JP7281080B2 - 車両駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動装置に関し、特に、内燃機関及びモータを使用して車輪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、内燃機関及びモータを備えたハイブリッド駆動の車両や、モータ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。

一方、特開２０１６－１０７７３４号公報（特許文献１）には、車両用電源制御装置が記載されている。この電源制御装置は、ギヤ駆動式スタータと、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ）と、キャパシタと、ＤＣ－ＤＣコンバータと、鉛蓄電池と、を備えている。この電源制御装置においては、キャパシタと鉛蓄電池は、ＤＣ－ＤＣコンバータを介して並列に接続されている。また、ＩＳＧによって生成された電力は、一旦、キャパシタに充電された後、ＤＣ－ＤＣコンバータによって降圧されて鉛蓄電池に充電される。鉛蓄電池に蓄積された電力は、ギヤ駆動式スタータ等の電装品の駆動に利用される。

特開２０１６－１０７７３４号公報

モータ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が、バッテリに蓄積可能な電気エネルギーに限界があり、十分に長い航続距離を確保することが困難である。このため、車両用の駆動装置として、モータと共に内燃機関を搭載したハイブリッド駆動装置が広く普及している。また、このような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には、主としてモータによる駆動力を利用する必要がある。

このように、モータの駆動力を主体とする車両駆動装置では、十分な走行性能を確保するために、モータにより十分な駆動力を得る必要がある。モータにより十分な駆動力を得るためには、高電圧でモータを作動させる必要がある。即ち、低電圧でモータを駆動した場合には駆動に要する電流が過大なものとなり、送電系統のインピーダンスを極めて小さくすることが要求される。しかしながら、モータを高電圧で作動させる場合には、モータに高電圧を供給する電気系統を電気的に十分に絶縁する必要があり、この絶縁材が車両の全体的な重量を増加させ、車両の燃費を悪化させるという問題がある。

従って、本発明は、モータを比較的高電圧で駆動しながら、電力供給系統を絶縁する絶縁材による重量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輪を駆動する車両の駆動装置であって、車両の後輪の間に配置され、後輪を駆動する後輪用モータと、この後輪用モータを駆動するための電気エネルギーを蓄積したバッテリと、後輪用モータを駆動するための電気エネルギーを蓄積したキャパシタと、キャパシタからの電力を後輪用モータに供給するワイヤハーネスと、を有し、後輪用モータには、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから電力が供給され、車両の後輪は、センタービームを備えたトーションビームアクスル形式の懸架構造により懸架され、キャパシタは２つ備えられ、車両の左右の後輪の間、且つセンタービームよりも後ろ側であって、センタービームの車幅方向中央の両側に夫々に配置されていることを特徴とする車両駆動装置。

このように構成された本発明においては、車両の後輪の間に配置された後輪用モータが後輪を駆動する。バッテリ及びキャパシタは後輪用モータを駆動するための電気エネルギーを蓄積しており、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから後輪用モータに電力が供給される。キャパシタは車両の左右の後輪の間に配置されており、キャパシタからの電力は、ワイヤハーネスによって後輪用モータに供給される。

このように構成された本発明によれば、直列に接続されたバッテリ及びキャパシタから後輪用モータに電力が供給されるので、バッテリ単体で駆動する場合よりも高電圧で後輪用モータを駆動することができ、駆動電流を低く抑えることができる。また、キャパシタからの電力を後輪用モータに供給するワイヤハーネスには比較的高い電圧が印加されるので、絶縁耐圧を高くしておく必要がある。しかしながら、後輪用モータへの電力の供給は、車両の左右の後輪の間に配置されたキャパシタから行われるため、電力を供給するためのワイヤハーネスを短くすることができる。これにより、ワイヤハーネスの絶縁耐圧を高くしたとしても、重量の増分は少なくなり、絶縁材による重量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、キャパシタは、車両の側方から見て、少なくとも一部が後輪と重なる位置に配置されている。
このように構成された本発明によれば、キャパシタが、車両の側方から見て、少なくとも一部が後輪と重なる位置に配置されているので、後輪用モータに電力を供給するワイヤハーネスを更に短くすることができ、絶縁材による重量の増加を更に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、後輪用モータは、車両の左右の後輪に夫々設けられたインホイールモータである。
このように構成された本発明によれば、後輪用モータがインホイールモータであるので、後輪用モータの駆動力を後輪に伝達する動力伝達機構を必要とせず、後輪が直接駆動されるので、車両を軽量化することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、左右の後輪の間に配置され、左右の後輪に動力を伝達するリヤディファレンシャルギヤを有し、キャパシタは、リヤディファレンシャルギヤと後輪との間に配置されている。

このように構成された本発明によれば、左右の後輪がリヤディファレンシャルギヤを介して駆動される車両においても、キャパシタを後輪の近傍に配置することができ、後輪用モータに電力を供給するワイヤハーネスを短縮することができる。これにより、ワイヤハーネスの絶縁材による重量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、左右の後輪の間であって、リヤディファレンシャルギヤの前側に配置され、入力された駆動力をリヤディファレンシャルギヤに伝達するカップリングを有し、キャパシタは、カップリングと後輪との間に配置されている。

このように構成された本発明によれば、左右の後輪がカップリングを介して駆動される車両においても、キャパシタを後輪の近傍に配置することができ、後輪用モータに電力を供給するワイヤハーネスを短縮することができる。これにより、ワイヤハーネスの絶縁材による重量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、バッテリは、車両の前後方向に延びるように、車両の下部に設けられたトンネル部の中、又は車両の後部に配置されている。
このように構成された本発明によれば、バッテリがトンネル部の中又は車両の後部に配置されているので、バッテリを収容するスペースを十分に確保することができる。また、このようにバッテリを配置することにより、バッテリとキャパシタを直列に接続する配線は比較的長くなる場合があるが、上記配線は比較的低電圧であるため、絶縁材による重量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、キャパシタの最大の端子間電圧は、バッテリの端子間電圧よりも高く構成されている。
このように構成された本発明によれば、キャパシタの最大の端子間電圧が、バッテリの端子間電圧よりも高く構成されているので、キャパシタを直列に接続することにより、バッテリの端子間電圧を大きく嵩上げすることができる。この結果、比較的低電圧のバッテリを使用しながら、高い電圧で後輪用モータを駆動することができる。
また、本発明において、好ましくは、さらに、後輪用モータを駆動するための電力を交流に変換するインバータを有し、このインバータは、キャパシタの後ろ側に隣接して配置されている。

本発明の車両駆動装置によれば、モータを比較的高電圧で駆動しながら、電力供給系統を絶縁する絶縁材による重量の増加を抑制することができる。

本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第１実施形態による車両駆動装置において使用されている各モータの出力と車速の関係を示す図である。 本発明の第１実施形態による車両駆動装置において使用されている副駆動モータの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態による車両駆動装置を適用した車両における後輪の懸架構造を取り出して示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による車両駆動装置を適用した車両の後輪の部分を側方から見た透視図である。 本発明の第２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。 本発明の第２実施形態による車両駆動装置を適用した車両における後輪の懸架構造を取り出して示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による車両駆動装置を適用した車両の後輪の部分を側方から見た透視図である。

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、本発明の第１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、本発明の第１実施形態による車両駆動装置を搭載した車両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対の前輪２ｂを駆動する所謂ＦＦ（Front engine, Front drive）車である。また、後述するように、前輪２ｂは主駆動モータ１６によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の後輪２ａは、副駆動モータによって駆動される。

車両１に搭載された本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０は、前輪２ｂを駆動するエンジン１２と、変速機であるトランスミッション１４と、前輪２ｂを駆動する主駆動モータ１６と、バッテリ１８と、制御器である制御装置２４と、を有する。さらに、車両駆動装置１０は、右側の後輪２ａを駆動するインホイールモータである副駆動モータ２０と、その近傍に配置されたキャパシタ２２と、左側の後輪２ａを駆動するインホイールモータである副駆動モータ２１と、その近傍に配置されたキャパシタ２３と、を有する。

エンジン１２は、車両１の主駆動輪である前輪２ｂ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がトランスミッション１４及びディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して前輪２ｂを駆動するようになっている。また、本実施形態において、エンジン１２は、直列に並ぶ４つの気筒が車両１の左右方向に配列される所謂「横置き」にされている。また、エンジン１２の排気は、排気管（図示せず）を通って車両１の後端から排出されるが、この排気管は、車両の下部中央に、前後方向に延びるように形成されたトンネル部１５の中に通されている。

トランスミッション１４は、エンジン１２の出力軸の回転数を変換して出力する多段変速機であり、トランスミッション１４の出力はディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して前輪２ｂ各輪に伝達される。

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の側方に、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、車両１の前部にはインバータ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トランスミッション１４を介して前輪２ｂに伝達される。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、主として主駆動モータ１６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。また、図１に示すように、本実施形態において、バッテリ１８は車両下部に設けられたトンネル部１５の中に配置されている。或いは、変形例として、図１に想像線で示すように、車両１の後部にバッテリ１８を配置することもできる。

次に、副駆動モータ２０、２１は、副駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するように、後輪２ａに夫々設けられている。また、副駆動モータ２０、２１はインホイールモータであり、後輪２ａ各輪のホイール内に夫々収容されている。従って、副駆動モータ２０、２１は、車両１の左右の後輪２ａの間に配置されると共に、車両１の所謂「バネ下」に設けられている。また、図１に示すように、右側の副駆動モータ２０には、キャパシタ（ＣＡＰ）２２からの電流が、インバータ２０ａにより交流に変換されて夫々供給される。同様に、左側の副駆動モータ２１には、キャパシタ２３からの電流が、インバータ２１ａにより交流に変換されて夫々供給される。さらに、本実施形態においては、各副駆動モータ２０、２１には減速機構である減速機が設けられておらず、副駆動モータの駆動力は後輪２ａ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、副駆動モータ２０、２１として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。

右側のキャパシタ２２は副駆動モータ２０によって回生された電力を蓄積し、左側のキャパシタ２３は副駆動モータ２１によって回生された電力を蓄積するように設けられている。図１に示すように、キャパシタ２２は、車両１の右側の後輪２ａに設けられた副駆動モータ２０の近傍に配置され、キャパシタ２３は、左側の後輪２ａに設けられた副駆動モータ２１の近傍に配置されている。また、キャパシタ２２からの電力は、車両１の右側の後輪２ａに設けられた副駆動モータ２０にワイヤハーネス２２ａを介して夫々供給され、キャパシタ２３からの電力は、左側の後輪２ａに設けられた副駆動モータ２１にワイヤハーネス２３ａを介して夫々供給される。

さらに、各キャパシタ２２、２３は、バッテリ１８よりも高い電圧で電荷を蓄積するように構成されると共に、副駆動輪である左右の後輪２ａの間の領域内に配置される。即ち、キャパシタ２２、２３は、車両の側方から見て、少なくとも一部が後輪２ａと重なる位置に配置されている。主としてキャパシタに蓄積された電力により駆動される副駆動モータ２０、２１は、バッテリ１８の端子間電圧よりも高い電圧で駆動される。

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、２１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、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０の電源構成、及びモータによる車両１の駆動を説明する。
図２は、本発明の第１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において使用されてい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とキャパシタ２２、バッテリ１８とキャパシタ２３は、夫々直列に接続されている。主駆動モータ１６にはバッテリ１８の電力が供給される。また、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、副駆動モータ２１には直列に接続されたバッテリ１８とキャパシタ２３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、２１はバッテリ１８の電圧とキャパシタの端子間電圧を合算した電圧で、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、２３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。

このように接続されることにより、後輪用モータである副駆動モータ２０、２１は、バッテリ及びキャパシタに蓄積された電気エネルギーにより駆動される。なお、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。同様に、キャパシタ２３には副駆動モータ２１に供給する電気エネルギーが蓄積され、副駆動モータ２１は、常にキャパシタ２３を介して供給された電力によって駆動される。

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。一方、キャパシタ２２の出力（バッテリ１８とキャパシタ２２を直列に接続した電圧）はインバータ２０ａに入力され、インバータ２０ａは、入力された直流電圧を交流に変換した上で、副駆動モータ２０が要求する電力を出力し、副駆動モータ２０が駆動される。同様に、キャパシタ２３の出力はインバータ２１ａに入力され、インバータ２１ａは、入力された直流電圧を交流に変換した上で、副駆動モータ２１が要求する電力を出力する。

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、２１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、２１によって回生された電力は主としてキャパシタ２２、２３に夫々蓄積される。

また、バッテリ１８とキャパシタ２２、２３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又は２３に蓄積された電荷が不足しているとき（キャパシタ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又は２３に充電する。一方、副駆動モータ２０又は２１によるエネルギーの回生により、キャパシタ２２又は２３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、２１によって回生された電力はキャパシタ２２、２３に夫々蓄積された後、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。車両駆動装置１０の制御装置２４や、車両１の電装品２５の多くは１２Ｖの電圧で作動するので、バッテリ１８に蓄積された電荷を低圧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。

次に、図３を参照して、キャパシタに対する充電及び放電を説明する。なお、ここではキャパシタ２２に対する充電・放電について説明するが、キャパシタ２３についても全く同様に充放電が行われる。
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、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、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、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、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０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つの副駆動モータの出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０、２１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、２１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、２１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、２１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、２１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、２１）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、本発明の第１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。なお、ここでは副駆動モータ２０の構造を説明するが、副駆動モータ２１の構成も全く同様である。
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、副駆動モータ２０により生成された駆動力は、直接、後輪２ａのホイール（図示せず）を回転駆動する。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０が適用されている車両１における後輪２ａの懸架構造及びキャパシタ２２、２３の配置を説明する。
図６は、本実施形態の車両駆動装置１０を適用した車両１における後輪２ａの懸架構造を取り出して示した斜視図である。図７は車両１の後輪の部分を側方から見た透視図である。

図６に示すように、本実施形態においては、後輪２ａの懸架構造としてトーションビームアクスル（ＴＢＡ）形式が採用されている。即ち、後輪２ａは、センタービーム８ａと、その両端に夫々取り付けられたトレーリングアーム８ｂと、スプリング８ｃと、ショックアブソーバ８ｄと、によって懸架されている。

センタービーム８ａは車両１の幅方向に延びるトーションビームであり、センタービーム８ａの捩れにより、或る程度、左右の後輪２ａの独立した動きが許容される。
トレーリングアーム８ｂは、センタービーム８ａの両端に夫々取り付けられ、車両１の前後方向に延びるアーム部材である。右側のトレーリングアーム８ｂの後端部には副駆動モータ２０が取り付けられ、左側のトレーリングアーム８ｂの後端部には副駆動モータ２１（図６には図示せず）が取り付けられ、各後輪２ａが駆動される。

スプリング８ｃ及びショックアブソーバ８ｄは、センタービーム８ａの両端部近傍、及びトレーリングアーム８ｂの後端部に夫々取り付けられ、各後輪２ａからの振動の伝達を抑制しながら車体を支持している。

また、右側の後輪２ａに設けられた副駆動モータ２０に電力を供給するキャパシタ２２は、センタービーム８ａの右側端部近傍に配置され、左側後輪２ａの副駆動モータ２１（図６には図示せず）に電力を供給するキャパシタ２３は、センタービーム８ａの左側端部近傍に配置されている。これにより、図７に示すように、キャパシタ２３は、車両１の側方から見て、後輪２ａと重なる位置に配置されている。同様に、車両１の右側に配置されたキャパシタ２２も、車両１の側方から見て、後輪２ａと重なる位置に配置されている。即ち、キャパシタの少なくとも一部が、車両１の側方から見て、後輪２ａと重なる位置に配置されるのが良い。

キャパシタ２２からの電力は、キャパシタ２２の後ろ側に隣接して配置されたインバータ２０ａによって交流に変換され、ワイヤハーネス２２ａを介して副駆動モータ２０に供給される。同様に、キャパシタ２３からの電力は、キャパシタ２３の後ろ側に隣接して配置されたインバータ２１ａによって交流に変換され、ワイヤハーネス２３ａを介して副駆動モータ２１（図６には図示せず）に供給される。

ここで、各副駆動モータ２０、２１は比較的高電圧で駆動されるため、これらに電力を供給する各ワイヤハーネス２２ａ、２３ａには高い絶縁耐圧が要求される。しかしながら、各キャパシタ及びインバータは、電力を供給すべき副駆動モータの近傍に配置されているので、短いワイヤハーネスで副駆動モータに電力を供給することができる。このため、ワイヤハーネスの絶縁耐圧を高くしたとしても、絶縁部材を設けることによる重量の増加は僅かであり、副駆動モータを高電圧で駆動することに起因する絶縁材の重量増加を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の車両駆動装置１０によれば、直列に接続されたバッテリ１８及びキャパシタ２２、２３から後輪用モータである副駆動モータ２０、２１に夫々電力が供給されるので（図２）、バッテリ１８単体で駆動する場合よりも高電圧で各副駆動モータを駆動することができ、駆動電流を低く抑えることができる。また、キャパシタ２２、２３からの電力を各副駆動モータに供給するワイヤハーネス２２ａ、２３ａには夫々比較的高い電圧が印加されるので、絶縁耐圧を高くしておく必要がある。しかしながら、副駆動モータ２０、２１への電力の供給は、車両１の左右の後輪２ａの間に配置されたキャパシタ２２、２３から行われるため、電力を供給するためのワイヤハーネス２２ａ、２３ａを短くすることができる（図６）。これにより、各ワイヤハーネスの絶縁耐圧を高くしたとしても、重量の増分は少なくなり、絶縁材による重量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、２３が、車両１の側方から見て、少なくとも一部が後輪２ａと重なる位置に配置されているので（図７）、副駆動モータ２０、２１に電力を供給するワイヤハーネス２２ａ、２３ａを更に短くすることができ、絶縁材による重量の増加を更に抑制することができる。

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、後輪用モータである副駆動モータ２０、２１がインホイールモータであるので（図５）、副駆動モータ２０、２１の駆動力を後輪に伝達する動力伝達機構を必要とせず、後輪２ａが直接駆動されるので、車両１を軽量化することができる。

また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、バッテリ１８がトンネル部１５の中に配置されているので、バッテリ１８を収容するスペースを十分に確保することができる。また、このようにバッテリ１８を配置することにより、バッテリ１８とキャパシタ２２、２３を直列に接続する配線は比較的長くなる場合があるが、この配線は比較的低電圧であるため、絶縁材による重量の増加を抑制することができる。

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、キャパシタ２２、２３の最大の端子間電圧が、バッテリ１８の端子間電圧よりも高く構成されているので（図３）、キャパシタを直列に接続することにより、バッテリ１８の端子間電圧を大きく嵩上げすることができる。この結果、比較的低電圧のバッテリ１８を使用しながら、高い電圧で副駆動モータ２０、２１を駆動することができる。

次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の第２実施形態による車両駆動装置を説明する。
図８は、本発明の第２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９は、本発明の第２実施形態による車両駆動装置を適用した車両における後輪の懸架構造を取り出して示した斜視図である。図１０は車両の後輪の部分を側方から見た透視図である。

本実施形態による車両駆動装置は、エンジンが発生する駆動力の伝達構造、及び副駆動モータの配置が上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本実施形態による車両駆動装置の、第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０を搭載した車両１００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１１２が搭載されている。また、車両１００は、エンジン１１２の駆動力によって主駆動輪である左右１対の前輪２ｂ、及び副駆動輪である左右１対の後輪２ａが駆動される所謂４ＷＤ（Four Wheel Drive）車である。また、後述するように、前輪２ｂは主駆動モータ１１６によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の後輪２ａは、副駆動モータ１２０によっても駆動される。

車両１００に搭載された本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０は、前輪２ｂ及び後輪２ａを駆動するエンジン１１２と、変速機であるトランスミッション１１４と、前輪２ｂ及び後輪２ａを駆動する主駆動モータ１１６と、バッテリ１１８と、制御器である制御装置１２４と、を有する。さらに、車両駆動装置１１０は、左右の後輪２ａを駆動する後輪用モータである副駆動モータ１２０と、その近傍に配置されたキャパシタ１２２と、を有する。

エンジン１１２は、車両１００の主駆動輪である前輪２ｂ及び副駆動輪である後輪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、車両１００の前部に配置されたエンジン１１２がトランスミッション１１４及びディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して前輪２ｂを駆動するようになっている。また、エンジン１１２が発生した駆動力の一部はパワーテイクオフ（ＰＴＯ）１１７ａによって取り出され、左右の後輪２ａにも伝達される。

トランスミッション１１４は、エンジン１１２の出力軸の回転数を変換して出力する多段変速機であり、トランスミッション１１４の出力はディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して前輪２ｂ各輪に伝達される。また、トランスミッション１１４の出力動力の一部はパワーテイクオフ１１７ａによって取り出され、取り出された出力は、プロペラシャフト１１７ｂ、電磁クラッチであるカップリング１１７ｃ、及び後輪用のリヤディファレンシャルギヤ１１７ｄを介して左右の後輪２ａに伝達される。また、プロペラシャフト１１７ｂは、車両１００の下部中央に、前後方向に延びるように形成されたトンネル部１１５の中に通され、その後端部にカップリング１１７ｃが接続されている。カップリング１１７ｃは入力された駆動力をリヤディファレンシャルギヤ１１７ｄに伝達する。

主駆動モータ１１６は、主駆動輪及び副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１００の車体上に設けられ、エンジン１１２の側方に、エンジン１１２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、車両１００のトンネル部１１５の中にはインバータ１１６ａが配置されており、このインバータ１１６ａにより、バッテリ１１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１１６に供給される。さらに、図８に示すように、主駆動モータ１１６はエンジン１１２と直列に接続されており、主駆動モータ１１６が発生した駆動力もトランスミッション１１４を介して前輪２ｂに伝達される。

さらに、主駆動モータ１１６が発生した駆動力も、その一部がパワーテイクオフ１１７ａによって取り出され、後輪２ａに伝達される。本実施形態においては、主駆動モータ１１６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。また、本実施形態においては、エンジン１１２及び主駆動モータ１１６が発生した動力のうちの最大５０％が、パワーテイクオフ１１７ａ及びカップリング１１７ｃによって後輪側に伝達される。

バッテリ１１８は、主として主駆動モータ１１６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り、トンネル部１１５の中の、インバータ１１６ａの後ろ側に配置されている。さらに、本実施形態においては、バッテリ１１８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。

次に、副駆動モータ１２０は、副駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するように設けられ、カップリング１１７ｃ及び後輪用のリヤディファレンシャルギヤ１１７ｄと一体化されている。従って、副駆動モータ１２０は、車両１００の左右の後輪２ａの間に配置されている。また、副駆動モータ１２０は車両１００の車体側に設けられたオンボードモータであり、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄを介して左右の後輪２ａに駆動力が伝達される。また、図８に示すように、副駆動モータ１２０には、キャパシタ（ＣＡＰ）１２２からの電流が、副駆動モータ用のインバータ１２０ａにより交流に変換されて供給される。

キャパシタ１２２は、副駆動モータ１２０によって回生された電力を蓄積するように設けられている。図８に示すように、キャパシタ１２２及びインバータ１２０ａは、車両１００の幅方向中央に配置されたカップリング１１７ｃ、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄ、及び副駆動モータ１２０の近傍に隣接して配置されている。また、キャパシタ１２２はバッテリ１１８と直列に接続され、キャパシタ１２２からの電力は、インバータ１２０ａ、ワイヤハーネス１２２ａを介して副駆動モータ１２０に供給される。

これにより、副駆動モータ１２０は、バッテリ１１８の端子間電圧よりも高い電圧で駆動される。さらに、キャパシタ１２２は、バッテリ１１８よりも高い電圧で電荷を蓄積するように構成される。なお、バッテリ１１８とキャパシタ１２２の間には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ａが接続されている。この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ａにより、バッテリ１１８とキャパシタ１２２の間で双方向に充電を行うことができる。また、バッテリ１１８と車両１００の１２Ｖ電装品（図示せず）の間には、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ｂが接続されており、バッテリ１１８に蓄積された電荷を１２Ｖに降圧して電装品等に供給することができる。

一方、図８に示すように、制御装置１２４は、エンジン１１２、主駆動モータ１１６及び副駆動モータ１２０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１２４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９及び図１０を参照して、本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０が適用されている車両１００における後輪２ａの懸架構造及びキャパシタ１２２の配置を説明する。

図９に示すように、本実施形態においても、後輪２ａの懸架構造としてトーションビームアクスル（ＴＢＡ）形式が採用され、後輪２ａは、センタービーム８ａと、トレーリングアーム８ｂと、スプリング８ｃと、ショックアブソーバ８ｄと、によって懸架されている。

また、車両１００の前部から延びるプロペラシャフト１１７ｂは、センタービーム８ａの下側を通って、センタービーム８ａの後ろ側に配置されたカップリング１１７ｃに接続されている。カップリング１１７ｃからの出力は、カップリング１１７ｃの後ろ側に一体的に設けられたリヤディファレンシャルギヤ１１７ｄに入力される。一方、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄの後ろ側に一体的に設けられた副駆動モータ１２０の出力も、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄに入力される。リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄに入力された駆動力は、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄの両側面から車両１００の幅方向に延びるドライブシャフト１１７ｅによって、左右の後輪２ａに夫々伝達される。

また、副駆動モータ１２０に電力を供給するキャパシタ１２２は、左右の後輪２ａの間であって、センタービーム８ａの左側端部近傍に配置されている。これにより、図１０に示すように、キャパシタ１２２は、車両１００の側方から見て、後輪２ａと重なる位置に配置されている。即ち、キャパシタの少なくとも一部が、車両１００の側方から見て、後輪２ａと重なる位置に配置されるのが良い。また、この配置によれば、キャパシタ１２２は、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄと後輪２ａの間、且つカップリング１１７ｃと後輪２ａの間に位置することとなる。なお、第１実施形態と同様に２つのキャパシタを備え、これらがカップリング１１７ｃ、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄ、及び副駆動モータ１２０の両側に配置されるように本発明を構成することもできる。

また、キャパシタ１２２からの電力は、キャパシタ１２２の後ろ側に隣接して配置されたインバータ１２０ａによって交流に変換され、ワイヤハーネス１２２ａを介して副駆動モータ１２０に供給される。ここで、副駆動モータ１２０は比較的高電圧で駆動されるため、これに電力を供給するワイヤハーネス１２２ａには高い絶縁耐圧が要求される。しかしながら、キャパシタ１２２及びインバータ１２０ａは、電力を供給すべき副駆動モータ１２０の近傍に配置されているので、短いワイヤハーネスで副駆動モータに電力を供給することができる。このため、ワイヤハーネスの絶縁耐圧を高くしたとしても、絶縁部材を設けることによる重量の増加は僅かであり、副駆動モータを高電圧で駆動することに起因する絶縁材の重量増加を抑制することができる。

本発明の第２実施形態の車両駆動装置１１０によれば、キャパシタ１２２が、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｄと後輪２ａとの間に配置されているので（図９）、左右の後輪２ａがリヤディファレンシャルギヤ１１７ｄを介して駆動される車両１００においても、キャパシタ１２２を後輪２ａの近傍に配置することができる。この結果、後輪用モータである副駆動モータ１２０に電力を供給するワイヤハーネス１２２ａを短縮することができ、ワイヤハーネス１２２ａの絶縁材による重量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１１０によれば、キャパシタ１２２が、カップリング１１７ｃと後輪２ａとの間に配置されているので（図９）、左右の後輪２ａがカップリング１１７ｃを介して駆動される車両１００においても、キャパシタ１２２を後輪２ａの近傍に配置することができる。この結果、後輪用モータである副駆動モータ１２０に電力を供給するワイヤハーネス１２２ａを短縮することができ、ワイヤハーネス１２２ａの絶縁材による重量の増加を抑制することができる。

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、後輪用モータを副駆動モータとして機能させていたが、後輪用モータが主駆動モータとして機能する車両駆動装置にも本発明を適用することができる。また、上述した実施形態においては、エンジン及び主駆動モータの動力が前輪を駆動していたが、前輪を駆動するエンジン及び／又はモータを備えていない車両駆動装置に本発明を適用することもできる。

１ 車両
２ａ 後輪（副駆動輪）
２ｂ 前輪（主駆動輪）
８ａ センタービーム
８ｂ トレーリングアーム
８ｃ スプリング
８ｄ ショックアブソーバ
１０ 車両駆動装置
１２ エンジン（内燃機関）
１４ トランスミッション（変速機）
１５ トンネル部
１６ 主駆動モータ
１６ａ インバータ
１８ バッテリ（蓄電器）
２０ 副駆動モータ（インホイールモータ）
２０ａ インバータ
２１ 副駆動モータ（インホイールモータ、後輪用モータ）
２１ａ インバータ
２２ キャパシタ
２２ａ ワイヤハーネス
２３ キャパシタ
２３ａ ワイヤハーネス
２４ 制御装置（制御器）
２５ 電装品
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
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
１００ 車両
１１０ 車両駆動装置
１１２ エンジン（内燃機関）
１１４ トランスミッション（変速機）
１１５ トンネル部
１１６ 主駆動モータ
１１６ａ インバータ
１１７ａ パワーテイクオフ
１１７ｂ プロペラシャフト
１１７ｃ カップリング
１１７ｄ リヤディファレンシャルギヤ
１１７ｅ ドライブシャフト
１１８ バッテリ（蓄電器）
１２０ 副駆動モータ（後輪用モータ）
１２０ａ インバータ
１２２ キャパシタ
１２２ａ ワイヤハーネス
１２４ 制御装置（制御器）
１２６ａ 高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
１２６ｂ 低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (8)

1. モータを使用して車輪を駆動する車両の駆動装置であって、
   上記車両の後輪の間に配置され、上記後輪を駆動する後輪用モータと、
   この後輪用モータを駆動するための電気エネルギーを蓄積したバッテリと、
   上記後輪用モータを駆動するための電気エネルギーを蓄積したキャパシタと、
   上記キャパシタからの電力を上記後輪用モータに供給するワイヤハーネスと、を有し、
   上記後輪用モータには、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電力が供給され、
   上記車両の後輪は、センタービームを備えたトーションビームアクスル形式の懸架構造により懸架され、
   上記キャパシタは２つ備えられ、上記車両の左右の後輪の間、且つ上記センタービームよりも後ろ側であって、上記センタービームの車幅方向中央の両側に夫々に配置されていることを特徴とする車両駆動装置。
2. 上記キャパシタは、上記車両の側方から見て、少なくとも一部が上記後輪と重なる位置に配置されている請求項１記載の車両駆動装置。
3. 上記後輪用モータは、上記車両の左右の後輪に夫々設けられたインホイールモータである請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
4. さらに、上記左右の後輪の間に配置され、上記左右の後輪に動力を伝達するリヤディファレンシャルギヤを有し、上記キャパシタは、上記リヤディファレンシャルギヤと上記後輪との間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. さらに、上記左右の後輪の間であって、上記リヤディファレンシャルギヤの前側に配置され、入力された駆動力を上記リヤディファレンシャルギヤに伝達するカップリングを有し、上記キャパシタは、上記カップリングと上記後輪との間に配置されている請求項４記載の車両駆動装置。
6. 上記バッテリは、上記車両の前後方向に延びるように、上記車両の下部に設けられたトンネル部の中、又は上記車両の後部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。
7. 上記キャパシタの最大の端子間電圧は、上記バッテリの端子間電圧よりも高く構成されている請求項１乃至６の何れか１項に記載の車両駆動装置。
8. さらに、上記後輪用モータを駆動するための電力を交流に変換するインバータを有し、このインバータは、上記キャパシタの後ろ側に隣接して配置されている請求項１乃至７の何れか１項に記載の車両駆動装置。

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