JP4548129B2 - 電動車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の駆動装置に関し、特に、回転電機により車軸を駆動する電動車両の駆動装置に関する。

固定子と回転子とを有する回転電機が従来から知られている。回転電機には、外部電源からの電力を伝える給電ケーブルが接続される接続端子が取付けられる。たとえば、実開平５−９５１６１号公報においては、固定子鉄心の外周部に端子台を設けた電動機（回転電機）が開示されている。

回転電機を小型化する従来の技術としては、特開平６−２２４９５号公報、特開平６−３５１１８４号公報、特開平７−７５２８２号公報に記載されたものなどが挙げられる。

また、特開平８−２１４４９２号公報においては、ハウジング側壁から端子台を介して給電ケーブルと固定子巻線とを接続する回転電機が開示されている。特開２００２−２０８４５６号公報においては、シールリング付きシールド線を用いて端子の接合とシールとを同時に行なう電線接続構造が開示されている。
実開平５−９５１６１号公報 特開平６−２２４９５号公報 特開平６−３５１１８４号公報 特開平７−７５２８２号公報 特開平８−２１４４９２号公報 特開２００２−２０８４５６号公報

回転電機において、外部電源と接続される端子台の取付け位置を工夫することは重要である。たとえば、端子台を固定子の外周に対して該固定子の径方向外方に設けた場合、回転電機全体としての高さ（固定子の径方向の長さ）が増大する。回転電機を車両に搭載する際は、回転電機全体としての高さがある程度制限されるため、端子台による高さの増大を考慮すると、ステータ径が比較的小さくなる。ステータ径を小さくすることは、出力向上の観点からは不利である。

また、上記とは異なる観点では、ステータおよび該ステータに挿入されるロータの設置高さを上げて、ロータが回転する際にハウジング内のオイルを掻き上げることによる攪拌抵抗を低減したいという要請がある。

これに対し、上述した各従来例において、このような課題を解決する技術の詳細は開示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、搭載性を向上させた電動車両の駆動装置を提供することにある。

本発明に係る電動車両の駆動装置は、車輪を駆動可能な回転電機と、回転電機に電力を供給する電力源と、回転電機に取付けられ、電力源からの電力を回転電機に伝える給電経路に接続される端子台とを備え、回転電機はハウジング、該ハウジング内に設けられる固
定子および該固定子の軸方向端部に位置するコイルエンドを有し、端子台はコイルエンド近傍であってハウジングの上面を超えない位置に配置され、ハウジングの側面から差し込むことによりコイルエンドと電気的に接続させるように回転電機に取付けられ、端子台は、第１端子と、ハウジングとの隙間をシールするシール部とを有し、回転電機は固定子の軸方向に突出する第２端子をさらに有し、第１と第２端子を嵌合させることにより端子台とコイルエンドとが電気的に接続され、第１と第２端子の嵌合幅は、シール部の嵌め込み幅よりも大きい。

上記構成によれば、回転電機のハウジング高さを低減し、その搭載性を向上させることができる。また、回転電機の外径増加への対応が容易である。

上記電動車両の駆動装置において、端子台は固定子の軸方向に沿って差し込むように回転電機に取付けられることが好ましい。

上記構成によれば、ステータの軸方向長さが変更された場合でも、第１と第２端子の形状を変更する必要がない。結果として、回転電機の部品点数の増加を抑制することができる。

上記電動車両の駆動装置において、端子台は、ハウジングとの隙間をシールするシール部を有し、第１と第２端子を嵌合させることにより端子台とコイルエンドとが電気的に接続され、第１と第２端子の嵌合幅は、シール部の嵌め込み幅よりも大きいことにより、回転電機のシール性が向上する。また、端子台を組付ける際に、第１と第２端子の初期嵌合が完了した後にシール部の嵌合が行なわれるため、第１と第２端子の嵌合の検知を容易に行なうことができる。

本発明によれば、電動車両の駆動ユニットを小型化し、搭載性向上および出力向上を図ることができる。

以下に、本発明に基づく電動車両の駆動装置の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る電動車両の駆動装置を備えた自動車の構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、本実施の形態に係る自動車１００は、前輪１００Ｌ，１００Ｒと、後輪２００Ｌ，２００Ｒと、前輪駆動用のフロント駆動ユニット３０と、後輪駆動用のリア駆動ユニット４０と、エンジン５０と、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）６０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）７０と、バッテリ８０を備える。

リア駆動ユニット４０は、後輪２００Ｌ，２００Ｒ駆動用の回転電機であるリアモータ／ジェネレータ９０と、クラッチ９５とを含む。クラッチ９５は、リアモータ／ジェネレータ９０および後輪２００Ｌ，２００Ｒと接続された車軸との間に設けられる。

クラッチ９５の締結時には、リアモータ／ジェネレータ９０による発生トルクが車軸に伝達されて、後輪２００Ｌ，２００Ｒを駆動することができる。また、減速時等において、後輪２００Ｌ，２００Ｒによってリアモータ／ジェネレータ９０が回転されるときには、リアモータ／ジェネレータ９０は発電機として動作する。

エンジン５０は、前輪１００Ｌ，１００Ｒの駆動に用いられる。フロント駆動ユニット３０は、フロント駆動用モータ（図示せず）を内蔵し、エンジン５０および／またはフロント駆動用モータによって発生したトルクによって、前輪１００Ｌ，１００Ｒを駆動する。フロント駆動用モータについても、前輪１００Ｌ，１００Ｒあるいはエンジン５０によって回転されるときには、発電機として動作させることができる。

「制御装置」として設けられるＥＣＵ６０へは、アクセルペダル１５０に配置された位置センサによって検出されるアクセル踏込み量／踏込み速度を始めとする各種センサからの運転状況・車両状況を示す情報が入力される。運転状況を示す情報には、上記のアクセル位置センサの出力の他に、車輪速度センサ出力、車体勾配センサ出力などが含まれる。さらに、車両状況として、モータの動作条件を示す、リアモータ／ジェネレータ９０の温度センサ・電流センサ・回転速度センサ出力などが入力される。ＥＣＵ６０は、入力されたこれらの情報に基づき、自動車１００に関する種々の制御を統合的に行なう。

ＰＣＵ７０は、自動車１００内で必要となる電力変換器を総括的に示すものである。すなわち、ＰＣＵ７０は、直流電力を交流電力に変換するインバータ（図示せず）や直流電圧の電圧レベルを変換するＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）等を含む。特に、このインバータは、バッテリ８０から供給される直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換し、かつ、エンジン５０によってモータ／ジェネレータが駆動された際、あるいはモータ／ジェネレータ自身の回生制動動作の際に発電された交流電圧をバッテリ８０を充電する直流電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、主として、エアコン等補機用の電源電圧に適したレベルへ直流電圧を変換するために用いられる。

バッテリ８０、フロント駆動ユニット３０およびリア駆動ユニット４０と、ＰＣＵ７０との間には、給電ケーブル８１，８２，８３がそれぞれ配設されて電力が伝達される。

本実施の形態では、自動車１００の走行は、基本的には、フロント駆動ユニット３０による前輪１００Ｌ，１００Ｒの駆動（ＦＦモード）によって行なわれる。しかし、発進時、急加速時および低摩擦係数路走行時には、安定した駆動トルク配分とするために４輪駆動走行（４ＷＤモード）が行なわれる。

４ＷＤモード時には、ＥＣＵ６０内でクラッチ締結要求フラグがオンされ、これに応答してクラッチ９５を締結することにより、リアモータ／ジェネレータ９０の出力トルクを後輪２００Ｌ，２００Ｒの車軸へ伝達して、前輪１００Ｌ，１００Ｒに加えて後輪２００Ｌ，２００Ｒが駆動される。また、減速・制動時にも、クラッチ９５を締結することにより、リアモータ／ジェネレータ９０を発電機として作動させて、バッテリ８０充電用のエネルギーを回収することができる。

図２は、本実施の形態に係る電動車両の駆動装置に含まれる回転電機１を示した断面図である。

回転電機１は、たとえば、図１に示される自動車におけるリアモータ／ジェネレータ９０として用いられる。この場合、回転電機１は、端子台に接続される給電経路としての給電ケーブル８３を介してＰＣＵ７０に接続される（図１参照）。

図２を参照して、回転電機１は、ケース２およびカバー３を含むハウジングを有する。ケース２は、軸受を介して回転軸４の一方端を支持し、カバー３は、軸受を介して回転軸４の他方端を支持する。回転電機１は、ロータ（回転子）およびステータ（固定子）を備える。

ロータは、回転軸４に取り付けられたロータコア５を有する。ロータコア５には、永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。ロータコア５は、鉄または鉄合金などの磁性材料により構成される。永久磁石は、たとえば、ロータコア５の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータはリング状のステータコア６を有する。ステータコア６は、鉄または鉄合金などの板状の磁性材料により構成される。ステータコア６の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア６の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータ巻線は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

ステータ巻線のコイルエンド７にはバスバー８が接続される。バスバー８は、端子台１０に設けられた端子９と係合する。これにより、端子台１０とコイルエンド７とが電気的に接続される。端子台１０はＯリング１１によるシール部を有しており、これにより、端子台設置部において端子台１０とカバー３との隙間がシールされる。端子台１０は、給電経路（たとえば図１における給電ケーブル８３）に接続される。

図２に示すように、回転電機１は、車両のフロア１２下に設けられる。また、端子台１０は、回転電機１のハウジングの上面を越えない位置に配設され、ハウジング（カバー３）の側面から差し込むようにして回転電機１に取付けられている。

バスバー８および端子９は、それぞれコイルエンド７および端子台１０から横方向（ステータコア６が延在する方向）に突出する。端子台１０は、ハウジングの側面から横方向に差し込まれる。

回転電機１の仕様は、たとえば搭載される車両の仕様に応じて適宜変更される。すなわち、ロータコア５およびステータコア６の軸方向長さは適宜変更される（図２中の矢印）。この結果、コイルエンド７は、たとえば図２中の二点鎖線で示される領域に位置することになる。

これに対し、上記のようなバスバー８および端子９の形状を採用することで、ステータコア６の軸長が変更され、コイルエンド７が移動したとしても、それに合わせてカバー３を変更するのみで、バスバー８、端子９および端子台１０については変更前のものをそのまま用いて回転電機１を形成することができる。結果として、部品点数の増加が抑制される。

端子９はバスバー８に面する凹部を有しており、該凹部にバスバー８を嵌合させることで、バスバー８および端子９が電気的に接続される。なお、バスバー８と端子９とを嵌合させやすくするため、バスバー８の先端部は鋭角に形成され、端子９の先端部は曲面形状（たとえば円形状）を有するように形成される。また、端子９は、典型的には板バネにより構成されるが、端子９として熱硬化材が用いられてもよい。また、バスバー８が端子９に面する凹部を有し、該凹部に端子９を係合させることで、バスバー８および端子９が電気的に接続されてもよい。

上記のようなバスバー８および端子９の係合構造を採用することで、バスバー８と端子９との結合部においてボルト結合を省略することができる。そのため、ボルト結合を行なった後に該結合部上に別途カバー部材を取付ける工程を設ける必要がない。結果として、回転電機１の部品点数低減および加工工数低減を図ることができる。

図３は、回転電機１におけるバスバー８および端子９の接合部周辺を示した拡大断面図である。

図３を参照して、バスバー８と端子９との嵌合幅（図３中のＬ２）は、Ｏリング１１によるシール部の嵌め込み幅（図３中のＬ１）よりも大きい。ここで、「Ｏリング１１によるシール部」とは、Ｏリング１１とカバー３とが密着している部分を意味し、シール部の嵌め込み幅とは、シール部の前方端からカバー３におけるシール部嵌込み部３Ａの後端までの長さを意味する。なお、シール部の前方端の位置は、Ｏリングの径などからほぼ一義的に定まるものである。

図４は、端子台１０の組付け工程の流れを示した図である。また、図５は、図４に示される組付け工程における途中工程を示す図である。図４，図５を用いて、Ｌ２＞Ｌ１の意義について説明する。

図４を参照して、まず、端子台１０がカバー３の端子台設置部に押し込まれる（押し込み荷重Ｐ１）。端子台１０は図３における左側から右側に向けて押し込まれる。これにより、バスバー８と端子９とが嵌合する。図５は、バスバー８と端子９とが嵌合した初期の状態を示している。この状態で、Ｏリング１１とカバー３におけるシール部嵌め込み部３Ａとは密着していない。したがって、バスバー８と端子９とが接していない状態から初期嵌合した状態への移り変わりは、容易に検知される。

端子９とバスバー８との初期嵌合が確認された後、端子台１０はさらに押し込まれる（押し込み荷重Ｐ２）。この際、Ｏリング１１と嵌め込み部３Ａとを密着させてシール部を形成する必要があるため、先の工程よりも押し込み荷重は大きくなる（Ｐ２＞Ｐ１）。

上記のように、Ｌ２＞Ｌ１とすることで、Ｏリング１１のシール部とカバー３とが密着する前に、バスバー８と端子９との位置決め（初期嵌合）を完了させることができる。これにより、バスバー８と端子９との嵌合を容易に検知することができる。

図６は、参考例に係る回転電機を示した側面図である。

図６においては、端子台設置部１０Ａがステータ外径６Ａに対して該ステータの径方向外方に設けられた結果、回転電機とフロア１２のクロスメンバ１３とが干渉する。この干渉を抑制するために、ステータ外径６Ａを図６に示されるよりも小さくすることは、回転電機１の出力向上の観点から好ましくない。

これに対し、本実施の形態に係る電動車両の駆動装置においては、上記の構成により、回転電機１のハウジング高さが低減されるので、その搭載性を向上させることができる。また、回転電機の外径増加への対応が容易になる。さらに、他の観点では、ハウジングの上面を越えない位置に端子台を配置することにより、車両のフロアとハウジングとの干渉を避けながら、ロータ軸を従来よりも上側に配置することができる。この結果、ハウジング内のオイルレベルに対するロータ軸の相対的な位置が高くなり、比較的低い車速においても、ロータ回転時のオイル攪拌抵抗が低減される。また、ロータにより掻き上げられる油量が少なくなり、オイルのキャッチタンク容量を低減させることが可能になるので、駆動ユニットの小型化を図ることができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。

本実施の形態に係る電動車両の駆動装置は、車輪を駆動可能な回転電機１（モータ／ジェネレータ９０）と、回転電機１に電力を供給する電力源（バッテリ８０）と、回転電機１に取付けられ、電力源からの電力を回転電機１に伝える給電経路（給電ケーブル８３）に接続される端子台１０とを備え、回転電機１はケース２およびカバー３を含むハウジング、該ハウジング内に設けられるステータコア６（固定子）およびステータコア６の軸方向端部に位置するコイルエンド７を有し、端子台１０はコイルエンド７近傍であってハウジングの上面を超えない位置に配置され、ハウジングの側面から差し込むことによりコイルエンド７と電気的に接続させるように回転電機１に取付けられる。

また、端子台１０は端子９（第１端子）を有し、回転電機１はステータコア６の軸方向に突出するバスバー８（第２端子）をさらに有し、端子台１０はステータコア６の軸方向に沿って差し込むように回転電機１に取付けられる。

また、端子台１０は、Ｏリング１１によってハウジングとの隙間をシールするシール部を有し、バスバー８および端子９を嵌合させることにより端子台１０とコイルエンド７とが電気的に接続され、バスバー８および端子９の嵌合幅（Ｌ２）は、シール部の嵌め込み幅（Ｌ１）よりも大きい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る電動車両の駆動装置を備えた自動車の構成を説明するブロック図である。 本発明の１つの実施の形態に係る電動車両の駆動装置に含まれる回転電機を示した断面図である。 図２に示される回転電機における端子の接合部周辺を示した拡大断面図である。 図２に示される回転電機における端子台の組付け工程の流れを示した図である。 図４に示される端子台の組付け工程における途中工程を示す図である。 参考例に係る回転電機を示した側面図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ ケース、３ カバー、３Ａ シール部嵌込み部、４ 回転軸、５ ロータコア、６ ステータコア、６Ａ ステータ外径、７ コイルエンド、８ バスバー、９ 端子、１０ 端子台、１０Ａ 端子台設置部、１１ Ｏリング、１２ フロア、１３ クロスメンバ、３０ フロント駆動ユニット、４０ リア駆動ユニット、５０ エンジン、８０ バッテリ、８１，８２，８３ 給電ケーブル、９０ リアモータ／ジェネレータ、９５ クラッチ、１００ 自動車、１００Ｌ，１００Ｒ 前輪、１５０ アクセルペダル、２００Ｌ，２００Ｒ 後輪。

Claims (2)

1. 車輪を駆動可能な回転電機と、
   前記回転電機に電力を供給する電力源と、
   前記回転電機に取付けられ、前記電力源からの電力を前記回転電機に伝える給電経路に接続される端子台とを備え、
   前記回転電機はハウジング、該ハウジング内に設けられる固定子および該固定子の軸方向端部に位置するコイルエンドを有し、
   前記端子台は前記コイルエンド近傍であって前記ハウジングの上面を超えない位置に配置され、前記ハウジングの側面から差し込むことにより前記コイルエンドと電気的に接続させるように前記回転電機に取付けられ、
   前記端子台は、第１端子と、前記ハウジングとの隙間をシールするシール部とを有し、
   前記回転電機は前記固定子の軸方向に突出する第２端子をさらに有し、
   前記第１と第２端子を嵌合させることにより前記端子台と前記コイルエンドとが電気的に接続され、
   前記第１と第２端子の嵌合幅は、前記シール部の嵌め込み幅よりも大きい、電動車両の駆動装置。
2. 前記端子台は前記固定子の軸方向に沿って差し込むように前記回転電機に取付けられる、請求項１に記載の電動車両の駆動装置。

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