JP2004058701A - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリーズハイブリッド型の電気自動車用駆動装置において、２つのパワーユニットの収納効率を向上してエンジン駆動式車両の縦置き型車載レイアウトに搭載する。
【解決手段】走行用の電動機４の電力源となるバッテリに充電する発電機３と、この発電機３を駆動する発電用のエンジン２とを有する電気自動車用駆動装置１であって、エンジン２を車両に縦置きに配置してエンジン２の後端に発電機３を取り付け、発電機３とその後方に配置される電動機４との間に、電動機４の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構５を取り付けている。必要な２つのパワーユニット１４，１５を直列の配置で一体に結合し、不要なトルクコンバータを設置していた位置にほぼ同じ大きさの発電機３を配置した構成であるため、結果的にエンジン駆動式車両の縦置き型パワーユニットと同じ大きさとなる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走行用の電動機の電力源となるバッテリに充電する発電機およびこの発電機を駆動する発電用の内燃機関とを有するシリーズハイブリット型の電気自動車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機を駆動輪の動力源とする電気自動車には、内燃機関により発電機を駆動して発電し、バッテリに充電して走行用の電動機つまり駆動用モータを動力源として走行するシリーズハイブリット型がある。このような電気自動車にあっては、電動機の出力を駆動輪に伝達するために、車両旋回時の左右の駆動輪間の回転差を吸収する差動機構と減速機または変速機とを有する動力伝達機構が車両に搭載される。
【０００３】
このようにシリーズハイブリット車両の駆動装置は、内燃機関により直接駆動輪を駆動するエンジン駆動式の車両が１つのパワーユニットとなるのに対して、内燃機関と発電機を備えた発電パワーユニットと、電動機と動力伝達機構を備えた駆動用パワーユニットとの２つのパワーユニットを車両に搭載する必要がある。また車体に搭載するバッテリの容積も大きくなることから、いかにして２つのパワーユニットを高い収納効率で車体に搭載するようにするかが重要な課題となっている。
【０００４】
従来、２つのパワーユニットを有する電気自動車としては、例えば、特開平１０−１４５９０５号公報に開示されるように、内燃機関を車両の幅方向に配置するようにした横置き式の車載レイアウトが開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
２つのパワーユニットを有する電気自動車の駆動装置を開発するには、開発コストを抑える意味でも既に開発されているエンジン駆動式車両の駆動装置のレイアウトをそのまま流用してパワーユニットを搭載することが好ましい。多種ある車載レイアウトのうちでも後輪にかかる重量バランスがよいことから縦置き型車載レイアウトへの対応が要望されている。しかし前記公報には２つのパワーユニットをそれぞれ横置きに搭載する車載レイアウトしか開示しておらず、現行の縦置き型パワーユニットを搭載する車体に対応して２つのパワーユニットを搭載できるシリーズハイブリッド車用の車載レイアウトについてはまだ例がなかった。
【０００６】
シリーズハイブリッド車の場合は２つのパワーユニットを搭載する関係から必要とする収容容積が大きく、縦置き型パワーユニットを１つだけ搭載するエンジン駆動式車両の縦置き型車載レイアウトへそのまま対応することは困難であった。そのため車体のマウントフレームなどを大きく変更する必要があり、その実施化には大きなコストを要するといった問題があった。また車体のマウントフレームを変更して搭載する場合であっても、エンジンルーム内の有効スペースをより多く確保できるよう２つのパワーユニットの収納効率を向上させることが要望されていた。
【０００７】
本発明の目的は、２つのパワーユニットの収納効率を向上してエンジン駆動式車両の縦置き型車載レイアウトに搭載可能なシリーズハイブリッド型の電気自動車用駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気自動車用駆動装置は、走行用の電動機の電力源となるバッテリを充電する発電機と、この発電機を駆動する発電用の内燃機関と、電動機の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構とを有するものであり、内燃機関を縦置きに配置し、その後端に発電機を取り付け、発電機とその後方に配置される電動機との間に動力伝達機構を取り付けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の電気自動車用駆動装置は、走行用の電動機の電力源となるバッテリに充電する発電機と、この発電機を駆動する発電用の内燃機関と電動機の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構とを有するものであり、内燃機関を車両に縦置きに配置し、その後方に配置される電動機との間に動力伝達機構を取り付け、発電機を内燃機関に並べて配置したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の電気自動車用駆動装置は、動力伝達機構が有段もしくは無段の変速機または減速機を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、シリーズハイブリッド型の電気自動車に必要とされる２つのパワーユニットにおいて、前方から内燃機関、発電機、動力伝達機構、電動機の順に直列の配置で一体に結合することにより縦方向に短くすることができる。特に、電気自動車には不要となるトルクコンバータ又はクラッチの代わりに動力伝達機構の前方部分へ発電機を置き換えた構成となっているため、結果的にエンジン駆動式車両の縦置き型パワーユニットと同じ大きさに構成することができる。したがってその車載レイアウトに対応する現行の車体を変更することなく本発明の駆動装置をそのまま設置できるため、低いコストで流用車体への置き換え搭載が可能になる。
【００１２】
本発明にあっては、シリーズハイブリッド車に必要とされる２つのパワーユニットにおいて、発電機を内燃機関と並列に配置し、前方から内燃機関、動力伝達機構、電動機の順に直列の配置で一体に結合することにより、トルクコンバータ又はクラッチを省略した範囲分だけ内燃機関を後方へ配置でき、それだけ縦方向に短く構成して収納効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である電気自動車用駆動装置を示す一部切り欠き側面図であり、この駆動装置１は車両のエンジンルームに縦置きに配置される内燃機関であるガソリンエンジン２を有し、この後端には図示省略したバッテリに充電するための発電機３が取り付けられている。発電機３の後方には駆動用モータつまり電動機４が配置されており、この電動機４と発電機３との間には、電動機４の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構５が取り付けられている。
【００１４】
発電機３はエンジン２のクランク軸に取り付けられる発電用ロータ６とエンジン２の後端面に取り付けられる発電用ステータ７とを有し、これらはエンジン２に取り付けられるケース８内の前方位置に収容されている。動力伝達機構５は駆動軸９及び図示しない差動機構（デファレンシャルギヤ）を介して駆動輪に連結されている終減速機１０（ハイポイドギヤ１０ａ及び図示しないハイポイドピニオンギヤ）と、この終減速機１０の後方に連結される図示しない変速機又は減速機（詳細は後述する）とを有し、これらはケース８内に収容されている。電動機４は駆動用ステータ１１と、変速機又は減速機に連結されるロータ軸１２を中心に備えて駆動用ステータ１１の内側で回転自在となっている駆動用ロータ１３とを内部に有し、ケース８の後端面に取り付けられている。エンジン２と発電機３が発電用パワーユニット１４を構成し、動力伝達機構５と電動機４が駆動用パワーユニット１５を構成している。
【００１５】
エンジン駆動式車両に用いられる縦置き型パワーユニットにあっては、エンジンと、その後方に位置してエンジン駆動力の伝達と切り離しを切り換えるトルクコンバータやクラッチと、その後方に位置する動力伝達機構とを直列の配置で一体に結合し、単体の駆動用パワーユニットを構成している。これに対して、図１に示す駆動装置１においては、エンジン２の後方に発電機３を取り付けるようにしたのでエンジン駆動式車両の車載レイアウトを活用することができる。
【００１６】
したがって本実施の形態の電気自動車用駆動装置１によれば、縦置き型車載レイアウトで単一のパワーユニットを搭載しているエンジン駆動式車両の車体を流用する場合であっても、車体フレームなどを大きく変更することなく駆動装置１をそのまま設置できるため低いコストで容易に置き換え搭載することができる。
【００１７】
また発電機３については、外部から電力が供給されて回転駆動力を発生できるものを用いることにより、運転開始前のエンジン２を始動させるためのセルモータとして機能させることもできる。
【００１８】
図２は本発明の他の実施の形態である電気自動車用駆動装置を示す一部きり欠き側面図である。この図において、図１に示した駆動装置と共通する部材には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００１９】
この駆動装置２１にあっては、発電機２２は外径の小さいものを使用しエンジン２の上方に並列に配置されてそれらが発電用パワーユニット２３を構成しており、エンジン２のクランク軸と発電機２２のロータ軸がベルト２４を介して連結し駆動可能となっている。そして前方から順にエンジン２、動力伝達機構５及び電動機４が直列の配置で一体に結合されている。
【００２０】
すなわち図１に示す場合には発電機３が動力伝達機構５の前方位置に設置されていたが、他の実施の形態では発電機２２がエンジン２の上方に並列に配置され、その空いた範囲分Ｘだけエンジン２を後方へずらして配置し、それだけ駆動装置２１の全長を短くした構成となっている。
【００２１】
したがって本実施の形態の電気自動車用駆動装置２１によれば、駆動装置２１の全長を短くできたことにより、エンジンルームでの収納効率が向上し、より広い有効スペースを確保することができる。またこの発電機２２についても回転駆動力を発生可能なものを用いることにより、始動用セルモータとして機能させることもできる。
【００２２】
以下、本発明の駆動装置１，２１において動力伝達機構５の内部に設置される変速機、減速機について図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
前記２つの実施の形態が備える動力伝達機構５の内部において、終減速機１０（ハイポイドギヤ１０ａ及びハイポイドピニオンギヤ）と電動機４との間に減速比の変更可能な変速機を連結して設けた場合には、電動機４の回転速度域に合わせて適切な減速比を選択的に得ることができ、比較的小さい電動機４を用いても加速性や駆動安定性を向上させることができる。したがって電動機４の小型軽量化が可能となり、駆動装置１，２１の全長を短縮化してさらに収納性を向上することができる。
【００２４】
ここで本発明の駆動装置１，２１に適用可能な有段の変速機の例として、変速段を切り換えるための制御機構を備えた遊星歯車を用いることが挙げられる。図３は本発明の駆動装置１，２１に変速機として遊星歯車を設けた構成のスケルトン図である。この図において、図１に示した駆動装置１と共通する部材には同一の符号を付して、その説明は省略する。ケース８の内周にはブレーキリング２５が固定されており、さらにその内周に装着されるリングギヤ２６との間にはブレーキ操作によりリングギヤ２６の固定と解放を切り換え可能なブレーキ機構２７が設けられている。リングギヤ２６の内側には、その内歯に噛み合う４つのプラネタリピニオンギヤ２８とそれらを回転自在に支持するプラネタリキャリア２９が回転自在に装着されており、その前方にはハイポイドギヤ１０ａに噛み合うハイポイドピニオンギヤ１０ｂが連結されている。さらに各プラネタリピニオンギヤ２８より内周側にそれぞれ噛み合うサンギヤ３０が装着されており、その後方には電動機４のロータ軸１２が連結されている。またプラネタリキャリア２９とサンギヤ３０との間には、それらの締結とその解放を切り換え可能なクラッチ機構３１（プラネタリロック）が設けられている。これらのギヤ２６，２８，３０及びキャリア２９によって２段変速機である遊星歯車式変速機３２が形成されている。
【００２５】
このような遊星歯車式変速機３２を備えた駆動装置の作動としては、まずエンジン２により駆動された発電機３が発電を行い、これにより生じた電力が図示しないバッテリや制御用インバータを通じて電動機４に供給され回転駆動力を発生させる。ここで遊星歯車式変速機３２において、ブレーキ機構２７を固定側に操作してリングギヤ２６をブレーキリング２５（ケース８）に対して固定し、クラッチ機構３１を解放側に操作してプラネタリキャリア２９（ハイポイドピニオンギヤ１０ｂ）とサンギヤ３０（ロータ軸１２）とが相対的に回転可能な状態とすることにより、遊星歯車式変速機３２は低速段に入った状態となる。これによりサンギヤ３０を介して入力される電動機４の回転駆動力は、その回転速度を減速されてキャリア２９を回転させるが、そのトルクは、１＋（リングギヤ２６の歯数／サンギヤ３０の歯数）だけ増幅されてキャリア２９を駆動することになる。このような遊星歯車式変速機３２と終減速機１０との２段に渡って得られる大きな減速比とトルク増幅により、車両の発進時に必要とされる大きな駆動力を得ることができる。
【００２６】
またブレーキ機構２７を解放側に操作してリングギヤ２６を回転自在とし、クラッチ機構３１を締結側に操作して、ロータ軸１２、キャリア２９及びリングギヤ２６を一体に締結した状態とすることにより、遊星歯車式変速機３２は高速段に入った状態となる。これによりサンギヤ３０を介して入力される電動機４の回転駆動力の回転速度はそのまま（減速比１）でキャリア２９を駆動することになり、すなわち電動機４と駆動軸９との間の減速段は終減速機１０の１段のみとなって、高速域での走行時に高い回転速度で駆動することができる。
【００２７】
またブレーキ機構２７及びクラッチ機構３１を共に解放側に操作した場合には、サンギヤ３０の回転に対してリングギヤ２６とキャリア２９の両方が空回りするだけとなり、すなわち遊星歯車式変速機３２はニュートラルの状態となる。
【００２８】
このような遊星歯車式変速機３２におけるクラッチ機構３１は、図４に示すようにリングギヤ２６とキャリア２９の間に設ける構成や、図５に示すようなリングギヤ２６とサンギヤ３０の間に設ける構成とすることも可能である。これらの構成の場合も図３に示す構成と同様にブレーキ機構２７を固定してクラッチ機構３１を解放することにより変速機３２を低速段に入れることができ、またブレーキ機構２７を解放してクラッチ機構３１を締結することにより変速機３２を高速段に入れることができる。
【００２９】
またこのような遊星歯車で構成する変速機以外にも、本発明の駆動装置１，２１に適用可能な例として可変溝幅プーリとベルトを利用した無段変速機を用いることが挙げられる。図６は本発明の駆動装置１，２１に変速機として無段変速機を設けた構成のスケルトン図である。無段変速機３３は、ロータ軸１２に装着され電動機４から回転駆動力が入力されるプライマリプーリ３４と、ハイポイドピニオンギヤ１０ｂの回転軸に装着され終減速機１０に回転駆動力を出力するセカンダリプーリ３５と、プライマリプーリ３４からセカンダリプーリ３５へ回転を伝達する駆動ベルト３６とから構成されている。またプライマリプーリ３４とセカンダリプーリ３５は、それぞれ可動シーブ３４ａ，３５ａと固定シーブ３４ｂ，３５ｂを組み合わせて構成されており、各可動シーブ３４ａが軸方向に移動可能な状態で組み込まれている。図示しない油圧制御により各可動シーブ３４ａ，３５ａを軸方向にスライドさせてプライマリプーリ３４とセカンダリプーリ３５のそれぞれの溝幅を変更することができ、それにより駆動ベルト３６の巻掛け径が変化して無段階で任意の減速比が得られることになる。
【００３０】
このような無段変速機３３と終減速機１０との２段に渡って任意の大きさの減速比とトルク増幅が得られることにより、比較的小さい電動機４を用いても加速性や駆動安定性を向上させることができる。
【００３１】
なお前記２つの例で挙げたような変速機の代わりに、減速比が固定された減速機を連結して設けることも可能であり、同じくモータトルクを増幅できることから電動機４の小型軽量化が可能となり、駆動装置１，２１の全長を短縮化してさらに収納性を向上することができる。またこの場合、減速機は一般的に変速機と比較して構造が単純であるため、より簡素で安価なシステムを構築することができる。
【００３２】
適用可能な減速機として例えば外歯式歯車対を用いることが挙げられる。図７は本発明の駆動装置１，２１に減速機として外歯式歯車対を設けた構成のスケルトン図である。外歯式歯車対３７は、ロータ軸１２に装着され電動機４から回転駆動力が入力される小歯車３８と、それに噛み合うとともにハイポイドピニオンギヤ１０ｂの回転軸に装着され終減速機１０に回転駆動力を出力する大歯車３９とから構成されている。
【００３３】
このような外歯式歯車対３７によれば、得られる減速比やトルク増幅の大きさは常に一定であるが、構造が大変単純であるため容易かつ安価に製造することができる。また外歯式歯車対３７は構成部材が少ないため駆動装置１，２１の小型軽量化を図ることができ、特に軸方向に短い構成であることからさらに駆動装置１，２１の全長を短縮化して収納性を向上することができる。
【００３４】
また他にも、適用可能な減速機の例として制御機構を何も設けていない遊星歯車を用いることが挙げられる。図８は本発明の駆動装置１，２１に減速機として遊星歯車を設けた構成のスケルトン図である。この図において、遊星歯車式減速機４０が図３、図４、図５に示す遊星歯車式変速機３２と相違する点は、リングギヤ２６がケース８の内周に直接固定され、またクラッチ機構を何も設けていない点であり、それ以外の共通する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
このような遊星歯車式減速機４０によれば、電動機４からサンギヤ３０に入力されたトルクは常に１＋（リングギヤ２６の歯数／サンギヤ３０の歯数）の固定された比率で増幅され、終減速機１０に出力される。しかし前記遊星歯車式変速機３２と比較して構造が単純であるため、より簡素で安価なシステムを構築することができる。
【００３６】
図９は縦置き型車載レイアウトで搭載されたエンジン駆動式車両用駆動装置を比較例として示す概略側面図である。エンジン駆動式車両１０１は左右２つの前輪１０２を駆動する車両であり、車両にはこれら駆動輪１０２を駆動する内燃機関つまりエンジン１０３を有している。エンジン１０３の駆動力は、駆動力の伝達と切り離しを切り換えるトルクコンバータ１０４と、差動機構及び減速機構又は変速機構を有する動力伝達機構１０５と、前輪軸４とを介して駆動輪１０２に伝達される。ここで前方から順にエンジン１０３、トルクコンバータ１０４及び動力伝達機構１０５が直列の配置で一体に結合されて単体の駆動用パワーユニット１０６を構成しており、この１つだけのパワーユニット１０６が車両の前後方向に対して縦置きとなる車載レイアウトで搭載されている。エンジン１０３を始動するためのセルモータ１０７がエンジン１０３の上方に並列に配置されており、エンジン１０３のクランク軸とセルモータ１０７の回転軸がベルト１０８を介して連結し駆動可能となっている。なおパワーユニット１０６の一部であるトルクコンバータ１０４は、動力伝達機構１０５内に有する変速機がオートマチックトランスミッションである場合に設置されるものであり、これがマニュアルトランスミッションである場合には代わりにクラッチが設置されることになる。これに対して本発明の一実施の形態にあっては、トルクコンバータ１０４の代わりに同等の大きさの発電機３を設置してシリーズハイブリッド車用の２つのパワーユニットを結合した構成となっているため、結果的にエンジン駆動式車両の単一のパワーユニット１０６と比較しても全体の大きさをほぼ同等にできる。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、前記２つの実施の形態が対応する車体は前輪駆動車であったが、本発明の電気自動車用駆動装置は４輪駆動車にも適用することが可能である。この場合には、前輪と後輪との間の回転差を吸収できる前後輪差動装置を動力伝達機構の内部に設け、それに連結するリヤ駆動軸を介して後輪減速差動機構及び後輪軸に動力を伝達させる構成となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、シリーズハイブリッド車に必要とされる２つのパワーユニットを直列の配置で一体に結合し、特に電気自動車には不要となるトルクコンバータ又はクラッチの代わりにほぼ同じ大きさの発電機を置き換えた構成となっているため、結果的にエンジン駆動式車両の縦置き型パワーユニットと同じ大きさに構成することができる。したがって現行の車体を変更することなく本発明の駆動装置をそのまま設置できるため、低いコストで流用車体への置き換え搭載が可能になる。
【００３９】
本発明によれば、シリーズハイブリッド車に必要とされる２つのパワーユニットにおいて、発電機をエンジンと並列に配置し、それ以外のエンジン、動力伝達機構、電動機を直列の配置で一体に結合することにより、トルクコンバータ又はクラッチを省略した範囲分だけエンジンを後方へ配置でき、それだけ縦方向に短く構成して収納効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電気自動車用駆動装置を示す一部切り欠き側面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の電気自動車用駆動装置を示す一部切り欠き側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の駆動装置に変速機として遊星歯車を設けた構成のスケルトン図である。
【図４】図３に示す遊星歯車式変速機の変形例を設けた構成のスケルトン図である。
【図５】図３に示す遊星歯車式変速機の変形例を設けた構成のスケルトン図である。
【図６】本発明の一実施の形態の駆動装置に変速機として無段変速機を設けた構成のスケルトン図である。
【図７】本発明の一実施の形態の駆動装置に減速機として外歯式歯車対を設けた構成のスケルトン図である。
【図８】本発明の一実施の形態の駆動装置に減速機として遊星歯車を設けた構成のスケルトン図である。
【図９】縦置き型車載レイアウトで搭載されたエンジン駆動式車両用駆動装置の概略側面図である。
【符号の説明】
１　　　　一実施の形態の電気自動車用駆動装置
２　　　　ガソリンエンジン
３　　　　発電機
４　　　　電動機
５　　　　動力伝達機構
２１　　　他の実施の形態の電気自動車用駆動装置
２２　　　発電機
３２　　　遊星歯車式変速機
３３　　　無段変速機
３７　　　外歯式歯車対
４０　　　遊星歯車式減速機

Claims (3)

1. 走行用の電動機の電力源となるバッテリに充電する発電機と、この発電機を駆動する発電用の内燃機関とを有する電気自動車用駆動装置であって、
   前記内燃機関を車両に縦置きに配置して前記内燃機関の後端に前記発電機を取り付け、
   前記発電機とその後方に配置される前記電動機との間に、前記電動機の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構を取り付けたことを特徴とする電気自動車用駆動装置。
2. 走行用の電動機の電力源となるバッテリに充電する発電機と、この発電機を駆動する発電用の内燃機関とを有する電気自動車用駆動装置であって、
   前記内燃機関を車両に縦置きに配置して前記内燃機関とその後方に配置される前記電動機との間に、前記電動機の走行用駆動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構を取り付け、
   前記発電機を前記内燃機関に並べて配置したことを特徴とする電気自動車用駆動装置。
3. 請求項１または２記載の電気自動車用駆動装置において、前記動力伝達機構が有段もしくは無段の変速機または減速機を有することを特徴とする電気自動車用駆動装置。

Images