JP2017184523A

JP2017184523A - 機電一体型駆動装置

Info

Publication number: JP2017184523A
Application number: JP2016070857A
Authority: JP
Inventors: 尚行内山; Naoyuki Uchiyama
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機を備える駆動装置を構成するインバータ、電動機および減速機のハウジングを一体化することにより、インバータ−電動機間の接続構造を簡素化する。【解決手段】左側駆動輪（ＷＬ）および右側駆動輪（ＷＲ）をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機（１）と、前記２つの電動機（１）を制御するインバータ（３）と、前記２つの電動機の動力を個別に減速して、前記左側駆動輪および右側駆動輪にそれぞれ伝達する２つの減速機（５）とを備え、前記２つの電動機を収容する電動機ハウジング（２３）が、前記インバータ（３）を収容するインバータハウジング（１９）に一体的に設けられている機電一体型駆動装置（Ｄ）において、前記減速機（５）を収容する減速機ハウジング（１１）を、前記インバータハウジング（１９）と一体的に設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機のハウジングと、電動機を制御するインバータのハウジングとが一体的に形成された機電一体型駆動装置の構造に関し、特には、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機を備える機電一体型駆動装置の構造に関する。

電動車両の駆動方式として、２つの電動機（モータ）を設けて、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この種の２モータ式車両駆動装置では、一つの電動モータの駆動力を左右に振り分けるディファレンシャルギヤ等が不要になる。また、２モータ車両駆動装置は、左右の駆動輪のそれぞれについて独立に駆動用の電動機を備えるので、左右の駆動輪の駆動力を異ならせることが容易であり、旋回時に旋回内側の車輪より旋回外側の車輪に多くの駆動力を発生させることで、旋回性能が向上する等、走行性能の向上が可能になる。

特開２０１０−４８３７９号公報

ところで、２モータ車両駆動装置は、左右の駆動輪のそれぞれについて独立に２つの電動機を備えるものであるから、一般的には、インバータの左右に配置された電動機のそれぞれについて、ＵＶＷの３相に対応する計３本の動力線、つまり左右合計６本の動力線をインバータに接続して配線する必要がある。その場合、大きな配線損失が発生する。また、２モータ車両駆動装置の左右それぞれに大きな配線用スペースが必要になるとともに、配線作業が煩雑化する。

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機を備える駆動装置を構成するインバータ、電動機および減速機のハウジングを一体化することにより、インバータ−電動機間の接続構造を簡素化することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る機電一体型駆動装置は、左側駆動輪および右側駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機と、前記２つの電動機を制御するインバータと、前記２つの電動機の動力を個別に減速して、前記左側駆動輪および右側駆動輪にそれぞれ伝達する２つの減速機とを備え、前記２つの電動機を収容する電動機ハウジングが、前記インバータを収容するインバータハウジングに一体的に設けられている機電一体型駆動装置であって、前記減速機を収容する減速機ハウジングが、前記インバータハウジングと一体的に設けられている。

この構成によれば、左右の駆動輪を駆動するための２つの電動機を備えるとともに、これらの２つの電動機を制御するシステムを有するインバータを備える機電一体型駆動装置において、インバータハウジングと減速機ハウジングとを一体的に形成することによって、インバータ−電動機間の接続構造を簡素化することが容易となる。これにより、配線損失の低減が可能になるとともに、配線用スペースの増大や配線作業の煩雑化を回避できる。さらに、駆動装置全体としてコンパクトな構造を実現できるとともに、ハウジング材料のコストを抑えられる。

本発明の一実施形態において、インバータ−電動機間の接続構造を簡素化する具体例として、前記電動機が、前記インバータからの駆動電流を受け取る駆動用端子部を備えており、前記電動機出力軸を前記減速機入力軸に嵌合させた状態で、前記電動機の駆動用端子部が、前記インバータの、前記駆動電流を出力する駆動素子の出力端子に接続されるように配置されていてもよい。この構成によれば、電動機駆動用の電流をインバータから電動機へ出力するための配線がきわめて簡素化、短経路化されるので、配線損失の大幅な低減が可能となるとともに、配線用材料のコストが抑えられる。

前記電動機の駆動用端子部を前記駆動素子の出力端子に接続する態様として、前記駆動素子の出力端子にバスバーが連結されており、前記駆動用端子部が、前記バスバーに接触するように配置されていてもよい。あるいは、前記電動機の駆動用端子部が、前記駆動素子の出力端子に直接接触するように配置されていてもよい。

本発明の一実施形態において、前記インバータの収容空間と前記減速機の収容空間とを隔てる隔壁に、前記インバータを冷却するインバータ冷却通路が形成されていてもよい。この構成によれば、減速機で発生した熱のインバータ側への伝達を、前記インバータ冷却通路によって効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態において、前記電動機を冷却する電動機冷却通路が、前記インバータ冷却通路に連通していてもよい。この場合、前記電動機冷却通路の冷媒導入ポートが、前記インバータ冷却通路の冷媒排出ポートに接続されていてもよい。この構成によれば、インバータの冷却に用いた冷媒を、その後電動機の冷却に用いることができるので、電動機用の冷媒供給系統を、インバータ用の冷媒供給系統と独立に設ける必要がなくなる。

以上のように、本発明に係る機電一体型駆動装置によれば、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機を備える駆動装置を構成するインバータ、電動機および減速機のハウジングを一体化することにより、インバータ−電動機間の接続構造を簡素化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る機電一体型駆動装置の概略構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る機電一体型駆動装置の内部構造を示す断面図である。図２の機電一体型駆動装置のインバータの周辺部分を拡大して示す断面図である。図２の機電一体型駆動装置のインバータと電動機の接続部分を示す平面図である。図２の機電一体型駆動装置の冷却経路を示す断面図である。図２の機電一体型駆動装置の電動機ハウジングを示す側面図である。図２の実施形態の一変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る機電一体型駆動装置（以下、単に「駆動装置」と称する。）Ｄを示す。この駆動装置Ｄは、例えば電気自動車のような電動車両に用いられる。駆動装置Ｄは、前記電動車両の左側駆動輪ＷＬおよび右側駆動輪ＷＲをそれぞれ独立に駆動する２つの電動機１、すなわち左側電動機１Ｌおよび右側電動機１Ｒと、これら２つの電動機１Ｌ，１Ｒを制御するインバータ３（左側インバータ３Ｌおよび右側インバータ３Ｒ）と、両電動機１Ｌ，１Ｒの動力を個別に減速して、左側駆動輪ＷＬおよび右側駆動輪ＷＲにそれぞれ伝達する２つの減速機５、すなわち左側減速機５Ｌおよび右側減速機５Ｒとを備えている。

本実施形態では、同心状に配置された左側電動機１Ｌと右側電動機１Ｒとの間に、左側減速機５Ｌおよび右側減速機５Ｒを共通の減速機ハウジング１１に収容してなる減速機ユニット１３が配置されている。図示の例では、減速機ユニット１３の、両電動機１Ｌ，１Ｒの電動機出力軸１４からの動力が入力される減速機入力軸１５の下方に、減速機ユニット１３で減速された動力を両駆動輪１Ｌ，１Ｒに出力する減速機出力軸１７が配置されている。電動機出力軸１４と減速機入力軸１５とは、スプライン嵌合によって互いに連結されている。減速機ユニット１３の上部に、左側インバータ３Ｌおよび右側インバータ３Ｒを共通のインバータハウジング１９に収容してなるインバータユニット２１が配置されている。なお、本実施形態に係る駆動装置Ｄは、左側と右側で同様の構成を有しているので、以下、特に必要な場合を除き、左右を区別せずに説明する。

図２に示すように、インバータ３を収容するインバータハウジング１９は、インバータ３の側部および底部を覆うインバータハウジング本体部１９ａと、インバータハウジング本体部１９ａの上部開口を覆うインバータハウジング蓋部１９ｂとからなる。インバータハウジング蓋部１９ｂは、インバータハウジング本体部１９ａに複数のボルトによって固定されている。

電動機１を収容する電動機ハウジング２３は、インバータハウジング１９に一体的に設けられている。図示の例では、電動機ハウジング２３は、電動機１の外周を覆う外周壁部２３ａと、電動機１のインボード側（車両の幅方向における中央側）を覆うフランジ壁部２３ｂと、電動機１のアウトボード側（車両の幅方向における外側）を覆う側壁部２３ｃとを含む。外周壁部２３ａとフランジ壁部２３ｂとは、電動機ハウジング２３の下部において一体的に形成されており、上部において、外周壁部２３ａとフランジ壁部２３ｂとの間の空間が頂壁部２３ｄによって覆われている。電動機ハウジング２３の上部が、インバータハウジング本体部１９ａにボルトで連結されることにより、電動機ハウジング２３がインバータハウジング１９と一体的に設けられている。

本実施形態では、減速機５を収容する減速機ハウジング１１も、インバータハウジング１９と一体的に設けられている。具体的には、減速機ハウジング１１は、減速機５の側方を覆う側壁部１１ａを有しており、この減速機ハウジング１１の上部における両側壁部１１ａ，１１ａ間に、インバータハウジング本体部１９ａの底壁２５の中央部分が嵌合している。すなわち、インバータハウジング本体部１９ａの底壁２５は、インバータハウジング１９によって形成されるインバータ３の収容空間Ｓ１と、減速機ハウジング１１によって形成される減速機５の収容空間Ｓ２とを隔てる隔壁を形成している。減速機ハウジング１１の側壁部１１ａには、電動機ハウジング２３のフランジ壁部２３ｂの下部がボルトによって連結されている。

インバータ３は、スイッチングトランジスタ等の複数の駆動素子からなる駆動素子ユニット２７を有する。インバータ３は、図示しないインバータ制御回路によって駆動素子ユニット２７の駆動素子を断続制御することにより、直流電流を三相交流電流に変換して、電動機を駆動するための駆動電流として電動機１に供給する。

電動機１には、インバータ３からの駆動電流を受け取る板状の駆動用端子部２９が設けられている。電動機出力軸１４を減速機入力軸１５に嵌合させた状態で、電動機１の駆動用端子部２９が、インバータ３の、駆動電流を出力する駆動素子ユニット２７の出力端子３１に接続されるように配置されている。より具体的には、図示の例では、駆動素子ユニット２７の出力端子３１に、段状の端子部材である出力用バスバー３３が連結されており、電動機出力軸１４を減速機入力軸１５に嵌合させた状態で、駆動用端子部２９が、出力用バスバー３３に接触するように配置されている。この接続構造について以下に詳しく説明する。なお、本実施形態では、駆動用端子部２９が板状である例について示すが、駆動用端子部２９の形状はこれに限られるものではなく、例えば棒状といった他の形状であってもよい。

図３に示すように、電動機ハウジング２３のフランジ壁部２３ｂには、電動機１内部で動力線３５に接続された駆動用コネクタ３７が取り付けられている。具体的には、駆動用コネクタ３７は、電動機側に配置されたほぼ直方体形状の基部３７ａと、インバータ側に配置された、基部３７ａよりも薄い直方体形状の先端部３７ｂと、これら基部３７ａと先端部３７ｂとの間に位置するフランジ部３７ｃとを有している。駆動用コネクタ３７の基部３７ａが、電動機ハウジング２３のフランジ壁部２３ｂに形成されたコネクタ取付孔３９に嵌合されるとともに、フランジ部３７ｃがフランジ壁部２３ｂの外壁面（インボード側の壁面）にボルトで連結されることにより、駆動用コネクタ３７が電動機ハウジング２３のフランジ壁部２３ｂに取り付けられている。駆動用端子部２９は、駆動用コネクタ３７の基部３７ａ、フランジ部３７ｃおよび先端部３７ｂを貫通し、かつ先端部３７ｂから突出するように駆動用コネクタ３７に組み込まれている。駆動用コネクタ３７のフランジ部３７ｃの電動機側面には、防水用のシール部材として第１Ｏリング４１が嵌め込まれている。

電動機出力軸１４を減速機入力軸１５に嵌合させた状態で、駆動用コネクタ３７の先端部３７ｂは、インバータハウジング本体部１９ａの側壁に形成されたコネクタ嵌合孔４３に嵌合しており、駆動用端子部２９は、インバータハウジング１９内に突出し、出力用バスバー３３に接触している。なお、図示の例では、インバータ３の駆動素子ユニット２７に、わずかな隙間を介して樹脂ブロック４５が隣接しており、この樹脂ブロック４５上に出力用バスバー３３が固定されている。出力用バスバー３３の樹脂ブロック４５側端には、ボルト連結用の雌ネジが設けられており、駆動用端子部２９は、樹脂ブロック４５上で、出力用バスバー３３にボルトで連結されている。なお、インバータハウジング本体部１９ａの側壁と樹脂ブロック４５との間には、電流センサ４７が設けられており、駆動用端子部２９は、電流センサ４７に挿通された後に出力用バスバー３３に達する。

図４に示すように、インバータの駆動素子ユニット２７の３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応する各出力端子３１に、対応する各出力用バスバー３３の一端がボルトによって連結されている。一方、電動機ハウジング２３に取り付けられている駆動用コネクタ３７の内部には、上記３相の出力端子３１に対応する、３つの棒状の駆動用端子部２９（Ｕ相端子バー，Ｖ相端子バー，Ｗ相端子バー）が組み込まれている。上述したように、各駆動用端子部２９は、インバータ３内に設けられた電流センサ４７内を通って出力用バスバー３３に接触している。また、３本の駆動用端子部２９の電動機側端は、それぞれ、３相に対応する動力線３５とボルトによって連結されている。なお、電動機１の駆動電流が大きくなく、互いに接触する駆動用端子部２９と出力用バスバー３３との接触抵抗を小さくする必要がない場合には、駆動用端子部２９と出力用バスバー３３とをボルト連結する代わりに、板バネなどを利用した押し当て接触のみによって接続してもよい。

駆動用コネクタ３７の先端部３７ｂの外周には、防水用部材として第２Ｏリング４９が嵌め込まれている。この第２Ｏリング４９によって、駆動用コネクタ３７と、インバータハウジング１９の側壁のコネクタ嵌合孔４３との間がシールされる。駆動用コネクタ３７の先端部３７ｂに設けられた第２Ｏリング４９およびフランジ部３７ｃに設けられた第１Ｏリング４１によって、インバータ側から電動機内への水の侵入が防止される。

次に、図３に示す本実施形態に係る駆動装置Ｄの冷却構造について説明する。電動車両に用いられるインバータ３の駆動素子ユニット２７は大電流を出力可能な仕様となっており、水のような冷媒を用いて冷却することが好ましい。また、電動機１においても外筒冷却によって水冷冷却することが好ましい。本実施形態では、インバータ３の収容空間Ｓ１と減速機５の収容空間Ｓ２とを隔てる隔壁、つまりインバータハウジング本体部１９ａの底壁２５に、インバータ３を冷却するためのインバータ冷却通路５１が形成されている。また、電動機１を冷却する電動機冷却通路５３が、インバータ冷却通路５１に連通している。電動機冷却通路５３に冷媒を導入する電動機冷媒導入ポート５５が、インバータ冷却通路５１から冷媒を排出するインバータ冷媒排出ポート５７に接続（この例では嵌合）されている。

図５に、本実施形態における、冷却水ＣＬが流れる冷却経路を示す。冷却経路は左右独立に２系統設けられている。各冷却経路を流れる冷却水ＣＬは、図示しない車両のラジエターで冷やされた後、底壁２５に設けられたインバータ冷媒導入路５９から、インバータ冷却通路５１を通った後、インバータ冷媒排出路６１から排出される。インバータ冷却通路５１には、冷却を促進するための多数のフィンが設けられている。インバータ冷媒排出路６１から排出された冷却水ＣＬは、電動機冷媒導入ポート５５を介して電動機冷却通路５３に流入し、電動機冷媒排出ポート６３から排出され、図示しないラジエターポンプに戻される。

このように、インバータ３の収容空間Ｓ１と減速機の収容空間Ｓ２とを隔てる隔壁である底壁２５に、インバータ冷却通路５１が形成されているので、減速機５で発生した熱のインバータ３側への伝達を防止することができる。さらに、電動機１を冷却する電動機冷却通路５３を、インバータ冷却通路５１に連通させているので、インバータ３の冷却に用いた冷却水ＣＬを、その後電動機１の冷却に用いることができ、インバータ用の冷媒供給系統と独立に電動機用の冷媒供給系統を設ける必要がなくなる。

また、図２に示すように、電動機ハウジング２３と減速機ハウジング１１とは、位置決めピン６５によって位置決めされている。本実施形態では、図６に示すように、位置決めピン６５は、電動機ハウジング２３のフランジ壁部２３ｂのほぼ中心部に位置する電動機出力軸１４の下方に配置されている。フランジ壁部２３ｂの上部中央には駆動用コネクタ３７が配置されている。駆動用コネクタ３７は、駆動用コネクタ３７の３つの駆動用端子部２９のうち、中央に位置する駆動用端子部（この例ではＶ相用の駆動用端子部）２９が、電動機出力軸１４の軸心Ｃ１と位置決めピン６５の軸心Ｃ２を結ぶ直線上に位置するように配置されている。また、電動機冷媒導入ポート５５は、フランジ壁部２３ｂの周縁部における、駆動用コネクタ３７より若干下方の位置に配置されている。本実施形態のように、電動機ハウジング２３をインバータハウジング１９および減速機ハウジング１１と一体化させる場合には、電動機出力軸１４と位置決めピン６５の２点において位置決めした状態で、これらを減速機側に嵌合させることにより、電動機１の駆動用コネクタ３７および電動機冷媒導入ポート５５を、精度よく位置決めした状態で嵌合することができる。

なお、本実施形態の変形例として、例えば、図７に示すように、電動機出力軸１４を減速機入力軸１５に嵌合させた状態で、駆動用端子部２９が、駆動素子ユニット２７の出力端子３１に直接（つまり、図３の出力用バスバー３３のような接続部材を介さずに）接触させてもよい。また、本実施形態では、電動機側に固定された駆動用端子部２９をインバータ側へ挿入し、インバータ側でインバータ３の出力端子３１に接続する構造としたが、駆動用端子部２９をインバータの出力端子３１または出力端子３１に連結されたバスバーに固定して、電動機側に挿入し、電動機側で動力線３５に接触および固定させる構造としてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る機電一体型駆動装置によれば、左右の駆動輪ＷＬ，ＷＲを駆動するための２つの電動機１Ｌ，１Ｒを備えるとともに、これらの２つの電動機１Ｌ，１Ｒを制御するシステムを有するインバータを備える駆動装置において、インバータハウジング１９と減速機ハウジング１１とを一体的に形成することによって、インバータ３−電動機１間の接続構造を簡素化することが容易となる。これにより、配線損失の低減が可能になるとともに、配線用スペースの増大や配線作業の煩雑化を回避できる。さらに、駆動装置Ｄ全体としてコンパクトな構造を実現できるとともに、ハウジング材料のコストを抑えられる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１電動機
３インバータ
５減速機
１１減速機ハウジング
１４電動機出力軸
１５減速機入力軸
１９インバータハウジング
２３電動機ハウジング
２５インバータハウジングの底壁（隔壁）
２７駆動素子ユニット（駆動素子）
２９駆動用端子部
３１出力端子
３３出力用バスバー（バスバー）
５１インバータ冷却通路
５３電動機冷却通路
Ｄ機電一体型駆動装置
Ｓ１インバータの収容空間
Ｓ２減速機の収容空間

Claims

左側駆動輪および右側駆動輪をそれぞれ独立に駆動する２つの電動機と、
前記２つの電動機を制御するインバータと、
前記２つの電動機の動力を個別に減速して、前記左側駆動輪および右側駆動輪にそれぞれ伝達する２つの減速機と、
を備え、
前記２つの電動機を収容する電動機ハウジングが、前記インバータを収容するインバータハウジングに一体的に設けられている機電一体型駆動装置であって、
前記減速機を収容する減速機ハウジングが、前記インバータハウジングと一体的に設けられている、
機電一体型駆動装置。
請求項１に記載の機電一体型駆動装置において、前記電動機が、前記インバータからの駆動電流を受け取る駆動用端子部を備えており、前記電動機出力軸を前記減速機入力軸に嵌合させた状態で、前記電動機の駆動用端子部が、前記インバータの、前記駆動電流を出力する駆動素子の出力端子に接続されるように配置されている、機電一体型駆動装置。
請求項２に記載の機電一体型駆動装置において、前記駆動素子の出力端子にバスバーが連結されており、前記電動機出力軸を前記減速機入力軸に嵌合させた状態で、前記駆動用端子部が、前記バスバーに接触するように配置されている機電一体型駆動装置。
請求項２に記載の機電一体型駆動装置において、前記電動機出力軸を前記減速機入力軸に嵌合させた状態で、前記電動機の駆動用端子部が、前記駆動素子の出力端子に直接接触するように配置されている機電一体型駆動装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の機電一体型駆動装置において、前記インバータの収容空間と前記減速機の収容空間とを隔てる隔壁に、前記インバータを冷却するインバータ冷却通路が形成されている機電一体型駆動装置。
請求項５に記載の機電一体型駆動装置において、前記電動機を冷却する電動機冷却通路が、前記インバータ冷却通路に連通している機電一体型駆動装置。
請求項６に記載の機電一体型駆動装置において、前記電動機冷却通路の冷媒導入ポートが、前記インバータ冷却通路の冷媒排出ポートに接続されている機電一体型駆動装置。