JP2011195097A - Vehicle driving device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicle driving device capable of individually driving wheels with a structure easily deployable to a conventional automobile without increasing the unsprung load of a suspension device.SOLUTION: The vehicle driving device includes a wheel suspension 1 with a spring 18, an inverter integrated type rotating electric machine 7 having an inverter 5 along a rotary shaft of a rotor 7r and adjacent a stator 7s, and a power transmission mechanism 2 which converts the rotational direction of the inverter integrated type rotating electric machine 7 to the rotational direction of a wheel 9, and transmits the driving force by the inverter integrated type rotating electric machine 7 to the wheel 9. The inverter integrated type rotating electric machine 7 has a rotary shaft of the rotor 7r coaxial to the center axis of the vibration suppressing direction of the wheel suspension 1, and a lower end on the side of the wheel 9 is installed on the side of a vehicle body 8 from the lower end on the side of the wheel 9 of a spring 18.

Description

本発明は、回転電機により車輪を駆動する車両用駆動装置に関する。   The present invention relates to a vehicle drive device that drives wheels by a rotating electrical machine.

自動車は、「走る」、「曲がる」、「止まる」という3つの要件を追求し、仕組みを工夫し、改良することによって進歩してきた。そして、自動車が大衆化するに従って、さらに「快適性」、「安全性」を加えた5つの要件を追求して進歩を重ねてきた。当然ながら、低公害、省エネルギーの観点からの改良も施されてきたが、近年では、化石燃料の消費による環境負荷を軽減する試みが広く実施され、内燃機関により駆動される自動車と比べて環境負荷が小さい自動車が提案されている。モータ(回転電機)により駆動される電気自動車や、内燃機関及びモータにより駆動されるハイブリッド自動車は、その一例である。電気自動車やハイブリッド自動車には、各車輪を個別に駆動するモータを備えたものがある。そのようなモータの一例として、車輪の内部に設置されるインホイールモータが知られている。   Automobiles have progressed by pursuing the three requirements of "running", "turning", and "stopping", and devising and improving the mechanism. As automobiles become more popular, we have made progress by pursuing five requirements that add “comfort” and “safety”. Of course, improvements have been made from the viewpoint of low pollution and energy conservation, but in recent years, attempts have been made to reduce the environmental impact caused by the consumption of fossil fuels, and the environmental impact compared to automobiles driven by internal combustion engines. A small car has been proposed. An electric vehicle driven by a motor (rotary electric machine) and a hybrid vehicle driven by an internal combustion engine and a motor are examples. Some electric vehicles and hybrid vehicles have motors that individually drive the wheels. As an example of such a motor, an in-wheel motor installed inside a wheel is known.

これら対環境性を重視した自動車においても、当然ながら上述の5つの要件を低下させることは好ましくない。自動車には、振動を和らげ、走行や操舵、停止時の安定性を図り、乗員の安全性を確保しつつ、乗車時の快適性を向上させるために、サスペンションが搭載される。サスペンションは、ばね(スプリング)、ダンパー(ショックアブソーバ)、サスペンションアームといった部品を用いて構成される。車輪が操舵輪の場合にはさらに、スタビライザー等も用いられる。ストラット式サスペンションは、シンプルな構造で部品点数も少なく、重量も抑えられ、路面からの振動も大きな範囲で吸収できるために広く採用されているが、車両の高さ方向のサイズが増大し易いという面も有する。例えば、インホイールモータの上部にショックアブソーバを積み上げて配置するような構造では、さらに車両の高さ方向のサイズが増大し易く、小型車には採用しづらい。   Naturally, it is not preferable to reduce the above-mentioned five requirements even in these automobiles that place importance on the environment. The automobile is equipped with a suspension in order to reduce vibrations, improve stability during running, steering, and stopping, and ensure the safety of passengers while improving the comfort of riding. The suspension is configured using components such as a spring, a damper (shock absorber), and a suspension arm. When the wheel is a steering wheel, a stabilizer or the like is further used. The strut suspension is widely used because it has a simple structure, has a small number of parts, is light in weight, and can absorb vibrations from the road surface in a large range, but the vehicle's height is likely to increase in size. It also has a surface. For example, in a structure in which shock absorbers are stacked on the upper part of the in-wheel motor, the size of the vehicle in the height direction is likely to increase, and it is difficult to adopt it for a small vehicle.

そこで、特開2006−240430号公報(特許文献1)には、インホイールモータを搭載しつつ、小型化が図られた車両駆動装置が提案されている。具体的には、インホイールモータ(520)のハウジングの側方において、一部が高さ方向にオーバラップしてショックアブソーバ(560)が配置される。これにより、車両駆動装置の高さを抑制することができるというものである。尚、インホイールモータ(520)に駆動電流を供給するU,V,W相のパワーケーブル(536,538,540)は、インホイールモータ520のケースに配線クランプ(522)を用いて固定されている(括弧内の符号は、特許文献1のもの。)。   Therefore, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-240430 (Patent Document 1) proposes a vehicle drive device that is downsized while mounting an in-wheel motor. Specifically, on the side of the housing of the in-wheel motor (520), the shock absorber (560) is disposed so as to partially overlap in the height direction. Thereby, the height of the vehicle drive device can be suppressed. The U, V, and W phase power cables (536, 538, and 540) that supply drive current to the in-wheel motor (520) are fixed to the case of the in-wheel motor 520 using a wiring clamp (522). (The reference numerals in parentheses are those of Patent Document 1).

特開2006−240430号公報(第9〜25段落、図1、4等)JP-A-2006-240430 (9th to 25th paragraphs, FIGS. 1, 4 and the like)

特許文献1の車両駆動装置では、スプリング(563)とショックアブソーバ(560)とを用いたサスペンションが採用されている。しかし、インホイールモータは、その構造上、車輪の重量が増加するため、ばね下荷重が大きくなり、ばねの共振周波数が下がることになる。その結果、乗員の快適性が損なわれたり、インホイールモータの振動耐性が低下したりする可能性がある。一方、サスペンションを専用化すると車両価格の上昇につながることになる。また、インホイールモータは、当然ながらモータを搭載するために、車輪の構造も専用化する必要がある。   In the vehicle drive device of Patent Document 1, a suspension using a spring (563) and a shock absorber (560) is employed. However, because of the structure of the in-wheel motor, the weight of the wheel increases, so that the unsprung load increases and the resonance frequency of the spring decreases. As a result, passenger comfort may be impaired, and vibration resistance of the in-wheel motor may be reduced. On the other hand, specializing the suspension will lead to an increase in vehicle prices. Moreover, since an in-wheel motor mounts a motor naturally, it is necessary to also dedicate the structure of a wheel.

上記背景に鑑み、サスペンション装置のばね下荷重を増大させることなく、従来の自動車に容易に展開可能な構造で、個別に車輪を駆動することのできる車両用駆動装置の提供が望まれる。   In view of the above background, it is desired to provide a vehicle drive device that can individually drive wheels with a structure that can be easily deployed in a conventional automobile without increasing the unsprung load of the suspension device.

上記課題に鑑みた本発明に係る車両用駆動装置の特徴構成は、
車輪と車体との間に設置され、所定の振動抑制方向の振動を和らげるスプリング付きのホイールサスペンションと、
直流電力と3相交流電力との間で電力を変換するインバータがロータの回転軸に沿ってステータに隣接して設けられるインバータ一体型回転電機であって、前記ホイールサスペンションの前記振動抑制方向の中心軸と同軸上に前記ロータの回転軸を有すると共に、前記車輪側である下端が前記スプリングの前記車輪側である下端よりも前記車体側に設置される当該インバータ一体型回転電機と、
前記インバータ一体型回転電機の回転方向を前記車輪の回転方向に変換して前記インバータ一体型回転電機による駆動力を前記車輪に伝達する動力伝達機構と、を備える点にある。
In view of the above problems, the characteristic configuration of the vehicle drive device according to the present invention is as follows.
A wheel suspension with a spring that is installed between the wheel and the vehicle body and softens vibrations in a predetermined vibration suppression direction;
An inverter-integrated dynamoelectric machine in which an inverter that converts electric power between DC power and three-phase AC power is provided adjacent to a stator along a rotation axis of a rotor, the center of the wheel suspension in the vibration suppression direction The inverter-integrated dynamoelectric machine having the rotating shaft of the rotor coaxially with the shaft, the lower end on the wheel side being installed on the vehicle body side than the lower end on the wheel side of the spring;
A power transmission mechanism that converts a rotation direction of the inverter-integrated rotating electrical machine into a rotation direction of the wheel and transmits a driving force of the inverter-integrated rotating electrical machine to the wheel.

この特徴によれば、一般的に重量の大きい回転電機がスプリングの下に配置されないので、インホイールモータのように、いわゆる「ばね下荷重」が増大することがない。従って、サスペンション装置による振動抑制機能が良好に働き、乗員の快適性が損なわれることがない。また、車輪に備えられるブレーキに与える影響も少ない。このため、車両用駆動装置は、従来の自動車に容易に展開可能である。また、回転電機はインバータが一体化されたインバータ一体型回転電機であるから、インバータと回転電機との配線スペースを確保する必要がなく、小型化が実現される。さらに、インバータ一体型回転電機は、インバータが一体化されているので、多様な車種への展開も容易であり、量産効果を得やすく、小型車や大衆車へ良好に適用することができる。また、ホイールの内部に回転電機が組み込まれるインホイールモータに比べて、インバータ一体型回転電機が高い位置に設置されるので、大きな水たまりや豪雨などがあっても回転電機及びインバータへ水が浸入しにくい。防水構造を有していても、周囲に水が存在すると信頼性が低下するが、インバータ一体型回転電機の周辺に水が継続的に存在しにくい構造であるので高い信頼性を有することができる。   According to this feature, a rotating electrical machine having a large weight is generally not disposed under a spring, so that a so-called “unsprung load” does not increase unlike an in-wheel motor. Therefore, the vibration suppression function by the suspension device works well, and passenger comfort is not impaired. In addition, there is little influence on the brakes provided on the wheels. For this reason, the vehicle drive device can be easily deployed in a conventional automobile. Further, since the rotating electrical machine is an inverter-integrated rotating electrical machine in which an inverter is integrated, it is not necessary to secure a wiring space between the inverter and the rotating electrical machine, and a reduction in size is realized. Furthermore, since the inverter-integrated rotating electrical machine is integrated with an inverter, it can be easily deployed to various types of vehicles, can easily achieve mass production effects, and can be applied well to small cars and popular cars. In addition, the inverter-integrated rotating electric machine is installed at a higher position than the in-wheel motor in which the rotating electric machine is incorporated inside the wheel, so that water can enter the rotating electric machine and the inverter even if there is a large puddle or heavy rain. Hateful. Even if it has a waterproof structure, the reliability decreases when water is present in the surroundings, but it can be highly reliable because it is difficult for water to continuously exist around the inverter-integrated rotating electrical machine. .

また、本発明に係る車両用駆動装置の前記インバータの3相の各レッグは、前記ステータの周方向に領域分割されて配置されると好適である。インバータの3相の各レッグが、ステータの周方向に領域分割されて配置されることにより、インバータをロータの回転軸方向に沿って薄型に構成することができ、インバータ一体型回転電機を小型に構成することができる。また、ステータの各相のステータコイルは、ステータの周方向に領域分割されて配置されているから、各相のステータコイルと各レッグとは略均等な距離に近接して配置されることになる。従って、インバータとステータコイルとの配線スペースを省スペース化すると共に、電力ロスや放射ノイズの発生を抑制することができる。   In addition, it is preferable that the three-phase legs of the inverter of the vehicle drive device according to the present invention are arranged in a region divided in the circumferential direction of the stator. Since the three-phase legs of the inverter are divided into regions in the circumferential direction of the stator, the inverter can be configured thinly along the rotation axis direction of the rotor, and the inverter-integrated rotating electrical machine can be made compact. Can be configured. In addition, since the stator coils for each phase of the stator are divided into regions in the circumferential direction of the stator, the stator coils for each phase and each leg are arranged close to each other at a substantially equal distance. . Therefore, the wiring space between the inverter and the stator coil can be saved, and the generation of power loss and radiation noise can be suppressed.

また、本発明に係る車両用駆動装置の前記インバータ一体型回転電機は、前記ホイールサスペンションの前記スプリングの内側に配置されると好適である。インバータ一体型回転電機が、スプリングの内側に配置されるとホイールサスペンションの内部に回転電機を収めることができる。従って、一般的なホイールサスペンションの外形形状をほぼ維持した状態で車両用駆動装置を実現することができる。   The inverter-integrated rotating electrical machine of the vehicle drive device according to the present invention is preferably disposed inside the spring of the wheel suspension. When the inverter-integrated rotating electrical machine is disposed inside the spring, the rotating electrical machine can be accommodated in the wheel suspension. Therefore, the vehicle drive device can be realized in a state in which the general shape of the general wheel suspension is substantially maintained.

また、本発明に係る車両用駆動装置の前記インバータは、前記インバータ一体型回転電機の前記車体側に設けられると好適である。インバータを制御する制御装置は、車体側に備えられることが多いのでインバータと制御装置との配線距離を短くすることができる。   Further, it is preferable that the inverter of the vehicle drive device according to the present invention is provided on the vehicle body side of the inverter-integrated rotating electrical machine. Since the control device for controlling the inverter is often provided on the vehicle body side, the wiring distance between the inverter and the control device can be shortened.

また、本発明に係る車両用駆動装置の前記インバータ一体型回転電機は、前記ロータの回転軸に沿って前記インバータに隣接するヒートシンクをさらに備えると好適である。ヒートシンクによりインバータを効果的に冷却することができる。ここで、前記ヒートシンクは、前記車体に接続されると好適である。ヒートマスの大きい車体を用いてさらに効果的にインバータを冷却することができる。   Moreover, it is preferable that the inverter-integrated dynamoelectric machine of the vehicle drive device according to the present invention further includes a heat sink adjacent to the inverter along the rotation axis of the rotor. The inverter can be effectively cooled by the heat sink. Here, the heat sink is preferably connected to the vehicle body. The inverter can be cooled more effectively by using a vehicle body having a large heat mass.

また、本発明に係る車両用駆動装置の前記インバータは、前記ロータの回転軸と同軸の中心軸を周回する空き空間を有して構成されると好適である。インバータが回転電機の車輪側に配置される場合であっても、当該空き空間にロータの回転軸や動力伝達機構の軸を通すことができる。また、当該空き空間にロータの回転を検出する回転センサ等を有効に設置することができる。   Moreover, it is preferable that the inverter of the vehicle drive device according to the present invention is configured to have an empty space that goes around a central axis that is coaxial with the rotation axis of the rotor. Even when the inverter is arranged on the wheel side of the rotating electrical machine, the rotor rotation shaft and the power transmission mechanism shaft can be passed through the empty space. In addition, a rotation sensor or the like that detects the rotation of the rotor can be effectively installed in the empty space.

車両用駆動装置の構造を模式的に示す縦断面図A longitudinal sectional view schematically showing the structure of a vehicle drive device スプリングが伸びた状態を模式的に示す縦断面図Longitudinal sectional view schematically showing the state where the spring is extended 回転電機の構造を模式的に示す図1のIII-III断面図III-III sectional view of FIG. 1 schematically showing the structure of the rotating electrical machine インバータの回路構成を模式的に示す回路ブロック図Circuit block diagram schematically showing the circuit configuration of the inverter IGBTモジュールを用いたインバータの構成例を模式的に示す上面図Top view schematically showing a configuration example of an inverter using an IGBT module IGBTモジュールの模式的な斜視図Schematic perspective view of IGBT module IGBTモジュールの構成例を模式的に示す上面図Top view schematically showing a configuration example of an IGBT module IGBTチップの外観の一例を模式的に示す外形図Outline drawing schematically showing an example of the appearance of an IGBT chip ダイオードチップの外観の一例を模式的に示す外形図Outline drawing schematically showing an example of the appearance of a diode chip 動力伝達機構の例を模式的に示す図The figure which shows the example of the power transmission mechanism typically 減速機構の例を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows the example of a deceleration mechanism typically 動力伝達機構の遮断機構の例を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows the example of the interruption | blocking mechanism of a power transmission mechanism typically インバータの別の構成を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows another structure of an inverter typically 3レベルインバータの回路構成を模式的に示す回路ブロック図Circuit block diagram schematically showing circuit configuration of 3-level inverter 3レベルインバータの他の回路構成を模式的に示す回路ブロック図Circuit block diagram schematically showing another circuit configuration of a three-level inverter

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、メインの駆動装置として、例えば内燃機関などを備えた車両において、補助的な駆動力を与える車両用駆動装置を例として説明する。一般的に、電気自動車は航続距離に直結するバッテリの大容量化に対する技術的、コスト的な課題や、バッテリの充電場所、充電時間に関する課題を有する。このため、内燃機関を併用するハイブリッド自動車が先行して普及しつつある。一方、ハイブリッド自動車は、内燃機関とモータとを併用するため、一般的に駆動装置の構造が複雑となり、車両価格を低く抑えるには限界がある。このため、安価な小型自動車などへの展開は困難である。環境負荷を軽減するという目的に立てば、多くの環境対応車両を市場に投入することが好ましい。例えば、モータ(回転電機)を内燃機関のエネルギー効率が低い速度(回転数)領域でのみ使用し、補助的な駆動力としてアシストトルクを与える役目に限定するといった用法はその1つの解決手段である。このような用途では、モータ(回転電機)は、ハイブリッド自動車よりも遙かに低出力な仕様で充分であり、また、モータも1つの車輪を駆動する小型のものとすることが可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as a main drive device, for example, a vehicle drive device that provides an auxiliary drive force in a vehicle including an internal combustion engine will be described as an example. In general, an electric vehicle has technical and cost problems for increasing the capacity of a battery that is directly connected to a cruising distance, as well as problems related to a battery charging location and a charging time. For this reason, hybrid vehicles using an internal combustion engine are becoming popular. On the other hand, since a hybrid vehicle uses both an internal combustion engine and a motor, the structure of the drive device is generally complicated, and there is a limit to keeping the vehicle price low. For this reason, it is difficult to deploy to inexpensive small cars. For the purpose of reducing the environmental load, it is preferable to put many environment-friendly vehicles on the market. For example, a method of using a motor (rotary electric machine) only in a speed (rotation speed) region where the energy efficiency of the internal combustion engine is low and limiting the role of providing assist torque as an auxiliary driving force is one solution. . In such an application, the motor (rotary electric machine) has a specification that is much lower in output than the hybrid vehicle, and the motor can also be a small one that drives one wheel.

図1に示すように、車両用駆動装置は、ホイールサスペンション1と、インバータ一体型回転電機7と、動力伝達機構2とを備えて構成される。ホイールサスペンション1は、車体8と車輪9との間に設置され、図示上下方向の所定の振動方向の振動を和らげる。本実施形態では、上部ばね受け17と下部ばね受け19との間にスプリング(コイルばね/ヘリカルスプリング)18を備えたストラット式サスペンションを例示している。ホイールサスペンション1には、振動抑制方向の中心軸と同軸上にロータ7rの回転軸を有するインバータ一体型回転電気7(以下、適宜単に「回転電機」と称する。)が備えられる。   As shown in FIG. 1, the vehicle drive device includes a wheel suspension 1, an inverter-integrated rotating electrical machine 7, and a power transmission mechanism 2. The wheel suspension 1 is installed between the vehicle body 8 and the wheel 9 and softens vibrations in a predetermined vibration direction in the vertical direction in the figure. In the present embodiment, a strut suspension including a spring (coil spring / helical spring) 18 between the upper spring receiver 17 and the lower spring receiver 19 is illustrated. The wheel suspension 1 is provided with an inverter-integrated rotating electricity 7 (hereinafter simply referred to as “rotating electric machine” as appropriate) having a rotating shaft of a rotor 7r coaxially with a central axis in a vibration suppressing direction.

回転電機7は、直流電力と3相交流電力との間で電力を変換するインバータ5がロータ7rの回転軸に沿ってステータ7sに隣接して設けられたインバータ一体型回転電機である。また、回転電機7は、少なくとも回転電機7の車輪9の側である下端がスプリング18の車輪9の側である下端よりも車体8の側に設置される。本実施形態では、図1及び図2に示すように、回転電機7は上部ばね受け17に設置される。   The rotary electric machine 7 is an inverter-integrated rotary electric machine in which an inverter 5 that converts electric power between DC power and three-phase AC power is provided adjacent to the stator 7s along the rotation axis of the rotor 7r. In the rotating electrical machine 7, at least the lower end on the wheel 9 side of the rotating electrical machine 7 is installed closer to the vehicle body 8 than the lower end on the wheel 9 side of the spring 18. In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the rotating electrical machine 7 is installed on the upper spring receiver 17.

上述したように、一般的なストラット式サスペンションにおいてストラットシャフトが配置される位置には動力伝達機構2のロッド80が設置されているため、ロッド80を囲うようにリング状のシリンダ11及びピストン12を有したアブソーバ10が備えられる。このアブソーバ10は、ロッド80と同軸アブソーバである。図2に示すように、スプリング18の伸縮及びアブソーバ10の緩衝力により、路面、つまりばね下からの突き上げが吸収される。この際、一般的に重量の大きい回転電機7は、ばね下に設けられていないので、ホイールサスペンション1に回転電機7を付加したことによるばね下荷重の増加はほとんどない。従って、回転電機7を設けても、サスペンション機能が良好に発揮され、乗員の快適性が確保される。   As described above, since the rod 80 of the power transmission mechanism 2 is installed at a position where the strut shaft is disposed in a general strut suspension, the ring-shaped cylinder 11 and the piston 12 are disposed so as to surround the rod 80. An absorber 10 is provided. The absorber 10 is a rod 80 and a coaxial absorber. As shown in FIG. 2, the thrust from the road surface, that is, the unsprung state, is absorbed by the expansion and contraction of the spring 18 and the buffering force of the absorber 10. At this time, the rotating electrical machine 7 having a large weight is generally not provided under the spring, so that the unsprung load hardly increases due to the addition of the rotating electrical machine 7 to the wheel suspension 1. Therefore, even if the rotating electrical machine 7 is provided, the suspension function is satisfactorily exhibited and passenger comfort is ensured.

一般的なストラット式サスペンションにおいてストラットシャフトが配置される位置には、動力伝達機構2のロッド80が備えられる。ロッド80は、ロータ7rの回転軸に連結される。このロッド80は、回転電機7の回転方向を車輪9の回転方向に変換して車輪9に回転電機7の駆動力を伝達する動力伝達機構2の一部を構成する。ロッド80の先端にはかさ歯車機構の一方側であるピニオンギヤ22が備えられる。ピニオンギヤ22は、かさ歯車機構の他方側であるスパーギヤ21と係合する。スパーギヤ21は、車輪9と同軸状に設けられる。ピニオンギヤ22及びスパーギヤ21を有したかさ歯車機構も、動力伝達機構2の一部を構成する。   A rod 80 of the power transmission mechanism 2 is provided at a position where a strut shaft is arranged in a general strut suspension. The rod 80 is connected to the rotation shaft of the rotor 7r. The rod 80 constitutes a part of the power transmission mechanism 2 that converts the rotating direction of the rotating electrical machine 7 to the rotating direction of the wheel 9 and transmits the driving force of the rotating electrical machine 7 to the wheel 9. The tip of the rod 80 is provided with a pinion gear 22 that is one side of a bevel gear mechanism. The pinion gear 22 engages with the spur gear 21 that is the other side of the bevel gear mechanism. The spur gear 21 is provided coaxially with the wheel 9. The bevel gear mechanism having the pinion gear 22 and the spur gear 21 also constitutes a part of the power transmission mechanism 2.

また、回転電機7の回転数は、一般的に車輪9の回転数よりも遙かに高速であるから、車両用駆動装置には減速機構4が備えられている。ここでは、ロータ7rの出力に対して、2段の遊星歯車機構を用いて減速機構4を構成する例を示している。尚、減速機構4を含めた動力伝達機構2により回転電機7と車輪9とが常時接続されていると、車両が高速走行した場合に回転電機7を高速回転させる必要が生じる。回転電機は、回転数が高くなると逆起電力が大きくなる。このため、回転電機を高速回転域まで対応させるためには、界磁を弱めてロータ7rの回転により生じる逆起電力を小さくする弱め界磁制御や、直流電源の電圧を逆起電力よりも高くする昇圧制御などが必要となる。一方、補助駆動力を与える回転電機7を停止させた場合には、ロータ7rを車輪8の回転力で回転させることになるため、メインの駆動装置である内燃機関の負荷が増加し、燃費を悪化させる可能性がある。   Further, since the rotational speed of the rotating electrical machine 7 is generally much higher than the rotational speed of the wheels 9, the vehicle drive device is provided with the speed reduction mechanism 4. Here, an example is shown in which the speed reduction mechanism 4 is configured using a two-stage planetary gear mechanism for the output of the rotor 7r. If the rotating electrical machine 7 and the wheel 9 are always connected by the power transmission mechanism 2 including the speed reduction mechanism 4, the rotating electrical machine 7 needs to be rotated at a high speed when the vehicle travels at a high speed. In the rotating electrical machine, the counter electromotive force increases as the rotational speed increases. For this reason, in order to make the rotating electrical machine correspond to the high-speed rotation range, field weakening control that weakens the field and reduces the counter electromotive force generated by the rotation of the rotor 7r, or boosting that makes the voltage of the DC power source higher than the counter electromotive force. Control is required. On the other hand, when the rotating electrical machine 7 that applies the auxiliary driving force is stopped, the rotor 7r is rotated by the rotational force of the wheels 8, so that the load on the internal combustion engine that is the main driving device increases, and the fuel efficiency is increased. May be exacerbated.

本実施形態の車両駆動装置は、補助駆動装置であり、回転電機7がストラット式のホイールサスペンション1と共に備えられるように、小型のものである。例えば、発進時や発進後の低速走行時、低速での登坂時など、内燃機関の効率が良くない領域においてアシストトルクを与えることが可能な性能を有していれば充分である。従って、車両が高速走行に移行した場合には、動力伝達機構2による動力伝達を解除できるように構成されている。図1及び図2に示すように、本実施形態においては、動力伝達機構2を構成する減速機構4に電磁クラッチ25を備えている。電磁クラッチ25を締結することにより回転電機7の駆動力が車輪9に伝達され、電磁クラッチ25を解除することにより回転電機7は、車輪9に対してフリーとなる。尚、四輪車両において回転電機7が備えられる車輪9が操舵輪である場合、回転電機7の駆動トルクの反作用がステアリングトルクともなるため、車両が旋回する際の外乱となる可能性がある。そこで、例えば、ステアリングが操作される時には、回転電機7の動作(力行及び回生)を制限してもよい。   The vehicle drive device of the present embodiment is an auxiliary drive device, and is small in size so that the rotating electrical machine 7 is provided together with the strut type wheel suspension 1. For example, it is sufficient to have a performance capable of applying assist torque in a region where the efficiency of the internal combustion engine is not good, such as when starting, when driving at a low speed after starting, or when climbing at a low speed. Therefore, when the vehicle shifts to high speed travel, the power transmission by the power transmission mechanism 2 can be canceled. As shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, the speed reduction mechanism 4 constituting the power transmission mechanism 2 is provided with an electromagnetic clutch 25. When the electromagnetic clutch 25 is engaged, the driving force of the rotating electrical machine 7 is transmitted to the wheel 9, and when the electromagnetic clutch 25 is released, the rotating electrical machine 7 becomes free with respect to the wheel 9. In addition, when the wheel 9 provided with the rotating electrical machine 7 is a steering wheel in a four-wheel vehicle, the reaction of the driving torque of the rotating electrical machine 7 also becomes the steering torque, which may cause disturbance when the vehicle turns. Therefore, for example, when the steering is operated, the operation (powering and regeneration) of the rotating electrical machine 7 may be limited.

また、本実施形態の回転電機7は、インバータ一体型であるから、図1及び図2に示すように小型であり、ホイールサスペンション1に付加されてもスペース効率が良い。以下、インバータ一体型回転電機7の構成について具体的に説明する。図3及び図4に示すように、本実施形態においては、4極(2極対)のロータ7rに対応して、ステータ7sが6極の突極を有する回転電機7を例として説明する。ステータ7sは、6極の突極を有するので、U相、V相、W相に3相励磁されるステータコイル7c(7u,7v,7w)は図4に示すように、2回線ずつ備えられる。回転電機7が電動機として機能する際には、不図示のバッテリなどの直流電源から供給される正極PVと負極NVとの間の直流電力が、インバータ5により交流に変換される。回転電機7が発電機として機能する際には、発電された交流電力が、インバータ5により直流に変換され、不図示のバッテリなどの直流電源に回生される。   Moreover, since the rotary electric machine 7 of this embodiment is an inverter integrated type, it is small as shown in FIG.1 and FIG.2, and space efficiency is good even if it adds to the wheel suspension 1. FIG. Hereinafter, the configuration of the inverter-integrated dynamoelectric machine 7 will be specifically described. As shown in FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, a rotating electrical machine 7 having a stator 7 s having six poles corresponding to a four-pole (two-pole pair) rotor 7 r will be described as an example. Since the stator 7s has six salient poles, the stator coil 7c (7u, 7v, 7w) excited in three phases in the U phase, the V phase, and the W phase is provided with two lines as shown in FIG. . When the rotating electrical machine 7 functions as an electric motor, DC power between the positive electrode PV and the negative electrode NV supplied from a DC power source such as a battery (not shown) is converted into AC by the inverter 5. When the rotating electrical machine 7 functions as a generator, the generated AC power is converted to DC by the inverter 5 and regenerated to a DC power source such as a battery (not shown).

図4に示すように、インバータ5は、スイッチング素子を用いて構成される。スイッチング素子は、パワートランジスタや、パワーMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)やIGBT(insulated gate bipolar transistor)、IPS/IPD(intelligent power switch/device)などのパワー半導体素子である。本実施形態では、スイッチング素子としてIGBTを用いる場合を例示している。コンデンサ59は、正負両極間に備えられた平滑コンデンサである。尚、コンデンサ50を円形のフィルムコンデンサとすることによって、コンデンサ59も回転電機7に一体化すると好適である。   As shown in FIG. 4, the inverter 5 is configured using a switching element. The switching element is a power semiconductor element such as a power transistor, a power MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor), an IGBT (insulated gate bipolar transistor), or an IPS / IPD (intelligent power switch / device). In this embodiment, the case where IGBT is used as a switching element is illustrated. The capacitor 59 is a smoothing capacitor provided between both positive and negative electrodes. Note that it is preferable that the capacitor 59 is also integrated with the rotating electrical machine 7 by making the capacitor 50 a circular film capacitor.

インバータ5は、回転電機7の3相各相に対応するU相レッグ5U、V相レッグ5V、及びW相レッグ5Wを備えて構成される。各レッグ5U,5V,5Wは、それぞれ直列に接続される上段アーム5Pと下段アーム5Nとにより構成される。各レッグにおいて、上段アーム5Pを構成するIGBTと下段アーム5Nを構成するIGBTとは直列接続される。また、各レッグ5U,5V,5Wの上段アーム5PのIGBTのコレクタは、正極PVにつながる高圧電源ラインに接続され、各レッグ5U,5V,5Wの下段アーム5NのIGBTのエミッタは、負極NVにつながる低圧電源ラインに接続されている。また、各アームのIGBTには、それぞれフライホイールダイオードが並列接続される。尚、インバータ5は、不図示のドライバ回路を介して不図示の制御部に接続されている。各IGBTは、制御部が生成する制御信号に応じてスイッチング動作する。制御部は、例えばマイクロコンピュータなどの論理回路を中核とし、インターフェース回路やその他の周辺回路などを有したECU(electronic control unit)として構成され、車体側に搭載される。   The inverter 5 includes a U-phase leg 5U, a V-phase leg 5V, and a W-phase leg 5W corresponding to the three phases of the rotating electrical machine 7. Each leg 5U, 5V, 5W is comprised by the upper stage arm 5P and the lower stage arm 5N which are respectively connected in series. In each leg, the IGBT constituting the upper arm 5P and the IGBT constituting the lower arm 5N are connected in series. The collector of the IGBT of the upper arm 5P of each leg 5U, 5V, 5W is connected to a high voltage power supply line connected to the positive electrode PV, and the emitter of the IGBT of the lower arm 5N of each leg 5U, 5V, 5W is connected to the negative electrode NV. Connected to the connecting low voltage power line. Further, flywheel diodes are connected in parallel to the IGBTs of the respective arms. The inverter 5 is connected to a control unit (not shown) via a driver circuit (not shown). Each IGBT performs a switching operation in accordance with a control signal generated by the control unit. The control unit is configured as an ECU (electronic control unit) having a logic circuit such as a microcomputer as a core and having an interface circuit and other peripheral circuits, and is mounted on the vehicle body side.

本実施形態において、インバータ5は、図5に示すようにリング状に構成され、図1及び図2に示すようにステータ7sに隣接して設置されてインバータ一体型回転電機7を構成する。図6に示すように、各アーム5P,5Nごとに、IGBT5Qとフライホイールダイオード5Dとを備えてモジュール化されたIGBTモジュール(パワー半導体モジュール)3により構成される。6つのアーム、即ち、6つのIGBTモジュール3は、図5に示すようにリング状に組み合わされる。本実施形態では、台形状のパワー半導体モジュール3が、正六角形状に配置されることによってリング状のインバータ5が構成される。   In this embodiment, the inverter 5 is configured in a ring shape as shown in FIG. 5 and is installed adjacent to the stator 7 s as shown in FIGS. 1 and 2 to constitute the inverter-integrated rotating electrical machine 7. As shown in FIG. 6, each arm 5P, 5N is constituted by an IGBT module (power semiconductor module) 3 that is modularized with an IGBT 5Q and a flywheel diode 5D. Six arms, that is, six IGBT modules 3 are combined in a ring shape as shown in FIG. In the present embodiment, the ring-shaped inverter 5 is configured by arranging the trapezoidal power semiconductor modules 3 in a regular hexagonal shape.

本実施形態では、IGBT5Qは、図7に示すように、正三角形状の6つのIGBTチップ3Qを正六角形状に並べて互いに接続することによって構成されている。図8に示すように、IGBTチップ3Qは、ダイの表面形状が正三角形の半導体チップである。図8(a)はチップの一方側の面の外観を示す上面図であり、図8(b)はチップの他方側の面の外観を示す下面図である。図8(a)に示すように、一方側の面には、正三角形の頂点部にエミッタ端子Eが設けられ、当該頂点部に対向する対辺部にゲート端子Gが設けられる。また、図8(b)に示すように、他方側の面には、ほぼ全面に亘ってコレクタ端子Cが設けられる。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, the IGBT 5Q is configured by arranging six regular triangular IGBT chips 3Q in a regular hexagonal shape and connecting them to each other. As shown in FIG. 8, the IGBT chip 3Q is a semiconductor chip having a regular triangular surface shape. FIG. 8A is a top view showing the appearance of one surface of the chip, and FIG. 8B is a bottom view showing the appearance of the other surface of the chip. As shown in FIG. 8A, on one surface, an emitter terminal E is provided at the apex of an equilateral triangle, and a gate terminal G is provided at the opposite side facing the apex. Further, as shown in FIG. 8B, the collector terminal C is provided on the other side of the entire surface.

フライホイールダイオード5Dもまた、図9に示すように、ダイの表面形状が正三角形の半導体チップであるダイオードチップ3Dにより構成される。図9(a)はダイオードチップ3Dの一方側の面の外観を示す上面図であり、図9(b)はダイオードチップ3Dの他方側の面の外観を示す下面図である。図9(a)に示すように、一方側の面には、正三角形のほぼ全面に亘ってアノード端子Aが設けられる。また、図9(b)に示すように、他方側の面には、ほぼ全面に亘ってカソード端子Kが設けられる。   As shown in FIG. 9, the flywheel diode 5D is also configured by a diode chip 3D, which is a semiconductor chip having a regular triangular surface shape. FIG. 9A is a top view showing the appearance of one surface of the diode chip 3D, and FIG. 9B is a bottom view showing the appearance of the other surface of the diode chip 3D. As shown in FIG. 9A, the anode terminal A is provided on one side of the surface over almost the entire surface of the equilateral triangle. Further, as shown in FIG. 9B, the cathode terminal K is provided on the other side of the entire surface.

IGBTモジュール3は、図6及び図7に示すように、台形状(等脚台形状)の銅板31上に、IGBTチップ3Qの下面側のコレクタ端子C及びダイオードチップ3Dの下面側のカソード端子Kが高融点半田を用いて半田付けされて構成される。台形状の銅板31の平行な対辺の内の長辺を下底とすると、下底の2つの頂点側には、それぞれダイオードチップ3Dが実装される。銅板31はIGBTチップ3Qのコレクタ端子Cと接続されているので、ダイオードチップ3Dのカソード端子Kが銅板31を介して接続され、1つのアーム5P,5Nが構成される。銅板31は、ニッケルメッキされた銅板31、又は半田付け可能な銅板31であると好適である。上述したように、コレクタ端子C及びカソード端子Kは、チップの下面側のほぼ全面に亘って設けられているため、接触抵抗が小さく大電流が良好に導通する。また、大電流が流れるIGBTチップ3Q及びダイオードチップ3Dを、熱伝導性のよい銅板31に広い面積で接触させることによって、IGBTチップ3Q及びダイオードチップ3Dの銅板実装に伴う熱抵抗を下げ、放熱性を向上させることができる。   As shown in FIGS. 6 and 7, the IGBT module 3 includes a collector terminal C on the lower surface side of the IGBT chip 3Q and a cathode terminal K on the lower surface side of the diode chip 3D on a trapezoidal (isosceles trapezoidal) copper plate 31. Are soldered using a high melting point solder. If the long side of the parallel opposite sides of the trapezoidal copper plate 31 is the lower base, the diode chips 3D are mounted on the two apex sides of the lower base. Since the copper plate 31 is connected to the collector terminal C of the IGBT chip 3Q, the cathode terminal K of the diode chip 3D is connected via the copper plate 31 to constitute one arm 5P, 5N. The copper plate 31 is preferably a nickel-plated copper plate 31 or a solderable copper plate 31. As described above, since the collector terminal C and the cathode terminal K are provided over almost the entire surface on the lower surface side of the chip, the contact resistance is small and a large current is conducted well. Further, by bringing the IGBT chip 3Q and the diode chip 3D through which a large current flows into contact with the copper plate 31 having good thermal conductivity over a wide area, the thermal resistance associated with the mounting of the IGBT chip 3Q and the diode chip 3D on the copper plate is lowered, and heat dissipation is achieved. Can be improved.

図8に示したように、IGBTチップ3Qのエミッタ端子Eは正三角形のチップの頂点に配置されている。図7に示すように、IGBTモジュール3において、IGBTチップ3Qは、エミッタ端子Eが配置された頂点部を突き合わせて銅板31に実装される。本例では、6つのIGBTチップ3Qにより、正六角形状にIGBT5Qが構成される。エミッタ端子Eは正六角形の中心に集まり、図7に示すように6つ全てのIGBTチップ3Qに導通する電極Dを蒸着することによって共通端子化される。勿論、それぞれのエミッタ端子E間をワイヤーボンディングで接続したり、半田により接続したりしてもよい。ゲート端子Gは、図7に示すように、正六角形の外周部に配置される。隣り合うIGBTチップ3Qのゲート端子Gが、それぞれワイヤーボンディングBや不図示の電極の蒸着により接続され、IGBT5Qの共通化されたゲート端子となる。   As shown in FIG. 8, the emitter terminal E of the IGBT chip 3Q is arranged at the apex of a regular triangular chip. As shown in FIG. 7, in the IGBT module 3, the IGBT chip 3 </ b> Q is mounted on the copper plate 31 with the apex portion where the emitter terminal E is disposed facing each other. In this example, the IGBT 5Q is formed in a regular hexagonal shape by the six IGBT chips 3Q. The emitter terminal E gathers at the center of the regular hexagon and is made a common terminal by evaporating electrodes D conducting to all six IGBT chips 3Q as shown in FIG. Of course, the emitter terminals E may be connected by wire bonding or by soldering. As shown in FIG. 7, the gate terminal G is disposed on the outer periphery of a regular hexagon. The gate terminals G of the adjacent IGBT chips 3Q are connected to each other by wire bonding B or vapor deposition of an electrode (not shown) to become a common gate terminal of the IGBT 5Q.

図5に示すように、本実施形態では、台形状のパワー半導体モジュール3が、正六角形状に配置されることによってリング状のインバータ5が構成される。図4の回路ブロック図にも示したように、上段アーム5Pを構成するIGBT5Qのコレクタ端子Cに導通する銅板31が直流電源の正極PVに接続される。下段アーム5Nを構成するIGBT5Qのエミッタ端子Eは、直流電源の負極NVに接続される。直流電源の正極PV及び負極NVは、それぞれ3つのレッグにおいて共通するので、図5に示すように、外周側には正極PVに接続される共通プレート34、内周側には負極NVに接続される共通プレート35が設けられる。勿論、内周側に正極PVに接続される共通プレートを設け、外周側に負極NVに接続される共通プレートが設けられてもよい。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the ring-shaped inverter 5 is configured by arranging the trapezoidal power semiconductor modules 3 in a regular hexagonal shape. As shown in the circuit block diagram of FIG. 4, the copper plate 31 that is electrically connected to the collector terminal C of the IGBT 5Q that constitutes the upper arm 5P is connected to the positive electrode PV of the DC power supply. The emitter terminal E of the IGBT 5Q constituting the lower arm 5N is connected to the negative electrode NV of the DC power supply. Since the positive electrode PV and the negative electrode NV of the DC power supply are common to the three legs, respectively, as shown in FIG. 5, the outer peripheral side is connected to the common plate 34 connected to the positive electrode PV, and the inner peripheral side is connected to the negative electrode NV. A common plate 35 is provided. Of course, a common plate connected to the positive electrode PV may be provided on the inner peripheral side, and a common plate connected to the negative electrode NV may be provided on the outer peripheral side.

一方、ステータ7sのステータコイル7cのコイルエンドは、バスバー71を介して、インバータ5と接続される。図6に示すように、IGBTモジュール3には、バスバー71と接続可能な端子32が設けられており、各ステータコイル7c(7u,7v,7w)とインバータ5とが接続される。バスバー71は、各相レッグ5U,5V,5Wの上段アーム5PのIGBT5Qのエミッタと下段アーム5NのIGBT5Qのコレクタとの接続点と、回転電機7の各相のステータコイル7cとの間を電気的に接続する。IGBTモジュール3のゲート端子Gには不図示の制御部からのインバータ駆動信号が接続される。   On the other hand, the coil end of the stator coil 7 c of the stator 7 s is connected to the inverter 5 via the bus bar 71. As shown in FIG. 6, the IGBT module 3 is provided with a terminal 32 that can be connected to the bus bar 71, and each stator coil 7 c (7 u, 7 v, 7 w) and the inverter 5 are connected. The bus bar 71 is electrically connected between the connection point between the emitter of the IGBT 5Q of the upper arm 5P of each phase leg 5U, 5V, 5W and the collector of the IGBT 5Q of the lower arm 5N and the stator coil 7c of each phase of the rotating electrical machine 7. Connect to. An inverter drive signal from a control unit (not shown) is connected to the gate terminal G of the IGBT module 3.

銅板31とIGBT5Qのコレクタ端子とが接続されるので、少なくとも下段アーム5Nを構成する3つのIGBTモジュール3の銅板31には、図6に示すように銅板31の板面から垂直方向に立ち上がる端子32が設けられる。図5に示すように、回転電機7の本体とインバータ5とが配置された状態で、バスバー71と、IGBTモジュール3の端子31とが接続可能な位置関係となる。IGBTモジュール3の端子31及びバスバー71には、図6に示すように、両者を不図示のボルトにより締結可能な貫通孔33及び73が設けられている。勿論、両者を溶接するなど、他の方法によって接続してもよい。   Since the copper plate 31 and the collector terminal of the IGBT 5Q are connected to each other, the copper plate 31 of at least the three IGBT modules 3 constituting the lower arm 5N has a terminal 32 rising vertically from the plate surface of the copper plate 31 as shown in FIG. Is provided. As shown in FIG. 5, the bus bar 71 and the terminal 31 of the IGBT module 3 can be connected in a state where the main body of the rotating electrical machine 7 and the inverter 5 are arranged. As shown in FIG. 6, the terminal 31 and the bus bar 71 of the IGBT module 3 are provided with through holes 33 and 73 that can be fastened by bolts (not shown). Of course, you may connect by other methods, such as welding both.

回転電機本体のステータ7sに隣接して設置されるインバータ5は、このようにステータ7sから延伸されるバスバー71と直接的に接続される。各ステータコイル7c(7u,7v,7w)とインバータ5とを接続するためのハーネスやコネクタなど特別な電気的接続手段を何ら設けることなく、極めて容易に接続される。   The inverter 5 installed adjacent to the stator 7s of the rotating electrical machine main body is directly connected to the bus bar 71 extending from the stator 7s in this way. The stator coils 7c (7u, 7v, 7w) and the inverter 5 can be connected very easily without providing any special electrical connection means such as a harness or connector for connecting the inverters 5.

尚、上記においては、少なくとも3つのIGBTモジュール3の銅板31に端子32が設けられるとして説明した。しかし、図5に示すように全てのIGBTモジュール3の銅板31に端子32が設けられてもよい。全ての部品を共通化することによって製造コストを低減することができる。また、端子32を利用して上段アーム5Pのコレクタを外周の共通プレート34(正極PV)に接続することもできる。図5には、回転電機7のハウジング7hも図示しているが、このように、バスバー71及びバスバー71に締結されたIGBTモジュール3の端子32が通る空間がハウジング7hに設けられていると好適である。   In the above description, the terminal 32 is provided on the copper plate 31 of at least three IGBT modules 3. However, as shown in FIG. 5, the terminals 32 may be provided on the copper plates 31 of all the IGBT modules 3. By making all the parts common, the manufacturing cost can be reduced. Further, the terminal 32 can be used to connect the collector of the upper arm 5P to the outer common plate 34 (positive electrode PV). FIG. 5 also shows the housing 7h of the rotating electrical machine 7, but it is preferable that the housing 7h is provided with a space through which the bus bar 71 and the terminal 32 of the IGBT module 3 fastened to the bus bar 71 pass. It is.

尚、図1及び図2に示すように、IGBTモジュール3は基板51に実装される。そして、基板51と回転電機7のハウジング7hとの間には、ヒートシンク6が設置される。ハウジング7hは、車両のタイヤハウスにおいて常に外気にさらされている。特に車両が走行中には常にハウジング7h周辺の空気は入れ替わる。従って、IGBTモジュール3は、ヒートシンク6及びハウジング7hを介して良好に冷却される。   The IGBT module 3 is mounted on the substrate 51 as shown in FIGS. A heat sink 6 is installed between the substrate 51 and the housing 7 h of the rotating electrical machine 7. The housing 7h is always exposed to the outside air in the tire house of the vehicle. In particular, the air around the housing 7h is always replaced while the vehicle is traveling. Therefore, the IGBT module 3 is satisfactorily cooled via the heat sink 6 and the housing 7h.

図5〜図9を用いて上述したように、台形形状のIGBTモジュール3を用いてリング状のインバータ5を構成することにより、リングの中央部には六角形状の空き空間が形成される。この空間には、図1及び図2から明らかなように、ロータ7rの回転軸や、動力伝達機構2のロッド80を配置することが可能である。さらに、ロータ7rの回転軸やその延長線が配置可能であるから、図5に示すように、リング状のインバータ5の中央に回転検出センサ90を配置することも可能である。   As described above with reference to FIGS. 5 to 9, by forming the ring-shaped inverter 5 using the trapezoidal IGBT module 3, a hexagonal empty space is formed at the center of the ring. As is apparent from FIGS. 1 and 2, the rotation shaft of the rotor 7 r and the rod 80 of the power transmission mechanism 2 can be disposed in this space. Furthermore, since the rotation axis of the rotor 7r and its extension line can be arranged, as shown in FIG. 5, it is also possible to arrange the rotation detection sensor 90 in the center of the ring-shaped inverter 5.

ロッド80の回転方向を車輪9の回転方向へ変換する動力伝達機構2は、上述したように、かさ歯車機構を用いて構成される。この際、車輪9と同軸で回転するスパーギヤ21と、ロッド80と同軸で回転するピニオンギヤ22との回転軸を一点で交差させてもよいし、オフセットを設けて異ならせてもよい。即ち、図10(a)に示すように、直歯(すぐば)歯車を用いてスパーギヤ21Aとピニオンギヤ22Aとの軸を一致させてもよいし、図10(b)に示すように、曲歯(まがりば)歯車を用いてスパーギヤ21Bとピニオンギヤ22Bとの軸を異ならせてもよい。   As described above, the power transmission mechanism 2 that converts the rotation direction of the rod 80 into the rotation direction of the wheel 9 is configured using a bevel gear mechanism. At this time, the rotational axes of the spur gear 21 that rotates coaxially with the wheel 9 and the pinion gear 22 that rotates coaxially with the rod 80 may intersect at one point, or may be different by providing an offset. That is, as shown in FIG. 10 (a), straight teeth (quickly) gears may be used to align the axes of the spur gear 21A and the pinion gear 22A, and as shown in FIG. 10 (b), the curved teeth (Surrounding) The spur gear 21B and the pinion gear 22B may have different axes using gears.

上述したように、回転電機7の回転数は、一般的に車輪9の回転数よりも遙かに高速であるから、減速機構4が備えられている。図1及び図2では、2段の遊星歯車機構を用いて減速機構4を構成する例を示した。しかし、これに限定されることなく、図11(a)に示すように1段の遊星歯車機構を用いて減速機構4を構成してもよい。また、遊星歯車機構に限らず、動力伝達機構2のかさ歯車のギヤ比によって減速機構4を構成してもよい。例えば、図11(b)に示すように、ピニオンギヤ22Cに対して、スパーギヤ21Cの歯数を増やすことによって減速機構4を実現することができる。   As described above, since the rotational speed of the rotating electrical machine 7 is generally much higher than the rotational speed of the wheel 9, the speed reduction mechanism 4 is provided. 1 and 2 show an example in which the speed reduction mechanism 4 is configured using a two-stage planetary gear mechanism. However, the present invention is not limited to this, and the speed reduction mechanism 4 may be configured using a one-stage planetary gear mechanism as shown in FIG. Further, the speed reduction mechanism 4 may be configured by the gear ratio of the bevel gear of the power transmission mechanism 2 without being limited to the planetary gear mechanism. For example, as shown in FIG. 11B, the speed reduction mechanism 4 can be realized by increasing the number of teeth of the spur gear 21C with respect to the pinion gear 22C.

また、上述したように、本実施形態では、動力伝達機構2による動力伝達を解除できるように、減速機構4に遮断機構として電磁クラッチ25が備えられる。遮断機構は、電磁クラッチ25に限らず、図12に示すようなシンクロメッシュ機構を採用してもよい。車両が高速走行から減速するような場合、動力伝達機構2を再係合することによって、回転電機7を発電機として機能させることができる。この際、ロータ7rの抵抗力により回生ブレーキを実現することもできる。車両が比較的高速で走行する際に再係合を行う場合には、回転同期をとることが重要である。この場合には、遮断機構(再係合機構)として電磁クラッチ25を用いるよりも、シクロメッシュ機構を用いた方が好適である。   Further, as described above, in the present embodiment, the speed reduction mechanism 4 is provided with the electromagnetic clutch 25 as a cutoff mechanism so that the power transmission by the power transmission mechanism 2 can be released. The shut-off mechanism is not limited to the electromagnetic clutch 25, and a synchromesh mechanism as shown in FIG. When the vehicle decelerates from high speed traveling, the rotating electrical machine 7 can function as a generator by re-engaging the power transmission mechanism 2. At this time, regenerative braking can also be realized by the resistance force of the rotor 7r. When re-engaging when the vehicle travels at a relatively high speed, it is important to synchronize the rotation. In this case, it is preferable to use a cyclomesh mechanism rather than the electromagnetic clutch 25 as a shut-off mechanism (re-engagement mechanism).

図12(a)はシクロメッシュ機構を利用した動力伝達機構2の遮断状態を示しており、図12(b)は係合状態を示している。図12(a)における遮断状態から係合する場合、シンクロナイザ・リング27をコーン面28に接触させ、くさび効果で滑らかに同調させることによって回転が同期される。回転が同期すると、図12(b)に示すように櫛歯29が係合され、シンクロナイザ・リング27が固定される。リングギアを開放する際は、シンクロ機構は必要ではないので、軽い引き抜き力によって動力伝達が解除される。シンクロナイザ・リング27の制御は、ソレノイドやワイヤーアクチュエータを用いると好適である。   Fig.12 (a) has shown the interruption | blocking state of the power transmission mechanism 2 using a cyclomesh mechanism, and FIG.12 (b) has shown the engagement state. When engaged from the shut-off state in FIG. 12 (a), rotation is synchronized by bringing the synchronizer ring 27 into contact with the cone surface 28 and smoothly synchronizing with the wedge effect. When the rotation is synchronized, the comb teeth 29 are engaged and the synchronizer ring 27 is fixed as shown in FIG. When opening the ring gear, no sync mechanism is required, so power transmission is released by a light pulling force. Control of the synchronizer ring 27 is preferably performed using a solenoid or a wire actuator.

上記においては、図1及び図2に基づいて、IGBTモジュール3がヒートシンク6及びハウジング7hを介して良好に冷却される例を示した。しかし、図13に示すように、IGBTモジュール3(銅板31、IGBTチップ3Q)、基板51、ヒートシンク6を図1及び図2とは逆に積層し、熱容量の大きい車体8を介してインバータ5を冷却してもよい。また、図1及び図2、並びに図13においては、インバータ5が回転電機7の車体8側に配置される場合を例示したが、当然ながら、インバータ5が回転電機7の車輪9の側に配置されてもよい。インバータ5の中央部には、空き空間が形成されているから、インバータ5が回転電機7の車輪9の側に配置されてもロッド80やロータ7rの回転軸の配置場所は確保される。   In the above, based on FIG.1 and FIG.2, the example which the IGBT module 3 was cooled favorably through the heat sink 6 and the housing 7h was shown. However, as shown in FIG. 13, the IGBT module 3 (copper plate 31, IGBT chip 3 </ b> Q), the substrate 51, and the heat sink 6 are stacked opposite to those in FIGS. 1 and 2, and the inverter 5 is connected via the vehicle body 8 having a large heat capacity. It may be cooled. 1, 2, and 13 exemplify the case where the inverter 5 is disposed on the vehicle body 8 side of the rotating electrical machine 7, but the inverter 5 is naturally disposed on the wheel 9 side of the rotating electrical machine 7. May be. Since an empty space is formed in the central portion of the inverter 5, even when the inverter 5 is arranged on the wheel 9 side of the rotating electrical machine 7, the arrangement place of the rotating shaft of the rod 80 and the rotor 7r is secured.

また、上記においては、図4を用いてインバータ5として一般的な2レベルインバータを例示したが、図14に示すような3レベルインバータ5Bを採用してもよい。図14に示すように、3レベルインバータ5Bは、正極PVの電圧と負極NVの電圧との他、正負両極間電圧Vdcが分圧された中間点の中間点Mの電圧も出力可能である。正負両極間電圧Vdcは、定格容量が等価な第1コンデンサ59P及び第2コンデンサ59Nより、理想的には均等に分圧される。   In the above description, a general two-level inverter is exemplified as the inverter 5 using FIG. 4, but a three-level inverter 5B as shown in FIG. 14 may be adopted. As shown in FIG. 14, the three-level inverter 5B can output the voltage at the intermediate point M, which is the intermediate point obtained by dividing the voltage Vdc between the positive and negative electrodes, in addition to the voltage at the positive electrode PV and the voltage at the negative electrode NV. The voltage Vdc between the positive and negative electrodes is ideally divided equally by the first capacitor 59P and the second capacitor 59N having the same rated capacity.

インバータ5Bは、2レベルインバータ5と同様に、3相それぞれに対応する3レッグ(5U,5V,5W)のブリッジ回路により構成される。1つのレッグは、正極PVと負極NVとの間に直列に接続された4つのIGBT(Q1,Q2,Q3,Q4)と、正極PVの側の2つのIGBTQ1及びQ2の接続点と負極NVの側の2つのIGBTQ3及びQ4の接続点との間に、共に負極NVから正極PVの方向を順方向として直列に接続された2つのダイオードD5,D6を有して構成される。当該2つのダイオードの接続点は中間点Mに接続される。   Similarly to the two-level inverter 5, the inverter 5B is configured by a three-leg (5U, 5V, 5W) bridge circuit corresponding to each of the three phases. One leg includes four IGBTs (Q1, Q2, Q3, Q4) connected in series between the positive electrode PV and the negative electrode NV, and a connection point between the two IGBTs Q1 and Q2 on the positive electrode PV side and the negative electrode NV. Two diodes D5 and D6 connected in series with the direction from the negative electrode NV to the positive electrode PV as the forward direction are formed between the connection points of the two IGBTs Q3 and Q4 on the side. The connection point of the two diodes is connected to the intermediate point M.

4つのIGBT(Q1,Q2,Q3,Q4)により構成される1つのレッグの直列回路は、正極PVの側において直列に接続された上段アーム5Pと、負極NVの側において直列に接続された下段アーム5Nとから構成される。4つのIGBTの直列回路における上段アーム5Pと下段アーム5Nとの接続点は回転電機7の各ステータコイルに接続される。また、各IGBT(Q1,Q2,Q3,Q4)には、それぞれフライホイールダイオード(D1,D2,D3,D4)が備えられる。フライホイールダイオードは、カソード端子がIGBTのコレクタ端子に接続され、アノード端子がIGBTのエミッタ端子に接続される形でIGBTに対して並列に接続される。   A series circuit of one leg constituted by four IGBTs (Q1, Q2, Q3, Q4) includes an upper arm 5P connected in series on the positive electrode PV side and a lower stage connected in series on the negative electrode NV side. It is comprised from the arm 5N. A connection point between the upper arm 5P and the lower arm 5N in the series circuit of four IGBTs is connected to each stator coil of the rotating electrical machine 7. Each IGBT (Q1, Q2, Q3, Q4) is provided with a flywheel diode (D1, D2, D3, D4), respectively. The flywheel diode is connected in parallel to the IGBT such that the cathode terminal is connected to the collector terminal of the IGBT and the anode terminal is connected to the emitter terminal of the IGBT.

上述したように1つのIGBTモジュール3は、6つのIGBTチップ3Qにより構成される1つのIGBT5Qと、当該IGBT5Qのフライホイールダイオード5Dとして並列接続される2つのダイオードチップ3Dとを備えて構成される(図7参照)。図14に示す3レベルインバータ5Bの上段アーム5Pは、2つのIGBTモジュール3で構成可能である。従って、6つのIGBTモジュール3によりU,V,W相の3回線分の上段アーム5Pが、図5と同様の配置で構成可能である。同様に6つのIGBTモジュール3によりU,V,W相の3回線分の下段アーム5Nが、図5と同様の配置で構成可能である。ここで、各アーム5P,5Nの一組のIGBTモジュール3においてフライホイールダイオード5Dとして機能する2つのダイオードチップ3Dの内の1つをバイアス用のダイオードD5,D6として機能させることが可能である。このようにすれば、正六角形状にIGBTモジュール3が配置された2枚の基板を積層させることによって、3レベルインバータ5Bを一体化したインバータ一体型回転電機7が構築可能である。   As described above, one IGBT module 3 includes one IGBT 5Q constituted by six IGBT chips 3Q and two diode chips 3D connected in parallel as flywheel diodes 5D of the IGBT 5Q ( (See FIG. 7). The upper arm 5P of the three-level inverter 5B shown in FIG. 14 can be composed of two IGBT modules 3. Therefore, the upper arm 5P for three lines of the U, V, and W phases can be configured with the same arrangement as in FIG. Similarly, the lower arm 5N for three lines of U, V, and W phases can be configured with the same arrangement as in FIG. Here, one of the two diode chips 3D functioning as the flywheel diode 5D in the set of IGBT modules 3 of the arms 5P and 5N can function as the biasing diodes D5 and D6. In this way, the inverter-integrated rotating electrical machine 7 in which the three-level inverter 5B is integrated can be constructed by stacking two substrates on which the IGBT modules 3 are arranged in a regular hexagonal shape.

尚、3レベルインバータの回路構成は、図14に例示したものに限定されるものではない。簡略化のため、U相のみのレッグを例示するが、例えば図15に示すような回路構成においても、本発明を適用することが可能である。図15(a)においては、バイアス用のダイオードD5,D6がIGBTQ5,Q6を伴い、図15(b)においては、バイアス用のダイオードD7,D8がIGBTQ7,Q8を伴う回路構成である。つまり、1つのレッグにおいてバイアス用のダイオードとIGBTとのペアが2組存在するので、3つのレッグにおいて6組のペアが存在することとなる。   Note that the circuit configuration of the three-level inverter is not limited to that illustrated in FIG. For the sake of simplification, only the U-phase leg is illustrated, but the present invention can also be applied to a circuit configuration as shown in FIG. In FIG. 15A, the bias diodes D5 and D6 are IGBTs Q5 and Q6, and in FIG. 15B, the bias diodes D7 and D8 are IGBTs Q7 and Q8. In other words, since there are two pairs of bias diodes and IGBTs in one leg, there are six pairs in three legs.

1組のペアは図6及び図7に示したようなIGBTモジュール3により構成できる。従って、バイアス用のダイオードとIGBTとの6組のペアは、6つのIGBTモジュール3を用いて構成することができる。6つのIGBTモジュール3は、図5のようにリング状に並べることができる。図14に示す3レベルインバータ5Bの場合には、正六角形状にIGBTモジュール3が配置された2枚の基板を積層させることによって、インバータ一体型回転電機7を構築可能と説明した。図15に示す3レベルインバータの回路構成を採用する場合は、3枚の基板を積層させることによってインバータ一体型回転電機7を構成することができる。リング状のインバータはロータ7rの軸心方向に対して薄型に構成できるので、インバータの回路構成が大きくなっても容易に複数の基板を積層可能である。3レベルインバータの他、コンバータ等を構成した基板を積層させることもできる。   One pair can be constituted by the IGBT module 3 as shown in FIGS. Therefore, six pairs of biasing diodes and IGBTs can be configured using the six IGBT modules 3. The six IGBT modules 3 can be arranged in a ring shape as shown in FIG. In the case of the three-level inverter 5B shown in FIG. 14, it has been described that the inverter-integrated rotating electrical machine 7 can be constructed by laminating two substrates on which the IGBT modules 3 are arranged in a regular hexagonal shape. When the circuit configuration of the three-level inverter shown in FIG. 15 is adopted, the inverter-integrated rotating electrical machine 7 can be configured by stacking three substrates. Since the ring-shaped inverter can be formed thin with respect to the axial center direction of the rotor 7r, a plurality of substrates can be easily stacked even if the circuit configuration of the inverter increases. In addition to the three-level inverter, a substrate that constitutes a converter or the like can be stacked.

以上、説明したように、本発明によって、サスペンション装置のばね下荷重を増大させることなく、従来の自動車に容易に展開可能な構造で、個別に車輪を駆動することのできる車両用駆動装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, there is provided a vehicle drive device capable of individually driving wheels with a structure that can be easily deployed in a conventional automobile without increasing the unsprung load of the suspension device. can do.

1:ホイールサスペンション
5:インバータ
5U,5V,5W:レッグ
6:ヒートシンク
7r:ロータ
7s:ステータ
7:回転電機(インバータ一体型回転電機)
8:車体
9:車輪
18:スプリング
1: Wheel suspension 5: Inverter 5U, 5V, 5W: Leg 6: Heat sink 7r: Rotor 7s: Stator 7: Rotary electric machine (inverter-integrated rotary electric machine)
8: Car body 9: Wheel 18: Spring

Claims (7)

車輪と車体との間に設置され、所定の振動抑制方向の振動を和らげるスプリング付きのホイールサスペンションと、
直流電力と3相交流電力との間で電力を変換するインバータがロータの回転軸に沿ってステータに隣接して設けられるインバータ一体型回転電機であって、前記ホイールサスペンションの前記振動抑制方向の中心軸と同軸上に前記ロータの回転軸を有すると共に、前記車輪側である下端が前記スプリングの前記車輪側である下端よりも前記車体側に設置される当該インバータ一体型回転電機と、
前記インバータ一体型回転電機の回転方向を前記車輪の回転方向に変換して前記インバータ一体型回転電機による駆動力を前記車輪に伝達する動力伝達機構と、を備える車両用駆動装置。
A wheel suspension with a spring that is installed between the wheel and the vehicle body and softens vibrations in a predetermined vibration suppression direction;
An inverter-integrated dynamoelectric machine in which an inverter that converts electric power between DC power and three-phase AC power is provided adjacent to a stator along a rotation axis of a rotor, the center of the wheel suspension in the vibration suppression direction The inverter-integrated dynamoelectric machine having the rotating shaft of the rotor coaxially with the shaft, the lower end on the wheel side being installed on the vehicle body side than the lower end on the wheel side of the spring;
A vehicle drive device comprising: a power transmission mechanism that converts a rotation direction of the inverter-integrated rotating electrical machine into a rotation direction of the wheel and transmits a driving force of the inverter-integrated rotating electrical machine to the wheels.
前記インバータの3相の各レッグは、前記ステータの周方向に領域分割されて配置される請求項1に記載の車両用駆動装置。   The vehicle drive device according to claim 1, wherein each of the three-phase legs of the inverter is divided into regions in the circumferential direction of the stator. 前記インバータ一体型回転電機は、前記ホイールサスペンションの前記スプリングの内側に配置される請求項1又は2に記載の車両用駆動装置。   The vehicle drive device according to claim 1, wherein the inverter-integrated rotating electrical machine is disposed inside the spring of the wheel suspension. 前記インバータは、前記インバータ一体型回転電機の前記車体側に設けられる請求項1〜3の何れか一項に記載の車両用駆動装置。   The vehicle drive device according to claim 1, wherein the inverter is provided on the vehicle body side of the inverter-integrated rotating electrical machine. 前記インバータ一体型回転電機は、前記ロータの回転軸に沿って前記インバータに隣接するヒートシンクをさらに備える請求項1〜4の何れか一項に記載の車両用駆動装置。   5. The vehicle drive device according to claim 1, wherein the inverter-integrated rotating electrical machine further includes a heat sink adjacent to the inverter along a rotation axis of the rotor. 前記ヒートシンクは、前記車体に接続される請求項5に記載の車両用駆動装置。   6. The vehicle drive device according to claim 5, wherein the heat sink is connected to the vehicle body. 前記インバータは、前記ロータの回転軸と同軸の中心軸を周回する空き空間を有して構成される請求項1〜6の何れか一項に記載の車両用駆動装置。   The vehicle drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the inverter includes an empty space that circulates around a central axis that is coaxial with the rotation axis of the rotor.
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