JP2009274618A - 車両用パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】レイアウト性を向上させ、車体の重心を下げて走行安定性を向上させることができ、燃料タンクの変形を抑制した車両用パワーユニットを提供する。
【解決手段】車両用パワーユニット１１は車体１３に取付けられ、後車輪３５を駆動する。後車輪３５の駆動力を発生する駆動源（電動機）２２と、電動機２２に連結している第１の減速機構４６と、後車輪３５側に連結している第２の減速機構５２と、第２の減速機構５２に第１の減速機構４６を両端に等速ジョイントを介して連結しているドライブシャフト５３と、を備えている。電動機２２は、第１の減速機構４６に対して車両の前方へオフセットされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機で車輪を駆動する車両用パワーユニットに関するものである。

車両用パワーユニットには、電動モータを用いたものがあり、電動モータの回転軸に対してドライブシャフトを車両の後方へ偏心させ、電動モータと減速機構の各ギヤを車両の前後方向に並べて配置し、電動モータと各ギヤが全て駆動ケース内に納められているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１９９８９４号公報（第８頁、図３）

しかし、特許文献１の電動車両用パワーユニットでは、減速機構を構成する全てのギヤを車両の前後方向に並べて配置すると、ギヤを覆う駆動ケースが車両の前後方向に長くなってしまうので、車両のデザインなど条件によっては、車両の前後方向における配置が困難になることがある。

また、特許文献１では、車両の平面視で、左右のパワーユニットの駆動ケースがフロントサイドフレームより内側に突出するように取付けられているので、駆動ケースが車両の前後方向に長いこともあって、車幅方向におけるレイアウトにおいて、他の部品との干渉などレイアウトが困難になることがある。

例えば、水素を燃料とする車両の場合、水素を貯蔵する水素タンク（燃料タンク）を車体に搭載する必要があるが、車室を確保するために、車両の前後方向のどちらかに寄せて水素タンクを配置すると、水素タンクの重量が影響して、車両の重量配分が水素タンクの配置されている方へ偏りやすい。走行する際に充分なトラクションを得るためには、重量配分の大きい方の車輪を駆動するのが望ましく、水素タンクを搭載した方にパワーユニットを搭載することが望ましい。しかし、特許文献１のように、パワーユニットのレイアウト性が低いと、水素タンクの取付け位置の近傍にパワーユニットを取付けるのは難しく、結果的に、トラクションを確保し難くなる。
つまり、特許文献１の電動車両用パワーユニットは、レイアウト性が低いという問題がある。

本発明は、レイアウト性を向上させ、車体の重心を下げて走行安定性を向上させることができ、燃料タンクの変形を抑制した車両用パワーユニットを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車体に取付けられ、前車輪及び後車輪の少なくとも一方の車輪を駆動する車両用パワーユニットであって、パワーユニットは、車輪の駆動力を発生する駆動源と、駆動源に連結している第１の減速機構と、車輪側に連結している第２の減速機構と、第２の減速機構に第１の減速機構を両端に等速ジョイントを介して連結しているドライブシャフトと、を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、駆動源は、電動機であり、電動機は第１の減速機構に対して車両の前方又は後方へオフセットされて、電動機の電動機ハウジングが車体に取付けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、電動機に供給する電気の燃料となる燃料ガスを貯蔵している燃料タンクが、第１の減速機構に対して、電動機を車両の前方又は後方へオフセットして形成した第１の減速機構の車幅方向の内側間に配置され、且つ、車両の側面視で、第１の減速機構の少なくとも一部に重なるように配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、燃料タンク及び電動機が車体のサブフレームに支持され、サブフレームの左・右フレームに第１の減速機構を挿通させる孔部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、パワーユニットは、車輪の駆動力を発生する駆動源と、駆動源に連結している第１の減速機構と、車輪側に連結している第２の減速機構と、第２の減速機構に第１の減速機構を両端に等速ジョイントを介して連結しているドライブシャフトと、を備えているので、減速する機構を第１の減速機構と第２の減速機構とに振り分けることができ、目標とする減速比を得るために必要な減速機構の構成を全て車体側に配置するよりも、パワーユニットの車体取付け部（ブラケット）のレイアウト性を向上させることができるという利点がある。

また、それに伴い、パワーユニットのレイアウトと燃料（水素）を貯蔵する燃料タンクなど他の車載部品とのレイアウトが干渉するのを抑制することができるという利点がある。

請求項２に係る発明では、駆動源は、電動機であり、電動機は第１の減速機構に対して車両の前方又は後方へオフセットされて、電動機の電動機ハウジングが車体に取付けられているので、オフセットさせたことで形成された空間に、電気の燃料である水素を貯蔵する燃料タンクなど重量の重い車載物を配置することができ、車体の重心を下げることができる。従って、走行安定性を向上させることができる。

請求項３に係る発明では、電動機に供給する電気の燃料となる燃料ガスを貯蔵している燃料タンクが、第１の減速機構に対して、電動機を車両の前方又は後方へオフセットして形成した第１の減速機構の車幅方向の内側間に配置され、且つ、車両の側面視で、第１の減速機構の少なくとも一部に重なるように配置されているので、電動機を前方又は後方へオフセットすることで設けられた第１の減速機構間の空間に燃料タンクを配置することができる。その結果、車両のリヤボデーに追突などの荷重が加わった場合、燃料タンク前方の電動機ハウジングが変形や下方へ変位することで、衝撃を吸収し、燃料タンクの変形を抑制することができる。

請求項４に係る発明では、燃料タンク及び電動機が車体のサブフレームに支持され、サブフレームの左・右フレームに第１の減速機構を挿通させる孔部が形成されているので、第１の減速機構をより外方へオフセットさせつつ、燃料タンクを支持するサブフレームと第１の減速機構とがレイアウト上、干渉するのを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）及びそれを採用した車両の側面図である。

車両用パワーユニット１１は、燃料電池車１２のパワーユニットであり、車体１３の後部１４に配置された燃料タンク１６に燃料ガスであるところ水素が充填されている。また、水素を反応させる燃料電池１７と、バッテリ２１と、車体１３の後部１４に設けた駆動源（電動機）２２と、減速装置２４と、を備えている。具体的には後述する。

燃料電池車（車両）１２は、車室３１と、前席３２と、後席３３と、前車輪３４と、電動機２２で駆動する後車輪３５と、これらの車輪３４，３５やパワーユニット１１を支持している車体１３と、を有している。
車体１３は、車室３１の床をなすアンダボデー３７と、アンダボデー３７の左右のリヤサイドフレーム３８と、リヤサイドフレーム３８に下方から取付けられているサブフレーム４１と、リヤボデー４２と、を有する。サブフレーム４１にパワーユニット１１が搭載されている。

パワーユニット１１は、燃料ガス（水素）と酸素の反応で得た電気で車両１２を走行させるが、燃料ガス（水素）を反応させる燃料電池１７やバッテリ２１など既存の構成については説明を省略する。

図２は、本発明の車両用パワーユニットの斜視図である。
図３は、本発明の車両用パワーユニットの平面図である。図１を併用して説明する。
パワーユニット１１はまた、燃料タンク１６の配置位置に対して車体１３の前方（矢印ａ１の方向）で且つ、後席３３との間に電動機２２が配置され、電動機２２と後車輪３５の間に減速装置２４が配置され、車両１２の車幅方向の中心軸線Ｃを基準にほぼ対称である。

燃料タンク１６は、既存の構成で、高圧用のタンクであり、シェル部４４が所定の外径で形成され、シェル部４４の両端にヘッド部４５が連なり、側面視（図１、図９の視点）で、ヘッド部４５が減速装置２４の第１の減速機構４６の少なくとも一部であるところの減速機構後部４７に重なるように配置されて、タンクバンド１６ａで固定されている。

タンクバンド１６ａは、シェル部４４を締めて支持しているとともに、電動機２２の上方に電動機２２から離して、横（サブフレーム４１の前フレーム９１にほぼ平行）に渡したパイプ１６ｂにバンド用前ブラケット１６ｃで締結され、サブフレーム４１の後フレーム９４にバンド用後ブラケット１６ｄで締結されている。

図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の車両用パワーユニットが備える電動機及び減速機構の平面図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図３を併用して説明する。
パワーユニット１１は、具体的には、電動機２２と、減速装置２４を備え、電動機２２のうち、車両１２の左側に配置した第１モータ５１に第１の減速機構４６を連結し、第１の減速機構４６に第２の減速機構５２をドライブシャフト５３を介して連結している。同様に、電動機２２のうち、車両１２の右側に配置した第２モータ５５に第１の減速機構４６を連結し、第１の減速機構４６に第２の減速機構５２をドライブシャフト５３を介して連結している。

減速装置２４は、第１の減速機構４６と第２の減速機構５２に分割したものである。具体的には、第１の減速機構４６をサブフレーム４１の内方に配置し、第２の減速機構５２をサブフレーム４１の外方に配置して車輪に内蔵しているもので、平面視で、中心軸線Ｃｇを基準に左右対称である。

ドライブシャフト５３は、左右同じものであり、ねじれが均等になる。また、両端５７には、等速ジョイント５８を用いている。

電動機２２は、前述した左側の第１モータ５１の第１出力回転軸６１と右側の第２モータ５５の第２出力回転軸６２との間で、つまり中央に配置したデフ機構６４で連結している。そして、第１モータ５１の第１ロータ６５と第２モータ５５の第２ロータ６６は、デフ機構６４のデフギヤケース６８に締結されいる。

デフ機構６４は、既存の機構で、平面視で、中心（中心軸線Ｃｇ）が車両１２の中心軸線Ｃに一致している。

第１の減速機構４６は、車両１２の後方（矢印ａ２の方向）へ向いている減速機構後部４７が、燃料タンク１６の下方、詳しくはヘッド部４５の下方に位置して、平面視で、燃料タンク１６に重なるように（図３、図９参照）配置されている。そして、第１モータ５１の第１出力回転軸６１に嵌合した第１小径歯車７１に第２大径歯車７２を噛み合わせたもので、第２大径歯出力軸７３から等速ジョイント５８を介してドライブシャフト５３に力を伝えるとともに第２の減速機構５２に伝える。７５は軸受け、７７は内側である。

第２の減速機構５２は、ドライブシャフト５３に等速ジョイント５８を介して第３小径歯車入力軸８１が連結し、第３小径歯車入力軸８１に設けた第３小径歯車８２に第４大径歯車８３を噛み合わせ、第４大径歯車８３にハブ８５が形成されている。そして、第２の減速機構ケース８６が後懸架装置（図に示していない）に取付けられている。
ハブ８５には、後車輪３５が締結されている。

図５は、本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）の左前方から見た詳細斜視図である。
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の車両用パワーユニットの右後方から見た詳細斜視図であり、（ｂ）はサブフレームに組み付ける前の状態を示している。
図７は、本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）の下方から見た詳細斜視図である。図３を併用して説明する。

サブフレーム４１は、車両１２の前方（矢印ａ１の方向）へ向け配置された前フレーム９１と、前フレーム９１に連なる左フレーム９２、右フレーム９３、後フレーム９４と、を備え、角部９５がリヤサイドフレーム３８に締結され、内方に且つ前フレーム９１に平行に電動機２２が取付けられている。

電動機２２は、具体的には、サブフレーム４１の前フレーム９１の前内壁部９７に沿って配置され、前フレーム９１の下壁部９８に電動機ハウジング１０１の電動機ブラケット１０２が電動機用ボルト１０３で締結されている。電動機ブラケット１０２は、平面視（図４参照）で、中心軸線Ｃｇに位置する中央に設けられている。その結果、電動機２２の重心Ｇの近傍を支持することができる。
なお、電動機ハウジング１０１にはデフギヤケース６８が含まれていて、デフギヤケース６８に電動機ブラケット１０２が設けられている。

第１の減速機構４６は、それぞれサブフレーム４１の左フレーム９２の左内壁部１０５、右フレーム９３の右内壁部１０６に、第１の減速機構ケース１０７の減速機構後部４７に設けた減速機構ブラケット１０８を減速機構用ボルト１１１で締結している。
第１の減速機構ケース１０７の減速機構後部４７は、電動機２２とは反対方向（矢印ａ２の方向）に位置する部位であり、電動機２２とは反対方向（矢印ａ２の方向）に減速機構ブラケット１０８が形成されて、取付けられている。その結果、広いスパン（電動機ブラケット１０２から減速機構ブラケット１０８までの距離）で全体を支持することになり、第１の減速機構４６の変位量を小さくすることができる。

第２の減速機構５２は、具体的には、第１の減速機構４６とは分割して、サブフレーム４１の外方に配置されている。
第２の減速機構５２の第３小径歯車８２及び第１の減速機構４６の出力凸部１１３（図８参照）はともに、側面視で（図１参照）、電動機２２の回転中心（出力回転軸６２）より下方に配置され、且つ、後車輪３５の回転中心（ハブ８５の中心）より下方に配置されている。その結果、左の第１の減速機構４６から右の第１の減速機構４６までの間の第１の減速機構４６の上方の空き領域をより広くすることができる。従って、レイアウト性を向上させることができるとともに、車体１３の重心を下げることができる。

ドライブシャフト５３は、サブフレーム４１の左フレーム９２に設けた孔部１１６、右フレーム９３に設けた孔部１１６に接触しない自由状態で、孔部１１６を貫通して第２の減速機構５２に達している。

図８は、図６（ａ）の８−８線断面図（第１実施の形態）である。
図９は、図６（ａ）の９−９線断面図であり、車両の右側側面から見た図である。図７を併用して説明する。

孔部１１６は、右フレーム９３に第１の減速機構４６の出力凸部１１３より大きく、出力凸部１１３を挿通させるように開けた孔１１７と、孔１１７に連なり右フレーム９３の下壁部９８を分断してドライブシャフト５３を下方から通し可能に形成した切り欠き部１１８と、切り欠き部１１８に嵌めることで分断している下壁部９８を一体的に繋げる接続部材１２１と、からなる。
孔部１１６は左フレーム９２にも右フレーム９３と同様に設けられている。

ここで、組み付け要領を簡単に説明する。
まず、図６（ｂ）に示したように、電動機２２に減速装置２４を組み付けて小ユニットを完成させる。引き続き、小ユニットをサブフレーム４１に組み付ける。その際、切り欠き部１１８からドライブシャフト５３を孔１１７に入れた後、切り欠き部１１８に接続部材１２１を取付ける。

次に、本発明の車両用パワーユニットの作用を説明する。
このように図３及び図９に示した車両用パワーユニット１１は、減速装置２４の第１の減速機構４６に対して電動機２２を車両１２の前方へ距離Ｅ１だけオフセット（矢印ａ１の方向）させることで、形成された空きスペース１２３に水素用の燃料タンク１６を配置することができるとともに、減速装置２４を第１の減速機構４６と第２の減速機構５２とに分割し、第１の減速機構４６を外方へ所定距離Ｅ２だけオフセット（矢印ａ３の方向）させることで、車幅方向のスペースを確保することができるので、燃料タンク１６のレイアウト性を向上させることができる。
なお、所定距離Ｅ２は、第２の減速機構５２を配置するのに必要となる範囲である。

また、目標とする減速比を得るために必要な減速機構の構成を全て車体１３側に配置するよりも、パワーユニット１１の車体取付け部（ブラケット）のレイアウト性を向上させることができる。従って、パワーユニット１１のレイアウトと水素用の燃料タンク１６など他の車載部品とのレイアウトが干渉するのを抑制することができる。

パワーユニット１１は、第１の減速機構４６に対して電動機ハウジング１０１を車両１２の前方へ距離Ｅ１だけオフセットさせることで、形成された空間（空きスペース１２３）に燃料タンク１６など重量の重い車載物を配置することができ、車体１３の重心を下げることができるため、走行安定性を向上させることができる。

図９に示した車両用パワーユニット１１は、前述の電動機ハウジング１０１を前方へオフセットさせることで、形成された空間に燃料タンク１６を配置すると、例えば、車両１２の後方からの追突などでリヤボデー４２に荷重が加わる（矢印ａ４の方向（図１も参照））場合に、燃料タンク１６で押される電動機ハウジング１０１が変形や下方へ変位することで、衝撃を吸収し、燃料タンク１６の変形を抑制することができる。

さらに、図７、図８に示した車両用パワーユニット１１では、サブフレーム４１に第１の減速機構４６の出力凸部１１３を挿通させる孔部１１６を設けたので、第１の減速機構４６をより外方へオフセットさせつつ、燃料タンク１６を支持するサブフレーム４１と第１の減速機構４６とがレイアウト上、干渉するのを防止することができる。

その上、図３、図４に示しているデフ機構６４は、平面視で、中心（中心軸線Ｃｇ）が車両１２の中心軸線Ｃに一致していることで、電動機２２の重心Ｇの近傍を支持することができ、且つ、第１の減速機構ケース１０７の減速機構後部４７は、電動機２２とは反対方向（矢印ａ２の方向）に減速機構ブラケット１０８が形成されて支持されていることで、広いスパンで全体を支持することになり、第１の減速機構４６の出力凸部１１３（第２大径歯出力軸７３）の変位量を小さくすることができる。従って、サブフレーム４１に設けた孔部１１６を小さくすることができる。

なお、図１では、駆動源（電動機）２２を燃料タンク１６の前方に配置する実施の形態を示しているが、燃料タンク１６の後方においても（駆動源（電動機）２２を燃料タンク１６の後方に配置した場合でも）同様の効果を発揮することができる。

次に、別の実施の形態を説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、第２実施の形態を説明する図であり、（ａ）は図８に対応する図面、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図である。上記図１〜図８に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。

第２実施の形態の車両用パワーユニット１１Ｂは、サブフレーム４１に孔部１１６Ｂを形成していることを特徴とする。
孔部１１６Ｂは、右フレーム９３に形成した切り欠き凹部１３１と、切り欠き凹部１３１に嵌合した軸受け接続部材１３２と、軸受け接続部材１３２の孔１１７Ｂに嵌めたブッシュ部材１３３と、からなり、軸受用ボルト１３４で右フレーム９３に一体的に締結されている。

ブッシュ部材１３３は、第１の減速機構４６の出力凸部１１３の外径部に嵌って、出力凸部１１３を回転自在に受けている。
孔部１１６Ｂは左フレーム９２にも右フレーム９３と同様に設けられている。

このような第２実施の形態の車両用パワーユニット１１Ｂは、第１実施の形態の車両用パワーユニット１１と同様の作用、効果を発揮する。つまり、燃料タンク１６を支持するサブフレーム４１と第１の減速機構４６とがレイアウト上、干渉するのを防止することができる。

また、第２実施の形態の車両用パワーユニット１１Ｂでは、第１の減速機構４６の出力凸部１１３をサブフレーム４１に一体的に支持することができるとともに、サブフレーム４１の外側１３６の近傍で支持することができる。すなわち、第１の減速機構４６の出力凸部１１３がサブフレーム４１に回転自在に支持され且つ、出力凸部１１３の支持位置から電動機２２の重心Ｇ近傍の電動機ブラケット１０２の位置までのスパンが広くなり、第１の減速機構４６の出力凸部１１３（第２大径歯出力軸７３）の変位量をより小さくすることができる。

本発明の車両用パワーユニットは、サブフレームに燃料タンクを搭載した車両に好適である。

本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）及びそれを採用した車両の側面図である。 本発明の車両用パワーユニットの斜視図である。 本発明の車両用パワーユニットの平面図である。 本発明の車両用パワーユニットが備える電動機及び減速機構の平面図である。 本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）の左前方から見た詳細斜視図である。 本発明の車両用パワーユニットの右後方から見た詳細斜視図である。 本発明の車両用パワーユニット（第１実施の形態）の下方から見た詳細斜視図である。 図６（ａ）の８−８線断面図（第１実施の形態）である。 図６（ａ）の９−９線断面図であり、車両の右側側面から見た図である。 第２実施の形態を説明する図である。

符号の説明

１１…車両用パワーユニット、１２…車両、１３…車体、１６…燃料タンク、２２…駆動源、電動機、３４…前車輪、３５…後車輪、４１…サブフレーム、４６…第１の減速機構、４７…第１の減速機構の少なくとも一部（減速機構後部）、５２…第２の減速機構、５３…ドライブシャフト、５７…両端、５８…等速ジョイント、７７…第１の減速機構の車幅方向の内側、９２…左フレーム、９３…右フレーム、１０１…電動機ハウジング、１１６…孔部。

Claims (4)

1. 車体に取付けられ、前車輪及び後車輪の少なくとも一方の車輪を駆動する車両用パワーユニットであって、
   前記パワーユニットは、前記車輪の駆動力を発生する駆動源と、該駆動源に連結している第１の減速機構と、前記車輪側に連結している第２の減速機構と、該第２の減速機構に前記第１の減速機構を両端に等速ジョイントを介して連結しているドライブシャフトと、を備えていることを特徴とする車両用パワーユニット。
2. 前記駆動源は、電動機であり、該電動機は前記第１の減速機構に対して前記車両の前方又は後方へオフセットされて、電動機の電動機ハウジングが前記車体に取付けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用パワーユニット。
3. 前記電動機に供給する電気の燃料となる燃料ガスを貯蔵している燃料タンクが、前記第１の減速機構に対して、前記電動機を車両の前方又は後方へオフセットして形成した前記第１の減速機構の車幅方向の内側間に配置され、且つ、車両の側面視で、前記第１の減速機構の少なくとも一部に重なるように配置されていることを特徴とする請求項２記載の車両用パワーユニット。
4. 前記燃料タンク及び前記電動機が前記車体のサブフレームに支持され、該サブフレームの左・右フレームに前記第１の減速機構を挿通させる孔部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用パワーユニット。

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