インホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法
【課題】 モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得るインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法を提供する。
【解決手段】 このインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有する。モータ６の端子台６ａ付近に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設け、水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定状態になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段９５を設けた。
【解決手段】 このインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有する。モータ６の端子台６ａ付近に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設け、水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定状態になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段９５を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電気自動車等の駆動輪に用いられるインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータの故障は重大な影響を与える。特に、インホイールモータ駆動装置では、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受、減速機、およびモータは、材料使用量の削減、モータの高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。
インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インホイールモータ駆動装置では、モータが車輪付近にあって路面環境に曝され、またそのためモータが水没してしまうおそれがある。
バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、ネオジウム系磁石を使った高効率性能を有するＩＰＭ型の同期モータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。この同期モータは、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータ内での発電現象によるブレーキ力が生じる。特に、車両が高速走行している場合には、モータは高速回転状態にあり、その状況下でモータコイルの短絡異常が起こった場合には、走行上問題がある。
さらに、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータの回転により常時ブレーキがかかる状態となるため、外部車両による牽引による車両移動も容易にできないといった問題もある。
さらには、モータ６を駆動するインバータ装置２２のパワー回路部２９を破損させる可能性もある。
【０００５】
この発明の目的は、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得るインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有するインホイールモータ駆動装置において、前記モータ６の端子台６ａ付近に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けたことを特徴とする。
【０００７】
インホイールモータ駆動装置８におけるモータ６は、車輪付近にあり路面環境に曝される。この構成によると、モータ６の端子台６ａ付近に設けた水分検出手段Ｓｋは、常時、モータ６内つまりモータハウジング７２内の水分を検出する。インホイールモータ駆動装置８は、この水分の検出信号に基づいて、例えば、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。水分検出手段Ｓｋが水分を検出すると、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。これにより、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。また、モータ６内の配線は、被覆を有しているが、端子台６ａの付近では、接続のために露出していることがあり、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、端子台６ａの付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
【０００８】
前記端子台６ａは複数の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されていても良い。このような箇所に設置される複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
【０００９】
前記水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定した閾値を超える状態になったか否かを監視し、閾値を超える状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段９５を有するものであっても良い。水分検出手段Ｓｋによる検出信号が設定した閾値を超える状態になった場合、車輪付近に設置されるモータ６が短絡し易い状態になっていると推定される。そのため、水分検出対応制御手段９５は、閾値を超える状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【００１０】
車両に搭載されるバッテリ１９の直流電流を前記モータ６の駆動に用いる交流電流に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有するインバータ装置２２に、水分検出対応制御手段９５を設けたものとしても良い。水分検出対応制御手段９５をインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
前記水分検出対応制御手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。
【００１１】
前記水分検出手段Ｓｋは、導通センサまたは電気化学センサであっても良い。
前記モータ６はネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであっても良い。オジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータは高効率性能を有するため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータを用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を未然に防止することができるので、モータ内の発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【００１２】
前記減速機７は、サイクロイド型の高減速比を有するものであっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、インホイールモータ駆動装置８のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１３】
この発明のモータの制御方法は、車輪２をモータ６により駆動する電気自動車の前記モータ６の制御方法であって、前記モータ６のハウジング７２内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程を有する。このようにモータ６のハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断することで、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のインホイールモータ駆動装置は、車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置において、前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けたため、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
この発明のモータの制御方法は、車輪をモータにより駆動する電気自動車の前記モータの制御方法であって、前記モータのハウジング内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程を有するため、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置に水分検出対応制御手段を設けた概念構成のブロック図である。
【図３】（Ａ）は同インホイールモータ駆動装置の破断正面図、（Ｂ）は同インホイールモータ駆動装置のモータの端子台付近の断面図、（Ｃ）は、水分検出手段の一例を示す正面図である。
【図４】図３（Ａ）のIV-IV 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図５】図３（Ａ）のＶ−Ｖ線断面となる減速機部分の断面図である。
【図６】図５の部分拡大断面図である。
【図７】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。
【図８】同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を図１ないし図６と共に説明する。以下の説明はモータの制御方法についての説明をも含む。このインホイールモータ駆動装置は電気自動車に搭載される。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。このインホイールモータ駆動装置８は、後述する水分検出手段と、水分検出対応制御手段とを有する。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
図３（Ａ）に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図３（Ａ））の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１９】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２０】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２１】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２２】
モータ６は、円筒状のハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、前記モータ６の端子台６ａの内部に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けている。前記モータ６内とは、図３（Ｂ）に示すように、モータ６のハウジング７２内の空間である。またモータ６内の配線は被覆を有しているが、端子台６ａ付近では、配線や接続端子から成る導電路１００が露出している。したがって導電路１００が露出した端子台６ａの付近では、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、ハウジング７２内の端子台６ａの付近に、水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
水分検出手段Ｓｋとして、例えば、導通センサまたは電気化学センサ等が適用される。図３（Ｃ）に示すように、前記導通センサは、２個の端子Ｓｋ１，Ｓｋ２を有し、これらの端子Ｓｋ１，Ｓｋ２がいずれも水に浸った状態で導通する構造のセンサである。電気化学センサとしては、例えば、複数個の電極を有し、各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づく測定データから水分を検出するセンサが適用される。この水分検出手段Ｓｋは、後述の水分検出対応制御手段９５に電気的に接続されている。図３（Ｂ）に示すように、端子台６ａは複数（この例では３つ）の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されている。これら複数の端子９６は、モータ６内の各相の配線とモータ６外の配線とを接続する端子であって、モータ６内の配線と接続されており、モータ６外の配線の端部に設けられた配線側の端子１０１を、ねじ止めするものであっても、差込み接続するものであっても良い。複数の端子９６は、ハウジング７２内における油が掛からない箇所に設置される。このようなハウジング７２内の箇所に設置される複数の端子６ａ付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出し得る。
【００２４】
図４は、モータの断面図（図３（Ａ）のIV-IV 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２５】
図３に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
【００２６】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図５のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２７】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２８】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２９】
図６に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００３０】
図３において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３１】
図１において、制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３２】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３３】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示装置２７に表示を行う機能などを有する。表示装置２７は、液晶表示装置等の画像を表示可能なものである。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３４】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３５】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ駆動装置８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３６】
図２は、インバータ装置に水分検出対応制御手段を設けた概念構成のブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３７】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３８】
この実施形態では、インバータ装置２２における上記構成のモータコントロール部２９に、水分検出対応制御手段９５および異常報告手段４１を設けている。ＥＣＵ２１には異常表示手段４２を設けている。水分検出対応制御手段９５は、水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定した閾値を超える状態になったか否かを監視する判定部３９と、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する制御部４０とを有する。
【００３９】
水分検出手段Ｓｋとして前記導通センサが適用される場合、モータ電流が流れている状態で導通センサの２個の端子がいずれも浸水すると導通し、導通センサは判定部３９に検出信号を送る。判定部３９は、例えば、この検出信号があったか、または定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視する。導通センサが定められた時間を超えて導通する、または定められた時間内における検出信号の回数が所定回数以上となった場合、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。なお、このモータ６を水没させる試験を予め行い、ハウジング７２内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生した限界時間を複数サンプル調査する。これらの限界時間よりも短い、つまり余裕を持たせた時間を前記定められた時間とする。
【００４０】
水分検出手段Ｓｋとして前記電気化学センサが適用される場合、電気化学センサは、モータ電流が流れている状態で各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づくデータつまり検出信号を得る。検出信号は例えば電圧値によって表される。判定部３９は、この検出信号があったか、または検出信号が閾値を超えるか否かを監視する。この場合にも、モータを水没させる試験を予め行い、ハウジング内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生したときの、電気化学センサの電圧値を複数サンプル調査する。これらの電圧値よりも低い電圧値を、前記閾値とする。なお、この電気化学センサについて、前記導通センサの場合と同様に、判定部３９は、例えば、電気化学センサからの検出信号が定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視するようにしても良い。
【００４１】
判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流に制限を与える。つまりインバータ装置２２の出力に制限を与える。これと共に、異常報告手段４１がＥＣＵ２１に異常の報告を行い、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行う。ＥＣＵ２１は、この他に、制御部４０によるインバータ装置２２の出力に制限に対応した制御を行う。なお、導通センサまたは電気化学センサから、判定部３９に検出信号が送られたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流に制限を与えるようにしても良い。
判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流を「０」Ａとする、つまりモータ電流を遮断するようにしても良い。
【００４２】
このように水分検出対応制御手段９５は、水分検出手段Ｓｋによる検出信号に基づいて、モータ電流に制限を与えるか、またはモータ電流を遮断するため、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。モータ電流を遮断した場合、モータ６の回転を早期に止めることでモータコイル７８が焼付き等に至ることを未然に防止できる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
【００４３】
水分検出対応制御手段９５をインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた高効率性能を有する埋込磁石型同期モータであるため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。
異常報告手段４１はＥＣＵ２１に異常の報告を行い、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行うため、運転者は、その異常を直ぐに認識することができて、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
【００４４】
減速機７は、サイクロイド型の１／６以上の高減速比（より具体的には１／１０以上の高減速比）を有するものであるため、モータ６の小型化を図り、インホイールモータ駆動装置８のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、前記のように水分検出手段Ｓｋによる検出信号に基づきモータコイル７８に短絡異常が起こることを、未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４５】
この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００４６】
図７は、他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図であり、図８は、同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。この例においては、インバータ３１は、図８に示すように、スイッチングトランジスタ等の各駆動素子９７に接続された各相の内部配線と出力端子９８との間に、例えば、電磁接触器または電磁開閉器からなる開閉スイッチ９９が設けられる。図７および図８に示すように、前記制御部４０が各開閉スイッチ９９に電気的に接続されている。
【００４７】
モータ電流が流れている通常状態において、制御部４０は、各開閉スイッチ９９を開状態に制御している。判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、各開閉スイッチ９９を閉状態に切換えるようになっている。これによりモータ電流が遮断される。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【００４８】
図９に示すように、水分検出対応制御手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。この場合に、図９（Ａ）に示すように、制御部４０が、モータ駆動制御部３３に電気的に接続され、インバータ装置２２の出力に制限を与えるようにしても良い。また、図９（Ｂ）に示すように、制御部４０が、パワー回路部２８におけるインバータ３１の各電磁接触器９９（図８参照）に電気的に接続され、各電磁接触器９９の開閉位置を切換え制御するようにしても良い。
このインホイールモータ駆動装置は、電気自動車だけでなく燃料電池車、ハイブリッド車にも適応することができる。
【符号の説明】
【００４９】
４，５…車輪用軸受
６…モータ
６ａ…端子台
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
７２…ハウジング
９５…水分検出対応制御手段
Ｓｋ…水分検出手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電気自動車等の駆動輪に用いられるインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータの故障は重大な影響を与える。特に、インホイールモータ駆動装置では、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受、減速機、およびモータは、材料使用量の削減、モータの高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。
インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インホイールモータ駆動装置では、モータが車輪付近にあって路面環境に曝され、またそのためモータが水没してしまうおそれがある。
バッテリ駆動の電気自動車駆動装置では、限られたバッテリ容量下で航続距離を向上させるため、ネオジウム系磁石を使った高効率性能を有するＩＰＭ型の同期モータ（埋込磁石型同期モータ）が利用される。この同期モータは、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータ内での発電現象によるブレーキ力が生じる。特に、車両が高速走行している場合には、モータは高速回転状態にあり、その状況下でモータコイルの短絡異常が起こった場合には、走行上問題がある。
さらに、モータコイルの短絡異常が発生すると、モータの回転により常時ブレーキがかかる状態となるため、外部車両による牽引による車両移動も容易にできないといった問題もある。
さらには、モータ６を駆動するインバータ装置２２のパワー回路部２９を破損させる可能性もある。
【０００５】
この発明の目的は、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避し得るインホイールモータ駆動装置およびモータの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有するインホイールモータ駆動装置において、前記モータ６の端子台６ａ付近に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けたことを特徴とする。
【０００７】
インホイールモータ駆動装置８におけるモータ６は、車輪付近にあり路面環境に曝される。この構成によると、モータ６の端子台６ａ付近に設けた水分検出手段Ｓｋは、常時、モータ６内つまりモータハウジング７２内の水分を検出する。インホイールモータ駆動装置８は、この水分の検出信号に基づいて、例えば、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。水分検出手段Ｓｋが水分を検出すると、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。これにより、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。また、モータ６内の配線は、被覆を有しているが、端子台６ａの付近では、接続のために露出していることがあり、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、端子台６ａの付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
【０００８】
前記端子台６ａは複数の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されていても良い。このような箇所に設置される複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
【０００９】
前記水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定した閾値を超える状態になったか否かを監視し、閾値を超える状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段９５を有するものであっても良い。水分検出手段Ｓｋによる検出信号が設定した閾値を超える状態になった場合、車輪付近に設置されるモータ６が短絡し易い状態になっていると推定される。そのため、水分検出対応制御手段９５は、閾値を超える状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【００１０】
車両に搭載されるバッテリ１９の直流電流を前記モータ６の駆動に用いる交流電流に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有するインバータ装置２２に、水分検出対応制御手段９５を設けたものとしても良い。水分検出対応制御手段９５をインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
前記水分検出対応制御手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。
【００１１】
前記水分検出手段Ｓｋは、導通センサまたは電気化学センサであっても良い。
前記モータ６はネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであっても良い。オジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータは高効率性能を有するため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。また、埋込磁石型同期モータを用いる場合に、モータコイル７８の短絡異常を未然に防止することができるので、モータ内の発電現象によるブレーキ力が生じることを回避し得る。
【００１２】
前記減速機７は、サイクロイド型の高減速比を有するものであっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、インホイールモータ駆動装置８のコンパクト化を図ることができる。しかし、高い減速比を有する減速機を利用すると、コンパクト化が図られる半面、減速比を高くした分、モータ６の回転トルクは拡大してタイヤ２に伝達されるため、モータコイル７８の短絡異常による急ブレーキ状態を未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００１３】
この発明のモータの制御方法は、車輪２をモータ６により駆動する電気自動車の前記モータ６の制御方法であって、前記モータ６のハウジング７２内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程を有する。このようにモータ６のハウジング７２内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断することで、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のインホイールモータ駆動装置は、車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置において、前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けたため、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
この発明のモータの制御方法は、車輪をモータにより駆動する電気自動車の前記モータの制御方法であって、前記モータのハウジング内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、前記過程で前記ハウジング内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程を有するため、モータの水分による短絡異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
【図２】同電気自動車のインバータ装置に水分検出対応制御手段を設けた概念構成のブロック図である。
【図３】（Ａ）は同インホイールモータ駆動装置の破断正面図、（Ｂ）は同インホイールモータ駆動装置のモータの端子台付近の断面図、（Ｃ）は、水分検出手段の一例を示す正面図である。
【図４】図３（Ａ）のIV-IV 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図５】図３（Ａ）のＶ−Ｖ線断面となる減速機部分の断面図である。
【図６】図５の部分拡大断面図である。
【図７】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。
【図８】同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を図１ないし図６と共に説明する。以下の説明はモータの制御方法についての説明をも含む。このインホイールモータ駆動装置は電気自動車に搭載される。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。このインホイールモータ駆動装置８は、後述する水分検出手段と、水分検出対応制御手段とを有する。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
図３（Ａ）に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図３（Ａ））の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１９】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００２０】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００２１】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００２２】
モータ６は、円筒状のハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、前記モータ６の端子台６ａの内部に、モータ６内の水分を検出する水分検出手段Ｓｋを設けている。前記モータ６内とは、図３（Ｂ）に示すように、モータ６のハウジング７２内の空間である。またモータ６内の配線は被覆を有しているが、端子台６ａ付近では、配線や接続端子から成る導電路１００が露出している。したがって導電路１００が露出した端子台６ａの付近では、モータ６内に水分が浸入した際に短絡が生じ易い。そのため、ハウジング７２内の端子台６ａの付近に、水分検出手段Ｓｋを設けることで、効果的に短絡異常を検出することができる。
水分検出手段Ｓｋとして、例えば、導通センサまたは電気化学センサ等が適用される。図３（Ｃ）に示すように、前記導通センサは、２個の端子Ｓｋ１，Ｓｋ２を有し、これらの端子Ｓｋ１，Ｓｋ２がいずれも水に浸った状態で導通する構造のセンサである。電気化学センサとしては、例えば、複数個の電極を有し、各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づく測定データから水分を検出するセンサが適用される。この水分検出手段Ｓｋは、後述の水分検出対応制御手段９５に電気的に接続されている。図３（Ｂ）に示すように、端子台６ａは複数（この例では３つ）の端子９６を有し、これら端子９６がモータ６のハウジング７２内に収容されている。これら複数の端子９６は、モータ６内の各相の配線とモータ６外の配線とを接続する端子であって、モータ６内の配線と接続されており、モータ６外の配線の端部に設けられた配線側の端子１０１を、ねじ止めするものであっても、差込み接続するものであっても良い。複数の端子９６は、ハウジング７２内における油が掛からない箇所に設置される。このようなハウジング７２内の箇所に設置される複数の端子６ａ付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出し得る。
【００２４】
図４は、モータの断面図（図３（Ａ）のIV-IV 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００２５】
図３に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
【００２６】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図５のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００２７】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２８】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００２９】
図６に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００３０】
図３において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【００３１】
図１において、制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。
【００３２】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００３３】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示装置２７に表示を行う機能などを有する。表示装置２７は、液晶表示装置等の画像を表示可能なものである。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００３４】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００３５】
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ駆動装置８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００３６】
図２は、インバータ装置に水分検出対応制御手段を設けた概念構成のブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００３７】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００３８】
この実施形態では、インバータ装置２２における上記構成のモータコントロール部２９に、水分検出対応制御手段９５および異常報告手段４１を設けている。ＥＣＵ２１には異常表示手段４２を設けている。水分検出対応制御手段９５は、水分検出手段Ｓｋによる水分の検出信号が設定した閾値を超える状態になったか否かを監視する判定部３９と、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する制御部４０とを有する。
【００３９】
水分検出手段Ｓｋとして前記導通センサが適用される場合、モータ電流が流れている状態で導通センサの２個の端子がいずれも浸水すると導通し、導通センサは判定部３９に検出信号を送る。判定部３９は、例えば、この検出信号があったか、または定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視する。導通センサが定められた時間を超えて導通する、または定められた時間内における検出信号の回数が所定回数以上となった場合、モータ６の配線が短絡し易い状態になったと推定されるからである。なお、このモータ６を水没させる試験を予め行い、ハウジング７２内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生した限界時間を複数サンプル調査する。これらの限界時間よりも短い、つまり余裕を持たせた時間を前記定められた時間とする。
【００４０】
水分検出手段Ｓｋとして前記電気化学センサが適用される場合、電気化学センサは、モータ電流が流れている状態で各電極間に生じる電気化学的電流ノイズに基づくデータつまり検出信号を得る。検出信号は例えば電圧値によって表される。判定部３９は、この検出信号があったか、または検出信号が閾値を超えるか否かを監視する。この場合にも、モータを水没させる試験を予め行い、ハウジング内への浸水の影響によりモータコイルの短絡異常が発生したときの、電気化学センサの電圧値を複数サンプル調査する。これらの電圧値よりも低い電圧値を、前記閾値とする。なお、この電気化学センサについて、前記導通センサの場合と同様に、判定部３９は、例えば、電気化学センサからの検出信号が定められた時間続いて検出されるか否か、または定められた時間内における検出信号の回数を監視するようにしても良い。
【００４１】
判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流に制限を与える。つまりインバータ装置２２の出力に制限を与える。これと共に、異常報告手段４１がＥＣＵ２１に異常の報告を行い、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行う。ＥＣＵ２１は、この他に、制御部４０によるインバータ装置２２の出力に制限に対応した制御を行う。なお、導通センサまたは電気化学センサから、判定部３９に検出信号が送られたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流に制限を与えるようにしても良い。
判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、モータ６に流すモータ電流を「０」Ａとする、つまりモータ電流を遮断するようにしても良い。
【００４２】
このように水分検出対応制御手段９５は、水分検出手段Ｓｋによる検出信号に基づいて、モータ電流に制限を与えるか、またはモータ電流を遮断するため、モータ６について例えば高速回転状態で短絡異常が起こることを、未然に防止することができる。モータ電流を遮断した場合、モータ６の回転を早期に止めることでモータコイル７８が焼付き等に至ることを未然に防止できる。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。複数の端子付近に水分検出手段Ｓｋを設けることで、前記通電路１００の露出部分の空間内の水分を正確に検出することができ、短絡を招く水分を確実に検出できると共に、誤検出を防ぐことが可能となる。
【００４３】
水分検出対応制御手段９５をインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。前記モータ６がネオジウム系の永久磁石を用いた高効率性能を有する埋込磁石型同期モータであるため、限られたバッテリ容量下で車両の航続距離を向上させることができる。
異常報告手段４１はＥＣＵ２１に異常の報告を行い、その異常の報告により、ＥＣＵ２１の異常表示手段４２が運転席の表示装置２７に異常の表示を行うため、運転者は、その異常を直ぐに認識することができて、車両の停止や徐行、修理工場への走行など、運転者により迅速に適切な処置を行うことができる。
【００４４】
減速機７は、サイクロイド型の１／６以上の高減速比（より具体的には１／１０以上の高減速比）を有するものであるため、モータ６の小型化を図り、インホイールモータ駆動装置８のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のとき、前記のように水分検出手段Ｓｋによる検出信号に基づきモータコイル７８に短絡異常が起こることを、未然に防止することができるので、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。
【００４５】
この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００４６】
図７は、他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置における制御系の概念構成のブロック図であり、図８は、同インホイールモータ駆動装置におけるモータ駆動装置の回路構成例を示す概略図である。この例においては、インバータ３１は、図８に示すように、スイッチングトランジスタ等の各駆動素子９７に接続された各相の内部配線と出力端子９８との間に、例えば、電磁接触器または電磁開閉器からなる開閉スイッチ９９が設けられる。図７および図８に示すように、前記制御部４０が各開閉スイッチ９９に電気的に接続されている。
【００４７】
モータ電流が流れている通常状態において、制御部４０は、各開閉スイッチ９９を開状態に制御している。判定部３９により検出信号が設定状態になったと判定されたとき、制御部４０は、各開閉スイッチ９９を閉状態に切換えるようになっている。これによりモータ電流が遮断される。したがって、車両が急激に走行不能に陥ることを回避することができる。このようにモータ６の異常を早期に検知し、車両走行上の問題を回避することができる。
【００４８】
図９に示すように、水分検出対応制御手段９５を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１に設けても良い。この場合に、図９（Ａ）に示すように、制御部４０が、モータ駆動制御部３３に電気的に接続され、インバータ装置２２の出力に制限を与えるようにしても良い。また、図９（Ｂ）に示すように、制御部４０が、パワー回路部２８におけるインバータ３１の各電磁接触器９９（図８参照）に電気的に接続され、各電磁接触器９９の開閉位置を切換え制御するようにしても良い。
このインホイールモータ駆動装置は、電気自動車だけでなく燃料電池車、ハイブリッド車にも適応することができる。
【符号の説明】
【００４９】
４，５…車輪用軸受
６…モータ
６ａ…端子台
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
７２…ハウジング
９５…水分検出対応制御手段
Ｓｋ…水分検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置において、
前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記端子台は複数の端子を有し、これら端子がモータのハウジング内に収容されているインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記水分検出手段による水分の検出信号が設定状態になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段を有するインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、車両に搭載されるバッテリの直流電流を前記モータの駆動に用いる交流電流に変換するインバータを含むパワー回路部と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部とを有するインバータ装置に、水分検出対応制御手段を設けたインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項３において、前記水分検出対応制御手段を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵに設けたインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記水分検出手段は、導通センサまたは電気化学センサであるインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータがネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであるインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記減速機は、サイクロイド型の高減速比を有するインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
車輪をモータにより駆動する電気自動車の前記モータの制御方法であって、
前記モータのハウジング内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、
前記過程で前記ハウジング内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程
を有するモータの制御方法。
【請求項１】
車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置において、
前記モータの端子台付近に、モータ内の水分を検出する水分検出手段を設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記端子台は複数の端子を有し、これら端子がモータのハウジング内に収容されているインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記水分検出手段による水分の検出信号が設定状態になったか否かを監視し、設定状態になったと判定したときに、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する水分検出対応制御手段を有するインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、車両に搭載されるバッテリの直流電流を前記モータの駆動に用いる交流電流に変換するインバータを含むパワー回路部と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部とを有するインバータ装置に、水分検出対応制御手段を設けたインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項３において、前記水分検出対応制御手段を、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵに設けたインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記水分検出手段は、導通センサまたは電気化学センサであるインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記モータがネオジウム系の永久磁石を用いた埋込磁石型同期モータであるインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記減速機は、サイクロイド型の高減速比を有するインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
車輪をモータにより駆動する電気自動車の前記モータの制御方法であって、
前記モータのハウジング内に水分が浸入したか否かを判断する過程と、
前記過程で前記ハウジング内に水分が浸入したと判断したとき、モータ電流に制限を与えるかまたはモータ電流を遮断する過程
を有するモータの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７６６５０（Ｐ２０１２−１７６６５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９８５３（Ｐ２０１１−３９８５３）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]