JP2004328991A - 車両の左右輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡単な駆動部の構成で軽量であり、従動輪が回転するときにも空転によるフリクションロスが少ない左右輪駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 従動輪である後車輪１Ｌ、１Ｒのホイール２Ｌ、２Ｒ内には、減速機３Ｌ、３Ｒ、ＳＲモータである電気モータ４Ｌ、４Ｒと、ブレーキディスク１５Ｌ、１５Ｒが収容されている。４ＷＤコントロール・ユニット９は、車両の発進から所定の速度の範囲で、インバータ７Ｌ、７Ｒにより電気モータを駆動し、所定の速度以上では駆動を停止し、後車輪を従動状態にする。このような構成とすることによって、後車輪が従動状態のとき永久磁石式モータのようなコギングトルクによるフリクションロスがなく、さらにディファレンシャルギア、電磁クラッチを有しない軽量化された左右輪駆動装置とすることができ、燃費が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関もしくは電気モータで前車輪または後車輪の一方を主駆動輪として駆動する車両において、他方の従動輪を電気モータにより駆動する左右輪駆動装置に関する。

エンジンのみを駆動源とした四輪駆動車では、プロペラシャフトを車両前部の変速機から後車輪の位置まで通すスペースが必要なため、後部座席の床の左右中央にプロペラシャフトのトンネルを設ける。その結果床が平坦でないという居住空間上のハンディがあった。
また、四輪駆動車の中には、四輪駆動が必要でないときには電磁クラッチなどで従動輪側を切り離すタイプがある。この従動輪側を切り離すタイプの四輪駆動車の場合に、二輪駆動状態ではプロペラシャフト、ディファレンシャルギアなどは、従動輪の連れ回し回転により空転するため、プロペラシャフトとディファレンシャルギアのフリクションの分だけ燃費が増加するという問題があった。

これに対する改良として、前車輪をエンジンで、後車輪を直流モータで駆動し、車速の低中速領域においてエンジンの駆動力により発電機を駆動し、その電力により発進時または前車輪がスリップ時に、エンジンと電気モータによる四輪駆動とし、他の状態ではエンジンのみによる前輪駆動とするハイブリッド四輪駆動車（以後ハイブリッド４ＷＤ車と称する）が知られている（非特許文献１参照）。

この例では、直流モータの駆動力は減速機と電磁クラッチを介して後車輪のディファレンシャルギアに伝達され、このディファレンシャルギアによって左右の後車輪に駆動力が分配される構成となっている。
エンジンのみの駆動力による二輪駆動モードの走行状態では、電気モータと従動輪である後車輪の駆動軸とのトルク伝達の接続を電磁クラッチで切り離し、直流モータが従動輪の回転に従って空回りしないようにしている。

このようなハイブリッド４ＷＤ車では、電気的な配線と直流モータ、減速機、電磁クラッチ、ディファレンシャルギアなどの後部駆動ユニットを後部トランクの下に配置するだけであるので、前輪駆動の二輪駆動専用車両とはトランクの底部の高さが多少異なるだけの相違であり、後部座席の居住性の悪化がほとんどない。
このように、四輪駆動車両であるにもかかわらず、プロペラシャフトがないことによる車体重量低減と、二輪駆動のときには、プロペラシャフト、ディファレンシャルギアなどの空回りフリクションがないことにより、駆動源がエンジンのみの四輪駆動車に比較して低燃費を実現している。
中条 諭 、その他、「電気学会 自動車研究会 予稿集 ４２Ｖ自動車電源システムとその周辺技術」（２００２年１２月６日）、発表番号ＶＴ−０２−０６「ｅ−４ＷＤシステム」

しかしながらこのようなハイブリッド４ＷＤ車では、ディファレンシャルギア、電磁クラッチなどの機械部品がまだ存在し、その分車体重量が低減できず、より一層の燃費向上の上でネックになっていた。
さらにブラシ接触によりロータ巻線に給電するため、直流モータは空転時に比較的フリクションの大きい電気モータである。従って、エンジンのみによる二輪駆動走行時には、後車輪の追従回転に従って直流モータが空転しないように、電磁クラッチで直流モータを切り離す必要があった。

また、直流モータの駆動力を左右の後車輪に分配するためにはディファレンシャルギアが不可欠であった。
本発明は、上記の問題点を解決するために、より簡単な駆動部の構成で軽量であり、従動輪が回転するときにも空転によるフリクションロスが少ない車両の左右輪駆動装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、内燃機関もしくは電気モータの動力で前車輪または後車輪のいずれか一方を主駆動輪として駆動する車両において、他方の従動輪を駆動する永久磁石を有さない電気モータと、電気モータの回転数を落とす減速機との組を、従動輪の左右の車輪各々に１組設けるものとした。

本発明により、従動輪の左右の車輪それぞれに、永久磁石を有さない電気モータと減速機の組を各１組設け、電気モータが減速機を介して車輪を駆動する構成としたので、従動輪の左右の車輪間にはディファレンシャルギアを設ける必要がなく、車両の重量軽減が可能となる。
また、従動輪の電気モータは永久磁石を有しないので、電気モータを駆動していないときに車輪の従動回転により電気モータが空転したとしても、コギングトルクが無く、フリクションが小さい。その結果、車両の重量軽減とフリクションの低下により燃費が向上する。

以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。

以下に、本発明の第１の実施例を説明する。図１は第１の実施例に係わるハイブリッド四輪駆動車の全体構成を示す図である。図２は左右後車輪の詳細な構成と、後車輪を駆動制御するための制御システムを示す図である。
以後四輪駆動は４ＷＤ、二輪駆動は２ＷＤと略称する。

エンジン１１は、動力を発生する内燃機関であり、直流電力を発電する発電機１３に機械的に接続して駆動するとともに、クラッチと一体の変速機１２と前車輪ドライブシャフト１４（１４Ｌ、１４Ｒ）を介して前車輪１０（１０Ｌ、１０Ｒ）を駆動する。
各前車輪１０には車輪の回転速度を検出する車輪速センサ８Ｆ（８ＦＬ、８ＦＲ）が設けられている。

後車輪１（１Ｌ、１Ｒ）のホイール２（２Ｌ、２Ｒ）内には、図２に示すように減速機３（３Ｌ、３Ｒ）、電気モータ４（４Ｌ、４Ｒ）と、ブレーキディスク１５（１５Ｌ、１５Ｒ）が収容されている。
なお、図１では接続関係を分かりやすく示すため、減速機３、電気モータ４は後車輪１の外側に示している。

減速機３、電気モータ４の径はホイール２内に収まる大きさとし、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ８Ｒ（８ＲＬ、８ＲＲ）と共にブレーキディスク１５と一体に駆動部として組み立てられている。そして、ホイール２の幅“Ｗ”内に電気モータ４の軸方向方長さの大半が収納されるような形で、ホイール２内に組み込まれたコンパクトな構成となっている。

減速機３は、例えば遊星歯車減速機であり、電気モータ４の出力軸、減速機３の入力軸、出力軸、ブレーキディスク１５の回転軸は同軸で接続されている。
減速機３と電気モータ４は図示しないアクスルに回転不能に固定され、減速機３の出力はブレーキディスク１５を介してホイール２に伝えられる。
減速機３の減速比は、例えば車速が５０ｋｍ／ｈ時に電気モータ４の回転数が１００００ｒｐｍ程度になるように設定する。
電気モータ４は、例えばスイッチト・リラクタンスモータ（以後ＳＲモータと呼ぶ）であり、図２に示す回転角センサ２５（２５Ｌ、２５Ｒ）を備えている。

発電機１３は、パワーケーブル１６を介してバッテリ１７に電気的に接続し、バッテリ１７を充電可能な構成としている。また、発電機１３またはバッテリ１７の直流電流は、パワーケーブル１６に接続したパワーケーブル６によって、インバータ７（７Ｌ、７Ｒ）に供給される。
さらにインバータ７は、パワーケーブル５（５Ｌ、５Ｒ）を介して、電気モータ４（４Ｌ、４Ｒ）にそれぞれ電力を供給する。

次に、図３、図４にもとづいて本実施例のＳＲモータの構成を説明する。図３は、ＳＲモータの回転軸方向の断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ部断面図である。
このＳＲモータは、ステータ４６が１２極の突極４６ａを有し、ロータ４５が８極の突極４５ａを有するいわゆる１２／８極タイプである。

ステータ４６は、図４に示すように各極を分割してつくり、円筒形の鋼製のフレーム４１の内面周方向に１２個並べて焼き嵌めしたものである。個々のステータの極は、外側が円周の１／１２の円弧を構成する基部で、その基部から内側にほぼ矩形に伸びる形状の板厚０．５ｍｍ以下の、例えば０．３５ｍｍまたは０．２ｍｍの薄板の電磁鋼板をモータ軸方向に積み重ね、突極４６ａ部分に断面形状が矩形の巻線４６ｂを巻いて構成する。

ロータ４５は、板厚０．５ｍｍ以下の、例えば０．３５ｍｍまたは０．２ｍｍの薄板の電磁鋼板を、モータ軸４３が貫通する中心穴と放射状に８個のほぼ矩形の突出部を有する形状にプレスで打ち抜いたものを、軸方向に積み重ね、両側から非磁性の厚板鋼板のエンドリング４５ｂで圧縮して挟み、モータ軸４３に焼き嵌めしたほぼソリッド部品である。
電磁鋼板は、高速回転時の鉄損を少なくするためには、薄い方が有利である。なお、エンドリング４５ｂでロータの電磁鋼板を両側から軸方向に抑えるので、焼き嵌めおよび高速回転時の電磁鋼板の径方向端部でのバラケを防止できる。

フレーム４１の両側はモータ軸４３が貫通する端板４２ａと、モータ軸４３が貫通しない端板４２ｂによってカバーされる。
モータ軸４３の軸方向の両側は、端板４２ａ、４２ｂにそれぞれ設けられた軸受け座４７ａ、４７ｂに配置されたボールベアリング４４によって支持される。
軸受け座４７ｂには、ボールベアリング４４を軸方向の内側方向に押圧する与圧ワッシャ４９ｂが配置され、軸受け座４７ａには、ワッシャ４９ａが配置される。
ボールベアリング４４のベアリング球４４ａは、例えば窒化珪素セラミックス製であり、外輪４４ｂと内輪４４ｃは例えば高炭素クロム鋼製である。

端板４２ｂ側には、巻線４６ｂへのＵ、Ｖ、Ｗ相用の給電ブスバー４８が配置され、各極の巻線４６ｂに接続されている。
さらにモータ軸４３の端板４２ｂ側には、モータ軸４３に同心に設けられた例えばレゾルバタイプの回転角センサ２５を備えている。

図５はＳＲモータの巻線の通電切り替えインバータ回路を示す。
インバータ７Ｒはスイッチングによるサージ電流を吸収する入力コンデンサ５１、ダイオード５２、例えばＩＧＢＴであるスイッチング素子５３を有する通常のＳＲモータ用インバータ回路を備えている。スイッチング素子５３のコレクタ端子またはエミッタ端子に記述した例えばＵＰ、ＵＮは電気モータ４ＲのＵ相巻線の同一符号ＵＰ、ＵＮを付した端子に接続する。他のＶ相、Ｗ相もＵ相と同様である。
インバータ７Ｌの回路もインバータ７Ｒと同じ構成である。

インバータ７（７Ｌ、７Ｒ）は、パワーケーブル６によって供給される直流電流を、電気モータ４（４Ｌ、４Ｒ）の回転角センサ２５（２５Ｌ、２５Ｒ）の回転角信号によって、スイッチング素子５３の通電状態を切り替え、ステータ突極の巻線の相Ｕ、Ｖ、Ｗの通電を制御し、電気モータ４を回転制御する。
またインバータ７は、電気モータ４Ｌ、４Ｒを発電機として、交流電流を直流電流に変換し、パワーケーブル６を介してバッテリ１７を充電し、回生ブレーキとして機能する。

次に、図２に基づいて、本実施例のハイブリッド４ＷＤ車の制御システムを説明する。
４ＷＤコントロール・ユニット（４ＷＤ Ｃ／Ｕ）９は、インバータ７（７Ｌ、７Ｒ）を制御する。
また、４ＷＤコントロール・ユニット９は、バッテリ１７に接続し、バッテリ１７の充電状態を検知し、４ＷＤ状態か２ＷＤ状態かに応じて、発電機１３に発電開始、発電停止の信号を送り、発電機１３を制御する。

４ＷＤコントロール・ユニット９には、４ＷＤ制御のため、ブレーキペダルセンサ１８、アクセルペダルセンサ１９、操舵角センサ２０、エンジン集中電子制御システム・コントロール・ユニット（ＥＣＣＳ Ｃ／Ｕ、以後ＥＣＣＳコントロール・ユニットと称する）２１、４ＷＤ選択スイッチ（４ＷＤ ＳＷ）２２、アンチロックブレーキシステム・コントロール・ユニット（ＡＢＳ Ｃ／Ｕ、以後ＡＢＳ コントロール・ユニットと称する）２３、オートマチック・トランスアクスル・コントロール・ユニット（Ａ／Ｔ Ｃ／Ｕ、以後Ａ／Ｔコントロール・ユニットと称する）２４、表示灯３１が接続している。

ブレーキペダルセンサ１８はブレーキペダルの踏み込みを検出して、ブレーキ信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。
アクセルペダルセンサ１９はアクセルの踏み込み量を検出して、アクセル開度信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。
操舵角センサ２０は、ステアリングホイールの操舵状態を検知し、操舵角信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。
４ＷＤ選択スイッチ２２は、運転者が４ＷＤ運転または２ＷＤ運転を選択するスイッチであり、４ＷＤ動作が不要のときは２ＷＤを選択可能とし、選択状態信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。

ＥＣＣＳコントロール・ユニット２１は、アクセルペダルセンサ１９からの図示省略のアクセル開度信号、エンジン回転センサで検出されたエンジン回転数信号を入力として、エンジンの電子スロットルを制御し、エンジン１１の出力と回転数を制御する回路である。
ＥＣＣＳコントロール・ユニット２１は、図示を省略するがエンジン回転数信号とアクセル開度信号をＡ／Ｔコントロール・ユニット２４に入力する。
ＥＣＣＳコントロール・ユニット２１は、エンジン回転数信号とアクセル開度信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。

ＡＢＳコントロール・ユニット２３は、各車輪の車輪速センサ８Ｆ（８ＦＬ、８ＦＲ）、８Ｒ（８ＲＬ、８ＲＲ）からの車輪回転数信号から、車輪がスリップ状態かどうかを判定し、スリップ状態信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。さらに、ＡＢＳコントロール・ユニット２３は、各車輪の車輪回転速度信号も４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。

Ａ／Ｔコントロール・ユニット２４は、運転者のセレクトレバーによる選択レンジ位置と、アクセル開度信号、エンジン回転数信号、車輪速センサ８ＦＬ、８ＦＲからの車輪回転速度信号などに基づき、変速機１２を制御する回路である。
Ａ／Ｔコントロール・ユニット２４は、変速機１２のシフト位置信号を４ＷＤコントロール・ユニット９に入力する。
表示灯３１は、４ＷＤコントロールシステムの異常警報と４ＷＤ−２ＷＤ走行状態を表示する。

本実施例の作用を以下に説明する。
運転者が走行開始前に４ＷＤ選択スイッチ２２で４ＷＤ走行モードを選択している場合、４ＷＤコントロール・ユニット９はインバータ７を通電状態とする。インバータ７は、４ＷＤコントロール・ユニット９からの制御信号に応じて電気モータ４を駆動可能なスタンバイ状態にある。
そのとき、４ＷＤコントロール・ユニット９は表示灯３１に４ＷＤモード選択を表示する。

４ＷＤコントロール・ユニット９は、バッテリ１７の充電状態をチェックし、充電状態が不十分の場合、発電機１３に発電開始の信号を送り、発電機１３をエンジンにより駆動して発電するように制御する。
運転者がアクセルペダルを踏み込むと、ＥＣＣＳコントロール・ユニット２１は電子スロットルを調整する。Ａ／Ｔコントロール・ユニット２４は、ＥＣＣＳコントロール・ユニット２１と協調して変速機１２を制御し、エンジン１１の出力を所要の回転数とトルクに変換して前車輪１０を駆動する。

４ＷＤコントロール・ユニット９は、ＡＢＳコントロール・ユニット２３からの各車輪の車輪回転速度信号に基づき車速を算出する。さらに、車速、アクセル開度、シフト位置、操舵角に基づいて、後車輪の内外輪差を算出し、左右の後車輪１それぞれの目標駆動トルクを算出する。最後に回転方向と駆動トルクの制御信号をインバータ７Ｌ、７Ｒに出力する。

インバータ７Ｌ、７Ｒは、４ＷＤコントロール・ユニット９からの制御信号に基づき、バッテリ１７または発電機１３からの直流電流をスイッチングし、電気モータ４Ｌ、４Ｒに給電する。このとき、回転角センサ２５Ｌ、２５Ｒからの信号をフィードバックして、後車輪１Ｌ、１Ｒがそれぞれの駆動トルクになるように電気モータ４Ｌ、４Ｒを個別に制御する。

図６にもとづいてＵ相の例で、ＳＲモータ駆動時の給電電流の制御を説明する。（ａ）は、Ｕ相の巻線のインダクタンスＬの回転角θによる変化を示す。（ｂ）は、回転角θ依存のＵ相の巻線への給電電流Ｉを示す。
隣り合うロータの突極４５ａ間の谷部中央とステータの突極４６ａが向かい合う回転角θ以降から給電を開始し、ロータの突極４５ａとステータの突極４６ａが向かい合うまでに最大電流とし、ステータの突極４６ａとロータの突極４５ａとの突極同士が引き合う最大誘引力を発生させ、突極同士が完全に向かい合ったときに電流０、誘引力０となるようにＵ相の巻線４６ｂに給電することにより駆動トルクを発生させ、かつ逆方向のトルクの発生を防いでいる。
Ｖ相、Ｗ相の駆動電流の給電制御も図６と同様に行う。

このように、インバータ７Ｌ、７Ｒが電気モータ４Ｌ、４Ｒそれぞれの回転方向とトルクを制御することによって、インバータ７Ｌ、７Ｒと電気モータ４Ｌ、４Ｒ、減速機３Ｌ、３Ｒが従来のディファレンシャルギアと同様に左右の後車輪１Ｌ、１Ｒ間のトルク配分をする。

４ＷＤコントロール・ユニット９は、車速が所定の速度以上、例えば５０ｋｍ／ｈ以上になったことを検知したとき、インバータ７へ電気モータ４への給電停止を指令し、後車輪１を従動状態にする。
なお、この所定の速度５０ｋｍ／ｈは、雪路などでエンジン駆動輪に空転が生じないことを考慮して設定している。

車速が５０ｋｍ／ｈ時の電気モータ４の回転数が１００００ｒｐｍとなるように減速機３の減速比を設定する場合、仮に車両の最高速度を２００ｋｍ／ｈとしてその領域まで電気モータ４の空転を考慮すると、電気モータ４の最高回転数は４００００ｒｐｍとなる。
１００００ｒｐｍを越える高回転の場合、巻線４６ｂに発生する誘起電圧が高くなり、それ以上の高い電圧を供給しなければ巻線に電流を流すことができない。よって、前述のように１００００ｒｐｍを超える高回転、すなわち車速５０ｋｍ／ｈ以上の場合、ＳＲモータ駆動電流を給電しないようにしている。

電気モータ４のボールベアリング４４は、セラミックボールベアリングであり、用いられるセラミック製のベアリング球４４ａの比重は、通常の軸受鋼の７．８に対し、窒化ケイ素は、３．２と軽く、硬度も７５０ＨＶに対し１５００ＨＶと高く、熱膨張は小さく耐食性も軸受鋼より格段に優れている。
このような窒化ケイ素セラミックの比重が小さいという特性から、ベアリングが１００００〜４００００ｒｐｍの高速で回転するモータ軸を支持するときの、転動体（ここではセラミック球）の遠心力が低減され、軸受けの昇温が防止され、寿命が向上する。
また熱膨張が小さいので昇温による内部隙間の変化が少なく、振動が防止される。
さらに、ベアリング球が鋼球の場合問題になる内輪、外輪を構成する軸受鋼の磨耗が防止される。

４ＷＤコントロール・ユニット９は、車両の所定速度範囲では、４ＷＤ走行選択時にブレーキペダルセンサ１８からの信号およびアクセルペダルセンサ１９からの信号にもとづき、ブレーキペダルの踏み込みと連動したり、アクセルペダルの開放によるコースト走行と判定したりして、制動、減速状態を検出したとき、発電機１３および電気モータ４と、インバータ７を、回生ブレーキとして機能させるように発電機１３とインバータ７に発電を指令する。発電された直流は、バッテリ１７に充電される。

なお、ＳＲモータである電気モータ４を回生ブレーキとして機能させる上記所定速度範囲は駆動電流の給電範囲である車速５０ｋｍ／ｈまでを越えて、より高速領域まで設定できる。
ＳＲモータの回転力により発電を行う、いわゆる回生トルクによる発電を行う場合、駆動回転数を超える高回転であっても発電が可能である。回生エネルギーは巻線４６ｂに給電したエネルギー量に比例して発生するので、前述のように耐電圧の低いインバータの場合であっても、呼び水として巻線４６ｂを励磁するための給電可能な範囲の給電を行えば、給電量に応じた一定のブレーキトルクを発生することができ、発電が可能となる。

図７にもとづいて、回生ブレーキとして発電する場合の給電制御を説明する。（ａ）は、Ｕ相の巻線のインダクタンスＬの回転角θによる変化を示す。（ｂ）は、回転角θ依存のＵ相の巻線への給電電流と発生する回生電流を示す。
ロータ突極とステータ突極が向かい合うときに発生している巻線電界が、ロータ突極とステータ突極が遠ざかるのを阻もうとする逆トルクとなり、回生電力となる。つまり、インバータの耐電圧内で給電可能な範囲で、巻線電界が高まるようにＵ相巻線に電流を給電制御してやればよい。そうすると回生発電により（ｂ）に一点鎖線で示すような回生電流が得られる。
Ｖ相、Ｗ相の回生発電制御も図７と同様に行う。

運転者が走行開始前に４ＷＤ選択スイッチ２２で２ＷＤ走行モードを選択している場合は、４ＷＤコントロール・ユニット９はインバータ７を無通電状態とする。
そのとき、４ＷＤコントロール・ユニット９は表示灯３１に２ＷＤモード選択を表示する。
この場合は、車両は通常の前輪駆動２ＷＤ車として機能する。
本実施例の４ＷＤコントロール・ユニット９は本発明の従動輪駆動制御手段を構成する。また、前車輪１０（１０Ｌ、１０Ｒ）は本発明の主駆動輪に、後車輪１（１Ｌ、１Ｒ）は従動輪に対応する。

以上のように本実施例によれば、エンジン１１によって駆動されない左右の後車輪１に、ホイール２内にブレーキディスク１５、減速機３、電気モータ４をほぼ収容し、後車輪用のディファレンシャルギア、電磁クラッチを有しない４ＷＤシステムを構成したので、４ＷＤシステムの総重量の低減ができ、燃費が向上できる。

なお、ＳＲモータにあっては、永久磁石を備えないので、給電が無い以上は磁界による逆方向トルクは発生しないので、連れ回り損失はボールベアリングの摩擦抵抗と加減速時のロータ４の重量による慣性程度となり損失が極めて小さい。
よって、クラッチなどにより車輪と電気モータとの伝達を切り離したり、電気モータに弱め磁界電流を流して電気モータの逆方向トルク、つまりコギングトルクを低減させたりする必要がない。

後車輪の追従回転に従って電気モータ４のロータ４５が回転しても、電気モータ４の軸受けは、駆動電流を給電する０〜５０ｋｍ／ｈまでの車速範囲より高速の、２００ｋｍ／ｈまでにも適合するように、セラミック製のベアリング球４４ａを用いたボールベアリング４４であるので、外部から高速に４００００ｒｐｍまで連れ回すことが可能である。
しかも、ＳＲモータのロータ４５は電機子を有する直流モータの場合より軽量にでき、その上ロータ４５は強固な構造であり、車速の最高速度まで電気モータの連れ回し回転が可能である。高速回転時のロータへの遠心力による機械的破損を心配する必要がない。
また、ＳＲモータの場合、高速連れ回し回転可能な電気モータであるにもかかわらず他の電気モータの形式に比較してロータの径を大きくすることが可能である。
その結果、ホイール２内に収容できるコンパクトな電気モータでありながら大トルクが発生できる。

また、直流モータのような空転時のブラシ接触に起因するフリクションもないので、高速空転時のフリクション増加による燃費の悪化は小さい。
したがって、減速機３に電磁クラッチを内蔵しない、より簡単な構成の左右輪駆動装置が実現できる。

本実施例では、車速が５０ｋｍ／ｈ以上では、電気モータ４の駆動を停止し、車速が５０ｋｍ／ｈのときの電気モータ回転数を例えば１００００ｒｐｍとしている。
電気モータ４を高回転数まで駆動する場合、電気モータ４の巻線に発生する誘起電圧より高い電圧を印加する必要がある。そうすると、その分高電圧の電源とする必要がある、つまりインバータ７の耐電圧を高くする必要がある。

インバータ７の耐電圧をそれほど高くしないようにする代替方法として、電気モータ４の巻線回数を減じることも考えられるが、その場合電気モータ４の低回転時の発生トルクを確保するために、インバータ７の出力電流を大きくする必要がある。

しかし、本実施例では電気モータ駆動は例えば１００００ｒｐｍまでとしているので、より高速領域の電気モータの回転数までインバータで駆動するように設計する場合よりも、インバータ７と電気モータ４を低電圧設計にできる。
また、電気モータの巻線回数を減じる必要がなく、インバータ７の出力電流を小さくできる。
その結果、インバータ７と電気モータ４の構成を簡単小型化でき、重量とコストが低減できる。
また、電気モータ４としてＳＲモータを用いているので、後車輪を駆動するための給電制御をするモータ回転数１００００ｒｐｍを越える回転数においても、インバータ７の耐電電圧内で給電可能な巻線電流を呼び水としてタイミングよく給電することで、回生発電を行うことができる。

さらに、後車輪の左右輪それぞれに電気モータ４を配するので、左右輪に対して１つの電気モータを配する場合の半分の電気モータの出力で済むことから電気モータ４は小型化が可能である。その上、駆動部（電気モータ４と減速機３とブレーキディスク１５の一体もの）をホイール２内にほぼ収容するコンパクトな形状としているので、電気モータ４と減速機３が後部車室下部を占有することが無く、後部座席の居住性を高め、またトランク容量が低下することもない。

このように、後車輪の駆動部がコンパクトな形状なので、車両組み立てにおいて、前輪駆動２ＷＤ車両の後車輪アクスルにブレーキディスクを組み付けるのと同様に、後車輪アクスルに後車輪の駆動部を取り付ける作業で済むことから、組立作業量が低減でき製造コスト低減に寄与する。

運転者が４ＷＤモードを選択した場合、発進時から５０ｋｍ／ｈまでは四輪駆動車として機能し、発進時のエンジン駆動輪である前車輪１０のグリップがサスペンションの効果で一時的に低下してスリップし易いのを、後車輪１を電気モータ駆動することにより緩和し、発進をスムーズにできる。

なお、インバータ７Ｌ、７Ｒは図５のようにそれぞれが入力コンデンサ５１を有する代わりに、図８に示すように入力コンデンサ５１’をインバータ７Ｌ、７Ｒが共有する構成としてもよい。
この場合、入力コンデンサ５１’を共用化したので、インバータ全体が小型軽量化でき部品点数が削減できる。
また、ＳＲモータの構造は、図３、図４に示したインナーロータ形式に限定されるものではなく、アウターロータ形式でも良い。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。
本実施例では、回転角センサを備えるＳＲモータの代わりに、回転数センサを備える三相誘導モータ４’（４Ｌ’、４Ｒ’）（図９参照）を用いる。また、図９に示すように、三相誘導モータ４’に電力を供給し回転を制御するインバータ７’（７Ｌ’、７Ｒ’）は、三相のブリッジインバータ回路を備えている。

本実施例の他の構成は図１、図２に示す第１の実施例と同じであり、三相誘導モータ４’と減速機３をブレーキディスク１５と一体に、ホイール２内に収容可能にコンパクトな形状にしている。また、インバータ７Ｌ’、７Ｒ’は、左右の後車輪用にそれぞれに１つ配され、三相誘導モータのインバータ駆動は例えば１００００ｒｐｍまでとしている。

本実施例の作用は第１の実施例と同じであり、その効果は第１の実施例と同様である。三相誘導モータ４’もロータは直流モータの場合より軽量にでき、その上三相誘導モータのロータは強固な構造であり、車速の最高速度まで電気モータの連れ回し回転が可能である。
また、ロータは円筒形状なので風切り損失が少なく、また直流モータのような空転時のブラシ接触に起因するフリクションもないので、高速空転時のフリクション増加による燃費の悪化は小さい。
したがって、ディファレンシャルギアが不要で、減速機３に電磁クラッチを内蔵しない、より簡単な構成の左右輪駆動装置が実現でき燃費が向上する。

また、後部座席の居住性を高め、トランク容量が低下することがない。また、組み立て作業が低減でき製造コストの低減に寄与する。
また、三相誘導モータ４’の駆動は例えば１００００ｒｐｍまでとしているので、インバータ７’と三相誘導モータ４’を低電圧設計にでき、その分インバータ７’と三相誘導モータ４’の構成を簡単化でき、重量とコストが低減できる。

次に、本発明の第３の実施例を説明する。図１０は第３の実施例に係わるハイブリッド４ＷＤ車の全体構成を示す図である。図１１は左右後車輪の詳細な構成と、後車輪を駆動制御するための制御システムを示す図である。図１２は本実施例のインバータ回路を示す。
第１の実施例と異なる点は、まずＳＲモータの代わりに回転数センサを備えない三相誘導モータ４”（４Ｌ”，４Ｒ”）である点である。

三相誘導モータ４”（４Ｌ”，４Ｒ”）に電力を供給し回転を制御するインバータ２７は、図１２に示すように通常のブリッジインバータ回路であり、２つの三相誘導モータ４”が並列に接続されている。
また、図１１に示すように三相誘導モータ４Ｌ”、４Ｒ”の回転数のフィードバック制御用にインバータ２７に入力されるモータ回転数信号は、ＡＢＳコントロール・ユニット２３から４ＷＤコントロール・ユニット９’に入力される車輪速センサ８ＲＬ、８ＲＲの信号を、４ＷＤコントロール・ユニット９’から入力されて代用する。

さらに、第１の実施例と異なり４ＷＤコントロール・ユニット９’は、操舵角センサからの入力信号がない。
他の構成は第１の実施例と同じであり、同一の構成には、第１の実施例と同一番号を付してある。

本実施例の作用を第１の実施例と異なる点を中心に以下に説明する。
本実施例では、インバータ２７にて車輪の回転数に減速機３（３Ｌ、３Ｒ）の減速比を考慮して三相誘導モータ４Ｌ”、４Ｒ”の回転数を求める。こうして求めた三相誘導モータ４Ｌ”、４Ｒ”のそれぞれの回転数の平均値をインバータ２７のフィードバック制御用の回転数とする。

インバータ２７は１つであり、左右両方の三相誘導モータ４”に対して同一駆動周波数で駆動する。
４ＷＤコントロール・ユニット９’は、ＡＢＳコントロール・ユニット２３からの各車輪の車輪回転速度信号に基づき車速を算出し、アクセル開度、車速、シフト位置に基づいて、後車輪１の目標駆動トルクを算出し、インバータ２７に回転方向と、駆動トルクの制御信号を出力する。
インバータ２７は、４ＷＤコントロール・ユニット９’からの制御信号に基づき、バッテリ１７または発電機１３からの直流電流を、所要の三相交流電流に変換し、三相誘導モータ４”を駆動する。

三相誘導モータ４”のトルクは、同期回転速度から最大トルクを示す回転速度の間では、インバータ２７の駆動周波数とロータの回転周波数との差、すべり周波数にほぼ比例する。
左右の後車輪１Ｌ、１Ｒの一方が凍結路面で空転して高速回転を始めた場合でも、インバータ２７が車速に近い三相誘導モータ４”（４Ｌ”、４Ｒ”）の平均回転数の周波数で駆動するので、空転車輪の三相誘導モータ４”は駆動周波数にほぼ同期して回転し、トルクは低下する。これに対し空転していない後車輪の三相誘導モータ４”は路面をグリップしすべり周波数が空転車輪より大きいのでトルクが大きく、駆動力が発生する。

その結果、空転していない車輪１の駆動力により凍結路面から脱出できる。
つまり、自動的に従来のディファレンシャルギアの空転している車輪への対策である差動制限装置と同様の作用をする。
これによって、インバータ２７は本実施例の様に左右の後車輪１Ｌ、１Ｒ用に２つのインバータを用意する必要がなく、電流容量を大きくした図１２に示すような１つの簡単な構成にできる。

１つのインバータで２つの三相誘導モータ４”を並列駆動するため、第２の実施例の１つの三相誘導モータ４’を駆動するインバータ７Ｌ’、７Ｒ’と比較すると、１つのインバータとしては大きくなるが、２つのインバータを備えるよりは小型にできコストも低減できる。
また、車輪速センサ８ＲＬ、８ＲＲからの回転数の平均値をインバータ２７による三相誘導モータ４”の回転数制御に用いるので、三相誘導モータ４”は回転数センサを備える必要がなくコストが低減できる。

なお、上記第１から第３の実施例では、４ＷＤコントロール・ユニット９、９’は、４ＷＤモードを選択したとき車速５０ｋｍ／ｈまでは後車輪１Ｌ、１Ｒを電気モータで駆動するものとしたが、その代わりにＡＢＳコントロール・ユニット２３からのスリップ状態判定によって、前車輪１０のスリップを検出したときのみ４ＷＤ駆動で、スリップを検出しない場合は２ＷＤ駆動としてもよい。

その場合、４ＷＤ駆動時は、最適な後車輪１Ｌ、１Ｒそれぞれの駆動トルクを算出し、発電機１３の発電量、インバータ７、７’、２７を制御して電気モータ４または三相誘導モータ４’、４”を目標の駆動トルクを得るようにする。
このように、限定された４ＷＤ駆動とすることによって、２ＷＤ駆動で十分なときにも４ＷＤ駆動することによるインバータ７、７’、２７、電気モータ４または三相誘導モータ４’、４”での発熱ロスによる燃費の低下を防止できる。

なお、本実施例およびその変形例では、エンジンを前部に搭載し主駆動輪である前車輪をエンジン駆動する車両に本発明を適用した場合について説明したが、エンジン搭載位置が実施例と異なる場合にも、またエンジンによって駆動される主駆動輪位置が実施例と異なった場合にも、本発明は適用できる。
さらに、主駆動輪をエンジンの代わりに電気モータで駆動する場合にも、本発明は適用できる。

本発明の第１の実施例のハイブリッド４ＷＤ車の全体構成を示す図である。 第１の実施例の左右後車輪の詳細な構成と、後車輪を駆動制御するための制御システムを示す図である。 第１の実施例のＳＲモータの軸方向断面図である。 図３のＡ−Ａ部断面図である。 第１の実施例のインバータ回路を説明する図である。 ＳＲモータの駆動電流の給電制御を説明する図である。 ＳＲモータの回生発電制御を説明する図である。 第１の実施例の別のインバータ回路を説明する図である。 第２の実施例のインバータ回路を説明する図である。 第３の実施例のハイブリッド４ＷＤ車の全体構成を示す図である。 第３の実施例の左右後車輪の詳細な構成と、後車輪を駆動制御するための制御システムを示す図である。 第３の実施例のインバータ回路を説明する図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 後車輪
２Ｌ、２Ｒ ホイール
３Ｌ、３Ｒ 減速機
４Ｌ、４Ｒ 電気モータ
４Ｌ’、４Ｒ’、４Ｌ”、４Ｒ” 三相誘導モータ
５Ｌ、５Ｒ パワーケーブル
６、１６ パワーケーブル
７、７Ｌ、７Ｒ、７Ｌ’、７Ｒ’、２７ インバータ
８ＦＬ、８ＦＲ、８ＲＬ、８ＲＲ 車輪速センサ
９、９’ ４ＷＤコントロール・ユニット
１０Ｌ、１０Ｒ 前車輪
１１ エンジン
１２ 変速機
１３ 発電機
１４Ｌ、１４Ｒ 前車輪ドライブシャフト
１５Ｌ、１５Ｒ ブレーキディスク
１７ バッテリ
１８ ブレーキペダルセンサ
１９ アクセルペダルセンサ
２０ 操舵角センサ
２１ エンジン集中電子制御システム・コントロール・ユニット
２２ ４ＷＤ選択スイッチ
２３ アンチロックブレーキシステム・コントロール・ユニット
２４ オートマチック・トランスアクスル・コントロール・ユニット
２５Ｌ、２５Ｒ 回転角センサ
３１ 表示灯
４１ フレーム
４２ａ、４２ｂ 端板
４３ モータ軸
４４ ボールベアリング
４４ａ ベアリング球
４４ｂ 外輪
４４ｃ 内輪
４５ ロータ
４５ａ、４６ａ 突極
４５ｂ エンドリング
４６ ステータ
４６ｂ 巻線
４７ａ、４７ｂ 軸受け座
４９ａ ワッシャ
４９ｂ 与圧ワッシャ
５１、５１’ 入力コンデンサ
５２ ダイオード
５３ スイッチング素子

Claims (12)

1. 内燃機関もしくは電気モータの動力で前車輪または後車輪のいずれか一方を主駆動輪として駆動する車両において、
   他方の従動輪を駆動する永久磁石を有さない電気モータと、該電気モータの回転数を落とす減速機との組を、前記従動輪の左右の車輪各々に１組設けることを特徴とする車両の左右輪駆動装置。
2. 前記従動輪の電気モータは、前記減速機とともに車輪のホイール内に収容されることを特徴とする請求項１に記載の車両の左右輪駆動装置。
3. 前記従動輪の左右の電気モータに個別に電力を供給するインバータと、
   該インバータを制御する従動輪駆動制御手段とを備え、
   前記インバータは、前記従動輪の左右の電気モータを個別にトルク制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の左右輪駆動装置。
4. 前記インバータ間で、入力コンデンサを共用することを特徴とする請求項３に記載の車両の左右輪駆動装置。
5. 前記従動輪の左右の電気モータに電力を供給する１つのインバータと、
   該インバータを制御する従動輪駆動制御手段とを備え、
   前記インバータは、前記従動輪の左右の電気モータを一律にトルク制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の左右輪駆動装置。
6. 前記従動輪の左右の車輪の速度を検知する車輪速センサを備え、
   前記従動輪駆動制御手段は、前記車輪速センサの検知値に基づき前記インバータの駆動周波数を決定することを特徴とする請求項３から５のいずれか１に記載の車両の左右輪駆動装置。
7. 前記従動輪を駆動する電気モータは、ＳＲモータであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の車両の左右輪駆動装置。
8. 前記電気モータは、誘導モータであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の車両の左右輪駆動装置。
9. 前記従動輪駆動制御手段は、所定の車両速度以上では、前記インバータへ指令して、前記従動輪の電気モータへの駆動電流の通電を停止することを特徴とする請求項３から８のいずれか１に記載の車両の左右輪駆動装置。
10. 前記電気モータのモータ軸受の最大許容回転数は、前記従動輪の電気モータへの通電を停止する所定の車量速度に相当する電気モータの最大駆動制御可能回転数よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の車両の左右輪駆動装置。
11. 前記電気モータのモータ軸受は、セラミックボールベアリングであることを特徴とする請求項１０に記載の車両の左右輪駆動装置。
12. 前記従動輪駆動制御手段は、所定の車両速度以上では、前記インバータに対する前記従動輪の電気モータへの駆動電流の通電を停止し、回生電流のみの通電を許可することを特徴とする請求項７に記載の車両の左右輪駆動装置。

Images