JP7086349B2 - 車両駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動装置に関し、特に、モータを使用して車両を駆動する車両駆動装置に関する。

近年、世界各国において車両の排出ガス規制が強化され、車両の燃費、走行距離当たりの二酸化炭素排出量等に対する要求が厳しくなっている。また、内燃機関で走行する車両の市街地への進入を規制している都市も存在する。これらの要求を満足するため、内燃機関及び電動機を備えたハイブリッド駆動の車両や、電動機のみによって駆動される電気自動車が開発され、広く普及している。

特許第５２８０９６１号公報（特許文献１）には、車両の駆動制御装置が記載されている。この駆動制御装置においては、車両の後輪側に駆動装置が設けられており、この駆動装置に備えられた２つの電動機が、車両の後輪を夫々駆動する。また、この駆動装置とは別に、内燃機関と電動機が直列に接続された駆動ユニットが車両の前部に設けられている。駆動ユニットの動力はトランスミッション及び主駆動軸を介して前輪に伝達され、駆動装置の動力は車両の後輪に伝達される。また、この駆動制御装置において、車両の発進時には、駆動装置の２つの電動機が駆動され、この駆動力が車両の後輪に夫々伝達される。さらに、車両の加速時には駆動ユニットも駆動力を発生し、駆動ユニット、及び駆動装置の２つの電動機による四輪駆動となる。このように、特許文献１記載の駆動制御装置においては、主に車両の後輪用に夫々設けられた２つの電動機が駆動力を発生している。

特許第５２８０９６１号

電動機による車両の駆動は、走行中に二酸化炭素を排出しないため、年々強化される排出ガス規制をクリアするためには有利である。また、ハイブリッド駆動装置においても、走行中の二酸化炭素排出量を低減するため、特許文献１に記載されている車両のように、主として電動機による駆動力を利用する車両が増加している。このように、車両を駆動するための十分な動力を電動機によって得るためには、車両に大出力の電動機を搭載し、これに大電力を供給する必要がある。

ここで、大出力の電動機に低電圧で大きな電力を供給する場合には、電動機に電力を供給するための導電体に極めて大きな電流を流す必要がある。このため、大電流を電動機に供給するためには、導電体の導体断面積を大きくする必要があり、導電体の重量が大きくなると共に、コストが増加するという問題がある。一方、電動機に高電圧で大きな電力を供給する場合には、電力を供給する導電体に流れる電流値を低く抑えることができる。しかしながら、導電体に高電圧を印加する場合には、感電に対する十分な安全性を確保するために、導電体を絶縁材によって覆って十分な絶縁耐圧を確保しておく必要がある。このため、電動機に高電圧で大きな電力を供給する場合には、十分な絶縁耐圧を確保するための大量の絶縁材が必要となり、重量や、コストの増加という問題が発生する。

従って、本発明は、車両に搭載されたモータを比較的高い電圧で駆動する場合にも、絶縁材による重量や、コストの増加を抑制することができる車両駆動装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、モータを使用して車両を駆動する車両駆動装置であって、車両の前輪に設けられ、前輪を駆動するインホイールモータと、このインホイールモータを駆動するための電気エネルギーを蓄積するバッテリと、このバッテリと直列に接続され、インホイールモータを駆動するための電気エネルギーを蓄積するキャパシタと、バッテリ及びキャパシタに電気的に接続され、コンバータケースに収容されたＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、インホイールモータは、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから供給された電力によって駆動され、インホイールモータ、コンバータケース、及びキャパシタは、車両の前側から、インホイールモータ、コンバータケース、キャパシタの順に配置され、キャパシタとインホイールモータとを電気的に接続するように構成された導電体は、その少なくとも一部が、コンバータケースの内部に挿通されていることを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、バッテリ及びキャパシタが直列に接続され、これらから供給される電力によってインホイールモータが駆動されるので、バッテリ単体で駆動した場合よりもインホイールモータの駆動電流を低く抑えることができる。この結果、インホイールモータの駆動電流を供給する導電体の導体断面積を、比較的小さく抑えることができる。さらに、上記のように構成された本発明によれば、キャパシタからインホイールモータに電力を供給する電力供給用の導電体が、キャパシタよりも前側に配置されたコンバータケースの内部を通っている。このため、キャパシタからインホイールモータに電力を供給する導電体の一部は、コンバータケースによって保護されるため、絶縁材を簡素に構成することができる。これにより、高電圧を伝送する導電体の絶縁材による重量及びコストの増加を抑制することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、キャパシタから出力された直流電圧を交流電圧に変換してインホイールモータに出力するインバータを有し、キャパシタからインホイールモータに電力を供給すべく、コンバータケースの内部を通った導電体は、インバータに接続される。

このように構成された本発明によれば、キャパシタから延び、コンバータケースの内部を通った導電体はインバータに接続され、キャパシタから出力された直流電圧が交流電圧に変換されるので、キャパシタに蓄積された電気エネルギーによって交流モータを駆動することができる。

本発明において、好ましくは、バッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してキャパシタに電気的に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリの出力電圧を昇圧してキャパシタに供給する。

このように構成された本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータがバッテリの出力電圧を昇圧してキャパシタに供給するので、バッテリとキャパシタの動作電圧が異なっていてもバッテリに蓄積された電気エネルギーをキャパシタに充電することができる。この結果、バッテリ及びキャパシタに蓄積されている電気エネルギーを効率良く活用することができる。

本発明において、好ましくは、コンバータケースは、車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている。
このように構成された本発明によれば、コンバータケースが車両のトンネル部の中に配置されているので、車両内のスペースを有効に活用することができる。

本発明において、好ましくは、インバータは、車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている。
このように構成された本発明によれば、前輪各輪に設けられたインホイールモータに電力を出力するインバータが、車両の幅方向中央のトンネル部の中に配置されているので、各インホイールモータに電力を供給する導電体の長さを短縮することができる。

本発明において、好ましくは、バッテリは、車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている。
このように構成された本発明によれば、車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されていることにより、バッテリが保護され、車両が前方、後方又は側面から衝突した何れの場合にもバッテリを損傷されにくくすることができる。

本発明の車両駆動装置によれば、車両に搭載されたモータを比較的高い電圧で駆動しながら、絶縁材による重量や、コストの増加を抑制することができる。

本発明の実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の電源構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置において、キャパシタに電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置に備えられた各モータの出力と車速の関係を示す図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置に備えられた副駆動モータの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した側面図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した上面図である。 図６におけるVIII－VIII線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態による車両駆動装置におけるキャパシタ、コンバータケース、及びインバータを取り出して示した斜視図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による車両駆動装置１０を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動モータによっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪２ｂは、インホイールモータである副駆動モータによって駆動される。

即ち、車両１に搭載された車両駆動装置１０は、後輪２ａを駆動するエンジン１２と、後輪２ａに駆動力を伝達する動力伝達機構１４と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、制御器である制御装置２４と、を有する。さらに、車両１の後部には、エンジン１２に供給する燃料を保持しておくための燃料タンク１２ａが配置されている。

また、車両１に搭載された本発明の実施形態による車両駆動装置１０は、バッテリ１８と、キャパシタ２２と、外部電源１７からバッテリ１８に充電するためのプラグイン充電器１９と、外部電源１７に接続するための給電口２３と、を有する。さらに、本実施形態の車両駆動装置１０は、直流電圧を交流電圧に変換して主駆動モータ１６を駆動するインバータ１６ａと、直流電圧を交流電圧に変換して副駆動モータ２０を駆動するインバータ２０ａと、を有する。

エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。

動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。図１に示すように、動力伝達機構１４は、エンジン１２及び主駆動モータ１６に接続された動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａ、及び変速機であるトランスミッション１４ｂを備えている。

主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１の車体上に設けられ、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されており、車体側モータとして機能する。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、図１に示すように、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。或いは、主駆動モータ１６を動力伝達機構１４の途中に接続し、動力伝達機構１４の一部を介して駆動力が後輪２ａに伝達されるように本発明を構成することもできる。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。

バッテリ１８は、主駆動モータ１６及び副駆動モータを作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器である。さらに、本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。

プラグイン充電器１９は、充電スタンド等の外部電源１７から給電口２３を介して供給された電力を変換して充電するようにバッテリ１８に電気的に接続されている。プラグイン充電器１９は、供給された電力を整流して直流に変換すると共に、搭載しているバッテリ１８の基準電圧に応じて、所定の電圧に降圧してバッテリ１８に充電を行う。

次に、図１に示すように、副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、車両１のバネ下に、前輪２ｂ各輪に設けられている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。また、キャパシタ２２の直流電圧は、トンネル部１５内に配置されたインバータ２０ａ（図１）により交流電圧に変換されて、各副駆動モータ２０に供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられ、車輪が直接駆動される。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。

キャパシタ２２は、副駆動モータ２０によって回生された電気エネルギーを蓄積するように設けられている。後述するように、キャパシタ２２は車両１後部のプラグイン充電器１９と概ね対称の位置に配置されると共に、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給する。直列に接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２に蓄積された電気エネルギーにより駆動される副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動される。このため、同一の動力を生成するために副駆動モータ２０に供給される駆動電流は、主駆動モータ１６に供給される駆動電流よりも小さくなる。

図１に示すように、制御装置２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。具体的には、制御装置２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。

次に、図２乃至図５を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の構成、及び各モータによる車両１の駆動を説明する。
図２は、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の電源構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態の車両駆動装置１０において、キャパシタ２２に電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。図４は、本実施形態の車両駆動装置１０によって駆動される各モータの出力と車速の関係を示す図である。

図２に示すように、車両駆動装置１０に備えられているバッテリ１８のプラス側端子とキャパシタ２２のマイナス側端子が接続され、これらは電気的に直列に接続されている。また、バッテリ１８のプラス側端子にはプラグイン充電器１９も接続されており、プラグイン充電器１９を外部電源１７に接続することにより、バッテリ１８への充電が可能になっている。

さらに、主駆動モータ１６にはバッテリ１８の電力が供給され、副駆動モータ２０には直列に接続されたバッテリ１８とキャパシタ２２から電力が供給される。即ち、主駆動モータ１６はバッテリ１８の基準出力電圧である約４８Ｖで駆動され、副駆動モータ２０はバッテリ１８の出力電圧とキャパシタ２２の端子間電圧を合算した電圧で駆動されるので、４８Ｖよりも高い最大１２０Ｖの電圧で駆動される。このように、キャパシタ２２には副駆動モータ２０に供給する電気エネルギーが蓄積され、副駆動モータ２０は、常にキャパシタ２２を介して供給された電力によって駆動される。このように、キャパシタ２２の最大の端子間電圧はバッテリ１８の端子間電圧よりも高く設定されている。

また、主駆動モータ１６にはインバータ１６ａが取り付けられており、バッテリ１８の出力を交流に変換した上で永久磁石電動機である主駆動モータ１６が駆動される。同様に、各副駆動モータ２０にはインバータ２０ａが夫々接続されており、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流に変換した上で誘導電動機である副駆動モータ２０が駆動される。

さらに、車両１の減速時等には、主駆動モータ１６及び各副駆動モータ２０は発電機として機能し、車両１の運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８に蓄積され、各副駆動モータ２０によって回生された電力は主としてキャパシタ２２に蓄積される。

また、バッテリ１８とキャパシタ２２の間には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａが接続されており、この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａはキャパシタ２２に蓄積された電気エネルギーが不足しているとき（キャパシタ２２の端子間電圧が低下したとき）、バッテリ１８の電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電する。一方、各副駆動モータ２０によるエネルギーの回生により、キャパシタ２２の端子間電圧が所定電圧以上に上昇した場合には、キャパシタ２２に蓄積された電荷を降圧してバッテリ１８に印加し、バッテリ１８の充電を行う。即ち、副駆動モータ２０によって回生された電力はキャパシタ２２に蓄積された後、蓄積された電荷の一部が、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａを介してバッテリ１８に充電される。

さらに、バッテリ１８と車両１の１２Ｖ電装品２５の間には、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが接続されている。制御装置２４や、車両１に搭載されている電装品２５の多くは１２Ｖの電圧で作動するので、バッテリ１８に蓄積された電気エネルギーを低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂにより１２Ｖに降圧して、これらの機器に供給する。即ち、バッテリ１８からは、主駆動モータ１６や、電装品２５等の車載機器に電力が供給される。

次に、図３を参照して、キャパシタ２２に対する充電及び放電を説明する。
図３に示すように、キャパシタ２２の電圧は、バッテリ１８によるベース電圧と、キャパシタ２２自体の端子間電圧の合計となる。車両１の減速時等には、各副駆動モータ２０により電力の回生が行われ、回生された電力はキャパシタ２２に充電される。キャパシタ２２への充電が行われると比較的急激に端子間電圧が上昇する。充電によりキャパシタ２２の電圧が所定電圧以上に上昇すると、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａによりキャパシタ２２の電圧が降圧され、バッテリ１８への充電が行われる。図３に示すように、このキャパシタ２２からバッテリ１８への充電は、キャパシタ２２への充電よりも比較的緩やかに行われ、キャパシタ２２の電圧は適正電圧まで比較的緩やかに低下される。

即ち、各副駆動モータ２０により回生された電力は一時的にキャパシタ２２に蓄積され、その後、バッテリ１８へ緩やかに充電される。なお、回生が行われる期間によっては、各副駆動モータ２０による電力の回生と、キャパシタ２２からバッテリ１８への充電がオーバーラップして行われる場合もある。
一方、主駆動モータ１６によって回生された電力は、バッテリ１８に直接充電される。

次に、図４を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０を搭載した車両における車速と各モータの出力の関係を説明する。図４は、本実施形態の車両駆動装置１０を搭載した車両において、車両１の速度と、各速度における各モータの出力の関係を示すグラフである。図４において、主駆動モータ１６の出力を破線で示し、１つの副駆動モータ２０の出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０の出力の合計を二点鎖線で、全てのモータの出力の合計を実線で示している。なお、図４は、車両１の速度を横軸とし、各モータの出力を縦軸として示しているが、車両１の速度とモータの回転数には一定の関係が存在するので、横軸をモータ回転数とした場合でも、各モータの出力は図４と同様の曲線を描く。

本実施形態においては主駆動モータ１６には永久磁石電動機が採用されているため、図４に破線で示すように、モータ回転数が低い低車速域で主駆動モータ１６の出力が大きく、車速が速くなるにつれて出力可能なモータ出力が減少する。即ち、本実施形態において、主駆動モータ１６は、約４８Ｖで駆動され、１０００ｒｐｍ程度まで最大トルクである約２００Ｎｍのトルクを出力し、約１０００ｒｐｍ以上で回転数の増加と共にトルクが低下する。また、本実施形態において、主駆動モータ１６は、最低速域において約２０ｋＷ程度の連続出力が得られ、最大出力約２５ｋＷが得られるように構成されている。

これに対して、副駆動モータ２０には誘導電動機が採用されているため、図４に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低車速域では副駆動モータ２０の出力は極めて小さく、車速が速くなるにつれて出力が増大し、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力が得られた後、モータ出力は減少する。本実施形態において、副駆動モータ２０は、約１２０Ｖで駆動され、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で１台当たり約１７ｋＷ、２台合計で約３４ｋＷの出力が得られるように構成されている。即ち、本実施形態において、副駆動モータ２０は、約６００乃至８００ｒｐｍでトルクカーブがピークをもち、最大トルク約２００Ｎｍが得られる。

図４の実線には、これら主駆動モータ１６及び２台の副駆動モータ２０の出力の合計が示されている。このグラフから明らかなように、本実施形態においては、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力約５３ｋＷが得られており、この車速における、この最大出力でＷＬＴＰ試験において要求される走行条件を満足することができる。なお、図４の実線では、低車速域においても２台の副駆動モータ２０の出力値が合算されているが、実際には低車速域では各副駆動モータ２０が駆動されることはない。即ち、発進時及び低車速域においては主駆動モータ１６のみで車両が駆動され、高車速域で大出力が必要とされたとき（高車速域で車両１を加速させるとき等）のみ２台の副駆動モータ２０が出力を発生する。このように、高回転領域で大きな出力を発生することができる誘導電動機（副駆動モータ２０）を、高速域のみで使用することにより、車両重量の増加を低く抑えながら必要なとき（所定速度以上での加速時等）に十分な出力を得ることができる。

次に、図５を参照して、本発明の実施形態の車両駆動装置１０に採用されている副駆動モータ２０の構成を説明する。図５は、副駆動モータ２０の構造を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、副駆動モータ２０は、ステータ２８と、このステータの周囲で回転するロータ３０から構成されたアウターロータタイプの誘導電動機である。

ステータ２８は、概ね円板状のステータベース２８ａと、このステータベース２８ａの中心から延びるステータシャフト２８ｂと、このステータシャフト２８ｂの周囲に取り付けられたステータコイル２８ｃと、を有する。また、ステータコイル２８ｃは電気絶縁液室３２に収納されており、この中に満たされた電気絶縁液３２ａに浸漬され、これにより沸騰冷却される。

ロータ３０は、ステータ２８の周囲を取り囲むように概ね円筒状に構成されており、一端が閉塞された概ね円筒形に構成されたロータ本体３０ａと、ロータ本体３０ａの内周壁面に配置されたロータコイル３０ｂと、を有する。ロータコイル３０ｂは、ステータコイル２８ｃが生成する回転磁界により誘導電流が発生するように、ステータコイル２８ｃに対向するように配置されている。また、ロータ３０は、ステータ２８の周囲で円滑に回転するように、ステータシャフト２８ｂの先端に取り付けられたベアリング３４によって支持されている。

ステータベース２８ａは、車両１の前輪を懸架する懸架機構（図示せず）によって支持されている。一方、ロータ本体３０ａは、前輪２ｂのホイール（図示せず）に直接固定されている。ステータコイル２８ｃには、インバータ２０ａによって交流に変換された交流電流が流され、回転磁界が生成される。この回転磁界によりロータコイル３０ｂに誘導電流が流れ、ロータ本体３０ａを回転させる駆動力が発生する。このように、各副駆動モータ２０により生成された駆動力は、直接、各前輪２ｂのホイール（図示せず）を回転駆動する。

次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置に備えられた各構成の配置を詳細に説明する。
図６は、車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した側面図である。図７は、車両駆動装置の各構成要素を取り出して示した上面図である。図８は、図６におけるVIII－VIII線に沿って切断した断面図である。図９は、キャパシタ、コンバータケース、及びインバータを取り出して示した斜視図である。

図６に示すように、車両１に搭載された車両駆動装置１０は、車両１の前部に配置された原動機であるエンジン１２及び主駆動モータ１６によって生成された動力を、後輪２ａのドライブシャフト１４ｄに伝達するように構成されている。エンジン１２及び主駆動モータ１６の出力軸は直結され、この出力軸がプロペラシャフト１４ａに連結されている。このプロペラシャフト１４ａは車両１の後方へ向けて延び、その後端は、変速機であるトランスミッション１４ｂの入力軸に接続されている。なお、本実施形態においては、トランスミッション１４ｂのハウジング内には、クラッチ及びディファレンシャルギヤ（図示せず）も収容されている。このため、トランスミッション１４ｂの入力軸に入力された動力は、クラッチ、変速ギヤ、ディファレンシャルギヤ（以上、図示せず）を介して出力される。さらに、本実施形態においては、トランスミッション１４ｂは、左右の後輪２ａの間に配置され、その出力軸は後輪２ａのドライブシャフト１４ｄに接続され、後輪２ａを駆動する。

また、エンジン１２及び主駆動モータ１６の出力軸と、トランスミッション１４ｂの入力軸を接続しているプロペラシャフト１４ａは、円形断面の筒状に形成されたトルクチューブ１４ｃの中に収容されている。このトルクチューブ１４ｃの車両前方側の端部は、エンジン１２及び主駆動モータ１６からなる原動機のハウジングに取り付けられている。また、トルクチューブ１４ｃの車両後方側の端部は、トランスミッション１４ｂのハウジングに取り付けられている。このように、トルクチューブ１４ｃの両端を各ハウジングに夫々固定することにより、車両駆動系全体の剛性を高くしている。

さらに、図１及び図８に示すように、プロペラシャフト１４ａ及びそれを収容したトルクチューブ１４ｃは、車両１の下部に設けられたトンネル部１５（フロアトンネル）の中に配置されている。このトンネル部１５は、車両１の底面の上に、車両１の幅方向中央を前後方向に延びるように設けられている。また、図８に示すように、トンネル部１５は、金属板を概ね逆Ｕ字形断面に折り曲げ、その両側の下端を車体のフレーム５０に固定することにより形成されている。さらに、トンネル部１５の底面には、平板状のカバー部材５２が、フレーム５０に着脱可能に固定されている。このカバー部材５２を取り外すことにより、車両１の下側からトンネル部１５の内部にアクセスすることが可能になる。

次に、図８に示すように、トンネル部１５内には、プロペラシャフト１４ａ及びこれをカバーするトルクチューブ１４ｃが通っており、その下方にはトルクチューブ１４ｃに隣接して、バッテリ１８が配置されている。このため、トンネル部１５の底面に取り付けられたカバー部材５２を取り外すだけで、エンジン１２よりも後方で、トンネル部１５内に収容されたバッテリ１８が露出される。これにより、トルクチューブ１４ｃやプロペラシャフト１４ａを取り外すことなく、トンネル部１５内のバッテリ１８にアクセスすることができ、バッテリ１８の交換作業を容易に実施することができる。

また、トンネル部１５は、車両１の幅方向のほぼ中央、前後方向においても中間部に位置するので、車両１が前方又は後方から衝突した場合や、側方から衝突した場合にも、損傷を受けにくい。さらに、トンネル部１５は、折り曲げた金属板を車両１のフレーム５０に固定することにより形成されているため、その内部に配置されたバッテリ１８はトンネル部１５の壁面によって保護され、損傷を受けにくい。また、トンネル部１５内のバッテリ１８の上方には、走行中に回転するプロペラシャフト１４ａが通っているが、このプロペラシャフト１４ａはトルクチューブ１４ｃ内に収容されている。このため、走行中の車両が衝突した場合には、回転中のプロペラシャフト１４ａが変形して湾曲する可能性があるものの、バッテリ１８が損傷されるリスクは小さい。即ち、プロペラシャフト１４ａはトルクチューブ１４ｃの中に収容されているため、回転中のプロペラシャフト１４ａが湾曲した場合にも、近傍に収容されているバッテリ１８に直接当たって損傷するリスクは極めて小さい。

なお、本実施形態において、トランスミッション１４ｂは、所謂トランスアクスル配置である。これにより、エンジン１２（及び主駆動モータ１６）の直後の位置に外径の大きな変速機の本体が存在しなくなるので、トンネル部１５の幅を小さくすることができ、乗員の中央側足元空間を確保して乗員に真正面に正対した左右対称な下半身姿勢をとらせることが可能となる。更に、この乗員の姿勢を確保しつつ主駆動モータ１６の外径や、長さを出力に応じた十分な大きさにすることが容易になる。また、本実施形態においてはトランスアクスル配置が採用されているため、これにより生じたトンネル部１５前方の空間に向けて、バッテリ１８を収容する容積を拡大することができる。これにより、フロアトンネルの幅を大きくして乗員の中央側空間を狭めることなく、バッテリ１８容量の確保、拡大が可能になる。

また、図６に示すように、主駆動モータ１６のハウジングの上側には、主駆動モータ１６用のインバータ１６ａが配置され、トンネル部１５内に収容されている。さらに、トルクチューブ１４ｃの上側（プロペラシャフト１４ａの上側）のエンジン１２の後方には、車両１の前側から順に、副駆動モータ２０用のインバータ２０ａ、コンバータケース２６、キャパシタ２２が夫々配置されている。なお、副駆動モータ２０用のインバータ２０ａ、及びコンバータケース２６はトンネル部１５内に収容されている。なお、コンバータケース２６の中には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａが収容されており、上述したように、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａはバッテリ１８及びキャパシタ２２に電気的に接続されている。

これらのインバータ１６ａ、インバータ２０ａ、コンバータケース２６は、トルクチューブ１４ｃの上側に配置されているため、トンネル部１５底面のカバー部材５２を取り外しただけではアクセスしにくい。しかしながら、各インバータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータは耐用年数が比較的長く、交換や修理が必要になることは少ない。このため、メンテンナス性を大きく損なうことなく、トンネル部１５内の上方のスペースも有効に活用することができる。

さらに、図１及び図７に示すように、プラグイン充電器１９及びキャパシタ２２は、車両１の中心線Ａに対してほぼ対称に配置され、車両１の前後方向に中心線Ａに沿って延びるプロペラシャフト１４ａの両側に、即ち、プロペラシャフト１４ａを収容したトンネル部１５の両側に夫々配置されている。プラグイン充電器１９は、車両１の側面後部に設けられた給電口２３とバッテリ１８の間に接続されており、給電口２３から供給された電力が、プラグイン充電器１９を介してバッテリ１８に充電される。

また、図６に示すように、コンバータケース２６は、バッテリ１８の上方に、且つプラグイン充電器１９及びキャパシタ２２に隣接して配置されている。このため、バッテリ１８の電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電し、又はキャパシタ２２の電圧を降圧してバッテリ１８に充電する導電線であるハーネスを短縮することができ、ハーネスにおいて発生する電力損失を抑制することができる。

さらに、図６及び図７に示すように、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流電力に変換して出力する主駆動モータ１６用のインバータ１６ａ、及び副駆動モータ２０用のインバータ２０ａは、車両１の前後方向において、エンジン１２の後方、コンバータケース２６よりも前側に配置されている。即ち、車両１の前側から順に、副駆動モータ２０、インバータ１６ａ、インバータ２０ａ、コンバータケース２６、キャパシタ２２が配置される。これにより、インバータ１６ａと、これにより電力を供給される主駆動モータ１６が近接して配置され、インバータ２０ａと、これにより電力を供給される前輪２ｂのインホイールモータである副駆動モータ２０が近接して配置される。この結果、それらを接続するハーネスを短縮することができ、ハーネスにおいて発生する電力損失を抑制することができる。

次に、図９を参照して、キャパシタ２２とインバータ２０ａの間の、導電体による接続構造を説明する。
まず、図９に示すように、キャパシタ２２の上部側方には、コンバータケース２６が、車両１の前後方向に延びるように配置されている。このコンバータケース２６内には高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａを構成する回路が収容されている。この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａの回路は導電線（図９には図示せず）により、バッテリ１８のプラス側端子及びキャパシタ２２のプラス側端子に夫々接続されている（図２）。

一方、バッテリ１８とキャパシタ２２は電気的に直列に接続されており、バッテリ１８のプラス端子とキャパシタ２２のマイナス端子が接続されている（図２）。これにより、キャパシタ２２の出力電圧がバッテリ１８により嵩上げされ、キャパシタ２２のプラス端子はアース電位に対して比較的高電圧（本実施形態においては１２０Ｖ程度）となる。このように、キャパシタ２２のプラス端子から延びる導電体であるバスバーには高電圧が作用するため、低圧部分よりも厳重な絶縁が必要になる。

図９に示すように、キャパシタ２２のプラス端子から延びる導電体は、キャパシタ２２に隣接して配置されたコンバータケース２６の内部に挿通されている。キャパシタ２２のプラス端子から延び、コンバータケース２６内に挿通された導電体であるバスバー２７ａは、コンバータケース２６内を通ってコンバータケース２６の前側に隣接して配置されたインバータ２０ａに接続されている。即ち、キャパシタ２２から各副駆動モータ２０に電力を供給する電力供給用の導電体は、その一部が、コンバータケース２６の内部に通されている。なお、コンバータケース２６内のバスバー２７ａは２つに分岐され、コンバータケース２６の前側に隣接して配置された２つのインバータ２０ａに夫々接続される。

ここで、コンバータケース２６の内部を通る電力供給用の導電体であるバスバー２７ａには高電圧が作用しているが、コンバータケース２６によって保護されているため、絶縁耐圧を高めるための厳重な絶縁を省略することができる。このため、高電圧が作用する導電体のうち、コンバータケース２６内を通るバスバー２７ａについては絶縁材を簡素化することができ、重量及びコストの増加を抑制することができる。

同様に、バッテリ１８のマイナス端子から延びる導電体は、バッテリ１８の上方に配置されたコンバータケース２６の内部に挿通されている。バッテリ１８のマイナス端子から延び、コンバータケース２６内に挿通された導電体であるバスバー２７ｂは、コンバータケース２６内を通ってコンバータケース２６の前側に隣接して配置されたインバータ２０ａに接続されている。なお、コンバータケース２６内のバスバー２７ｂは２つに分岐され、コンバータケース２６の前側に隣接して配置された２つのインバータ２０ａに夫々接続される。また、バッテリ１８のマイナス端子から延び、コンバータケース２６の内部を通るバスバー２７ｂはアース電位にある。

さらに、キャパシタ２２から電力が供給される２つのインバータ２０ａは、左右の前輪２ｂ各々に設けられた副駆動モータ２０に夫々接続され、各副駆動モータ２０に三相の交流電力を供給するように構成されている。図７に示すように、各インバータ２０ａにおいて直流から交流に変換された三相の交流電力は、各インバータ２０ａから延びるハーネス２１を介して各副駆動モータ２０に供給される。これらのハーネス２１は、各インバータ２０ａの前方側の端部から延び、主駆動モータ１６用のインバータ１６ａの両側を通って前輪２ｂ各々に設けられた副駆動モータ２０に接続されている。

このインバータ２０ａと副駆動モータ２０を接続するハーネス２１には、比較的高電圧（本実施形態においては１２０Ｖ程度）が印加されるため、比較的少ない電流で副駆動モータ２０に大きな電力を供給することができる。これにより、ハーネス２１の導体断面積を、低電圧で電力を供給する場合よりも低減することができる。

本発明の実施形態の車両駆動装置１０によれば、バッテリ１８及びキャパシタ２２が直列に接続され（図２）、これらから供給される電力によってインホイールモータである副駆動モータ２０が駆動されるので、バッテリ１８単体で駆動した場合よりも副駆動モータ２０の駆動電流を低く抑えることができる。この結果、副駆動モータ２０の駆動電流を供給する導電体であるハーネス２１及びバスバー２７ａの導体断面積を、比較的小さく抑えることができる。さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、キャパシタ２２から副駆動モータ２０に電力を供給する電力供給用の導電体であるバスバー２７ａが、キャパシタ２２よりも前側に配置されたコンバータケース２６の内部を通っている（図９）。このため、キャパシタ２２から副駆動モータ２０に電力を供給する導電体の一部は、コンバータケース２６によって保護されるため、絶縁材を簡素に構成することができる。これにより、高電圧を伝送する導電体（バスバー２７ａ）の絶縁材による重量及びコストの増加を抑制することができる。

また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、キャパシタ２２から延び、コンバータケース２６の内部を通ったバスバー２７ａはインバータ２０ａに接続され、キャパシタ２２から出力された直流電圧が交流電圧に変換されるので、キャパシタ２２に蓄積された電気エネルギーによって交流モータを駆動することができる。

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａがバッテリ１８の出力電圧を昇圧してキャパシタ２２に供給する（図２）ので、バッテリ１８とキャパシタ２２の動作電圧が異なっていてもバッテリ１８に蓄積された電気エネルギーをキャパシタ２２に充電することができる（図３）。この結果、バッテリ１８及びキャパシタ２２に蓄積されている電気エネルギーを効率良く活用することができる。

また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、コンバータケース２６が車両１のトンネル部１５の中に配置されている（図１、図８）ので、車両１内のスペースを有効に活用することができる。

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を出力するインバータ２０ａが、車両１の幅方向中央のトンネル部１５の中に配置されている（図１）ので、各副駆動モータ２０に電力を供給する導電体の長さを短縮することができる。

また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、車両１の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部１５の中に配置されていることにより（図８）、バッテリ１８が保護され、車両１が前方、後方又は側面から衝突した何れの場合にもバッテリ１８を損傷されにくくすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、エンジン及びモータの動力により車両を駆動するハイブリッド式の車両駆動装置に本発明が適用されていたが、モータの動力のみで車両を駆動する車両駆動装置に本発明を適用することもできる。また、上述した実施形態においては、前輪を駆動するインホイールモータは副駆動モータとして車両に備えられていたが、前輪のインホイールモータのみで車両を駆動する車両駆動装置や、前輪のインホイールモータを主駆動モータとする車両駆動装置に本発明を適用することもできる。

さらに、上述した実施形態においては、コンバータケースには、バッテリ及びキャパシタに電気的に接続された高圧ＤＣ／ＤＣコンバータが収容されていたが、コンバータケースには低圧ＤＣ／ＤＣコンバータも収容することができる。また、キャパシタとコンバータケース（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、コンバータケース（ＤＣ／ＤＣコンバータ）とインバータが夫々直接当接するように本発明を構成することもできる。さらに、上述した実施形態においては、コンバータケースの内部に挿通される導電体として、バスバーが使用されていたが、導電体として、導電線、電気コード、電気ケーブル等、任意の導体を使用することができる。

１ 車両
２ａ 後輪（主駆動輪）
２ｂ 前輪（副駆動輪）
１０ 車両駆動装置
１２ エンジン（原動機、内燃機関）
１２ａ 燃料タンク
１４ 動力伝達機構
１４ａ プロペラシャフト（動力伝達軸）
１４ｂ トランスミッション（変速機）
１４ｄ ドライブシャフト
１４ｃ トルクチューブ
１５ トンネル部
１６ 主駆動モータ
１６ａ インバータ
１７ 外部電源
１８ バッテリ（蓄電器）
１９ プラグイン充電器
２０ 副駆動モータ（インホイールモータ）
２０ａ インバータ
２１ ハーネス（導電体）
２２ キャパシタ
２３ 給電口
２４ 制御装置（制御器）
２５ 電装品
２６ コンバータケース
２６ａ 高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
２６ｂ 低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
２７ａ バスバー（導電体）
２７ｂ バスバー（導電体）
２８ ステータ
２８ａ ステータベース
２８ｂ ステータシャフト
２８ｃ ステータコイル
３０ ロータ
３０ａ ロータ本体
３０ｂ ロータコイル
３２ 電気絶縁液室
３２ａ 電気絶縁液
３４ ベアリング
５０ フレーム
５２ カバー部材

Claims (6)

1. モータを使用して車両を駆動する車両駆動装置であって、
   車両の前輪に設けられ、前輪を駆動するインホイールモータと、
   このインホイールモータを駆動するための電気エネルギーを蓄積するバッテリと、
   このバッテリと直列に接続され、上記インホイールモータを駆動するための電気エネルギーを蓄積するキャパシタと、
   上記バッテリ及び上記キャパシタに電気的に接続され、コンバータケースに収容されたＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、
   上記インホイールモータは、直列に接続された上記バッテリ及び上記キャパシタから供給された電力によって駆動され、
   上記インホイールモータ、上記コンバータケース、及び上記キャパシタは、上記車両の前側から、上記インホイールモータ、上記コンバータケース、上記キャパシタの順に配置され、
   上記キャパシタと上記インホイールモータとを電気的に接続するように構成された導電体は、その少なくとも一部が、上記コンバータケースの内部に挿通されていることを特徴とする車両駆動装置。
2. さらに、上記キャパシタから出力された直流電圧を交流電圧に変換して上記インホイールモータに出力するインバータを有し、上記キャパシタから上記インホイールモータに電力を供給すべく、上記コンバータケースの内部を通った上記導電体は、上記インバータに接続される請求項１記載の車両駆動装置。
3. 上記バッテリは、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して上記キャパシタに電気的に接続され、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記バッテリの出力電圧を昇圧して上記キャパシタに供給する請求項１又は２記載の車両駆動装置。
4. 上記コンバータケースは、上記車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両駆動装置。
5. 上記インバータは、上記車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている請求項２記載の車両駆動装置。
6. 上記バッテリは、上記車両の下部、幅方向中央に設けられたトンネル部の中に配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両駆動装置。

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