(57)【要約】【課題】車両の衝突時等における電力処理装置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、電力処理装置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、車両の駆動装置(10)であって、車両(1)の下部に前後方向に延びる動力伝達軸(14a)と、バッテリ(18)と、このバッテリに接続された回転電気機械(16)及び電力処理装置と、を有し、動力伝達軸は、筒状のトルクチューブ(14c)の内部に収容されると共に、車両の下部に設けられたトンネル部(15)に収容され、電力処理装置は、直流を交流に変換するインバータ(16a, 20a)、直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ(26a, 26b)、及びバッテリに充電を行うプラグイン充電器(19)のうちの少なくとも１つを含み、電力処理装置は、トンネル部内に、トルクチューブに隣接して配置されていることを特徴としている。【選択図】図７
2020090172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動装置であって、
上記車両に搭載された動力源によって生成された動力を駆動輪に伝達するように、上記車両の下部に、上記車両の前後方向に延びるように設けられた動力伝達軸と、
電気エネルギーを蓄積するためのバッテリと、
このバッテリと電気的に接続された回転電気機械と、
上記バッテリと電気的に接続された電力処理装置と、を有し、
上記動力伝達軸は、筒状のトルクチューブの内部に収容されると共に、上記車両の下部に設けられたトンネル部の内部に収容され、
上記電力処理装置は、直流を交流に変換するインバータ、直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、及び上記バッテリに充電を行うプラグイン充電器のうちの少なくとも１つを含み、
上記電力処理装置は、上記トンネル部内に、上記トルクチューブに隣接して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】
上記電力処理装置は、上記トンネル部内において、上記トルクチューブの上方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】
上記電力処理装置は、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、これらのインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータは、上記トルクチューブが延びる方向に沿って、隣接して並べて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。
【請求項５】
さらに、上記車両の後部に配置され、電気エネルギーを蓄積するキャパシタを有し、上記回転電気機械は、上記車両の前輪に設けられたインホイールモータであり、上記電力処理装置は、インバータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、上記車両には、上記車両の前側から、上記インホイールモータ、上記インバータ、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ、上記キャパシタの順に配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項６】
さらに、上記車両の後部に配置され、電気エネルギーを蓄積するキャパシタを有し、上記回転電気機械は、上記車両の前輪に設けられたインホイールモータであり、上記電力処理装置は、インバータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、上記車両には、上記車両の前側から、上記インホイールモータ、上記バッテリ、上記キャパシタの順に配置されており、上記トルクチューブの上方には上記インバータ及び上記ＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、上記トルクチューブの下方には上記バッテリが配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項７】
上記動力源は内燃機関及び／又はモータであり、上記動力伝達軸は、上記内燃機関及び／又は上記モータによって駆動される請求項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場合の他、電気エネルギーによる駆動が行われない車両でさえも、車両に搭載される電気機器は益々増加する傾向にある。
【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以外の場合であっても、車両には多くの電気機器が搭載されている。このように、多くの電気機器が搭載された車両においては、搭載されている電気機器に合わせて供給する電力を処理する必要がある。例えば、所定の直流電圧で作動する電気機器が車両に搭載されている場合には、バッテリの電圧を、その電気機器に適合した直流電圧に変換して供給する必要がある。このような場合には、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータを車両に搭載する必要がある。また、所定の交流電力で作動する電気機器が車両に搭載されている場合には、バッテリの電圧を、その電気機器に適合した交流電力に変換して供給する必要がある。このような場合には、入力された直流電圧を所定の交流電力に変換して出力するインバータを車両に搭載する必要がある。さらに、車両に搭載されたバッテリに所定の外部電源から充電を行うためには、外部電源から供給された交流電力を直流に整流したり、外部電源の電圧を所定の電圧に変換したりすることができるプラグイン充電器を車両に搭載する必要がある。
【０００５】
このように、車両には、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、プラグイン充電器等の多くの電力処理装置を搭載しておく必要がある。しかしながら、多くの電力処理装置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、電力処理装置には、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電力処理装置の周囲に設けると、電力処理装置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電力処理装置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、電力処理装置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、車両の駆動装置であって、車両に搭載された動力源によって生成された動力を駆動輪に伝達するように、車両の下部に、車両の前後方向に延びるように設けられた動力伝達軸と、電気エネルギーを蓄積するためのバッテリと、このバッテリと電気的に接続された回転電気機械と、このバッテリと電気的に接続された電力処理装置と、を有し、動力伝達軸は、筒状のトルクチューブの内部に収容されると共に、車両の下部に設けられたトンネル部の内部に収容され、電力処理装置は、直流を交流に変換するインバータ、直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、及びバッテリに充電を行うプラグイン充電器のうちの少なくとも１つを含み、電力処理装置は、トンネル部内に、トルクチューブに隣接して配置されていることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、電力処理装置は、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、トンネル部の中に電力処理装置を配置することにより、車両が衝突した場合においても、電力処理装置の損傷を効果的に回避することができる。また、電力処理装置をトンネル部の中に配置することにより、電力処理装置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電力処理装置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電力処理装置を保護することができる。
【０００９】
一方、トンネル部の中には、動力源によって生成された動力を車両の駆動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電力処理装置と干渉して、電力処理装置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、これが電力処理装置と直接干渉して、電力処理装置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、電力処理装置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電力処理装置の収容に有効に活用することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、電力処理装置は、トンネル部内において、トルクチューブの上方に配置されている。
一般に、トンネル部内においてトルクチューブの上方の空間は、トルクチューブと干渉してしまうため、車両の下方からアクセスしてメンテナンスを行うことが比較的困難である。しかしながら、一般に、電力処理装置はメンテナンスが必要となる頻度が比較的低く、アクセスが必要となることが少ない。上記のように構成された本発明によれば、メンテナンスの頻度が比較的低い電力処理装置をトルクチューブの上方に配置することにより、メンテナンス性を大きく損なうことなく、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。
【００１１】
本発明において、好ましくは、電力処理装置は、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、これらのインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータは、トルクチューブが延びる方向に沿って、隣接して並べて配置されている。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータが、トルクチューブが延びる方向に沿って、隣接して並べて配置されているので、電力処理装置を集約して配置することができ、それらを接続する導電線を短縮することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、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ている。
一般に、トンネル部内においてトルクチューブの下方の空間は、トルクチューブが邪魔にならず、車両の下方からアクセスしてメンテナンスを行うことが比較的容易である。一方、一般にバッテリは耐用年数が電力処理装置よりも短く、交換するためにアクセスが必要となる場合がある。上記のように構成された本発明によれば、バッテリがトルクチューブの下方に配置されているので、バッテリの交換作業を容易に行うことができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、さらに、車両の後部に配置され、電気エネルギーを蓄積するキャパシタを有し、回転電気機械は、車両の前輪に設けられたインホイールモータであり、電力処理装置は、インバータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、車両には、車両の前側から、インホイールモータ、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、キャパシタの順に配置されている。
【００１５】
このように構成された本発明によれば、車両の前側から順に、前輪に設けられたインホイールモータ、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、キャパシタが配置されているので、インバータにおいて交流に変換された電力を前輪のインホイールモータに短距離で供給することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータとキャパシタが並べて配置されているので、キャパシタの電圧を短距離でＤＣ／ＤＣコンバータに入力して、電圧を変換することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、さらに、車両の後部に配置され、電気エネルギーを蓄積するキャパシタを有し、回転電気機械は、車両の前輪に設けられたインホイールモータであり、電力処理装置は、インバータ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを含み、車両には、車両の前側から、インホイールモータ、バッテリ、キャパシタの順に配置されており、トルクチューブの上方にはインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、トルクチューブの下方にはバッテリが配置されている。
【００１７】
このように構成された本発明によれば、インバータにおいて交流に変換された電力を前輪のインホイールモータに短距離で供給することができると共に、キャパシタの電圧を短距離でＤＣ／ＤＣコンバータに入力して、電圧を変換することができる。また、トルクチューブの下方にバッテリが配置されているので、容易にバッテリを交換することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、動力源は内燃機関及び／又はモータであり、動力伝達軸は、内燃機関及び／又はモータによって駆動される。
このように構成された本発明によれば、内燃機関及び／又はモータによって生成された動力を、動力伝達軸によって車両の前部から後部へ、又は車両の後部から前部に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１９】
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電力処理装置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、電力処理装置を搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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９】本発明の実施形態による車両駆動装置において、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】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。
【図１１】本発明の変形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】
【００２１】
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。
【００２２】
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は回転電気機械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、回転電気機械である副駆動モータによって駆動される。
【００２３】
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、プラグイン充電器１９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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に隣接して電力処理装置であるインバータ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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（図示せず）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た電力処理装置である。本実施形態においては、車両駆動装置１０は、交流電力を供給する外部電源、及び直流電力を供給する外部電源の双方に対応している。このため、外部電源１７から交流電力が供給された場合には、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。また、外部電源１７から直流電力が供給された場合には、プラグイン充電器１９は、所定の電圧に降圧してバッテリ１８に充電を行う。
【００２９】
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内に配置された電力処理装置であるインバータ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。
【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気エネルギー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は運転席よりも後方の車両の後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。
【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。
【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の直流電圧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の直流電圧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。
【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。
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が接続されている。外部電源１７による充電時においては、外部電源１７から供給された交流電力がプラグイン充電器１９において直流に変換されると共に、所定の直流電圧に降圧され、バッテリ１８に充電される。
【００３６】
さらに、バッテリ１８とキャパシタ２２の間には、直流電圧を変換する電力処理装置である高圧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】
また、バッテリ１８と車両１の１２Ｖ電装品２５の間には、電力処理装置である低圧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】
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。
【００４９】
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動力源であるエンジン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が動力伝達軸であるプロペラシャフト１４ａに連結されている。このプロペラシャフト１４ａは車両１の下部に、前後方向に向けて延びるように設けられ、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。
【００５０】
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からなる動力源のハウジング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。
【００５１】
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。
【００５２】
次に、図１０を新たに参照して、トンネル部内における配置構造を説明する。図１０は、動力伝達機構の一部を示す斜視図であり、トンネル部１５を構成する部材を取り外した状態を示している。
【００５３】
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。
【００５４】
さらに、図１０に示すように、主駆動モータ１６のハウジング４８の上方には、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、トンネル部１５内において、トルクチューブ１４ｃの上方に隣接して、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が夫々配置されている。即ち、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が延びる方向に沿って隣接して並べて配置されている。
【００５５】
この結果、図１に示すように、車両１においては、前側から順に、前輪２ｂに設けられたインホイールモータである副駆動モータ２０、インバータ１６ａ、インバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂ、及びキャパシタ２２が配置される。また、車両１において、前側から順に、副駆動モータ２０、バッテリ１８、及びキャパシタ２２が配置される。
【００５６】
これら電力処理装置であるインバータ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。
【００５７】
ここで、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インバータ２０ａや、各ＤＣ／ＤＣコンバータ、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内のインバータ２０ａ、及び各ＤＣ／ＤＣコンバータの下方であり、且つバッテリ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、インバータ２０ａや、各ＤＣ／ＤＣコンバータ、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器材に直接当たって損傷するリスクは極めて小さい。
【００５８】
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インバータ２０ａや、各ＤＣ／ＤＣコンバータ、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。
【００５９】
本発明の実施形態の車両駆動装置１０によれば、電力処理装置であるインバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータが、車両１下部のトンネル部１５の中に配置されている。ここで、トンネル部１５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１５の中にインバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータを配置することにより、車両が衝突した場合においても、これらの装置の損傷を効果的に回避することができる。また、インバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータをトンネル部１５の中に配置することにより、これらの装置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インバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータを保護することができる。
【００６０】
一方、トンネル部１５の中には、動力源であるエンジン１２及び主駆動モータ１６によって生成された動力を車両１の駆動輪である後輪２ａに伝達す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内に配置されたインバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータと干渉して、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、これがインバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータと直接干渉して、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、インバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータをトルクチューブ１４ｃに隣接して配置することができ、トンネル部１５内部のスペースをこれらの装置の収容に有効に活用することができる。
【００６１】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、メンテナンスの頻度が比較的低いインバータや、ＤＣ／ＤＣコンバータをトルクチューブ１４ｃの上方に配置することにより、メンテナンス性を大きく損なうことなく、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。
【００６２】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータが、トルクチューブ１４ｃが延びる方向に沿って、隣接して並べて配置されているので、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを集約して配置することができ、それらを接続する導電線を短縮することができる。
【００６３】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、バッテリ１８がトルクチューブ１４ｃの下方に配置されているので、バッテリ１８の交換作業を容易に行うことができる。
【００６４】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、車両１の前側から順に、前輪に設けられた副駆動モータ２０、インバータ２０ａ、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、キャパシタ２２が配置されているので、インバータ２０ａにおいて交流に変換された電力を前輪２ｂの副駆動モータ２０に短距離で供給することができる。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａとキャパシタ２２が並べて配置されているので、キャパシタ２２の電圧を短距離で高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａに入力して、電圧を変換することができる。
【００６５】
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動力源として、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、プロペラシャフトによって動力が伝達される動力源がモータのみ、又はエンジンのみであ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、動力源であるエンジン及び主駆動モータが車両の前部に配置され、その動力が動力伝達軸であるプロペラシャフトによって車両の後部に伝達されていた。しかしながら、動力源であるエンジン及び／又はモータが車両の後部に配置され、その動力が動力伝達軸によって車両の前部に伝達される車両駆動装置に本発明を適用することもできる。
【００６６】
さらに、上述した実施形態においては、回転電気機械として主駆動モータ及び副駆動モータが備えられ、これらにより車両の駆動及び運動エネルギーの回生が行われていたが、回転電気機械は、種々の駆動力の発生又は運動エネルギーの回生の何れか一方のみを行うものであっても良い。
【００６７】
また、上述した実施形態においては、トルクチューブの上方に、電力処理装置として、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータが配置されていた。しかしながら、変形例として図１１に示すように、トルクチューブの上方には電力処理装置としてプラグイン充電器を配置することもできる。即ち、図１１に示す本発明の変形実施形態においては、トルクチューブ１４ｃの上方に、車両の前側から順に、インバータ２０ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（高圧用２６ａ、低圧用２６ｂ）、及びプラグイン充電器５４が配置されている。図１１に示す変形例においては、外部電源から供給された電力がプラグイン充電器５４において整流され、所定の直流電圧に降圧された上で、バッテリ１８に充電される。この変形例によれば、バッテリ１８がプラグイン充電器５４の直下に配置されているため、短距離の導電線でバッテリに充電を行うことができる。
【符号の説明】
【００６８】
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（動力源、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（動力源、回転電気機械）
１６ａ  インバータ（電力処理装置）
１８    バッテリ（蓄電器）
１７    外部電源
１９    プラグイン充電器（電力処理装置）
２０    副駆動モータ（インホイールモータ、回転電気機械）
２０ａ  インバータ（電力処理装置）
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（電力処理装置）
２６ｂ  低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力処理装置）
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
５４    プラグイン充電器（電力処理装置）
【図１】
2020090172.tif 000003
【図２】
2020090172.tif 000004
【図３】
2020090172.tif 000005
【図４】
2020090172.tif 000006
【図５】
2020090172.tif 000007
【図６】
2020090172.tif 000008
【図７】
2020090172.tif 000009
【図８】
2020090172.tif 000010
【図９】
2020090172.tif 000011
【図１０】
2020090172.tif 000012
【図１１】
2020090172.tif 000013