JP3858841B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンとモータの二つの駆動源を備えるハイブリッド車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
前輪をエンジンにて駆動し、後輪を交流モータにて駆動するハイブリッド車両であって、後輪駆動用モータに電力を供給するインバータおよび後輪駆動用モータを制御するコントローラ等の駆動制御部を車両後方部に搭載した例が特開2000−159101号公報(特許文献1)に開示されている。
このハイブリッド車両では、車両床下部に、車両前方から前輪および前輪車軸、モータ駆動用バッテリ、燃料タンク、モータおよびディファレンシャルギア、後輪車軸および後輪、モータの駆動制御部(コントローラおよびインバータ)の順で配置されている。特に後輪車軸付近はモータ以下インバータに至るまでの構成要素が集中して配置されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−159101号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述したハイブリッド車両において、後輪駆動用モータにインバータや駆動制御部を近接して配置しようとする場合、それらは必然的に後輪車軸付近に配置せざるを得ない。そもそも後輪車軸付近は後輪駆動に必要な構成要素が集中的に配置されており、互いの空間的な干渉を避けて配置する必要がある。その際に、半導体素子を内包する駆動制御部のような熱の影響の受けやすい要素は、内燃機関からの排気ガスにより高温状態となる排気系部材からの熱の影響を受けないよう、あるいは抑制されるように配置する必要がある。
そこで本発明は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両において、後輪駆動用モータにインバータや駆動制御部を近接させて配置させる場合に、駆動制御部が排気系部材から受ける熱の影響を抑制することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するため、排気系部材と駆動制御部との間に駆動力伝達ユニットを介在させ、駆動制御部への排気系部材からの熱の影響を抑制することを特徴とする。
第1の発明によるハイブリッド車両は、内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両床下に配置し、排気系部材と駆動制御部との間に駆動力伝達ユニットを配置する。
第2の発明によるハイブリッド車両は、内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両後方部床下に配置し、前記駆動制御部に対して前記排気系部材からの直接的な熱の伝わりを遮る位置に前記駆動力伝達ユニットを配置する。
第1の発明に係るハイブリッド車両において、前記駆動制御部と前記排気系部材との間とは、前記排気系部材と前記駆動制御部のあらゆる2点間を結ぶ線分が描く軌跡によって形成される領域を意味し、その領域の少なくとも一部に駆動力伝達ユニットが交わるように配置する。
第1の発明から第3の発明のいずれかに係るハイブリッド車両において、後輪車軸より車両前方側に配置した前記後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータの一側面側に後輪車軸と平行に減速機と差動機とを配置し、前記排気系部材は前記後輪駆動用モータの他側面側に配置され、前記駆動制御部は前記減速機、差動機の上方に配置される。
好ましくは、駆動力伝達ユニットは、後輪駆動用モータ、減速機、差動機の少なくとも一つで構成される。
好ましくは、駆動力伝達ユニットは、後輪駆動用モータ、減速機、差動機の少なくとも二つ以上を一体化して構成される。
好ましくは、駆動制御部は、後輪駆動用モータへの電力供給の制御部とし、半導体素子を用いた制御回路により構成される。
好ましくは、駆動力伝達ユニットは、駆動制御部と一体的に配置される。
【0006】
【発明の効果】
この発明によれば、駆動制御部と排気系部材との間に駆動力伝達ユニットを配置することで、駆動制御部に対する排気系部材から発せられる熱の少なくとも一部は駆動力伝達ユニットが遮るため、駆動制御部への排気系部材からの熱の影響が抑制される。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
図1を参照して、この発明の実施形態によるエンジン1、モータ2を備えるハイブリッド車両10を説明する。ハイブリッド車両10は、前輪4の駆動源となるエンジン1と、エンジン1に結合された変速機9と、エンジン1から排出される排気ガスが通過する排気系部材3と、後輪5の駆動源となるモータ2と、モータ2の電力源となる直流電源8と、エンジン1より後方に配置したモータ2への電力供給の制御部となる駆動制御部6と、モータ2からの駆動力を後輪5の車軸へ伝達する駆動力伝達ユニット7とを備える。ここで、モータ2は3相交流モータである。
排気系部材3は、ここでは図示しない触媒コンバータ部、マフラー部等を含む排気系全体を意味し、その総称として用いており、以下も同様とする。また、直流電源8は駆動制御部6に接続され、電力を供給する。直流電源8の配置については具体的に定めないが、車両床下、車室内、あるいはトランクルーム等、任意に配置すればよい。但し排気系部材3に対する駆動制御部6の配置と同様に遮熱の配慮をすることが望ましい。
図2を参照して、駆動制御部6を説明する。直流電源8は、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなる。電力変換部11は直流電源8の直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ12および直流から交流に変換するインバータ13からなる。インバータ13はモータ2と接続されている。また、ハイブリッド制御部14は、ここでは図示しない電流センサ、電圧センサ等が直流電源8、昇圧コンバータ12、インバータ13、モータ2に接続されており、それらからの情報をもとに駆動制御部6を統括する。
モータ2の力行時には、直流電源8からの電力は、昇圧コンバータ12に入り、直流電源8の電圧以上に昇圧された後、インバータ13を経由して交流に変換され、モータ2に電力供給される。モータ2の回生時には、モータ2で発電された電力はインバータ13に入り、昇圧コンバータ12で直流電源8の電圧程度まで降圧され、直流電源8に充電される。ハイブリッド制御部14は車両の走行状態に応じて昇圧コンバータ12、インバータ13内のスイッチング回路を適切に制御することで、直流電源8とモータ2との間で最適な電力のやり取りが行われる。
図3を参照して、図2における電力変換部11内の回路構成を説明する。昇圧コンバータ12はリアクトル15と、IGBTQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。IGBTQ1,Q2はインバータ13の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。IGBTQ1はコレクタ側が電源ラインに接続され、エミッタ側がIGBTQ2のコレクタ側に接続される。また、IGBTQ2のエミッタ側はアースラインに接続される。
リアクトル15は、一方端が直流電源8の電源ラインに接続され、他方端がIGBTQ1のエミッタとQ2のコレクタとの間に接続される。
インバータ13は、U相アーム、V相アーム、W相アームとからなり、IGBTQ3〜Q8、ダイオードD3〜D8とからなる。U相アーム、V相アーム、W相アームは、インバータ13の電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
上述のように、電力変換部内はIGBTQ1〜Q8が配置されており、ハイブリッド制御部14からの指令により、各IGBTQ1〜Q8は高速スイッチング動作を繰り返す。この時のスイッチング動作による損失が熱となり、駆動制御部6全体を加熱させる。
ここでは特に図示しないが、電力変換部11は水冷等の冷却手段を備えており、各IGBTQ1〜Q8を初めとする各種半導体素子を安定動作させる。
コンデンサC1は、直流電源8から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ12へ供給する。コンデンサC2は、昇圧後の直流電圧を平滑化する。
図4を参照して、駆動力伝達ユニット7を説明する。図4は車両を上面視した図である。駆動力伝達ユニット7は、モータ2、減速機16、差動機17からなる。後輪5の車軸より車両前方にモータ2と、モータ2の一側面に減速機16、差動機17が、それぞれの回転軸を平行にして配置されている。モータ2の力行時、モータ2の出力は、減速機16を介して差動機17に伝わり、左右車輪を駆動する。モータ2の回生時は、車輪の被駆動力は差動機17、減速機16を介してモータ2を発電回生させる。これらは一つのケースに一体的に収められている。強度の観点から、駆動力伝達ユニット7を収納するケースは金属製であることが望ましい。
図5を参照して、この発明の実施形態による駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3との位置関係を説明する。図5は車両後方部の斜視図であり、手前側が車両前方に対応する。後輪5の車軸付近に駆動力伝達ユニット7、駆動制御部6、排気系部材3が集中して配置されている。
本実施形態では、駆動力伝達ユニット7と駆動制御部6とは別体で配置してある。ここでいう駆動制御部6とはコンデンサボックス19と昇圧コンバータ・インバータボックス20の総称である。コンデンサボックス19は、図3中に示したコンデンサC1,C2が納められている。昇圧コンバータ・インバータボックス20は、図3中に示した昇圧コンバータ12とインバータ13が収められている。昇圧コンバータ・インバータボックス20の上部は冷却器21および冷媒用の管22である。
駆動力伝達ユニット7に対して駆動制御部6が別体の場合、駆動制御部6はボルト等の固定手段により駆動力伝達ユニット7に固定されてもよい。駆動力伝達ユニット7に対して駆動制御部6が同一ケース内に一体的に配置される場合は、各要素間を締結するボルト等の固定手段は必要なくなる。
電力ケーブル18−aの一端は直流電源8(図示しない)に結合され、電力ケーブル18−aのもう一端はコンデンサボックス19に接続している。コンデンサボックス19を経由した電力は昇圧コンバータ・インバータボックス20で所望の電力に変換され、電力ケーブル18−bを通してモータ2に接続される。電力ケーブル18−cはモータ2の回生時に電力を直流電源8に戻すためのものである。
本実施形態では、駆動制御部6をモータ2に近接して配置してあるため、昇圧前の電力をコンデンサに供給する供給ケーブル18−aに比べて、昇圧後の電力をモータ2に供給する、より耐圧性を必要とする電力ケーブル18−bを短縮できるという特徴がある。より好ましくは駆動制御部6と駆動力伝達ユニット7が同一ケース内に一体的に収められ、電力経路はバスバー接続されることでケース外部に取り回される電力ケーブル18−bの必要が無くなる。
本実施形態では、減速機16および差動機17の大きさ(回転体の半径)はモータ2より小さい。従って、モータ2に隣接する形で減速機16、差動機17を平行に配置すると、減速機16および差動機17側に空間的な余裕(デッドスペース)が生まれる。この空間を利用して駆動制御部6を配置してある。モータ2の大きさにもよるが、モータ2が特に大きな電力を必要としない限り、駆動制御部6も小型となる。そのため、駆動制御部6は車両床下かつ、減速機16、差動機17より上部に配置されるのだが、この配置は、デッドスペースの積極利用の点できわめて有効である。
排気系部材3は、駆動制御部6からみて、駆動力伝達ユニット7の影となる位置かつ、空間的な干渉を避ける位置関係を有して、つまり駆動力伝達ユニット7のモータ2側に曲げて取り回されている。
図6−a,6−bを参照して、本発明の実施形態における駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3との幾何的な位置関係を説明する。図6−a,6−bにおいて、駆動制御部6の上方が車両フロアとなる。
図6−aを参照して、本実施形態では、排気系部材3と駆動制御部6のあらゆる2点間を結ぶ線分が描く軌跡によって形成される領域の少なくとも一部に、駆動力伝達ユニット7が交わるように配置してある。これにより駆動制御部6の少なくとも一部は排気系部材3に対して駆動力伝達ユニット7の影となる位置に配置されることになるので、排気系部材3から発せられた熱は駆動力伝達ユニット7で遮られ、また、一部は吸収されるため、駆動制御部6が排気系部材3から直接受ける熱の影響は抑制される。
好ましくは、駆動制御部6を排気系部材3に対して駆動力伝達ユニット7の完全に影となる位置に配置する。これに相当するのが図6−bである。これにより、駆動制御部6が排気系部材3から直接受ける熱の影響はより一層抑制される。
また、駆動力伝達ユニット7によって吸収される排気系部材3からの熱について、その一部は駆動力伝達ユニット7内のオイルを昇温させるための熱に変換される。特に車両始動直後の早い段階であれば、オイルの昇温に伴い、オイルの潤滑性が早期向上し、フリクションロスを低減させることもできる。
駆動力伝達ユニット7は駆動制御部6に比べて発熱量が少なく、相対的な温度も低いため、本実施形態のように駆動制御部6を隣接、より好ましくは一体的に配置することで、駆動制御部6から駆動力伝達ユニット7へと熱が拡散する。つまり、駆動力伝達ユニット7は駆動制御部6に対しての熱容量体も兼ねるため、駆動制御部6からの熱拡散の結果、駆動制御部6の昇温は抑制される。
また、駆動制御部6を駆動力伝達ユニット7の上方に配置したことで、駆動力伝達ユニット7が防護壁となり、車両走行中に跳ね上げられた石等が駆動制御部6に直接当たる可能性は低くなる。従って、飛石による駆動制御部6の破損を防ぐことができる。また、同様の理由で、水跳ね、泥跳ね等がら駆動制御部6を保護することができる。
図6−a,bに関して、排気系部材3は後輪5の車軸より下方を通過しているが、後輪5の車軸と排気系部材3の位置関係は特に限定的なものでなく、本発明の効果が得られる限りは任意に配置すればよい。
図7から図14を参照して、本発明における実施形態およびその他の実施形態を説明する。駆動力伝達ユニット7、排気系部材3と後輪5およびその車軸、車両フロアとの位置関係は図6に示したものと同様である。
図7を参照して、本発明における実施形態を示す。図7は、駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3を配置した際の上面視の図である。駆動制御部6は駆動力伝達ユニット7の上面に別体として近接配置されている。図8は、図7中の線分A−Bにおける断面図である。上記構成により、本発明の実施形態に記載の作用・効果を得る。
図9を参照して、本発明における第2の実施形態を示す。図9は、駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3を配置した際の上面視の図である。駆動制御部6は駆動力伝達ユニット7の上面に一体として配置されている。図10は、図9中の線分A−Bにおける断面図である。駆動制御部6と駆動力伝達ユニット7を一つのケースに一体的に収納することで、本発明の実施例に記載の作用・効果に加えて、駆動力伝達ユニット7のケースに駆動制御部6が完全に覆われることになるため、より一層の飛石防止、防水、防泥の効果がある。
図11を参照して、本発明における第3の実施形態を示す。図11は、駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3を配置した際の上面視の図である。駆動制御部6は駆動力伝達ユニット7の側面かつ排気系部材3の存在しない側面に別体として近接配置されている。図12は、図11中の線分A−Bにおける断面図である。本発明の実施例である駆動力伝達ユニット7の上方に駆動制御部6を配置した場合に比べて、駆動力伝達ユニット7の側面に配置するため、取り外しが容易となり、メンテナンス性に優れる。また、駆動力伝達ユニット7の上方位置かつ車両床下という本発明の実施例に比べて、駆動力伝達ユニットの側面は熱の篭り難い位置であるため、本発明の実施例より空冷効果を得ることができる。
図13を参照して、本発明における第4の実施形態を示す。図13は、駆動力伝達ユニット7と、駆動制御部6と、排気系部材3を配置した際の上面視の図である。駆動制御部6は駆動力伝達ユニット7の側面かつ排気系部材3の存在しない側面に一体として配置されている。図14は、図13中の線分A−Bにおける断面図である。駆動力伝達ユニット7の側面に配置するため、第3の実施形態と同様、空冷効果がある。駆動制御部6と駆動力伝達ユニット7を一つのケースに一体的に収納することで、駆動力伝達ユニット7のケースに駆動制御部6が完全に覆われることになるため、飛石防止、防水、防泥の効果もある。
【0008】
本発明は、駆動制御部6と排気系部材3との間に駆動力伝達ユニット7を配置することで、駆動制御部6に対する排気系部材3から発せられる熱の少なくとも一部は駆動力伝達ユニットが遮るとともに吸収してくれるため、駆動制御部6への排気系部材3からの熱の影響を抑制するものであるが、特許請求の範囲によって示された用件を満たした上に、さらにインシュレーター等を用いることで本発明におけるより一層の効果を得ることができる。
図7から図14に示した実施形態およびその他の実施形態において、実際の駆動力伝達ユニット7、駆動制御部6は構成部品形状等の関係で凹凸をもっているが、ここでは便宜上、簡略な形状の図形で図示してある。
駆動力伝達ユニット7を構成する構成要素は、モータ2、減速機16、差動機17の少なくとも一つ以上から構成されていてよい。たとえば、減速機16を省いてモータ2の出力を差動機17が直接受ける駆動力伝達ユニットとしてもよい。また、モータ2、減速機16、差動機17の互いの位置関係は特許請求の範囲によって示された用件を満たしていれば、本実施形態およびその他の実施形態に示す位置関係に限定されない。
本実施形態ではモータ2の出力軸が車軸と平行としたが、特許請求の範囲によって示された用件を満たしていれば、その出力軸の方向は本実施形態およびその他の実施形態に示す位置関係に限定されない。
以上に説明した実施形態、および、その他の実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。また、本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるハイブリッド車両の駆動系を示す図である。
【図2】図1におけるモータ2への電力供給の制御部となる駆動制御部6を示す図である。
【図3】図2における電力変換部内の回路構成を示す図である。
【図4】図1における駆動力伝達ユニットを示した図である。
【図5】本発明の実施の形態における駆動制御部6と駆動力伝達ユニット7とエキゾーストパイプ3との位置関係を示した図である。
【図6】本発明の実施の形態における駆動制御部6と駆動力伝達ユニット7とエキゾーストパイプ3との位置関係を断面視したものを幾何的に示した図である。
【図7】本発明の実施形態を模式図で示したものである。
【図8】図7中の線分A−Bにおける断面図である。
【図9】本発明の第2の実施形態を模式図で示したものである。
【図10】図9中の線分A−Bにおける断面図である。
【図11】本発明の第3の実施形態を模式図で示したものである。
【図12】図11中の線分A−Bにおける断面図である。
【図13】本発明の第4の実施形態を模式図で示したものである。
【図14】図13中の線分A−Bにおける断面図である。
【符号の説明】
1…エンジン
2…モータ
3…エキゾーストパイプ
4…前輪
5…後輪
6…駆動制御部
7…駆動力伝達ユニット
8…直流電源
9…変速機
10…ハイブリッド車両
11…電力変換部
12…昇圧コンバータ
13…インバータ
14…ハイブリッド制御部
15…リアクトル
16…減速機
17…差動機
18−a…電力ケーブル
18−b…電力ケーブル
18−c…電力ケーブル
19…コンデンサボックス
20…昇圧コンバータ・インバータボックス
21…冷却機
22…冷媒用の管
Q1〜Q8…NPNトランジスタ
D1〜D8…ダイオード
Claims (8)
- 内燃機関と、前記内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両床下に配置したハイブリッド車両において、前記排気系部材と駆動制御部との間に駆動力伝達ユニットを配置し、前記駆動制御部と前記排気系部材との間とは、前記排気系部材と前記駆動制御部のあらゆる2点間を結ぶ線分が描く軌跡によって形成される領域内の少なくとも一部に、前記駆動力伝達ユニットが交わるように配置されたことを特徴とする、ハイブリッド車両。
- 内燃機関と、前記内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両床下に配置したハイブリッド車両において、前記排気系部材と駆動制御部との間に駆動力伝達ユニットを配置し、後輪車軸より車両前方側に配置した前記後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータの一側面側に後輪車軸と平行に減速機と差動機とを配置し、前記排気系部材は前記後輪駆動用モータの他側面側に配置され、前記駆動制御部は前記減速機、差動機の上方に配置したことを特徴とする、ハイブリッド車両。
- 内燃機関と、前記内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両床下に配置したハイブリッド車両において、前記駆動制御部に対して前記排気系部材からの直接的な熱の伝わりを遮る位置に前記駆動力伝達ユニットを配置し、後輪車軸より車両前方側に配置した前記後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータの一側面側に後輪車軸と平行に減速機と差動機とを配置し、前記排気系部材は前記後輪駆動用モータの他側面側に配置され、前記駆動制御部は前記減速機、差動機の上方に配置したことを特徴とする、ハイブリッド車両。
- 内燃機関と、前記内燃機関より車両後方へ向けて配置される排気系部材と、前記内燃機関よりも車両後方に配置された後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータ付近に配置した駆動制御部と、前記後輪駆動用モータの駆動力を後輪車軸に伝達する駆動力伝達ユニットとを車両床下に配置したハイブリッド車両において、前記排気系部材と駆動制御部との間に駆動力伝達ユニットを配置し、前記駆動制御部と前記排気系部材との間とは、前記排気系部材と前記駆動制御部のあらゆる2点間を結ぶ線分が描く軌跡によって形成される領域内の少なくとも一部に、前記駆動力伝達ユニットが交わるように配置され、後輪車軸より車両前方側に配置した前記後輪駆動用モータと、前記後輪駆動用モータの一側面側に後輪車軸と平行に減速機と差動機とを配置し、前記排気系部材は前記後輪駆動用モータの他側面側に配置され、前記駆動制御部は前記減速機、差動機の上方に配置したことを特徴とする、ハイブリッド車両。
- 前記駆動力伝達ユニットは、前記後輪駆動用モータ、減速機、差動機の少なくとも一つで構成されることを特徴とする、請求項1から4の何れかに記載のハイブリッド車両。
- 前記駆動力伝達ユニットは、前記後輪駆動用モータ、減速機、差動機の少なくとも二つ以上を一体化して構成されることを特徴とする、請求項1から4の何れかに記載のハイブリッド車両。
- 前記駆動制御部は、前記後輪駆動用モータへの電力供給の制御部であって、半導体素子を用いた制御回路により構成されることを特徴とする、請求項1から6の何れかに記載のハイブリッド車両。
- 前記駆動制御部は、前記駆動力伝達ユニットと一体的に配置されたことを特徴とする、請求項1から7の何れかに記載のハイブリッド車両。
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