(57)【要約】【課題】  インバータ及びモータの筐体に対して誘起される高周波電流に起因する放射ノイズの発生を抑制することができる車両駆動装置を提供する。【解決手段】  車両駆動装置は、インバータ４をホイール２の近傍に設け、モータ５を、インバータ４と近接する位置であって少なくとも当該インバータ４が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設け、さらに、減速機６を、モータ５と近接する位置であって少なくともインバータ４及び当該モータ５が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設ける。すなわち、この車両駆動装置においては、ホイール２に近い側から、インバータ４、モータ５及び減速機６の順で配置することにより、高周波電流の経路のループの大きさを非常に小さくすることができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を極力抑制することができる。【選択図】      図１
2005029086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を構成するホイールの近傍に設けられ、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記電力変換手段と近接する位置であって少なくとも当該電力変換手段が占める領域分だけ前記ホイールから離隔された位置に設けられ、前記電力変換手段から供給される交流電力に基づいて所定の回転力を発生する原動機と、
前記原動機と近接する位置であって少なくとも前記電力変換手段及び当該原動機が占める領域分だけ前記ホイールから離隔された位置に設けられ、前記原動機による回転速度を所望の変速比で変速させ、前記ホイールを支持する車軸を介して車輪に所望の回転力を付与する変速手段と
を備えることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項２】
前記電力変換手段、前記原動機及び前記変速手段は、共通の筐体で格納されて一体化され、前記車軸の周囲を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動装置。
【請求項３】
前記筐体と前記車軸との間の電気的導通を確保する導電性媒介部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の車両駆動装置。
【請求項４】
前記導電性媒介部材は、金属製の網であることを特徴とする請求項３に記載の車両駆動装置。
【請求項５】
前記導電性媒介部材は、金属製の網及び導電性グリースであることを特徴とする請求項３に記載の車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車を駆動するための車両駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギを動力源として走行する電気自動車の開発が進められている。この電気自動車において、電気エネルギから車輪等を駆動する力学的エネルギを得るための、いわゆるパワーエレクトロニクスシステムは、主として、直流電力を供給するためのバッテリと、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータからの電気的出力である交流電力に基づいて電磁気的作用による回転力を得るモータとから構成される。
【０００３】
ここで、インバータは、筐体内にパワー半導体素子からなるスイッチング素子群が収容されてなり、これら各種スイッチング素子を開閉動作させることによってバッテリから供給される直流電力を変換し、モータにおいて所望の回転力を得るための交流電力を発生する。また、モータは、ロータやステータ等の各種部品を有し、インバータからの交流電力に基づいて、電磁気的作用によって回転力を発生する。
【０００４】
ところで、これらインバータ及びモータの筐体は、いずれも金属製である。電気自動車においては、これら金属製の筐体を車体に直接取り付けることにより、インバータ及びモータと当該車体との電気的導通が実現されている。そして、車体は、車輪等を介して地面と電気的導通が実現されており、地面と同電位とされている。
【０００５】
したがって、インバータ及びモータの筐体は、車体を介して地面と電気的導通が実現されていることになる。このため、電気自動車においては、例えば、インバータやモータのメンテナンス時に、作業者が地面の上に立った状態でそれぞれの筐体に接触しても、感電するおそれをなくしている。一方、電気自動車においては、仮にインバータ及びモータの筐体が車体に直接取り付けられておらず、当該インバータ及び当該モータと当該車体との電気的導通が実現されていない場合には、所定のハーネス等を用いて各筐体と車体との電気的導通を確保する必要がある。
【０００６】
また、電気自動車においては、例えば数百ボルト、数百アンペアといった高電圧及び大電流がインバータ及びモータの内部に印加される。したがって、電気自動車においては、高電圧・大電流の電力が、インバータ及びモータの筐体すなわち車体に伝達される可能性があるが、インバータの筐体を、内部の各種回路と絶縁しておき、また、モータの筐体も、ロータやステータ等の内部の構成と絶縁しておく。
【０００７】
このように、電気自動車においては、各筐体と車体及び地面との電気的導通が実現されていることと、その電気的導通が出来る限り低いインピーダンスで実現されていることが必要である。
【０００８】
ここで、電気自動車においては、一般的に、各筐体と車体及び地面との電気的導通が、車体から順に、当該車体から左右車輪を連結する車軸に架けて設けられる懸架装置、この懸架装置と車軸とを接合するベアリング、車輪を構成するホイール、及びタイヤ等を介した経路で実現されている。そして、電気自動車においては、この経路のうち、ベアリングの部分において油膜を介した接合部が存在する。したがって、電気自動車においては、このベアリングにおける接合部の存在がインピーダンスの低減を阻害する一因となっている。
【０００９】
そこで、このインピーダンス低減を阻害する問題に対する対策として、車体に設けられたブラシを車軸に接触させ、車体と車軸との導電性の向上を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−１６８２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、電気自動車において、インバータの筐体には、スイッチング回路等との電磁的な結合により、内部のスイッチング素子の開閉に伴って高周波電流が誘起される。また、電気自動車において、モータにおける電磁気的作用によって回転力を発生させているので、この電磁気的作用の影響により、当該モータの筐体にも高周波電流が誘起される可能性がある。したがって、電気自動車においては、モータやインバータの筐体に発生した高周波電流が、車体、懸架装置、ベアリング、車軸、ホイール、及びタイヤを介して地面に至る経路で地面に流れ込むことになる。
【００１１】
また、電気自動車においては、各筐体と車軸との間においても結合容量を通じて高周波的に電気的導通がなされている。したがって、電気自動車においては、上述した経路の他に、結合容量、車軸、ホイール、及びタイヤを介して地面に至る他の経路によっても、各筐体に対して誘起された高周波電流が地面に流れ込むことになる。
【００１２】
すなわち、電気自動車においては、各筐体に対して誘起された高周波電流が地面に流れ込む経路が２つ存在することになる。電気自動車においては、各筐体に対して誘起された高周波電流が地面に流れ込む経路として、このような２つの経路が存在することにより、例えば、筐体、車体、懸架装置、ベアリング、及び車軸の順に流れた高周波電流が、ホイール、及びタイヤへと流れ込まず、結合容量を介して再度筐体に戻るといった、ループ状の経路があわせて形成される。そして、電気自動車においては、高周波電流がこのようなループ状の経路に沿って流れることにより、当該ループから放射ノイズが発生する。この放射ノイズは、例えば、当該電気自動車に搭載されるラジオの受信障害を招来したり、その他車載電子システムの誤作動を招来したりといった、様々な不都合を招来する原因となる。
【００１３】
ここで、放射ノイズは、ループの面積、ループの長さ、及びループを流れる電流の周波数が、それぞれ大きいほど、高レベルとなる。したがって、放射ノイズの発生を抑制するには、これら各要素を小さくすることが重要である。
【００１４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された電気自動車においては、車体と地面とのインピーダンスの低減は可能であるものの、車体に設けられたインバータやモータ等の筐体から発生する高周波電流の影響については何ら考慮しておらず、この高周波電流に起因する放射ノイズの発生を抑制することはできなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を抑制することができる車両駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段を、車輪を構成するホイールの近傍に設け、電力変換手段から供給される交流電力に基づいて所定の回転力を発生する原動機を、電力変換手段と近接する位置であって少なくとも当該電力変換手段が占める領域分だけホイールから離隔された位置に設け、さらに、原動機による回転速度を所望の変速比で変速させる変速手段を、原動機と近接する位置であって少なくとも電力変換手段及び当該原動機が占める領域分だけホイールから離隔された位置に設ける、すなわち、ホイールに近い側から、電力変換手段、原動機及び変速手段の順で配置することで、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る車両駆動装置によれば、高周波電流の経路のループの大きさを非常に小さくすることができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を極力抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明は、例えば電気自動車に搭載され、バッテリ等の直流電源から車両走行に必要な動力を得るための車両駆動装置に適用される。
【００２０】
［車両駆動装置の構成］
車両駆動装置は、図１に示すように、タイヤ１が組み付けられた車輪を構成するホイール２における内側面の近傍に配置され、ホイール２を支持する車軸３が貫通する構成とされる。具体的には、この車両駆動装置は、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段であるインバータ４と、車両を駆動するための原動機であるモータ５と、このモータ５による回転速度を所望の変速比で変速させる変速手段である減速機６とを備え、これら各部が一体化されたユニットとして構成されている。
【００２１】
インバータ４は、モータ５及び減速機６の配設位置に対して、ホイール２に最も近接する位置に設けられる。このインバータ４は、その外観を構成する所定の筐体内に、いわゆるパワー半導体素子等からなるスイッチング素子、これらスイッチング素子群を制御及び駆動するための制御回路、及び平滑コンデンサ等を有する。このインバータ４は、これら各種スイッチング素子を開閉することによってバッテリ等の図示しない直流電源から供給される直流電力を例えば三相交流電力に変換する。このインバータ４は、変換して得られた交流電力をモータ５に供給する。
【００２２】
また、モータ５は、インバータ４と近接する位置であって少なくとも当該インバータ４が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設けられる。このモータ５は、インバータ４から供給される交流電力に基づいて動作する。具体的には、モータ５は、特に図示しないが、ロータやステータ等の各種部品を有し、インバータ４から供給される交流電力に基づいて、電磁気的作用によって所定の回転力を発生する。
【００２３】
さらに、減速機６は、モータ５と近接する位置であって少なくともインバータ４及び当該モータ５が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設けられる。この減速機６には、車軸３が挿通され、内部に設けられた図示しない複数のギアに対して当該車軸３が噛合された状態とされる。減速機６は、モータ５によって発生された回転力をギア群に対して伝達することによって当該モータ５による回転速度を所望の変速比で変速させ、車軸３を回転させる。これにより、減速機６は、車軸３及びホイール２を介してタイヤ１に対して所望の回転力を付与することになる。
【００２４】
このような車両駆動装置を構成するインバータ４、モータ５及び減速機６は、図２に示すように、所定の筐体７に格納されて車軸３の周囲を囲むように配置される。ここで、筐体７は、車体８と地面９との電気的導通を確保するために金属製とされる。なお、筐体７とインバータ４の内部に設けられる各種回路、及び筐体７とモータ５の各種部品とは、それぞれ、絶縁されている。
【００２５】
また、車両駆動装置においては、筐体７と車軸３とによって囲まれた空間に、筐体７と車軸３との間で電気的導通を確保するための導電性媒介部材１０が介在される。この導電性媒介部材１０としては、例えば、金属製の網、導電性グリース、ベアリング、若しくはブラシ、又はこれらを組み合わせたもの等が使用可能であるが、金属製の網、又は金属製の網と導電性グリースとを併用することが望ましい。
【００２６】
さらに、車両駆動装置においては、筐体７と車体８とが、所定の短絡部材１１によって短絡される。この結果、車体８は、筐体７、導電性媒介部材１０、車軸３、ホイール２、及びタイヤ１を介して地面９との電気的導通が確保され、地面９と略同電位とされる。
【００２７】
このような各部を備える車両駆動装置は、図示しない直流電源から供給される直流電力をインバータ４によって交流電力に変換し、この交流電力に基づいて、モータ５によって回転力を発生させる。そして、車両駆動装置は、減速機６によって所望の速度に変速した上で、車軸３及びホイール２を介してタイヤ１を回転させ、電気自動車を走行させる。
【００２８】
［車両駆動装置において発生する高周波電流と放射ノイズとの関係］
このような車両駆動装置においては、インバータ４の内部に設けられたスイッチング素子群が開閉動作して交流電力を生成するに際して筐体７に対して高周波電流を誘起させる。また、車両駆動装置においては、モータ５に対して交流電力が印加されて電磁気的作用によって回転力を発生させるに際して筐体７に対して高周波電流を誘起させる。このように筐体７に対して誘起された高周波電流は、図１中矢印Ａに示すように、導電性媒介部材１０、車軸３、ホイール２、及びタイヤ１の順に流れ、地面９に至ることになる。
【００２９】
ここで、高周波電流に起因する放射ノイズの放射効率は、高周波電流の経路がループ状に形成された場合には、当該ループの大きさが同じであれば、ループを流れる電流の周波数が高いほど、すなわち、ループを流れる電流の波長が短いほど、高くなる傾向にある。また、高周波電流に起因する放射ノイズの放射効率は、高周波電流が作り出すループの面積が大きいほど、及びループの長さが長いほど、高くなる傾向にある。換言すれば、高周波電流に起因する放射ノイズは、周波数の高い電流が流れるループの大きさを極力小さくすることによって抑制することが可能となるといえる。
【００３０】
そこで、本発明を適用した車両駆動装置においては、インバータ４、モータ５及び減速機６を１つの一体化されたユニットとして共通の筐体７に収容し、これら各部が車軸３の周囲を囲むようにホイール２の近傍に配置することにより、高周波電流が地面９に流れ込む経路を１つとし、高周波電流の経路がループ状に形成されるのを回避することができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を回避することができる。また、車両駆動装置においては、仮にループ状の経路が形成された場合であっても、筐体７と車軸３との距離が極めて短く、また、車軸３の長さも短いことから、当該ループの大きさを非常に小さくすることができ、放射ノイズの発生を極力抑制することができる。
【００３１】
ここで、インバータ４とモータ５とがそれぞれ筐体７に対して誘起する高周波電流の周波数を比較する。車両駆動装置においては、スイッチング素子を高速で開閉するといったインバータ４の特性上、インバータ４に起因する高周波電流の周波数の方が、モータ５に起因する高周波電流の周波数に比べて高い値を示す。また、減速機６は、筐体７に対して高周波電流を誘起しにくい部品であると考えられる。
【００３２】
したがって、車両駆動装置においては、筐体７に誘起する高周波電流の周波数が相対的に高い部材をホイール２により近付けて配置する。具体的には、車両駆動装置においては、ホイール２に近い側から、インバータ４、モータ５、減速機６の順で配置することにより、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を極めて効率よく抑制することができる。
【００３３】
［導電性媒介部材の詳細］
ところで、車両駆動装置においては、インバータ４、モータ５及び減速機６を格納する筐体７と車軸３との間の結合容量が、空間的には筐体７と車軸３の周辺の広範囲にわたって分布しているため、高周波電流が流れることによって結果的にループの大きさが大きくなってしまい、放射ノイズの発生の抑制効果が不十分となるおそれがある。
【００３４】
そこで、車両駆動装置においては、筐体７と車軸３との間隙に導電性媒介部材１０を介在させることにより、周辺部分に比べて導電性媒介部材１０の部分のインピーダンスを低減し、筐体７に誘起された高周波電流を当該部分に集中的に流すようにする。
【００３５】
このように、車両駆動装置においては、空間的に広がった結合容量に高周波電流が流れることを防止することにより、結果的にループの大きさが小さくなり、放射ノイズの発生を抑制することができる。
【００３６】
［導電性媒介部材の望ましい具体例］
ここで、インバータ４、モータ５及び減速機６を格納する筐体７と車軸３との間隙に介在させる導電性媒介部材１０としては、上述したように、金属製の網、導電性グリース、ベアリング、若しくはブラシ、又はこれらを組み合わせたもの等が考えられる。
【００３７】
しかしながら、車両駆動装置においては、その小型化を図る観点から、筐体７と車軸３との間の空間ができる限り小さいことが望ましく、当該空間は非常に狭く形成される。したがって、車両駆動装置においては、例えば、この空間にブラシを形成して筐体７に固定したり、この空間にベアリングを形成したりするような、複雑な機械的構造をともなう導電性媒介部材１０を介在させることは極めて困難である。また、車両駆動装置においては、この空間を導電性グリースのみを用いて埋め尽くすことも考えられ、狭い空間であっても導電性を向上させるために有効な手段であると考えられる。しかしながら、車両駆動装置においては、導電性グリース自体がゲル状であることから、筐体７と車軸３との接触状態が不安定となり、電気的導通を確保することができない事態が想定される。
【００３８】
そこで、車両駆動装置においては、インバータ４、モータ５及び減速機６を格納する筐体７と車軸３との間隙に介在させる導電性媒介部材１０として、金属製の網を用いるのが望ましい。これにより、車両駆動装置においては、筐体７と車軸３との間隙が極めて狭い場合であっても、筐体７と車軸３との間の導電性の向上を容易に実現させることができる。
【００３９】
この金属製の網の利点としては、第１に、構造が単純であることが挙げられる。すなわち、金属製の網が望ましい理由は、必ずしも筐体７に固定する必要がなく、車軸３に巻回するだけで使用することができ、また、その厚み及び大きさについて最適なものを選定するだけで、筐体７と車軸３との間の空間寸法に合致させることができ、様々な状況に容易に対応することができることにある。
【００４０】
また、金属製の網を使用する第２の利点として、金属製の網は、適度な柔軟性を持たせることが可能であり、バネ的に作用させることができる。このため、車両駆動装置においては、導電性媒介部材１０として、金属製の網を用いることにより、筐体７と車軸３との両方に対して安定した接触を実現することができる。
【００４１】
さらに、車両駆動装置においては、導電性媒介部材１０として、金属製の網のみならず、導電性グリースを併用することが望ましい。
【００４２】
インバータ４、モータ５及び減速機６の筐体７、並びに車軸３は、それぞれ、金属製であるので、車両駆動装置においては、これらの部材と金属製の網とを直接接触させることはできず、ベアリング等を設ける場合と同様に、油膜等を介した接触を実現する必要がある。しかしながら、油膜は、インピーダンスを上昇させる原因となる。
【００４３】
そこで、車両駆動装置においては、導電性媒介部材１０として、金属製の網と導電性グリースとを併用することにより、金属製の網の目に導電性グリースを入り込ませ、金属同士の直接の接触を回避することができると共に、形状が安定することで接触の安定性を向上させることができる。また、車両駆動装置においては、導電性媒介部材１０として、金属製の網と導電性グリースとを併用することにより、金属製の網によって高い導電性を確保することができ、導電性グリースを単独で用いる場合に比べて、導電性の大幅な向上を図ることができ、インピーダンスの低減を図ることができる。
【００４４】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した車両駆動装置によれば、インバータ４をホイール２の近傍に設け、モータ５を、インバータ４と近接する位置であって少なくとも当該インバータ４が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設け、さらに、減速機６を、モータ５と近接する位置であって少なくともインバータ４及び当該モータ５が占める領域分だけホイール２から離隔された位置に設ける。すなわち、この車両駆動装置においては、ホイール２に近い側から、インバータ４、モータ５及び減速機６の順で配置することにより、高周波電流の経路のループの大きさを非常に小さくすることができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を極力抑制することができる。
【００４５】
また、この車両駆動装置によれば、インバータ４、モータ５及び減速機６が、共通の筐体７で格納されて一体化され、車軸３の周囲を囲むように配置されているので、高周波電流が地面に流れ込む経路を１つとし、高周波電流の経路がループ状に形成されることを回避することができ、また、仮にループ状の経路が形成された場合であっても、当該ループの大きさを非常に小さくすることができ、高周波電流に起因する放射ノイズの発生を回避又は極力抑制することができる。
【００４６】
さらに、この車両駆動装置によれば、筐体７と車軸３との間の電気的導通を確保する導電性媒介部材１０を備えることにより、周辺部分に比べて導電性媒介部材１０の部分のインピーダンスを低減することができ、結果的にループの大きさが小さくすることができ、放射ノイズの発生を抑制することができる。
【００４７】
さらにまた、この車両駆動装置によれば、導電性媒介部材１０として、金属製の網を用いることにより、筐体７と車軸３との間隙が極めて狭い場合であっても、筐体７と車軸３との間の導電性の向上を容易に実現させることができると共に、筐体７と車軸３との両方に対して安定した接触を実現することができる。
【００４８】
また、この車両駆動装置によれば、導電性媒介部材１０として、金属製の網及び導電性グリースを併用することにより、不必要な金属同士の接触を回避することができると共に、形状が安定することで接触の安定性を向上させることができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した車両駆動装置の構成を示す断面図である。
【図２】車軸周辺を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  タイヤ
２  ホイール
３  車軸
４  インバータ
５  モータ
６  減速機
７  筐体
８  車体
９  地面
１０  導電性媒介部材
１１  短絡部材
【図１】
2005029086.tif 000003
【図２】
2005029086.tif 000004