JP2023053445A - 車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動装置に関し、簡素な構成で車両搭載性を改善する。【解決手段】開示の車両駆動装置１０は、モータハウジング１１，１２とギヤボックスハウジング１３とインバータケース１４とＰＮ線９とを備える。モータハウジング１１，１２は、バッテリの電力で車両の左右輪を駆動する左モータ１及び右モータ２の外装をなす。ギヤボックスハウジング１３は、モータ１，２のトルクを増幅して左右輪に伝達するギヤボックス３を内蔵し、モータハウジング１１，１２の間に挟装されるとともに、モータハウジング１１，１２に対して前後方向にオフセットして配置される。インバータケース１４は、一対の半導体モジュール６，７を内蔵し、モータハウジング１１，１２の上方に配置される。ＰＮ線９は、バッテリと半導体モジュール６，７との間を接続し、第一空間４１を通るようにインバータケース１４の下面側から接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの電力で車両の左右輪を駆動する車両駆動装置に関する。

従来、二つのモータ（電動機）で車両の左右輪を駆動する車両駆動装置が知られている。例えば、左右輪の各々に個別のモータを接続し、左右輪を互いに独立して駆動できるようにしたものが提案されている。このような車両駆動装置では、左右のモータの駆動力を相違させることで、左右輪に回転数差やトルク差を生じさせることができる。これにより、車両の旋回性能や旋回時の車体安定性が改善される（特許文献１参照）。

特開2017-184523号公報

上記のような車両駆動装置には、交流モータの回転状態を制御するためのインバータが内蔵される。車両に搭載されるバッテリの直流電力は、インバータで交流電力に変換された上で左右のモータへと供給される。また、バッテリからインバータへと供給される電気が流れるＰＮ線（給電線）は、例えばインバータの上面や後面から挿入され、インバータ内部でバスバーに対して締結固定される。それゆえ、インバータの車両前後方向についての寸法が大きくなりやすく、車両搭載性を改善しにくいという課題がある。また、車両駆動装置の周囲にサスペンション装置やその他の構造（例えば、サスペンションクロスメンバやスタビライザ等）が配置される場合には、レイアウトの制約により、インバータの上面や後面にＰＮ線を接続できないこともある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で車両搭載性を改善できるようにした車両駆動装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

開示の車両駆動装置は、バッテリの電力で車両の左右輪を駆動する左モータ及び右モータの外装をなす左右のモータハウジングと、前記左モータ及び前記右モータのトルクを増幅して前記左右輪に伝達するギヤボックスを内蔵し、前記左右のモータハウジングの間に挟装されるとともに、前記左右のモータハウジングに対して前後方向にオフセットして配置されるギヤボックスハウジングと、直流電力を交流電力に変換して前記左モータ及び前記右モータに給電する一対の半導体モジュールを内蔵し、前記左右のモータハウジングの上方に配置されるインバータケースと、前記バッテリと前記半導体モジュールとの間を接続し、前記左右のモータハウジングと前記ギヤボックスハウジングとで囲まれた前後方向に凸状の第一空間を通るように前記インバータケースの下面側から接続されるＰＮ線と、を備える。

開示の車両駆動装置によれば、簡素な構成で車両搭載性を改善できる。

実施例としての車両駆動装置の模式的な分解斜視図。 図１に示す車両駆動装置の左側面図。 図１に示す車両駆動装置の内部構造を説明するための断面図。 図１に示す車両駆動装置のインバータを説明するための斜視図。 (A)～(C)は、図４に示すインバータの三面図。 図４に示すインバータの内部構造を説明するための分解斜視図。

［１．構成］
図１～図６は、本適用例（実施形態）にかかる車両駆動装置１０の構成を説明するための図である。図中の前後，左右，上下方向は、車両駆動装置１０が搭載される車両の運転者を基準として定められる方向を表す。図１に示すように、車両駆動装置１０には、左モータ１，右モータ２，ギヤボックス３，インバータ４が設けられる。左モータ１及び右モータ２は、車両に搭載されるバッテリの電力を受けて車両の左右輪を駆動する電動機である。

左モータ１は、少なくとも左輪軸に繋がる動力伝達経路に接続される。同様に、右モータ２は、少なくとも右輪軸に繋がる動力伝達経路に接続される。左モータ１及び右モータ２は、他の駆動用モータやエンジンが搭載される電気自動車やハイブリッド自動車においては、少なくとも左右輪の駆動力や制動力を増減させることで旋回力を発生させるヨーモーメント生成源として機能する。また、他の駆動用モータが搭載されない電気自動車においては、上記の機能に加えて、車両の駆動源としての機能を併せ持つ。

左モータ１及び右モータ２は、内部にステータ，ロータ，モータ軸等の電動機要素を内蔵した構造を持つ。これらの要素は、図３に示すように、各モータ１，２の外装をなす左右のモータハウジング１１，１２（左モータハウジング１１，右モータハウジング１２）の中に収容される。ステータは、例えば絶縁鋼板を積層してなる積層鉄心にコイルを巻き付けた構造を持ち、モータハウジング１１，１２に固定される固定子である。ロータは、例えば絶縁鋼板を積層してなる積層鉄心に永久磁石を内挿した円筒状の回転子であり、ステータの中心軸と同心の状態でその内側に遊挿されて軸状のモータ軸に固定される。ステータに通電される交流電力の周波数を変更することで、ステータの内側における磁界の回転速度が変化し、ロータ及びモータ軸の角速度が変更される。モータ軸の一端は、ギヤボックス３に接続される。

ギヤボックス３は、左右のモータハウジング１１，１２の間に挟装される駆動力伝達装置である。このギヤボックス３は、外装をなすギヤボックスハウジング１３とこれに内蔵される歯車機構とを有する。歯車機構は、左モータ１及び右モータ２のトルクを増幅して左右輪に伝達する機構である。また、歯車機構には、左輪軸と右輪軸との間にトルク差を生じさせるための機構（例えば差動歯車機構や遊星歯車機構など）が含まれる。

本実施例のギヤボックスハウジング１３は、左右のモータハウジング１１，１２に対して前後方向かつ下方にオフセットして配置される。具体的に表現すれば、図２に示すように、左モータ１及び右モータ２の回転軸Ｃを基準として、側面視でギヤボックス３が車両前方かつ下方に偏った位置に配置されるように、左右のモータハウジング１１，１２とギヤボックスハウジング１３との位置関係が設定される。このようなレイアウトにより、左右のモータハウジング１１，１２の間には、前後方向かつ下方にへこんだ盆地状の凹部８が形成される。図３に示すように、本実施例の車両駆動装置１０では、この凹部８を利用して凹部８の内側にインバータ４が配設される。

インバータ４は、直流回路の電力（直流電力）とモータ１，２側の交流回路の電力（交流電力）とを相互に変換する変換器（DC-ACインバータ）である。このインバータ４は、直流電力を交流電力に変換して左モータ１と右モータ２との双方に給電する機能を持つ。インバータ４の外装をなすインバータケース１４の内部には、コンデンサ５と一対の半導体モジュール６，７（左半導体モジュール６及び右半導体モジュール７）とが設けられる。インバータケース１４は、左右のモータハウジング１１，１２の上方（左右のモータハウジング１１，１２とギヤボックスハウジング１３とで囲まれた凹部８）に配置され、左右のモータハウジング１１，１２に対して固定される。また、インバータケース１４は、コンデンサ５や半導体モジュール６，７の上面側を覆う形状のインバータ上ケース１５と、下面側を覆う形状のインバータ下ケース１６とを組み合わせて形成される。

ここで、凹部８のうち、側面側から見てモータハウジング１１，１２に対して前後方向に隣接する空間を第一空間４１と呼ぶ。また、左右のモータハウジング１１，１２とギヤボックスハウジング１３とで囲まれる空間のうち、側面側から見てモータハウジング１１，１２の上方に隣接する空間を第二空間４２と呼ぶ。これらの第一空間４１及び第二空間４２を、図２中に二点鎖線で示す。第一空間４１は、その前面側または後面側が前後方向に突出した形状（凸状）に形成される。また、第二空間４２は、その下面側が下方に突出した形状（凸状）に形成される。インバータケース１４は、第二空間４２に配置される。

コンデンサ５は、モータ１，２に供給される電力を平滑化するための電子部品である。電流制御型のインバータにおいては、半導体モジュール６，７で変換された交流電力の給電ラインにコンデンサ５が介装される。また、電圧制御型のインバータにおいては、直流電力の入力側にコンデンサ５が介装される。コンデンサ５は、言わば一種のフィルターとして機能して、モータ１，２に供給される電流を安定させる役割を担う。

半導体モジュール６，７は、基板（電子回路用基板）上に複数のスイッチング素子やダイオードなどを含む三相ブリッジ回路を形成してなるパワーモジュールである。各スイッチング素子の接続状態を断続的に切り替えることで、直流電力が三相の交流電力に変換される。スイッチング素子には、サイリスタ，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），パワーMOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体素子が用いられる。一方の半導体モジュール６で生成された交流電力は左モータ１に給電され、他方の半導体モジュール７で生成された交流電力は右モータ２に給電される。

図１，図２に示すように、インバータ上ケース１５の中央部（前後方向の中央）には、上方に向かって膨出した形状の第一膨出部３１が形成される。コンデンサ５は、第一膨出部３１の下方側の内側に取り付けられ、インバータ上ケース１５から吊り下げられた状態になるように固定される。また、第一膨出部３１よりも車両後方には第二膨出部３２が設けられ、第一膨出部３１よりも車両前方には第三膨出部３３が設けられる。半導体モジュール６，７についても、コンデンサ５と同様に、膨出部３２，３３の下方側の内側に取り付けられ、インバータ上ケース１５から吊り下げられた状態になるように固定される。

図２，図４に示すように、バッテリと半導体モジュール６，７との間を接続する給電用のＰＮ線９は、第一空間４１を通るようにインバータケース１４の下面側から接続される。このＰＮ線９とインバータケース１４との接続箇所は、ギヤボックスハウジング１３の後方であって左右のモータハウジング１１，１２に挟まれた空間に配置される。ＰＮ線９は、インバータケース１４の下面側に接続されるとともに、左右のモータハウジング１１，１２を基準としてギヤボックスハウジング１３とは前後方向に反対側となる位置を通って下方に向けて配索される。

本実施例では、図２に示すように、ジャンクションボックス３０から延出したＰＮ線９が、サスペンションクロスメンバ２９（サスクロス構造部材）を避けて配索される。ジャンクションボックス３０は、バッテリからの電力を中継してＰＮ線９を介して半導体モジュール６，７に供給する装置であり、インバータケース１４よりも後方に配置される。ＰＮ線９は、インバータケース１４の後方の下面側に接続され、ジャンクションボックス３０に接続される。

サスペンションクロスメンバ２９は、サスペンションを介して車両の左右輪を支持する部材である。ギヤボックスハウジング１３及び左右のモータハウジング１１，１２は、サスペンションクロスメンバ２９の上方に取り付けられる。また、ＰＮ線９は、サスペンションクロスメンバ２９の下端部よりも上方を通過するように配索される。このように、インバータケース１４の下面側にＰＮ線９を接続することで、凹部８のスペースが有効活用され、車両駆動装置１０の全体形状がコンパクトになる。また、車両後方の一方向からＰＮ線９の組付けを実施できることから、ＰＮ線９の接続にかかる作業性が大幅に改善される。

図５(A)～(C)はインバータ４の内部構造を示す三面図であり、図６はインバータ下ケース１６が取り外されたインバータ４を下方から斜め上方に見上げた状態を示す分解斜視図である。インバータケース１４の中には、フェライトコア１７と樹脂プレート１８と複数のバスバー２０とコントロール基板２５と樹脂部材２６とが設けられる。フェライトコア１７は、インバータ４のノイズ対策として用いられる部品であり、環状（ドーナツ型）に形成されたセラミックの磁性体である。図５(B)，(C)に示すように、フェライトコア１７は左半導体モジュール６の下方に配置される。

樹脂プレート１８は、フェライトコア１７と左半導体モジュール６との間に配置される樹脂製の板状部材であり、インバータ上ケース１５に対して吊り下げ固定される。この樹脂プレート１８には、フェライトコア１７の孔に対応する大きさの開口部１９が設けられる。また、樹脂プレート１８の内部には、ノイズの伝播を抑制する磁性シートで形成されたシールド層が設けられる。これにより、例えば左半導体モジュール６で発生した電磁波が樹脂プレート１８の下方側へと波及しにくくなり、コントロール基板２５への電磁干渉が抑制される。なお、コントロール基板２５は、半導体モジュール６，７の制御基板である。

バスバー２０は、大電流を効率よく伝えるための導体棒であり、棒状や板状の金属を配設位置に適合するように屈曲させた形状に形成される。このバスバー２０は、フェライトコア１７及び開口部１９の内部を通るように配索される。バスバー２０の一端は、図５(C)に示すように、下面視においてフェライトコア１７を避けた位置でＰＮ線９に接続される。また、バスバー２０の他端は、半導体モジュール６，７に接続される。

樹脂部材２６は、フェライトコア１７とバスバー２０と半導体モジュール６，７のコントロール基板２５とを保持する樹脂製の部材である。図６に示すように、フェライトコア１７の直下方に位置する箱状部３４は他の部分よりも下方にへこんだ形状であり、フェライトコア１７の前後に段差が形成される。この段差を利用して、コントロール基板２５がフェライトコア１７の前方で樹脂部材２６の下方に吊り下げ固定される。コントロール基板２５は、樹脂部材２６の板面のうち、半導体モジュール６，７が位置する上面側とは反対側の下面側に配置される。また、樹脂部材２６の内部には、樹脂プレート１８と同様に、ノイズの伝播を抑制する磁性シートで形成されたシールド層が設けられる。これにより、コントロール基板２５への電磁干渉がさらに抑制される。

箱状部３４の下面には、フェライトコア１７の孔に対応する大きさの貫通孔２７が設けられる。この貫通孔２７を通って、バスバー２０がフェライトコア１７や開口部１９の内部を貫通するように設けられる。また、箱状部３４における車両前方側の側面には、作業孔２８が設けられる。作業孔２８は、バスバー２０と左半導体モジュール６との接続箇所に設けられる締結具を締め付ける際に、工具を挿入するための開口部である。

図６中に示すバスバー２０には、第一バスバー２１，第二バスバー２２，第三バスバー２３，第四バスバー２４が一対ずつ含まれている。第一バスバー２１は、締結具を介してＰＮ線９に接続され、箱状部３４の下面と後方側面とに沿って配索される。第二バスバー２２は、箱状部３４の下面側において第一バスバー２１に接続されるとともに、フェライトコア１７の孔を通って左半導体モジュール６に接続される。左半導体モジュール６は、第一バスバー２１及び第二バスバー２２を介してＰＮ線９に接続され、バッテリの電力を供給される。

第三バスバー２３は、一端が左半導体モジュール６に対して締結具を介して共締めされるとともに、他端がコンデンサ５に接続される。第四バスバー２４は、一端が右半導体モジュール７に接続され、他端がコンデンサ５に接続される。コンデンサ５の内部では、第三バスバー２３と第四バスバー２４とが電気的に接続される。右半導体モジュール７は、バスバー２１～２４だけでなくコンデンサ５を介してＰＮ線９に接続され、バッテリの電力を供給される。

［２．作用，効果］
（１）上記の車両駆動装置１０では、図２に示すように、ジャンクションボックス３０から延びるＰＮ線９が第一空間４１を通るようにインバータケース１４の下面側から接続される。このような構造により、例えばインバータケース１４の上面や後面にＰＮ線９が接続される構造と比較して、インバータ４の前後方向の寸法や上下方向の寸法を短縮することができ、インバータ４の全体形状をコンパクトにすることができる。また、凹部８のうち、ギヤボックスハウジング１３よりも後方側のスペースを有効活用することができるため、車両駆動装置１０を小型化することができる。加えて、ＰＮ線９の周囲が左右のモータハウジング１１，１２とギヤボックスハウジング１３とで囲まれるため、ＰＮ線９の保護性を高めることができる。さらに、車両後方の一方向からＰＮ線９の組付けを実施できることから、ＰＮ線９の接続にかかる作業性を大幅に改善することができる。したがって、上記の車両駆動装置１０によれば、簡素な構成で車両搭載性を改善することができる。

（２）上記の車両駆動装置１０では、図２に示すように、ギヤボックスハウジング１３が左右のモータハウジング１１，１２に対して下方にオフセットして配置される。また、インバータケース１４は、下方に凸状の第二空間４２に配置される。これにより、車両駆動装置１０の上下方向の寸法を小さくできる。また、インバータケース１４の下面側に接続されるＰＮ線９は、左右のモータハウジング１１，１２を基準としてギヤボックスハウジング１３とは前後方向に反対側となる位置を通って下方に向けて配索される。これにより、効率的にデッドスペース（図２中の後方下側の空間）を利用でき、車両駆動装置１０を小型化することができる。

（３）上記の車両駆動装置１０では、ＰＮ線９がサスペンションクロスメンバ２９の下端部よりも上方を通るように配索される。このような構成により、サスペンション機能を阻害することなくＰＮ線９を配索できるとともに、ＰＮ線９の周囲をサスペンションクロスメンバ２９で保護することができる。
（４）上記の車両駆動装置１０では、ＰＮ線９がインバータケース１４の後方の下面側に接続され、ジャンクションボックス３０に接続される。ジャンクションボックス３０は、インバータケース１４よりも後方の比較的近い位置に配置される。このような構成により、ＰＮ線９と周囲の構造体との干渉を避けつつ、ＰＮ線９の配索レイアウトをシンプルにすることができ、ＰＮ線９の接続にかかる作業性を改善することができる。

（５）上記の車両駆動装置１０では、図５(C)に示すように、フェライトコア１７を避けた位置でＰＮ線９がインバータケース１４に接続される。これにより、側面視においてフェライトコア１７と同程度の高さとなる位置で、ＰＮ線９とバスバー２０とを接続することができるようになり、ＰＮ線９を全体的に上方へ移動させることができる。例えば、図２に示すように、車両駆動装置１０の下方に干渉物（サスペンションクロスメンバ２９）が存在する場合であっても、無理なくＰＮ線９を配索することができる。したがって、ＰＮ線９や車両駆動装置１０やその周辺に配置される各種装置（例えばサスペンションクロスメンバ２９やジャンクションボックス３０等）に関する、レイアウトの自由度を高めることができる。

［３．変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。

例えば、上述の実施例ではモータ１，２の回転軸Ｃを基準として、側面視でギヤボックス３が車両前方かつ下方に偏った位置に配置された車両駆動装置１０を例示したが、ギヤボックス３を車両後方かつ下方にオフセットさせてもよい。少なくとも、ギヤボックスハウジング１３を左右のモータハウジング１１，１２に対して下方にオフセットさせることで、凹部８を利用したインバータケース１４の配置が容易となり、その下面側にＰＮ線９を接続しやすくなる。したがって、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得することができる。

１，２ モータ
３ ギヤボックス
４ インバータ
５ コンデンサ
６，７ 半導体モジュール
８ 凹部
９ ＰＮ線
１０ 車両駆動装置
１１，１２ モータハウジング
１３ ギヤボックスハウジング
１４ インバータケース
１５ インバータ上ケース
１６ インバータ下ケース
１７ フェライトコア
１８ 樹脂プレート
１９ 開口部
２０ バスバー
２１ 第一バスバー
２２ 第二バスバー
２３ 第三バスバー
２４ 第四バスバー
２５ コントロール基板
２６ 樹脂部材
２７ 貫通孔
２８ 作業孔
２９ サスペンションクロスメンバ
３０ ジャンクションボックス
３１ 第一膨出部
３２ 第二膨出部
３３ 第三膨出部
３４ 箱状部
４１ 第一空間
４２ 第二空間

Claims (5)

1. バッテリの電力で車両の左右輪を駆動する左モータ及び右モータの外装をなす左右のモータハウジングと、
   前記左モータ及び前記右モータのトルクを増幅して前記左右輪に伝達するギヤボックスを内蔵し、前記左右のモータハウジングの間に挟装されるとともに、前記左右のモータハウジングに対して前後方向にオフセットして配置されるギヤボックスハウジングと、
   直流電力を交流電力に変換して前記左モータ及び前記右モータに給電する一対の半導体モジュールを内蔵し、前記左右のモータハウジングの上方に配置されるインバータケースと、
   前記バッテリと前記半導体モジュールとの間を接続し、前記左右のモータハウジングと前記ギヤボックスハウジングとで囲まれた前後方向に凸状の第一空間を通るように前記インバータケースの下面側から接続されるＰＮ線と、
   を備えることを特徴とする、車両駆動装置。
2. 前記ギヤボックスハウジングは、前記左右のモータハウジングに対して下方にオフセットして配置され、
   前記インバータケースは、前記左右のモータハウジングと前記ギヤボックスハウジングとで囲まれた下方に凸状の第二空間に配置され、
   前記ＰＮ線は、前記インバータケースの下面側に接続されるとともに、前記左右のモータハウジングを基準として前記ギヤボックスハウジングとは前後方向に反対側となる位置を通って下方に向けて配索される
   ことを特徴とする、請求項１記載の車両駆動装置。
3. サスペンションを介して前記車両の左右輪を支持するとともに、前記ギヤボックスハウジング及び前記左右のモータハウジングが上方に取り付けられるサスペンションクロスメンバを備え、
   前記ＰＮ線は、前記サスペンションクロスメンバの下端部よりも上方を通るように配索される
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両駆動装置。
4. 前記インバータケースよりも後方に配置され、前記バッテリからの電力を中継して前記ＰＮ線を介して前記半導体モジュールに供給するジャンクションボックスを備え、
   前記ギヤボックスハウジングは、前記左右のモータハウジングに対して前方かつ下方にオフセットして配置され、
   前記ＰＮ線は、前記インバータケースの後方の下面側に接続され、前記ジャンクションボックスに接続される
   ことを特徴とする請求項２または３記載の車両駆動装置。
5. 前記インバータケースが、前記半導体モジュールの下方に環状に形成されるフェライトコアを内蔵し、
   前記ＰＮ線は、下面視において前記フェライトコアを避けた位置に接続される
   ことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両駆動装置。
   

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