JP2010184557A

JP2010184557A - インホイールタイプの電気車両

Info

Publication number: JP2010184557A
Application number: JP2009029210A
Authority: JP
Inventors: Satoru Tanaka; 悟田中; Hideyuki Umeda; 秀行梅田; So Okita; 総沖田
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-11
Also published as: JP5186408B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、低速回転時に引き摺りトルクが大きくならないようにするとともに、高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することができるインホイールタイプの電気車両を提供すること。
【解決手段】モータ２０を収容する一体ケース１２のうちの外側ケース１２ａの内側側面に、ステータ２１を保持する第１側壁１４ａと、一体ケース１２の下方で第１側壁１４ａより外周側に第２側壁１４ｂをもうけてオイル溜まり１９を形成し、切替装置５のモード切替によるドライブユニット１０の回動に伴って、オイル溜まり１９に収容されるオイル量が低速モード時よりも高速モード時の方が少なくなるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、駆動源である回転電機が駆動車輪内に収容されたインホイールタイプの電気車両に関するものである。

インホイールタイプの電気車両は、駆動車輪の中にモータ（回転電機）と減速装置とを備えており、モータの回転を減速装置によってトルク増幅して駆動車輪に伝達するようになっている。このような車両においては、モータの冷却や、減速用のギヤ機構やベアリング等の潤滑を行う必要があるが、オイルポンプ等の装置を用いると、インホイールタイプに要求される小型化及び単純化の要望に反してしまう。このため、モータに備わる回転部材の回転を利用し、オイルを掻き上げて必要箇所にオイルを供給するようになされている。

この種の駆動装置として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の駆動装置では、回転部材により掻き上げられたオイルを一時的に溜めて徐々に排出するオイルリザーバを駆動装置ケース内に設け、低速回転時の十分なオイル掻き上げ量の確保と、高速回転時のオイル攪拌ロスの低減との両立を図っている。

特開２００１−０３２９１４号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の駆動装置では、減速用のギヤ機構やベアリングなど、高速回転になるに従ってより多くのオイルによって潤滑を行う必要がある部材を有しているが、高速回転時にはオイルレベルが下がってしまい、オイルの掻き上げ量が少なく掻き上げによる潤滑が十分でなくなるおそれがあるという問題があった。
ここで、オイルレベルを上げれば、高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することはできるが、低速回転時には必要以上にオイルレベルが高くなってしまい、低速回転時に引き摺りトルクが大きくなり動力性能が低下してしまうという新たな問題が発生する。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、低速回転時に引き摺りトルクが大きくならないようにするとともに、高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することができるインホイールタイプの電気車両を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明は、コイルが巻かれたステータと、前記ステータの内周に回転可能に配置されたロータとを備える回転電機の駆動力を、駆動車輪に伝達するインホイールタイプの駆動装置と、前記回転電機が低速回転で駆動される第１モードと、前記回転電機が高速回転まで駆動される第２モードとの少なくとも２つのモードを、手動又は自動で切替可能な切替装置と、前記モード切替装置によるモード切替に伴って前記駆動装置を回動させる回動装置と、を備える電気車両において、前記駆動装置は、前記回転電機を収納する駆動装置ケースを有し、前記駆動装置ケースは、下方に前記ロータの回転によって掻き上げられるオイルの一部を収容するオイル溜まりを有し、前記オイル溜まりは、前記切替装置のモード切替による前記駆動装置の回動に伴って、その容積が前記第１モードのときより前記第２モードのときの方が小さくなるように形成されていることを特徴とする。

このインホイールタイプの電気車両では、切替装置のモード切替による駆動装置の回動に伴って、回転電機が低速回転で駆動される第１モードのときより回転電機が高速回転まで駆動される第２モードのときの方がオイル溜まりの容積が小さくなる。すなわち、オイル溜まりに収容されるオイル量が少なくなる。これにより、第１モード時におけるオイルレベルが、第２モード時におけるオイルレベルよりも低くなる。従って、第２モードにおいて、回転電機の高速回転時に必要とされるオイル掻き上げ量を確保することができるオイルレベルに設定することにより、回転電機の高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することができるとともに、回転電機の低速回転時（第１モード）においては、オイルレベルが下がるため引き摺りトルクが大きくなることを防止することができる。

そして、上記したオイルレベルの変更は、電気車両のモード切替に伴う駆動装置の回動に伴って行われるので、特別な装置を新たに追加することなく、簡単な構成で実現することができる。
従って、簡単な構成で、低速回転時に引き摺りトルクが大きくならないようにするとともに、高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することができる。

本発明に係るインホイールタイプの電気車両において、前記オイル溜まりは、前記ステータを保持する第１側壁と、前記駆動装置ケースの下方で前記第１側壁より外周側に設けられた第２側壁とにより形成されることが望ましい。

このような非常に簡単な構成により、電気車両のモード切替に伴う駆動装置の回動に伴うオイルレベルの変更を実現することができる。つまり、インホイールタイプの駆動装置に求められる単純化の要請に応えつつ、各モードごとにオイルレベルを変更することができる。

本発明に係るインホイールタイプの電気車両において、前記オイル溜まり内に前記回転電機の結線が収容されていることが望ましい。

このように、第１側壁と第２側壁とにより形成されたオイル溜まり内に回転電機の結線を収容することにより、駆動装置の径方向寸法が大型化することを防止することができる。従って、インホイールタイプの駆動装置に求められる小型化の要請に応えつつ、各モードごとにオイルレベルを変更することができる。

そして、本発明に係るインホイールタイプの電気車両において、モードの切替を自動的に行う場合には、前記切替装置は、前記第１モードのときに車両の速度又は加速度が所定値以上になると、前記第１モードから前記第２モードに切り替え、前記２モードのときに車両の速度又は加速度が前記所定値未満になると、前記第２モードから前記第１モードに自動的に切り替えるようにすればよい。

本発明に係るインホイールタイプの電気車両によれば、上記した通り、簡単な構成で、低速回転時に引き摺りトルクが大きくならないようにするとともに、高速回転時に十分なオイル掻き上げ量を確保することができる。

実施の形態に係る電気車両の模式図であり、低速モード状態を示している。実施の形態に係る電気車両の模式図であり、高速モード状態を示している。ドライブユニットの概略構成を示す断面図である。外側ケースの概略構成を示す側面図である。内側ケースの概略構成を示す側面図である低速モードにおける外側ケースの状態を示す図である。高速モードにおける外側ケースの状態を示す図である。

以下、本発明のインホイールタイプの電気車両を具体化した好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。以下の実施の形態では、低速モード（第１モード）と高速モード（第２モード）とを切替可能な電気車両を例示して説明する。

そこで、本実施の形態に係る電気車両について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る電気車両の模式図であり、低速モード状態を示している。図２は、実施の形態に係る電気車両の模式図であり、高速モード状態を示している。
本実施の形態に係る電気車両１は、図１及び図２に示すように、フロント２輪、リヤ１輪の３輪構成の車両である。そして、前輪２が駆動輪となっており、前輪２の左右それぞれにインホイールタイプのドライブユニット１０が収容されている。この車両１は、図１に示す低速モードと、図２に示す高速モードとに走行姿勢（走行モード）を切り替えられるようになっている。

走行モードの切り替えは、モード切替装置５からの指令に基づき、回動装置６を駆動させて後輪３を移動させることにより行われる。具体的に、通常時（停止時）は低速モードとなっており、低速モードから高速モードへの切り替えは、後輪３を後方へ移動させてホイールベースを長くすることにより行われる。これにより、高速モードでは、図２に示すように、車両１がやや後方に傾斜した姿勢となるため、前輪２が前方へ移動するとともに前輪２に収容されているドライブユニット１０が回動するようになっている。一方、高速モードから低速モードへの切り替えは、後輪３を前方へ移動させてホイールベースを元の長さに戻すことにより行われる。これにより、図１に示すように、車両１が元の姿勢に戻るため、前輪２が後方へ移動するとともに前輪２に収容されているドライブユニット１０が回動するようになっている。

そして、上記のモード切替は、モード切替装置５により自動的に行われる。具体的には、車両１の車速が所定値（例えば、２０〜３０ｋｍ／ｈ程度）以上になると、低速モードから高速モードに切り替わり、車両１の車速が所定値を下回ると、高速モードから低速モードに切り替わる。車速は、車両１に備わる不図示の車速センサにより検出され、車速センサからの出力がモード切替装置５に入力されるようになっている。また、運転席に設けられたモード切替スイッチ７を操作することによっても上記のモード切替を行えるようにもなっている。なお、車速の代わりに、加速度（Ｇセンサなどにより検出すればよい）に基づきモード切替を行うようにしてもよい。

ここで、前輪２に収容されているインホイールタイプのドライブユニット１０について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３は、ドライブユニットの概略構成を示す断面図である。図４は、外側ケースの概略構成を示す側面図である。図５は、内側ケースの概略構成を示す側面図である。なお、図４は、ステータ及びベアリングを組み込んだ状態を示している。

図３に示すように、ドライブユニット１０は、前輪（駆動輪）２のホイールリム２ａ内に収められている。このドライブユニット１０は、モータ（回転電機）２０、プラネタリギヤ４０、及びブレーキ装置６０を有している。そして、モータ２０及びプラネタリギヤ４０が、２つ割ケース１２ａ，１２ｂからなる一体ケース１２内に収納されている。そして、一体化されたケース１２には車両への取付部が設けられており、取付部に組み付けられる懸架装置を介して一体ケース１２が車両１に懸架されている。

ここで、外側ケース１２ａの内側には、図４に示すように、その中心部分に出力軸１５を支持するベアリング１６用のボス１３ａが形成されている。また、外側ケース１２ａの外周部には、モータ２０のステータ２１を保持・固定するための第１側壁１４ａが形成されている。さらに、この第１側壁１４ａの外周側に第２側壁１４ｂが形成されている。第２側壁１４ｂは、外側ケース１２ａの全周に形成されておらず、図４において左下部分（１／４周程度）にのみ形成されている。そして、図３に示すように、第１側壁１４ａ、第２側壁１４ｂ及び内側ケース１２ｂにより形成された空間がオイル溜まり１９となっている。なお、オイル溜まり１９の上部には、図４に示すように、モータ２０の動力線及び中性線が纏められた電気配線（結線）２１ａが収容され外側ケース１２ａの外部に引き出されている。このため、第１側壁１４ａの外周側に第２側壁１４ｂが形成されていても、ドライブユニット１０の外径寸法が大型化することはない。なお、一体ケース１２内には、高速モードにおいて、モータ２０の高速回転時に必要とされるオイル掻き上げ量を確保することができるオイル量が収容されている。このオイル量は、高速モード状態で、所定のオイルレベル（図７参照）となるように設定されている。

そして、図３に示すように、外側ケース１２ａのボス部１３ａには出力軸１５がベアリング１６を介して回転自在に支持されてケース外に突出している。出力軸１５には、ホイールリム２ａ固定用のハブ１７がスプライン係合しており、ナット１８により抜止め・固定されている。

モータ２０は、ブラシレスＤＣモータからなり、外側ケース１２ａに固定されているステータ２１と、ステータ２１と微小間隔（エアギャップ）を存して回転自在に支持されているロータ２５とを有している。ステータ２１は、多数の積層鋼板からなり、内径側に配置される円環部から外径方向放射状に多数のティースが形成されたステータコア２２と、ティースに巻回された３相のコイル２３とを有している。このステータ２１は、ケース１２に固定されている。

一方、ロータ２５は、多数の積層鋼板からなり、その内部に周方向所定間隔毎に埋込まれかつ軸方向に延びる希土類磁石等の永久磁石を備えるロータコア２６と、ロータコア２６を外周面に固定・支持するロータハブ２７と、ロータハブ２７の中心に固定されたロータシャフト（回転軸）２８とを有している。ロータハブ２７は、その内側端に内径方向に延びるフランジ部２７ａを有しており、このフランジ部２７ａがロータシャフト２８に固定されている。ロータシャフト２８は、一端部にてベアリング２９を介して出力軸１５に支持され、他端部にてベアリング３０を介して内側ケース１２ｂに支持されている。ロータシャフト２８は、中空軸でありその内部に油路２８ａが設けられており、油路２８ａのオイルはロータシャフト２８の回転により発生する遠心力によって潤滑必要部材であるプラネタリギヤ４０等にオイルが供給されるようになっている。

ここで、内側ケース１２ｂの内面側は、図５に示すように、その中心部分にロータシャフト２８を支持するベアリング３０用のボス１３ｂが形成されており、このボス１３ｂはその一部切欠かれてオイル導入用の開口７１が形成されている。ボス１３ｂ内には、開口から７１から導入されたオイルを溜めるリザーバ７２が形成されている。このリザーバ７２は、ロータシャフト２８内の油路２８ａと連通するようになっている。また、開口７１から放射状に伸びるようにオイルガイドリブ７３が形成されている。

さらに、内側ケース１２ｂにおける外径部分にて、ロータシャフト中心Ｏと開口７１の中心とを結ぶ直線Ａ上の上方部分には、リブ７４が放射状に形成されている。このリブ７４は、ロータ２５に連れ回されたオイルを当てて、オイルガイドリブ７３に滴下するものである。また、内側ケース１２ｂには、ロータ２５の回転位置（回転角度）を検出するためのレゾルバ３１を取り付けるための円弧状の溝７５が形成されている。

そして、図３に示すように、レゾルバ３１が、ロータ２５の内側ケース１２ｂの側端部に取り付けられている。レゾルバ３１は、回転子（励磁コイル）３１ａと固定子（検出コイル）３１ｂを備えており、回転子３１ａがフランジ部２７ａに形成されたスリーブ部２７ｂの外周に取り付けられ、固定子３１ｂがケースカバー１３に取り付けられている。本実施の形態では、内側ケース１２ｂを外側ケース１２ａに組み付けて一体ケース１２を構成することにより、回転子３１ａの外周に固定子３１ｂが配置され、レゾルバ３１が構成されるようになっている。

このようなモータ２０は、車体内のコントローラ及びバッテリと電気的に接続されており、モータとして回転力を出力するとともに、回生ブレーキとしても機能する。なお、モータ２０はブラシレスＤＣモータに限らず、他の同期式又は誘導式の交流モータ、さらには直流モータであってもよい。

プラネタリギヤ４０は、サンギヤＳが入力要素、キャリヤＣＲが出力要素、リングギヤＲが固定（反力）要素となり、減速装置を構成している。すなわち、サンギヤＳはロータシャフト２８に一体的に成形されており、キャリヤＣＲは出力軸１５に一体に構成されており、リングギヤＲは外側ケース１２ａに固定されている。

具体的には、キャリヤＣＲは、出力軸１５の一端に膨出して一体的に形成されているキャリヤ本体４１と、キャリヤ本体４１に一体に固定されているキャリヤカバー４２とを有している。そして、これら本体４１及びカバー４２に亘って２本のピニオン軸４３が配設され、これらピニオン軸４３にそれぞれニードルベアリングを介してピニオンＰが回転自在に支持されている。また、外側ケース１２ａの内側面には、外周面にスプライン歯４５を有するリング状の部材４６がボルト４７により固定されている。リングギヤＲは、リング状部材４６のスプライン歯４５にその歯の段付き部が係合してスナップリング４８により抜き止め係止されて、外側ケース１２ａに一体に固定されている。

ブレーキ装置６０は、ハブ１７に固定されたブレーキロータ６１と、ブレーキロータ６１の外周端が内部を通過するように外側ケース１２ａに取り付けられたブレーキキャリパ６２とを有している。ブレーキキャリパ６２は、外側ケース１２ａの外周に配置されており、ブレーキピストン６３と、ブレーキパッド６４，６５とを備えている。そして、ブレーキピストン６３が、外側ケース１２ａの一部を含めて構成されたピストンケース６６内に収容されている。すなわち、ピストンケース６６が外側ケース１２ａに一体化されている。

このようなブレーキ装置６０では、ブレーキピストン６３を回転させることにより、ブレーキピストン６３がピストンケース６６内を前進（図１中左側に移動）するようになっている。なお、本実施の形態では、ブレーキピストン６３をモータにより回転させるようになっている。そして、ブレーキピストン６３が前進すると、ブレーキパッド６４がブレーキピストン６３によりブレーキロータ６１側に押される。これに応答して、ブレーキパッド６５がブレーキロータ６１側に移動する。これにより、ブレーキロータ６１がブレーキパッド６４，６５に挟み込まれ、前輪２にブレーキがかかるようになっている。

続いて、上記のような構成を有するドライブユニット１０を有する電気車両１の動作について、図１、図２、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、低速モードにおける外側ケースの状態を示す図である。図７は、高速モードにおける外側ケースの状態を示す図である。

車両１は、停止状態（車速ゼロ）において、図１に示すような低速モードとなっている。そして、ステータ２１のコイル２３に電流が流されると、ロータ２５が回転して、モータ２０が所定のトルクを出力する。モータ２０の出力トルクは、ロータシャフト２８を介してプラネタリギヤ４０へ伝達される。プラネタリギヤ４０は、ロータシャフト２８から受けた出力トルクをサンギヤＳを介して受け、その出力トルクをピニオンギヤＰによって段階的に切り換えてキャリヤＣＲへ出力する。これにより、キャリヤＣＲ及びハブ１７が所定の回転数で回転し、前輪２が駆動される。このとき、ロータ２５の回転によりオイルが掻き上げられて、モータ２０の冷却及びプラネタリギヤ４０などの潤滑必要部位の潤滑が行われる。

そして、運転者がモード切替スイッチ７を操作しない限り、車両１は車速が所定値に達するまでは低速モードで走行する。このとき、ドライブユニット１０では、外側ケース１２ａが図６に示す状態になっている。そして、車両１の車速が所定値に達すると、低速モードから高速モードに切り替わる。具体的には、モード切替装置５からの指令に基づき、回動装置６が駆動して後輪３が後方に移動しホイールベースが長くなる。これにより、高速モードでは、図２に示すように、車両１がやや後方に傾斜した姿勢となるため、前輪２が前方へ移動するとともに前輪２に収容されているドライブユニット１０が回動する。このドライブユニット１０の回動に伴って、外側ケース１２ａが図７に示す状態になる。

この低速モードから高速モードへの切り替えに伴って、第１側壁１４ａと第２側壁１４ｂとで形成されるオイル溜まり１９が上方へ移動するため、オイル溜まり１９の容積が低速モード時に比べて小さくなる。すなわち、オイル溜まり１９に収容されるオイル量が減少する。これにより、低速モード時にオイル溜まり１９に収容されていたオイルが、第１側壁１４ａよりも内側へ排出されるため、オイルレベルＬが上昇する。そして、このときのオイルレベルＬが、モータ２０の高速回転時に必要とされるオイル掻き上げ量を確保することができるように設定されているため、高速モードにおいて、十分なオイル掻き上げ量を確保することができる。

一方、低速モードにおいては、図６に示すように、オイル溜まり１９の容積が、高速モード時に比べて大きくなる。すなわち、オイル溜まり１９に収容されるオイル量が増える。これにより、第１側壁１４ａよりも内側に存在していたオイルの一部が、オイル溜まり１９に収容されてオイルレベルＬが下がるため、引き摺りトルクが大きくなることを防止することができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る電気車両１によれば、低速モード時には高速モード時に比べて、オイル溜まり１９の容積が小さく、つまりオイル溜まり１９に収容されるオイル量が少なくなる。このため、高速モード時におけるオイルレベルＬが低速モード時におけるオイルレベルＬよりも高くなる。これにより、モータ２０の高速回転時はに十分なオイル掻き上げ量を確保することができるとともに、モータ２０の低速回転時には、引き摺りトルクが大きくなることを防止することができる。そして、上記したオイルレベルＬの変更は、電気車両１のモード切替に伴うドライブユニット１０の回動に伴って行われるので、特別な装置を新たに追加することなく、簡単な構成で実現することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、フロント２輪・リヤ１輪の車両の前輪にドライブユニットを搭載している場合を例示しているが、後輪にドライブユニットを搭載する場合にも本発明を適用することができるし、フロント２輪・リヤ２輪の車両にも本発明を適用することができる。また、上記した実施の形態では、切り替え可能な走行モードが２つあるが、３つ以上の走行モードを切り替え可能な車両に対しても本発明を適用することができる。

１電気車両
２前輪（駆動輪）
３後輪
５モード切替装置
６回動装置
７モード切替スイッチ
１０ドライブユニット
１２一体ケース
１２ａ外側ケース
１２ｂ内側ケース
１４ａ第１側壁
１４ｂ第２側壁
１５出力軸
１９オイル溜まり
２０モータ
２１ステータ
２１ａ電気配線
２５ロータ
４０プラネタリギヤ
６０ブレーキ装置

Claims

コイルが巻かれたステータと、前記ステータの内周に回転可能に配置されたロータとを備える回転電機の駆動力を、駆動車輪に伝達するインホイールタイプの駆動装置と、
前記回転電機が低速回転で駆動される第１モードと、前記回転電機が高速回転まで駆動される第２モードとの少なくとも２つのモードを、手動又は自動で切替可能な切替装置と、
前記モード切替装置によるモード切替に伴って前記駆動装置を回動させる回動装置と、を備える電気車両において、
前記駆動装置は、前記回転電機を収納する駆動装置ケースを有し、
前記駆動装置ケースは、下方に前記ロータの回転によって掻き上げられるオイルの一部を収容するオイル溜まりを有し、
前記オイル溜まりは、前記切替装置のモード切替による前記駆動装置の回動に伴って、その容積が前記第１モードのときより前記第２モードのときの方が小さくなるように形成されている
ことを特徴とするインホイールタイプの電気車両。
請求項１に記載するインホイールタイプの電気車両において、
前記オイル溜まりは、前記ステータを保持する第１側壁と、前記駆動装置ケースの下方で前記第１側壁より外周側に設けられた第２側壁とにより形成される
ことを特徴とするインホイールタイプの電気車両。
請求項２に記載するインホイールタイプの電気車両において、
前記オイル溜まり内に前記回転電機の結線が収容されている
ことを特徴とするインホイールタイプの電気車両。
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのインホイールタイプの電気車両において、
前記切替装置は、車両の速度又は加速度が所定値以上になると、前記第１モードから前記第２モードに切り替え、車両の速度又は加速度が所定値未満になると、前記第２モードから前記第１モードに自動的に切り替える
ことを特徴とするインホイールタイプの電気車両。