JP3620442B2

JP3620442B2 - 車両駆動アシスト装置

Info

Publication number: JP3620442B2
Application number: JP2000369109A
Authority: JP
Inventors: 圭介西舘; 良範深作; 敬一増野; 立行山本; 裕司前田; 田島　　進; 敏之印南; 尚也清水
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002171608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの他に電動機を用いて車輪を駆動する車両駆動アシスト装置に係り、特に、このアシスト装置に用いるに好適な電動機を備えた車両駆動アシスト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動機で駆動する車両駆動アシスト装置の開発が進められている。この場合、電動機はエンジンの駆動力をアシストするために用いられるため、電気自動車等に用いられる電動機に比べて駆動力の小さくて済み、比較的小型なＤＣモータが使われることが多いものである。ＤＣモータでは、ブラシが用いられるが、一般に、ＤＣモータにおけるブラシの取り付け位置は、リヤブラケット側となっている。すなわち、フロントブラケット側は、電動機の駆動力を出力する出力軸が取り付けられるため、フロントブラケット側にブラシを取り付けると、ブラシの取付性が悪く、電動機の組立性が悪いためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが、リヤブラケットにブラシを取り付けた電動機を車両駆動アシスト装置に適用し、種々実験を繰り返したところ次のような問題があることが判明した。即ち、電動機を車輌駆動源または車輌駆動アシスト装置として用いる場合、電動機の駆動時には大電流を必要とするため、電動機，特にブラシの温度上昇が大きくなり、ブラシの温度上昇によってブラシが摺接する整流子の摺接面も過熱するため、摺接面の表面状態が悪化してブラシの摺動状態が不良となることから、ブラシの寿命が短くなるものである。
【０００４】
本発明の目的は、ブラシの温度上昇を低減させることができ、長寿命な車両駆動アシスト装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機と、この電動機と上記車輪の連結を切断するクラッチと、上記電動機のシャフトに接続されるとともに、電動機の駆動力を増幅させた上で車輪に伝達するディファレンシャルギアを有し、上記電動機は、上記シャフトを保持するフロントブラケットを有し、このフロントブラケットを介して上記ディファレンシャルギアに接続されている車両駆動アシスト装置において、上記電動機の整流子に通電するブラシは、ブラシ保持手段を介して、上記フロントブラケットに取り付けるようにしたものである。
かかる構成により、ブラシの発熱はディファレンシャルギアから放熱できるので、ブラシの温度上昇を低減させることができ、長寿命化し得るものとなる。
【０００６】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記ブラシ保持手段及び上記フロントブラケットの部材として、高熱伝導部材を用いるようにしたものである。
かかる構成により、放熱性を向上し得るものとなる。
【０００７】
（３）上記（１）において、好ましくは、記電動機のフロントブラケットと上記ディファレンシャルギア間に、高熱伝導性を有し、かつフロントブラケットやディファレンシャルギアよりも柔らかい部材プレートを配設するようにしたものである。
かかる構成により、さらに、放熱性を向上し得るものとなる。
【０００８】
（４）上記（１）において、好ましくは、上記ディファレンシャルギアのブラケットの外周形状を、フィン形状としたものである。
かかる構成により、ディファレンシャルギアからの放熱性をさらに向上し得るものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両駆動アシスト装置を用いた４輪駆動車両の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト装置を用いた４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。
【００１０】
４輪駆動車両１０は、エンジン２０及び直流電動機１００を備えている。エンジン２０の駆動力は、トランスミッション２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂを介して、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動する。直流電動機１００の駆動力は、クラッチ３２，デファレンシャルギヤ３３及び第２の車軸３４Ａ，３４Ｂを介して、後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達され、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。デファレンシャルギヤ３３とクラッチ３２が連結されると、直流電動機１００の回転力は、クラッチ３２，デファレンシャルギヤ３３を介して後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。クラッチ３２が外れると、直流電動機１００は後輪３６Ａ，３６Ｂ側から機械的に切り離され、後輪３６Ａ，３６Ｂは駆動力を路面に伝えないものである。なお、直流電動機１００は、例えば、正転逆転の切替えが容易であり、増磁作用を行える直流分巻電動機、または他励直流電動機を用いている。
【００１１】
なお、以上の説明では、前輪２６Ａ，２６Ｂをエンジン２０で駆動し、後輪３６Ａ，３６Ｂを直流電動機１００で駆動する４輪駆動車両として説明しているが、前輪を直流電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものであり、また、トラックのような６輪以上の車両、トレーラのような、牽引車両にも適用可能である。
【００１２】
エンジンルーム内には、通常の充電発電システムを行う補機用発電機（ＡＬＴ１）４０及び補機バッテリー４２が配置され、エンジン２０によってベルト駆動される補機用発電機４０の出力が補機バッテリー４２に蓄積される。また、補機用発電機４０の近傍には、エンジン２０によりベルト駆動される駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４が配設されている。駆動用高出力発電機４４の出力は、一線式の＋配線路４５Ａによって直流電動機１００に電気的に接続されている。直流電動機１００の−配線路４５Ｂは、ボディアースとなっている。電動機１００の駆動力源は、発電機４４の出力だけでなく、バッテリーを用いることも可能である。バッテリーとしては、バッテリー４２を用いることもできる。補機用発電機４０は、例えば、１２Ｖ，２ｋＷ程度の一般的な発電機であり、駆動用高出力発電機４４は、補機用発電機４０に比べて高出力が得られる発電機であり、例えば、３６Ｖ，６ｋＷ程度の発電機である。
【００１３】
エンジン２０の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０からの指令により駆動される電子制御スロットル５２により制御される。電子制御スロットル５２には、アクセル開度センサ５４が設けられており、アクセル開度を検出する。なお、電子制御スロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びスロットルを用いる場合には、アクセルペダルにアクセル開度センサを設けることができる。また、ＥＣＵ５０は、トランスミッション２２を制御する。トランスミッション２２は、オートマチックトランスミッションであり、セレクトレバー２３によって選択されたギヤ比となるように自動制御される。セレクトレバー２３のポジションは、ギヤ位置検出センサ２５によって検出される。なお、トランスミッション２２としては、マニュアルトランスミッションを用いるものであってもよいものである。
【００１４】
また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪に設けられたブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂには、アンチロックブレーキ（ＡＢＳ）コントロールユニット５５によって制御されるアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）アクチュエータ２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂが設けられている。また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、回転速度及び回転方向を検出する回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂが設けられている。なお、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂは、各車輪毎に設けられているが、前輪軸及び後輪軸の一方もしくは両方に配してもよいものである。また、ＡＢＳコントロールユニット５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂの出力により、車速を検出し、その車速に応じて、クラッチ３２にオン・オフ信号を出力して、クラッチ３２の遮断・連結を制御する。
【００１５】
駆動用発電機出力電圧制御回路（ＧＣＵ）６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回転方向の情報，アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度の情報，及びギヤ位置検出センサ２５によって検出されたギヤ位置の情報等に基づいて、車両の走行状態を判断し、この判断に基づいて、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を制御し、また、直流電動機１００の界磁電流を制御する。
【００１６】
次に、図２を用いて、本実施形態による車両駆動アシスト装置に用いる電動機の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト装置に用いる電動機の構成を示す断面図である。
【００１７】
コントロールユニット６０により制御された界磁電流は、界磁巻線２０に通電される。また、モータ駆動電源である発電機４４から供給される電流は、ハーネス１２９から＋ブラシ１３１を通り、回転体である整流子１３０，アーマチャ１３３に流れ、−ブラシ１３２，ボディアースへと通電される。これにより、アーマチャ１３３は回転し、回転力はアーマチャ１３３のシャフト１３４を介して、ディファレンシャルギヤ３３に伝達され、クラッチ３２，ドライブシャフト３４Ａ，３４Ｂから後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達される。
【００１８】
アーマチャ１３３のシャフト１３４の両端部には、フロントベアリング１３５とリヤベアリング１３６が圧入されている。フロントベアリング１３５はフロントブラケット１３７に保持され、リヤベアリング１３６はリヤブラケット１３８に保持されている。
【００１９】
本実施形態においては、ブラシ１３１，１３２は、フロントブラケット１３７の側に取り付けられている。スプリング１３９により押圧されている＋ブラシ１３１は、＋ブラシホルダー１４０と、絶縁材からなる＋プレート１４１により保持されている。また、−ブラシ１３２は、−ブラシホルダー１４２と、−プレート１４３により保持されている。＋ブラシホルダー１４０，＋プレート１４１，−ブラシホルダー１４２及び−プレート１４３は、ホルダープレート１４４に、図示にないリベットにより固定される。ホルダープレート１４４は、フロントブラケット１３７に、図示にないネジにより固定される。
【００２０】
フロントブラケット１３７は、ホルダープレート１４４，ヨーク１４５を介して、リヤブラケット１３８にスルーボルト１４６により締付固定されている。フロントブラケット１３７は、ディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａにトリツケネジ１４７により取付けられている。
【００２１】
本実施形態による電動機１００は、次のようにして組み立てられる。最初に、フロントブラケット１３７に、ホルダープレート１４４を組み付ける。ホルダープレート１４４には、予め、ブラシ１３０，１３２，ブラシホルダー１４０，１４２，プレート１４１，１４３が組み付けられている。ブラシ１３０，１３２は、スプリング１３９によって内径方向に付勢されているので、治具等を用いて、ブラシ１３０，１３２を外径方向に押しつける。そして、ブラシ１３０，１３２の間に、アーマチャ１３３のシャフト１３４を挿入し、フロントブラケット１７にフロントベアリング１３５を取付け、ブラシ１３０，１３２の間に整流子１３０を位置付ける。その後、治具を外して、ブラシ１３０，１３２を整流子１３０にスプリングによって押しつける。次に、アーマチャー１３２の外周側に、ヨーク１４５を挿入する。最後に、ヨーク１４５にリヤブラケット１３８を取付け、リヤベアリング１３６をリヤブラケット１３８に取り付ける。
【００２２】
本実施形態による電動機１００の使用時に、＋ブラシ１３１で発生した熱は、＋ブラシホルダー１４０，＋プレート１４１，ホルダープレート１４４，フロントブラケット１３７に伝熱し、さらにディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａへ伝えられ、車両走行時の走行風により放熱される。同様に、−ブラシ１３２で発生した熱は、−ブラシホルダー１４２，−プレート１４３，ホルダープレート１４４，フロントブラケット１３７に伝熱され、さらにディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａへ伝えられ、車両走行時の走行風により放熱される。ここで、＋プレート１４１は、熱伝導率の高い絶縁材料を用いている。熱伝導率の高い絶縁材料としては、例えば、グラファイトやアルミナ等を配合した樹脂や、高熱伝導率セラミック等を用いることができる。ブラシホルダー１４０，１４２，プレート１４１，１４３，ホルダープレート１４４，ブラケット１３７は、熱伝導性に優れた部材を用いている。熱伝導性に優れた部材としては、例えば、鉄やアルミ等の金属材料を用いることができる。例えば、ブラシホルダー１４０，１４２，プレート１４１，１４３，ホルダープレート１４４は鉄を用い、ブラケット１３７はアルミを用いる。
【００２３】
ブラシ１３０，１３２で発生した熱は、最終的に、ディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａから、外気に放出されるため、ブラケット３３Ａの外形形状は、表面面積が大きくとれるようなフィン形状としている。
【００２４】
ディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａは、外気に晒されているため、外気温とほぼ等しくなる。また、車両駆動アシスト装置においては、電動機は常時回転されているものでなく、アシスト力が必要なときのみ駆動されるため、ディファレンシャルギヤ３３の温度は、上昇しても、せいぜい、４０〜５０℃程度である。ブラシ１３０，１３２で発生した熱は、熱伝導性の良好なブラシホルダー１４０，１４２，プレート１４１，１４３，ホルダープレート１４４，ブラケット１３７を介して、ディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａから放熱することができるため、ブラシ１３０，１３２の温度上昇を低減することができる。
【００２５】
また、従来のように、ブラシをリヤブラケット側に取り付けた場合、電動機の周囲には、ドライブシャフト，燃料タンク，排気管，車体，内燃機関，補機等が配置されているため、放熱フィン等を設けることが困難であったが、本実施形態では、ディファレンシャルギヤ３３のブラケット３３Ａを放熱部材として用いることができるため、新たな放熱手段を設けることなく、放熱効率を向上することができる。
【００２６】
このようにして、本実施形態では、ブラシの温度上昇を低減することができるので、車両駆動アシスト装置を長寿命化することができる。
【００２７】
次に、図３を用いて、本発明の他の実施形態による車両駆動アシスト装置の構成について説明する。
図３は、本発明の他の実施形態による車両駆動アシスト装置に用いる電動機の構成を示す断面図である。なお、本実施形態による車両駆動アシスト装置を用いた４輪駆動車両の全体構成は、図１に示したものと同様である。また、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２８】
本実施形態においては、フロントブラケット１３７とディファレンシャルギヤ３３の間に、熱伝導性に優れ、かつフロントブラケット１３７とディファレンシャルギヤ３３よりも柔らかい部材からなる伝熱板１４８を挟持している。熱伝導性に優れ、かつ柔らかい部材としては、例えば、銅やアルミを用いることができる。例えば、フロントブラケット１３７がアルミからなり、ディファレンシャルギヤ３３がアルミからなる場合には、伝熱板１４８として、銅を用いる。また、フロントブラケット１３７が鉄からなり、ディファレンシャルギヤ３３が鉄からなる場合には、伝熱板１４８として、アルミを用いることができる。フロントブラケット１３７とディファレンシャルギヤ３３ともに金属材料を用いるため、それぞれの表面に凹凸が有る場合には、両者の接触面積が小さくなり、伝熱効率が低下する。しかしながら、フロントブラケット１３７とディファレンシャルギヤ３３よりも柔らかい部材からなる伝熱板１４８を用いることにより、フロントブラケット１３７とディファレンシャルギヤ３３の取付時に、両者の接触面積を大きくして、伝熱効率を向上して、放熱効果を向上することができる。また、電動機１００とディファレンシャルギヤ３３間における防水性を向上することができる。
【００２９】
本実施形態によれば、ブラシの温度上昇をさらに低減することができ、車両駆動アシスト装置を長寿命化することができる。また、電動機とディファレンシャルギヤ間における防水性を向上することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシ部の温度上昇を低減させることのでき、車両駆動アシスト装置を長寿命化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト装置を用いた４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト装置に用いる電動機の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による車両駆動アシスト装置に用いる電動機の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２０…エンジン
３２…クラッチ
３３…ディファレンシャルギア
３３Ａ…ブラケット
４４…電動機駆動コントローラ
４５Ａ…＋配線路
４５Ｂ…−配線路
５０…エンジンコントロールユニット
１００…直流電動機
１２０…界磁巻線
１２９…ハーネス
１３０…整流子
１３１…＋ブラシ
１３２…−ブラシ
１３３…アーマチャ
１３４…シャフト
１３５…フロントベアリング
１３６…リヤベアリング
１３７…フロントブラケット
１３８…リヤブラケット
１３９…スプリング
１４０…＋ブラシホルダー
１４１…＋プレート
１４２…−ブラシホルダー
１４３…−プレート
１４４…ホルダープレート
１４５…ヨーク
１４６…スルーボルト
１４７…取付ボルト
１４８…放熱板

Claims

内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機と、この電動機と上記車輪の連結を切断するクラッチと、上記電動機のシャフトに接続されるとともに、電動機の駆動力を増幅させた上で車輪に伝達するディファレンシャルギアを有し、
上記電動機は、上記シャフトを保持するフロントブラケットを有し、このフロントブラケットを介して上記ディファレンシャルギアに接続されている車両駆動アシスト装置において、
上記電動機の整流子に通電するブラシは、ブラシ保持手段を介して、上記フロントブラケットに取り付けられていることを特徴とする車両駆動アシスト装置。
請求項１記載の車両駆動アシスト装置において、
上記ブラシ保持手段及び上記フロントブラケットの部材として、高熱伝導部材を用いたことを特徴とする車両駆動アシスト装置。
請求項１記載の車両駆動アシスト装置において、
上記電動機のフロントブラケットと上記ディファレンシャルギア間に、高熱伝導性を有し、かつフロントブラケットやディファレンシャルギアよりも柔らかい部材プレートを配設したことを特徴とする車両駆動アシスト装置。
請求項１記載の車両駆動アシスト装置において、
上記ディファレンシャルギアのブラケットの外周形状を、フィン形状としたことを特徴とする車両駆動アシスト装置。