JP2009038933A - 車両の駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】給電ケーブルの発熱が抑制された車両の駆動ユニットを提供する。
【解決手段】車両の駆動ユニットは、オイル９００が貯留されたケーシング１００と、ケーシング１００内に収納され、車両の駆動力を発生させるとともに、相対的に低負荷の第１状態と相対的に高負荷の第２状態とを実現可能なモータジェネレータ２２０と、ケーシング１００外に設けられ、モータジェネレータ２２０に電力を供給するケーブル３Ａ２と、ケーシング１００上に設けられ、ケーブル３Ａ２の一端部が接続される端子台３２０と、オイル９００を貯留し、端子台３２０をオイル９００に浸すことが可能なキャッチタンク８００とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の駆動ユニットに関し、特に、回転電機に電力を供給するケーブルが接続される車両の駆動ユニットに関する。

特開２００４−１４８９８４号公報（特許文献１）においては、電動機と電力ケーブルとの間に設けられた冷却路に、ラジエータからの冷却水を供給することが記載されている。

特開２００６−２９６１０３号公報（特許文献２）においては、モータの端子ボックスの近傍に冷媒通路を形成することが記載されている。

また、特開２００５−２７８２７７号公報（特許文献３）においては、パワーケーブルの端部と接触するヒートシンクに向けて冷却媒体を吐出することが記載されている。
特開２００４−１４８９８４号公報 特開２００６−２９６１０３号公報 特開２００５−２７８２７７号公報

回転電機の動力を用いて車両を駆動する車両の駆動ユニットにおいては、たとえば登坂時などの高負荷時に、回転電機や該回転電機に電力を供給する給電ケーブルに発熱が生じる。この発熱が過度に大きくなると、車両の駆動ユニットの動作の信頼性が低下するなどの問題が生じ得るため、回転電機に温度センサを取り付け、ある温度に達した時点で回転電機の出力を制限することが従来から行なわれている。

上記のように、回転電機の出力が制限された後、回転電機は比較的速く冷却されるのに対し、給電ケーブルは比較的冷却に長い時間を要する傾向にある。給電ケーブルの温度が十分に低下していない状態で、回転電機の出力制限が解除されると、給電ケーブルの発熱が過度に大きくなるという問題が生じ得る。

なお、特許文献１〜３は、給電ケーブルの発熱抑制という観点からは、必ずしも十分なものではない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、給電ケーブルの発熱が抑制された車両の駆動ユニットを提供することにある。

本発明に係る車両の駆動ユニットは、オイルが貯留されたケーシングと、ケーシング内に収納され、車両の駆動力を発生させるとともに、相対的に低負荷の第１状態と相対的に高負荷の第２状態とを実現可能な回転電機と、ケーシング外に設けられ、回転電機に電力を供給する給電ケーブルと、ケーシング上に設けられ、給電ケーブルの一端部が接続される端子台と、オイルを貯留し、少なくとも第２状態において端子台の少なくとも一部を貯留されたオイルに浸すことが可能なオイル貯留部とを備える。

上記構成によれば、回転電機の高負荷時に、端子台をオイル貯留部に貯留されたオイルに浸すことにより、端子台に接続された給電ケーブルの冷却がオイルにより促進される。したがって、給電ケーブルの発熱が抑制された車両の駆動ユニットが提供される。

上記車両の駆動ユニットは、好ましくは、回転電機の駆動力を伝達するとともにケーシングの底部に貯留されたオイルを掻き上げるギヤ機構をさらに備え、ギヤ機構により掻き上げられたオイルがオイル貯留部に導かれる。

上記構成によれば、回転電機の駆動力を伝達するギヤ機構により掻き上げられたオイルがオイル貯留部に導かれるので、回転電機の高負荷時におけるオイル貯留部へのオイルの供給を促進することができる。したがって、ケーブルの発熱を効果的に抑制することができる。

１つの例として、上記車両の駆動ユニットにおいて、ギヤ機構は、回転電機の動力が伝達されるカウンタギヤと、カウンタギヤの動力が伝達されるディファレンシャルギヤとを含む。

上記車両の駆動ユニットにおいて、好ましくは、オイル貯留部に貯留されたオイルがケーシング内に収納された回転電機に導かれる。

上記構成によれば、オイル貯留部のオイルによって給電ケーブルおよび回転電機の双方を冷却することで、回転電機の温度と給電ケーブルの温度とを近づけることができる。この結果、給電ケーブルの温度だけが上昇することが抑制される。

上記車両の駆動ユニットは、好ましくは、給電ケーブルの他端部に向けてオイルが流れることを抑制する防油構造を含む。

上記構成によれば、給電ケーブルの他端部にオイルが流出することを抑制することができる。

本発明によれば、車両の駆動ユニットにおいて、給電ケーブルの発熱を抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１と、駆動ユニット２と、ＰＣＵ３と、バッテリ４とを含んで構成される。駆動ユニット２は、ケーブル３Ａを介してＰＣＵ３と電気的に接続される。また、ＰＣＵ３は、ケーブル４Ａを介してバッテリ４と電気的に接続される。

内燃機関であるエンジン１は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。駆動ユニット２は、エンジン１とともに車両を駆動する駆動力を発生させる。エンジン１および駆動ユニット２は、ともにハイブリッド車両のエンジンルーム内に設けられている。また、ＰＣＵ３は、駆動ユニット２の動作を制御する制御装置である。

図２は、駆動ユニットの構成を示す概略図である。図２を参照して、駆動ユニット２は、ケーシング１００と、モータジェネレータ２００と、端子台３１０，３２０と、動力分割機構４００と、カウンタギヤ５００と、ディファレンシャルギヤ６００と、ドライブシャフト受け部７００と、キャッチタンク８００とを含んで構成される。

モータジェネレータ２００は、モータジェネレータ２１０，２２０を含む。モータジェネレータ２１０，２２０は、電動機および発電機の少なくとも一方の機能を有する回転電機である。動力分割機構４００は、モータジェネレータ２１０，２２０の間に設けられる。カウンタギヤ５００は、動力分割機構４００とディファレンシャルギヤ６００との間に設けられる。そして、ディファレンシャルギヤ６００は、ドライブシャフト受け部７００を介してドライブシャフトと接続される。モータジェネレータ２１０，２２０、動力分割機構４００、カウンタギヤ５００およびディファレンシャルギヤ６００は、ケーシング１００内に設けられる。

モータジェネレータ２００（２１０，２２０）は、ケーシング１００に設けられた端子台３１０，３２０を介してケーブル３Ａ（３Ａ１，３Ａ２）と電気的に接続される。ケーブル３Ａ１，３Ａ２の他端は、ＰＣＵ３に接続される。これにより、バッテリ４とモータジェネレータ２１０，２２０とが、ＰＣＵ３を介して電気的に接続される。

ケーシング１００の底部には、オイル９００が貯留されている。駆動ユニット２の駆動時には、たとえばディファレンシャルギヤ６００がオイル９００を掻き上げる。ディファレンシャルギヤ６００により掻き上げられたオイルは９００は、キャッチタンク８００に一旦貯留される。キャッチタンク８００から流れ出たオイル９００は、ケーシング１００内に収納されたモータジェネレータ２００やその他の各部分に供給され、潤滑や冷却に寄与する。

図３は、モータジェネレータ２００および動力分割機構４００の詳細について説明するための模式図である。

図３を参照して、モータジェネレータ２１０，２２０は、それぞれ、ロータ２１１，２２１と、ステータ２１２，２２２と、ステータ２１２，２２２に巻回されるステータコイル２１３，２２３とを含んで構成される。

また、動力分割機構４００は、プラネタリギヤ４１０，４２０を含んで構成される。プラネタリギヤ４１０，４２０は、それぞれ、サンギヤ４１１，４２１、ピニオンギヤ４１２，４２２、プラネタリキャリヤ４１３，４２３およびリングギヤ４１４，４２４を含んで構成される。

エンジン１のクランクシャフト１Ａと、モータジェネレータ２１０のロータ２１１と、モータジェネレータ２２０のロータ２２１とは、同じ軸を中心に回転する。

プラネタリギヤ４１０におけるサンギヤ４１１は、クランクシャフト１Ａに軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合される。リングギヤ４１４は、クランクシャフト１Ａと同軸上で回転可能に支持されている。ピニオンギヤ４１２は、サンギヤ４１１とリングギヤ４１４との間に配置され、サンギヤ４１１の外周を自転しながら公転する。プラネタリキャリヤ４１３は、クランクシャフト１Ａの端部に結合され、各ピニオンギヤ４１２の回転軸を支持する。

モータジェネレータ２２０のロータ２２１は、減速機としてのプラネタリギヤ４２０を介して、プラネタリギヤ４１０のリングギヤ４１４と一体的に回転するリングギヤケースに結合されている。

プラネタリギヤ４２０は、回転要素の１つであるプラネタリキャリヤ４２３が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、プラネタリギヤ４２０は、ロータ２２１のシャフトに結合されたサンギヤ４２１と、リングギヤ４１４と一体的に回転するリングギヤ４２４と、リングギヤ４２４およびサンギヤ４２１に噛み合い、サンギヤ４２１の回転をリングギヤ４２４に伝達するピニオンギヤ４２２とを含む。

車両の走行時において、エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１Ａに伝達され、動力分割機構４００により２経路に分割される。

上記２経路のうちの一方は、カウンタギヤ５００から、ディファレンシャルギヤ６００を介してドライブシャフト受け部７００に伝達される経路である。ドライブシャフト受け部７００に伝達された駆動力は、ドライブシャフトを介して駆動輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

もう一方は、モータジェネレータ２１０を駆動させて発電する経路である。モータジェネレータ２１０は、動力分割機構４００により分配されたエンジン１の動力により発電する。モータジェネレータ２１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４の状態に応じて使い分けられる。たとえば、車両の通常走行時および急加速時においては、モータジェネレータ２１０により発電された電力はそのままモータジェネレータ２２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４において定められた条件の下では、モータジェネレータ２１０により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータおよびコンバータを介してバッテリ４に蓄えられる。

モータジェネレータ２２０は、バッテリ４に蓄えられた電力およびモータジェネレータ２１０により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。モータジェネレータ２２０の駆動力は、カウンタギヤ５００からディファレンシャルギヤ６００を介してドライブシャフト受け部７００に伝達される。このようにすることで、モータジェネレータ２２０からの駆動力によりエンジン１の駆動力をアシストしたり、モータジェネレータ２２０からの駆動力のみにより車両を走行させたりすることができる。

一方、車両の回生制動時には、駆動輪は車体の慣性力により回転させられる。駆動輪からの回転力によりドライブシャフト受け部７００、ディファレンシャルギヤ６００およびカウンタギヤ５００を介してモータジェネレータ２２０が駆動される。このとき、モータジェネレータ２２０が発電機として作動する。このように、モータジェネレータ２２０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータジェネレータ２２０により発電された電力は、ＰＣＵ３内に設けられたインバータを介してバッテリ４に蓄えられる。

図４は、モータジェネレータ２２０のステータコイル２２３とケーブル３Ａ２とを接続する端子台３２０の周辺構造を示す図である。図４を参照して、本実施の形態に係る駆動ユニット２では、ステータコイル２２３とケーブル３Ａ２との接続部が、キャッチタンク８００に貯留されたオイル９００内に沈められている。

より具体的には、ステータコイル２２３のバスバー２２３Ａと、ケーブル３Ａ２のケーブル端子３Ｂとが端子台３２０上でボルトなどの締結部材１０００により締結されることで、ステータコイル２２３とケーブル３Ａ２とが電気的に接続されている。この締結部分がオイル９００に浸されることにより、バスバー２２３Ａやケーブル端子３Ｂが冷却される。この結果、ケーブル３Ａ２の熱がバスバー２２３Ａやケーブル端子３Ｂに奪われ、ケーブル３Ａ２が冷却されることになる。

ハイブリッド車両の走行時において、モータジェネレータ２２０の負荷が高くなると、モータジェネレータ２２０におけるロータ２２１およびステータコイル２２３や、モータジェネレータ２２０に電力を供給するケーブル３Ａ２の発熱が大きくなる。

従来の駆動ユニットでは、モータジェネレータは、冷却オイルなどが供給されることで素早く冷却されるが、ケーブルは、空冷であるため、冷却されるのに比較的長い時間を要し、ケーブルの温度がモータジェネレータに対して上昇しやすいという状況が生じていた。

これに対し、本実施の形態に係る駆動ユニット２では、ケーブル端子３Ｂにモータジェネレータ２２０の冷却用オイルを供給することにより、ケーブル３Ａ２の温度とモータジェネレータ２２０の温度との乖離を抑制している。この結果、駆動ユニット２の動作の信頼性が向上する。

このように、ケーブル３Ａ２の端子部を油没させる場合、ケーブル３Ａ２が油を吸込んで、ケーブル３Ａ２の他端部に位置するＰＣＵ３にオイルが流れ込むことが懸念される。しかしながら、本実施の形態に係る駆動ユニット２では、ケーブル３Ａ２の冷却に着目して、敢えてケーブル端子３Ｂを油没させている。なお、ＰＣＵ３に油が流れ込むことは、何らかの防油構造を適用することで回避可能である。

次に、図５を用いて、モータジェネレータ２２０のステータコイル２２３とケーブル３Ａ２とを接続する端子台３２０の周辺構造の変形例について説明する。図５を参照して、本変形例に係る構造は、ケーブル端子３Ｂとバスバー２２３Ａとの間に介装部材１１００を設けることにより、端子台３２０は油没させるがケーブル端子３Ｂは油没させないようにしたことを特徴とする。これにより、オイル９００がケーブル３Ａ２に沿って流れ、ＰＣＵ３に達することを抑制することができる。すなわち、介装部材１１００は、ケーブル３Ｂの他端部に向けてオイル９００が流れることを抑制する「防油構造」の１つの例である。なお、介装部材１１００は、熱伝導性の高い金属（たとえば銅など）により構成される。

本実施の形態に係る車両の駆動ユニットによれば、モータジェネレータ２２０の高負荷時に、端子台３２０をキャッチタンク８００に貯留されたオイル９００に浸すことにより、端子台３２０に接続されたケーブル３Ａ２の冷却がオイル９００により促進される。この結果、ケーブル３Ａ２の発熱が抑制される。

また、モータジェネレータ２２０は、３相モータジェネレータであるが、ケーブル端子３Ｂおよび端子台３２０を油没させることで、ケーブル端子３Ｂおよび端子台３２０の劣化を抑制し、相間絶縁を確実に保つという効果も期待できる。

また、モータジェネレータ２２０の駆動力を伝達するディファレンシャルギヤ６００により掻き上げられたオイル９００をキャッチタンク８００に導くことにより、モータジェネレータ２２０の高負荷時において、キャッチタンク８００へのオイルの供給を促進してケーブル３Ａ２を効率よく冷却することができる。

そして、キャッチタンク８００に貯留されたオイル９００をケーシング１００内に収納されたモータジェネレータ２２０に導き、オイル９００によってケーブル３Ａ２およびモータジェネレータ２２０の双方を冷却することで、モータジェネレータ２２０の温度とケーブル３Ａ２の温度とを近づけることができるので、ケーブル３Ａ２の温度だけが上昇することが抑制される。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る車両の駆動ユニットは、オイル９００が貯留されたケーシング１００と、ケーシング１００内に収納され、車両の駆動力を発生させるとともに、相対的に低負荷の「第１状態」と相対的に高負荷の「第２状態」とを実現可能な「回転電機」としてのモータジェネレータ２２０と、ケーシング１００外に設けられ、モータジェネレータ２２０に電力を供給する「給電ケーブル」としてのケーブル３Ａ２と、ケーシング１００上に設けられ、ケーブル３Ａ２の一端部が接続される端子台３２０と、オイル９００を貯留し、端子台３２０をオイル９００に浸すことが可能な「オイル貯留部」としてのキャッチタンク８００とを備える。

また、本実施の形態に係る駆動ユニットは、モータジェネレータ２２０の駆動力を伝達するとともにケーシング１００の底部に貯留されたオイル９００を掻き上げる「ギヤ機構」としてのディファレンシャルギヤ６００をさらに備え、ディファレンシャルギヤ６００により掻き上げられたオイル９００がキャッチタンク８００に導かれる。

なお、端子台３２０は、モータジェネレータ２２０の低負荷時には必ずしも油没している必要はなく、少なくともモータジェネレータ２２０の高負荷時（所定値以上の負荷が作用した時）において油没していればよい。また、ケーブル３Ａ２の冷却効果が得られる限り、必ずしも端子台３２０の全体がオイル９００に浸される必要はなく、端子台３２０の一部がオイル９００に浸されてもよい。また、キャッチタンク８００にオイル９００を掻き上げる「ギヤ機構」は、ディファレンシャルギヤ６００に限定されず、たとえば、カウンタギヤ５００によってキャッチタンク８００にオイル９００を掻き上げるようにしてもよい。また、電動ポンプを用いてキャッチタンク８００にオイル９００を供給するようにしてもよい。また、「オイル貯留部」は、キャッチタンク８００とは別に設けられてもよい。

また、本実施の形態では、モータジェネレータ２２０用の端子台３２０の周辺構造について主に説明したが、モータジェネレータ２１０用の端子台３１０の周辺構造においても、上記と同様の思想を適用することは、当然に可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る車両の駆動ユニットが適用されるハイブリッド車両の構成を示す概略図である。 本発明の１つの実施の形態に係る車両の駆動ユニットの構成を示す概略図である。 図２に示されるモータジェネレータおよび動力分割機構の詳細について説明するための模式図である。 本発明の１つの実施の形態に係る車両の駆動ユニットにおける端子台周辺の構造を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る車両の駆動ユニットにおける端子台周辺の構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１ エンジン、１Ａ クランクシャフト、２ 駆動ユニット、３ ＰＣＵ、３Ａ，３Ａ１，３Ａ２，４Ａ ケーブル、３Ｂ ケーブル端子、４ バッテリ、１００ ケーシング、２００，２１０，２２０ モータジェネレータ、２１１，２２１ ロータ、２１２，２２２ ステータ、２１３，２２３ ステータコイル、２２３Ａ バスバー、３１０，３２０ 端子台、４００ 動力分割機構、４１０，４２０ プラネタリギヤ、４１１，４２１ サンギヤ、４１２，４２２ ピニオンギヤ、４１３，４２３ プラネタリキャリヤ、４１４，４２４ リングギヤ、５００ カウンタギヤ、６００ ディファレンシャルギヤ、７００ ドライブシャフト受け部、８００ キャッチタンク、９００ オイル、１０００ 締結部材、１１００ 介装部材。

Claims (5)

1. オイルが貯留されたケーシングと、
   前記ケーシング内に収納され、車両の駆動力を発生させるとともに、相対的に低負荷の第１状態と相対的に高負荷の第２状態とを実現可能な回転電機と、
   前記ケーシング外に設けられ、前記回転電機に電力を供給する給電ケーブルと、
   前記ケーシング上に設けられ、前記給電ケーブルの一端部が接続される端子台と、
   前記オイルを貯留し、少なくとも前記第２状態において前記端子台の少なくとも一部を貯留された前記オイルに浸すことが可能なオイル貯留部とを備えた、車両の駆動ユニット。
2. 前記回転電機の駆動力を伝達するとともに前記ケーシングの底部に貯留された前記オイルを掻き上げるギヤ機構をさらに備え、
   前記ギヤ機構により掻き上げられた前記オイルが前記オイル貯留部に導かれる、請求項１に記載の車両の駆動ユニット。
3. 前記ギヤ機構は、
   前記回転電機の動力が伝達されるカウンタギヤと、
   前記カウンタギヤの動力が伝達されるディファレンシャルギヤとを含む、請求項２に記載の車両の駆動ユニット。
4. 前記オイル貯留部に貯留された前記オイルが前記ケーシング内に収納された前記回転電機に導かれる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両の駆動ユニット。
5. 前記給電ケーブルの他端部に向けて前記オイルが流れることを抑制する防油構造を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両の駆動ユニット。

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