JP6390547B2 - 車両の駆動装置 - Google Patents

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    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2054—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed by controlling transmissions or clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/22—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed with sequential operation of interdependent switches, e.g. relays, contactors, programme drum
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/16—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of differential gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • B60K2006/4808—Electric machine connected or connectable to gearbox output shaft
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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Description

本発明は、車両の動力源としてエンジン及びモータジェネレータを備えた車両の駆動装置に関する発明である。
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてエンジンとモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）とを搭載したハイブリッド車が注目されている。このようなハイブリッド車においては、例えば、特許文献１（特許第３３５０３１４号公報）に記載されたものがある。このものは、エンジンにクラッチを介して変速機を接続し、この変速機の出力軸に差動歯車（ディファレンシャルギヤ機構）を介して車輪の駆動軸を連結すると共に、差動歯車のリングギヤに四輪駆動車用のトランスファを介してＭＧの出力軸を連結することでＭＧの動力を駆動軸に伝達できるようにしている。
特許第３３５０３１４号公報
ハイブリッド車において、低燃費や低排気エミッションの要求を満たすためには、エンジンとＭＧのうちＭＧの動力のみで車両を走行させるＥＶ走行（ＭＧの動力のみで車両を発進させるＥＶ発進を含む）が重要な機能となる。しかし、上記特許文献１の技術では、ＭＧの出力軸を減速機構を介さずにトランスファに直接接続した構成としているため、小型のＭＧでは、ＥＶ走行に必要な軸トルク（駆動軸のトルク）を発生させることができない可能性があり、ハイブリッド車の重要な機能であるＥＶ走行の実現が困難である。また、ＥＶ走行に必要な軸トルクを発生させるには、ＭＧを大型化する必要があり、この場合、ＭＧの搭載スペースを確保することが困難になる。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、小型のＭＧでもＥＶ走行を実現することができ、ＭＧの搭載スペースを容易に確保することができる車両の駆動装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の動力源となるエンジン（１１）と、該エンジンに接続された変速機（１２）とを備え、エンジンの出力軸の軸方向が車両の左右方向となるようにエンジン及び変速機が横置きで配置された車両の駆動装置において、車両の動力源となるモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）（１６）と、該ＭＧに接続された減速機（１７）とを備え、エンジン及び変速機が収容されたエンジンルームの外側にＭＧ及び減速機の少なくとも一部を配置し、更に減速機の出力軸の軸方向が車両の前後方向となるように配置され、変速機の出力軸の動力を車輪（１５）の駆動軸（１４）に伝達する動力伝達系に減速機の出力軸が動力伝達可能に連結されている構成としたものである。
この構成では、ＭＧの動力を減速機を介して車輪の駆動軸に伝達することができるため、小型のＭＧでもＥＶ走行に必要な軸トルクを発生させることができ、ハイブリッド車の重要な機能であるＥＶ走行を実現することができる。これにより、ＭＧを小型化することが可能となり、更に、エンジンルームの外側にＭＧ及び減速機の少なくとも一部を配置する構成とすることで、ＭＧ及び減速機の搭載スペースを容易に確保することができる。このため、エンジン及び変速機が横置きで配置されたエンジン車（エンジンのみを動力源とする車両）をベースとしてハイブリッド車を製造する場合でも、ベースとなるエンジン車の車体構造をあまり変更せずに、ＥＶ走行を実現可能なハイブリッド車を製造することができる。
また、次のような利点もある。ＭＧ駆動系の故障が発生した場合でも、エンジンの動力を変速機を介して駆動軸に伝達することができるため、エンジンの動力で十分に自走（自力走行）することができる。牽引等の負荷が高い条件においても、ベースとなるエンジン車と同等以上の駆動力を発揮することができる。ＭＧがエンジンルームの外側（つまり車体の中央寄り）に配置されるため、衝突事故等を起こした場合でも、ＭＧの損傷が低減されると共に、ＭＧが車外に露出することを防止して感電事故の可能性も低減することができる。
ところで、ＭＧの動力を減速機を介して駆動軸に伝達する構成では、特に小型のＭＧの場合には発熱量が多くなる傾向がある。ＭＧの発熱によりＭＧが過熱状態になると、ＭＧの駆動を制限する必要が生じる。
そこで、請求項２のように、ＭＧのケース（２４）内には、液状の冷媒（３２）をＭＧの外部と循環しないように封入するようにすると良い。このようにすれば、ＭＧ内部の熱を冷媒を介して効率的にケースに伝導させてＭＧの外部に放出することができ、ＭＧを効果的に冷却することができる。これにより、ＭＧの過熱を防止することができ、より高負荷、長時間のＭＧの駆動が可能になる。また、ＭＧのケース内で飛散・充満する冷媒が固定子や回転子の冷却も促進するため、ＭＧのケース内に複雑な流路を設けることなく、低コストで高い冷却効果を得ることができる。しかも、冷媒をＭＧの外部と循環させる循環路を設ける必要がなく、車両への搭載性を向上させることができる。また、ＭＧが高速回転する際に必要な軸受への潤滑油として冷媒を供給することができるため、ＭＧの冷却効果を高めながらＭＧの機械的寿命も延長することができる。更に、ＭＧの回転に伴う振動を減衰して静粛性を向上させることもできる。
この場合、請求項３のように、ＭＧの固定子巻線（３０）は、複数の導体セグメント（３１）を接合して形成されたセグメント型の巻線にすると良い。このようにすれば、固定子巻線の巻線間（つまり導体セグメント間）に適度な隙間が形成され、その隙間に冷媒が容易に入り込むことにより、冷媒を介した固定子巻線とケースとの間の熱伝達効率を向上させることができる。
また、請求項４のように、冷媒として、絶縁性を有するものを用いるようにすると良い。このようにすれば、ＭＧのケース内の通電部品の絶縁被膜に不具合が発生した場合や通電部品が損傷した場合でも、ＭＧのケース内での冷媒を介しての短絡を防止することができる。
更に、請求項５のように、ＭＧのケース内には、該ＭＧの少なくとも回転子（２６）の外周部底面側が浸る位置まで冷媒を貯溜するようにすると良い。このようにすれば、回転子の回転により冷媒が掻き上げられて空気と混ざり合い、回転する回転子と冷媒とが接触する際のせん断抵抗を低下させて、回転子の回転抵抗を低下せることができ、ＭＧの効率を向上させることができる。また、空気と混ざり合った泡状の冷媒がＭＧのケース内の隅々まで行き渡って、ケース表面全体を伝熱や放熱のために最大限に利用することができると共に、冷媒が巻線のコイルエンド部、中性点、引き出し線にも掛かることによって優れた冷却効果を得ることができる。
或は、請求項６のように、ＭＧのケース内には、該ＭＧの少なくとも固定子巻線のコイルエンド部とケースの内面とに接触するように放熱用の固体（３７）を配置するようにしても良い。このようにすれば、ＭＧの固定子巻線のコイルエンド部の熱を固体を介して効率的にケースに伝導させてＭＧの外部に放出することができ、ＭＧを効果的に冷却することができる。これにより、ＭＧの過熱を防止することができ、より高負荷、長時間のＭＧの駆動が可能になる。また、固定子巻線のコイルエンド部を固体で保持することができるため、コイルエンド部が励磁により振動して騒音が発生することを防止することができる。更に、エンジンや車体の振動によりコイルエンド部やその絶縁被膜が損傷することを防止することができる。
この場合、請求項７のように、ＭＧの固定子巻線（３０）は、複数の導体セグメント（３１）を接合して形成されたセグメント型の巻線にすると良い。このようにすれば、固定子巻線の巻線間（つまり導体セグメント間）に適度な隙間が形成され、固体の成形時にその隙間に液状の材料が容易に入り込むことにより、固体を介した固定子巻線とケースとの間の熱伝達効率を向上させることができる。
また、請求項８のように、固体として、絶縁性を有するものを用いるようにすると良い。このようにすれば、コイルエンド部の絶縁被膜に不具合が発生した場合でも、ＭＧのケース内での固体を介しての短絡を防止することができる。また、絶縁性の固体の存在によりコイルエンド部とケースとの間の絶縁性が高められるため、コイルエンド部とケースの距離を縮めることができ、ケースへの放熱効果を高めることができると共に、ＭＧを小型化することができる。
更に、請求項９のように、固体は、ＭＧの回転部材（２５，２６）に接触しないように配置するようにすると良い。このようにすれば、ＭＧの回転抵抗が増加することを防止することができる。
また、請求項１０のように、車両に搭載されたバッテリ（３３）と、ＭＧを駆動するインバータ（３５）と、バッテリの電圧を昇圧してインバータの入力電圧をバッテリの電圧よりも高くする昇圧コンバータ（３４）とを備えた構成としても良い。このようにすれば、バッテリ電圧よりも高い高電圧でＭＧで駆動することができるため、車両の高速域（つまりＭＧの高回転域）でのＭＧの効率を向上させることができ、燃費を更に向上させることができる。また、バッテリの搭載量を必要最小限に抑えることができ、車両重量及びコストの増加を抑えることができる。
更に、請求項１１のように、ＭＧの最大トルクＴmax と、ＭＧの最大出力Ｐmax と、減速機の減速比と最終減速比で決まる総合減速比ＧＲtotal と、車両の重量ＩＷと、車両のタイヤ半径Ｒtyreとが、下記（１）式及び下記（２）式の関係を満たすように、最大トルクＴmax と最大出力Ｐmax と総合減速比ＧＲtotal とを設定するようにしても良い。
Ｔmax ×ＧＲtotal ＞ＩＷ×１．０５×Ｒtyre…（１）
Ｐmax ＞｜２０．６１×（−０．７９）×ＩＷ｜…（２）
上記（１）式の関係を満たすようにＭＧの最大トルクＴmax と総合減速比ＧＲtotal を設定することで、ハイブリッド車として実用的な加速度でＥＶ発進を行うことができる。また、上記（２）式の関係を満たすようにＭＧの最大出力Ｐmax を設定することで、車両の減速時にＭＧで回生発電を行う際の回生パワー（発電電力）をハイブリッド車として実用的なレベルにすることができる。
また、請求項１２のように、車両のフロアパネル（２１）に形成されたフロアトンネル（２２）内にＭＧ及び減速機の少なくとも上部側が収容されると共にＭＧ及び減速機の最下面がフロアパネル及び組付部品（２３）を含む車両の最下面よりも上方に位置するようにＭＧ及び減速機の外径を設定するようにしても良い。このようにすれば、ベースとなるエンジン車の車体構造をほとんど変更することなく既存のフロアトンネルを利用して、ＭＧ及び減速機を搭載することができる。また、ＭＧ及び減速機の最下面がフロアパネル及び組付部品（但し樹脂やゴム等の変形を前提とした部品を除く）を含む車両の最下面よりも上方に位置するため、ＭＧ及び減速機と路面との接触を回避することができる。
また、請求項１３のように、減速機の出力軸と動力伝達系との間にクラッチ（３８）を設けるようにしても良い。このようにすれば、必要に応じてクラッチを切り離すことで、ＭＧ及び減速機の連れ回しによるエネルギ損失（つまりＭＧ及び減速機の回転負荷よるエネルギ損失）を無くすことができる。また、ＭＧの故障時にクラッチを切り離すことで、エンジンにより自走を続けることができる。更に、減速機やＭＧの最高回転速度を車両の最高速度まで対応させる必要がなくなるため、より安価にシステムを構成することができる。
また、請求項１４のように、前記ＭＧ及び前記減速機は、車両の前輪（１５）と後輪（４３）のうちの一方を駆動するように設け、前記ＭＧ及び前記減速機とは別に車両の前輪と後輪のうちの他方を駆動するためのＭＧ（３９）及び減速機（４０）を設けるようにしても良い。このようにすれば、車両を四輪駆動化することができるため、悪路や滑り易い路面での走行性能や安定性を向上させることができる。また、ＥＶ走行に必要なパワーを前後の二つのＭＧで分担することができるため、車速や加速度によっては二つのＭＧを効率良く使用して消費電力を低減することができる。
図１は本発明の実施例１におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図２は図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は実施例１のＭＧの概略構成を示す断面図である。 図４は固定子巻線を説明する図である。 図５はＭＧ駆動系の概略構成を示すブロック図である。 図６は実施例２のＭＧの概略構成を示す断面図である。 図７は実施例３（その１）のハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図８は実施例３（その２）のハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図９は実施例４（その１）のハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図１０は実施例４（その２）のハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１及び図２に基づいてハイブリッド車の駆動システムの概略構成を説明する。
図１に示すように、車両の動力源となるエンジン１１と、このエンジン１１に接続された変速機１２とが車両の前側部に搭載されている。変速機１２は、機械式の変速機であり、複数の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速するＣＶＴ（無段変速機）であっても良い。これらのエンジン１１及び変速機１２は、エンジン１１の出力軸（クランク軸）の軸方向が車両の左右方向となるように横置きで配置されている。エンジン１１の出力軸の動力が変速機１２に伝達され、この変速機１２の出力軸の動力がディファレンシャルギヤ機構１３等を介して前輪１５（車輪）の駆動軸１４に伝達されるようになっている。
更に、車両の動力源となる小径のモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）１６と、このＭＧ１６に接続された小径の減速機１７とがエンジン１１及び変速機１２の後方に搭載されている。これらのＭＧ１６及び減速機１７は、エンジン１１及び変速機１２が収容されたエンジンルームの外側（例えばエンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネル１８よりも後方）に配置されている。
また、ＭＧ１６及び減速機１７は、出力軸の軸方向が車両の前後方向となるように縦置きで配置され、ディファレンシャルギヤ機構１３のリングギヤ１９（変速機１２の出力軸の動力が入力されるギヤ）に四輪駆動車用のトランスファ２０を介して減速機１７の出力軸が連結されている。これにより、ＭＧ１６の出力軸の動力が減速機１７に伝達され、この減速機１７の出力軸の動力がトランスファ２０やディファレンシャルギヤ機構１３等を介して前輪１５の駆動軸１４に伝達されるようになっている。
図２に示すように、車両のフロアパネル２１には、車両の前後方向に延びるフロアトンネル２２が形成され、このフロアトンネル２２に沿ってＭＧ１６及び減速機１７が配置されている。フロアトンネル２２内にＭＧ１６及び減速機１７の少なくとも上部側（好ましくは全体）が収容されると共に、ＭＧ１６及び減速機１７の最下面がフロアパネル２１及び排気管２３等の組付部品（但し樹脂やゴム等の変形を前提とした部品を除く）を含む車両の最下面よりも上方に位置するように、ＭＧ１６及び減速機１７の外径が設定されている。
以上のように構成されたハイブリッド車の駆動システムでは、走行モードを、例えば、エンジン走行モードとＨＶ走行モードとＥＶ走行モードとの間で切り換えるようになっている。エンジン走行モードは、エンジン１１とＭＧ１６のうちエンジン１１の動力のみで前輪１５を駆動して車両を走行させるエンジン走行を行うモードである。ＨＶ走行モードは、エンジン１１の動力とＭＧ１６の動力の両方で前輪１５を駆動して車両を走行させるＨＶ走行を行うモードである。ＥＶ走行モードは、エンジン１１とＭＧ１６のうちＭＧ１６の動力のみで前輪１５を駆動して車両を走行させるＥＶ走行（ＭＧ１６の動力のみで車両を発進させるＥＶ発進を含む）を行うモードである。また、車両の減速時には、車両の運動エネルギをＭＧ１６で電気エネルギに変換してバッテリ３３（図５参照）に充電（回収）する回生発電を行う。
次に、図３及び図４に基づいてＭＧ１６の概略構成を説明する。
図３に示すように、ＭＧ１６のケース２４内には、回転軸２５と一体的に回転する回転子２６（ロータ）と、この回転子２６の外周側に配置された固定子２７（ステータ）とが設けられている。固定子２７は、周方向に複数のスロット２８（図４参照）を有する固定子コア２９と、この固定子コア２９に巻装された複数の相巻線よりなる固定子巻線３０とを備えている。
図４に示すように、固定子巻線３０は、複数の略Ｕ字形状の導体セグメント３１を所定のパターンでスロット２８の一方側から挿入し、該スロット２８の他方側から延出した導体セグメント３１の先端部を所定のパターンで接合して形成されたセグメント型の巻線である。
また、図３に示すように、ＭＧ１６のケース２４内には、液状の冷媒３２がＭＧ１６の外部と循環しないように封入されている。これにより、図３に矢印で示すように、ＭＧ１６内部の熱を冷媒３２を介してケース２４に伝導させてＭＧ１６の外部に放出できるようにしている。また、図３に破線で示すように、ＭＧ１６のケース２４内には、ＭＧ１６が停止した状態で少なくとも回転子２６の外周部底面側が浸る位置（例えば回転軸２５よりも少し低い位置）まで冷媒３２が貯溜されている。これにより、ＭＧ１６が回転したときに、回転子２６の回転により冷媒３２が掻き上げられて空気と混ざり合い、泡状の冷媒３２がＭＧ１６のケース２４内の隅々まで行き渡るようにしている。
冷媒３２は、絶縁性を有する液体であり、例えばＡＴＦ（自動変速機用の作動油）等の自動車用の潤滑油が用いられる。尚、一般に、自動車用の潤滑油は、十分な潤滑作用を発揮するために発泡を抑える消泡剤を添加することが多いが、本実施例では、潤滑油が空気と混ざり合う状態を利用するため、消泡剤を添加しないか又は望ましい発泡が起こる範囲内の添加量で消泡剤の添加量を調整しても良い。
次に、図５に基づいてＭＧ１６の駆動系の概略構成を説明する。
車両に搭載されたバッテリ３３とＭＧ１６を駆動するインバータ３５とが昇圧コンバータ３４を介して接続され、ＭＧ１６が昇圧コンバータ３４及びインバータ３５を介してバッテリ３３と電力を授受するようになっている。バッテリ３３は、二次電池等からなる直流電源である。昇圧コンバータ３４は、バッテリ３３の直流電圧を昇圧してインバータ３５の入力電圧をバッテリ３３の直流電圧よりも高くする。インバータ３５は、昇圧コンバータ３４によって昇圧された直流電圧を交流電圧に変換してＭＧ１６を駆動する。
これにより、バッテリ３３の電圧よりも高い高電圧でＭＧ１６で駆動することができるため、車両の高速域（つまりＭＧ１６の高回転域）でのＭＧ１６の効率を向上させることができ、燃費を更に向上させることができる。また、バッテリ３３の搭載量を必要最小限に抑えることができ、車両重量及びコストの増加を抑えることができる。
また、本実施例１では、ＭＧ１６の最大トルクＴmax と、総合減速比ＧＲtotal と、車両の重量ＩＷと、車両の前輪１５のタイヤ半径Ｒtyreとが、下記（１）式の関係を満たすように、ＭＧ１６の最大トルクＴmax と総合減速比ＧＲtotal とが設定されている。ここで、総合減速比ＧＲtotal は、減速機１７の減速比と最終減速比（例えばトランスファ２０での減速比）で決まる減速比である。
Ｔmax ×ＧＲtotal ＞ＩＷ×１．０５×Ｒtyre …（１）
上記（１）式は、ＭＧ１６の動力のみで車両を発進させるＥＶ発進を行う際の発進トルクを所定の下限トルクよりも大きくするための条件である。ここで、下限トルクは、燃費や排出ガスの測定用の走行パターンを規定する、ＪＣ０８、ＮＥＤＣ、ＬＡ＃４、ＵＳ０６、ＷＬＴＰのうちで要求発進トルクが最も小さいＮＥＤＣにおける要求発進トルクに基づいて設定されている。従って、上記（１）式の関係を満たすようにＭＧ１６の最大トルクＴmax と総合減速比ＧＲtotal （減速機１７の減速比）を設定することで、ハイブリッド車として実用的な加速度でＥＶ発進を行うことができる。
更に、ＭＧ１６の最大出力Ｐmax と、車両の重量ＩＷとが、下記（２）式の関係を満たすように、ＭＧ１６の最大出力Ｐmax が設定されている。
Ｐmax ＞｜２０．６１×（−０．７９）×ＩＷ｜ …（２）
上記（２）式は、車両の減速時にＭＧ１６で回生発電を行う際の回生パワー（発電電力）を所定の下限パワーよりも大きくするための条件である。ここで、下限パワーは、ＪＣ０８、ＮＥＤＣ、ＬＡ＃４、ＵＳ０６、ＷＬＴＰのうちで回生パワーが最も小さいＪＣ０８における回生パワーに基づいて設定されている。従って、上記（２）式の関係を満たすようにＭＧ１６の最大出力Ｐmax を設定することで、車両の減速時にＭＧ１６で回生発電を行う際の回生パワーをハイブリッド車として実用的なレベルにすることができる。
以上説明した本実施例１では、エンジン１１及び変速機１２が横置きで配置された駆動システムにおいて、エンジン１１及び変速機１２が収容されたエンジンルームの外側にＭＧ１６及び減速機１７を配置する。そして、ディファレンシャルギヤ機構１３のリングギヤ１９（変速機１２の出力軸の動力が入力されるギヤ）にトランスファ２０を介して減速機１７の出力軸を連結するようにしている。
これにより、ＭＧ１６の動力を減速機１７を介して前輪１５の駆動軸１４に伝達することができるため、小型のＭＧ１６でもＥＶ走行に必要な軸トルク（駆動軸１４のトルク）を発生させることができ、ハイブリッド車の重要な機能であるＥＶ走行を実現することができる。これにより、ＭＧ１６を小型化することが可能となり、更に、エンジンルームの外側にＭＧ１６及び減速機１７を配置する構成とすることで、ＭＧ１６及び減速機１７の搭載スペースを容易に確保することができる。このため、エンジン１１及び変速機１２が横置きで配置されたエンジン車（エンジンのみを動力源とする車両）をベースとしてハイブリッド車を製造する場合でも、ベースとなるエンジン車の車体構造をあまり変更せずに、ＥＶ走行を実現可能なハイブリッド車を製造することができる。
また、ＭＧ１６の駆動系（例えば、ＭＧ１６、昇圧コンバータ３４、インバータ３５等）の故障が発生した場合でも、エンジン１１の動力を変速機１２を介して駆動軸１４に伝達することができるため、エンジン１１の動力で十分に自走（自力走行）することができる。更に、牽引等の負荷が高い条件においても、ベースとなるエンジン車と同等以上の駆動力を発揮することができる。また、ＭＧ１６がエンジンルームの外側（つまり車体の中央寄り）に配置されるため、衝突事故等を起こした場合でも、ＭＧ１６の損傷が低減されると共に、ＭＧ１６が車外に露出することを防止して感電事故の可能性も低減することができる。
更に、本実施例１では、車両のフロアパネル２１に形成されたフロアトンネル２２内にＭＧ１６及び減速機１７の少なくとも上部側が収容されると共にＭＧ１６及び減速機１７の最下面が車両の最下面よりも上方に位置するようにＭＧ１６及び減速機１７の外径を設定するようにしている。これにより、ベースとなるエンジン車の車体構造をほとんど変更することなく既存のフロアトンネル２２を利用して、ＭＧ１６及び減速機１７を搭載することができる。また、ＭＧ１６及び減速機１７の最下面が車両の最下面よりも上方に位置するため、ＭＧ１６及び減速機１７と路面との接触を回避することができる。
また、本実施例１では、ＭＧ１６のケース２４内に、液状の冷媒３２をＭＧ１６の外部と循環しないように封入している。これにより、ＭＧ１６内部の熱を冷媒３２を介して効率的にケース２４に伝導させてＭＧ１６の外部に放出することができ、ＭＧ１６を効果的に冷却することができる。これにより、ＭＧ１６の過熱を防止することができ、より高負荷、長時間のＭＧ１６の駆動が可能になる。また、ＭＧ１６のケース２４内で飛散・充満する冷媒３２が固定子２７や回転子２６の冷却も促進するため、ＭＧ１６のケース２４内に複雑な流路を設けることなく、低コストで高い冷却効果を得ることができる。しかも、冷媒３２をＭＧ１６の外部と循環させる循環路を設ける必要がなく、車両への搭載性を向上させることができる。また、ＭＧ１６が高速回転する際に必要な軸受への潤滑油として冷媒３２を供給することができるため、ＭＧ１６の冷却効果を高めながらＭＧ１６の機械的寿命も延長することができる。更に、ＭＧ１６の回転に伴う振動を減衰して静粛性を向上させることもできる。
更に、本実施例１では、ＭＧ１６の固定子巻線３０として、複数の略Ｕ字形状の導体セグメント３１を所定のパターンで接合して形成されたセグメント型の巻線を用いるようにしている。これにより、固定子巻線３０の巻線間（つまり導体セグメント３１間）に適度な隙間が形成され、その隙間に冷媒３２が容易に入り込むことにより、冷媒３２を介した固定子巻線３０とケース２４との間の熱伝達効率を向上させることができる。
また、本実施例１では、冷媒３２として、絶縁性を有するものを用いるようにしている。これにより、ＭＧ１６のケース２４内の通電部品（例えば固定子巻線３０等）の絶縁被膜に不具合が発生した場合や通電部品が損傷した場合でも、ＭＧ１６のケース２４内での冷媒３２を介しての短絡を防止することができる。
更に、本実施例１では、ＭＧ１６のケース２４内に、少なくとも回転子２６の外周部底面側が浸る位置まで冷媒３２を貯溜するようにしている。これにより、回転子２６の回転により冷媒３２が掻き上げられて空気と混ざり合い、回転する回転子２６と冷媒３２とが接触する際のせん断抵抗を低下させて、回転子２６の回転抵抗を低下せることができ、ＭＧ１６の効率を向上させることができる。また、空気と混ざり合った泡状の冷媒３２がＭＧ１６のケース２４内の隅々まで行き渡って、ケース２４表面全体を伝熱や放熱のために最大限に利用することができると共に、冷媒３２が固定子巻線３０のコイルエンド部（固定子コア２９の軸方向端面から突出する部分）、中性点、引き出し線３６にも掛かることによって優れた冷却効果を得ることができる。
次に、図６を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
本実施例２では、図６に示すように、ＭＧ１６のケース２４内のうち固定子コア２９の軸方向両側に、それぞれ放熱用の固体３７が設けられている。この固体３７は、少なくとも固定子巻線３０のコイルエンド部（固定子コア２９の軸方向端面から突出する部分）とケース２４の内面（内周面及び軸方向内面）とに接触するように配置されている。これにより、図６に矢印で示すように、ＭＧ１６の固定子巻線３０のコイルエンド部の熱を固体３７を介してケース２４に伝導させてＭＧ１６の外部に放出できるようにしている。また、固体３７は、絶縁性を有する樹脂等により略円筒状に形成され、ＭＧ１６の回転部材である回転軸２５及び回転子２６には接触しないように配置されている。
以上説明した本実施例２では、ＭＧ１６のケース２４内に、少なくとも固定子巻線３０のコイルエンド部とケース２４の内面とに接触するように放熱用の固体２７を配置するようにしている。これにより、ＭＧ１６の固定子巻線３０のコイルエンド部の熱を固体３７を介して効率的にケース２４に伝導させてＭＧ１６の外部に放出することができ、ＭＧ１６を効果的に冷却することができる。これにより、ＭＧ１６の過熱を防止することができ、より高負荷、長時間のＭＧ１６の駆動が可能になる。また、固定子巻線３０のコイルエンド部を固体３７で保持することができるため、コイルエンド部が励磁により振動して騒音が発生することを防止することができる。更に、エンジン１１や車体の振動によりコイルエンド部やその絶縁被膜が損傷することを防止することができる。
更に、本実施例２では、ＭＧ１６の固定子巻線３０として、複数の略Ｕ字形状の導体セグメント３１を所定のパターンで接合して形成されたセグメント型の巻線を用いるようにしている。これにより、固定子巻線３０の巻線間（つまり導体セグメント３１間）に適度な隙間が形成されるため、成形時、液体状態の固体３７の材料がその隙間に容易に入り込むことにより固体３７が隙間に充填され、固体３７を介した固定子巻線３０とケース２４との間の熱伝達効率を向上させることができる。
また、本実施例２では、固体３７として、絶縁性を有するものを用いるようにしている。これにより、コイルエンド部の絶縁被膜に不具合が発生した場合でも、ＭＧ１６のケース内での固体３７を介しての短絡を防止することができる。また、絶縁性の固体３７の存在によりコイルエンド部とケース２４との間の絶縁性が高められるため、コイルエンド部とケース２４の距離（例えば軸方向の間隔）を縮めることができ、ケース２４への放熱効果を高めることができると共に、ＭＧ１６を小型化することができる。
更に、本実施例２では、固体３７を、ＭＧ１６の回転部材である回転軸２５及び回転子２６に接触しないように配置しているため、ＭＧ１６の回転抵抗が増加することを防止することができる。
次に、図７及び図８を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
本実施例３では、図７に示すように、減速機１７の出力軸とトランスファ２０との間に、動力伝達を断続するためのクラッチ３８が設けられている。このクラッチ３８は、油圧駆動式のプレート式クラッチであっても良いし、電磁駆動式の電磁クラッチであっても良いし、機械式のドッグクラッチ等でも良い。クラッチ３８は、減速機１７とは別体で設けられている（つまり減速機１７のケース外に設けられている）。尚、図８に示すように、減速機１７と一体的にクラッチ３８を設ける（つまり減速機１７のケース内にクラッチ３８を設ける）ようにしても良い。
以上説明した本実施例３では、減速機１７の出力軸とトランスファ２０との間にクラッチ３８を設けるようにしている。これにより、必要に応じてクラッチ３８を切り離す（例えばエンジン走行モード時にクラッチ３８を切り離す）ことで、ＭＧ１６及び減速機１７の連れ回しによるエネルギ損失（つまりＭＧ１６及び減速機１７の回転負荷よるエネルギ損失）を無くすことができ、燃費を向上させることができる。また、ＭＧ１６の故障時にクラッチ１７を切り離すことで、エンジン１１により自走を続けることができる。更に、減速機１７やＭＧ１６の最高回転速度を車両の最高速度まで対応させる必要がなくなるため、より安価にシステムを構成することができる。
次に、図９及び図１０を用いて本発明の実施例４を説明する。但し、前記実施例１，３と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１，３と異なる部分について説明する。
本実施例４は、図９に示すように、前輪駆動用の駆動システムは、前記実施例１と同じ構成（図１等参照）であるが、更に、後輪駆動用の駆動システムが追加されている。
具体的には、車両の後側部に、小径のＭＧ３９と、このＭＧ３９に接続された小径の減速機４０とが搭載されている。ＭＧ３９及び減速機４０は、出力軸の軸方向が車両の前後方向となるように縦置きで配置されている。ＭＧ３９の出力軸の動力が減速機４０に伝達され、この減速機４０の出力軸の動力がディファレンシャルギヤ機構４１等を介して後輪４３（車輪）の駆動軸４２に伝達されるようになっている。
後輪駆動用のＭＧ３９及び減速機４０は、前輪駆動用のＭＧ１６及び減速機１７と同じように、フロアトンネル２２に沿って配置され、フロアトンネル２２内にＭＧ３９及び減速機４０の少なくとも上部側（好ましくは全体）が収容されると共に、ＭＧ３９及び減速機４０の最下面が車両の最下面よりも上方に位置するように、ＭＧ３９及び減速機４０の外径が設定されている。更に、ＭＧ３９のケース内に、液状の冷媒が封入されている（又は放熱用の固体が配置されている）ようにしても良い。
尚、図１０に示すように、前輪駆動用の駆動システムの減速機１７の出力軸とトランスファ２０との間にクラッチ３８を設け、後輪駆動用の駆動システムの減速機４０の出力軸とディファレンシャルギヤ機構４１との間にクラッチ４４を設けた構成としても良い。或は、クラッチ３８とクラッチ４４のいずれか一方を省略した構成としても良い。
以上説明した本実施例４では、前輪駆動用のＭＧ１６及び減速機１７とは別に後輪駆動用のＭＧ３９及び減速機４０を設けるようにしている。これにより、車両を四輪駆動化することができるため、悪路や滑り易い路面での走行性能や安定性を向上させることができる。また、ＥＶ走行に必要なパワーを前後の二つのＭＧ１６，３９で分担することができるため、車速や加速度によっては二つのＭＧ１６，３９を効率良く使用して消費電力を低減することができる。
尚、上記各実施例１〜４では、エンジン１１及び変速機１２が収容されたエンジンルームの外側にＭＧ１６及び減速機１７を配置するようにしたが、これに限定されず、エンジンルームの外側にＭＧ１６及び減速機１７の一部を配置する構成（例えば減速機１７の一部をエンジンルーム内に配置する構成）としても良い。
また、上記各実施例１〜４では、既存の四輪駆動車用のトランスファ２０を介して減速機１７の出力軸を連結するようにしたが、これに限定されず、ハイブリッド車専用の動力伝達機構を介して減速機１７の出力軸を連結する構成としても良い。
また、上記各実施例１〜３では、前輪駆動用の駆動システムに本発明を適用したが、これに限定されず、後輪駆動用の駆動システムに本発明を適用しても良い。また、上記実施例４において、前後を逆にした構成（つまり前輪駆動用の駆動システムと後輪駆動用の駆動システムとを入れ替えた構成）としても良い。
１１…エンジン、１２…変速機、１４…駆動軸、１５…前輪、１６…ＭＧ、１７…減速機

Claims (14)

  1. 車両の動力源となるエンジン（１１）と、該エンジンに接続された変速機（１２）とを備え、前記エンジンの出力軸の軸方向が前記車両の左右方向となるように前記エンジン及び前記変速機が横置きで配置された車両の駆動装置において、
    前記車両の動力源となるモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）（１６）と、
    該ＭＧに接続された減速機（１７）とを備え、
    前記エンジン及び前記変速機が収容されたエンジンルームの外側に前記ＭＧ及び前記減速機の少なくとも一部を配置し、更に前記減速機の出力軸の軸方向が前記車両の前後方向となるように配置され、前記変速機の出力軸の動力を車輪（１５）の駆動軸（１４）に伝達する動力伝達系に前記減速機の出力軸が動力伝達可能に連結されていることを特徴とする車両の駆動装置。
  2. 前記ＭＧのケース（２４）内には、液状の冷媒（３２）が前記ＭＧの外部と循環しないように封入されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動装置。
  3. 前記ＭＧの固定子巻線（３０）は、複数の導体セグメント（３１）を接合して形成されたセグメント型の巻線であることを特徴とする請求項２に記載の車両の駆動装置。
  4. 前記冷媒は、絶縁性を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両の駆動装置。
  5. 前記ＭＧのケース内には、該ＭＧの少なくとも回転子（２６）の外周部底面側が浸る位置まで前記冷媒が貯溜されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の車両の駆動装置。
  6. 前記ＭＧのケース内には、該ＭＧの少なくとも固定子巻線のコイルエンド部と前記ケースの内面とに接触するように放熱用の固体（３７）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動装置。
  7. 前記ＭＧの固定子巻線（３０）は、複数の導体セグメント（３１）を接合して形成されたセグメント型の巻線であることを特徴とする請求項６に記載の車両の駆動装置。
  8. 前記固体は、絶縁性を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の車両の駆動装置。
  9. 前記固体は、前記ＭＧの回転部材（２５，２６）に接触しないように配置されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の車両の駆動装置。
  10. 前記車両に搭載されたバッテリ（３３）と、前記ＭＧを駆動するインバータ（３５）と、前記バッテリの電圧を昇圧して前記インバータの入力電圧を前記バッテリの電圧よりも高くする昇圧コンバータ（３４）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両の駆動装置。
  11. 前記ＭＧの最大トルクＴmax と、前記ＭＧの最大出力Ｐmax と、前記減速機の減速比と最終減速比で決まる総合減速比ＧＲtotal と、前記車両の重量ＩＷと、前記車両のタイヤ半径Ｒtyreとが、下記（１）式及び下記（２）式の関係を満たすように、前記最大トルクＴmax と前記最大出力Ｐmax と前記総合減速比ＧＲtotal とが設定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の車両の駆動装置。
    Ｔmax ×ＧＲtotal ＞ＩＷ×１．０５×Ｒtyre…（１）
    Ｐmax ＞｜２０．６１×（−０．７９）×ＩＷ｜…（２）
  12. 前記車両のフロアパネル（２１）に形成されたフロアトンネル（２２）内に前記ＭＧ及び前記減速機の少なくとも上部側が収容されると共に前記ＭＧ及び前記減速機の最下面が前記フロアパネル及び組付部品（２３）を含む前記車両の最下面よりも上方に位置するように前記ＭＧ及び前記減速機の外径が設定されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の車両の駆動装置。
  13. 前記減速機の出力軸と前記動力伝達系との間にクラッチ（３８）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の車両の駆動装置。
  14. 前記ＭＧ及び前記減速機は、前記車両の前輪（１５）と後輪（４３）のうちの一方を駆動するように設けられ、
    前記ＭＧ及び前記減速機とは別に前記車両の前輪と後輪のうちの他方を駆動するためのＭＧ（３９）及び減速機（４０）を備えていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の車両の駆動装置。
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