JP2014101043A

JP2014101043A - 駆動装置及び車両

Info

Publication number: JP2014101043A
Application number: JP2012254581A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Yoshida; 充伸吉田; Takehiro Hado; 武宏羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】モータで車輪を駆動する小型の駆動装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る駆動装置は、モータ及び支持機構を備える。モータは、１つのジョイントを備えるドライブシャフトを介して車輪に連結され、該車輪を回転駆動する。支持機構は、前記モータの出力軸に対して垂直な回動軸の周りに回動可能に前記モータを支持する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、駆動装置、及び駆動装置を備える車両に関する。

電気自動車を駆動する駆動装置として、左右の車輪に対応する２つの電気モータを備え、各電気モータが車幅方向に延びるドライブシャフトを介して各車輪を回転駆動する駆動装置がある。各ドライブシャフトには２つの等速ジョイントが設けられている。この駆動装置では、モータと車輪がドライブシャフトを介して同軸上に配置されるため、車幅方向寸法が長くなる問題がある。このため、このような駆動装置は車幅方向に二人が座れるような車幅が比較的に広い車両に搭載される。

前後２人乗りのような車幅の狭い車両に上記駆動装置を搭載する場合には、ドライブシャフトを短くする必要がある。しかしながら、ドライブシャフトは等速ジョイント２つ分の長さと等速ジョイントの作動角が上限（例えば約５０度）内に収まる程度の長さが必要になるため、ドライブシャフトを短くすることは困難である。

特開２００５−８００９号公報

モータで車輪を駆動する駆動装置においては、車幅が狭い車両のような狭い空間に配置できるように小型にすることが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、モータで車輪を駆動する小型の駆動装置を提供することである。

一実施形態に係る駆動装置は、モータ及び支持機構を備える。モータは、１つのジョイントを備えるドライブシャフトを介して車輪に連結され、該車輪を回転駆動する。支持機構は、前記モータの出力軸に対して垂直な回動軸の周りに回動可能に前記モータを支持する。

実施形態に係る駆動装置を備える車両の一例を概略的に示すブロック図。実施形態に係る駆動装置を備える車両の他の例を概略的に示すブロック図。実施形態に係る駆動装置を備える車両のさらに他の例を概略的に示すブロック図。図１の車両を後方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図。図１の車両を上方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図。図１の車両を後方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図であって、左後輪が段差に乗り上げた状態での駆動装置の配置を示す図。図１の車両を後方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図であって、左後輪が溝を通過する状態での駆動装置の配置を示す図。図１の車両を上方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図であって、モータの配置の他の例を示す図。図１の車両を後方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図であって、統合ＥＣＵ及び駆動信号生成部がモータ間に配置される例を示す図。図１の車両を側面から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図。図１の車両を後方から見た場合における車両の一部を概略的に示す透視図であって、駆動信号生成部がモータ上に配置される例を示す図。モータ支持機構の他の例を示す斜視図。（ａ）はモータの回動軸がモータ重心を通る例を概略的に示す透視図であり、（ｂ）は回動軸の位置とバネ下重量の関係を示すグラフである。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、実施形態に係る駆動装置及び車両を説明する。

図１は、一実施形態に係る車両１００を概略的に示している。図１に示される車両１００は、実施形態に係る駆動装置を備える車両の一例である後輪駆動の電気自動車である。この車両１００は、４つの車輪（即ち、左前輪１０２、右前輪１０４、左後輪１０６、及び右後輪１０８）、並びに、左後輪１０６及び右後輪１０８を独立に駆動制御する電動式の駆動装置１１０を備える。駆動装置１１０は、蓄電池１１２、統合ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ；電気制御装置）１１４、駆動信号生成部１１６及び１１８、モータ１２０及び１２２、ドライブシャフト１２４及び１２６、等速ジョイント１２８及び１３０、並びに、モータ支持機構１３２及び１３４を備える。モータ支持機構１３２は軸受部１３６及び１３８を含み、モータ支持機構１３４は軸受部１４０及び１４２を含む。駆動信号生成部１１６、モータ１２０、ドライブシャフト１２４、等速ジョイント１２８、及びモータ支持機構１３２は、左後輪１０６を回転駆動する駆動部を形成し、駆動信号生成部１１８、モータ１２２、ドライブシャフト１２６、等速ジョイント１３０、及びモータ支持機構１３４は、右後輪１０８を回転駆動する駆動部を形成する。

蓄電池１１２は、図示しない外部充電器などを介して外部から供給される車両１００の駆動源となる電気エネルギ（即ち電力）を蓄える。蓄電池１１２に蓄えられた電気エネルギは、例えば直流電流として、駆動信号生成部１１６及び１１８に供給される。蓄電池１１２は、充放電を繰り返すことができる。

統合ＥＣＵ１１４は、運転者によるアクセル（図示せず）及びブレーキ（図示せず）などの操作を受けて、蓄電池１１２、並びに、駆動信号生成部１１６及び１１８を制御する。例えば、運転者がアクセルを踏み込んだ場合、統合ＥＣＵ１１４は、運転者が与えるアクセル開度及び車両１００の速度に基づいて車輪１０６及び１０８の目標駆動力を算出し、これら目標駆動力を実現するためのトルクをモータ１２０及び１２２で発生させるのに必要な電流を供給するように蓄電池１１２に要求する。続いて、統合ＥＣＵ１１４は、目標駆動力を実現するためのトルクを示すトルク信号を駆動信号生成部１１６及び１１８に渡す。また、運転者がブレーキを踏み込んだ場合には、統合ＥＣＵ１１４は、ブレーキ踏込量に応じた減速トルク（回生トルク）をモータ１２０及び１２２で発生させるように、蓄電池１１２、並びに、駆動信号生成部１１６及び１１８を制御する。さらに、統合ＥＣＵ１１４は、ステアリング制御なども行う。具体的には、統合ＥＣＵ１１４は、運転者のハンドル操作に応じて左前輪１０２及び右前輪１０４の向きを変えるように、図示しないステアリング機構を駆動する。

駆動信号生成部１１６は、統合ＥＣＵ１１４から受け取るトルク信号に従って、蓄電池１１２により供給される電流から、モータ１２０を駆動するための駆動信号としての駆動電流を生成する。駆動信号生成部１１６は、例えば、インバータにより実現される。モータ１２０は、駆動信号生成部１１６により生成された駆動電流で駆動されて駆動トルクを発生する。モータ１２０の駆動トルクは、ドライブシャフト１２４及び等速ジョイント１２８を介して、左後輪１０６に伝達される。ドライブシャフト１２４の一端には、モータ１２０の出力軸が連結され、その他端には、車輪１０６が連結されている。ドライブシャフト１２４の車輪１０６側の端部には等速ジョイント１２８が設けられている。この等速ジョイント１２８によって、ドライブシャフト１２４の車輪１０６側の軸とドライブシャフト１２４のモータ１２０側の軸が屈曲可能に連結されている。

同様に、駆動信号生成部１１８は、統合ＥＣＵ１１４から受け取るトルク信号に従って、蓄電池１１２により供給される電流から、モータ１２２を駆動するための駆動信号としての駆動電流を生成する。駆動信号生成部１１８は、例えば、インバータにより実現される。モータ１２２は、駆動信号生成部１１８により生成された駆動電流で駆動されて駆動トルクを発生する。モータ１２２の駆動トルクは、ドライブシャフト１２６及び等速ジョイント１３０を介して、右後輪１０８に伝達される。ドライブシャフト１２６の一端には、モータ１２２の出力軸が連結され、その他端には、車輪１０８が連結されている。ドライブシャフト１２６の車輪１０８側の端部には等速ジョイント１３０が設けられている。この等速ジョイント１３０によって、ドライブシャフト１２６の車輪１０８側の軸とドライブシャフト１２６のモータ１２２側の軸が屈曲可能に連結されている。

本実施形態では、左後輪１０６用のモータ１２０及び右後輪１０８用のモータ１２２は略同軸上に配設されている。モータ１２０は、その出力軸（モータ軸ともいう）に対して垂直な方向を回動軸として回動可能にモータ支持機構１３２によって支持されている。モータ１２２は、その出力軸に対して垂直な方向を回動軸として回動可能にモータ支持機構１３４によって支持されている。本実施形態では、回動軸は図１の矢印で示される車両１００の直進方向に略平行であり、モータ１２０及び１２２は所定の角度範囲内で回動される。一例では、各回動軸は、各モータの重心を通るように設定される。他の例では、各回動軸は、各モータの重心から離れた位置を通るように設定される。

なお、本実施形態に係る駆動装置１１０は、図１に示される後輪駆動の電気自動車に適用される例に限らず、前輪駆動の電気自動車や四輪駆動の電気自動車に適用することもできる。図２は、本実施形態に係る駆動装置１１０を前輪駆動の電気自動車２００に適用した例を示す。図２において、図１に示した参照符号と同様の参照符号を同一部分、同一箇所に付してその説明を省略する。図２に示す車両２００では、左前輪１０２を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１６、モータ１２０、ドライブシャフト１２４、等速ジョイント１２８、及びモータ支持機構１３２によって形成され、右前輪１０４を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１８、モータ１２２、ドライブシャフト１２６、等速ジョイント１３０、及びモータ支持機構１３４によって形成される。

図３は、本実施形態に係る駆動装置１１０を四輪駆動の電気自動車３００に適用した例を示す。図３において、図１に示した参照符号と同様の参照符号を同一部分、同一箇所に付してその説明を省略する。ただし、図３では、前輪１０２及び１０４に関連する構成要素と後輪１０６及び１０８に関連する構成要素を区別するために、参照符号にＦ及びＲを付している。図３に示す車両３００では、左前輪１０２を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１６Ｆ、モータ１２０Ｆ、ドライブシャフト１２４Ｆ、等速ジョイント１２８Ｆ、及びモータ支持機構１３２Ｆによって形成され、右前輪１０４を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１８Ｆ、モータ１２２Ｆ、ドライブシャフト１２６Ｆ、等速ジョイント１３０Ｆ、及びモータ支持機構１３４Ｆによって形成される。さらに、左後輪１０６を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１６Ｒ、モータ１２０Ｒ、ドライブシャフト１２４Ｒ、等速ジョイント１２８Ｒ、及びモータ支持機構１３２Ｒによって形成され、右前輪１０４を駆動する駆動部は、駆動信号生成部１１８Ｒ、モータ１２２Ｒ、ドライブシャフト１２６Ｒ、等速ジョイント１３０Ｒ、及びモータ支持機構１３４Ｒによって形成される。なお、車両３００は、図３に示されるような複数の蓄電池（即ち、前輪１０２及び１０４用の蓄電池１１２Ｆと後輪１０６及び１０８用の蓄電池１１２Ｒ）を備える例に限定されず、１つの蓄電池を備えるものであってもよい。

次に、図１に示される車両１００に設けられる駆動装置１１０の構造について詳細に説明する。なお、左後輪１０６用の駆動部及び右後輪１０８用の駆動部は同じ構造を有するので、以下では左後輪１０６用の駆動部について説明し、右後輪１０８用の駆動部についての説明は省略する。

図４は、車両後方から見た左後輪１０６用の駆動部の構造を概略的に示し、図５は、車両上方から見た左後輪１０６用の駆動部の構造を概略的に示している。図５では、図４に示すサスペンション機構４０８などのいくつかの構成要素は省略されている。図４に示されるように、モータ１２０は、後部座席４０２の下に位置している。前述したように、モータ１２０は、モータ支持機構１３２によって回動可能に支持されている。具体的には、モータ支持機構１３２は、図５に示されるように、モータ１２０を回動可能に支持する軸受部１３６及び１３８、軸受部１３６をボディフレーム４０６に固定する支持部材４０４、並びに、軸受部１３８をボディフレーム４０６に固定する支持部材５０２を含む。軸受部１３６及び１３８は、モータ１２０の外周面上の互いに対向する位置に配置されている。支持部材４０４及び５０２は、板状に形成されている。

図４に示されるように、車輪１０６には、タイヤ４１０が装着されている。車輪１０６は、スプリング及びショックアブソーバなどを含むサスペンション機構４０８を介して、ボディフレーム４０６に取り付けられている。ショックアブソーバは、車輪１０６の上下方向の振動を吸収する。車輪１０６が上下に移動すると、ドライブシャフト１２４に設けられている等速ジョイント１２８が屈曲し、即ち、ドライブシャフト１２４のモータ１２０側の軸とタイヤ４１０側の軸とのなす角度（作動角）が大きくなる。モータ１２０側の軸はモータ１２０に直結されているため、等速ジョイント１２８が屈曲するとともにモータ１２０が回動される。

図６は、一方の車輪（左後輪）１０６が段差６００に乗り上げた状態を示している。図６に示されるように、車輪１０６が段差６００に乗り上げる場合、等速ジョイント１２８の作動角が大きくなるとともに、モータ１２０は回動軸を中心に回動される。このように車輪１０６が車体（例えばボディフレーム４０６）に対して上方に移動する場合、モータ１２０はその出力軸が斜め上方に向くように回動される。図７は、一方の車輪１０６が溝７００を通過する状態を示している。図７に示されるように、車輪１０６は溝７００を通過する場合も同様にして、等速ジョイント１２８の作動角が大きくなるとともに、モータ１２０は回動軸を中心に回動される。車輪１０６が車体に対して下方に移動する場合には、モータ１２０はその出力軸が斜め下方に向くように回動される。本実施形態では、モータ１２０が回動することによって等速ジョイント１２８の作動角が小さく抑えられる。さらに、ドライブシャフト１２４に設けられる等速ジョイント１２８の数は１つである。従って、本実施形態によれば、ドライブシャフト１２４を短くすることができ、駆動装置１１０を小型化することができる。

再び図５を参照すると、モータ１２０は、モータ１２０の出力軸と車輪１０６の回動軸とが車両上方から見た場合に一致するように配置されている。この配置では、等速ジョイント１２８の作動角がほぼゼロとなり、トルクの伝達ロスを少なくすることが可能である。なお、モータ１２０の配置は図５に示される例に限定されない。例えば、図８に示すように、モータ１２０の出力軸が車輪１０６の回動軸と一致していなくてもよい。図８に示すようなモータ１２０が車両１００の内側にある配置では、他の車両が背面から衝突して車両１００の車体が変形した場合にも、モータ１２０自身が変形するリスクを小さくすることができる。モータ１２０の変形は感電など人体に被害を及ぼす可能性があり、安全性を高くする観点からは図８に示すような配置が望ましい場合がある。

図９は、車両後方から見た車両１００の一部を概略的に示している。本実施形態に係る駆動装置１１０では、モータ１２０と車輪１０６との間の距離及びモータ１２２と車輪１０８との間の距離を短くすることが可能であるため、比較的狭小な車両（例えば、幅１３００ｍｍ程度）であっても、モータ１２０とモータ１２２との間に十分な空間を得ることができる。この空間には、図９に示されるように、統合ＥＣＵ１１４並びに駆動信号生成部１１６及び１１８などの構成要素を配置することが可能である。その結果、駆動装置１１０をよりコンパクトにレイアウトすることが可能になる。

図１０は、側面から見た車両１００の構造を概略的に示している。後部座席４０２は、モータ１２０及び１２２の上に配置され、運転席１００２に対して十分な間隔をとって配置できている。このように駆動装置１１０をコンパクトにすることによって車室空間を広げ、後部座席４０２に座るユーザにとって快適な移動を可能にする。支持部材４０４及び５０２とボディフレーム４０６との間には、ブッシュ１００６及び１００８が配置されている。ブッシュ１００６及び１００８によって、モータ１２０の振動、タイヤ４１０を介して路面から伝わる振動などが後部座席４０２に伝わるのを防ぐことができる。

図１１は、左後輪１０６用の駆動信号生成部１１６がモータ１２０上に配置される例を示している。図１１では、支持部材４０４が省略されている。一般に使用される３相駆動のモータ（回転電機ともいう）１２０では、モータ１２０と駆動信号生成部１１６の間には直径数ｃｍ程度の高圧線が３本必要である。そのため、配線が煩雑になるとともに、配線により駆動部の体積が大きくなる場合がある。また、本実施形態に係る駆動装置１１０のようにモータ１２０自身が回動する場合は、モータ１２０と駆動信号生成部１１６との距離が変化するため、高圧線は十分長いものを利用する必要がある。図１１に示すように、駆動信号生成部１１６は、モータ１２０上に配置されてもよい。この場合、駆動信号生成部１１６は、モータ１２０の回動軸の上方に位置することが望ましい。駆動信号生成部１１６が回動軸の下方にある場合、路面の凹凸によっては、路面と接触するリスクが高くなるためである。また、モータ１２０及び駆動信号生成部１１６の重量を支持部材４０４及び５０２で支えることでタイヤ側に重量を伝えないようにするために、駆動信号生成部１１６の垂直方向の重心線とモータ１２０の垂直方向の重心線が一致しているように配設、もしくは、回動軸が駆動信号生成部１１６とモータ１２０全体での重心を通るように配設されることが望ましい。蓄電池１１２から駆動信号生成部１１６への高圧線は２本である。従って、駆動信号生成部１１６をモータ１２０上に配置することで、高圧線の数を減らすことができる。さらに、統合ＥＣＵ１１４からの配線は高圧線ではないため比較的細い配線（直径数ｍｍ程度）を利用することができ、より小さい空間でも駆動装置１１０を配置することができる。

このとき高圧線は、モータ１２０が回動したときに蓄電池１１２との距離が変化しにくいため、軸受部１３６、１３８付近を経由してモータ１２０と蓄電池１１２とを接続することが望ましい。また２本の高圧線のうち一方が軸受部１３６から、他方が軸受部１３８を経由して接続されてもよい。この場合は、回動時に軸受部１３６、１３８に加わる高圧線の捩り剛性がほぼ等しくなり、回動時に軸受部１３６、１３８に回転を妨げる無理な力が加わりにくくなる。また、２本の高圧線が両方とも軸受部１３８を経由して接続されても良い。この場合は、２本の高圧線の長さと配置がほぼ等しくなるため、より小さい空間でも駆動装置１１０を配置することができる。

次に、モータ支持機構１３２の支持部材４０４及び４０２について説明する。支持部材４０４及び４０２は、図５に示されるような板状である例に限らず、いかなる形態であってもよい。例えば、図１２に示すように、支持部材４０４は、フレーム状部材１２０２及び１２０４により形成され、支持部材５０２は、フレーム状部材１２０６及び１２０８により形成されてもよい。

次に、図１３を参照して、モータ１２０の回動軸とバネ下重量の関係について説明する。図１３（ａ）は、モータ１２０の回動軸がモータ１２０の重心を通る例を示している。図１３（ｂ）は、モータ１２０の回動軸がモータ１２０の重心を通る場合を原点Ｏにとって、モータ１２０の回動軸の位置とバネ下重量の関係を模式的に示している。図１３（ｂ）では、横軸は回動軸のモータ重心からの変位を示し、縦軸はバネ下重量の増減を示す。図１３（ｂ）に示されるように、回動軸がモータ重心より外側（車輪１０６側）に設定されるほどバネ下重量が減少し、回動軸がモータ重心より内側（車体中心側）に設定されるほどバネ下重量が増大する。一般に、バネ下重量が大きい場合、比較的凹凸の多い路面を走行する場合にはタイヤと路面間の接地性が低くなる。このためバネ下重量の増加は、車の運動特性に悪影響を及ぼす。従って、比較的凹凸の多い路面を走行する場合には、回動軸をモータ重心より外側に設定配置することが望ましい。一方、比較的平坦な道路では、バネ下重量が大きい場合であっても操縦性は低下しない。本実施形態に係る駆動装置１１０では、モータ重心に対する回動軸の配置によってバネ下重量を調整することが可能である。更に、軸受部１３６、１３８にアクチュエータを付加することによって、モータ重心に対する回動軸の配置を運転中に変化させることが可能になると、路面の状態に応じて最適な配置で運転することができ、操縦性の高い走行が可能になる。

本実施形態に係る駆動装置１１０では、モータ１２０がその出力軸に対して垂直な方向を回動軸として回動可能にモータ支持機構１３２によって支持されている。これにより、モータ１２０と車輪１０６を連結するドライブシャフト１２４に設けられている等速ジョイント１２８が１つであっても、車輪１０６を駆動することが可能である。その結果、ドライブシャフト１２４を短くすることができ、駆動装置１１０を小型化することができる。

また、等速ジョイントの代わりに、作動角が大きくなると回転変動が大きくなる非等速の自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いることも可能である。

なお、本実施形態に係る駆動装置は、モータを用いて車輪を駆動するいかなる車両にも適用することができる。モータの電源は、蓄電池の他に燃料電池などを含む。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００，２００，３００…車両、１０２…左前輪、１０４…右前輪、１０６…左後輪、１０８…右後輪、１１０…駆動装置、１１２…蓄電池、１１４…統合ＥＣＵ、１１６，１１８…駆動信号生成部、１２０，１２２…モータ、１２４，１２６…ドライブシャフト、１２８，１３０…等速ジョイント、１３２，１３４…モータ支持機構、１３６，１３８，１４０，１４２…軸受部、４０４，５０２…支持部材、４０６…ボディフレーム、４０８…サスペンション機構、４１０…タイヤ。

Claims

１つのジョイントを備えるドライブシャフトを介して車輪に連結され、該車輪を回転駆動するモータと、
前記モータの出力軸に対して垂直な回動軸の周りに回動可能に前記モータを支持する支持機構と、
を具備する駆動装置。
前記回動軸は、前記モータの重心から離れた位置を通る、請求項１に記載の駆動装置。
前記回動軸は、前記重心位置によりも前記車輪側に位置する、請求項２に記載の駆動装置。
前記モータを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部をさらに具備し、前記駆動信号生成部は前記回動軸の上方に前記モータ上に配設される、請求項１に記載の駆動装置。
前記ジョイントは等速ジョイントである、請求項１に記載の駆動装置。
前記車輪と、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置と、
を具備する車両。