JP2006264474A - モータ駆動装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 配置スペースが削減された車両用のモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 車両用モータ駆動装置は、車両に搭載され弾性的に重量物を支持するコイルばねを兼用するリアクトル２３０と、リアクトル２３０に接続されるスイッチング素子とを備える。コイルばねは、サスペンションアームに取付けられて車体を支持する。モータ駆動装置は、車輪近傍に配置されるインホイールモータＩＷＭを駆動する。リアクトル２３０およびスイッチング素子は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータＣＶを構成する。モータ駆動装置は、昇圧コンバータによって昇圧された電圧が供給され、モータを駆動するインバータ装置ＩＮＶをさらに備える。好ましくは、リアクトル２３０は、表面に絶縁性の被覆を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動装置およびそれを搭載する車両に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等のように、車両推進用の駆動源として交流式モータを採用し、この交流式モータを駆動するモータ駆動装置を搭載する自動車が登場している。

このような自動車では、左右の駆動輪または４つの駆動輪に駆動用のモータをそれぞれ設けるいわゆるインホイールモータを搭載することも検討されている。

特開２０００−１６０４０号公報（特許文献１）には、安定走行のための高い剛性を備えたインホイールモータ式車両のサスペンション構造が開示されている。

また、特開２００４−１６１１８９号公報（特許文献２）には、駆動系のイナーシャを小さくすることができる駆動力伝達機構を備えたインホイールモータ装置が開示されている。

また、特許第３５８４６６９号明細書（特許文献３）および特開２００２−１８６１２０号公報（特許文献４）には、インホイールモータがインバータにより制御される旨が開示されている。
特開２０００−１６０４０号公報 特開２００４−１６１１８９号公報 特許第３５８４６６９号明細書 特開２００２−１８６１２０号公報

車載用の交流式モータを駆動するモータ駆動装置は、小型化が要求されている。このようなモータ駆動装置は、一般にＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子と整流用のダイオード素子で構成されている。

さらに、このようなモータ搭載の車両では、バッテリからの直流電圧を昇圧コンバータで昇圧してインバータに供給する構成も採用されている。

昇圧コンバータなどのリアクトルは、一般にかさばり、重量も重くコストも高い。また、昇圧コンバータや電流型インバータなどにおいては、スイッチング動作をする際に一度エネルギーをリアクトルに蓄積する。車輪駆動用のモータを駆動するための大電力を扱うため発熱も大きいのでリアクトルの排熱を考慮する必要がある。

この発明は、配置スペースが削減された車両用のモータ駆動装置を提供することを目的とする。

この発明は、要約すると、車両用モータ駆動装置であって、車両に搭載され弾性的に構造物を支持するコイルばねを兼用するリアクトルと、リアクトルに接続されるスイッチング素子とを備える。

好ましくは、コイルばねは、サスペンションアームに取付けられて車体を支持する。

好ましくは、モータ駆動装置は、車輪近傍に配置されるインホイールモータを駆動する。

好ましくは、リアクトルおよびスイッチング素子は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータを構成する。モータ駆動装置は、昇圧コンバータによって昇圧された電圧が供給され、モータを駆動するインバータ装置をさらに備える。

好ましくは、リアクトルは、表面の少なくとも一部に絶縁性の被覆を有する。

この発明は、他の局面では、車両であって、上記いずれかのモータ駆動装置を搭載する。

本発明によれば、リアクトルコイルを別途用意する必要がなく、省スペースおよびコスト低減を実現することができる。さらに、外気にリアクトルがさらされる場合には、リアクトルの冷却器も不要とすることができる。

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係る車両の駆動輪近辺の構成を概略的に示す図である。

図１を参照して、この車両用モータ駆動装置は、車両に搭載され弾性的に構造物を支持するコイルばねを兼用するリアクトル兼用コイルスプリング２３０と、リアクトル兼用コイルスプリング２３０に接続されるスイッチング素子とを備える。

リアクトル兼用コイルスプリング２３０は、ロアアーム２２０およびアッパーアーム２１０で構成されるサスペンションアームに取付けられて車体を支持する。モータ駆動装置は、タイヤ２５０のホイール内に配置されるインホイールモータＩＷＭを電力ケーブルＵ，Ｖ，Ｗで駆動する。リアクトル兼用コイルスプリング２３０およびスイッチング素子は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータＣＶを構成する。

リアクトル兼用コイルスプリング２３０の一方端はケーブル２３１によってバッテリに接続される。またリアクトル兼用コイルスプリング２３０の他方端はケーブル２３２によってスイッチング素子に接続される。

この車両用モータ駆動装置は、昇圧コンバータによって昇圧された電圧が供給され、モータを駆動するインバータＩＮＶをさらに備える。昇圧コンバータＣＶおよびインバータＩＮＶは、たとえば前輪が駆動輪の場合は駆動輪近傍のエンジンルームに配置され、後輪が駆動輪の場合は駆動輪近傍のトランクルームに配置される。

高圧電圧が印加されるので安全性を確保するため、リアクトル兼用コイルスプリング２３０は、表面に絶縁性の被覆を有している。

図２は、図１に示した昇圧コンバータＣＶの回路構成を示す回路図である。

図２を参照して、数百Ｖの直流バッテリＢの正負電極間には平滑用のコンデンサＣ１が接続されている。昇圧コンバータＣＶは、コンデンサＣ１の電極間に入力側が接続され、インバータＩＮＶに出力側が接続される。インバータＩＮＶは、昇圧コンバータＣＶによって昇圧された電圧を受け、三相交流電圧をインホイールモータＩＷＭに供給する。

昇圧コンバータＣＶは、バッテリＢの正極に一方端が接続されるリアクトルＬ１と、出力側に直列に接続されるトランジスタＱ１、Ｑ２と、出力側に直列に接続されるダイオードＤ１、Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の他方端は、トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードおよびダイオードＤ１，Ｄ２の接続ノードに共に接続される。

図２において、リアクトルＬ１が図１のリアクトル兼用コイルスプリング２３０に対応している。

一般に昇圧コンバータは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子、整流用のダイオード素子およびリアクトルで構成されている。リアクトルのインダクタンス値は、昇圧動作時のスイッチング周波数が低ければ大きいものが必要であり、スイッチング周波数が高ければ小さくてすむ。スイッチング周波数を高くするには、たとえば、スイッチング素子であるトランジスタＱ１，Ｑ２として、高速なＳｉＣ、ＧａＮを用いたものを採用すればよい。

そこで、通常５ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであったスイッチング周波数を２桁程度高くして１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度にする。すると、インダクタンス値は、たとえば１００μＨから数μＨ程度に２桁小さくすることができ、コアが必要であったリアクトルは空芯すなわちコア不要で用いることができるようになる。さらに、リアクトルコイルも簡易なものでよくなる。

そこで、インホイールモータ用などでは、インバータおよび昇圧コンバータをサスペンション近くに配置すれば、サスペンションに用いられているコイルスプリングが空芯のコイルとして利用可能となる。

図３は、インホイールモータが配置される駆動輪の構造を示した図である。

図３を参照して、駆動輪１００は、ホイールディスク１０と、ホイールハブ２０と、ブレーキロータ４０と、インホイールモータＩＷＭと、タイヤ２５０とを備える。

駆動輪１００は、車輪支持装置によって支持される。この車輪支持装置は、ボールジョイント１６０，１７０と、ナックル１８０と、アッパーアーム２１０と、ロアアーム２２０と、コイルスプリング２３０を有するショックアブソーバとを含む。

ホイールディスク１０は、略カップ型形状を有し、ディスク部１０Ａとリム部１０Ｂとからなる。そして、ホイールディスク１０は、ホイールハブ２０、ブレーキロータ４０、
ブレーキキャリパ（図示せず）、およびインホイールモータＩＷＭを収納する。

ホイールディスク１０は、ディスク部１０Ａをネジ１，２によってホイールハブ２０に締結することによりホイールハブ２０と連結される。ホイールハブ２０は、ハブベアリング１１，１２によってナックル１８０に回転自在に支持される。

ブレーキロータ４０は、内周端がネジ３，４によってホイールハブ２０の外周端に固定され、外周端が図示しないブレーキキャリパ内を通過するように配置される。ブレーキキャリパは、ブレーキピストンの移動方向に可動にナックル１８０に固定される。

ブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストンによって、ブレーキパッドが押され、ブレーキパッドは、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込む。

インホイールモータＩＷＭは、ケースがナックル１８０に固定され、回転軸がホイールハブ２０に固定されている。

ナックル１８０は、上部がボールジョイント１６０に連結され、中央部がハブベアリング１１，１２を介してホイールハブ２０に連結される。ナックル１８０の下部はボールジョイント１７０に連結される。

アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向にインホイールモータＩＷＭを挟むように配置される。アッパーアーム２１０は、一方端がボールジョイント１６０に連結され、他方端が車体の上下方向に回動可能に車体に固定される。ロアアーム２２０は、一方端がボールジョイント１７０に連結され、他方端が車体の上下方向に回動可能に車体に固定される。また、ロアアーム２２０は、ショックアブソーバを介して車体に連結される。これにより、駆動輪１００は、車体に懸架される。

ショックアブソーバのコイルスプリング２３０は、車体の重量を弾性的に支持する。また、コイルスプリング２３０の中心を貫通するショックアブソーバのダンパは、コイルスプリング２３０の上下振動を減衰させる。

コイルスプリング２３０は、図１で説明したように、昇圧コンバータに用いられるリアクトルを兼用する。このためコイルスプリング２３０には、配線ケーブル２３１および２３２によって高圧電圧が与えられる。コイルスプリング２３０は、車輪のタイヤハウス内部に隠れているので通常は触れにくい場所にあるが、表面に絶縁被覆されるのが好ましい。

コイルスプリング２３０は、エンジンルームやトランクルームの外部にあるので、外気にさらされており、さらに走行時には走行風にさらされる。したがって、外気による冷却が良好になされる。このため、従来昇圧コンバータに必要であった冷却系を簡素化することも可能となる。

なお、本実施の形態では、昇圧コンバータを例に挙げて説明したが、これに限らず本発明は電流型インバータ、昇降圧フルブリッジコンバータなど、リアクトルコイルを有するものであればどのような回路にも適用可能である。また、ソフトスイッチング回路の補助共振用リアクトルに適用しても良い。

また、本実施の形態ではリアクトルを兼用させるコイルばねを車両のサスペンションのコイルスプリングとした例を示したが、これに限らず構造物を弾性的に支持するためのコイルスプリングであれば本発明に適用可能である。たとえば、シートに利用されているスプリングにリアクトルを兼用させるのでもよいし、スロットル弁等の弁を閉めるためまたは開けておくためのスプリング等に適用しても良い。

以上説明したように、本発明の実施の形態においては、従来機械的にのみ用いてきたコイルスプリングを電気的にもリアクトルとして使用することで、電気回路におけるリアクトルを別途設ける必要が無くなり省スペース化およびコストダウンを図ることができる。

さらに、冷却良好な場所に配置されてあるコイルスプリングをパワー回路のリアクトルとして使用することで、回路の冷却系を簡素化することも可能となる。

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係る車両の駆動輪近辺の構成を概略的に示す図である。 図１に示した昇圧コンバータＣＶの回路構成を示す回路図である。 インホイールモータが配置される駆動輪の構造を示した図である。

符号の説明

１〜４ ネジ、１０ ホイールディスク、１０Ａ ディスク部、１０Ｂ リム部、１１，１２ ハブベアリング、２０ ホイールハブ、４０ ブレーキロータ、１００ 駆動輪、１６０，１７０ ボールジョイント、１８０ ナックル、２１０ アッパーアーム、２２０ ロアアーム、２３０ コイルスプリング、２３１，２３２ ケーブル、２５０ タイヤ、Ｂ バッテリ、Ｃ１ コンデンサ、ＣＶ 昇圧コンバータ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、ＩＮＶ インバータ、ＩＷＭ インホイールモータ、Ｌ１ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ、Ｕ，Ｖ，Ｗ 電力ケーブル。

Claims (6)

1. 車両用モータ駆動装置であって、
   前記車両に搭載され弾性的に構造物を支持するコイルばねを兼用するリアクトルと、
   前記リアクトルに接続されるスイッチング素子とを備える、モータ駆動装置。
2. 前記コイルばねは、サスペンションアームに取付けられて車体を支持する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記モータ駆動装置は、
   車輪近傍に配置されるインホイールモータを駆動する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記リアクトルおよびスイッチング素子は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータを構成し、
   前記モータ駆動装置は、
   前記昇圧コンバータによって昇圧された電圧が供給され、モータを駆動するインバータ装置をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記リアクトルは、
   表面の少なくとも一部に絶縁性の被覆を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を搭載する、車両。

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