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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2020-63008(P2020-63008A)
(43)【公開日】2020年4月23日
(54)【発明の名称】車両駆動装置
(51)【国際特許分類】
B60K 1/04 20190101AFI20200331BHJP
B60K 17/14 20060101ALI20200331BHJP
B60K 17/04 20060101ALI20200331BHJP
B60K 17/22 20060101ALI20200331BHJP
B60K 7/00 20060101ALI20200331BHJP
B60L 50/16 20190101ALI20200331BHJP
B60L 50/40 20190101ALI20200331BHJP
B60L 50/50 20190101ALI20200331BHJP
B60L 53/00 20190101ALI20200331BHJP
B60L 55/00 20190101ALI20200331BHJP
B60L 58/00 20190101ALI20200331BHJP
【ＦＩ】
B60K1/04 Z
B60K17/14
B60K17/04 G
B60K17/22 Z
B60K7/00
B60L11/14ZHV
B60L11/18 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-197498(P2018-197498)
(22)【出願日】2018年10月19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】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100059959
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100123630
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(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）】
3D039
3D042
3D235
5H125
【Ｆターム（参考）】
3D039AA03
3D039AB01
3D039AB27
3D042AA06
3D042AB01
3D042AB17
3D042BE02
3D042DB08
3D235AA02
3D235BB06
3D235BB17
3D235BB18
3D235CC13
3D235CC15
3D235CC16
3D235CC42
3D235DD02
3D235DD13
3D235DD16
3D235DD32
3D235DD35
3D235FF12
3D235FF32
3D235FF35
3D235GA04
3D235GA06
3D235GB34
3D235HH02
3D235HH22
5H125AA01
5H125AB01
5H125AC08
5H125AC12
5H125AC14
5H125FF01
5H125FF03
5H125FF05
(57)【要約】
【課題】車両の衝突時等におけるバッテリの過度の損傷を防止しながら、車室や荷物の積載スペースを過剰に狭くすることなく、バッテリを搭載することができる車両駆動装置を提供する。【解決手段】本発明は、バッテリを搭載した車両の駆動装置(10)であって、車両(1)の前部に配置された原動機(12, 16)と、この原動機の出力を車両の後輪(2a)に伝達する動力伝達軸(14a)と、この動力伝達軸を内部に収容した筒状のトルクチューブ(14c)と、車両を駆動するための電気エネルギーを蓄積したバッテリ(18)と、を有し、トルクチューブは、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(15)の中に配置され、バッテリは、トンネル部内に、トルクチューブに隣接するように配置されていることを特徴としている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリを搭載した車両の駆動装置であって、
上記車両の前部に配置された原動機と、
この原動機の出力を上記車両の後輪に伝達する動力伝達軸と、
この動力伝達軸を内部に収容した筒状のトルクチューブと、
上記車両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、を有し、
上記トルクチューブは、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に配置され、上記バッテリは、上記トンネル部内に、上記トルクチューブに隣接するように配置されていることを特徴とする車両駆動装置。
上記車両の前部に配置された原動機と、
この原動機の出力を上記車両の後輪に伝達する動力伝達軸と、
この動力伝達軸を内部に収容した筒状のトルクチューブと、
上記車両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、を有し、
上記トルクチューブは、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に配置され、上記バッテリは、上記トンネル部内に、上記トルクチューブに隣接するように配置されていることを特徴とする車両駆動装置。
【請求項2】
上記トンネル部の底面は着脱可能に取り付けられたカバー部材によって覆われており、上記バッテリは、上記トンネル部内において上記トルクチューブの下方に配置されると共に、上記カバー部材を取り外すことにより交換することができる請求項１記載の車両駆動装置。
【請求項3】
さらに、上記バッテリから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータを有し、このインバータは、上記トンネル部内の、上記トルクチューブの上方に配置されている請求項２記載の車両駆動装置。
【請求項4】
さらに、上記バッテリから出力される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、このＤＣ／ＤＣコンバータは、上記トンネル部内の、上記トルクチューブの上方に配置されている請求項２又は３に記載の車両駆動装置。
【請求項5】
さらに、上記車両の左右後輪の間に配置された変速機を有し、上記トルクチューブの車両後方側の端部は、上記変速機のハウジングに取り付けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項6】
上記トルクチューブの車両前方側の端部は、上記原動機のハウジングに取り付けられている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項7】
上記原動機は、内燃機関と、この内燃機関の後方側に配置されたモータから構成され、上記トルクチューブの車両前方側の端部は、上記モータのハウジングに取り付けられている請求項６記載の車両駆動装置。
【請求項8】
さらに、上記車両の車輪に設けられたインホイールモータと、このインホイールモータに供給する電気エネルギーを蓄積するためのキャパシタと、を有し、上記インホイールモータには、直列に接続された上記バッテリと上記キャパシタから電力が供給される請求項１乃至７の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項9】
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８記載の車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動装置に関し、特に、バッテリを搭載した車両の駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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つのモータが、車両の後輪を夫々駆動している。このように、モータを使用して車両を駆動する車両駆動装置においては、モータを作動させるための電気エネルギーを蓄積したバッテリを、車両に搭載する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５２８０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されている内燃機関及びモータを搭載した所謂ハイブリッド車や、モータのみによって車両を駆動する電気自動車において、モータ駆動時の走行性能を向上させたり、車両減速時の運動エネルギーの回生性能を向上させたりするためには、大容量のバッテリを車両に搭載する必要がある。しかしながら、バッテリの単位体積当たりに蓄積可能な電気エネルギーには限界があり、蓄積可能な電気容量を大きくすると、バッテリが大型化してしまうという問題がある。
【0005】
また、大型の大容量バッテリを車両に搭載すると、乗員が乗車する車室スペースが狭くなったり、荷物を積載するスペースが狭くなったりするという問題が発生する。さらに、バッテリには、車両の衝突時等における過度な損傷を避ける必要がある。このため、損傷を防止するための保護部材をバッテリの周囲に設けると、バッテリの搭載に必要なスペースは益々大きくなり、車室や荷物の積載スペースが狭くなるという問題がある。
【0006】
従って、本発明は、車両の衝突時等におけるバッテリの過度の損傷を防止しながら、車室や荷物の積載スペースを過剰に狭くすることなく、バッテリを搭載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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するために、本発明は、バッテリを搭載した車両の駆動装置であって、車両の前部に配置された原動機と、この原動機の出力を車両の後輪に伝達する動力伝達軸と、この動力伝達軸を内部に収容した筒状のトルクチューブと、車両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、を有し、トルクチューブは、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に配置され、バッテリは、トンネル部内に、トルクチューブに隣接するように配置されていることを特徴としている。
【0008】
本発明の車両駆動装置においては、車両の前部に配置された原動機の出力が、動力伝達軸を介して車両の後輪に伝達される。動力伝達軸は、筒状のトルクチューブの内部に収容され、トルクチューブは、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に配置される。車両を駆動するための電気エネルギーを蓄積したバッテリは、トンネル部内に、トルクチューブに隣接するように配置される。
【0009】
このように構成された本発明によれば、バッテリは、車両下部のトンネル部の中に配置されている。ここで、トンネル部は、車両が前方、側方、及び後方の何れの方向から衝突した場合においても比較的変形されにくい。このため、トンネル部の中にバッテリを配置することにより、車両が衝突した場合においても、バッテリの損傷を効果的に回避することができる。また、バッテリをトンネル部の中に配置することにより、バッテリの損傷を防止するための特別な保護部材を設けることなく、トンネル部の外部からの衝撃によりバッテリが損傷されるリスクを効果的に抑制することができる。これにより、大型化を抑制しながらバッテリを保護することができる。
【0010】
一方、トンネル部の中には、原動機の出力を車両の後輪に伝達する動力伝達軸が延びている。この動力伝達軸は、車両の走行中において回転しているため、走行中の車両が衝突して動力伝達軸が変形した場合には、回転中の動力伝達軸がトンネル部内に配置されたバッテリと干渉して、バッテリを損傷することが考えられる。しかしながら、本発明の車両駆動装置においては、動力伝達軸は、筒状のトルクチューブの内部に収容されているため、回転中の動力伝達軸が変形された場合でも、これがバッテリと直接干渉して、バッテリが損傷されるのを防止することができる。加えて、動力伝達軸がトルクチューブに収容されているので、十分な安全性を確保しながら、バッテリをトルクチューブに隣接して配置することができ、トンネル部内部のスペースをバッテリの収容に有効に活用することができる。
【0011】
本発明において、好ましくは、トンネル部の底面は着脱可能に取り付けられたカバー部材によって覆われており、バッテリは、トンネル部内においてトルクチューブの下方に配置されると共に、カバー部材を取り外すことにより交換することができる。
【0012】
一般に、バッテリには寿命があり、長期間使用された後には交換する必要がある。上記のように構成された本発明によれば、トンネル部の底面が着脱可能なカバー部材によって覆われており、トンネル部内のバッテリは、トルクチューブの下方に配置されている。このため、整備ピットにおいて、車両底部のカバー部材を取り外すだけで、トルクチューブや動力伝達軸を取り外すことなく、車両の下側から容易にバッテリの交換作業を行うことができる。
【0013】
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリから出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータを有し、このインバータは、トンネル部内の、トルクチューブの上方に配置されている。
【0014】
一般に、インバータはバッテリと比べて耐用年数が長いため、修理や交換が必要になることは非常に少ない。上記のように構成された本発明によれば、アクセスが困難なトンネル部内のトルクチューブの上方にインバータを配置することにより、トンネル部内のスペースを有効に活用することができる。
【0015】
本発明において、好ましくは、さらに、バッテリから出力される直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、このＤＣ／ＤＣコンバータは、トンネル部内の、トルクチューブの上方に配置されている。
【0016】
一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータはバッテリと比べて耐用年数が長いため、修理や交換が必要になることは非常に少ない。上記のように構成された本発明によれば、アクセスが困難なトンネル部内のトルクチューブの上方にＤＣ／ＤＣコンバータを配置することにより、トンネル部内のスペースを有効に活用することができる。
【0017】
本発明において、好ましくは、さらに、車両の左右後輪の間に配置された変速機を有し、トルクチューブの車両後方側の端部は、変速機のハウジングに取り付けられている。
【0018】
このように構成された本発明によれば、トルクチューブの車両後方側の端部が変速機のハウジングに取り付けられているので、重量の増加を抑制しながら、車両駆動系の剛性を高くすることができる。
【0019】
本発明において、好ましくは、トルクチューブの車両前方側の端部は、原動機のハウジングに取り付けられている。
【0020】
このように構成された本発明によれば、トルクチューブの車両前方側の端部が原動機のハウジングに取り付けられているので、重量の増加を抑制しながら、車両駆動系の剛性を高くすることができる。
【0021】
本発明において、好ましくは、原動機は、内燃機関と、この内燃機関の後方側に配置されたモータから構成され、トルクチューブの車両前方側の端部は、モータのハウジングに取り付けられている。
【0022】
本発明において、好ましくは、さらに、車両の車輪に設けられたインホイールモータと、このインホイールモータに供給する電気エネルギーを蓄積するためのキャパシタと、を有し、インホイールモータには、直列に接続されたバッテリとキャパシタから電力が供給される。
【0023】
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とキャパシタからインホイールモータに電力が供給されるので、比較的低電圧のバッテリを採用しても、インホイールモータに高電圧を供給することができ、比較的低電流でインホイールモータを駆動することができる。
【0024】
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。
【0025】
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されているので、インホイールモータに供給する電圧をバッテリの端子間電圧よりも大幅に嵩上げすることができ、低電流でインホイールモータを駆動することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の車両駆動装置によれば、車両の衝突時等におけるバッテリの過度の損傷を防止しながら、車室や荷物の積載スペースを過剰に狭くすることなく、バッテリを搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】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2】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前部を上方から見た透視図である。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】本発明の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。
【図6】本発明の実施形態による車両駆動装置における副駆動モータの構造を模式的に示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態による車両駆動装置における動力の伝達系統を取り出して示した側面図である。
【図8】本発明の実施形態による車両駆動装置における動力伝達機構の一部及びそれを収容したトンネル部を取り出して示す斜視図である。
【図10】本発明の実施形態による車両駆動装置における動力伝達機構の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
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２は本実施形態の車両駆動装置を搭載した車両の前部を上方から見た透視図である。
【0029】
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はモータである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、副駆動モータによって駆動される。
【0030】
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、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、バッテリ１８と、前輪２ｂを駆動する副駆動モータ２０と、キャパシタ２２と、制御器である制御装置２４と、を有する。
【0031】
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。図２に示すように、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。
【0032】
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。動力伝達機構１４の詳細な構成については後述する。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
次に、図２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。
【0036】
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するように設けられている。図１及び図２に示すように、キャパシタ２２はエンジン１２の側部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。さらに、キャパシタ２２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前輪２ｂの間の領域内に配置される。主としてキャパシタ２２に蓄積された電力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。
【0037】
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。
【0038】
次に、図３乃至図６を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の電源構成、及び各モータによる車両１の駆動を説明する。図３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４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５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。
【0039】
図３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は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、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４８Ｖよりも高い電圧で、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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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に蓄積された電荷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。
【0043】
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。
【0044】
次に、図４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４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４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。
【0045】
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。
【0046】
次に、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における車速と各モータの出力の関係を説明する。図５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５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５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５と同様の曲線を描く。
【0047】
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５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。
【0048】
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５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。
【0049】
図５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５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。
【0050】
次に、図６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６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６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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
次に、図７乃至図１０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動力伝達機構の構成を詳細に説明する。図７は、車両駆動装置における動力の伝達系統を取り出して示した側面図である。図８は、動力伝達機構の一部及びそれを収容したトンネル部を取り出して示す斜視図である。図９は、図７におけるIX−IX線に沿って切断した断面図である。図１０は、動力伝達機構の一部を示す斜視図である。
【0055】
図７に示すように、動力伝達機構１４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４０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、トランスミッション１４ｂの入力軸４２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４４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４２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４６は後輪２ａの車軸に接続され、後輪２ａを駆動する。
【0056】
また、エンジン１２及び主駆動モータ１６の出力軸４０と、トランスミッション１４ｂの入力軸４２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４８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４４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。
【0057】
さらに、図８及び図９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９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。
【0059】
図９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、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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
また、図１０に示すように、主駆動モータ１６のハウジング４８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、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが夫々配置され、トンネル部１５内に収容されている。これらのインバータ１６ａ、インバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂ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、及び各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。
【0063】
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は、車両１下部のトンネル部１５の中に配置されている（図９）。ここで、トンネル部１５は、車両１が前方、側方、及び後方の何れの方向から衝突した場合においても比較的変形されにくい。このため、トンネル部１５の中にバッテリ１８を配置することにより、車両１が衝突した場合においても、バッテリ１８の損傷を効果的に回避することができる。また、バッテリ１８をトンネル部１５の中に配置することにより、バッテリ１８の損傷を防止するための特別な保護部材を設けることなく、トンネル部１５の外部からの衝撃によりバッテリ１８が損傷されるリスクを効果的に抑制することができる。これにより、大型化を抑制しながらバッテリ１８を保護することができる。
【0064】
また、トンネル部１５の中には、原動機（エンジン１２及び主駆動モータ１６）の出力を車両１の後輪２ａに伝達する動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａが延びている。このプロペラシャフト１４ａは、車両１の走行中において回転しているため、走行中の車両１が衝突してプロペラシャフト１４ａが変形した場合には、回転中のプロペラシャフト１４ａがトンネル部１５内に配置されたバッテリ１８と干渉して、バッテリ１８を損傷することが考えられる。しかしながら、本実施形態の車両駆動装置１０においては、プロペラシャフト１４ａは、筒状のトルクチューブ１４ｃの内部に収容されているため、回転中のプロペラシャフト１４ａが変形された場合でも、これがバッテリ１８と直接干渉して、バッテリ１８が損傷されるのを防止することができる。加えて、プロペラシャフト１４ａがトルクチューブ１４ｃに収容されているので、十分な安全性を確保しながら、バッテリ１８をトルクチューブ１４ｃに隣接して配置することができ、トンネル部１５の内部のスペースをバッテリ１８の収容に有効に活用することができる。
【0065】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、トンネル部１５の底面が着脱可能なカバー部材５２によって覆われており、トンネル部１５内のバッテリ１８は、トルクチューブ１４ｃの下方に配置されている。このため、整備ピットにおいて、車両１底部のカバー部材５２を取り外すだけで、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、車両１の下側から容易にバッテリ１８の交換作業を行うことができる。
【0066】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、アクセスが困難なトンネル部１５内のトルクチューブ１４ｃの上方にインバータ１６ａ、インバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂを配置することにより（図１０）、トンネル部１５内のスペースを有効に活用することができる。
【0067】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、トルクチューブ１４ｃの車両１後方側の端部がトランスミッション１４ｂのハウジング４４に取り付けられているので（図７）、重量の増加を抑制しながら、車両駆動系の剛性を高くすることができる。
【0068】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、トルクチューブ１４ｃの車両１前方側の端部が原動機である主駆動モータ１６のハウジングに取り付けられているので（図７）、重量の増加を抑制しながら、車両駆動系の剛性を高くすることができる。
【0069】
さらに、本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とキャパシタ２２からインホイールモータである副駆動モータ２０に電力が供給されるので（図３）、比較的低電圧のバッテリ１８を採用しても、副駆動モータ２０に高電圧を供給することができ、比較的低電流で副駆動モータ２０を駆動することができる。
【0070】
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されているので（図４）、副駆動モータ２０に供給する電圧をバッテリ１８の端子間電圧よりも大幅に嵩上げすることができ、低電流で副駆動モータ２０を駆動することができる。
【0071】
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、車両を駆動するためのエンジン及びモータを備えた所謂ハイブリッド式の車両駆動装置に本発明を適用していたが、モータのみの動力、又はエンジンのみの動力によって車両が駆動され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、エンジン及び／又は主駆動モータの動力が、動力伝達軸であるプロペラシャフトによって伝達されていたが、動力伝達軸がエンジンの動力のみ、又はモータの動力のみを伝達する車両駆動装置に本発明を適用することもできる。
【0072】
さらに、上述した実施形態においては、原動機がエンジン及び主駆動モータによって構成され、主駆動モータの出力軸がプロペラシャフトに連結されていた。しかしながら、モータの後方側にエンジンが配置されている場合や、エンジンの動力のみがプロペラシャフトによって伝達される場合には、エンジンの出力軸をプロペラシャフトに連結することもできる。また、上述した実施形態においては、トルクチューブの車両前方側の端部が主駆動モータのハウジングに取り付けられていた。しかしながら、モータの後方側にエンジンが配置されている場合や、エンジンの動力のみがプロペラシャフトによって伝達される場合には、エンジンのハウジングにトルクチューブを取り付けることもできる。
【0073】
さらに、上述した実施形態においては、原動機の出力軸がプロペラシャフトに連結されていたが、原動機の直後にトランスミッション等を配置し、トランスミッション等の出力軸がプロペラシャフトに連結されるように、本発明を構成することもできる。
【符号の説明】
【0074】
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）
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）
１４ｃ トルクチューブ
１５ トンネル部
１６ 主駆動モータ（原動機、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
２２ キャパシタ
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
４０ 出力軸
４２ 入力軸
４４ ハウジング
４６ 出力軸
４８ ハウジング
５０ フレーム
５２ カバー部材