(57)【要約】【課題】インホイールモータ車両において、車輪内のインホイールモータを、車両本体に搭載される原動機の駆動アシストとして用いることができるようにする。【解決手段】インホイールモータ車両１０は、車輪１８内に三相交流同期モータであるインホイールモータ２４と、車輪１８の周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に３・ｎ個配置された圧電素子２６と、圧電素子２６の各相とインホイールモータ２４の各相とをそれぞれ対応するように接続し、圧電素子２６で発生した電力をインホイールモータ２４に供給する供給装置２８とを有する。この構成により、インホイールモータ２４は、簡易な構成で、特別な制御をすることなく車両本体の原動機のアシストとして用いることができる。【選択図】図１
2013021797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体に搭載された原動機と、
車輪に設けられ、原動機の出力をアシストするインホイールモータと、
を有するインホイールモータ車両において、
インホイールモータは三相交流同期モータであり、
車輪の周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に３・ｎ個配置された圧電素子と、
圧電素子の各相とインホイールモータの各相とをそれぞれ対応するように接続し、圧電素子で発生した電力をインホイールモータに供給する供給装置と、
を有することを特徴とするインホイールモータ車両。
【請求項２】
請求項１に記載のインホイールモータ車両において、
原動機を制御する制御部を有し、
供給装置は、制御部からの減速指令に基づいて、圧電素子からインホイールモータへの電力供給を遮断するように切り換える切換部を有する、
ことを特徴とするインホイールモータ車両。
【請求項３】
請求項２に記載のインホイールモータ車両において、
車輪にはバッテリとインバータとが設けられ、
切換部は、制御部からの減速指令に基づいて、電圧素子からインバータを介してバッテリへ電力を供給するように切り換える、
ことを特徴とするインホイールモータ車両。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載のインホイールモータ車両において、
インホイールモータには回転ムラを抑制するためスキュー角度が形成される。
ことを特徴とするインホイールモータ車両。
【請求項５】
請求項４に記載のインホイールモータ車両において、
車輪には、圧電素子が車輪の幅方向に対して複数列配置され、
インホイールモータには、軸方に対して、前記各列にそれぞれ対応する極が配置される、
ことを特徴とするインホイールモータ車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インホイールモータを搭載するインホイールモータ車両の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車輪内にインホイールモータが搭載され、このモータの動力をホイールに伝達し車両を駆動させる技術が知られている。このようなインホイールモータは、車両本体に搭載されるエンジンまたは電動機などの原動機のアシストとして用いられる場合がある。
【０００３】
下記特許文献１には、車輪のリムに取り付けられ、車輪の回転速度を検出する回転センサが記載されている。この回転センサは、リムの外周に沿って配置された圧電素子と、車輪の回転に伴う圧電素子の変形に基づき生成される電力信号を処理して車輪速度を求めるマイクロプロセッサとを有する。また、回転センサは、圧電素子からの電力信号を充電するバッテリを有し、このバッテリの電力により、回転センサが動作するよう構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６６４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のインホイールモータを搭載したインホイールモータ車両は、車両本体にバッテリを有し、このバッテリからドライブシャフトを介して車輪内のインホイールモータに電力が供給される。この場合、車両本体のバッテリと、車両本体に対して相対的に回転する車輪内のインホイールモータとを電力ケーブルで接続しなければならず、構造が複雑になり、コストと工数がかかってしまうという問題がある。また、バッテリの直流電力を、インホイールモータに供給する交流電力に変換するためにインバータ装置を設け、インホイールモータの出力に応じてインバータ装置を制御する必要がある。そうすると、その制御のためにレゾルバなどの回転角度センサを設置しなければならず、さらに部品点数が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、簡易な構造で、車輪内のインホイールモータを、車両本体に搭載される原動機の駆動アシストとして用いることができるインホイールモータ車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車両本体に搭載された原動機と、車輪に設けられ、原動機の出力をアシストするインホイールモータと、を有するインホイールモータ車両において、インホイールモータは三相交流同期モータであり、車輪の周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に３・ｎ個配置された圧電素子と、圧電素子の各相とインホイールモータの各相とをそれぞれ対応するように接続し、圧電素子で発生した電力をインホイールモータに供給する供給装置と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、原動機を制御する制御部を有し、供給装置は、制御部からの減速指令に基づいて、圧電素子からインホイールモータへの電力供給を遮断するように切り換える切換部を有することができる。
【０００９】
また、車輪にはバッテリとインバータとが設けられ、切換部は、制御部からの減速指令に基づいて、電圧素子からインバータを介してバッテリへ電力を供給するように切り換えることができる。
【００１０】
また、インホイールモータには回転ムラを抑制するためスキュー角度が形成されることが好適である。
【００１１】
また、車輪には、圧電素子が車輪の幅方向に対して複数列配置され、インホイールモータには、軸方に対して、前記各列にそれぞれ対応する極が配置されることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のインホイールモータ電動によれば、簡易な構造で、車輪内のインホイールモータを、車両本体に搭載される原動機の駆動アシストとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るインホイールモータ車両の構成を示す図である。
【図２】車輪の構成を示す図である。
【図３】圧電素子とインホイールモータとの電気的な接続を示す図である。
【図４】圧電素子の配置の一例を示す図である。
【図５】圧電素子の配置の一例を示す図である。
【図６】圧電素子の配置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るインホイールモータ車両の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、車両本体にモータを搭載し、このモータの出力で走行する車両について説明する。なお、本発明は、上記のような電気自動車以外の車両、例えば内燃機関で駆動する自動車、または原動機として内燃機関とモータを搭載するハイブリッド自動車にも適用できる。
【００１５】
まず、本実施形態に係るインホイールモータ車両の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るインホイールモータ車両の構成を示す図である。
【００１６】
インホイールモータ車両１０は、その車両本体に原動機としてモータ１２を有する。モータ１２には、動力伝達機構１４とドライブシャフト１６を介して車輪１８が接続される。モータ１２の動力は、動力伝達機構１４とドライブシャフト１６を介して、車輪１８に伝達され、インホイールモータ車両１０が走行する。
【００１７】
また、インホイールモータ車両１０は、その車両本体に、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と記す）２０と、本体バッテリ２２とを有する。モータ１２は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。モータ１２とＰＣＵ２０とは、交流用の導線を介して接続される。一方、ＰＣＵ２０と本体バッテリ２２とは、直流用の導線を介して接続される。
【００１８】
ＰＣＵ２０は、例えば数百Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器であり、モータ１２を制御する制御機器である。ＰＣＵ２０は、図示しないが、インバータとコンバータとを含む。インバータは、スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。コンバータは、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。
【００１９】
本体バッテリ２２は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、本体バッテリ２２が、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタで構成されてもよい。
【００２０】
本体バッテリ２２に蓄えられた電力は、ＰＣＵ２０により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、モータ１２のコイルに供給され、モータ１２を駆動する。また、回生時にモータ１２により発電された電力は、ＰＣＵ２０により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、本体バッテリ２２に送られて蓄えられる。
【００２１】
次に、車輪１８の構成について、図２，３を用いて説明する。図２は、車輪の構成を示す図であり、図３は、圧電素子とインホイールモータとの電気的な接続を示す図である。
本実施形態のインホイールモータ車両１０は、車輪１８に、インホイールモータ２４と圧電素子２６と供給装置２８とを有する。
【００２２】
車輪１８のホイール内には、モータ１２の出力をアシストするインホイールモータ２４が設けられる。インホイールモータ２４は、三相交流同期モータである。インホイールモータ２４は、永久磁石が設けられたロータと、ロータに周囲に配置され、コイルが巻き付けられたステータとを有する。ロータは、車輪１８のハブを介してホイールに接続されている。インホイールモータ２４は、原動機であるモータ１２の出力が伝達される車輪１８に設けられてもよく、その他の車輪１８に設けられてもよい。
【００２３】
圧電素子２６は、変形するときに電圧を生成する装置である。圧電素子２６は、車輪１８の周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に１２個配置される。車輪１８が地面２９と接地する接地面に位置する圧電素子２６は、変形して電圧を生成する。そして、車輪１８の回転により、順次接地面に位置する圧電素子２６は、電圧を生成する。すなわち、インホイールモータ車両１０は、走行中、圧電素子２６により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧を順に生成することができる。なお、圧電素子２６の数は一例であって、本発明は圧電素子２６の数１２個に限定されず、三相交流の電力が得られるのであれば、３・ｎ個とすることができる。また、圧電素子２６は接地時に容易に変形可能なように、車輪１８のタイヤ内部に埋め込まれることが好適である。
【００２４】
供給装置２８は、圧電素子２６の各相とインホイールモータ２４の各相とをそれぞれ対応するように電気的に接続し、圧電素子２６で発生した電力をインホイールモータ２４に供給する。具体的には、供給装置２８は、圧電素子２６とインホイールモータ２４のコイルとを三相交流用の導線で接続する。
【００２５】
このように構成されるインホイールモータ車両１０においては、車両本体のモータ１２の出力により車両１０が走行し、車輪１８が回転することで、その車輪１８に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の圧電素子２６がそれぞれ順次電圧を生成、すなわち三相交流電力を生成することができる。そして、その三相交流電力を、供給装置２８を介してインホイールモータ２４のステータに供給することで、そのモータ２４内で回転磁界が発生し、この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、回転するロータの出力が、ホイールに伝達され、車輪１８を回転させることができる。圧電素子２６で生成される三相交流電力の周波数は、車輪１８の回転速度に同期している。よって、その三相交流電力をそのままインホイールモータ２４に印加することで、車輪１８の回転とインホイールモータ２４内の回転磁界とが同期し、車輪１８の回転を妨げることなくインホイールモータ２４を駆動させることができる。つまり、車両本体のモータ１２の出力により車両１０が走行している間、特段の制御をすることなく、車輪１８内で発電された電力を用いてインホイールモータ２４を駆動させ、モータ１２をアシストすることができる。
【００２６】
次に、供給装置２８の具体的な構成について、図３を用いて説明する。供給装置２８は、圧電素子２６とインホイールモータ２４との間に設けられた切換部３０と、切換部３０にインバータ３２を介して接続されるバッテリ３４とを有する。インバータ３２及びバッテリ３４の構成は、車両本体に搭載されるものと同様とすることができる。なお、インバータ３２とバッテリ３４の間にコンバータを設けることもできる。
【００２７】
切換部３０は、圧電素子２６からインホイールモータ２４への電力供給を遮断するように切り換える。具体的には、切換部３０は、ＰＣＵ２０に接続されており、ＰＣＵ２０からの車両１０の減速指令に基づいて、上記の電力供給を遮断する。これにより、インホイールモータ車両１０が減速しようとしているにもかかわらず、インホイールモータ２４が駆動してしまい、その出力が車輪１８に伝達してしまうことを防止することができる。
【００２８】
そして、切換部３０は、ＰＣＵ２０からの減速指令に基づいて、圧電素子２６からインバータ３２を介してバッテリ３４へ電力を供給するように切り換えることもできる。これにより、車両減速時において、圧電素子２６により発電された電力をインホイールモータ２４に供給せずにバッテリ３４に充電することができる。バッテリ３４に充電された電力は、加速時または定速走行時において、インホイールモータ２４に供給することもできる。なお、減速時に、インホイールモータ２４の回生制動により得られた電力を、切換部３０とインバータ３２を介して、バッテリ３４に充電することも好適である。
【００２９】
次に、圧電素子２６の具体的な配置について説明する。図４は、圧電素子の配置の一例を示す図である。この図は、車輪１８を進行方向から見た図である。車輪１８には、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置されている。各々の列の幅方向ｗに隣接する圧電素子２６は、それぞれ同相である。このような圧電素子２６の配置の場合、インホイールモータ２４は、軸方向に対して、上記各列にそれぞれ対応する極をずらすように構成されることが好適である。例えば、ロータに配置される永久磁石を、軸方向に進むにつれ３段階、周方向に所定の角度のずれ（スキュー）を付けて配置させる。このように永久磁石にスキューを施してロータを構成することにより、インホイールモータ２４のコギングトルクを低減し、インホイールモータ２４の回転ムラを軽減することができる。なお、本実施形態において、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置される場合について説明したが、本発明はこの列の数３個に限定されない。
【００３０】
別の圧電素子２６の具体的な配置について説明する。図５は、圧電素子の配置の一例を示す図である。車輪１８には、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置されている。各々の列の幅方向ｗに隣接する圧電素子２６は、それぞれ異なる相である。このような圧電素子２６の配置の場合、インホイールモータ２４は、上述したように、軸方向に対して、上記各列にそれぞれ対応する極をずらす必要はなく、これらの列にそれぞれ対応する、軸方向に順次並べられたコイルに電気的に接続すれば、周方向にスキュー角度が形成される。この構成においても、インホイールモータ２４のコギングトルクを低減し、インホイールモータ２４の回転ムラを軽減することができる。なお、本実施形態において、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置される場合について説明したが、本発明はこの列の数３個に限定されない。
【００３１】
さらに別の圧電素子２６の具体的な配置について説明する。図６は、圧電素子の配置の一例を示す図である。車輪１８には、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置されている。各々の列の幅方向ｗに隣接する圧電素子２６は、それぞれ異なる相であり、具体的には６０°ずれて配置される。このような圧電素子２６の配置の場合も、上述のように、これらの列にそれぞれ対応する、軸方向に順次並べられたコイルに電気的に接続すれば、周方向にスキュー角度が形成される。この構成においても、インホイールモータ２４のコギングトルクを低減し、インホイールモータ２４の回転ムラを軽減することができる。なお、本実施形態において、圧電素子２６が車輪の幅方向ｗに対して３列配置される場合について説明したが、本発明はこの列の数３個に限定されない。
【符号の説明】
【００３２】
１０  インホイールモータ車両、１６  ドライブシャフト、１８  車輪、２０  ＰＣＵ、  ２４  インホイールモータ、２６  圧電素子、２８  供給装置、３０  切換部、３２  インバータ、３４  バッテリ。
【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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