(57)【要約】【課題】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。【解決手段】スプリング１８付きのホイールサスペンション１と、ロータ７ｒの回転軸に沿ってステータ７ｓに隣接してインバータ５が設けられるインバータ一体型回転電機７と、インバータ一体型回転電機７の回転方向を車輪９の回転方向に変換してインバータ一体型回転電機７による駆動力を車輪９に伝達する動力伝達機構２とを有し、インバータ一体型回転電機７がホイールサスペンション１の振動抑制方向の中心軸と同軸上にロータ７ｒの回転軸を有すると共に、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４０４３０号公報（第９〜２５段落、図１、４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】車両用駆動装置の構造を模式的に示す縦断面図
【図２】スプリングが伸びた状態を模式的に示す縦断面図
【図３】回転電機の構造を模式的に示す図１のIII-III断面図
【図４】インバータの回路構成を模式的に示す回路ブロック図
【図５】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
【図６】ＩＧＢＴモジュールの模式的な斜視図
【図７】ＩＧＢＴモジュールの構成例を模式的に示す上面図
【図８】ＩＧＢＴチップの外観の一例を模式的に示す外形図
【図９】ダイオードチップの外観の一例を模式的に示す外形図
【図１０】動力伝達機構の例を模式的に示す図
【図１１】減速機構の例を模式的に示す断面図
【図１２】動力伝達機構の遮断機構の例を模式的に示す断面図
【図１３】インバータの別の構成を模式的に示す断面図
【図１４】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
【図１５】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
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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