JP2005110451A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動装置を大型化することなくモータの冷却効率を高める。
【解決手段】 エンジンに駆動される発電用モータ２２は、一端に接合面２９ｃが形成された発電モータケース２９に収容されている。この発電モータケース２９の接合面２９ｃに突き当てるように、発電モータケース２９にはギヤケース２７が組み付けられている。発電モータケース２９の接合面２９ｃには凸部２９ｄが形成されており、この凸部２９ｄに嵌合する凹部２７ｂがギヤケース２７の接合面２７ａに形成されている。発電モータケース２９内に冷却水を案内するウォータジャケット２９ｂを、発電モータケース２９の接合面２９ｃよりもギヤケース２７側に拡幅して発電モータケース２９に形成する。これにより、駆動装置１０を軸方向に拡大することなく、発電用モータ２２の冷却効率を高めることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両に搭載される駆動装置に関する。

ハイブリッド車両に搭載される駆動装置は、エンジン、駆動用モータ、発電用モータなどを備えている。駆動用モータにはインバータを介して高電圧バッテリからの電力が供給され、発電用モータによって発電された電力はインバータを介して高電圧バッテリに充電される。

このような、発電用モータ、駆動用モータおよびインバータは、通電することによって発熱するため、安定した性能を発揮させるためには冷却が必要となる。そこで、発電用モータ、駆動用モータおよびインバータを水冷化することにより、これらの発熱部を冷却水により冷却するようにした駆動装置が開発されている。発電用モータや駆動用モータを水冷化する際には、モータケースに冷却流路としてのウォータジャケットが形成され、このウォータジャケットに冷却水を案内することにより、冷却水がモータのステータを囲うように案内される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４８６５８号公報（第５頁、図９−１０）

このように、水冷化された発電用モータや駆動用モータの冷却効率は、ウォータジャケットを流れる冷却水の流量に応じて定められるが、ウォータジャケットの流路面積はモータケースの寸法によって制限されるため、モータケースを大型化することなく冷却水量を増大させて冷却効率を高めることは困難であった。つまり、駆動装置を大型化することなくモータの冷却効率を高めることは困難となっていた。

また、発電用モータをエンジン動力によって駆動するため、ハイブリッド車両においては発電用モータとエンジンとが隣接して配置されることが多い。このように、発電用モータとエンジンとを隣接して設けるようにすると、エンジンから放出される熱によって発電用モータが暖められるため、発電用モータの冷却効率が低下してしまうおそれがある。

さらに、近年の駆動装置においては、駆動用モータや発電用モータの高出力化が図られており、駆動用モータや発電用モータの発熱量も増大している。このため、駆動用モータや発電用モータの冷却効率を高めるようにした駆動装置が所望されている。

本発明の目的は、駆動装置を大型化することなくモータの冷却効率を高めることにある。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、一端に接合面が形成され、モータのステータを収容するモータケースと、前記モータケースの接合面に突き当てて組み付けられ、前記モータのロータに連結される回転軸を収容するギヤケースとを有し、前記モータケースの接合面に凸部を形成するとともに、前記凸部に嵌合する凹部を前記ギヤケースの接合面に形成し、前記モータケース内に冷却媒体を案内する冷却流路を、前記モータケースの接合面よりも前記ギヤケース側に拡幅して前記モータケースに形成することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記モータケースの他端にエンジンを組み付けることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記モータケースの下部には接合面を超えることなく前記冷却流路を形成する一方、前記モータケースの上部には接合面を超えて前記冷却流路を形成することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記ステータと前記ギヤケースとの間に熱導体を設け、前記熱導体を介して前記ステータの熱を前記ギヤケースに伝達することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記ギヤケースの下部にディファレンシャル機構を収容することを特徴とする。

本発明によれば、ギヤケースに突き当てられるモータケースの接合面に凸部を形成するとともに、モータケースに形成される冷却流路を接合面よりもギヤケース側に拡幅するようにしたので、駆動装置を軸方向に拡大することなく、モータケースの冷却流路を流れる冷却水量を増やすことができ、モータの冷却性能を高めることができる。

このように、冷却水量を増大させることにより、エンジンとモータとが隣接して設けられる場合であっても、モータの冷却性能を低下させることはなく、モータを十分に冷却することができる。

また、ギヤケースの下部に空間的余裕がない駆動装置にあっては、モータケースの下部に接合面を超えることなく冷却流路を形成する一方、上部に接合面を超えて冷却流路を形成することにより、駆動装置を軸方向に拡大することなく、モータの冷却性能を高めることができる。

また、モータケースに形成された凸部とギヤケースに形成された凹部とを嵌合させるようにしたので、モータケースとギヤケースとの組み付け作業性を向上させることができる。

さらに、ステータとギヤケースとの間に熱導体を設けるようにしたので、ステータからモータケースに対する熱の伝達経路を増やすことができ、モータの冷却性能を高めることができる。

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はハイブリッド車両に搭載された本発明の一実施の形態である駆動装置１０を示す概略図であり、図２は駆動装置１０の一部を示すスケルトン図である。

図１に示すように、車体１１に形成されるエンジンルーム１２と車室１３とは、ダッシュパネル１４やフロアパネル１５によって区画されており、フロアパネル１５にはエンジンルーム１２から車両後方に延びるフロアトンネル１６が形成されている。そして、複数の動力源を備える駆動装置１０が、エンジンルーム１２からフロアトンネル１６にかけて縦置きに搭載されている。

図２に示すように、駆動装置１０は２つの動力源としてエンジン２０と駆動用モータ２１とを備えており、エンジン２０と駆動用モータ２１との間には、発電用モータ２２、フロントディファレンシャル機構２３そして変速機２４が設けられている。ギヤケース２７に組み込まれる変速機２４は相互に平行となる変速入力軸２５と変速出力軸２６とを備えており、変速入力軸２５には入力クラッチ２８と発電用モータ２２とを介してエンジン２０が連結される一方、変速出力軸２６にはフロントディファレンシャル機構２３と駆動用モータ２１とが連結されている。

ギヤケース２７の車両前方側には発電モータケース２９が組み付けられており、この発電モータケース２９内に発電用モータ２２が組み込まれている。発電用モータ２２はロータ２２ａとステータ２２ｂとを備えており、ロータ２２ａはエンジン２０のクランク軸２０ａに連結され、ステータ２２ｂはロータ２２ａを囲むように発電モータケース２９に固定されている。ロータ２２ａはエンジン動力によって回転駆動されるため、エンジン２０を始動することによって発電が可能となる。

また、クランク軸２０ａにはロータ２２ａを介して回転軸であるエンジン出力軸３０が連結されており、エンジン出力軸３０はエンジン動力によって駆動される。エンジン出力軸３０と変速入力軸２５との間には入力クラッチ２８が設けられており、入力クラッチ２８を締結することによってエンジン動力が変速入力軸２５に伝達され、締結を解除することによってエンジン動力の伝達は遮断される。なお、この入力クラッチ２８は、電磁コイル２８ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

変速入力軸２５には２つの駆動歯車３１ａ，３２ａが回転自在に設けられており、変速出力軸２６には２つの従動歯車３１ｂ，３２ｂが固定されている。それぞれの駆動歯車３１ａ，３２ａと従動歯車３１ｂ，３２ｂは相互に噛み合って低速段と高速段の変速歯車列を形成しており、変速入力軸２５には低速段と高速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構３３が設けられている。この切換機構３３はシンクロメッシュ機構となっており、変速入力軸２５に固定されるシンクロハブ３３ａと、これに常時噛み合うシンクロスリーブ３３ｂとを備えている。シンクロスリーブ３３ｂを駆動歯車３１ａに噛み合わせると低速段が動力伝達状態となり、駆動歯車３２ａに噛み合わせると高速段が動力伝達状態となる。

入力クラッチ２８を締結するとともに、低速段または高速段を動力伝達状態に切り換えることにより、変速出力軸２６はエンジン動力によって駆動される。このような変速出力軸２６の一端には、フロントディファレンシャル機構２３のリングギヤ３４に噛み合うドライブピニオンギヤ３５が固定されており、変速出力軸２６を経たエンジン動力がフロントディファレンシャル機構２３を介して左右の前輪に分配されるようになっている。

また、ギヤケース２７内には変速出力軸２６に平行となって連結軸３６が回転自在に収容されている。連結軸３６には伝達歯車３７が固定されており、この伝達歯車３７に常時噛み合う伝達歯車３８が変速出力軸２６に固定されている。なお、変速出力軸２６と連結軸３６とは車幅方向にずれており、作図の便宜上、図２において連結軸３６と伝達歯車３７とは破線で示している。

ギヤケース２７の車両後方側には駆動モータケース４０が取り付けられており、この駆動モータケース４０内に駆動用モータ２１が組み込まれている。駆動用モータ２１はロータ２１ａとステータ２１ｂとを備えており、ステータ２１ｂはロータ２１ａを囲むように駆動モータケース４０に固定されている。ロータ２１ａに固定されるモータ駆動軸２１ｃは、ロータ２１ａの両端からそれぞれ突出するようになっており、モータ駆動軸２１ｃの一端が連結軸３６にスプライン結合されている。このように、変速出力軸２６にはモータ駆動軸２１ｃが連結されており、駆動用モータ２１を駆動することによって、変速出力軸２６にはエンジン動力だけでなくモータ動力の伝達が可能となっている。

また、駆動モータケース４０の車両後方側にはトランスファケース４１が取り付けられており、トランスファケース４１内には後輪に対して動力を伝達するトランスファ機構４２が組み込まれている。トランスファ機構４２は、モータ駆動軸２１ｃの他端にスプライン結合されるトランスファ入力軸４３と、これに平行に配置されるトランスファ出力軸４４とを備えている。トランスファ入力軸４３とトランスファ出力軸４４とは歯車列４５を介して噛み合っており、モータ駆動軸２１ｃからの動力はトランスファ出力軸４４に伝達されるようになっている。

トランスファケース４１より突出するトランスファ出力軸４４の端部には、ジョイント５０がスプライン結合されており、図１に示すように、このジョイント５０には図示しないリヤディファレンシャル機構を介して後輪を駆動するプロペラシャフト５１が連結されている。また、トランスファケース４１内にはトルク配分機構として、トランスファ出力軸４４上に組み込まれる電子制御式のカップリング５２が収容されている。このカップリング５２は電磁コイル５２ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

電磁コイル５２ａを励磁してカップリング５２を締結状態に切り換えることにより、前輪だけでなく後輪に対しても動力を伝達することができる。しかも、電磁コイル５２ａに対する通電電流の大きさに応じてカップリング５２の締結力を制御することができるため、車両の走行状態に応じて前後輪間のトルク分配比を１００：０〜５０：５０の範囲で設定することができる。

このような駆動装置１０に組み込まれた駆動用モータ２１を駆動制御するため、図２に示すように、駆動用モータ２１はインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されている。高電圧バッテリ６１からの直流電流は、インバータ６０によって交流電流に変換された後に駆動用モータ２１のステータコイル２１ｄに供給される。インバータ６０はステータコイル２１ｄに供給する電力の周波数や電圧を調整することにより、走行状況に応じて駆動用モータ２１の駆動状態を制御することができる。

また、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃもインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されており、発電された交流電流はインバータ６０によって直流電流に変換されて高電圧バッテリ６１に充電される。さらには、インバータ６０を介して発電用モータ２２に電力を供給することができるため、発電用モータ２２をスタータモータとして作動させることができ、発電用モータ２２によってエンジン２０を始動させることができる。なお、各種電装品６２にはＤＣ／ＤＣコンバータ６３（以下、コンバータという。）を介して高電圧バッテリ６１が接続されており、各種電装品６２に供給される電力はコンバータ６３によって所定の電圧（たとえば、１２Ｖ）に降圧される。

続いて、車両に搭載される冷却機構について説明する。図３は冷却機構の循環流路を示す説明図である。図３に示すように、冷却機構としては、内燃機関であるエンジン２０を冷却するエンジン冷却系と、発電用モータ２２、駆動用モータ２１、インバータ６０およびコンバータ６３を冷却するモータ冷却系とが設けられている。エンジン冷却系とモータ冷却系とにそれぞれ形成される循環流路は別系統となっており、これらの循環流路を介してエンジン２０や発電用モータ２２などには冷却媒体である冷却水が案内される。

図３に示すように、エンジンルーム１２内の駆動装置１０前方には、エンジン用ラジエータ７０とモータ用ラジエータ７１とが設けられている。これらのラジエータ７０，７１は、冷却水を案内する図示しない複数のチューブを備えており、相互に平行となるチューブ間には図示しない放熱フィンが取り付けられている。この放熱フィンの間に冷却風を流すことにより、冷却水の熱を冷却風に放出することができる。なお、図３においてラジエータ７０，７１に冷却風を送り込む冷却ファンは省略して図示している。

図３に破線の矢印で示すように、エンジン２０とラジエータ７０とは冷却配管７２ａ，７２ｂによって接続されており、これらの冷却配管７２ａ，７２ｂによってエンジン冷却系の循環流路が形成されている。冷却配管７２ａには図示しないポンプが設けられており、ポンプを駆動することによってエンジン２０とラジエータ７０との間で冷却水を循環させることができる。エンジン２０内を通過する際に冷却水によって吸収された熱は、冷却水がラジエータ７０を通過する際に冷却風に放出されるため、冷却水を所定の温度範囲に保つことができ、エンジン２０を所定の温度範囲に保つことができる。なお、エンジン２０を形成するシリンダヘッドやシリンダブロックには、冷却水を案内するための図示しないウォータジャケットが形成されている。

続いて、図３に実線の矢印で示すように、インバータ６０と駆動用モータ２１とは冷却配管７３を介して接続されており、発電用モータ２２とコンバータ６３とはラジエータ７１が組み込まれた冷却配管７４を介して接続されている。また、コンバータ６３とインバータ６０とは冷却配管７５を介して接続されており、駆動用モータ２１と発電用モータ２２とは冷却配管７６を介して接続されている。このように、ラジエータ７１、コンバータ６３、インバータ６０、駆動用モータ２１および発電用モータ２２は、冷却配管７３〜７６を介して直列に接続されており、これらの冷却配管７３〜７６によってモータ冷却系の循環流路が形成されている。

また、ラジエータ７１とコンバータ６３とを接続する冷却配管７４にはポンプ７７が設けられており、ラジエータ７１とポンプ７７との間にはタンク７８が設けられている。このポンプ７７を駆動することにより、冷却水はコンバータ６３およびインバータ６０に案内され、コンバータ６３およびインバータ６０を通過した後に駆動用モータ２１および発電用モータ２２に案内される。そして、駆動用モータ２１および発電用モータ２２を通過した冷却水は、ラジエータ７１を通過することによって放熱した後に、タンク７８を介して再びポンプ７７に供給されることになる。

このように循環する冷却水により、発電用モータ２２や駆動用モータ２１を冷却するため、図２に示すように、発電用モータ２２を収容する発電モータケース２９や、駆動用モータ２１を収容する駆動モータケース４０には、ステータ２１ｂ，２２ｂ、およびステータコイル２１ｄ，２２ｃを囲うように、冷却流路つまりウォータジャケット２９ａ，２９ｂ，４０ａが形成されている。また、インバータ６０やコンバータ６３には図示しないヒートシンクが組み付けられ、このヒートシンクにもウォータジャケットが形成されている。これらのウォータジャケット２９ａ，４０ａに冷却水を案内することにより、通電によって発熱するコンバータ６３、インバータ６０、駆動用モータ２１および発電用モータ２２を冷却して所定の温度範囲に保つことができる。なお、発電モータケース２９や駆動モータケース４０は放熱性の良いアルミニウム製となっている。

図４は駆動装置１０の発電モータケース２９近傍を拡大して示す断面図であり、図５は発電モータケース２９に形成されたウォータジャケット２９ａ，２９ｂの形状を図４のＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。図４に示すように、ギヤケース２７と発電モータケース２９とは互いに突き当てられる接合面２７ａ，２９ｃを備えており、発電モータケース２９の接合面２９ｃにはギヤケース２７に向けて伸びる凸部２９ｄが形成される一方、ギヤケース２７の接合面２７ａには凸部２９ｄに嵌合する凹部２７ｂが形成されている。ギヤケース２７と発電モータケース２９とは、凸部２９ｄと凹部２７ｂとを嵌合させることにより、ギヤケース２７は発電モータケース２９の外周面を所定の範囲で覆うように、つまりオーバーハングするように組み付けられている。

また、発電モータケース２９に形成された凸部２９ｄは、発電モータケース２９の下部から上部にかけて、接合面２９ｃからの突き出し量が大きくなるように設定されている。このような凸部２９ｄが形成される発電モータケース２９の下部には、接合面２９ｃを超えることのないようにウォータジャケット２９ａが形成される一方、発電モータケース２９の上部には接合面を超えてウォータジャケット２９ｂが形成されている。つまり、発電モータケース２９の上部に形成されたウォータジャケット２９ｂは、下部に形成されたウォータジャケット２９ａよりも幅寸法が大きく設定されている。

さらに、図４および図５に示すように、発電モータケース２９の上部に形成されたウォータジャケット２９ｂは、下部に形成されたウォータジャケット２９ａよりも高さ寸法が大きく設定されている。このように、ウォータジャケット２９ｂの幅寸法と高さ寸法とを拡大するようにしたので、ウォータジャケット２９ｂの流路面積を拡大することができ、発電モータケース２９を流れる冷却水の流量を増大させることができる。しかも、発電モータケース２９に凸部２９ｄを形成することにより、ウォータジャケット２９ｂをギヤケース２７側に入り込むように接合面２９ｃを超えて拡幅するようにしたので、駆動装置１０の大型化を回避することができる。

このように、発電モータケース２９を流れる冷却水量を増大させるようにしたので、エンジン２０と発電用モータ２２とが隣接して設けられる場合であっても、発電用モータ２２の冷却性能を低下させることはなく、発電用モータ２２を十分に冷却することができる。

特に、ギヤケース２７の下部にフロントディファレンシャル機構２３を収容することにより、ギヤケース２７の下部に空間的余裕がない駆動装置１０にあっては、発電モータケース２９の下部に形成されるウォータジャケット２９ａの拡大を抑制する一方、上部に形成されるウォータジャケット２９ｂを拡大するようにしたので、フロントディファレンシャル機構２３の上方に形成される空間を有効に活用することができ、駆動装置１０の拡大を抑制するとともに、冷却水量を増大させて発電用モータ２２の冷却効率を高めることができる。

また、発電モータケース２９に形成された凸部２９ｄと、ギヤケース２７に形成された凹部２７ｂとを嵌合させることにより、発電モータケース２９とギヤケース２７とを組み付けるようにしたので、発電モータケース２９とギヤケース２７との組み付け作業性を向上させることができる。しかも、図４に示すように、凹部２７ｂと凸部２９ｄとの嵌合面２７ｃ，２９ｅをテーパ状に形成するようにしたので、発電モータケース２９とギヤケース２７との各々の剛性を低下させることはない。

さらに、図４に示すように、ステータ２２ｂおよびステータコイル２２ｃとギヤケース２７との間には、熱導体として伝熱性部材８０が充填されている。伝熱性部材８０はステータ２２ｂおよびステータコイル２２ｃとギヤケース２７との双方に接触しており、ステータ２２ｂおよびステータコイル２２ｃに発生した熱は、図４に矢印Ｂで示すように、伝熱性部材８０を介してアルミニウム製のギヤケース２７に伝達され、ギヤケース２７から外気あるいは発電モータケース２９に伝達される。これにより、ステータ２２ｂから発電モータケース２９に熱を直接的に伝達するだけでなく、ギヤケース２７を介して外気あるいは発電モータケース２９に熱を伝達することができ、発電用モータ２２の冷却効率を更に高めることができる。なお、伝熱性部材８０は非磁性体であり、ギヤケース２７に対して磁束が漏洩することはない。また、伝熱性部材８０としては、たとえば伝熱性シリコンなどが用いられる。

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、駆動用モータ２１を収容する駆動モータケース４０に凸部を形成して、ウォータジャケット４０ａの流路面積を拡大するようにしても良い。

また、発電モータケース２９に形成されるウォータジャケット２９ｂは、幅寸法とともに高さ寸法が拡大されているが、幅寸法のみを拡大して流路面積を増やすようにしても良い。

なお、図示する駆動装置１０は、四輪駆動用の駆動装置１０であるが、これに限られることはなく、二輪駆動用の駆動装置に本発明を適用しても良い。

ハイブリッド車両に搭載された本発明の一実施の形態である駆動装置を示す概略図である。 駆動装置の一部を示すスケルトン図である。 冷却機構の循環流路を示す説明図である。 駆動装置のモータケース近傍を拡大して示す断面図である。 モータケースに形成された冷却流路の形状を図４のＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。

符号の説明

１０ 駆動装置
２０ エンジン
２２ 発電用モータ（モータ）
２２ａ ロータ
２２ｂ ステータ
２３ フロントディファレンシャル機構（ディファレンシャル機構）
２７ ギヤケース
２７ａ 接合面
２７ｂ 凹部
２９ 発電モータケース（モータケース）
２９ａ，２９ｂ ウォータジャケット（冷却流路）
２９ｃ 接合面
２９ｄ 凸部
３０ エンジン出力軸（回転軸）
８０ 伝熱性部材（熱導体）

Claims (5)

1. 一端に接合面が形成され、モータのステータを収容するモータケースと、
   前記モータケースの接合面に突き当てて組み付けられ、前記モータのロータに連結される回転軸を収容するギヤケースとを有し、
   前記モータケースの接合面に凸部を形成するとともに、前記凸部に嵌合する凹部を前記ギヤケースの接合面に形成し、
   前記モータケース内に冷却媒体を案内する冷却流路を、前記モータケースの接合面よりも前記ギヤケース側に拡幅して前記モータケースに形成することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記モータケースの他端にエンジンを組み付けることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記モータケースの下部には接合面を超えることなく前記冷却流路を形成する一方、前記モータケースの上部には接合面を超えて前記冷却流路を形成することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記ステータと前記ギヤケースとの間に熱導体を設け、前記熱導体を介して前記ステータの熱を前記ギヤケースに伝達することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記ギヤケースの下部にディファレンシャル機構を収容することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
   
   

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