特開2020-55417(P2020-55417A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-55417(P2020-55417A)
(43)【公開日】2020年4月9日
(54)【発明の名称】車両の駆動装置
(51)【国際特許分類】
   B60K 1/04 20190101AFI20200313BHJP
   B60L 50/15 20190101ALI20200313BHJP
   B60L 50/40 20190101ALI20200313BHJP
   B60L 50/50 20190101ALI20200313BHJP
   B60L 53/00 20190101ALI20200313BHJP
   B60L 55/00 20190101ALI20200313BHJP
   B60L 58/00 20190101ALI20200313BHJP
   B60K 7/00 20060101ALI20200313BHJP
【FI】
   B60K1/04 Z
   B60L11/12
   B60L11/18 A
   B60K7/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2018-187153(P2018-187153)
(22)【出願日】2018年10月2日
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】任田 功
(72)【発明者】
【氏名】平野 晴洋
(72)【発明者】
【氏名】米盛 敬
【テーマコード(参考)】
3D235
5H125
【Fターム(参考)】
3D235AA02
3D235BB17
3D235BB18
3D235CC15
3D235CC16
3D235CC42
3D235DD35
3D235EE63
3D235EE64
3D235FF12
3D235FF34
3D235FF43
3D235GA03
3D235GA13
3D235GB22
3D235GB26
3D235HH02
5H125AA01
5H125AB01
5H125AC08
5H125AC12
5H125AC14
5H125BC28
(57)【要約】
【課題】インホイールモータとキャパシタとを結ぶ距離を短縮化することにより、インホイールモータの出力確保と車体重量軽減とを両立することができる車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】車幅方向中央部分に車室側に膨出して前後に延びるトンネル部22と、左右1対の前輪2aを夫々駆動するインホイールモータで構成された左右1対の副駆動モータ10と、これら1対の副駆動モータ10に駆動用電力を供給可能なバッテリ6及びキャパシタ7とを備え、電気的に直列接続されたバッテリ6とキャパシタ7がトンネル部22内に収容され、キャパシタ7は、1対の副駆動モータ10に接続されると共にバッテリ6よりも1対の副駆動モータ10に近い位置に配設されている。
【選択図】 図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車幅方向中央部分に車室側に膨出して前後方向に延びるトンネル部と、車体前後方向において前後2対の車輪のうち車体前後方向何れか一方の車幅方向1対の車輪を夫々駆動する車幅方向1対のインホイールモータと、これら1対のインホイールモータに駆動用電力を供給可能なバッテリ及びキャパシタとを備えた車両の駆動装置において、
電気的に直列接続された前記バッテリとキャパシタが前記トンネル部内に収容され、
前記キャパシタは、前記1対のインホイールモータに接続されると共に前記バッテリよりも前記1対のインホイールモータに近い位置に配設されたことを特徴とする車両の駆動装置。
【請求項2】
前記1対のインホイールモータは、車体前後方向前側の1対の車輪を夫々駆動し、
前記キャパシタは、前記バッテリよりも車体前後方向において前側位置に配設されたことを特徴とする請求項1に記載の車両の駆動装置。
【請求項3】
前記前側の1対の車輪間に配置され且つ車体前後方向後側の1対の車輪を駆動するエンジンを有し、
前記キャパシタは、車体前後方向にて前記エンジンとバッテリとの間に配設されたことを特徴とする請求項2に記載の車両の駆動装置。
【請求項4】
前記エンジンの車体前後方向後側に配設され且つ前記後側の1対の車輪を駆動する後輪駆動用モータを有し、
前記キャパシタは、車体前後方向にて前記後輪駆動用モータとバッテリとの間に配設されたことを特徴とする請求項3に記載の車両の駆動装置。
【請求項5】
前記1対のインホイールモータは、車体前後方向後側の1対の車輪を夫々駆動し、
前記キャパシタは、前記バッテリよりも車体前後方向において後側位置に配設されたことを特徴とする請求項1に記載の車両の駆動装置。
【請求項6】
前記キャパシタの最大電圧が、前記バッテリの最大電圧よりも高く設定されたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の駆動装置に関し、特に1対のインホイールモータに駆動用電力を供給可能なバッテリ及びキャパシタを備えた車両の駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、エンジンと、充放電可能な主電源としてのバッテリと、このバッテリの放電電力により駆動される走行用モータとを備えたハイブリッド車両は知られている。
このようなハイブリッド車両では、充放電が繰り返されるため、バッテリとしてリチウムイオンバッテリ等の二次電池が使用されている。特に、リチウムイオンバッテリは、単位重量当りに取り出し可能な電力容量であるエネルギー密度(Wh/kg)が高いため、1回の充電によって走行可能な航続距離を延長することが可能である。
【0003】
近年、単位重量当りに取り出し可能な最大出力、所謂出力密度(パワー密度ともいう)(W/kg)が高い電力貯蔵装置として電気二重層キャパシタ(以下、単にキャパシタと略す)が注目されている。このキャパシタは、イオンによる物理的吸着現象を利用し、静電容量により電気をそのまま電荷として蓄積或いは放出するため、酸化還元等の化学反応を伴うリチウムイオンバッテリに比べて、充放電特性、保守性及びサイクル寿命の点において優れている。
そこで、別途補助電源としてキャパシタを設け、乗員によってブレーキ操作された際、モータによる回生発電を実行し、制動により発電された回生電力をキャパシタに充電する技術が提案されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2016−107734号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、車両の走行中には、高速加速時等のように一時的に高出力が要求される状況があるため、車体重量の軽減を図りつつ車両の動力伝達効率の向上が望まれる。
そこで、車輪ホイールのリムの内周側空間内に走行用電動モータ(所謂インホイールモータ)を収容した車両駆動機構が知られている。
通常、車両駆動機構は、サスペンションのアッパアーム及びロアアームを介してホイール支持部材を車体に懸架し、このホイール支持部材がインホイールモータを介してホイールを懸架するように構成されている。
【0006】
一般的に、インホイールモータを搭載した車両では、インホイールモータに大電力を供給可能にすべく、バッテリ自体の大型化に加え、バッテリとインホイールモータとを電気的に接続するハーネスが高電圧化される傾向にある。
このハーネスを絶縁するための電気絶縁被覆部材の厚みが厚く、また、その全長が長くなることから、車体重量が大幅に増加し、結果的に、更なるモータの高出力化及びバッテリの大型化や高電圧化が要求されるという悪循環を生じる虞がある。
【0007】
そこで、バッテリの大型化に代えて、バッテリに比べて相対的に重量が軽いキャパシタをインホイールモータの電源としてバッテリとは別に設置することが考えられる。
しかし、インホイールモータとキャパシタとを結ぶ領域は依然として高電圧となる傾向になるため、インホイールモータとキャパシタとの間はハーネスを絶縁被覆する必要があり、インホイールモータとキャパシタとが位置的に離隔している場合には、レイアウトからの要求に起因した重量増加を避けることができない。
即ち、インホイールモータの出力確保と車体重量軽減との両立は、現状において容易ではない。
【0008】
本発明の目的は、インホイールモータの出力確保と車体重量軽減とを両立可能な車両の駆動装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1の車両の駆動装置は、車幅方向中央部分に車室側に膨出して車体前後方向において前後方向に延びるトンネル部と、車体前後方向において前後2対の車輪のうち車体前後方向何れか一方の車幅方向1対の車輪を夫々駆動する車幅方向1対のインホイールモータと、これら1対のインホイールモータに駆動用電力を供給可能なバッテリ及びキャパシタとを備えた車両の駆動装置において、電気的に直列接続された前記バッテリとキャパシタが前記トンネル部内に収容され、前記キャパシタは、前記1対のインホイールモータに接続されると共に前記バッテリよりも前記1対のインホイールモータに近い位置に配設されたことを特徴としている。
【0010】
この車両の駆動装置では、電気的に直列接続された前記バッテリとキャパシタが前記トンネル部内に収容されているため、同じ電圧を発生可能なバッテリのみを搭載する場合に比べて軽量化することができ、衝突安全性を確保することができる。
前記キャパシタは、前記1対のインホイールモータに接続されると共に前記バッテリよりも前記1対のインホイールモータに近い位置に配設されているため、バッテリの電圧とキャパシタの電圧とを合算した高電圧の電力をインホイールモータに供給することができると共に、インホイールモータとキャパシタとの間の高電圧ハーネスを短縮化して絶縁被覆部材が必要な領域を低減することができる。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記1対のインホイールモータは、車体前後方向前側の1対の車輪を夫々駆動し、前記キャパシタは、前記バッテリよりも車体前後方向において前側位置に配設されたことを特徴としている。
この構成によれば、前輪にインホイールモータを備えた車両において、衝突安全性確保と車体重量軽減とを図ることができる。
【0012】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記前側の1対の車輪間に配置され且つ車体前後方向後側の1対の車輪を駆動するエンジンを有し、前記キャパシタは、車体前後方向にて前記エンジンとバッテリとの間に配設されたことを特徴としている。
この構成によれば、バッテリを車体前端から離隔でき、衝突安全性を確保することができる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記エンジンの車体前後方向後側に配設され且つ前記後側の1対の車輪を駆動する後輪駆動用モータを有し、前記キャパシタは、車体前後方向にて前記後輪駆動用モータとバッテリとの間に配設されたことを特徴としている。
この構成によれば、キャパシタの配置スペースを確保しつつ、後輪駆動用モータの動力とインホイールモータの動力とを合計した動力により車両の高出力化を図ることができる。
【0014】
請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記1対のインホイールモータは、車体前後方向後側の1対の車輪を夫々駆動し、前記キャパシタは、前記バッテリよりも車体前後方向において後側位置に配設されたことを特徴としている。
この構成によれば、後輪にインホイールモータを備えた車両において、衝突安全性確保と車体重量軽減とを図ることができる。
【0015】
請求項6の発明は、請求項1〜5の何れか1項の発明において、前記キャパシタの最大電圧が、前記バッテリの最大電圧よりも高く設定されたことを特徴としている。
この構成によれば、高電圧を確保しつつ、小型軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の車両の駆動装置によれば、インホイールモータとキャパシタとを結ぶ距離を短縮化することにより、インホイールモータの出力確保と車体重量軽減とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】実施例1に係る駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。
図2】駆動装置を斜め下方から視た図である。
図3図2のIII-III線断面図である。
図4】左側前輪の縦断面図である。
図5】電源構成を示すブロック図である。
図6】キャパシタに電力が回生された場合における電圧変化の一例を示すグラフである。
図7】各モータの出力と車速との関係を示すグラフである。
図8】実施例2に係る図1相当図である。
図9図2相当図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0018】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0019】
以下、本発明の実施例1について図1図7に基づいて説明する。
図1に示すように、本発明の実施形態によるハイブリッド駆動装置1(以下、駆動装置と略す)を搭載した車両Vは、運転席よりも前方に内燃機関であるエンジン3が搭載され、主駆動輪である左右1対の後輪2b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、1対の後輪2bは主駆動電動機である主駆動モータ5(後輪駆動用モータ)によっても駆動され、副駆動輪である左右1対の前輪2aは、副駆動電動機である副駆動モータ10(インホイールモータ)によって駆動される。
【0020】
車両Vに搭載された本発明の実施形態による駆動装置1は、1対の後輪2bを駆動するエンジン3と、1対の後輪2bに駆動力を伝達する動力伝達機構4と、1対の後輪2bを駆動する主駆動モータ5と、主電源としての蓄電器であるバッテリ6と、1対の前輪2aを駆動する左右1対の副駆動モータ10と、補助電源としてのキャパシタ7と、制御装置8等を有する。
【0021】
エンジン3は、車両Vの主駆動輪である後輪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、エンジン3は、動力伝達機構4を介して1対の後輪2bを駆動し、フライホイールを備えていないロータリピストンエンジンが採用されている。
このエンジン3は、クランク軸に相当するエキセントリックシャフトが前後に延びるように車両Vに搭載され、左右1対の前輪2aの間に少なくともその一部が配置されている。
以下、図において、矢印F方向を前方、矢印L方向を左方、矢印U方向を上方として説明する。
【0022】
動力伝達機構4は、エンジン3が発生した駆動力を主駆動輪である後輪2b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4は、エンジン3に接続されたプロペラシャフト4a、クラッチ4b、及び有段変速機であるトランスミッション4cを備えている。
図2に示すように、プロペラシャフト4aは、車両Vの前部に配置されたエンジン3から、フロアパネル21に形成されたトンネル部22の内部を車両Vの後方へ向けて延びている。
【0023】
ここで、車両Vの下部構造について説明する。
図2に示すように、フロアパネル21は、前後に延びる左右1対のサイドシル24の間に掛け渡されて車両Vの車室床面を構成している。
1対のサイドシル24の車幅方向内側には、フロアパネル21の裏面と協働して前後に延びる左右1対の閉断面を構成する左右1対のフロアフレーム25が配設されている。
1対のフロアフレーム25は、後側程離隔間隔が大きくなるように配設されている。これら1対のフロアフレーム25に挟まれたフロアパネル21の中央部分には、車室側に膨出すると共に前後に延びる断面略台形状のトンネル部22が形成されている。
【0024】
図2図3に示すように、トンネル部22の左右両下端部分には、フロアパネル21の裏面と協働して前後に延びる左右1対の閉断面を構成する左右1対のトンネルサイドフレーム23が配設されている。
トンネル部22と1対のサイドシル24との間には、フロアパネル21の表面と協働して左右に延びる閉断面を構成するクロスメンバ26が夫々配設されている。
トンネル部22の内部には、前述したプロペラシャフト4aと、このプロペラシャフト4aの上部に配設された排気管27と、プロペラシャフト4aの下部に配設されたバッテリ6及びキャパシタ7等が収容されている。
【0025】
また、駆動装置1の説明に戻る。
動力伝達機構4の一部を構成するプロペラシャフト4aの後端は、トンネル部22のよりも後方において、クラッチ4bを介してトランスミッション4cに接続されている。
トランスミッション4cの出力軸は左右に延びる後輪2bの車軸(図示略)に差動機構(図示略)を介して接続され、後輪2bを駆動している。
【0026】
主駆動モータ5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り、エンジン3の後側に、エンジン3に隣接して配置されている。また、主駆動モータ5の近傍にはインバータ5aが配置されており、このインバータ5aにより、バッテリ6からの電流が交流に変換されて主駆動モータ5に供給される。
さらに、図1に示すように、主駆動モータ5は、エンジン3と直列に接続されており、主駆動モータ5が発生した駆動力も動力伝達機構4を介して後輪2bに伝達される。或いは、主駆動モータ5を動力伝達機構4の途中に接続し、動力伝達機構4の一部を介して駆動力が後輪2b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5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。
【0027】
バッテリ6は、主として主駆動モータ5を作動させる電力を蓄積するための蓄電器である。また、本実施形態においてバッテリ6は、プロペラシャフト4aをカバーするトルクチューブ(図示略)に近接してトンネル部22の内部に配置されている。
本実施形態においては、バッテリ6として、最大電圧48V、3.5kWhのリチウムイオンバッテリが使用されている。
【0028】
図1,2,4に示すように、副駆動モータ10は、副駆動輪である前輪2aに対する駆動力を発生するように、車両Vのバネ下に相当する1対の前輪2aに夫々設けられている。
本実施形態においては、1対の前輪2aはダブルウイッシュボーンタイプのサスペンションで夫々支持され、アッパアーム31、ロアアーム32、スプリング33、及びショックアブソーバ34により懸架されている。また、副駆動モータ10は、1対の前輪2aのホイール内周側空間内に夫々収容されている。
従って、副駆動モータ10は、車両Vの所謂「バネ下」に設けられて前輪2aを夫々駆動するように構成されている。
【0029】
また、図1に示すように、各副駆動モータ10には、キャパシタ7からの電流が、各インバータ10aにより夫々交流に変換されて供給されている。
本実施形態においては、副駆動モータ10には減速機が設けられておらず、副駆動モータ10の駆動力は対応した前輪2aに直接伝えられる。また、本実施形態においては、各副駆動モータ10として、17kWの誘導電動機が夫々採用されている。
【0030】
本実施形態のキャパシタ7は、副駆動モータ10によって回生された電力を蓄積可能に構成され、端子間の最大電圧が約72Vに設定された電気二重層キャパシタである。
このキャパシタ7は、車両Vの各前輪2aに設けられた副駆動モータ10に電力を供給し、主としてキャパシタ7に蓄積された電力により主駆動モータ5よりも高い電圧で各副駆動モータ10を駆動している。
キャパシタ7は、バッテリ6に比べて単位重量当りの電池容量であるエネルギー密度が低いものの、化学反応を伴わない物理吸着現象を用いているため、内部抵抗が小さい。
それ故、単位重量当りに出力可能なエネルギー(仕事量)、所謂出力密度が高く、充放電特性の面で優れている。
【0031】
制御装置8は、エンジン3、主駆動モータ5及び副駆動モータ10を制御することにより、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8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等によって構成されている。
【0032】
図1に示すように、キャパシタ7の近傍には、電圧変換器である高圧DC/DCコンバータ9a及び低圧DC/DCコンバータ9bが夫々配置されている。
これら高圧DC/DCコンバータ9a、低圧DC/DCコンバータ9b、キャパシタ7及び2つのインバータ10aは回路的にユニット化され、統合ユニットを構成している。
【0033】
次に、図5図7を参照して、本発明の実施形態による駆動装置1の電源構成、及び各モータによる車両Vの駆動を説明する。
図5は、本発明の実施形態による駆動装置1の電源構成を示すブロック図である。図6は、本実施形態の駆動装置1において、キャパシタ7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7は、本実施形態の駆動装置1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。
【0034】
まず、本発明の実施形態による駆動装置1の電源構成を説明する。
図5に示すように、駆動装置1に備えられているバッテリ6とキャパシタ7は電気的に直列に接続されている。
主駆動モータ5はバッテリ6の基準出力電圧である約48Vで駆動され、副駆動モータ10はバッテリ6の出力電圧とキャパシタ7の端子間電圧を合算した48Vよりも高い、最大120Vの電圧で駆動される。
このため、副駆動モータ10は、常にキャパシタ7を介して供給された電力によって駆動されている。
【0035】
また、主駆動モータ5にはインバータ5aが取り付けられており、バッテリ6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5が駆動される。
同様に、各副駆動モータ10にはインバータ10aが夫々取り付けられており、バッテリ6及びキャパシタ7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10が駆動される。そして、副駆動モータ10は、主駆動モータ5よりも高い電圧で駆動されるため、副駆動モータ10に電力を供給するハーネス(電力ケーブル)11には高い電気絶縁性が要求される。
それ故、副駆動モータ10とキャパシタ7との間を接続するハーネス11の外周部分は、例えば、絶縁体とこの絶縁体を覆うシース(外皮)との2層からなる電気絶縁被覆部材によって構成されている。絶縁体としては、例えば、塩化ビニル、フッ素、または架橋ポリエチレン等であり、シースとしては、例えば、塩化ビニル、ポリエチレン、天然ゴム、合成ゴム、フッ素、またはウレタン等である。
【0036】
車両Vの減速時等には、主駆動モータ5及び各副駆動モータ10は発電機として機能し、車両V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5によって回生された電力はバッテリ6に蓄積され、各副駆動モータ10によって回生された電力は主としてキャパシタ7に蓄積される。
【0037】
また、バッテリ6とキャパシタ7の間には電圧変換器である高圧DC/DCコンバータ9aが接続されており、この高圧DC/DCコンバータ9aはキャパシタ7に蓄積された電荷が不足しているとき(キャパシタ7の端子間電圧が低下したとき)、バッテリ6の電圧を昇圧してキャパシタ7に充電する。
一方、各副駆動モータ10によるエネルギーの回生により、キャパシタ7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7に蓄積された電荷を降圧してバッテリ6に印加し、バッテリ6の充電を行う。
即ち、副駆動モータ10によって回生された電力はキャパシタ7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9aを介してバッテリ6に充電される
【0038】
バッテリ6と車両Vの12Vの電装品との間には、低圧DC/DCコンバータ9bが接続されている。駆動装置1の制御装置8や、車両Vの電装品の多くは12Vの電圧で作動するので、バッテリ6に蓄積された電荷を低圧DC/DCコンバータ9bにより12Vに降圧して、これらの機器に供給する。
【0039】
次に、図6を参照して、キャパシタ7に対する充電及び放電を説明する。
図6に示すように、キャパシタ7の電圧は、バッテリ6によるベース電圧と、キャパシタ7自体の端子間電圧の合計となる。車両Vの減速時等、各副駆動モータ10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7に充電される。キャパシタ7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7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9aによりキャパシタ7の電圧が降圧され、バッテリ6への充電が行われる。
図6に示すように、このキャパシタ7からバッテリ6への充電は、キャパシタ7への充電よりも比較的緩やかに行われ、キャパシタ7の電圧は適正電圧まで比較的緩やかに低下される。
【0040】
即ち、各副駆動モータ10により回生された電力は一時的且つ急速にキャパシタ7に蓄積され、その後、バッテリ6に緩やかに充電される。尚、回生が行われる期間によっては、各副駆動モータ10による電力の回生と、キャパシタ7からバッテリ6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5によって回生された電力は、バッテリ6に直接充電される。
【0041】
次に、図7を参照して、本発明の実施形態による駆動装置1における車速と各モータの出力の関係を説明する。図7は、本実施形態の駆動装置1において、車両V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7において、主駆動モータ5の出力を破線で示し、1つの副駆動モータ10の出力を一点鎖線で、2つの副駆動モータ10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。
【0042】
主駆動モータ5には永久磁石電動機が採用されているため、図7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5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5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5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。
【0043】
これに対して、副駆動モータ10には誘導電動機が採用されているため、図7に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低い低車速域では副駆動モータ10の出力極めて小さく、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10は、最大約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10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。
【0044】
図7の実線には、これら主駆動モータ5及び2台の副駆動モータ10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。
尚、図7の実線では、低車速域においても2台の副駆動モータ10の出力値が合算されているが、後述するように、実際には低車速域では各副駆動モータ10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5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Vを加速させるとき等)のみ2台の副駆動モータ10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10)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。
【0045】
次に、図4を参照して、本発明の実施形態の駆動装置1に採用されている副駆動モータ10の構成を説明する。図4は、副駆動モータ10の縦断面図である。
図4に示すように、副駆動モータ10は、インナ部材12と、このインナ部材12の周囲で回転するアウタケース13から構成されたアウタロータタイプの誘導電動機である。
同じ大きさのモータの場合、アウタロータタイプは、ロータ半径を大きく確保できるため、インナロータタイプに比べて大きなトルクを出力可能である。
右側の副駆動モータ10は、左側の副駆動モータ10と左右対称構造であるため、以下、左側の副駆動モータ10について主に説明する。
【0046】
図4に示すように、副駆動モータ10は、リム36の径方向内側空間において、少なくとも左側部分がナックル部材35に囲繞された状態でナックル部材35に支持されている。
インナ部材12は、取付部(図示略)を介してナックル部材35に固定され、その外周部分に略円筒状のステータ14が形成されている。
ステータ14は、径方向外側に突出し且つ軸方向に延びる複数のステータ突条部14aと、これら複数のステータ突条部14aの外周に分布巻により夫々取り付けられた複数のステータコイル14b等を備えている。
【0047】
アウタケース13は、左側部分が閉塞された略円筒状のロータ15を有している。
ロータ15は、径方向内側に突出し且つ軸方向に延びる複数のロータ突条部15aと、これら複数のロータ突条部15aの外周に分布巻により夫々取り付けられた複数のロータコイル15bと、左右に延びるロータシャフト15c等を備えている。
ロータシャフト15cは、アウタケース13の軸心と同軸状に一体形成され、アウタケース13の内方に延びる右半部と、アウタケース13の外方に延びる左半部とを有している。ロータシャフト15cは、その軸心延長線上に前輪2aの中心が位置するように設けられている。
【0048】
ロータシャフト15cの右半部は、インナ部材12に挿通され、左右1対のベアリングを介してインナ部材12に支持されている。ロータシャフト15cの左半部は、ハブ37に一体形成されたインナレースに連結されている。インナレースは、ベアリング及びアウタレースを介してナックル部材35に回転自在に支持されている。
この副駆動モータ10は、特定の加速走行時に限りアシスト駆動するため、コンパクト化されると共に減速機構が省略されている。
【0049】
ステータ14とロータ15との間には、シール部材が設けられ、ステータ突条部14a及びステータコイル14bを液密状に収容するリング状の電気絶縁液室16が形成されている。電気絶縁液室16には、電気絶縁性を有する作動液、例えばハイドロフルオロエーテル(HFE)、がステータ突条部14a及びステータコイル14bを全体的に浸漬するために充填されている。
本実施形態では、シール部材が非磁性体材料(アルミニウム又はカーボン等)で構成されているが、弱磁性体材料であるステンレスを用いることも可能である。
【0050】
次に、図2図3を参照して、本発明の実施形態の駆動装置1に採用されているバッテリ6及びキャパシタ7の配置構造を説明する。
図2に示すように、バッテリ6は、トンネル部22内で且つ前後方向中央部分に配置され、前後1対の支持部材41を介して1対のトンネルサイドフレーム23に支持されている。1対の支持部材41は、1対のトンネルサイドフレーム23間に左右に延びるように掛け渡され、左右端部が締結部材(図示略)を用いてトンネルサイドフレーム23に締結固定されている。
【0051】
バッテリ6は、1対の支持部材41上に固着されたパネル状のトレイ42に載置された状態で車体に組み付けられている。これにより、バッテリ6をトンネル部22内に配置しながら車体前端及び後端から離隔することができ、衝突時の安全性を確保している。また、バッテリ6がプロペラシャフト4a及び排気管27の下側に配置されているため、パワープラントの取り外しを必要とすることなく、バッテリ6の保守を実行することができる。
【0052】
キャパシタ7は、所定定格電圧、例えば2.5V、の複数のキャパシタセル7aと、これら複数のキャパシタセル7aを電気的に直列接続して収容可能な略直方体状のケーシング7bとによって形成されている。
図2図3に示すように、キャパシタ7は、トンネル部22内で且つ主駆動モータ5とバッテリ6との間に配置され、単一の支持部材43を介して1対のトンネルサイドフレーム23に支持されている。
【0053】
支持部材43は、1対のトンネルサイドフレーム23間に左右に延びるように掛け渡され、その左右端部が、フロアパネル21を介してクロスメンバ26と重複する部分において、締結部材43aを用いてトンネルサイドフレーム23に締結されている。
キャパシタ7は、支持部材43上に固着されたパネル状のトレイ44に載置された状態で車体に組み付けられている。これにより、キャパシタ7をトンネル部22内に配置することができ、衝突時の安全性を確保している。また、キャパシタ7を副駆動モータ10に近接配置することにより、キャパシタ7と副駆動モータ10との間を接続する高電圧ハーネス11を短縮化することができ、重量軽減を図ることができる。
【0054】
次に、上記車両の駆動装置の作用、効果について説明する。
本実施例1の車両の駆動装置によれば、電気的に直列接続されたバッテリ6とキャパシタ7がトンネル部22内に収容されているため、同じ電圧を発生可能なバッテリのみを搭載する場合に比べて小型軽量化することができ、衝突安全性を確保することができる。
キャパシタ7は、1対の副駆動モータ10に接続されると共にバッテリ6よりも1対の副駆動モータ10に近い位置に配設されているため、バッテリ6の電圧とキャパシタ7の電圧とを合算した高電圧の電力を副駆動モータ10に供給することができると共に、副駆動モータ10とキャパシタ7との間の高電圧ハーネス11を短縮化して絶縁被覆部材が必要な領域を低減することができる。
【0055】
1対の副駆動モータ10は、前側の1対の車輪2aを夫々駆動し、キャパシタ7は、バッテリ6よりも前側位置に配設されたため、前輪2aに副駆動モータ10を備えた車両Vにおいて、衝突安全性確保と車体重量軽減とを図ることができる。
【0056】
前側の1対の車輪2a間に配置され且つ後側の1対の車輪2bを駆動するエンジン3を有し、キャパシタ7は、前後方向にてエンジン3とバッテリ6との間に配設されたため、バッテリ6を車体前端から離隔でき、衝突安全性を確保することができる。
【0057】
エンジン3の後側に配設され且つ後側の1対の車輪2bを駆動する主駆動モータ5を有し、キャパシタ7は、前後方向にて主駆動モータ5とバッテリ6との間に配設されたため、キャパシタ7の配置スペースを確保しつつ、主駆動モータ5の動力と副駆動モータ10の動力とを合計した動力により車両Vの高出力化を図ることができる。
【0058】
キャパシタ7の最大電圧が、バッテリ6の最大電圧よりも高く設定されたため、高電圧を確保しつつ、小型軽量化を図ることができる。
【実施例2】
【0059】
次に、実施例2に係る駆動装置1Aについて図8及び図9に基づいて説明する。
尚、実施例1と同様の部材には、同じ符号を付している。
実施例1では、車両Vが、FR車であったのに対し、実施例2では、車両VAが、FF(Front engine Front drive)車とされている。
【0060】
図8に示すように、駆動装置1Aは、車体前部に搭載され且つ1対の後輪2bを駆動する横置き4気筒レシプロエンジン53と、1対の前輪2aに車軸を介して駆動力を伝達するトランスミッション54と、1対の前輪2aを駆動する主駆動モータ55と、主電源としての蓄電器であるバッテリ56と、1対の後輪2bを駆動する左右1対の副駆動モータ60と、補助電源としてのキャパシタ57と、制御装置8等を有する。
【0061】
主駆動モータ55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り、エンジン53の左側に、エンジン53に隣接して配置されている。また、主駆動モータ55の近傍にインバータ55aが配置されており、このインバータ55aにより、バッテリ56からの電流が交流に変換されて主駆動モータ55に供給される。
さらに、主駆動モータ55は、エンジン53と直列に接続されており、主駆動モータ55が発生した駆動力もトランスミッション54を介して前輪2aに伝達される。
【0062】
インホイールモータからなる副駆動モータ60は、副駆動輪である後輪2bに対する駆動力を発生するように、1対の後輪2bに夫々設けられている。
各副駆動モータ60には、キャパシタ57からの電流が、各インバータ60aにより交流に変換されて夫々供給されている。
副駆動モータ60によって回生された電力はハーネス61を介してキャパシタ57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59aを介してバッテリ56に充電される。また、バッテリ56に蓄積された電荷を低圧DC/DCコンバータ59bにより12Vに降圧して、車載電装品に供給する。
【0063】
図9に示すように、バッテリ56は、トンネル部22内で且つ前後方向中央部分に配置され、前後1対の支持部材68を介して1対のトンネルサイドフレーム23に支持されている。1対の支持部材68は、1対のトンネルサイドフレーム23間に左右に延びるように掛け渡され、左右端部が締結部材を用いてトンネルサイドフレーム23に締結固定されている。バッテリ56は、1対の支持部材68上に固着されたパネル状のトレイ69に載置された状態で車体に組み付けられている。
【0064】
キャパシタ57は、トンネル部22内で且つバッテリ56よりも後方に配置され、単一の支持部材70を介して1対のトンネルサイドフレーム23に支持されている。
支持部材70は、1対のトンネルサイドフレーム23間に左右に延びるように掛け渡され、左右端部が、締結部材を用いてトンネルサイドフレーム23に締結固定されている。
キャパシタ57は、支持部材70上に固着されたパネル状のトレイ71に載置された状態で車体に組み付けられている。これにより、後輪2bに副駆動モータ10を備えた車両VAにおいて、衝突安全性確保と車体重量軽減とを図ることができる。
【0065】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施例においては、ロータリエンジンや4気筒レシプロエンジンの例を説明したが、少なくとも動力を発生可能なエンジンであれば良く、エンジンタイプ、搭載形式、排気量や気筒数等は任意である。
【0066】
2〕前記実施例においては、アウタロータタイプのインホイールモータを設けた例を説明したが、インナロータタイプのインホイールモータを設けても良い。
また、主駆動モータを省略して、インホイールモータのみで車両を駆動することも可能である。
【0067】
3〕前記実施例においては、キャパシタとして電気二重層キャパシタの例を説明したが、電気二重層キャパシタとリチウムイオンバッテリの性格を併せ持つエネルギー密度が高いリチウムイオンキャパシタ等異なるタイプのキャパシタを用いても良い。
【0068】
4〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【0069】
1,1A 駆動装置
2a 前輪
2b 後輪
3,53 エンジン
5,55 主駆動モータ
6,56 バッテリ
7,57 キャパシタ
10,60 副駆動モータ
11,61 ハーネス
22 トンネル部
V,VA 車両
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9