JP7007840B2

JP7007840B2 - 車両

Info

Publication number: JP7007840B2
Application number: JP2017171070A
Authority: JP
Inventors: 広行鈴木; 祐貴彦村上; 真人佐藤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP2019047691A

Description

本発明は、ホイールにモータジェネレータが配された車両に関する。

従来、駆動源としてモータジェネレータを搭載した電気自動車やハイブリッド車両が知られている。例えば、特許文献１に記載された電気自動車では、前輪のドライブシャフトの中央部近傍にアキシャルギャップ型のモータが設けられる。モータは、減速機構やディファレンシャルギヤを介してドライブシャフトに回転動力を伝達する。また、モータは、コイルが受電コイルとして機能し、送電コイルが配された路面からの非接触給電が可能となる。

特開２０１１－１４７３１８号公報

上記の特許文献１に記載の電気自動車では、車体の底面側にモータが配置される。車両の種類によっては、車高を確保するために、モータの位置が高くなってしまう。この場合、モータの受電コイルと、路面に配された送電コイルとの距離が離れすぎて、送電効率が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、効率的な非接触給電を実現することのできる車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両は、バッテリと、タイヤが装着されたホイールと、ホイール内に配されたアキシャルギャップ型のモータジェネレータと、バッテリからモータジェネレータに電力を供給する駆動状態と、ホイールの外部からモータジェネレータへホイールの中心軸方向に向って入力された磁界によって生じた電力を、バッテリに供給する給電状態とを、給電用道路の走行中に切り換える制御部と、を備え、磁界は、給電用道路において、ホイールに対向する高さに設けられた送電コイルから出力される。

制御部は、送電コイル側に位置する少なくとも１つのホイールに設けられたモータジェネレータである第１モータジェネレータを給電状態とし、それ以外のモータジェネレータである第２モータジェネレータを駆動状態としてもよい。

制御部は、第１モータジェネレータを交互に給電状態および駆動状態とし、第１モータジェネレータが給電状態のとき、第２モータジェネレータを駆動状態とし、第１モータジェネレータが駆動状態のとき、第２モータジェネレータを、バッテリとの電力の送受を行わないコースト状態としてもよい。

制御部は、第２モータジェネレータを駆動状態としたときの駆動力が、第１モータジェネレータを駆動状態としたときの駆動力と同じとなるように制御してもよい。

モータジェネレータは、磁石と、磁石と中心軸方向に離隔するコイルと、を有し、コイルを中心軸方向に移動させるアクチュエータを備えてもよい。

本発明によれば、効率的な非接触給電を実現することができる。

走行路を走行中の車両の斜視図である。走行路を走行中の車両を前面から捉えた正面図である。車輪の内部構造を説明するための図である。給電処理の流れを示すフローチャートである。第１変形例を説明するための図である。第２変形例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、走行路Ｌを走行中の車両１の斜視図である。図１に示すように、走行路Ｌの側方には、ガードレールＧＬが設けられる。また、走行路Ｌには、走行路Ｌが非接触式の給電が可能な道路であることを示す標識Ｍが設けられている。

図２は、走行路Ｌを走行中の車両１を前面から捉えた正面図である。図２に示すように、ガードレールＧＬには、非接触給電装置Ｎの送電コイルＣが、例えば内蔵されている。送電コイルＣは、車両１のうち、車輪２（後述するホイール３）と対向する高さに配置される。送電コイルＣの中心軸は、例えば、走行路Ｌの幅方向に延在する。すなわち、送電コイルＣの中心軸は、走行路Ｌを走行中の車両１に設けられた車輪２の回転軸方向と、大凡平行となる。送電コイルＣに交流電力が供給されると、送電コイルＣの中心軸方向に磁界が生じる。磁界は、交互に向きを反転させながら、ガードレールＧＬ側に配された車輪２の内部を通る。

図３は、車輪２の内部構造を説明するための図である。図３中、破線は制御信号の流れを示し、一点鎖線は電力の流れを示す。ここでは、ガードレールＧＬ側の前側の車輪２のみを示して説明するが、４つの車輪２は同じ構造となっている。図３に示すように、車輪２は、ホイール３と、ホイール３の外周に装着されたタイヤ４を含んで構成される。ホイール３は、車体の中心側（図３中、左側）が開口する円筒形状である。ホイール３のうち、車体の外側（図３中、右側）には、底面部３ａが形成される。底面部３ａのうち、車体の外側の外面には、円形の窪みが形成される。底面部３ａの窪みにカバー部３ｂが取り付けられる。

ホイール３の内周側には、アキシャルギャップ型のモータジェネレータ５が設けられる。すなわち、モータジェネレータ５はインホイールモータである。モータジェネレータ５は、シャフト６、コイル７、および、磁石８、９を含んで構成される。

シャフト６のうち、車体の外側の端部６ａは、ホイール３の底面部３ａおよびカバー部３ｂを貫通し、底面部３ａに固定される。シャフト６の外周側には、円筒形状の支持部材１０が配される。シャフト６は支持部材１０に挿通される。支持部材１０は、例えば、車体に固定される。支持部材１０の内部には、２つの転がり軸受１１、１２が配される。シャフト６は、転がり軸受１１、１２によって軸支される。ここでは、２つの転がり軸受１１、１２が配される場合について説明したが、転がり軸受１１、１２の数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

コイル７は、支持部材１０の外周面に固定される。コイル７は、支持部材１０の周方向の位置を異にして複数設けられる。コイル７の鉄心７ａの中心軸は、車輪２の回転軸方向と平行に延在する。コイル７の巻線７ｂは、鉄心７ａに巻き付けられる。

磁石８は、底面部３ａのうち、コイル７側の内面に固定される。また、コイル７のうち、磁石８と反対側（図３中、左側）には、取付板１３が設けられる。取付板１３は、例えば、中心部に貫通孔が形成された円板形状であり、ホイール３の内周面に固定される。磁石９は、取付板１３のうち、コイル７側の面に固定される。磁石８、９は、コイル７と同様、支持部材１０の周方向の位置を異にして複数設けられる。磁石８、９は、鉄心７ａを挟んで配置される。磁石８、９は、鉄心７ａの中心軸方向（車輪２の回転軸方向）に鉄心７ａから離隔して配置される。

車両１に搭載されたバッテリ１４の電力は、インバータ１５を介してモータジェネレータ５に供給される。インバータ１５は、モータジェネレータ５毎に設けられ、ＥＣＵ１６（制御部）の制御に応じて、バッテリ１４から出力された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ５のコイル７に出力する。

モータジェネレータ５の回転軸の周りに並べて配置された複数のコイル７の各々に位相の異なる交流電力が供給されると、複数のコイル７は、モータジェネレータ５の回転軸の周りに回転する回転磁界を発生する。磁石８、９は、複数のコイル７の回転磁界の回転に同期して同方向に回転する。コイル７に交流電力が流れて磁極が切り換わると、磁力によって磁石８、９に回転動力が伝わる。こうして、ホイール３、タイヤ４、および、シャフト６は、磁石８、９と一体となって回転する。

また、車両１の制動時、モータジェネレータ５は、車輪２の回転に伴って交流の回生電力を生じさせる。インバータ１５は、ＥＣＵ１６の制御に応じて、交流の回生電力を直流電力に変換してバッテリ１４に給電する。また、バッテリ１４には、回生電力とは異なる電力による給電が可能である。

すなわち、車両１が非接触給電用の走行路Ｌを走行中、ガードレールＧＬに設けられた送電コイルＣによる給電が行われる。上記のように、送電コイルＣの中心軸方向に生じた磁界は、ガードレールＧＬ側に配された車輪２の内部を通る。車輪２の内部には、モータジェネレータ５が設けられており、モータジェネレータ５のコイル７が受電コイルとして機能する。

送電コイルＣからの磁界は、コイル７の鉄心７ａを通り、送電コイルＣの磁界が変化する。送電コイルＣに臨むコイル７には、送電コイルＣとコイル７との間の電磁誘導によって誘導起電力が生じる。磁界の反転に伴って、コイル７に交流電力が生じる。インバータ１５は、ＥＣＵ１６の制御に応じて、誘導起電力による交流電力を直流電力に変換してバッテリ１４に給電する。

ここで、モータジェネレータ５およびインバータ１５について、バッテリ１４からモータジェネレータ５に電力を供給する状態を駆動状態と称する。また、ホイール３の外部の送電コイルＣからの電力を、バッテリ１４に供給する状態を給電状態と称する。給電状態では、電力は、モータジェネレータ５へホイール３の中心軸方向に向って入力された磁界によって生じる。

車両１には、例えば、不図示の撮像装置が搭載されており、ＥＣＵ１６は、上記の標識Ｍを撮像装置が撮像し、非接触給電用の走行路Ｌを車両１が走行していることを認識したとする。ここでは、ＥＣＵ１６は、標識Ｍによって非接触給電用の走行路Ｌを車両１が走行していることを認識する場合について説明した。ただし、ＥＣＵ１６は、他の手段によって、非接触給電用の走行路Ｌを車両１が走行していることを認識してもよい。例えば、地図データ上に非接触給電用の走行路Ｌの位置情報が記録されており、ＧＰＳによって車両１の走行路Ｌが特定されてもよい。

ＥＣＵ１６は、走行路Ｌを車両１が走行していることを認識すると、バッテリ１４の残容量が所定閾値未満であるか否かを判定する。すなわちＥＣＵ１６は、バッテリ１４に充電可能な空容量が残っているか否かを判定する。空容量が残っていれば、ＥＣＵ１６は、モータジェネレータ５およびインバータ１５を駆動状態から給電状態に切り換える。車両１は、例えば、搭乗者の運転操作がなくとも自動で走行する自動走行に切り換わる。ＥＣＵ１６は、車両１に対するガードレールＧＬの位置を導出し、ガードレールＧＬに対して、ガードレールＧＬ側の車輪２が所定の距離となるように、車両１の走行を制御する。ここで、所定の距離は、送電コイルＣとコイル７との距離が非接触給電に最適となるように設定される。車両１の自動走行時、ガードレールＧＬとの距離の調整には、複数の撮像装置によって撮像された画像の視差情報を用いる処理、磁気共鳴を用いた処理、赤外線センサーを用いた処理などが用いられる。

また、ここでは、車両１の走行中の給電について説明するが、例えば、駐車場などにおいて、車両１が所定の位置に停車して給電が行われてもよい。この場合、駐車場に送電コイルＣが設置されており、例えば、磁気誘導方式によって、車両１が所定の位置に導かれてもよい。ここで、所定の位置は、送電コイルＣとコイル７との距離が非接触給電に最適となるように設定される。

そして、ＥＣＵ１６は、４つの車輪２のうち、ガードレールＧＬ側の１つの車輪２のモータジェネレータ５（以下、第１モータジェネレータと称す）およびインバータ１５のみを給電状態にする。ＥＣＵ１６は、他の３つの車輪２のモータジェネレータ５（以下、第２モータジェネレータと称す）およびインバータ１５を駆動状態にする。

ここでは、ＥＣＵ１６は、ガードレールＧＬ側の１つの車輪２のモータジェネレータ５およびインバータ１５のみを給電状態にする場合について説明した。ただし、ＥＣＵ１６は、４つの車輪２のうち、ガードレールＧＬ側の２つの車輪２のモータジェネレータ５およびインバータ１５を給電状態にしてもよい。ＥＣＵ１６は、例えば、要求される駆動力に応じ、駆動力が閾値より大きい場合、１つの車輪２のモータジェネレータ５を給電状態とし、駆動力が閾値より小さい場合、２つの車輪２のモータジェネレータ５を給電状態としてもよい。ここで、駆動力の閾値は、２つの車輪２のモータジェネレータ５を給電状態としたときに、他のモータジェネレータ５で出力可能な駆動力の上限値などである。

このように、第１モータジェネレータを給電状態にし、第２モータジェネレータを駆動状態にすることで、第１モータジェネレータでバッテリ１４に給電しつつ、第２モータジェネレータで車両１を駆動することが可能となる。すなわち、走行中のバッテリ１４への給電が可能となる。

また、モータジェネレータ５は、アキシャルギャップ型であるため、車両１の側方に位置するガードレールＧＬに設けられた送電コイルＣからの電力を受電することができる。路面に送電コイルが設けられる場合に比べて、送電コイルＣとの距離の調整が容易である。そのため、効率的な非接触給電を実現することが可能となる。また、コイル７の高さのバラつきは小さく、高さを調整する機構が不要となる。また、受電用に専用のコイルを設ける必要がなく、設置のための空間を別途確保する必要がなく、コストや重量を抑制することが可能となる。

ここで、ＥＣＵ１６によるモータジェネレータ５の制御を詳細に説明する。ＥＣＵ１６は、車両１が走行路Ｌを走行中、第１モータジェネレータを交互に給電状態および駆動状態にする。そして、ＥＣＵ１６は、第１モータジェネレータが給電状態のとき、第２モータジェネレータを駆動状態にする。ＥＣＵ１６は、第１モータジェネレータが駆動状態のとき、第２モータジェネレータをコースト状態にする。ここで、コースト状態は、慣性力によって車輪２が回転している状態であり、モータジェネレータ５が、バッテリ１４との電力の送受を行わない状態である。

その結果、第１モータジェネレータからも駆動力が生じるため、第１モータジェネレータの駆動力と、第２モータジェネレータの駆動力との差分が抑制される。また、第２モータジェネレータをコースト状態とすることで、第１モータジェネレータの駆動力と、第２モータジェネレータの駆動力との差分がさらに抑制される。

また、ＥＣＵ１６は、第２モータジェネレータを駆動状態としたときの車両１全体としての駆動力が、第１モータジェネレータを駆動状態としたときの車両１全体としての駆動力と同じとなるように、それぞれのモータジェネレータ５（すなわち、インバータ１５）を制御する。その結果、車両１全体としての駆動力の変動が抑えられる。搭乗者に与える違和感をさらに抑制することができる。

図４は、給電処理の流れを示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えば、所定間隔を空けて繰り返し実行される。

（Ｓ１００）
ＥＣＵ１６は、車両１が非接触給電用の走行路Ｌを走行中であるか否かを判定する。車両１が走行路Ｌを走行中であれば、Ｓ１０２に処理を移す。車両１が走行路Ｌを走行中でなければ、当該給電処理を終了する。

（Ｓ１０２）
ＥＣＵ１６は、バッテリ１４の残容量が所定閾値未満であるか否かを判定する。所定閾値未満であれば、Ｓ１０４に処理を移す。所定閾値未満でなければ、当該給電処理を終了する。

（Ｓ１０４）
ＥＣＵ１６は、ガードレールＧＬに対して、ガードレールＧＬ側の車輪２が所定の距離となるように、車両１の走行を制御する。

（Ｓ１０６）
ＥＣＵ１６は、第１モータジェネレータを交互に給電状態および駆動状態とする。同時に、ＥＣＵ１６は、第１モータジェネレータが給電状態のとき、第２モータジェネレータを駆動状態とし、第１モータジェネレータが駆動状態のとき、第２モータジェネレータをコースト状態とする。当該処理Ｓ１０６は、バッテリ１４の容量が所定閾値以上となるまで継続される。

図５は、第１変形例を説明するための図である。図５（ａ）、（ｃ）は、底面部３ａおよびカバー部３ｂの正面図であり、図５（ｂ）、（ｄ）は、底面部３ａおよびカバー部３ｂの斜視図である。

図５に示すように、第１変形例では、底面部３ａには、周方向に離隔した複数の貫通孔３ａ１が形成される。貫通孔３ａ１は、底面部３ａを車輪２の回転軸方向に貫通する。カバー部３ｂには、周方向に離隔した複数の貫通孔３ｂ１が形成される。貫通孔３ｂ１は、カバー部３ｂを車輪２の回転軸方向に貫通する。

底面部３ａの貫通孔３ａ１と、カバー部３ｂの貫通孔３ｂ１は、例えば、同数、同形状である。貫通孔３ａ１、３ｂ１は、例えば、周方向に等間隔に配される。隣り合う貫通孔３ａ１、３ｂ１の周方向の間には、貫通孔３ａ１、３ｂ１の１つ分以上の大きさが空けられている。

モータジェネレータ５が駆動状態にあるとき、ＥＣＵ１６は、不図示のアクチュエータを制御し、カバー部３ｂを図５（ａ）、図５（ｂ）に示す位置に配置する。すなわち、貫通孔３ａ１、３ｂ１は、互いに重ならず、貫通孔３ａ１は、カバー部３ｂによって覆われる位置となる。

モータジェネレータ５が給電状態にあるとき、ＥＣＵ１６は、不図示のアクチュエータを制御してカバー部３ｂを周方向に回転させる。カバー部３ｂは、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示す位置に配置される。すなわち、貫通孔３ａ１、３ｂ１は、互いに重なり合い、貫通孔３ａ１、３ｂ１を介して、ホイール３の内部が露出する位置となる。

このように、カバー部３ｂによって、底面部３ａの貫通孔３ａ１が開閉する。そのため、モータジェネレータ５が駆動状態にあるとき、底面部３ａの貫通孔３ａ１が閉じられ、モータジェネレータ５などから生じる電磁波の外部への放射が抑制される。また、モータジェネレータ５が給電状態にあるとき、送電コイルＣからの電磁波（電力）は、貫通孔３ａ１、３ｂ１を介して、コイル７に効率的に伝達される。

図６は、第２変形例を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、第２変形例では、磁石９および取付板１３が設けられていない。代わりに、支持部材１０の外周面にアクチュエータ２０が固定される。アクチュエータ２０は、不図示の補機用バッテリの電力を受けて、ロッド２０ａが駆動する。ロッド２０ａのうち、アクチュエータ２０の本体部から突出する突出部の長さが伸縮可能である。ロッド２０ａの先端部には、コイル７が固定される。コイル７は、支持部材１０の外周面上を、車輪２の回転軸方向に摺動可能である。

モータジェネレータ５が駆動状態にあるとき、ＥＣＵ１６は、アクチュエータ２０を制御し、図６（ａ）に示すように、ロッド２０ａの突出部が長い伸長状態とする。このとき、コイル７は、磁石８に最も近い位置となっている。

モータジェネレータ５が給電状態にあるとき、ＥＣＵ１６は、アクチュエータ２０を制御し、図６（ｂ）に示すように、ロッド２０ａの突出部が短い短縮状態とする。このとき、コイル７は、伸長状態のときよりも磁石８から離隔している。

このように、アクチュエータ２０によって、コイル７と磁石８との距離が可変となる。駆動状態では、コイル７と磁石８が近くなり、効率的に駆動力が生じる。給電状態では、コイル７と磁石８が遠くなり、車輪２の回転に伴う磁石８からの磁界の変化が、コイル７に影響し難くなる。そのため、効率的な給電が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、ＥＣＵ１６は、第１モータジェネレータを交互に給電状態と駆動状態とする場合について説明した。ただし、ＥＣＵ１６は、給電処理の間、第１モータジェネレータを継続的に給電状態としてもよい。この場合、左右輪の駆動力にアンバランスが生じて車両１の進行方向が乱れる場合がある。そこで、ＥＣＵ１６は、例えば、操舵機構を自動制御して、車両１が走行路Ｌに沿って走行できるように舵角補正を行うとよい。

また、上述した実施形態では、ＥＣＵ１６がインバータ１５（モータジェネレータ５）を制御する場合について説明した。ただし、インバータ１５（モータジェネレータ５）を制御する制御部は、ＥＣＵ１６に限らず、他の制御装置に実装されてもよい。

本発明は、ホイールにモータジェネレータが配された車両に利用できる。

１車両
３ホイール
４タイヤ
５モータジェネレータ
７コイル
８、９磁石
１４バッテリ
１６ＥＣＵ（制御部）
２０アクチュエータ
Ｃ送電コイル

Claims

バッテリと、
タイヤが装着されたホイールと、
前記ホイール内に配されたアキシャルギャップ型のモータジェネレータと、
前記バッテリから前記モータジェネレータに電力を供給する駆動状態と、前記ホイールの外部から前記モータジェネレータへ前記ホイールの中心軸方向に向って入力された磁界によって生じた電力を、前記バッテリに供給する給電状態とを、給電用道路の走行中に切り換える制御部と、
を備え、
前記磁界は、前記給電用道路において、前記ホイールに対向する高さに設けられた送電コイルから出力される車両。
前記制御部は、
前記送電コイル側に位置する少なくとも１つの前記ホイールに設けられた前記モータジェネレータである第１モータジェネレータを前記給電状態とし、それ以外の前記モータジェネレータである第２モータジェネレータを前記駆動状態とする請求項１に記載の車両。
前記制御部は、
前記第１モータジェネレータを交互に前記給電状態および前記駆動状態とし、前記第１モータジェネレータが前記給電状態のとき、前記第２モータジェネレータを前記駆動状態とし、前記第１モータジェネレータが前記駆動状態のとき、前記第２モータジェネレータを、前記バッテリとの電力の送受を行わないコースト状態とする請求項２に記載の車両。
前記制御部は、
前記第２モータジェネレータを前記駆動状態としたときの駆動力が、前記第１モータジェネレータを前記駆動状態としたときの駆動力と同じとなるように制御する請求項３に記載の車両。
前記モータジェネレータは、
磁石と、
前記磁石と前記中心軸方向に離隔するコイルと、
を有し、
前記コイルを前記中心軸方向に移動させるアクチュエータを備える請求項１から４のいずれか１項に記載の車両。