JP2007223468A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリユニットの搭載位置を改善してコストダウン、電磁ノイズの抑制、モータ・インバータの効率と出力の低下を防止する。
【解決手段】変速機ハウジング２の内部に、ＣＶＴ４、モータ６及び増速機８が配置され、変速機ハウジング２の外壁を内部空間に向けて凹ませて設けた凹部２ａにインバータ１０が収納されている。そして、バッテリセルを内蔵したバッテリユニット１２が凹部２ａを閉塞しながら変速機ハウジング２の外壁に一体に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン、モータ、インバータ及びバッテリを備えたハイブリッド車両に関する。

エンジン、モータ、インバータ及びバッテリを備えたハイブリッド車両は、加速走行の高負荷時（駆動力が不足する時）にはモータを駆動用モータとして機能させ、バッテリからインバータを介して駆動用モータに電気エネルギを供給することでエンジン出力のアシストを行なうとともに、減速走行時にはモータをジェネレータとして機能させ、ジェネレータからインバータを介してバッテリに電気エネルギを蓄えるようにしている。
ところで、ハイブリッド車両のバッテリは、通常、車内のシート下部（例えば特許文献１）、或いは、車両後部のトランクルーム内に搭載されている（例えば非特許文献１）。

特開２００２−９５１４２号公報 プリウス修理書 品番６２８６６ 発行年月 １９９７年１０月

しかし、特許文献１及び非特許文献１のように車内のシート下部や車両後部のトランクルーム内にバッテリを搭載すると、以下の問題が発生する。
すなわち、エンジンルーム内に搭載したインバータと、車内のシート下部や車両後部のトランクルーム内に搭載したバッテリとを接続するケーブル長が長くなるので、コストアップとなり、ケーブルから発生する電磁ノイズが増大するとともに、抵抗値が増大することでモータ・インバータの効率と出力が低下する。

また。特許文献１では、衝突時に変形する車体によってケーブルの絶縁被膜が損傷するのを防止する必要があり、コストアップに繋がる。さらには、バッテリをシート下部に搭載するので、シートのクッション性の低下、折りたたみ機能が低下するおそれがある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バッテリユニットの搭載位置を改善することでコストダウン、電磁ノイズの抑制、モータ・インバータの効率と出力の低下を防止するとともに、車両レイアウトを向上することができるハイブリット車両を提供することを目的としている。

本発明のハイブリッド車両は、エンジン、発電機を兼ねるモータ、インバータ及びバッテリを備え、前記エンジンで発生する出力トルクと、前記バッテリから前記インバータを介して前記モータに電気エネルギを供給して前記モータで発生する出力トルクとの何れか一方又は双方を変速機に伝達して走行駆動力を得るようにしたハイブリッド車両において、変速機ハウジングの内部又は周辺部に、互いに電気的に接続している前記モータ及び前記インバータを配置し、これら前記モータ及び前記インバータに隣接する位置に前記バッテリを配置し、前記モータ及び前記インバータのモータ・インバータ側の端子と前記バッテリの端子とを、互いに圧力を加えながら電気的に接続するようにした。

本発明に係るハイブリッド車両によると、モータ・インバータ側の端子とバッテリの端子との間のケーブル配線作業が不要となるのでコストダウンを図ることができるとともに、モータ・インバータ側の端子及びバッテリの端子の間の長さが短いので電磁ノイズの抑制を図ることができる。さらに、バッテリをエンジンルーム内に搭載するので、車室のスペースを有効に利用することができる。

以下、本発明に係るハイブリッド車両について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態のハイブリッド車両の変速機ハウジングの内部を示すものであり、図中符号２の部材が、アルミニウム製の変速機ハウジングである。
変速機ハウジング２の内部には、無段変速機（以下ＣＶＴと称する）４、モータ６及び増速機８が配置され、変速機ハウジング２の外壁を内部空間に向けて凹ませて設けた凹部２ａにインバータ１０が収納されているとともに、バッテリセルを内蔵したバッテリユニット１２が凹部２ａを閉塞しながら変速機ハウジング２の外壁に一体に取り付けられている。

変速機ハウジング２の内部に配置されているＣＶＴ４は、エンジン（図示せず）から回転力が伝達されるプライマリプーリ１４と、プライマリプーリ１４に対して平行に離間しているセカンダリプーリ１６と、プライマリプーリ１４の回転をセカンダリプーリ１６に伝達する無端ベルト１８と、セカンダリプーリ１６に同軸に結合した駆動ギヤ２０と噛み合っているアイドラギヤ２２と、アイドラギヤ２２設けたピニオン（図示せず）に噛み合っているファイナルギヤ２４とを備えている。そして、ファイナルギヤ２４は、図示しないが、差動装置を介して車輪に至るドライブシャフトに連結されている。

増速機８は、プライマリプーリ１４の近くに配置されており、同軸に結合した増速用ギヤ２８及びスプロケット３０と、プライマリプーリ１４に同軸に結合したスプロケット３２と、スプロケット３０，３２の間に装着した無端チェーン３４とで構成されている。
モータ６は増速機８と凹部２ａの内壁との間に配置されており、モータ軸（図示せず）に同軸に結合した増速用ギヤ３６が増速機８の増速用ギヤ２８に噛み合っている。

変速機ハウジング２の凹部２ａに収納されているインバータ１０は、三相ケーブル３８を介してモータ６に電気的に接続されているとともに、インバータ端子４０が上方を向いている。なお、インバータ端子４０は、図１において紙面の裏表方向に離間して２つ設けられている。
そして、ＣＶＴ４、モータ６、インバータ１０、バッテリユニット１２及びエンジンは、各々制御ユニットに接続しており、これら制御ユニットがハイブリッド制御ユニット（図示せず）により統合制御される。

ハイブリッド制御ユニットの統合制御は以下の通りである。
すなわち、エンジンの燃費消費率が低い低負荷での発進や低速走行時には、エンジンを停止させ、バッテリユニット１２のバッテリセルからインバータを介してモータに電気エネルギを供給することでモータを駆動し、モータのみの走行とする。また、通常走行時には、主にエンジンによる走行となり、ＣＶＴ４の変速制御によりエンジン回転数を調整することで、最良燃費ライン上の運転を行なう。また、エンジンが最大出力を発生しても駆動力が不足する高速走行時には、バッテリユニット１２のバッテリセルからインバータを介してモータに電気エネルギを供給し、モータの駆動により車両全体の駆動力を増強する。

一方、減速走行時には、エンジンへの燃料供給をカットし、モータ６をジェネレータとして機能させ、運動エネルギの一部をインバータを介して電気エネルギに変換してバッテリユニット１２のバッテリセルに回収する。そして、後退時には、エンジンを停止させ、バッテリユニット１２のバッテリセルからインバータを介してモータに電気エネルギを供給することでモータを逆回転で駆動し、モータのみの走行とする。さらに、走行停止時には、エンジンを停止させるが、バッテリユニット１２の充電が必要なとき、エアコンコンプレッサの作動中などではエンジンは停止しない。

次に、図２及び図３は、変速機ハウジング２に外付けしたバッテリユニット１２の内部構造を示すものであり、図４はインバータ１０及びバッテリユニット１２の間を電気的に接続する弾性接続部材６４を示す図である。
図２に示すように、バッテリユニット１２は、複数のバッテリセルＢ１〜Ｂ１８と、これらバッテリセルＢ１〜Ｂ１８を収納するカバー部材４２及びベース部材４４と、凹部２ａ内への液密を保持しつつ凹部２ａ内から外部への電磁ノイズの漏れを防止するシールド部５４とを備えている。

カバー部材４２は電気絶縁性を有するＡＢＳ（アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂）等の樹脂部材であり、変速機ハウジング２の外壁に結合ボルト４８（図１参照）によって固定される。このカバー部材４２の内壁には、カバー部材４２を変速機ハウジング２の外壁に固定した際に、複数のバッテリセルＢ１〜Ｂ１８の上面に係合する係合部４３が設けられている。

ベース部材４４も電気絶縁性を有する樹脂部材であり、図２に示すように、変速機ハウジング２の凹部２ａ周縁の外壁に当接して凹部２ａを閉塞しながらカバー部材４２とともに変速機ハウジング２の外壁に固定される。このベース部材４４は、バッテリセルＢ１〜Ｂ１８の下部が嵌まり込む凹状の座面４５を設けているとともに、インサートモールドによりバッテリ端子５０を固定している。ここで、バッテリ端子５０は円筒形状の部材であり、図３に示すようにプラス側及びナイナス側の端子が２つ設けられている。

バッテリセルＢ１〜Ｂ１８は、図３に示すように、パスバー４６を介して直列に接続されており、バッテリセルＢ１のプラス端子にパスバー５２を介してプラス側のバッテリ端子５０が接続し、バッテリセルＢ１８のマイナス端子にパスバー５２を介してマイナス側のバッテリ端子５０が接続している。
バッテリセルＢ１〜Ｂ１８は、カバー部材４２を変速機ハウジング２の外壁に固定すると、セル下部がベース部材４４の座面４５に嵌まり込み、セル上面がカバー部材４２の係合部４３に係合した状態で保持される。

シールド部５４は、凹部２ａの開口周縁に形成した環状の溝５６と、この環状の溝５４内に装着したＯリング５８と、バッテリ端子５０と接触しないようにベース部材４４の下面に配置して凹部２ａの開口を閉塞している電磁シールド板６０とで構成されており、カバー部材４２を変速機ハウジング２の外壁に固定すると、溝５４内で弾性変形したＯリング５８が電磁シールド板６０に密着した状態となる。

また、図２に示すように、バッテリユニット１２の下面から凹部２ａ内に突出している一対のバッテリ端子５０と、凹部２ａ内に収納されているインバータ１９の上方に突出している一対のインバータ端子４０は、それぞれ弾性接続部材６４を介して接続している。すなわち、一方のインバータ端子４０に、図３で示すバッテリユニット１２の下面から下方に突出しているプラス側のバッテリ端子５０が弾性接続部材６４を介して接続し、他方のインバータ端子４０に、バッテリユニット１２の下面から下方に突出しているマイナス側のバッテリ端子５０が弾性接続部材６４を介して接続している。

弾性接続部材６４は、図４に示すように、ねじ穴６４ａを設けた基部６４ｂと、基部６４ｂから略Ｕ字状となるように折り返されている接触片６４ｃ，６４ｄとで構成されており、図２に示すようにねじ穴６４ａに通した固定ボルト６２をインバータ端子４０の頭部にねじ込むことでインバータ端子４０に固定されている。
そして、インバータ端子４０に固定された弾性接続部材６４は、接触片６４ｃ，６４ｄが基部６４ｂ側に近接するように弾性変形し、その弾性変形復元力でバッテリ端子５０に圧接されている。

本実施形態のハイブリッド車両は、以下の効果を奏することができる。
（１）変速機ハウジング２の内部にモータ６、インバータ１０を配置し、変速機ハウジング２の外部にバッテリユニット１２を配置し、インバータ１０のインバータ端子４０とバッテリユニット１２のバッテリ端子５０とを圧接した状態で電気的に接続しており、インバータ１０及びバッテリユニット１２の間のケーブル配線作業が不要となるのでコストダウンを図ることができ、インバータ端子４０及びバッテリ端子５０の間の長さが短いので電磁ノイズの抑制を図ることができる。また、バッテリユニット１２をエンジンルーム内に搭載するので、バッテリをシート下部等に搭載した際の問題を解消することができるとともに、車室のスペースを有効に利用することができる（本発明の請求項１に対応）。

（２）インバータ端子４０に固定された弾性接続部材６４の接触片６４ｃ，６４ｄが、弾性変形復元力でバッテリ端子５０に圧接されており、インバータ端子４０及びバッテリ端子５０の間の接触圧及び接触面積が増大しているので、効率や出力の低下を防止することができるとともに、接続不良によるバッテリユニット１２等の発熱を防止することができる（本発明の請求項２に対応）。

（３）バッテリユニット１２の下面から凹部２ａ内に突出している一対のバッテリ端子５０と、凹部２ａ内に収納されているインバータ１９の上方に突出している一対のインバータ端子４０が、それぞれ弾性接続部材６４を介して接続しているので、モータ、インバータ１０及びバッテリユニット１２をコンパクトに配置することができる。また、変速機ハウジング２に開口部２ａを設けても、シールド部５４の環状の溝５６とＯリング５８を設けたことで変速機ハウジング２の内部の液密を確実に保持することができる（本発明の請求項３に対応）。

（４）シールド部５４の電磁シールド板６０が凹部２ａの開口を閉塞しているので、インバータ端子４０及びバッテリ端子５０の接続部分で発生する電磁ノイズが凹部２ａ内から外部に漏れ出るのを防止することができる（本発明の請求項４に対応）。
（５）バッテリユニット１２を、変速機ハウジング２の外壁に直接固定しているので、バッテリ固定部材が不要となり、さらにコストダウンを図ることができる。また、モータ６、インバータ１０及びバッテリユニット１２が変速機ハウジング２に一体化されているので、完成検査や車両への組み付け作業を容易に行なうことができる（本発明の請求項５に対応）。

（６）バッテリ端子５０は円筒形状の部材なので、図５に示すように、輸送中に必要な絶縁キャップ６８の着脱を容易に行なうことができる。また、ベース部材４４にバッテリ端子５０をインサートモールドする際には、バッテリ端子５０が円筒形状なので歪量を少なくすることができる（本発明の請求項６に対応）。

また、図６は、本発明に係る第２実施形態のハイブリッド車両の要部を示すものである。
本実施形態は、バッテリユニット１２の所定のバッテリセルＢ１２，Ｂ１３を直列に接続しているパスバー４６，４６の間にサービスプラグＳＰが介装されている。このサービスプラグＳＰをバッテリユニット１２から引き抜くと。バッテリセルＢ１〜Ｂ１８の直列接続が遮断されバッテリユニット１２からの電気エネルギの供給が遮断されるようになっている。

したがって、本実施形態は、次の効果を得ることができる。
（７）変速機ハウジング２の内部に配置したモータ６やインバータ１０が故障して車両を整備する場合には、バッテリユニット１２からサービスプラグＳＰを引き抜くことで、バッテリユニット１２からの電気エネルギの供給が遮断されるので、変速機ハウジング２からバッテリユニット１２を取り外なくても車両を整備することができ、整備作業の省力化を図ることができる（本発明の請求項７に対応）。

次に、図７は、本発明に係る第３実施形態のハイブリッド車両の変速機ハウジング内部の要部を示すものである。
本実施形態の弾性接続部材７０は、インバータ１０の上部において上下方向に移動自在に配置されている棒状の接続部材７２と、この接続部材７２の上下移動を支持している支持部材７４と、下端が支持部材７４に係合し、上端が接続部材７２に係合しており、弾性変形復元力で接続部材７２を上方向に移動させるコイルスプリング７６とで構成されている。接続部材７２は、可撓性のハーネス７８を介してインバータ１０のインバータ端子４０に接続している。

そして、インバータ端子４０にハーネス７８を介して接続している弾性接続部材７０の接続部材７２は、コイルスプリング７６が圧縮して弾性変形し、その弾性変形復元力で上方に押し上げられてバッテリ端子５０に圧接されている。
ここで、接続部材７２は、弾性変形する必要が無いので、抵抗値の低い銅等を材料として形成されている。

したがって、弾性接続部材７０の接続部材７２がバッテリ端子５０に圧接することでインバータ端子４０及びバッテリ端子５０の間が接続されており、しかも、接続部材７２が抵抗値の低い銅等を材料なので、さらに効率や出力の低下を防止することができるとともに、接続不良によるバッテリユニット１２等の発熱を防止することができる（本発明の請求項２に対応）。

さらに、図８は、本発明に係る第４実施形態のハイブリッド車両の変速機ハウジング内部の要部を示すものである。
本実施形態は、インバータ１０が変速機ハウジング２の外壁に固定されている。インバータ端子４０、バッテリ端子５０及びこれら端子４０，５０の間に配置されている弾性接続部材６４の周囲がベローズ８０で囲まれている。このようにベローズ８０を配置したことで、水分や埃等の浸入を防止しながらインバータ端子４０及びバッテリ端子５０の接続状態を良好に保つことができる。
また、本実施形態では、インバータ１０から放射される電磁ノイズを防ぐことができないが、レイアウト等の制約で変速機ハウジング２の内部にインバータ１０を配置できない場合には有効である。

本発明に係る第１実施形態のハイブリッド車両の変速機ハウジングの内部を示す図である。 第１実施形態のバッテリユニットの内部構造及びバッテリシュニットとインバータとの接続構造を示す図である。 第１実施形態のバッテリユニットの内部構造を示す図であり、図１のIII−III矢視断面である。 第１実施形態で使用している弾性接続部材を示す図である。 バッテリユニットの端子の形状を示す図である。 本発明に係る第２実施形態のハイブリッド車両の要部を示す図である。 本発明に係る第３実施形態のハイブリッド車両の要部を示す図である。 本発明に係る第４実施形態のハイブリッド車両の要部を示す図である。

符号の説明

２ 変速機ハウジング
２ａ 凹部（開口部）
４ ＣＶＴ（変速機）
６ モータ
１０ インバータ
１２ バッテリユニット
１４ プライマリプーリ
１６ セカンダリプーリ
１８ 無端ベルト
４０ インバータ端子（モータ・インバータ側端子）
４２ カバー部材
４４ ベース部材
４６，５２ パスバー
５０ バッテリ端子（バッテリユニットの端子）
５４ シールド部
５６ 環状の溝
５８ Ｏリング
６０ 電磁シールド板
６４ 弾性接続部材
６４ｂ 基部
６４ｃ，６４ｄ 弾性片
６８ 絶縁キャップ
７０ 弾性接続部材
７２ 接続部材
７４ 支持部材
７６ コイルスプリング
ＳＰ サービスプラグ

Claims (7)

1. エンジン、発電機を兼ねるモータ、インバータ及びバッテリユニットを備え、前記エンジンで発生する出力トルクと、前記バッテリユニットから前記インバータを介して前記モータに電気エネルギを供給して前記モータで発生する出力トルクとの何れか一方又は双方を変速機に伝達して走行駆動力を得るようにしたハイブリッド車両において、
   変速機ハウジングの内部又は周辺部に、互いに電気的に接続している前記モータ及び前記インバータを配置し、これら前記モータ及び前記インバータに隣接する位置に前記バッテリユニットを配置し、前記モータ及び前記インバータのモータ・インバータ側の端子と前記バッテリユニットの端子とを、互いに圧力を加えながら電気的に接続したことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記モータ・インバータ側の端子及び前記バッテリユニットの端子の一方の端子に一体化されており、自身の弾性変形復元力で他方の端子に圧接する弾性接続部材を備えていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 前記変速機ハウジングの外壁に開口部を設け、前記変速機ハウジングの内部に配置した前記モータ及び前記インバータの前記モータ・インバータ側の端子を前記開口部から前記変速機ハウジングの外部を向くように配置し、
   前記変速機ハウジングの外部に配置した前記バッテリユニットの端子を、前記開口部から前記変速機ハウジングの内部を向くように配置して前記モータ・インバータ側の端子に圧力を加えながら電気的に接続するとともに、
   前記開口部の周縁と、この周縁に当接する前記バッテリユニットの面との間に、変速機ハウジングの内部の液密を保持する液密シール部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
4. 前記バッテリユニットの面に、前記開口部を閉塞する電磁シールド板を設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記バッテリユニットを、前記変速機ハウジングの外壁に直接固定したことを特徴とする請求項３又は４記載のハイブリッド車両。
6. 前記バッテリユニットの端子を円筒形状としたことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のハイブリッド車両。
7. 前記バッテリユニットに、当該バッテリユニットからの電気エネルギの供給及び遮断が可能なサービスプラグを設けたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のハイブリッド車両。

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