特開 2020-63009 車両駆動装置

(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2020-63009(P2020-63009A)

(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 6/40 20071001AFI20200331BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20200331BHJP

   B60K 17/14 20060101ALI20200331BHJP

   B60K 17/04 20060101ALI20200331BHJP

   B60K 17/356 20060101ALI20200331BHJP

   B60K 6/28 20071001ALI20200331BHJP

   B60K 6/485 20071001ALI20200331BHJP

   B60K 6/52 20071001ALI20200331BHJP

   B60K 7/00 20060101ALI20200331BHJP

   B60L 50/40 20190101ALI20200331BHJP

   B60L 50/50 20190101ALI20200331BHJP

   B60L 53/00 20190101ALI20200331BHJP

   B60L 55/00 20190101ALI20200331BHJP

   B60L 58/00 20190101ALI20200331BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20200331BHJP

【ＦＩ】

   B60K6/40

   B60K1/04 ZZHV

   B60K17/14

   B60K17/04 G

   B60K17/356 B

   B60K6/28

   B60K6/485

   B60K6/52

   B60K7/00

   B60L11/18 Z

   B60L11/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-197499(P2018-197499)

(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

3D043

3D202

3D235

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D039AA03

3D039AB01

3D039AB27

3D042AA06

3D042AB01

3D042AB17

3D042BE02

3D043AA06

3D043AB01

3D043AB17

3D043EA02

3D043EA05

3D043EF09

3D202AA09

3D202EE01

3D202EE02

3D202EE03

3D202EE04

3D202FF02

3D202FF03

3D235AA01

3D235BB18

3D235CC12

3D235CC15

3D235CC16

3D235CC32

3D235CC42

3D235DD02

3D235DD11

3D235DD33

3D235DD35

3D235FF32

3D235FF43

3D235GA02

3D235GA13

3D235GA59

3D235HH02

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC08

5H125AC12

5H125AC14

5H125FF02

5H125FF04

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】本発明は、内燃機関及び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(1)の前部に配置され、車両を駆動するための駆動力を発生する内燃機関(12)と、車両の前輪(2b)に設けられ、前輪を駆動するインホイールモータ(20)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したバッテリ(18)及びキャパシタ(22)と、キャパシタからの電力をインホイールモータに供給するワイヤハーネス(22a)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及びキャパシタから電力が供給され、キャパシタは、車両の幅方向において、内燃機関とインホイールモータとの間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】

内燃機関及び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、
上記車両の前部に配置され、上記車両を駆動するための駆動力を発生する内燃機関と、
上記車両の前輪に設けられ、上記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したバッテリと、
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したキャパシタと、
上記キャパシタからの電力を上記インホイールモータに供給するワイヤハーネスと、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及び上記キャパシタから電力が供給され、
上記キャパシタは、上記車両の幅方向において、上記内燃機関と上記インホイールモータとの間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前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。

【請求項3】

上記内燃機関は、各気筒が上記車両の前後方向に配列されるように配置されると共に、上記配列の一方の側に吸気マニホルドが設けられ、他方の側に排気マニホルドが設けられており、上記キャパシタは、上記内燃機関の上記吸気マニホルドが設けられている側に配置されている請求項１又は２に記載の車両駆動装置。

【請求項4】

上記キャパシタは、上記吸気マニホルドの下方に配置されている請求項３記載の車両駆動装置。

【請求項5】

上記キャパシタは、第１キャパシタ及び第２キャパシタから構成され、上記第１キャパシタは上記内燃機関と上記車両の右側前輪との間に配置され、上記第２キャパシタは上記内燃機関と上記車両の左側前輪との間に配置されている請求項１記載の車両駆動装置。

【請求項6】

上記内燃機関は、上記車両の後輪を駆動するように構成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両駆動装置。

【請求項7】

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６の何れか１項に記載の車両駆動装置。

【請求項8】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【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】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するために、本発明は、内燃機関及び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、車両の前部に配置され、車両を駆動するための駆動力を発生する内燃機関と、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したバッテリと、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したキャパシタと、キャパシタからの電力をインホイールモータに供給するワイヤハーネスと、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及びキャパシタから電力が供給され、キャパシタは、車両の幅方向において、内燃機関とインホイールモータとの間に配置されていることを特徴としている。

【0009】

このように構成された本発明においては、車両の前部に配置された内燃機関が車両を駆動するための駆動力を発生すると共に、車両の前輪に設けられたインホイールモータが前輪を駆動する。バッテリ及びキャパシタは、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。インホイールモータには、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、ワイヤハーネスがキャパシタからの電力をインホイールモータに供給する。キャパシタは、車両の幅方向において、内燃機関とインホイールモータとの間に配置されている。

【0010】

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インホイール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インホイール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インホイール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、インホイールモータへの電力の供給は、車両の前部に配置された内燃機関と前輪に設けられたインホイールモータと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。

【0011】

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、少なくとも一部が前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、少なくとも一部が前輪と重なる位置に配置されているので、インホイール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。

【0012】

本発明において、好ましくは、内燃機関は、各気筒が車両の前後方向に配列されるように配置されると共に、配列の一方の側に吸気マニホルドが設けられ、他方の側に排気マニホルドが設けられており、キャパシタは、内燃機関の吸気マニホルドが設けられている側に配置されている。

【0013】

このように構成された本発明によれば、内燃機関の吸気マニホルドが設けられている側にキャパシタが配置されているので、内燃機関の排気の熱によりキャパシタが加熱されるのを抑制することができ、熱によるキャパシタの経年劣化を抑制することができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、キャパシタは、吸気マニホルドの下方に配置されている。
一般に、気筒が直列に配列された内燃機関の吸気マニホルドの下方には空間があり、上記のように構成された本発明によれば、吸気マニホルドの下方にキャパシタが配置されているので、エンジンルーム内のスペースを有効に活用してキャパシタを配置することができる。

【0015】

本発明において、好ましくは、キャパシタは、第１キャパシタ及び第２キャパシタから構成され、第１キャパシタは内燃機関と車両の右側前輪との間に配置され、第２キャパシタは内燃機関と車両の左側前輪との間に配置されている。

【0016】

このように構成された本発明によれば、第１キャパシタが内燃機関と右側前輪との間に、第２キャパシタが内燃機関と左側前輪との間に夫々配置されているので、第１、第２キャパシタと各インホイールモータとの間の距離を更に短くすることができ、絶縁耐圧を高めることによる重量の増加を更に抑制することができる。

【0017】

本発明において、好ましくは、内燃機関は、車両の後輪を駆動するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、内燃機関が車両の後輪を駆動し、各インホイールモータが前輪を駆動するので、前輪と後輪の駆動機構が互いに干渉することがなく、簡単な構造で内燃機関及びモータを使用した車両駆動装置を構成することができる。

【0018】

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。

【0019】

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】

【0020】

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。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】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2】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前部を前方から見た透視図である。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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8】本発明の第２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。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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前方から見た透視図である。

【0023】

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、副駆動モータによって駆動される。

【0024】

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、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。

【0025】

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。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の前後方向に配列される所謂「縦置き」にされている。さらに、図２に示すように、エンジン１２の気筒の配列に対し、一方の側に吸気マニホルド１２ａが設けられ、他方の側に排気マニホルド１２ｂが設けられている。本実施形態においては、車両１の前方から見て、エンジン１２の右側に吸気マニホルド１２ａが設けられ、左側に排気マニホルド１２ｂが設けられている。即ち、図２におけるエンジン１２の右側が「吸気側」となり、エンジン１２の左側が「排気側」となっている。

【0026】

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。エンジン１２及び主駆動モータ１６から延びるプロペラシャフト１４ａは、車両１の前後方向に延びるように、車両下部の幅方向中央に設けられたトンネル部１５の中を通ってトランスミッション１４ｂに接続されている。また、プロペラシャフト１４ａは、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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

次に、図２に示すように、インホイールモータである副駆動モータ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。本実施形態においては、前輪２ｂ各輪はダブルウイッシュボーンタイプのサスペンションで支持され、アッパアーム８ａ、ロアアーム８ｂ、スプリング８ｃ、及びショックアブソーバ８ｄにより懸架されている。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。従って、副駆動モータ２０は、車両１の所謂「バネ下」に設けられて前輪２ｂを夫々駆動するように構成されている。また、図１に示すように、各副駆動モータ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。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。

【0030】

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の吸気側の側部に、車両１の幅方向において、エンジン１２と副駆動モータ２０の間に配置される。また、図２に示すように、キャパシタ２２からの電力は、車両１の前輪２ｂ各輪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。即ち、キャパシタ２２は、車両の側方から見て、少なくとも一部が前輪２ｂと重なる位置に配置されると共に、エンジン１２の吸気マニホルド１２ａが設けられている側に、吸気マニホルド１２ａの下方に配置されている。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。

【0031】

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。

【0032】

次に、図３乃至図６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。

【0033】

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、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。

【0034】

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、各副駆動モータ２０が夫々要求する電力を出力し、各副駆動モータ２０が駆動される。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

次に、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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

次に、図６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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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）、バッテリ１８単体で駆動する場合よりも高電圧で副駆動モータ２０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からの電力を副駆動モータ２０に供給するワイヤハーネス２２ａ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、副駆動モータ２０への電力の供給は、車両１の前部に配置された内燃機関であるエンジン１２と前輪２ｂに設けられた副駆動モータ２０との間に配置されたキャパシタ２２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を短くすることができる。これため、ワイヤハーネス２２ａ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。

【0049】

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が、車両１の側方から見て、少なくとも一部が前輪２ｂと重なる位置に配置されているので（図１）、副駆動モータ２０に電力を供給するワイヤハーネス２２ａ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。

【0050】

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、エンジン１２の吸気マニホルド１２ａが設けられている側にキャパシタ２２が配置されているので（図２）、エンジン１２の排気の熱によりキャパシタ２２が加熱されるのを抑制することができ、熱によるキャパシタ２２の経年劣化を抑制することができる。

【0051】

また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、吸気マニホルド１２ａの下方にキャパシタ２２が配置されているので（図２）、エンジンルーム内のスペースを有効に活用してキャパシタ２２を配置することができる。

【0052】

さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、エンジン１２が車両１の後輪２ａを駆動し、各副駆動モータ２０が前輪２ｂを駆動するので（図１）、前輪２ｂと後輪２ａの駆動機構が互いに干渉することがなく、簡単な構造で内燃機関及びモータを使用した車両駆動装置１０を構成することができる。

【0053】

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（図１）、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。

【0054】

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４）、キャパシタ２２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を駆動することができる。

【0055】

次に、図７及び図８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７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８は、本発明の第２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。本実施形態による車両駆動装置は、キャパシタの構成及び配置が上述した第１実施形態とは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同一である。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。

【0056】

図７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１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａが駆動される。また、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、副駆動モータによって駆動される。本実施形態の車両駆動装置１１０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、右側の前輪２ｂを駆動する第１副駆動モータ１２０と、左側の前輪２ｂを駆動する第２副駆動モータ１２１と、第１キャパシタ１２２と、第２キャパシタ１２３と、制御器である制御装置２４と、を有する。

【0057】

上述した第１実施形態においては、１つのキャパシタ２２から、左右の各副駆動モータ２０に電力が供給されていた（図３）。これに対し、本実施形態においては、図７に示すように、エンジン１２の両側に第１、第２キャパシタが備えられており、左右の第１副駆動モータ１２０、第２副駆動モータ１２１に夫々電力を供給するように構成されている。即ち、車両１００の前部に配置されたエンジン１２と、右側の前輪２ｂとの間には第１キャパシタ１２２が配置され、エンジン１２と左側の前輪２ｂとの間には第２キャパシタ１２３が配置されている。また、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２３は、何れも、車両１００の側方から見て、少なくとも一部が前輪２ｂと重なる位置に配置されている。

【0058】

また、第１キャパシタ１２２、第２キャパシタ１２３に夫々隣接して、第１インバータ１２０ａ、第２インバータ１２１ａが設けられている。第１インバータ１２０ａは、第１キャパシタ１２２からの電力を交流に変換して第１副駆動モータ１２０に供給する。また、第２インバータ１２１ａは、第２キャパシタ１２３からの電力を交流に変換して第２副駆動モータ１２１に供給する。

【0059】

次に、図８に示すように、第１キャパシタ１２２及び第２キャパシタ１２３のマイナス側の端子は、夫々バッテリ１８のプラス側の端子に接続されている。これにより、第１キャパシタ１２２とバッテリ１８、及び第２キャパシタ１２３とバッテリ１８は、夫々電気的に直列に接続される。さらに、第１キャパシタ１２２の出力端子（プラス側の端子）は第１インバータ１２０ａに接続され、第１キャパシタ１２２からの電力が交流に変換されて第１副駆動モータ１２０に供給される。同様に、第２キャパシタ１２３の出力端子（プラス側の端子）は第２インバータ１２１ａに接続され、第２キャパシタ１２３からの電力が交流に変換されて第２副駆動モータ１２１に供給される。また、第１、第２キャパシタの出力端子とバッテリ１８のプラス側端子の間には、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａが接続されており、第１、第２キャパシタとバッテリ１８との間で相互に充電可能に構成されている。

【0060】

この構成により、図７に示すように、第１キャパシタ１２２からの電力は、第１インバータ１２０ａによって交流に変換され、第１ワイヤハーネス１２２ａを介して、インホイールモータである第１副駆動モータ１２０に供給される。同様に、第２キャパシタ１２３からの電力は、第２インバータ１２１ａによって交流に変換され、第２ワイヤハーネス１２３ａを介して、インホイールモータである第２副駆動モータ１２１に供給される。このため、第１、第２副駆動モータに夫々電力を供給する第１ワイヤハーネス１２２ａ及び第２ワイヤハーネス１２３ａを極めて短くすることができる。これにより、第１、第２ワイヤハーネスが、高電圧を伝送するために絶縁耐圧の高い絶縁材で被覆されたとしても、絶縁材による重量の増加を少なく抑えることができる。

【0061】

本発明の第２実施形態の車両駆動装置１１０によれば、第１キャパシタ１２２がエンジン１２と右側の前輪２ｂとの間に、第２キャパシタ１２３がエンジン１２と左側の前輪２ｂとの間に夫々配置されている。この結果、第１、第２キャパシタとインホイールモータである第１、第２副駆動モータとの間の距離を更に短くすることができ、ワイヤハーネスの絶縁耐圧を高めることによる重量の増加を更に抑制することができる。

【0062】

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、エンジン及び主駆動モータの動力がプロペラシャフトによって伝達され、後輪が駆動されていたが、主駆動モータに相当する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。また、上述した実施形態においては、エンジンの駆動力により後輪が駆動されていたが、エンジン及びインホイールモータによって前輪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。

【0063】

さらに、上述した実施形態においては、エンジン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】

【0064】

１ 車両
２ａ 後輪（主駆動輪）
２ｂ 前輪（副駆動輪）
８ａ アッパアーム
８ｂ ロアアーム
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）
１２ａ 吸気マニホルド
１２ｂ 排気マニホルド
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
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
２２ａ 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
１２０ 第１副駆動モータ（インホイールモータ）
１２０ａ 第１インバータ
１２１ 第２副駆動モータ（インホイールモータ）
１２１ａ 第２インバータ
１２２ 第１キャパシタ
１２２ａ 第１ワイヤハーネス
１２３ 第２キャパシタ
１２３ａ 第２ワイヤハーネス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】