JP2007068340A - 車両の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インホイールモータを採用し、かつ外部からの充電を簡単に行なうことができる車両の電源装置を提供する。
【解決手段】 車両１００は、車両の外部から与えられる電力を受けて蓄電装置に充電を行なうためのコネクタ５０を備え、コネクタ５０は、第１、第２の端子を含む。第１の端子には、第１のインホイールモータであるモータジェネレータＭＧＲが接続される。第２の端子には、第２のインホイールモータであるモータジェネレータＭＧＬが接続される。制御装置６０は、第１、第２の端子間に与えられる電力が、蓄電装置に対して充電するために適切に与えられるようにインバータ２０，３０に対して制御を行なう。好ましくは、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬの各々は、Ｙ結線された３相のステータコイルを含む。第１、第２の端子は、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬのステータコイルの中性点にそれぞれ電気的に接続される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に車両外部から充電が可能な蓄電装置を備える車両の電源装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、車両の駆動にモータを使用する電気自動車、燃料電池自動車や、モータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車等が注目されている。

たとえば電気自動車では、バッテリに充電を行なうために充電装置が必要となる。充電装置は、車載する場合や、ある地点に固定設置する場合が考えられる。

特開平８−１２６１２１号公報（特許文献１）は、充電装置を車載する場合において、駆動モータのコイルをリアクトルとして用い、モータの制御を行なうインバータの回路素子を制御することによって、商用電源から充電を行なうことが可能な電気自動車を開示する。

また、電気自動車等に搭載される駆動ユニットの１つとして、車輪ごとに別々の駆動用モータを設け、このモータをホイール内に配置するインホイールモータが開発されている。インホイールモータを搭載すると車輪ごとのトルク制御が容易となり、摩擦の低い雪道などの悪路において効果が期待されている。

特開２００４−１２０９１１号公報（特許文献２）には、ステータコイルからの配線をハウジング外に引出しているインホイールモータを開示する。
特開平８−１２６１２１号公報 特開２００４−１２０９１１号公報 特開平１０−４６３８号公報 特開平９−２１５２１１号公報

インホイールモータを採用する車両においては、このインホイールモータのステータコイルを利用した充電を行なおうとすると、充電を簡易に行なう上で充電口の位置が重要となる。

この発明の目的は、インホイールモータを搭載し、外部からの充電が簡便に行なうことが可能な車両の電源装置を提供することである。

この発明は、要約すると車両の電源装置であって、蓄電装置と、車両の外部から与えられる電力を受けて蓄電装置に充電を行なうための入力部と、入力部と蓄電装置との間に接続され、入力部から与えられる電力を蓄電装置の充電に適した電流及び電圧に変換する電力変換部とを備える。入力部は、第１、第２の端子を含む。電力変換部は、第１の端子に接続される第１のインホイールモータと、第１の回転電機に対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受する第１のインバータと、第２の端子に接続される第２のインホイールモータと、第２の回転電機に対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受する第２のインバータと、第１、第２のインバータに対して制御を行なう制御装置とを含む。

好ましくは、第１、第２のインホイールモータの各々は、Ｙ結線された３相のステータコイルを含む。第１の端子は、第１のインホイールモータのステータコイルの中性点に電気的に接続される。第２の端子は、第２のインホイールモータのステータコイルの中性点に電気的に接続される。

好ましくは、第１の端子は、第１のインホイールモータが取付けられている車輪の近傍の車体部に設けられる。

より好ましくは、第２の端子は、第１のインホイールモータが取付けられている車輪の近傍の車体部に第１の端子と対を成して設けられる。

好ましくは、第１の端子は、第１のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸の周囲に環状に第１のインホイールモータのケースに設けられる。車輪のホイールには、環状の第１の端子の一部に外側から接続可能なように貫通孔が設けられる。

好ましくは、第１の端子は、第１のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸中心部に設けられる。

より好ましくは、第２の端子は、第２のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸中心部に設けられる。

より好ましくは、第１のインホイールモータは、ステータと、ロータと、ロータシャフトとを含む。ロータシャフトは、ロータが固着されるシャフト部と、シャフト部と電気的に絶縁され、シャフト部の軸心を貫通し、一方端が第１の端子に電気的に接続され他方端がステータコイルの中性点に電気的に接続される導電部とを含む。

本発明によれば、インホイールモータを採用した車両において外部からの充電を簡単に行なうことが可能となる。

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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００の電源装置は、蓄電装置であるバッテリユニットＢＵと、車両の外部から与えられる電力を受けて蓄電装置に充電を行なうためのコネクタ５０と、コネクタ５０と蓄電装置との間に接続され、入力部から与えられる電力を蓄電装置の充電に適した電流及び電圧に変換する電力変換部とを備える。コネクタ５０は、第１、第２の端子を含む。電力変換部は、第１の端子に接続される第１のインホイールモータであるモータジェネレータＭＧＲと、モータジェネレータＭＧＲに対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受するインバータ２０と、第２の端子に接続される第２のインホイールモータであるモータジェネレータＭＧＬと、モータジェネレータＭＧＬに対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受するインバータ３０と、第１、第２の端子間に与えられる電力が蓄電装置に対して充電するために適切に与えられるようにインバータ２０，３０に対して制御を行なう制御装置６０とを含む。

好ましくは、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬの各々は、Ｙ結線された３相のステータコイルを含む。第１の端子は、モータジェネレータＭＧＲのステータコイルの中性点に電気的に接続される。第２の端子は、モータジェネレータＭＧＬのステータコイルの中性点に電気的に接続される。

より具体的に説明すると、この車両１００は、バッテリユニットＢＵと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０および３０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬと、モータジェネレータＭＧＲによって駆動される車輪２Ｒと、モータジェネレータＭＧＬによって駆動される車輪２Ｌとを含む。この車両１００は、車輪の駆動にインホイールモータを用いる電気自動車である。

モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬは、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧＲはＵ相コイルＵ１，Ｖ相コイルＶ１，Ｗ相コイルＷ１からなる３相のコイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧＬは、Ｕ相コイルＵ２，Ｖ相コイルＶ２，Ｗ相コイルＷ２からなる３相のコイルをステータコイルとして含む。

モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬは、インバータ２０，３０からそれぞれ受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬは、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ２０，３０へそれぞれ出力する。

バッテリユニットＢＵは、負極が接地ラインＳＬに接続された蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧ＶＢ１を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１の電流ＩＢ１を測定する電流センサ８４とを含む。バッテリユニットＢＵに対する車両負荷には、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬと、インバータ２０，３０と、インバータ２０，３０に昇圧した電圧を供給する昇圧コンバータ１０とが含まれる。

バッテリＢ１としては、たとえば、ニッケル水素、リチウムイオンや鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。またバッテリＢ１に代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。バッテリユニットＢＵは、これらの蓄電装置を含むユニットであれば良い。

バッテリユニットＢＵは、バッテリＢ１から出力される直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によってバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１が充電される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣをベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ、またｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの電力スイッチング素子を用いることができる。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４を含み、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介して、モータジェネレータＭＧＲの各相コイルの中性点Ｎ１とは異なる側のコイル端にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２５，Ｑ２６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。

そして、インバータ３０においては、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介して、モータジェネレータＭＧＬの各相コイルの中性点Ｎ２とは異なる側のコイル端にそれぞれ接続される。

車両１００は、さらに、コンデンサＣ１，Ｃ２と、リレー回路４０と、コネクタ５０と、制御装置６０と、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、電圧センサ７２〜７４と、電流センサ８０，８２とを含む。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＬは、電圧センサ７３によって測定される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨは、電圧センサ７２で測定される。

昇圧コンバータ１０は、バッテリユニットＢＵから電源ラインＰＬ１を介して供給される直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。より具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギとして蓄積し、その蓄積したエネルギをｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ電流を流すことによって放出することにより昇圧動作を行なう。

また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および３０のいずれか一方または両方から受ける直流電圧をバッテリユニットＢＵの電圧レベル付近まで降圧してバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１を充電する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧＲを駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧＲは、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、車輪２Ｒの回転トルクを受けてモータジェネレータＭＧＲが発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧＬを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧＬは、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。

またインバータ３０は、回生制動時、車輪２Ｌからの回転トルクを受けてモータジェネレータＭＧＬが発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

なお、ここで言う回生制動とは、電気自動車またはハイブリッド自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルを緩めることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）をさせることを含む。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１，ＲＹ２としては、たとえば、機械的な接点リレーを用いることができるが、半導体リレーを用いてもよい。リレーＲＹ１は、電力入力ラインＡＣＬ１とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてオン／オフされる。リレーＲＹ２は、電力入力ラインＡＣＬ２とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてオン／オフされる。

すなわち、このリレー回路４０は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じて、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ５０との接続／切り離しを行なう。より具体的には、リレー回路４０は、制御装置６０からＨ（論理ハイ）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０と電気的に接続し、制御装置からＬ（論理ロー）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０から電気的に切り離す。

コネクタ５０は、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬの中性点Ｎ１，Ｎ２間に外部から電力を入力するための端子を含む。たとえば、コネクタ５０には家庭用商用電力線から交流１００Ｖを入力することができる。電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の線間電圧ＶＩＮは、電圧センサ７４で測定され測定値が制御装置６０に送信される。

電圧センサ７０は、バッテリＢ１のバッテリ電圧ＶＢ１を検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。電圧センサ７３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち昇圧コンバータ１０の入力電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬを制御装置６０へ出力する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧＲに流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧＬに流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、他のＥＣＵ（電子制御ユニット）から出力されたモータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧センサ７３からの電圧ＶＬ、ならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧＲのモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧＲを駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。

さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧＬのモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧＬを駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

ここで、制御装置６０は、イグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）からの信号ＩＧおよびバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬの中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる商用電源用の交流電圧からバッテリＢ１に対する充電が行なわれるように、インバータ２０，３０を制御するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

さらに、制御装置６０は、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、外部から充電可能かを判断し、充電可能と判断したときは、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。

一方、制御装置６０は、バッテリＢ１がほぼ満充電状態であり、充電可能でないと判断したときは、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力し、信号ＩＧが停止状態を示す場合にはインバータ２０および３０を停止させる。

図２は、図１の回路図の充電に関する部分を簡略化して示した図である。
図２では、図１のインバータ２０および３０のうちのＵ相アームが代表として示されている。またモータジェネレータの３相コイルのうちのＵ相コイルが代表として示されている。なお、充電時には各相コイルには同相の電流が流され、Ｕ相について代表的に説明すれば他の２相の回路もＵ相と同じ動きをする。

図２を見ればわかるように、Ｕ相コイルＵ１とＵ相アーム２２の組、およびＵ相コイルＵ２とＵ相アーム３２の組は、それぞれ昇圧コンバータ１０と同様な構成となっている。したがって、たとえば変動する交流電圧を直流電圧に変換するだけでなく、さらに昇圧して、たとえば２００Ｖ程度のバッテリ充電電圧に変換することが可能である。

図３は、充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。
図２、図３を参照して、まず電圧ＶＩＮ＞０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも高い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はオン状態とされ、トランジスタＱ２はオフ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。

そして、第１のインバータではトランジスタＱ２が電圧ＶＩＮに応じた周期およびデューティ比でスイッチングされ、トランジスタＱ１１はオフ状態またはダイオードＤ１１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第２のインバータではトランジスタＱ２１はオフ状態とされ、トランジスタＱ２２はオン状態に制御される。

電圧ＶＩＮ＜０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも低い場合には、トランジスタＱ２２のオン状態において電流がコイルＵ２→トランジスタＱ２２→ダイオードＤ１２→コイルＵ１の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ２２がオフ状態となると放出され、ダイオードＤ２１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。

ダイオードＤ２１による損失を低減させるためダイオードＤ２１の導通期間に同期させてトランジスタＱ２１を導通させてもよい。このときの電圧ＶＩＮおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められ、トランジスタＱ２２のスイッチングの周期およびデューティ比が定められる。

電圧ＶＩＮ＞０、電圧ＶＩＮ＜０のときの充電制御を交互に繰返すことで、外部から車両に供給される交流電力を直流に変換してバッテリの充電に必要な電圧まで昇圧することができる。

このように、制御装置６０は、第１、第２の端子間に与えられる交流電力が蓄電装置に対して充電するために適切に与えられるように、すなわち交流から直流への変換および充電電圧への昇圧が実行されるように、インバータ２０，３０に対して制御を行なう。

図４は、充電開始の判断に関し図１の制御装置６０が実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図１、図４を参照して、まずステップＳ１において制御装置６０は、信号ＩＧがオフ状態であるか否かを判断する。ステップＳ１で信号ＩＧがオフ状態でなければ、充電ケーブルを車両に接続して充電を行なわせるのは不適切であるのでステップＳ６の処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１において、信号ＩＧがオフ状態である場合には、充電を行なうのに適切であると判断され、ステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２ではリレーＲＹ１およびＲＹ２が非導通状態から導通状態に制御され、電圧センサ７４によって電圧ＶＩＮが測定される。そして交流電圧が観測されない場合には、充電ケーブルがコネクタ５０のソケットに接続されていないと考えられるため、充電処理を行なわずにステップＳ６に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ２において電圧ＶＩＮとして交流電圧が観測されたら、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３ではバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表わすしきい値Ｓｔｈ（Ｆ）より小さいか否かが判断される。

ＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）が成立すれば充電可能状態であるため、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御装置６０は、２つのインバータを協調制御してバッテリＢ１に充電を行なう。

ステップＳ３においてＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）が成立しないときには、バッテリＢ１は満充電状態であるので充電を行なう必要がなく、ステップＳ５に処理が進む。ステップＳ５では充電停止処理が行なわれる。具体的には、インバータ２０および３０は停止され、リレーＲＹ１，ＲＹ２は開放されて交流電力の車両１００への入力が遮断される。そして処理はステップＳ６に進み制御はメインルーチンに戻される。

図５は、インホイールモータの充電口について具体的に説明するための図である。
図５を参照して、この電動輪は、ホイール５１０と、ホイール内に配置されるインホイールモータ５２０と、インホイールモータの車体内側側方に配置され、ホイール５１０の上下動に応じて伸縮するショックアブソーバ５６０とを含む。

ショックアブソーバ５６０は、オイルや窒素ガスなどが封入される外筒５６４と、先端に外筒の内部を摺動するピストンが取付けられるピストンロッド５６６と、ピストンロッドをカバーするアブソーバカバー５６８と、図示しないスプリングコイルがその上に配置されるスプリングシート５６２とを含む。

インホイールモータ５２０には、センサ用ケーブル、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のパワーケーブルおよび中性点ケーブル８０８のコネクタが配置される端子ボックス５３２が設けられる。モータ動力用のパワーケーブルおよび中性点を取出すケーブル８０８はシールドケーブルである。またセンサ用ケーブルは多芯ケーブルである。

インホイールモータ５２０には、ロアアーム５９０が取付けられるナックルスピンドル５９２とタイロッド取付用ボールジョイント５２６とが設けられる。ハンドル切れ角に応じて、タイロッドがタイロッド取付用ボールジョイント５２６を押すことにより、ホイール５１０が操舵される。

なお、ホイール５１０は、インホイールモータ５２０の図示がしやすいように手前半分が切り取られ断面が示されている。ホイール５１０は、ホイールディスク５１４と、リム部５１２とを含む。リム部５１２にはタイヤ５０８が取付けられる。

ピストンロッド５６６の上端部は車体８００に固定されている。ナックルスピンドル５９２は、ロアアーム５９０にボルトおよびナットにより固定されている。車体とアブソーバカバー５６０との間の空間はセンサ用ケーブルやパワーケーブルおよび中性点ケーブルが配設される配線空間として使用することができる。

図５に示すように、インホイールモータの中性点は中性点ケーブル８０８によって端子ボックス５３２から車体８００の充電口８１２まで取出されている。なお反対側の駆動輪のインホイールモータからもステータコイルの中性点が中性点ケーブル８１０によって充電口８１２まで取出されている。

この充電口８１２は図１のコネクタ５０に相当するものである。充電口８１２の内部には左右の駆動輪のインホイールモータのステータコイルからの中性点が接続されている第１、第２の端子が設けられており、これら第１、第２の端子には充電プラグ８２０の充電端子８２２，８２４がそれぞれ接続される。

以上説明したように、実施の形態１においては、インホイールモータ５２０の中性点が接続されている第１の端子はインホイールモータ５２０が取付けられている車輪の近傍の車体部に設けられている。また反対側の駆動輪のインホイールモータのステータコイルの中性点が接続される第２の端子もインホイールモータ５２０側の車輪の近傍の車体部に第１の端子と対をなして設けられている。このようにすることにより１つの充電プラグ８２０によって簡易に充電を行なうことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、車体側に充電口を設けた。しかし車体に充電口を設けるのでは中性点を引出すための中性点ケーブルを引き回す距離が長くなり、配線経路の確保が困難である。

図６は、本発明の実施の形態２に係るインホイールモータの概略断面図である。
図６を参照して、インホイールモータ５２０は、モータハウジング５４４と、モータハウジング５４４にボルト５４８で取付けられるギヤケース５４５と、ギヤケースを車体側から覆うギヤケース蓋５４６と、モータハウジング５４４にボルト５４９で取付けられるモータハウジング蓋５４７とを含む。

モータハウジング５４４にはボールジョイント５９４が取付けられており、これによりモータハウジング５４４はナックルスピンドル５９２に対して上下動に伴う角度の変動が可能な状態で固定されている。

ホイールディスク５１４はボルト６０１によってホイールハブ６２０に固定されている。ホイールハブ６２０とモータハウジング蓋５４７との間にはボールベアリング６１１，６１２が設けられている。これによりホイールハブ６２０はナックルと一体化されたモータケースに対して回転自在に支持されている。

インホイールモータ５２０は、モータハウジング５４４に収容されるステータコア６７１と、ステータコア６７１に巻回されるステータコイル６７２と、ステータコア６７１の内側に収容されるロータ６７３とを含む。ロータ６７３には永久磁石が埋込まれている。

インホイールモータ５２０は、ギヤケース５４５の内部に収容されているサンギヤ６８２，リングギヤ６８５，プラネタリキャリヤ６８４，ピニオンギヤ６８３およびピニオンギヤ６８３の回転軸であるピン６８６をさらに含む。ピニオンギヤ６８３とピン６８６の間にはニードルベアリングが設けられている。

サンギヤ６８２の軸はロータ６７３の回転とともに回転する。サンギヤ６８２の軸はボールベアリング６１４によってモータハウジング蓋５４７との間で回転自在に支持されている。プラネタリキャリヤ６８４はボールベアリング６１７によってギヤケース蓋５４６に対して回転自在に支持されている。

同様にプラネタリキャリヤ６８４はボールベアリング６１６によってサンギヤ６８２の軸に対して回転自在に支持されており、またボールベアリング６１５によってギヤケース５４５に対して回転自在に支持されている。

サンギヤ６８２は中空であり、その内部にホイールハブ６２０およびプラネタリキャリヤ６８４にスプライン嵌合されているシャフト７１０が配置されている。シャフト７１０のギヤケース側にはオイル通路７１１が設けられている。インホイールモータ５２０に含まれるロータ６７３は中空であり、減速機はインホイールモータ５２０の回転を減速させてロータ６７３の中空部に貫通するシャフト７１０に減速させた回転を伝達する。そしてこのシャフト７１０によってホイールハブ６２０およびホイール５１０が回転される。

減速機の動作について少し説明する。ロータ６７３が回転すると、これに応じてサンギヤ６８２が回転する。リングギヤ６８５はギヤケース５４５に固定されている。ピニオンギヤ６８３はサンギヤ６８２とリングギヤ６８５の両方に噛み合う。サンギヤ６８２が回転すると、これによってピニオンギヤ６８３も回転する。

リングギヤ６８５はギヤケース５４５に固定されているのでリングギヤは回転しない。したがってサンギヤ６８２の回転が減速され、プラネタリキャリヤ６８４を回転させる。プラネタリキャリヤ６８４はシャフト７１０とスプライン嵌合されており、この回転がシャフト７１０を介してホイールハブ６２０を回転させホイール５１０が回転することになる。

ステータコイル６７２の中性点は、中性点ケーブル５５１によって車輪の回転軸の周囲に環状に配置されている端子５５２に電気的に接続される。ホイールディスク５１４にはこの端子５５２と充電プラグ８３０の端子８３２を接触させるための開口５１５が設けられている。

図７は、端子５５２と開口５１５の関係を説明するための概略図である。
図６、図７を参照して、端子５５２は、ホイールの回転軸のまわりに環状に設けられモータケースに取付けられている。車輪のホイールディスク５１４には、環状の端子５５２の一部に外側から接続可能なように貫通孔である開口５１５が設けられる。

ホイール５１０が回転し開口５１５の位置が変わっても、端子５５２のいずれかの部分が開口５１５に近接していることになる。したがって充電プラグ８３０を挿入すればその先端部の端子８３２が端子５５２と接触する。なお、ばね等により引っ込むことが可能な突起８３４を設けておけば適切な深さに挿入されてかつ端子８３２が端子５５２に押し付けられるように力を加えることが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、インホイールモータが設けられているホイールディスクに開口を設け、この開口部からインホイールモータのステータコイルの中性点に接続可能な構成とすることにより、中性点ケーブルを引出す距離が短くて済む。このように、インホイールモータを採用した車両において充電可能な構成を簡単に実現することができる。

［実施の形態３］
電気自動車を通勤等で使用し、自宅で毎日のように頻繁に充電する場合には、充電プラグを車両の充電口にいちいち人間が差し込むのは面倒に感じられる場合が多い。実施の形態２の場合はインホイールモータのすぐ近くに充電口を設けているので１つの充電プラグで２つの中性点に接続するのは不可能である。

したがって所定の位置に停めておけば車両に自動的に充電のための接続が行なわれることが望ましい。

図８は、自動的に車両に充電のための接続を行なう要素を示した図である。
図８を参照して、車両９００の左右の駆動輪のサイズに合わせて家庭の駐車場にポール９０１，９０２を設けておく。ポール９０１，９０２からはそれぞれ充電口に接触するためのロッド９０３，９０４が車両に対して延びて出てくる。たとえばタイヤが所定位置に停止したことがわかるように駐車場の地面に窪み等が設けられたり、車止めが設けられたりしてもよい。

この場合実施の形態２に示したようなホイールディスクの開口では、開口の位置が停止時にどこに来るかがわからないので、ポール９０１，９０２に位置合わせ装置を設ける必要がある。このため実施の形態３においては、ホイールの中心部分に充電用の端子を設ける。

図９は、実施の形態３に係るインホイールモータの断面図である。
なお、実施の形態１または実施の形態２と同一な部品には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図９を参照して、インホイールモータ９００は、ロータ６７３が減速機を介さずに直接シャフト９１０に接続されている。シャフト９１０は、ボールベアリング９１５，９１６および６１１，６１２によってモータケース蓋９１４およびモータケース蓋５４７との間で回転自在に支持されている。

シャフト９１０の内部には導電性の導電部９１１を含む。導電部９１１はシャフト９１０の中心を貫通しており、シャフト９１０と導電部９１１とは電気的に絶縁されている。導電部９１１の車体側の端部は蓋９１４に取付けられたブラシ９１２によって電気的な接触が図られている。このブラシ９１２によってステータコイル６７２の中性点を引出している中性点ケーブル９１３が導電部９１１と電気的に接続される。そして導電部９１１の他方端はホイールハブ６２０の中心部に車両外側において露出している。これによりポール９０２から延びてくる端子９０４が上下方向の位置合わせをしなくても中性点に接続することが可能となる。

なお図９では、棒状の導電部９１１をシャフト９１０に貫通させた例を示したが、これに限定されるものではなく、たとえば中空のケーブル９１０に絶縁被覆がされた銅線ケーブルを通し、一方をスリップリングを介して中性点ケーブル９１３と接続するようにし、他方には端子９０４と接触可能な端子を設けておいてもよい。

以上説明したように、実施の形態３においては、２つの端子は、２つのインホイールモータが取付けられている２つの車輪の回転軸中心部にそれぞれ設けられる。各インホイールモータは、ステータと、ロータと、ロータシャフトとを含む。ロータシャフトは、ロータが固着されるシャフト９１０と、シャフト９１０とは電気的に絶縁され、シャフト９１０の軸心を貫通し、一方端が端子に電気的に接続され他方端がステータコイル６７２の中性点に電気的に接続される導電部９１１とを含む。このように、ホイールディスクの中心部にインホイールモータの中性点を引出すことにより、位置合わせが容易で自動的に充電のための接続を行なうことが可能な車両の電源装置を実現することができる。

［他の変形例］
図１０は、図１に示した構成の変形例を示した回路図である。

図１０に示す車両１０００は、図１で説明した車両１００の構成に加えて、エンジン４と、エンジン４から回転トルクを受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ０と、モータジェネレータＭＧ０を駆動するインバータ３７とをさらに含む。他の部分の構成は、図１の車両１００と同様であるので、説明は繰返さない。車両１０００は、内燃機関であるエンジンとバッテリの電気で駆動されるモータとを用いる自動車、すなわち、ハイブリッド自動車である。

制御装置６０は、ラインＵＬ０，ＶＬ０，ＷＬ０に流れる電流ＭＣＲＴおよびトルク指令値ＴＲ０，モータジェネレータＭＧ０の回転数ＭＲＮ０に基づいて制御信号ＰＷＭ０を出力する。

インバータ３２は、制御装置６０から与えられる制御信号ＰＷＭ０によってスイッチングが制御され、モータジェネレータＭＧ０で発電された三相交流電力を直流に変換して電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ間に出力する。また、インバータ３２は、エンジン停止中にエンジン始動命令が与えられるとモータジェネレータＭＧ０を回転させてエンジン４のクランキングを行なう。なお、インバータ３２の回路構成については、インバータ２０と同様であるので、説明は繰返さない。

図１０に示すようなハイブリッド車両においても、インホイールモータを採用した場合には、実施の形態１〜実施の形態３で説明したような充電経路で充電を行なうことができる。

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。

この発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示す回路図である。 図１の回路図の充電に関する部分を簡略化して示した図である。 充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。 充電開始の判断に関し図１の制御装置６０が実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 インホイールモータの充電口について具体的に説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係るインホイールモータの概略断面図である。 端子５５２と開口５１５の関係を説明するための概略図である。 自動的に車両に充電のための接続を行なう要素を示した図である。 実施の形態３に係るインホイールモータの断面図である。 図１に示した構成の変形例を示した回路図である。

符号の説明

２Ｒ，２Ｌ 車輪、４ エンジン、１０ 昇圧コンバータ、２０，３０，３７ インバータ、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０ リレー回路、５０ コネクタ、６０ 制御装置、７２〜７４ 電圧センサ、８０，８２，８４ 電流センサ、１００，９００，１０００ 車両、５０８ タイヤ、５１０ ホイール、５１２ リム部、５１４ ホイールディスク、５１５ 開口、５２０，９００ インホイールモータ、５２６ タイロッド取付用ボールジョイント、５３２ 端子ボックス、５４４ モータハウジング、５４５ ギヤケース、５４６ ギヤケース蓋、５４７，９１４ モータケース蓋、５４７ モータハウジング蓋、５４８，５４９，６０１ ボルト、５５１，８０８，８１０，９１３ 中性点ケーブル、５５２，８３２，９０４ 端子、５６０ アブソーバカバー、５６０ ショックアブソーバ、５６２ スプリングシート、５６４ 外筒、５６６ ピストンロッド、５６８ アブソーバカバー、５９０ ロアアーム、５９２ ナックルスピンドル、５９４ ボールジョイント、６１１〜６１７，９１５，９１６ ボールベアリング、６２０ ホイールハブ、６７１ ステータコア、６７２ ステータコイル、６７３ ロータ、６８２ サンギヤ、６８３ ピニオンギヤ、６８４ プラネタリキャリヤ、６８５ リングギヤ、６８６ ピン、７１０ シャフト、７１１ オイル通路、８００ 車体、８１２ 充電口、８２０，８３０ 充電プラグ、８２２，８２４ 充電端子、８３４ 突起、９０１，９０２ ポール、９０３，９０４ ロッド、９１０ ケーブル、９１０ シャフト、９１１ 導電部、９１２ ブラシ、ＳＬ 接地ライン、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＵＬ０，ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、ＶＬ０，ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、ＷＬ０，ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力入力ライン、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｂ１ バッテリ、ＢＵ バッテリユニット、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ０，ＭＧＲ，ＭＧＬ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ トランジスタ、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー。

Claims (8)

1. 蓄電装置と、
   車両の外部から与えられる電力を受けて前記蓄電装置に充電を行なうための入力部と、
   前記入力部と前記蓄電装置との間に接続され、前記入力部から与えられる前記電力を前記蓄電装置の充電に適した電流及び電圧に変換する電力変換部とを備え、
   前記入力部は、
   第１、第２の端子を含み、
   前記電力変換部は、
   前記第１の端子に接続される第１のインホイールモータと、
   前記第１の回転電機に対応して設けられ、前記蓄電装置との間で電力を授受する第１のインバータと、
   前記第２の端子に接続される第２のインホイールモータと、
   前記第２の回転電機に対応して設けられ、前記蓄電装置との間で電力を授受する第２のインバータと、
   前記第１、第２のインバータに対して制御を行なう制御装置とを含む、車両の電源装置。
2. 前記第１、第２のインホイールモータの各々は、
   Ｙ結線された３相のステータコイルを含み、
   前記第１の端子は、前記第１のインホイールモータのステータコイルの中性点に電気的に接続され、
   前記第２の端子は、前記第２のインホイールモータのステータコイルの中性点に電気的に接続される、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記第１の端子は、前記第１のインホイールモータが取付けられている車輪の近傍の車体部に設けられる、請求項１に記載の車両の電源装置。
4. 前記第２の端子は、前記第１のインホイールモータが取付けられている車輪の近傍の前記車体部に前記第１の端子と対を成して設けられる、請求項３に記載の車両の電源装置。
5. 前記第１の端子は、前記第１のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸の周囲に環状に前記第１のインホイールモータのケースに設けられ、
   前記車輪のホイールには、環状の前記第１の端子の一部に外側から接続可能なように貫通孔が設けられる、請求項１に記載の車両の電源装置。
6. 前記第１の端子は、前記第１のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸中心部に設けられる、請求項１に記載の車両の電源装置。
7. 前記第２の端子は、前記第２のインホイールモータが取付けられている車輪の回転軸中心部に設けられる、請求項６に記載の車両の電源装置。
8. 前記第１のインホイールモータは、
   ステータと、
   ロータと、
   前記ロータシャフトとを含み、
   前記ロータシャフトは、
   前記ロータが固着されるシャフト部と、
   前記シャフト部と電気的に絶縁され、前記シャフト部の軸心を貫通し、一方端が前記第１の端子に電気的に接続され他方端が前記ステータコイルの中性点に電気的に接続される導電部とを含む、請求項６に記載の車両の電源装置。

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