〜８Ｄについては、直流電流生成回路８Ａと同様な構成を有し、電流型インバータ１４Ｂ〜１４Ｄについては電流型インバータ１４Ａと同様な構成を有するためこれらの説明は繰返さない。

図２を参照して、直流電流生成回路８ＡのノードＮ１と電流型インバータ１４ＡのノードＮ３とは配線で接続されその経路上にリアクトル４Ａが設けられる。直流電流生成回路８ＡのノードＮ２と電流型インバータ１４ＡのノードＮ４とは配線で接続される。

直流電流生成回路８Ａは、バッテリ１０の正極とノードＮ１との間に接続されるＩＧＢＴ素子２２と、ノードＮ１とバッテリ１０の負極との間に接続されるダイオード２４と、バッテリ１０の正極とノードＮ２との間に接続されるダイオード２６と、ノードＮ２とバッテリ１０の負極との間に接続されるＩＧＢＴ素子２８とを含む。

ダイオード２４はバッテリ１０の負極からノードＮ１に向かう向きが順方向となるように接続される。ダイオード２６はノードＮ２からバッテリ１０の正極に向かう向きが順方向になるように接続される。ＩＧＢＴ素子２２のコレクタはバッテリ１０の正極に接続されエミッタはノードＮ１に接続される。ＩＧＢＴ素子２８のコレクタはノードＮ２に接続されエミッタはバッテリ１０の負極に接続される。また、ＩＧＢＴ素子２２および２８のゲートは、図示しない制御回路によって信号が与えられる。

電流型インバータ１４Ａは、ノードＮ３とノードＮ４との間に互いに並列接続されるＵ相アーム３１，Ｖ相アーム３２およびＷ相アーム３３と、リップル除去用の小容量のコンデンサ３６〜３８とを含む。

Ｕ相アーム３１は、ノードＮ３とノードＮ５との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子４１およびダイオード４２と、ノードＮ５とノードＮ４との間に直列に接続されるダイオード４３およびＩＧＢＴ素子４４とを含む。コンデンサ３６は、ノードＮ５とノードＮ８との間に接続される。

Ｖ相アーム３２は、ノードＮ３とノードＮ６との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子５１およびダイオード５２と、ノードＮ６とノードＮ４との間に直列に接続されるダイオード５３およびＩＧＢＴ素子５４とを含む。ノードＮ６とノードＮ８との間にコンデンサ３７が接続される。

Ｗ相アーム３３は、ノードＮ３とノードＮ７との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子６１およびダイオード６２と、ノードＮ７とノードＮ４との間に直列に接続されるダイオード６３およびＩＧＢＴ素子６４とを含む。ノードＮ７とノードＮ８との間にコンデンサ３８が接続される。

ＩＧＢＴ素子４１，４４，５１，５４，６１，６４のゲートは図示しない制御回路によって制御信号が与えられる。

ノードＮ５は、モータ１２ＡのＵ相コイルの一方端に接続される。ノードＮ６は、モータ１２ＡのＶ相コイルの一方端に接続される。ノードＮ７は、モータ１２ＡのＷ相コイルの一方端に接続される。なお図示しないが、モータ１２ＡのＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの他方端はともに中点に接続される。

次に直流電流生成回路８Ａの動作について説明する。バッテリ１０の電力によってモータ１２Ａを駆動する力行時においては、ＩＧＢＴ素子２２とダイオード２４には間欠的に電流が流れる。一方、ＩＧＢＴ素子２８は常時電流が流れる。これに対しダイオード２６は導通条件とならないので電流は流れない。

これに対し、モータ１２Ａで発電された電力をバッテリ１０に蓄積する回生動作においては、ＩＧＢＴ素子２２は非導通状態に制御され電流は流れない。そしてＩＧＢＴ素子２８およびダイオード２６には、間欠的に電流が流れる。

図３は、直流電流生成回路８Ａの力行時（素子２２オン）の動作を説明するための図である。

図４は、直流電流生成回路８Ａの力行時（素子２２オフ）の動作を説明するための図である。

図３、図４では、ＩＧＢＴ素子２２および２８はスイッチとして動作するのでスイッチとして表示され、また電流型インバータ１４Ａは力行時においては負荷として動作するため抵抗として表示されている。力行時においてはＩＧＢＴ素子２８は常時導通状態に制御されている。一方、ＩＧＢＴ素子２２は間欠的に導通／非導通状態を繰返す。

図３に示すように、ＩＧＢＴ素子２２が導通状態においては、バッテリ１０の正極からＩＧＢＴ素子２２、リアクトル４Ａ、電流型インバータ１４Ａ、ＩＧＢＴ素子２８を順に経由してバッテリ１０の負極に向けて電流が流れる経路が形成される。このときリアクトル４Ａは時間の経過とともにエネルギを蓄積する。なお、ＩＧＢＴ素子２２が導通状態においては、ダイオード２４，２６には電流は流れない。

リアクトル４Ａにエネルギが蓄積された後にＩＧＢＴ素子２２が導通状態から非導通状態に変化すると、図４に示すようにリアクトル４Ａに蓄積されたエネルギは、電流型インバータ１４Ａ，ＩＧＢＴ素子２８およびダイオード２４を順に経由してリアクトル４Ａに至る電流経路に電流が流れることにより消費される。

このように、ＩＧＢＴ素子２２を導通／非導通状態を間欠的に繰返すことにより、リアクトル４Ａに蓄積されるエネルギの増減が発生する。ＩＧＢＴ素子２２の導通／非導通のデューティー比を調整することにより電流型インバータ１４Ａにほぼ一定な電流ｉを供給することが可能となる。

図５は、直流電流生成回路８Ａの回生時（素子２８オン）の動作を説明するための図である。

図６は、直流電流生成回路８Ａの回生時（素子２８オフ）の動作を説明するための図である。

図５、図６において、ＩＧＢＴ素子２２，２８はスイッチとして等価的に表示されており、また回生時においてはモータが発電するためモータから出力される交流を直流に変換する電流型インバータ１４Ａは直流電源として等価的に表示されている。

回生動作時には、ＩＧＢＴ素子２２は常時非導通状態とされ、ＩＧＢＴ素子２８が間欠的に導通／非導通状態を繰返す。

図５に示すように、ＩＧＢＴ素子２８が導通状態である場合には、電流型インバータ１４Ａから、ＩＧＢＴ素子２８，ダイオード２４およびリアクトル４Ａを順に経由して、電流型インバータ１４Ａに電流が流れる経路が形成される。このときリアクトル４Ａに流れる電流は増加し、リアクトル４Ａに蓄積されるエネルギも増加する。

図６に示すように、ＩＧＢＴ素子２８が非導通状態に変化すると、ＩＧＢＴ素子２８に流れていた電流は遮断される。そして電流型インバータ１４Ａから、ダイオード２６を介してバッテリ１０の正極に向けて電流が流れ、バッテリ１０の負極からダイオード２４およびリアクトル４Ａを経由して電流型インバータ１４Ａに電流が流れる。この経路で電流が流れることにより、バッテリ１０に対する充電が行なわれる。

図５、図６で示したように、ＩＧＢＴ素子２８を間欠的に導通／非導通状態に変化させることにより、バッテリ１０に対して適切な充電電流で充電を行なうことができる。

［直流電流生成回路の変形例］
図７は、通常、バッテリと負荷との間に設けられるシステムメインリレーを説明するための回路図である。

図７に示すように、バッテリ１０がまずシステムメインリレー１１に接続されており、バッテリと負荷の電気的な接続／非接続がシステムメインリレー１１によって切換えられる。この場合、システムメインリレー１１は、モータを駆動するための大きな電流を遮断するものであるため、比較的大型な部品となる。

なお、負荷としては、電流型インバータ１４Ａに一定の電流を供給するための直流電流生成回路８Ａの他には、補機バッテリに電圧変換を行なって充電を行なうためのＤＣ／ＤＣコンバータ１５などが考えられる。

図８は、直流電流生成回路の変形例を説明するための回路図である。

図８を参照して、直流電流生成回路１０８Ａは、図７に示した直流電流生成回路８Ａの構成において、ダイオード２６に代えてＩＧＢＴ素子１２６を含み、ダイオード２４に代えてＩＧＢＴ素子１２４を含む。

つまり、直流電源の高電位側と低電位側に並列接続された第１、第２のアームを含み、第１のアームは直流電源の高電位側と低電位側の間に直列接続されたＩＧＢＴ素子２２，１２４を有し、第２のアームは直流電源の高電位側と低電位側の間に直列接続されたＩＧＢＴ素子１２６，２８を有する。

またＩＧＢＴ素子２２，２８および１２４，１２６は逆阻止ＩＧＢＴ素子が用いられる。逆阻止ＩＧＢＴ素子は、逆耐圧を確保したＩＧＢＴ素子であり、たとえば、近年では深いトレンチ構造を形成してダイシングラインからチップの活性領域を電気的に分離することにより漏れ電流を大きく低減できることが報告されている。逆阻止ＩＧＢＴ素子を採用することにより、バッテリ１０と直流電流生成回路１０８Ａとはシステムメインリレーを介さずに接続される。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５とバッテリ１０との間にはリレー１１１が設けられる。ただし、図７に示したシステムメインリレー１１に比べて扱う電流が小さいため、リレー１１１としては比較的小型のリレーを使用することができる。これにより、部品のコストと搭載スペースの削減が図られる。

直流電流生成回路１０８Ａの動作としては、力行時においては、図３、図４で説明したと同様な電流が流れるように４つのＩＧＢＴ素子が制御される。つまりＩＧＢＴ素子２８は導通状態とされ、ＩＧＢＴ素子１２６は非導通状態に制御される。そして、ＩＧＢＴ素子２２とＩＧＢＴ素子１２４とは相補的かつ間欠的に導通するように制御される。

また回生時においては、図５、図６で説明した電流が流れるように４つのＩＧＢＴ素子が制御される。すなわち、ＩＧＢＴ素子２２は非導通状態に制御される。またＩＧＢＴ素子１２４は導通状態となるように制御される。またＩＧＢＴ素子１２６とＩＧＢＴ素子２８とは、相補的かつ間欠的に導通するように制御される。

ダイオード２４，２６を採用する直流電流生成回路８Ａでは、図６の回生時においてＩＧＢＴ素子２２，２８を両方とも非導通状態としたとしてもバッテリ１０と電流型インバータ１４Ａとを分離することができないため、システムメインリレー１１が必要である。

これに対し、図８で示したようにＩＧＢＴ素子として逆阻止ＩＧＢＴ素子を採用し、ダイオード２４，２６に代えてＩＧＢＴ素子１２４，１２６を設けることにより力行時、回生時において４つのＩＧＢＴ素子をすべて非導通状態とすればバッテリ１０と電流型インバータ１４Ａとを電気的に分離することが可能となる。したがって、電流型インバータ１４Ａに対して図７におけるシステムメインリレー１１を省略することができ、コストとスペースの低減を図ることができる。

［電流型インバータの変形例］
図８で用いた逆阻止ＩＧＢＴ素子は、電流型インバータにも用いることができる。

図９は、電流型インバータに逆阻止ＩＧＢＴ素子を用いた例を示した回路図である。

図９を参照して、電流型インバータ１１４は、図２で説明した電流型インバータ１４Ａの構成において、Ｕ相アーム３１，Ｖ相アーム３２，Ｗ相アーム３３にそれぞれ代えて、Ｕ相アーム１３１，Ｖ相アーム１３２，Ｗ相アーム１３３を含む。

コンデンサ３６〜３８については、図２で説明した電流型インバータ１４Ａと同様であるので説明は繰返さない。

Ｕ相アーム１３１は、ノードＮ３にコレクタが接続されノードＮ５にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１４１と、ノードＮ５にコレクタが接続されノードＮ４にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１４４とを含む。

Ｖ相アーム１３２は、ノードＮ３にコレクタが接続されノードＮ６にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１５１と、ノードＮ６にコレクタが接続されノードＮ４にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１５４とを含む。

Ｗ相アーム１３３は、ノードＮ３にコレクタが接続されノードＮ７にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１６１と、ノードＮ７にコレクタが接続されノードＮ４にエミッタが接続されるＩＧＢＴ素子１６４とを含む。

ＩＧＢＴ素子１４１，１４４，１５１，１５４，１６１，１６４のゲートは図示しない制御回路によって信号が与えられる。ＩＧＢＴ素子１４１，１４４，１５１，１５４，１６１，１６４は逆阻止ＩＧＢＴ素子である。逆阻止ＩＧＢＴ素子は逆方向の耐圧が高いため、図２におけるダイオード４２，４３，５２，５３，６２，６３を設けなくてもよい。これにより、電流型インバータ１１４は、部品点数を小さくすることができる。

図１０は、図９に示した電流型インバータを構成するモジュール２００の素子の配置を示した平面図である。

図１０を参照して、モジュール２００は、ＩＣ（Integrated Circuit）基板２０２，２１０と、導電層２０４，２０６，２５１〜２５３とを含む。ＩＣ基板２０２，２１０と、導電層２０４，２０６，２５１〜２５３とは、絶縁層上に配置されている。

モジュール２００は、さらに、ＩＣ基板２０２上に配置されるドライブＩＣ２１１〜２１３と、ＩＣ基板２１０上に配置されるドライブＩＣ２１４〜２１６と、導電層２０４上に配置されるＩＧＢＴ素子１４１，１５１，１６１と、導電層２５１上に配置されるＩＧＢＴ素子１４４と、導電層２５２上に配置されるＩＧＢＴ素子１５４と、導電層２５３上に配置されるＩＧＢＴ素子１６４とを含む。

ＩＧＢＴ素子１４１，１４４，１５１，１５４，１６１，１６４は、図９で説明したように逆阻止型のＩＧＢＴ素子である。

導電層２０４は、ＩＧＢＴ素子１４１，１５１，１６１の下面に形成されている各コレクタと電気的に接続されている。導電層２５１は、ＩＧＢＴ素子１４４の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。導電層２５２は、ＩＧＢＴ素子１５４の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。導電層２５３は、ＩＧＢＴ素子１６４の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。

モジュール２００は、さらに、導電層２０４に接続される高電位側の入力バスバ（bus bar）２４６と、導電層２０６に接続される低電位側の入力バスバ２４５と、導電層２５１上に接続されるＵ相の出力バスバ２４１と、導電層２５２上に接続されるＶ相の出力バスバ２４２と、導電層２５３上に接続されるＷ相の出力バスバ２４３とを含む。

ＩＧＢＴ素子１４１の上面のエミッタ電極と導電層２５１とは、複数本のワイヤ２３１を用いて接続されている。ＩＧＢＴ素子１５１の上面のエミッタ電極と導電層２５２とは、複数本のワイヤ２３２を用いて接続されている。ＩＧＢＴ素子１６１の上面のエミッタ電極と導電層２５３とは、複数本のワイヤ２３３を用いて接続されている。複数本のワイヤを用いるのは大電流が流れるからである。

ＩＧＢＴ素子１４４の上面のエミッタ電極と導電層２０６とは、複数本のワイヤ２３４を用いて接続されている。ＩＧＢＴ素子１５４の上面のエミッタ電極と導電層２０６とは、複数本のワイヤ２３５を用いて接続されている。ＩＧＢＴ素子１６４の上面のエミッタ電極と導電層２０６とは、複数本のワイヤ２３６を用いて接続されている。これらについても複数本のワイヤを用いるのは大電流が流れるからである。

ＩＣ２１１とＩＧＢＴ素子１４１とは、複数本のワイヤ２２１を介して電気的に接続される。ＩＣ２１２とＩＧＢＴ素子１５１とは、複数本のワイヤ２２２を介して電気的に接続される。ＩＣ２１３とＩＧＢＴ素子１６１とは、複数本のワイヤ２２３を介して電気的に接続される。

ＩＣ２１４とＩＧＢＴ素子１４４とは、複数本のワイヤ２２４を介して電気的に接続される。ＩＣ２１５とＩＧＢＴ素子１５４とは、複数本のワイヤ２２５を介して電気的に接続される。ＩＣ２１６とＩＧＢＴ素子１６４とは、複数本のワイヤ２２６を介して電気的に接続される。

各ＩＣと対応するＩＧＢＴ素子とを接続する複数本のワイヤは、ゲート制御信号、電流センス信号、温度センス信号を伝達する。温度センスのために、ＩＧＢＴ素子のチップ上に設けられる温度センスアノードと温度センスカソードにワイヤが接続される。

図１１は、図１０に示したモジュール２００のＸＩ−ＸＩ断面を示した断面図である。

図１１を参照して、フィン付放熱板２７０の上部に絶縁層２６８が設けられ、絶縁層２６８の上部にＩＣ基板２０２，２１０と導電層２０４，２０６，２５２が設けられる。

ＩＣ基板２０２の上部にＩＣ２１２が配置され、ＩＣ基板２１０の上部にＩＣ２１５が配置される。導電層２０４の上部にＩＧＢＴ素子１５１が配置され、導電層２５２の上部にＩＧＢＴ素子１５４が配置される。

ＩＣ２１２とＩＧＢＴ素子１５１とはワイヤ２２２を介して接続され、ＩＣ２１２によってＩＧＢＴ素子１５１の導通制御が行なわれる。ＩＣ２１５とＩＧＢＴ素子１５４とはワイヤ２２５を介して接続され、ＩＣ２１５によってＩＧＢＴ素子１５４の導通制御が行なわれる。

絶縁層２６８とその上に配置されている導電層、ＩＣ基板、ＩＧＢＴ素子、ワイヤ等は、樹脂ケース２６０で覆われている。導電層２０４と樹脂ケース上に設けられた入力ケーブル取り付け用のナット２６２とは、入力バスバ２４６で電気的に接続されている。導電層２５２と樹脂ケース上に設けられた出力ケーブル取り付け用のナット２６４とは、出力バスバ２４２で電気的に接続されている。

図１２は、モジュール２００をモータケースに取付ける前の状態を示した図である。

図１３は、モジュール２００をモータケースに取付けた後の状態を示した図である。

図１２、図１３を参照して、フィン付のＩＰＭモジュール２００は、モジュール固定用のボルト２８７，２８８によってモータケースに固定される。その際に、フィンは水路２８１、２８２に収容される。コンデンサ３７の端子２７５は、バスバ２７９と部分２９２において溶接される。またコンデンサ３７の端子２７６は、モータ内部側からモータケース外部に突出しているバスバ２７７と部分２９４において溶接される。バスバ２７７は、防水ゴム２７８が周囲に設けられておりモータケースとは絶縁されている。

次に、図１１のナット２６４とボルト２９０が締結され、出力バスバ２４２と出力バスバ２７４とが電気的に接続される。そして、出力バスバ２７４は、バスバ２７７と部分２９３において溶接される。続いて、入力ケーブル２７１の端部は、ボルト２８９と図１１のナット２６２とが締結されることにより、入力バスバ２４６に電気的に接続される。

最後にケース２９１が固定用ボルト２８５，２８６によって、モータケース２８０に取付けられる。なお、防水ゴム２７２によってケース２９１のケーブル穴から水が浸入しないようにされる。

図１０〜図１３で説明したように、電流型インバータ１１４をインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）としてモジュール化した場合には、ダイオードが不要となった分モジュールの大きさをより小さくすることが可能となり、モータケースに直接取付けるのに有利となる。

［インバータの配置のバリエーション］
図１４は、インバータの配置の第１の例を示した図である。

図１４を参照して、タイヤ３０６が外周に取付けられたほぼカップ形状のホイール３１６の内部に、変速機構を有するモータ３１２が収められている。モータのシャフトが直接ホイール３１６に接続され、ホイール３１６はモータ３１２によって直接的に駆動される。

このモータの軸を車体側に延長した部分にインバータ３１４が配置される。インバータ３１４はモータ３１２に取付けられており、車体側に設けられている図示しない直流電流生成回路とパワーケーブル３０４によって接続される。

図１５は、インバータの第２の配置例を示した図である。

図１５を参照して、タイヤ３０６が外周に取付けられた略カップ形状のホイール３１６の内部に、変速機構を有するモータ３１２が収められている。モータのシャフトが直接ホイール３１６に接続され、ホイール３１６はモータ３１２によって直接的に駆動される。そして変速機構を有するモータ３２２の上部にインバータ３２４が取付けられている。

電圧型インバータは、平滑用の大容量のコンデンサを近くに設けておく必要がある。これに対して電流型インバータは、平滑用のリアクトルを必ずしも近くに配置しなくてもよい。これにより配置の自由度が向上しているので、インバータ３２４をモータに取付けるためのスペースの確保が容易になっている。

図１６〜図１９は、電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置のバリエーションを説明するための図である。

図１６を参照して、ばね上部分１には電源であるバッテリ１０と直流電流生成回路８が配置される。車輪に近いばね下の領域２には車輪を駆動するモータ１２と電流型インバータ１４とが配置される。そしてばね上部分１とばね下の領域２とを結ぶ経路上においてリアクトル４が配置される。このばね上部分１およびばね下の領域２は、図１に示したばね上部分１およびばね下の領域２Ａと対応している。

図１７においては、ばね上部分４０１に電源であるバッテリ１０と直流電流生成回路８とリアクトル４とが配置される。そして車輪に近いばね下の領域４０２にはモータ１２と電流型インバータ１４とが配置される。

図１８においては、ばね上部分４１１に電源であるバッテリ１０と直流電流生成回路８とが配置される。そして車輪に近いばね下の領域４１２にはモータ１２と電流型インバータ１４とリアクトル４とが配置される。

図１９においてはばね上部分４２１には電源であるバッテリ１０のみが配置され、車輪に近いばね下の領域４２２にはモータ１２と電流型インバータ１４とリアクトル４と直流電流生成回路８とが集中的に配置される。

そして図１６〜図１９におけるばね下の領域２，４０２，４１２および４２２は、駆動輪ごとに分離した領域に配置される。たとえば二輪駆動車の場合には、ばね下の領域２，４０２，４１２，４２２はそれぞれ２箇所ずつ設けられ、四輪駆動車の場合は４箇所ずつ設けられる。

以上説明したように、自動車の駆動モータの制御に電流型インバータを採用することにより、各ユニットの配置の自由度が向上する。

これによりさまざまな車種にインホイールモータを採用することが可能となる。特に、小型車両においては配置の自由度が向上することにより、インホイールモータを採用しやすくなる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態における自動車の車輪推進に関係する電気システムの概略ブロック図である。 図１における直流電流生成回路８Ａおよび電流型インバータ１４Ａの構成を示す回路図である。 直流電流生成回路８Ａの力行時（素子２２オン）の動作を説明するための図である。 直流電流生成回路８Ａの力行時（素子２２オフ）の動作を説明するための図である。 直流電流生成回路８Ａの回生時（素子２８オン）の動作を説明するための図である。 直流電流生成回路８Ａの回生時（素子２８オフ）の動作を説明するための図である。 通常、バッテリと負荷との間に設けられるシステムメインリレーを説明するための回路図である。 直流電流生成回路の変形例を説明するための回路図である。 電流型インバータに逆阻止ＩＧＢＴ素子を用いた例を示した回路図である。 図９に示した電流型インバータを構成するモジュール２００の素子の配置を示した平面図である。 図１０に示したモジュール２００のＸＩ−ＸＩ断面を示した図である。 モジュール２００をモータケースに取付ける前の状態を示した図である。 モジュール２００をモータケースに取付けた後の状態を示した図である。 インバータの配置の第１の例を示した図である。 インバータの第２の配置例を示した図である。 電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置の第１のバリエーションを説明するための図である。 電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置の第２のバリエーションを説明するための図である。 電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置の第３のバリエーションを説明するための図である。 電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置の第４のバリエーションを説明するための図である。 四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第１の検討例である。 四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第２の検討例を示した図である。 図２０，図２１で用いられる電圧型インバータの構成を説明するための回路図である。

符号の説明

６Ａ〜６Ｄ，３０６ タイヤ、 １２，１２Ａ〜１２Ｄ，３１２，３２２ モータ、 ４，４Ａ〜４Ｄ リアクトル、 ８，８Ａ〜８Ｄ，１０８Ａ 直流電流生成回路、 １４，１４Ａ〜１４Ｄ，１１４ 電流型インバータ、 ２，２Ａ〜２Ｄ，４０２，４１２，４２２ ばね下の領域、 １０ バッテリ、 １１ システムメインリレー、 １５ ＤＣ／ＤＣコンバータ、 ２２，２８，４１，４４，５１，５４，６１，６４，１２４，１２６，１４１，１４４，１５１，１５４，１６１，１６４ ＩＧＢＴ素子、 ２４，２６，４２，４３，５２，５３，６２，６３ ダイオード、 ３１，１３１ Ｕ相アーム、 ３２，１３２ Ｖ相アーム、 ３３，１３３ Ｗ相アーム、 ３６〜３８ コンデンサ、 １００ 車両、 １１１ リレー、 ２００ モジュール、 ２０２，２１０ 基板、 ２０４，２０６，２５１〜２５３ 導電層、 ２１１〜２１６ ＩＣ、 ２２１〜２２６，２３１〜２３６ ワイヤ、 ２４１，２４２，２４３，２４５，２４６，２７４，２７７，２７９ バスバ、 ２６０ 樹脂ケース、 ２６２，２６４ ナット、 ２６８ 絶縁層、 ２７０ フィン付放熱板、 ２７１ 入力ケーブル、 ２７２，２７８ 防水ゴム、 ２７５，２７６ 端子、 ２８０ モータケース、 ２８１，２８２ 水路、 ２８５〜２９０ ボルト、 ２９１ ケース、 ３０４ パワーケーブル、 ３１４，３２４ インバータ、 ３１６ ホイール。

Claims (10)

1. 車輪を駆動するホイールモータと、
   前記ホイールモータを駆動するインバータとを備え、
   前記インバータは、電流駆動型インバータである、車両推進装置。
2. 前記インバータは、前記ホイールモータに当接して配置される、請求項１に記載の車両推進装置。
3. 複数の車輪にそれぞれ対応して設けられる複数のホイールモータと、
   前記複数のホイールモータをそれぞれ駆動するインバータとを備え、
   前記インバータは、電流型インバータである、車両推進装置。
4. 前記インバータは、ばね下に配置される、請求項３に記載の車両推進装置。
5. 直流電源と、
   前記直流電源から受けた電流を複数の前記インバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路と、
   複数の前記インバータと前記直流電流生成回路とをそれぞれ結ぶ複数の電流供給経路と、
   前記複数の電流経路上にそれぞれに配置されるリアクトルとをさらに備え、
   前記リアクトルは、ばね下に配置される、請求項４に記載の車両推進装置。
6. 前記直流電流生成回路は、ばね下に配置される、請求項５に記載の車両推進装置。
7. 前記複数の車輪は、複数個の車輪のうちの２つの駆動輪である、請求項３に記載の車両推進装置。
8. 前記複数の車輪は、４つの駆動輪である、請求項３に記載の車両推進装置。
9. 直流電源と、
   制御信号に応答して活性化され、前記直流電源から受けた電流を前記複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路とをさらに備え、
   前記複数の直流電流生成回路は、前記複数のインバータを動作停止状態にする場合に前記直流電源と前記インバータとを電気的に分離する、請求項３に記載の車両推進装置。
10. 前記複数の直流電流生成回路の各々は、前記直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に並列に接続された第１、第２のアームを含み、
    前記第１のアームは、
    前記直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第１、第２の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含み、
    前記第２のアームは、
    前記直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第３、第４の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項９に記載の車両推進装置。

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