JP5657425B2 - 電気自動車 - Google Patents

Description

この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。

電気自動車では、車両駆動のためのモータや、このモータの回転を減速する減速機、および車輪用軸受の性能低下や故障は、走行性、安全性に大きく影響する。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、減速機、および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）。

特開２００８−１６８７９０号公報

電気自動車における車輪用軸受、減速機、およびモータは、経年使用の間に、異常摩耗や、電源系統の不具合などの故障、性能低下が生じる恐れがある。特許文献１に記載のように、温度測定値に応じてモータの駆動軽減を行うことは、過負荷に対応した最適な状態での車両の駆動のために優れたものとなる。しかし、温度測定に応じた制御では、環境変化等の温度変化の要因が種々あり、また異常の影響が直ぐには現れないため、車輪用軸受、減速機、およびモータの異常に対応する制御としては、今一つ十分ではない。

この発明の目的は、車輪用軸受、モータ、減速機等の異常に対して、適切な車両の駆動が行えて、車輪用軸受、モータ、減速機等の信頼性確保が行える電気自動車を提供することである。

この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、前記車輪２を支持する車輪用軸受４と、前記モータ６の回転を減速して前記車輪２に伝える減速機７と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリ１９の直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８、および前記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を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車において、
車輪回転数を検出する回転センサ２４もしくは前記モータ６の回転角を検出する角度センサ３６から得られる回転数の変動量、前記車輪用軸受４に設けられた荷重センサ４１が検出する路面・タイヤ間の車両進行方向の荷重の変動量、または前記モータ６の電流の検出手段３５が検出するモータ電流の変動量から、前記車輪用軸受４、モータ６、またはモータ６と車輪２間に介在した前記減速機７に起因するトルク変動を含むトルク変動量を、定められた規則により推定するトルク変動量推定手段３７と、このトルク変動量推定手段７で推定したトルク変動量が閾値を超えるか否かを監視する異常検出部３８ａとを、前記インバータ装置２２に設けたことを特徴とする。

車両を一定速度で走行させる場合であっても、また加速や減速を行う場合においても、実際には、車輪回転数、モータ回転数などの回転数は、ある程度の周波数の上下変動を繰り返し、この上下変動が、基本的な回転数の変化曲線に対して重畳する変動成分となる。路面・タイヤ間に作用する車両進行方向の荷重も、走行時は常に増減変動を繰り返す。モータ電流も、走行時は常に、僅かな増減変動を繰り返す。
これらの回転数や、路面・タイヤ間の荷重、およびモータ電流における上記の増減変動の繰り返しによる変動成分は、車輪用軸受４や、減速機７、モータ６等に起因するトルク変動よるものが大きい。例えば、車輪用軸受４や減速機７において、回転による転がり接触や滑り接触する部分の異常摩耗等による摩擦増大部分があれば、その部分の１回転に１回のトルク増が発生し、上記車輪回転数、モータ回転数、車両進行方向の荷重の変動成分となる。また、上記異常摩耗はモータ電流にも影響する。

上記トルク変動量推定手段３７は、上記のようにして生じる回転数や車両進行方向の荷重、モータ電流の変動量から、車輪用軸受４、モータ６、または減速機７に起因するトルク変動を含むトルク変動量を、定められた規則により推定する。ここで言う「定められた規則」は、シミュレーション等により、適宜に定めればよい。なお、上記回転数や車両進行方向の荷重、モータ電流の変動量には、トルク変動以外の要因でよっても生じる変動量を含むが、トルク変動が要因となるものが多い。そのため、トルク変動以外の要因によるものが含まれていても、推定されたトルク変動量からの異常判断では、余分に異常と判定される場合が生じるだけで、トルク変動とみなしても信頼性の面からは問題がない。
また、上記のトルク変動量推定手段３７は、ＥＣＵ２１の制御下で機能するインバータ装置２２に設けたため、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて、異常発生時に即座にモータ駆動の安全のため制御が行える。なお、トルク変動量推定手段３７が出力するトルク変動量は、必ずしもトルクの単位でなくても良く、トルク変動として扱うための値であれば良く、回転数等の単位でも良い。
このように、上記のトルク変動量推定手段３７を設けることで、車輪用軸受４、モータ６、減速機７等の異常に対して、適切な車両の駆動が行えて、車輪用軸受４、モータ６、減速機７等の信頼性確保を行うことができる。

この発明において、前記異常検出部３８ａを有し前記トルク変動量推定手段３７で推定したトルク変動量が前記閾値を超えたと前記異常検出部３８ａが判定したときに、前記インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える異常対応モータ駆動制限手段３８を前記インバータ装置２２に設けるのが良い。前記閾値は適宜定める。
トルク変動量推定手段３７で推定したトルク変動量が閾値を超える場合は、車輪用軸受４や、減速機７、モータ６等に何らかの障害が発生している場合が多いと考えられる。そのため、インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与えることで、安全性が高められる。モータトルク指令またはモータ電流の制限は、例えば定められた割合で低下させるようにしても良く、また上限を規制する制御であっても良い。

前記異常対応モータ駆動制限手段３８を設けた場合に、前記異常対応モータ駆動制限手段３８の前記異常検出部３８ａにより、前記トルク変動量が前記閾値を超えたと判定した時に、前記ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する異常報告手段３９を前記インバータ装置２２に設けるのが良い。
インバータ装置２２に設けられた異常対応モータ駆動制限手段３８でモータトルク指令やモータ電流に制限を与えた場合、車両の他の部分にも影響が生じる。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２における異常対応モータ駆動制限手段３８により、前記トルク変動量が閾値を超えたと判定したときは、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。

この発明において、前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６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。そのため、前記トルク変動量推定手段３７を設けたことによる信頼性確保が、より効果的となる。

この発明において、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、この減速機７が、１／６以上の高減速比を有するものであっても良い。高減速比の場合、モータ６の小型化が図れるが、モータ6の発生トルクを減速機で増大してタイヤに伝達するため、特にモータ6の異常の影響は大きい。そのため、この発明による信頼性確保が、より効果的となる。
また、この発明において、前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７がサイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機は、高減速比で滑らかな回転が得られるが、局部摩耗等の影響が大きい。そのため、この発明による信頼性確保が、より効果的となる。

この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、前記車輪を支持する車輪用軸受と、前記モータの回転を減速して前記車輪に伝える減速機と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記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を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、車輪回転数を検出する回転センサもしくは前記モータの回転角を検出する角度センサから得られる回転数の変動量、前記車輪用軸受に設けられた荷重センサが検出する路面・タイヤ間の車両進行方向の荷重の変動量、または前記モータの電流の検出手段が検出するモータ電流の変動量から、前記車輪用軸受、モータ、またはモータと車輪間に介在した前記減速機に起因するトルク変動を含むトルク変動量を、定められた規則により推定するトルク変動量推定手段と、このトルク変動量推定手段で推定したトルク変動量が閾値を超えるか否かを監視する異常検出部とを、前記インバータ装置に設けたため、車輪用軸受、モータ、減速機等の異常に対して、適切な車両の駆動が行えて、車輪用軸受、モータ、減速機等の信頼性確保が行えるという効果が得られる。

この発明の一実施形態に係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。 同電気自動車のインバータ装置の概念構成のブロック図である。 同インバータ装置に設けたトルク変動量推定手段および異常対応モータ駆動制御手段のブロック図である。 車輪回転数の変動例をグラフで示す説明図である。 モータ電流および車両進行方向荷重の変動例をグラフで示す説明図ある。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図６のVII-VII 線断面図である。 図７の部分拡大断面図である。 同電気自動車における車輪用軸受の外方部材の側面図と荷重検出用の信号処理ユニットとを組み合わせた図である。 同電気自動車におけるセンサユニットの拡大平面図である。 同センサユニットの断面図である。 同電気自動車における回転検出器の一例の断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１２と共に説明する。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が従動輪での操舵輪とされた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。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。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。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。

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、ＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３により、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。操舵機構１２は、タイロッド１１ａと機械的に連結されていないステアリングホイール１４の操舵角を操舵角センサ１５で検出し、その検出した操舵角である旋回指令によりＥＰＳモータ１３に駆動指令を与えられるステアバイワイヤ式とされている。

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。

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。

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、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。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、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

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。

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。

図２は、インバータ装置２２の概念構成を示すブロック図である。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。

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。

この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次のトルク変動量推定手段３７と、異常対応モータ駆動制御手段３８と、異常報告手段３９とを設けている。

トルク変動量推定手段３７は、モータ６で駆動される車輪２の車輪回転数を検出する前記回転センサ２４もしくは前記モータ６の回転角を検出する角度センサ３６から得られる回転数の変動量、車輪用軸受４に設けられた荷重センサ４１が検出する路面・タイヤ間の車両進行方向の荷重Ｆx の変動量、またはモータ６の電流検出手段３５が検出するモータ電流の変動量から、車輪用軸受４、モータ６、または減速機７に起因するトルク変動を含むトルク変動量Δτを、定められた規則により推定する手段である。

異常対応モータ駆動制御手段３８は、トルク変動量推定手段３７で推定したトルク変動量Δτが閾値Δτ0 を超えるか否かを監視して、超えたと判定したきに、インバータ装置２２から出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える手段である。この制限は、例えば、モータ駆動制御部３３からＰＷＭドライバ３２に与える電流指令を、モータ駆動制御部３３の出力部で制限することで行う。上記制限は、モータ駆動制御部３３内における、電流指令に変換するよりも前の、モータトルク指令の処理の段階で制限を行うようにしても良い。

前記異常報告手段３９は、異常対応モータ駆動制限手段３８により、前記トルク変動量Δτが閾値Δτ0 を超えたと判定した時に、前記ＥＣＵに異常発生情報を出力する手段である。

図３は、トルク変動量推定手段３７と異常対応モータ駆動制御手段３８の具体例を示す。この例は、回転センサ２４の回転数の変動量からトルク変動量Δτを推定する場合の例である。トルク変動量推定手段３７は、回転センサ２４の出力する回転数信号を通過させるハイパスフィルタ３７ａと、ハイパスフィルタ３７ａを通過した回転数信号の振幅を検出する振幅検出回路３７ｂとで構成され、振幅検出回路３７ｂの検出する振幅値を、推定値となるトルク変動量Δτとする。ハイパスフィルタ３７ａのカット周波数は、インホイールモータ駆動装置８等の構成やその回転数に応じて適宜設定され、例えば１０Ｈｚ、または１００Ｈｚ等とされる。

異常対応モータ駆動制限手段３８は、異常検出部３８ａと、モータ駆動制限部３８ｂとでなる。異常検出部３８ａは、前記閾値Δτ0 を設定した閾値設定手段３８ａｂと、比較手段３８ａａとを有する。比較手段３８ａａは、トルク変動量推定手段３７の出力するトルク変動量Δτと閾値Δτ0 を比較し、トルク変動量Δτが閾値Δτ0 を超えた否かを判定する。
モータ駆動制限部３８ｂは、比較手段３８ａａが閾値Δτ0 を超えたことを示す信号の出力に応答して、インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える。このモータトルク指令またはモータ電流の制限は、例えば定められた割合で低下させるようにしても良く、また上限を規制する制御であっても良い。

上記構成によるトルク変動の推定、およびその推定に応じた制御につき説明する。
車両を一定速度で走行させる場合であっても、また加速や減速を行う場合においても、実際には、車輪回転数、モータ回転数などの回転数は、ある程度の周波数の増減変動を繰り返す。例えば図４に示すように、実際の回転数の変化曲線ａは、基本的な回転数の変化曲線ｂに対して、増減変動の繰り返し成分ｃが重畳した曲線となる。
図５に曲線ｄで示すように、路面・タイヤ間に作用する車両進行方向の荷重も、走行時は常に増減変動を繰り返す。同図に曲線ｅで示すように、モータ電流も、走行時は常に僅かな増減変動を繰り返す。

これらの回転数や、路面・タイヤ間の荷重、およびモータ電流における上記の増減変動の繰り返しに成分は、車輪用軸受４や、減速機７、モータ６等に起因するトルク変動よるものが大きい。例えば、車輪用軸受４や減速機７において、回転による転がり接触や滑り接触する部分の異常摩耗等による摩擦増大部分があれば、その部分の１回転の１回のトルク増が発生し、上記車輪回転数、モータ回転数、車両進行方向の荷重の変動成分となる。また、上記異常摩耗はモータ電流にも影響する。

図２のトルク変動量推定手段３７は、上記のようにして生じる回転数や車両進行方向の荷重、モータ電流の変動量から、車輪用軸受４、モータ６、またはモータ６と車輪２間に介在した減速機７に起因するトルク変動を含むトルク変動量Δτを、定められた規則により推定する。ここで言う「定められた規則」は、シミュレーション等により、適宜に定めればよい。なお、上記回転数や車両進行方向の荷重、モータ電流の変動量には、トルク変動以外の要因によって生じる変動量を含むが、トルク変動が要因となるものが多い。トルク変動以外の要因によるものが含まれていても、異常と判定される場合が余分に生じるだけで、トルク変動とみなしても信頼性の面からは問題がない。
なお、トルク変動量推定手段３７が出力するトルク変動量は、必ずしもトルクの単位でなくても良く、トルク変動として扱うための値であれば良く、回転数等の単位でも良い。

異常対応モータ駆動制限手段３８は、この推定されたトルク変動量が閾値を超えるか否かを監視し、超えたと判定したきに、インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える。上記のようにトルク変動量推定手段３７で推定したトルク変動量が閾値を超える場合は、車輪用軸受４や、減速機７、モータ６等に何らかの障害が発生している場合が多いと考えられる。そのため、インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与えることで、安全性が高められる。モータトルク指令またはモータ電流の制限は、例えば定められた割合で低下させるか、または上限を規制する制御である。

図３の具体例で説明すると、トルク変動量推定手段３７は、回転センサ２４の出力する回転数信号をハイパスフィルタ３７ａに通し、低周波数となる図４の基本的な回転数の変化曲線ｂを除去して、上下変動の繰りし成分ｃを抽出する。このように抽出された増減変動の繰りし成分ｃの振幅を振幅検出回路３７ｂで検出される。検出された振幅値を、トルク変動量Δτとする。異常対応モータ駆動制限手段３８は、異常検出部３８ａで、上記のトルク変動量の推定値Δτを閾値Δτ0 と比較し、トルク変動量の推定値Δτが閾値Δτ0 を超えた否かを判定する。モータ駆動制限部３８ｂは、閾値Δτ0 を超えたとされる判定結果に応答し、インバータ装置２２の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える。

このように、トルク変動量推定手段３７および異常対応モータ駆動制限手段３８を設けることで、車輪用軸受４、モータ６、減速機７等の異常に対して、適切な車両の駆動が行えて、これら車輪用軸受４、モータ６、減速機７等の信頼性確保を行うことができる。
インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、材料使用量の削減、モータ６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。そのため、前記トルク変動量推定手段３７や異常対応モータ駆動制限手段３８を設けたことによる信頼性確保が、より効果的となる。
特に、減速７が１／６以上の高減速比を有するものである場合や、サイクロイド減速機である場合は、モータ６の小型化が図れるが、モータ6 の発生トルクを減速機が増大してタイヤに伝達するため、特にモータ6 の異常の影響は大きい。そのため、この実施形態による信頼性確保が、より効果的となる。
また、上記のトルク変動量推定手段３７および異常対応モータ駆動制御手段３８は、ＥＣＵ２１の制御下で機能するインバータ装置２２に設けたため、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて、異常発生時に即座にモータ駆動の安全のため制御が行える。

異常報告手段３９は、異常対応モータ駆動制限手段３８により、前記トルク変動量が閾値を超えたと判定した時に、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する。
インバータ装置２２に設けられた異常対応モータ駆動制限手段３８でモータトルク指令やモータ電流に制限を与えた場合、車両の他の部分にも影響が生じる。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、インバータ装置２２における異常対応モータ駆動制限手段３８により、前記トルク変動量が閾値を超えたと判定したときは、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。ＥＣＵ２１は、上記異常報告手段３９から異常の報告を受けた場合、例えば、表示装置２７の画面に異常の旨の表示を行って運転者に知らせるようにするのが良い。

次に、図６〜図８と共に、前記インホイールモータ駆動装置８の具体例を示す。この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のハブとモータ６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、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。

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。

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６４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。

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。

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７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５２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。

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。

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。

図８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。

図６において、モータ６は、円筒状のモータハウジング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。また、モータハウジング７２の周壁部には冷却液流路９５が設けられている。この冷却液流路９５に潤滑油もしくは水溶性の冷却剤を流すことにより、モータステータ７３の冷却が行われる。

モータステータ７３は、軟質磁性体からなるステータコア部７７とコイル７８とでなる。ステータコア部７７は、その外周面がモータハウジング７２の内周面に嵌合して、モータハウジング７２に保持されている。モータロータ７５は、モータステータ７３と同心に回転出力軸７４に外嵌するロータコア部７９と、このロータコア部７９に内蔵される複数の永久磁石８０とでなる。

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複数（ここでは２つ）の角度センサ３６Ａ，３６Ｂが設けられる。これら角度センサ３６Ａ，３６Ｂは、図１，図２における角度センサ３６である。各角度センサ３６Ａ，３６Ｂ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。ここでは、各角度センサ３６Ａ，３６Ｂとして、互いに種類の異なるものが用いられている。すなわち、例えば一方の角度センサ３６Ａとして、その角度センサ本体７０の被検出部７０ａが磁気エンコーダからなるものが用いられ、他方の角度センサ３６Ｂとしてレゾルバが用いられる。モータ６の回転制御は上記モータコントール部２９（図１，２）により行われる。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３６Ａ，３６Ｂ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。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。

図２に示す前記荷重センサ４１は、例えば図９に示す複数のセンサユニット１２０と、これらセンサユニット１２０の出力信号を処理する信号処理ユニット１３０とで構成される。センサユニット１２０は、車輪用軸受４における静止側軌道輪である外方部材５１の外径面の４か所に設けられる。図９は、外方部材５１をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット１２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。信号処理ユニット１３０は、外方部材５１に設けられていても良く、まインバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けられていても良い。

信号処理ユニット１３０は、上記４箇所のセンサユニット１２０の出力を比較し、定められた演算式に従って、車輪用軸受４に作用する各荷重、具体的には、車輪２の路面・タイヤ間で作用荷重となる垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる車両進行方向荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算し、出力する。前記センサユニット１２０を４つ設け、各センサユニット１２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受４に作用する垂直方向荷重Ｆz 、車両進行方向荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を精度良く推定することができる。垂直方向荷重Ｆz は、上下２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られ、車両進行方向荷重Ｆx は、前後２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。軸方向荷重Ｆy は、４つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。信号処理ユニット１３０による上記各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz の演算は、試験やシミュレーションで求められた値を基に、演算式やパラメータを設定しておくことで、精度良く行うことができる。なお、より具体的には、上記の演算には各種の補正を行うが、補正については説明を省略する。

上記各センサユニット１２０は、例えば、図１０および図１１に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材１２１と、この歪み発生部材１２１に取り付けられて歪み発生部材１２１の歪みを検出する歪みセンサ１２２とでなる。歪み発生部材１２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部１２１ｂを有する。また、歪み発生部材１２１は、外方部材５１の外径面にスペーサ１２３を介して接触固定される２つの接触固定部１２１ａを両端部に有する。歪みセンサ１２２は、歪み発生部材１２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材１２１の外面側で両側辺部の切欠き部１２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ１２２は切欠き部１２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。

前記センサユニット１２０は、その歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外方部材５１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部１２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部１２１ａがそれぞれスペーサ１２３を介してボルト１２４により外方部材５１の外径面に固定される。前記各ボルト１２４は、それぞれ接触固定部１２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔１２５からスペーサ１２３のボルト挿通孔１２６に挿通し、外方部材５１の外周部に設けられたねじ孔１２７に螺合させる。このように、スペーサ１２３を介して外方部材５１の外径面に接触固定部１２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂを有する中央部位が外方部材５１の外径面から離れた状態となり、切欠き部１２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部１２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材５１のアウトボード側列の転走面５３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面５３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面５３の中間位置からアウトボード側列の転走面５３の形成部までの範囲である。外方部材５１の外径面における前記スペーサ１２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

歪みセンサ１２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ１２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材１２１に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ１２２を歪み発生部材１２１上に厚膜抵抗体にて形成することができる。

図１２は、図１，図２の回転センサ２４の一例を示す。この回転センサ２４は、車輪用軸受４における内方部材５２の外周に設けられた磁気エンコーダ２４ａと、この磁気エンコーダ２４ａに対向して外方部材５１に設けられた磁気センサ２４ｂとでなる。磁気エンーダ２４ａは、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを交互に着磁したリング状の部材である。この例では、回転センサ２４は両列の転動体５５，５５間に配置しているが、車輪用軸受４の端部に設置しても良い。

１…車体
２，３…車輪
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
９，１０…電動式のブレーキ
１１…転舵機構
１２…操舵機構
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４…回転センサ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３５…電流検出手段
３６…角度センサ
３７…トルク変動量推定手段
３８…異常対応モータ駆動制御手段
３９…異常報告手段
４１…荷重センサ

Claims (6)

1. 車輪を駆動するモータと、前記車輪を支持する車輪用軸受と、前記モータの回転を減速して前記車輪に伝える減速機と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記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を有するインバータ装置とを備えた電気自動車において、
   車輪回転数を検出する回転センサもしくは前記モータの回転角を検出する角度センサから得られる回転数の変動量、前記車輪用軸受に設けられた荷重センサが検出する路面・タイヤ間の車両進行方向の荷重の変動量、または前記モータの電流の検出手段が検出するモータ電流の変動量から、前記車輪用軸受、モータ、またはモータと車輪間に介在した前記減速機に起因するトルク変動を含むトルク変動量を、定められた規則により推定するトルク変動量推定手段と、このトルク変動量推定手段で推定したトルク変動量が閾値を超えるか否かを監視する異常検出部とを、前記インバータ装置に設けたことを特徴とする電気自動車。
2. 請求項１において、前記異常検出部を有し前記トルク変動量推定手段で推定したトルク変動量が前記閾値を超えると前記異常検出部が判定したときに、前記インバータ装置の出力するモータトルク指令またはモータ電流に制限を与える異常対応モータ駆動制限手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
3. 請求項２において、前記異常対応モータ駆動制限手段の前記異常検出部により、前記トルク変動量が前記閾値を超えたと判定した時に、前記ＥＣＵに異常発生情報を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと前記車輪用軸受と前記減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記減速機は、１／６以上の高減速比を有する電気自動車。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。

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