JP5611731B2 - インホイールモータ型電気自動車 - Google Patents

Description

この発明は、インホイールモータ型電気自動車に関し、特にそのインバータ等の配置構造に関する。

今後、環境対応型移動体として、モータで直接ホイールを駆動するインホイールモータ型電気自動車の普及が期待されている。普及に際しては、インホイールモータの電力線の取り回し方法（特許文献１）や、４輪駆動の場合の前後輪の駆動力配分（特許文献２）の提案があり、どちらもインバータを駆動輪間で駆動輪に近い位置に配置する構造としている。
インバータを駆動輪間に設置することは、インバータとモータ間の配線や配線の取り回しが短く出来るため、バッテリー駆動する車両にとって最も重要な走行距離の延長に対して車両質量の低減に有効である。しかし、車両質量の低減を追及する場合には、インバータとモータ間の配線だけでなく、ラジエータ並びにバッテリとの相対位置の最適化が必要である。

特開２００８−２１３７７４号公報 特開２００９−１４２０３６号公報

インホイールモータ駆動型電気自動車の単位電力当りの走行距離（以下、「電費」と呼ぶ）の向上を目的に、車両の軽量化が重要である。車両には駆動要素（タイヤ、ホイール、減速機、モータ、インバータ、バッテリなど）、駆動補機（ラジエータなど）、制動要素（ブレーキなど）、操舵要素（ステアリングなど）、車体、窓などがあり、それぞれの軽量化が重要である。

この発明の目的は、インバータを中心とした駆動系全般の軽量化、特に、インバータ回りの配線，配管長さの短縮や、インバータの効率的冷却による車両の軽量可が可能で、電費の向上が図れ、かつ走行安定性が得られるインホイールモータ型電気自動車を提供することである。

この発明のインホイールモータ型電気自動車は、インホイールモータ装置で駆動される駆動輪であるインホイールモータ駆動輪を車体の左右両側に有するインホイールモータ型電気自動車において、車体に設置される全てのインホイールモータ装置に交流電力を給電する１台のインバータを、左右のインホイールモータ装置の間に位置する左右方向位置で前記車体に設置し、前記インバータを冷却するラジエータを、前記車体の前記インバータよりも前方に設置し、かつ前記インバータを前記車体に設置されたバッテリの上方位置としたことを特徴とする。

前記インバータと各インホイールモータ装置との間の配線は、前記インバータの両側の側面のうち、接続するインホイールモータ装置が近い方の側面から引き出す。
前記インバータとラジエータ間の冷却媒体の配管は、インバータの車両前後方向の前端で接続する。
前記インバータとバッテリとの間の配線は、インバータの車両前後方向の後端から引き出す。

この構成によると、インバータを左右のインホイールモータ装置の間に配置し、かつインバータをバッテリの上方位置としたため、インバータと各インホイールモータ装置との間の配線を、接続するインホイールモータ装置に対して近い方の側面から引き出すことができ、配線を短くすることができる。そのため、配線や、配線を支える部品の質量を軽減できる。ラジエータは、インバータを冷却する冷媒などと大気との熱交換に利用するが、車体の前方に配置されることで、走行中に走行風が効率的に利用できる。これにより、ラジエータの小型化、軽量化が図れる。ラジエータをインバータの前方に配置することで、配管の短縮による軽量化、配管に係わる部品の質量の軽減も可能となる。冷却媒体の配管をインバータの車両前後方向の前端で接続すると、配管のより一層の短縮、軽量化が図れる。また、インバータはバッテリの上方位置とするため、バッテリを車両の下部に設置することができ、走行安定性が得られる。バッテリは、質量が大きいため、電気自動車の走行安定性を考えると、車両の中央下部に設置するのが望ましい。この発明は、これらのようにインバータを中心とした駆動系全般の軽量化が図れる。電気自動車では、少ない電池積載量で長い距離を走行できることが、地球環境保護に役立つ。電費を向上させるには、電気自動車の質量の軽減が効果的である。
前記インバータとバッテリとの間の配線が、インバータの車両前後方向の後端から引き出されていると、インバータとバッテリとの間の配線が行い易く、より一層の配線の短縮や配線に係わる部品の質量の軽減が図れる。

この発明のインホイールモータ型電気自動車は、インホイールモータ駆動輪を前記車体の前後に有するものであっても良い。その場合、インバータの前後方向位置は、前後のインホイールモータ駆動輪の間とするのが良い。前後にインホイールモータ駆動輪を有する場合は、その中間にインバータを配置することで、各インホイールモータ駆動輪に対する配線の等距離化が図れ、配線の短縮上で有利となる。

この発明のインホイールモータ型電気自動車は、インホイールモータ駆動輪を前記車体の前後いずれか一方に有するものであっても良い。その場合、前記インバータは、インホイールモータ駆動輪の存在する前後方向範囲に一部または全体を位置させるのが良い。インホイールモータ駆動輪のある前後方向範囲にインバータが配置することで、配線が短縮できる。

この発明において、前記の各例では、前記インバータを前記車体に設置されたバッテリの上方位置としたが、参考提案例として、この構成に代えて、前記インバータを前記車体に設置されたバッテリに対し、車両前後方向の前方位置としても良い。インバータとバッテリを前後に並べて設置すると、質量の大きなインバータとバッテリの両方を、車体の下部に設置することができる。車両の構造によっては、このようにインバータとバッテリを前後に並べることが、重量配分上で好ましいものとなる。この場合に、インバータがバッテリとラジエータ間に配置されることが、これらインバータとバッテリ間の配線や、インバータとラジエータ間の配管、およびインバータと各インホイールモータ装置との間の配線を短縮する上で好ましい。

この発明のインホイールモータ型電気自動車は、インホイールモータ装置で駆動される駆動輪であるインホイールモータ駆動輪を車体の左右両側に有するインホイールモータ型電気自動車において、車体に設置される全てのインホイールモータ装置に交流電力を給電する１台のインバータを、左右両側のインホイールモータ装置の間に位置する左右方向位置で前記車体に設置し、前記インバータを冷却するラジエータを、前記車体の前記インバータよりも前方に設置し、かつ前記インバータを前記車体に設置されたバッテリの上方位置としたため、インバータ回りの配線，配管長さの短縮や、インバータの効率的冷却による車両の軽量可が可能で、電費の向上が図れ、かつ走行安定性が得られる。
特に、インバータと各インホイールモータ装置との間の配線を、前記インバータの両側の側面のうち、接続するインホイールモータ装置が近い方の側面から引き出し、インバータとバッテリとの間の配線を、インバータの車両前後方向の後端から引き出し、インバータとラジエータ間の冷却媒体の配管を、インバータの車両前後方向の前端で接続したため、配線、配管の長さを短くでき、配線、配管に係わる部品の質量を軽減できて、電費の向上が達成できる。

この発明の第１の実施形態におけるインホイールモータ型電気自動車の部品配置を示す平面図である。 そのインバータの一例の破断平面図である。 同インホイールモータ型電気自動車におけるインホイールモータ装置の一例を示す破断側面図である。 この発明の他の実施形態におけるインホイールモータ型電気自動車の部品配置を示す平面図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるインホイールモータ型電気自動車の部品配置を示す平面図である。 参考提案例におけるインホイールモータ型電気自動車の部品配置を示す平面図である。 他の参考提案例におけるインホイールモータ型電気自動車の部品配置を示す平面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このインホイールモータ型電気自動車は、４輪の普通乗用車等の自動車であって、車体１の左右２つの前輪２_Ｆおよび左右２つの後輪２_Ｒが、いずれも、インホイールモータ装置４で駆動される駆動輪であるインホイールモータ駆動輪２とされている。これら４つのインホイールモータ駆動輪２のインホイールモータ装置４は、１台のインバータ５から交流電力が給電され、駆動される。なお、この明細書において、「車体」とは、シャーシおよびボディを含むものを言う。

インバータ５は、車体１の左右方向の位置が、左右のインホイールモータ装置４，４間で、かつ前後方向の位置が、前後のインホイールモータ駆動輪２である前輪２_Ｆと後輪２_Ｒの間に配置されていて、４つのインホイールモータ装置４から等距離とされている。必ずしも等距離でなくても良いが、なるだけ等距離とするのが好ましい。バッテリ６は、車体１の前後左右方向における中央の下部に設置され、インバータ５はバッテリ６の上方に位置する。車体１の前部には、インバータ５を冷却するラジエータ７が設置され、インバータ５は、ラジエータ７の後方に位置している。

インバータ５と各インホイールモータ装置４との間の配線８は、それぞれ、インバータ５の両側の側面のうち、接続するインホイールモータ装置４が近い方の側面で、かつ前後方向につき、中央よりも、接続するインホイールモータ装置４に近い位置から引き出されている。インバータ５とバッテリ６との間の配線９は、インバータ５の車両前後方向の後端から引き出されている。配線９は、インバータ５の後端面から引き出しても、また下面または上面の後端から引き出しても良い。インバータ５とラジエータ７間の冷却媒体の配管１０は、インバータ５の車両前後方向の前端、例えば、前端面や、上面または下面の前端で接続されている。

インバータ５は、４輪の各インホイールモータ装置４を独立して駆動する電気機器系を１台のケース内に収容したものであって、バッテリ６の電力を交流電力に変換する機能と、出力の制御機能とを備えている。

インバータ５は、例えば図２に示すように、ケース１１内に、電気部品を実装した配線基板１２と、端子台１３を設置し、ケース１１に冷却媒体循環路１４を設けたものとされる。配線基板１２と端子台１３の各端子（図示せず）とは、内部配線（図示せず）により接続されている。冷却媒体循環路１４の流入側および流出側の接続口１４ａ，１４ｂは、ケース１１の前端に設けられる。端子台１３は、例えば、駆動する各インホイールモータ装置４毎に設けられ、かつバッテリ６に対して独立に設けられている。各インホイールモータ装置４用の端子台１３は、ケース１１内において、接続するインホイールモータ装置４に近い方の側面の付近で、かつ近い前後方向位置に設置され、各端子台１３の近傍で、ケース１１の側板部に配線８の挿通孔１５が設けられている。バッテリ６との接続用の端子台１３は、ケース１１内の後部に設けられ、ケース１１の背面板部に、配線９の挿通孔１６が設けられている。なお、各端子台１３は、ケース１１に外面に露出して設けても良い。また、この例のインバータ５は４輪を駆動するものであるが、インバータ５が２輪駆動用のものである場合は、電気部品を実装した配線基板１２や端子台１３はモータ駆動数に応じたものとされる。

図３はインホイールモータ装置４の一例を示す。インホイールモータ装置４は、駆動輪２をモータで回転駆動する装置であって、一部または全体が駆動輪２内に納められたものであり、この実施形態では、駆動輪２を回転自在に支持する車輪用軸受１６と、電動式のモータ１７と、このモータ１７のロータ１７ａの回転を車輪用軸受１６の回転側軌道輪１６ａに減速して伝達する減速機１８とを、一つの組立部品として、車体１に取付可能に構成したものとされている。車輪用軸受１６の回転側軌道輪１６ａは、ハブを兼ねる。
インホイールモータ装置４は、各種の形式のものがあり、車輪用軸受１６とは別に独立して設けられたものであっても、また減速機１８を有しないものや、車輪内に全体が収まるモータからなるものであっても良い。

この構成のインホイールモータ型電気自動車によると、インバータ５を左右のインホイールモータ装置４の間で、ラジエータ７の車両後方に配置すると共に、バッテリ６の上方に配置し、かつインバータ５とインホイールモータ装置４間をインバータ５のそれぞれの近い側の側面から配線し、インバータ５とバッテリ６間をインバータ５の車体後方から配線し、さらにインバータ５とラジエータ７間をインバータ５の車体前後方向に沿って配管したため、配線８，９並びに配管１０の長さを最適に短くできて、配線，配管に係わる部品の質量を軽減できる。これにより車両全体が軽量化され、電費の向上が達成できる。
電気自動車では少ない電池積載量で長い距離を走行出来ることが地球環境保護に役立つ。電費を向上させるには電気自動車の質量の低減が有効である。

ラジエータ７は、インバータ５を冷却する冷媒などと大気との熱交換に利用するため、走行中に走行風が効率的に利用できる車体前方に配置するのが望ましい。バッテリ６は、質量が大きいため、電気自動車の走行安定性を確保するためには、車体中央下部に設置するのが望ましい。ただし、車両の重量配分を考慮して、後述の実施形態のように、バッテリ６とインバータ５を前後に並べて配置しても良い。

なお、前記実施形態では、４輪を全てインホイールモータ駆動輪２としたが、駆動輪の数は４輪に限定するものではなく、少なくとも電気自動車の車輪の内、２輪以上がインホイールモータ駆動輪２であれば良い。
例えば、図４または図５の各実施形態に示すように、後輪２_Ｒをインホイールモータ駆動輪２とし、前輪３_Ｆを従動輪３としても良い。これら図４，図５の各実施形態は、いずれも、バッテリ６は車体１の前後左右方向における中央の下部に設置する。インバータ５は２つのインホイールモータ装置４を駆動するものであって、バッテリ６の後端の上方に配置している。これにより、インバータ５は、インホイールモータ駆動輪２の存在する前後方向範囲に一部が位置している。

ただし、図４の例は、インバータ５と各インホイールモータ装置４との間の配線８を、インバータ５の両側の側面のうち、接続するインホイールモータ装置４が近い方の側面から引き出している。図５の例では、インバータ５と各インホイールモータ装置４との間の配線８を、インバータ５の背面から引き出している。インバータ５とバッテリ６との間の配線９は、インバータ５の背面または前面など、インバータ５の前端または後端から引き出しても、側面や上下いずれかの面から引き出しても良い。

これら図４，図５の例のように、後輪２_Ｒが駆動輪となる２輪駆動の場合は、インバータ５を後輪２_Ｒ間に配置することで、配線８を短くできて、軽量化でき、電費の向上に効果的である。

図６は、参考提案例を示す。この参考提案例は、左右２つの前輪２_Ｆおよび左右２つの後輪２_Ｒが、いずれもインホイールモータ駆動輪２とされているが、インバータ５とバッテリ６とを、車体１に前後に並べて下部に設置している。この場合、インバータ５を、車体１の前後左右の中央に配置し、バッテリ６をインバータ５の後方に位置させ、車体１の後部に設置している。

このようにバッテリ６とインバータ５とを前後に配置した方が、車両全体の重量バランスで好ましい場合がある。その場合、同図の参考提案例のように４輪駆動の場合は、インバータ５を、車体１の前後左右の中央に配置し、バッテリ６をインバータ５の後方に位置させることが、配線８の短縮による車両軽量化の面で好ましい。

図７は、他の参考提案例を示す。この参考提案例は、左右２つの前輪２_Ｆをインホイールモータ駆動輪２とし、後輪３_Ｒを従動輪３とした例である。この例では、バッテリ６を車体１の前後左右の中央に配置し、インバータ５は左右のインホイールモータ駆動輪２間に配置する。この配置とすることが、配線８の短縮による車両軽量化の面で好ましい。

なお、図４〜図７の例において、特に説明した事項の他は、第１の実施形態と同様である。

１…車体
２…インホイールモータ駆動輪
２_Ｆ…前輪
２_Ｒ…後輪
３…従動輪
４…インホイールモータ装置
５…インバータ
６…バッテリ
７…ラジエータ
８，９…配線
１０…配管

Claims (4)

1. インホイールモータ装置で駆動される駆動輪であるインホイールモータ駆動輪を車体の左右両側に有するインホイールモータ型電気自動車において、
   車体に設置される全てのインホイールモータ装置に交流電力を給電する１台のインバータを、左右のインホイールモータ装置の間に位置する左右方向位置で前記車体に設置し、前記インバータを冷却するラジエータを、前記車体の前記インバータよりも前方に設置し、かつ前記インバータを前記車体に設置されたバッテリの上方位置とし、前記インバータと各インホイールモータ装置との間の配線を、前記インバータの両側の側面のうち、接続するインホイールモータ装置が近い方の側面から引き出し、前記インバータと前記ラジエータ間の冷却媒体の配管を、前記インバータの車両前後方向の前端で接続し、前記インバータと前記バッテリとの間の配線を、前記インバータの車両前後方向の後端から引き出したインホイールモータ型電気自動車。
2. 請求項１において、インホイールモータ駆動輪を前記車体の前後に有し、前記インバータを前後のインホイールモータ駆動輪の間に位置する前後方向位置に設置したインホイールモータ型電気自動車。
3. 請求項１において、インホイールモータ駆動輪を前記車体の前後いずれか一方に有し、前記インバータを、インホイールモータ駆動輪の存在する前後方向範囲に一部または全体を設置させたインホイールモータ型電気自動車。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記バッテリを車体の前後方向の中央に配置したインホイールモータ型電気自動車。

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