JP2007161053A - 車両駆動装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電力制御装置をインホイールモータの近傍に配設し、かつ、電力制御装置の冷却性を確保したインホイールモータ駆動方式の車両駆動装置を提供する。
【解決手段】サスペンションアーム５０は、アッパーアーム５２と、ロアアーム５４とを含む。インホイールモータＩＷＭＬは、ボールジョイント５６，５８を介してそれぞれアッパーアーム５２およびロアアーム５４に連結される。インホイールモータＩＷＭＬを駆動するインバータ１４Ｌは、サスペンションアーム５０のアッパーアーム５２に固設され、３相ケーブル１６Ｌを介してインホイールモータＩＷＭＬに接続される。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両駆動装置および電動車両に関し、特に、インホイールモータ駆動方式によって車両を駆動する車両駆動装置および電動車両に関する。

車輪のホイール内に電動機を組込んだインホイールモータ駆動方式の電動車両が知られている。このようなインホイールモータ駆動方式の電動車両においては、配線ケーブルの簡素化や車両構成のコンパクト化などの観点から、電動機とともにインバータもホイール近傍に配設するのが好ましい。

特開２００５−２９０８６号公報（特許文献１）は、インバータがホイールの近傍に設けられる車両駆動装置を開示する。この車両駆動装置は、車輪のホイールに近い位置から車両内側に向かって、インバータ、モータおよび減速機の順に配置される。

この車両駆動装置によると、高周波電流の経路のループの大きさを非常に小さくすることができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を極力抑制することが可能となる（特許文献１参照）。
特開２００５−２９０８６号公報 特開２００２−２５２９５５号公報 特開２０００−１６０４０号公報 特開２００４−１６１１８９号公報 特開２００２−３３７５５４号公報 特開２００２−１８６１２０号公報

しかしながら、特開２００５−２９０８６号公報では、インバータの具体的な設置場所については開示されていない。インバータおよびモータが共に車輪のホイール内に配設されるとすれば、インバータおよびモータが互いに熱干渉を起こすことによってインバータの冷却性が悪化し、インバータの動作信頼性が損なわれる可能性もある。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力制御装置をインホイールモータの近傍に配設し、かつ、電力制御装置の冷却性を確保したインホイールモータ駆動方式の車両駆動装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、電力制御装置をインホイールモータの近傍に配設し、かつ、電力制御装置の冷却性を確保したインホイールモータ駆動方式の電動車両を提供することである。

この発明によれば、車両駆動装置は、車輪のホイール内に設けられて車輪を駆動する電動機と、電動機に与える電力を制御する電力制御装置と、車輪と車体との間に設けられる懸架装置とを備える。懸架装置は、一方端が車輪に連結され、かつ、他方端が車体に連結されるサスペンションアームを含む。電力制御装置は、サスペンションアームに固設される。

この発明による車両駆動装置においては、車両を駆動する電動機は、車輪のホイール内に設けられる。そして、電動機に与える電力を制御する電力制御装置は、サスペンションアームに固設されるので、走行風を十分に受けるとともに、サスペンションアームが電力制御装置の放熱体として機能する。

したがって、この発明による車両駆動装置によれば、電力制御装置をインホイールモータの近傍に配設し、かつ、電力制御装置の冷却性を十分に確保することができる。

好ましくは、サスペンションアームは、ロアアームと、ロアアームの車体上下方向上部に配設されるアッパーアームとを含む。電力制御装置は、アッパーアームに固設される。

この車両駆動装置においては、電力制御装置は、サスペンションアームのアッパーアームに固設されるので、電力制御装置を地面から遠ざけることができる。また、地面とアッパーアームとの間に配設されるロアアームが地面からの飛散物に対する電力制御装置の防護部材として機能する。

したがって、この車両駆動装置によれば、電力制御装置の信頼性を確保することができる。

さらに好ましくは、電力制御装置は、アッパーアームの上面側に固設される。
この車両駆動装置においては、電力制御装置は、サスペンションアームのアッパーアームの上面側に固設されるので、電力制御装置を地面からさらに遠ざけることができる。さらに、ロアアームに加えてアッパーアームも、地面からの飛散物に対する電力制御装置の防護部材として機能する。

したがって、この車両駆動装置によれば、電力制御装置の信頼性をさらに高めることができる。

好ましくは、サスペンションアームは、放熱フィンを含む。
この車両駆動装置においては、電力制御装置が固設されるサスペンションアームに放熱フィンが設けられるので、電力制御装置の放熱体として機能するサスペンションアームの放熱性が向上する。

したがって、この車両駆動装置によれば、電力制御装置の冷却性が向上する。
好ましくは、電動機は、交流電動機から成る。電力制御装置は、インバータを含む。

また、この発明によれば、電動車両は、車輪と、車輪のホイール内に設けられ、車輪を駆動する電動機と、蓄電装置と、蓄電装置から供給される電力を受けて電動機に与える電力を制御する電力制御装置と、車輪と車体との間に設けられる懸架装置とを備える。懸架装置は、一方端が車輪に連結され、かつ、他方端が車体に連結されるサスペンションアームを含む。電力制御装置は、サスペンションアームに固設される。

この発明による電動車両においては、インホイールモータ駆動形式によって車両が駆動される。そして、ホイール内の電動機に与える電力を制御する電力制御装置は、サスペンションアームに固設されるので、走行風を十分に受けるとともに、サスペンションアームが電力制御装置の放熱体として機能する。

したがって、この発明による電動車両によれば、電力制御装置をインホイールモータの近傍に配置し、かつ、電力制御装置の冷却性を十分に確保することができる。

好ましくは、電動車両は、車両の駆動力を発生する内燃機関をさらに備える。
従来、内燃機関を備える電動車両（ハイブリッド自動車）においては、電動機および電力制御装置は、エンジンルームに搭載されていたところ、この電動車両においては、電動機は車輪のホイール内に配設され、電力制御装置はエンジンルーム外のサスペンションアームに固設される。

したがって、この電動車両によれば、エンジンルーム内の装置レイアウトの自由度が向上する。また、電力制御装置を搭載するにあたり、エンジンルーム、客室および荷室のスペースを犠牲にしない。

この発明によれば、電力制御装置をサスペンションアームに固設するようにしたので、電力制御装置をインホイールモータの近傍に配設し、かつ、電力制御装置の冷却性を確保することができる。

また、電動機は車輪のホイール内に配設され、電力制御装置はエンジンルーム外のサスペンションアームに固設されるので、電力制御装置を搭載するにあたりエンジンルーム、客室および荷室のスペースを犠牲にせず、エンジンルーム内の装置レイアウトの自由度が向上する。

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１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す機能ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、エンジンＥＮＧと、前輪ＦＲ，ＦＬと、ジェネレータ２０と、蓄電装置Ｂと、電源ケーブル１２と、インバータ１４Ｒ，１４Ｌと、３相ケーブル１６Ｒ，１６Ｌと、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬと、リダクションギヤ１８Ｒ，１８Ｌと、後輪ＲＲ，ＲＬと、電子制御装置（Electronic Control Unit；以下「ＥＣＵ」とも称する。）２２とを備える。

蓄電装置Ｂは、電源ケーブル１２に接続される。インバータ１４Ｒ，１４Ｌは、電源ケーブル１２に互いに並列に接続される。モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬは、それぞれ３相ケーブル１６Ｒ，１６Ｌを介してインバータ１４Ｒ，１４Ｌに接続される。そして、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬの出力軸は、それぞれリダクションギヤ１８Ｒ，１８Ｌを介して後輪ＲＲ，ＲＬに機械的に結合される。

エンジンＥＮＧは、ドライブシャフトを介して前輪ＦＲ，ＦＬに機械的に結合される。ジェネレータ２０は、エンジンＥＮＧのクランク軸に機械的に結合されるとともに、電力線を介して蓄電装置Ｂに接続される。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、電源ケーブル１２を介してインバータ１４Ｒ，１４Ｌへ直流電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、ジェネレータ２０から電力の供給を受けて充電される。さらに、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬを用いた回生制動時、インバータ１４Ｒ，１４Ｌによっても充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

インバータ１４Ｒは、ＥＣＵ２２からの信号ＰＷＭＲに基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電力を３相交流電力に変換し、その変換した３相交流電力をモータジェネレータＭＧＲへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧＲは、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１４Ｒは、車両の回生制動時、後輪ＲＲからの回転力を受けてモータジェネレータＭＧＲが発電した３相交流電力をＥＣＵ２２からの信号ＰＷＭＲに基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を蓄電装置Ｂへ出力する。

モータジェネレータＭＧＲは、３相交流電動機であり、たとえば３相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧＲは、インバータ１４Ｒから受ける３相交流電力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は、車両の回生制動時、３相交流電力を発生してインバータ１４Ｒへ出力する。

リダクションギヤ１８Ｒは、モータジェネレータＭＧＲからの出力（トルクおよび回転数）を一定の減速比で後輪ＲＲへ伝達する。なお、後述のように、モータジェネレータＭＧＲおよびリダクションギヤ１８Ｒは、一体化されて後輪ＲＲのホイール内に配設される。すなわち、モータジェネレータＭＧＲおよびリダクションギヤ１８Ｒは、いわゆるインホイールモータを形成する。

なお、インバータ１４Ｌ、モータジェネレータＭＧＬおよびリダクションギヤ１８Ｌの構成は、それぞれインバータ１４Ｒ、モータジェネレータＭＧＲおよびリダクションギヤ１８Ｒと同様であるので、それらの説明は繰返さない。

エンジンＥＮＧは、車両前方のエンジンルームに搭載される。エンジンＥＮＧは、車両の駆動トルクを発生して前輪ＦＲ，ＦＬを駆動する。ジェネレータ２０は、ＥＣＵ２２からの指令に基づいて、エンジンＥＮＧからの出力を用いて発電し、その発電した電力を蓄電装置Ｂへ出力する。

ＥＣＵ２２は、インバータ１４Ｒ，１４Ｌをそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭＲ，ＰＷＭＬを生成し、その生成した信号ＰＷＭＲ，ＰＷＭＬをそれぞれインバータ１４Ｒ，１４Ｌへ出力する。また、ＥＣＵ２２は、蓄電装置Ｂの充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）が低下すると、ジェネレータ２０へ動作指令を出力する。

図２は、図１に示したモータジェネレータＭＧＬがインホイールモータとして組込まれた後輪ＲＬの斜視図である。なお、この図２では、インホイールモータと連結されるホイールディスクおよびホイールディスクのリム部外縁に設けられるタイヤについては図示していない。なお、モータジェネレータＭＧＲがインホイールモータとして組込まれた後輪ＲＲの構成は後輪ＲＬと同様であるので、この図２では、後輪ＲＬの構成が代表的に示されている。

図２を参照して、後輪ＲＬは、インホイールモータＩＷＭＬと、サスペンションアーム５０と、ボールジョイント５６，５８と、インバータ１４Ｌとを含む。サスペンションアーム５０は、アッパーアーム５２と、ロアアーム５４とから成る。

インホイールモータＩＷＭＬは、モータジェネレータＭＧＬと、リダクションギヤ１８Ｌと、ケースとを含み、モータジェネレータＭＧＬおよびリダクションギヤ１８Ｌは、一体化されてケースに収納される。したがって、図２では、ケースに収納されたモータジェネレータＭＧＬおよびリダクションギヤ１８Ｌは図示されていない。そして、インホイールモータＩＷＭＬは、ボールジョイント５６，５８を介してそれぞれアッパーアーム５２およびロアアーム５４に連結される。

アッパーアーム５２およびロアアーム５４は、アッパーアーム５２がロアアーム５４の上側になるように車体の上下方向に配置される。アッパーアーム５２は、ボールジョイント５６に一方端が連結され、アッパーアーム５２が車体の上下方向に回動可能なように車体またはフレーム（いずれも図示せず）に他方端６０が連結される。ロアアーム５４は、ボールジョイント５８に一方端が連結され、ロアアーム５４が車体の上下方向に回動可能なように車体またはフレームに他方端６２が連結される。また、ロアアーム５４は、図示されないショックアブソーバを介して車体またはフレームに連結される。これにより、後輪ＲＬは、車体またはフレームに懸架される。

インバータ１４Ｌは、アッパーアーム５２の下面に固設される。そして、インバータ１４Ｌは、３相ケーブル１６Ｌを介してインホイールモータＩＷＭＬに接続される。

このハイブリッド自動車１００においては、インバータ１４Ｌは、インホイールモータＩＷＭＬの近傍に配設されるので、３相ケーブル１６Ｌを短くすることができる。また、インバータ１４Ｌをサスペンションアーム５０に固設することにより、３相ケーブル１６Ｌの可動範囲が狭くなり、３相ケーブル１６Ｌの耐久性が向上する。

さらに、インバータ１４Ｌは、車体内部やホイール内に配置されるのではなく、車体下部に配置されるサスペンションアーム５０に据付けられるので、車両の走行時に車体下部を流れる外気にインバータ１４Ｌが十分に晒される。また、インバータ１４Ｌが据付けられるアッパーアーム５２がインバータ１４Ｌの放熱体としても機能し得る。したがって、インバータ１４Ｌの高い冷却性が確保され、インバータ１４Ｌを空冷で冷却することができる。

また、インバータ１４Ｌは、サスペンションアーム５０のアッパーアーム５２に固設されるので、ロアアーム５４に固設される場合に比べてインバータ１４Ｌを地面から遠ざけることができる。さらに、地面とインバータ１４Ｌとの間に配置されるロアアーム５４は、地面からの飛散物からインバータ１４Ｌを防護し得る防護部材として機能する。

また、インバータ１４Ｌは、アッパーアーム５２とロアアーム５４との間のスペースを利用してアッパーアーム５２に据付けられるので、インバータ１４Ｌの組付性（据付性）は良い。

以上のように、この実施の形態１によれば、インバータ１４Ｒ，１４Ｌをサスペンションアーム５０に固設したので、インバータ１４Ｒ，１４ＬをそれぞれモータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬと接続する３相ケーブル１６Ｒ，１６Ｌを短くすることができる。また、３相ケーブル１６Ｒ，１６Ｌの可動範囲が狭くなるので、３相ケーブル１６Ｒ，１６Ｌの耐久性も向上する。

さらに、インバータ１４Ｒ，１４Ｌに十分な走行風が供給されるとともに、インバータ１４Ｒ，１４Ｌが固設されるサスペンションアーム５０がインバータ１４Ｒ，１４Ｌの放熱体としても機能するので、インバータ１４Ｒ，１４Ｌについて高い冷却性を確保することができる。

また、さらに、従来エンジンＥＮＧとともにエンジンルームに搭載されていたモータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬおよびインバータ１４Ｒ，１４Ｌについて、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬはホイール内に配設され、インバータ１４Ｒ，１４Ｌはサスペンションアーム５０に固設されるので、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬおよびインバータ１４Ｒ，１４Ｌを車両に搭載するにあたりエンジンルーム、客室および荷室のスペースを犠牲にせず、エンジンルーム内の装置レイアウトの自由度が向上する。

［実施の形態１の変形例］
図３は、実施の形態１の変形例による電動車両における後輪ＲＬの斜視図である。図３を参照して、インバータ１４Ｌは、アッパーアーム５２の上面に固設される。なお、後輪ＲＲの構成も、後輪ＲＬと同様である。

この実施の形態１の変形例では、実施の形態１に比べてインバータ１４Ｌが地面からさらに遠ざけられる。また、地面とインバータ１４Ｌとの間にロアアーム５４に加えてアッパーアーム５２も配置されることになるので、アッパーアーム５２も、地面からの飛散物からインバータ１４Ｌを防護し得る防護部材として機能する。

したがって、この実施の形態１の変形例によれば、インバータ１４Ｒ，１４Ｌの信頼性を高めることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２による電動車両は、図１に示した実施の形態１による電動車両の構成において、後輪ＲＲ，ＲＬに代えて後輪ＲＲＡ，ＲＬＡをそれぞれ備える。

図４は、この発明の実施の形態２による電動車両における後輪ＲＬＡの斜視図である。なお、この実施の形態２においても、後輪ＲＲＡと後輪ＲＬＡとの構成は同じであるので、この図４では、後輪ＲＬＡの構成が代表的に示される。

図４を参照して、後輪ＲＬＡは、図２に示した後輪ＲＬの構成において、サスペンションアーム５０に代えてサスペンションアーム５０Ａを含む。サスペンションアーム５０Ａは、アッパーアーム５２Ａと、ロアアーム５４とから成る。アッパーアーム５２Ａは、実施の形態１におけるアッパーアーム５２の構成において、表面に放熱フィンを有する。

すなわち、上述のように、インバータ１４Ｌが据付けられるアッパーアーム５２Ａは、インバータ１４Ｌの放熱体として機能し得るところ、この実施の形態２では、アッパーアーム５２Ａの放熱体としての機能をさらに高めるために、表面に放熱フィンを設けたものである。これにより、インバータ１４Ｌの熱は、アッパーアーム５２Ａに伝わり、アッパーアーム５２Ａの表面に設けられた放熱フィンから効率的に外気へ放熱される。

なお、特に図示しないが、実施の形態１の変形例と同様に、インバータ１４Ｌをアッパーアーム５２Ａの上面に固設してもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、インバータ１４Ｌが据付けられるアッパーアーム５２Ａに放熱フィンを設けたので、インバータ１４Ｌの冷却性が向上する。

なお、上記の各実施の形態においては、この発明による電動車両の一例としてハイブリッド自動車について説明したが、この発明による電動車両には、エンジンＥＮＧを搭載しない電気自動車（Electric Vehicle）も含まれる。さらに、蓄電装置Ｂの代わりに、または、蓄電装置Ｂとともに、燃料電池（Fuel Cell）を直流電源として搭載した燃料電池車もこの発明による電動車両に含まれる。

また、上記においては、モータジェネレータＭＧＲ，ＭＧＬは、それぞれ後輪ＲＲ，ＲＬ（ＲＲＡ，ＲＬＡ）を駆動するものとしたが、それぞれ前輪ＦＲ，ＦＬを駆動してもよい。また、４輪が４つのモータジェネレータによってそれぞれ駆動される４輪駆動方式の電動車両であってもよい。

また、上記においては、懸架方式がダブルウィッシュボーン式の場合について説明したが、懸架方式は、ストラット式などその他の方式であってもよい。なお、ストラット式などアッパーアームの存在しない懸架方式においては、インバータは、ロアアームに固設される。

なお、上記において、インホイールモータＩＷＭＲ，ＩＷＭＬの各々は、この発明における「電動機」に対応し、インバータ１４Ｒ，１４Ｌの各々は、この発明における「電力制御装置」に対応する。また、サスペンションアーム５０，５０Ａ、ボールジョイント５６，５８および図示されないショックアブソーバは、この発明における「懸架装置」を形成し、エンジンＥＮＧは、この発明における「内燃機関」に対応する。

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、上記した実施の形態の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１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すモータジェネレータがインホイールモータとして組込まれた後輪の斜視図である。 実施の形態１の変形例による電動車両における後輪の斜視図である。 この発明の実施の形態２による電動車両における後輪の斜視図である。

符号の説明

１２ 電源ケーブル、１４Ｒ，１４Ｌ インバータ、１６Ｒ，１６Ｌ ３相ケーブル、１８Ｒ，１８Ｌ リダクションギヤ、２０ ジェネレータ、２２ ＥＣＵ、５０，５０Ａ サスペンションアーム、５２，５２Ａ アッパーアーム、５４ ロアアーム、５６，５８ ボールジョイント、１００ ハイブリッド自動車、Ｂ 蓄電装置、ＭＧＲ，ＭＧＬ モータジェネレータ、ＥＮＧ エンジン、ＦＲ，ＦＬ 前輪、ＲＲ，ＲＬ，ＲＬＡ 後輪、ＩＷＭＬ インホイールモータ。

Claims (7)

1. 車輪のホイール内に設けられ、前記車輪を駆動する電動機と、
   前記電動機に与える電力を制御する電力制御装置と、
   前記車輪と車体との間に設けられる懸架装置とを備え、
   前記懸架装置は、一方端が前記車輪に連結され、かつ、他方端が前記車体に連結されるサスペンションアームを含み、
   前記電力制御装置は、前記サスペンションアームに固設される、車両駆動装置。
2. 前記サスペンションアームは、
   ロアアームと、
   前記ロアアームの車体上下方向上部に配設されるアッパーアームとを含み、
   前記電力制御装置は、前記アッパーアームに固設される、請求項１に記載の車両駆動装置。
3. 前記電力制御装置は、前記アッパーアームの上面側に固設される、請求項２に記載の車両駆動装置。
4. 前記サスペンションアームは、放熱フィンを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
5. 前記電動機は、交流電動機から成り、
   前記電力制御装置は、インバータを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
6. 車輪と、
   前記車輪のホイール内に設けられ、前記車輪を駆動する電動機と、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置から供給される電力を受けて前記電動機に与える電力を制御する電力制御装置と、
   前記車輪と車体との間に設けられる懸架装置とを備え、
   前記懸架装置は、一方端が前記車輪に連結され、かつ、他方端が前記車体に連結されるサスペンションアームを含み、
   前記電力制御装置は、前記サスペンションアームに固設される、電動車両。
7. 車両の駆動力を発生する内燃機関をさらに備える、請求項６に記載の電動車両。

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