JP2017047698A - 電気自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】前輪が駆動輪である電気自動車において、前輪に十分なトラクションが掛かって優れた走行性能を提供する。
【解決手段】車体52前方に、前輪51を駆動する2モータ電動駆動装置Aを固定するサブフレーム56を有し、このサブフレーム56に固定された2モータ電動駆動装置Aは、2基の電動機1L、1Rと、2基の減速機2L、2Rとを有し、2基の減速機2L、2Rは一体でハウジング20に納められ、2基の減速機2L、2Rは2基の電動機1L、1Rに挟まれて一体となったものであり、2モータ電動駆動装置Aの下部は車体52の下面とほぼ同じ高さとなるように、サブフレーム56に固定され、2基の電動機1L、1Rを駆動する電力を供給する電気貯蔵部54を、前輪51の車軸と後輪55の車軸の間の空間に配置し、インバータユニット57を電動駆動装置Aの近傍に配置した。
【選択図】図1
【解決手段】車体52前方に、前輪51を駆動する2モータ電動駆動装置Aを固定するサブフレーム56を有し、このサブフレーム56に固定された2モータ電動駆動装置Aは、2基の電動機1L、1Rと、2基の減速機2L、2Rとを有し、2基の減速機2L、2Rは一体でハウジング20に納められ、2基の減速機2L、2Rは2基の電動機1L、1Rに挟まれて一体となったものであり、2モータ電動駆動装置Aの下部は車体52の下面とほぼ同じ高さとなるように、サブフレーム56に固定され、2基の電動機1L、1Rを駆動する電力を供給する電気貯蔵部54を、前輪51の車軸と後輪55の車軸の間の空間に配置し、インバータユニット57を電動駆動装置Aの近傍に配置した。
【選択図】図1
Description
この発明は、4つの車輪のうち、少なくとも前輪の左右輪を駆動輪とする電気自動車に関するものである。
自動車の駆動方式には、前輪駆動方式、後輪駆動方式、4輪駆動方式がある。車体前方に駆動装置を搭載する場合、前輪駆動方式は、車体後方へ駆動力を伝達するプロペラシャフトが不要なため、車両重量が軽減でき、車室の拡大が容易なため、電気自動車に適用されることが多い。
ところで、電気自動車の駆動装置として、左右の駆動輪をそれぞれ独立して駆動させる2基の電動機を備える2モータ電動駆動装置が、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示されている。
このうち特許文献1は、後輪駆動方式の電気自動車に2モータ電動駆動装置を適用する場合におけるバッテリ、インバータ等の配置について開示している。
特許文献2及び特許文献3の電気自動車については、前輪駆動方式か後輪駆動方式か不明である。
ところで、2モータ電動駆動装置は、左右輪を独立して駆動することができるので、旋回性能が向上する等、車両の走行性能が向上する利点がある。ここで、旋回性能向上とは、旋回時において旋回外側車輪に旋回内側車輪より多くの駆動力を発生させて、より車両が曲がりやすくすることである。また、他の走行性能向上として、片輪が乾燥した高摩擦路面、もう片輪が圧雪路などの低摩擦路面である場合における発進において、車輪がスリップしにくい高摩擦路面側に多くの駆動力を与えることにより、短時間での発進が可能になるという利点がある。
2モータ電動駆動装置の駆動力を十分に発揮させるためには、タイヤと地面との摩擦力が重要となる。即ち、駆動力が摩擦力を上回るとスリップ(空転)するトラクションが掛からない状態となるため、逆に走行性能(旋回性能等)は悪化してしまう。駆動力だけでなく、旋回時にタイヤに発生する車体の向きを変えようとする力も、摩擦力を上回るとスリップしてしまい、車体の向きが変わりにくくなる。
タイヤと地面との摩擦力は、駆動輪に掛かる荷重と路面状態に依存する。
したがって、車両自体の質量を増加させれば、駆動輪に掛かる荷重が増加し、摩擦力は大きくなる。しかしながら、車両重量の重い車両は、旋回の際の遠心力が大きいため、旋回性能が低下すると共に、走行に、より多くのエネルギーを必要とする。
前輪駆動方式の電気自動車においては、旋回時に、外側の車輪に十分な駆動力を伝達でき、また、急発進時や上り坂における走行時など車両後方に重心が移動する状態や雨天時等路面が滑りやすい状態でも前輪に十分な駆動力を伝達できるようにすること、即ち、前輪にトラクションが掛かるようにすることが望ましい。
そこで、この発明は、少なくとも前輪が駆動輪である電気自動車において、前輪に十分なトラクションが掛かって優れた走行性能が得られ、しかも室内空間を狭めないように各構成機器をレイアウトしようとするものである。
この発明に係る電気自動車は、車体前方に、前輪を駆動する2モータ電動駆動装置を固定するサブフレームを有し、このサブフレームに固定された2モータ電動駆動装置は、車体横方向に同軸に並ぶ2基の電動機と、2基の電動機の回転をそれぞれ受け取り減速する2基の減速機とを有し、2基の減速機は一体でハウジングに納められ、2基の減速機は2基の電動機に挟まれて一体となり、2基の電動機の回転軸は、減速機へ向けて電動機から車体内向きに出ており、2基の減速機の減速機構はそれぞれ左右で独立しており、減速機で減速された2モータ電動駆動装置の2本の出力軸は車体横方向に同軸に並び、その2本の出力軸が、それぞれドライブシャフトを介し前輪の左右の車輪をそれぞれ駆動するものであり、2モータ電動駆動装置の下部は車体の下面とほぼ同じ高さとなるように、サブフレームに固定され、2基の電動機のうち、少なくとも1基が駆動モータとして動作するときは、電動機に電力を供給し、少なくとも1基が発電機として動作するときは、発電機で生み出された電力で充電される電気貯蔵部を、前輪車軸と後輪車軸の間の空間で、前輪を駆動する2モータ電動駆動装置より車両後方に搭載し、駆動モータとして電動機を駆動する際に電気貯蔵部からの直流電力を三相交流電力に変換し、発電機として電動機で生み出された三相交流電力を電気貯蔵部に充電するため直流電力に変換するインバータユニットを2モータ電動駆動装置の近傍に配置したことを特徴とする。
前記電気貯蔵部は、その下面が2モータ電動駆動装置の下部とほぼ同じ高さに、車体の下部に搭載される。
前記2モータ電動駆動装置の左右それぞれの電動機と出力軸の間は、減速機でつながり、出力軸が減速機の一部であり、電動機と減速機は一体となるハウジングに納められ、そのハウジングから出力軸が出ており、減速機は、複数の歯車軸を有する。
前記2モータ電動駆動装置は、車両の左右方向中央に搭載され、出力軸に連結され左右の車輪にそれぞれ駆動力を伝達するドライブシャフトを、左右同じ長さにしている。
前記電動機の回転軸を、駆動装置の出力軸と同じ高さか、出力軸より低くしている。
前輪を駆動する2モータ電動駆動装置の2基の電動機を、左右の前輪の車軸よりも車体前方に配置し、操舵装置のステアリングボックスを2モータ電動駆動装置の後方に配置する。
2モータ電動駆動装置の2基の電動機を収納する電動機ハウジングの内部に冷却水路を設け、この冷却水路の冷却水を冷却するラジエターを車体前方に搭載する。
前記ラジエターを上下又は左右の2系統に分離し、2系統のうちの一方を2基の電動機のうちの一方の電動機の冷却水路に接続し、他方を、2基の電動機のうちの他方の電動機の冷却水路に接続するようにしてもよい。
前記冷却水路の途中にインバータユニット等の別機器を配置して別機器を冷却してもよい。
以上のように、この発明の電気自動車は、小型車で一般的な前輪駆動のレイアウトであり、エンジン車の懸架設計等の資産を利用できる。
車体前方に前輪を駆動する2モータ電動駆動装置を搭載し、電気貯蔵部を前輪車軸と後輪車軸の間の空間に搭載することにより、室内空間を狭めることなく、前輪に十分なトラクションを掛けることができ、優れた走行性能を得ることができる。
また、2モータ電動駆動装置と電気貯蔵部を低い位置に配置することにより、電気自動車が低重心となり安定する。
また、2モータ電動駆動装置は、左右対称であるため、左右の重量バランスも良く、左右独立駆動で走行性能が向上する。
2モータ電動駆動装置を車体前方のサブフレームに配置するので、組立て性が向上し、静粛性も高い。
2モータ電動駆動装置の電動機を水冷することにより温度上昇を抑えることができ、搭載する電気貯蔵部の容量を活用して長時間走行が可能になる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明に係る電気自動車は、2モータ電動駆動装置Aにより少なくとも前輪51を駆動する前輪駆動車又は4輪駆動車であり、図1〜4に示す実施形態は前輪駆動車を示している。
この発明に係る電気自動車は、2モータ電動駆動装置Aにより少なくとも前輪51を駆動する前輪駆動車又は4輪駆動車であり、図1〜4に示す実施形態は前輪駆動車を示している。
前輪51を駆動する2モータ電動駆動装置Aは、図2及び図13に示すように、車体横方向に同軸に並ぶ2基の電動機1L、1Rと、2基の電動機1L、1Rの回転をそれぞれ受け取り減速する2基の減速機2L、2Rとを有し、2基の減速機2L、2Rは一体で減速機ハウジング20に納められ、2基の減速機2L、2Rは2基の電動機1L、1Rに挟まれて一体となっている。
2モータ電動駆動装置Aの2基の電動機1L、1Rのモータ軸12aは、減速機2L、2Rへ向けて電動機1L、1Rから車体52の内向きに出ている。2基の減速機2L、2Rの減速機構はそれぞれ左右で独立しており、減速機2L、2Rで減速された2モータ電動駆動装置Aの2本の出力軸25は車体52の横方向に同軸に並び、その2本の出力軸25が、ドライブシャフト15を介して左右の前輪51をそれぞれ駆動している。
ドライブシャフト15は、2個の等速ジョイント16a、16bと1本の中間シャフト16cの組み合わせからなる。内側の等速ジョイント16aは、出力軸25に接続され、外側の等速ジョイント16bは、図3に示すように、前輪51のハブベアリング60に接続されている。ハブベアリング60は、外側の等速ジョイント16bの外輪ステム16dの外周側に設けられる内輪部材60aと、外輪部材60bと、内輪部材60aと外輪部材60bの間に設けられる複列の転動体60cとからなり、外輪部材60bの外周にステアリングナックル64が固定され、内輪部材60aの内周にハブ62が固定されている。等速ジョイント16bの外輪ステム16dは、アクスルナット63によってハブベアリング60およびハブ62に固定されている。ホイール67はハブボルト(図示しない)によってブレーキディスク61を挟み込みながらハブ62に固定される。
ステアリングナックル64は、図2及び図3に示すように、タイロッド65を介して前輪51を操舵するステアリングギアボックス66に接続されている。
ステアリングギアボックス66は、2モータ電動駆動装置Aの後方に設置されている。
2モータ電動駆動装置Aは、図2及び図13に示すように、2基の電動機1L、1Rで2基の減速機2L、2Rを挟んだT字型の左右対称形状をしている。
この発明に係る電気自動車は、図2に示すように、T字型をした左右対称の形状の2モータ電動駆動装置Aを車両の中心軸上に搭載している。図2に示すように、T字型をした左右対称の形状の2モータ電動駆動装置Aを車両の中心軸上に搭載することにより、駆動力を伝達するドライブシャフト15が左右等長となり、トルクステアが生じない。左右のドライブシャフトの長さが異なると、発進時など大きなトルクが掛かった際にドライブシャフトのねじれ方が異なり、ハンドルを取られるなどの事象が生じやすい。また、ドライブシャフト15が左右等長であると同じ物が使用できるため、左右のドライブシャフトの長さが異なる場合の左右の作り分けが無くなり、管理コストが減る等のコスト面の利点もある。
この発明に適用する2モータ電動駆動装置Aは、出力軸25を狭い幅に配置できるため、ドライブシャフト15を長くすることができるので、ドライブシャフト15と等速ジョイント16a、16bの常用角やサスペンションがストロークした際における屈曲角等の設計上の制限を小さくすることができる。
また、この発明に係る2モータ電動駆動装置Aは、左右対称であるので、車両に搭載した際における車両の左右の重量バランスが良く、左ハンドルと右ハンドルで鏡面対象とはなるが、ステアリングナックル64、タイロッド65、ステアリングギアボックス66によって構成される操舵装置53の配置もしやすい等の利点がある。
電気貯蔵部54は、主にバッテリ、あるいはキャパシタ等によって構成される。この電気貯蔵部54は、2基の電動機1L、1Rのうち、少なくとも1基が駆動モータとして動作するときは、電動機1L、1Rに電力を供給し、2基の電動機1L、1Rのうち、少なくとも1基が発電機として動作するときは、発電機で生み出された電力により充電される。
電気貯蔵部54は、図1及び図2に示すように、電気自動車の前輪51の車軸と後輪55の車軸の間の空間で、前輪51を駆動する2モータ電動駆動装置Aより車両後方に搭載している。
電気自動車のバッテリとしての電気貯蔵部54は、走行距離に応じた容量が搭載されるが、小型車の場合でも300kg近くある重量物である。この重量物である電気貯蔵部54を前後車軸間(ホイールベース間)の外側のオーバーハング部(車両の前方部)に搭載すると、ハンドリングへの影響が大きくなり、旋回性能に支障がでる。このため、車両の重心を低く抑え、旋回性能への支障を小さくするために、重量物である電気貯蔵部54は、図1及び図2に示すように、前後車軸間(ホイールベース間)の車体下部に搭載するのが一般的である。また、オーバーハング部に電気貯蔵部54を配置すると、衝突事故により電気貯蔵部54であるバッテリが破損して感電する等の問題が生じるおそれがあるため、電気貯蔵部54は、衝突の際に破損し難い、ホイールベース間の車内空間に置かれている。
一方、駆動輪であり操舵輪でもある前輪51の地面との摩擦力を確保するためには、前輪51にかかる荷重を大きくなるように設計する必要がある。ところが、前記のように重量のある電気貯蔵部54をホイールベース間に搭載すると、前輪51と後輪55にほぼ同様に荷重が分配されるため、相対的に前輪51への荷重比率が小さくなりやすい。そうすると、急発進時や上り坂など車両後方に重心が移動する状態になったり、雨天時等路面が滑りやすい状態になったりすると、駆動輪・操舵輪である前輪51の駆動力が空転により伝達し難くなり、操舵が効き難くなる。
通常、運転者は、足を下げて座る傾向にあるので、運転席のペダルと座席との高さ関係を保持するために、ホイールベース間に配置される電気貯蔵部54は、前席の足元に配置しないで、ホイールベース間の後方に配置する傾向にあり、電気貯蔵部54の荷重が後輪55に多くかかり気味となる。
このため、この発明では、駆動輪であり操舵輪でもある前輪51の地面との摩擦力を確保するために、前輪51にかかる荷重が大きくなるように、前輪51を駆動する2モータ電動駆動装置Aを構成する部材中でも重量物である電動機1L、1Rを、左右の前輪51の軸心を結んだ線より車両前方になるように配置するようにしている。
これにより、前輪51に電動機1L、1Rの荷重を効率よく負荷することができるので、前輪51の摩擦力を確保しやすくなり、駆動力と旋回性能の確保、および2基の電動機1L、1Rを備える2モータ電動駆動装置Aの特徴である左右独立駆動による走行性能の向上を図ることができる。
また、電動機1L、1Rを左右の前輪51の軸心の前方にすると、前席の足元、特に運転席のペダル空間に余裕ができるため、ペダル配置を設計する場合の制限が受け難くなる。逆に、電動機1L、1Rを前輪51の軸心の後方とすると、電動機1L、1Rが車室側となるため、ペダル配置を設計する場合に制限を受ける。
さらに、電動機1L、1Rを前輪51の軸心の前方に配置すると、電動機1L、1Rが車室から離れた位置になるため、前面から衝突した際に、2モータ電動駆動装置Aが押されて車室に突入してくる可能性が少なくなり、生存空間の確保がしやすくなる。
左右の前輪51を独立して駆動する2モータ電動駆動装置Aを車体52に搭載する場合には、図1に示すように、車体52に2モータ電動駆動装置Aを固定するサブフレーム56を設け、サブフレーム56を介して車体52に2モータ電動駆動装置Aを搭載する。
サブフレーム56と車体52との固定、並びにサブフレーム56と2モータ電動駆動装置Aとの固定には、それぞれ振動を吸収する効果のあるゴムブッシュ等を介して、ある程度の変位を許容した状態で固定することが好ましく、サブフレーム56に2モータ電動駆動装置Aを配置することにより、静粛性を高めることができる。
また、2モータ電動駆動装置Aを車体52に搭載する場合は、サブフレーム56に2モータ電動駆動装置A、懸架装置、操舵装置等を搭載したものを別途組立て、それらごと車体52に取り付けるようにすることにより、組立工程に柔軟性を持たすことが可能となる。
2モータ電動駆動装置Aは、その下部が車体の下面とほぼ同じ高さとなるように、サブフレーム56に固定されている。
2モータ電動駆動装置Aの電動機1L、1Rをモータとして駆動したり、発電機として回生する際の電力を制御するインバータユニット57は、電動機1L、1Rへの電力線での抵抗による損失を減らし、そのものの重量を減らすために、2モータ電動駆動装置Aの上部等、2モータ電動駆動装置Aの近傍に設置するのが好ましい。インバータユニット57は、電気貯蔵部54から直流電力を受け取り、内部で2系統の三相交流電力に変換し、左右の電動機1L、1Rに供給するものである。このインバータユニット57は、左右の電動機1L、1Rに対してそれぞれ1基ずつ設けてもよいが、それぞれへの直流電力供給ケーブル68が必要になり、部品点数が増える等の理由から1基とするのが好ましい。
図1及び図2の実施形態では、2モータ電動駆動装置Aの電動機1L、1Rを左右の前輪51の車軸の前方に配置してるので、前輪51を操舵する操舵装置53のステアリングギアボックス66は、電動機1L、1Rと逆側の前輪51の車軸より後方に配置している。かかる操舵装置53の配置は、一般的な前エンジンの前輪駆動車(FF車)と同様の配置である。
図1及び図2の実施形態は、2モータ電動駆動装置Aの電動機1L、1Rのモータ軸12aが左右の前輪51の車軸の前方に位置し、減速機2L、2Rの出力軸25が前輪51の車軸と同軸に並んで配置される横置きタイプである。この横置きタイプの2モータ電動駆動装置Aは、重量物である電動機1L、1Rを低い位置に設けることができるので、車両の低重心化が図れ、電動駆動装置を収納する空間の蓋であるボンネットの高さも低くすることができ、走行時の空気抵抗が減少したり車体デザインの自由度が増したりする利点がある。
図1及び図2の実施形態では、2モータ電動駆動装置Aの電動機1L、1Rのモータ軸12aが左右の前輪51の車軸よりも低位置に配置されている。
図1及び図2の実施形態のように、2モータ電動駆動装置Aを横置きタイプにした場合、2モータ電動駆動装置Aの設置高さを低くできるので、インバータユニット57を2モータ電動駆動装置Aの上部に設置することが可能になる。
一方、図4に示す実施形態は、減速機2L、2Rの出力軸25を左右の前輪51の車軸と同軸に並んで配置し、2モータ電動駆動装置Aの電動機1L、1Rのモータ軸12aを左右の前輪51の車軸の上方に配置させた縦置きタイプである。
図4に示す実施形態のように、2モータ電動駆動装置Aを縦置きにした場合、2モータ電動駆動装置Aの設置高さが高くなるので、インバータユニット57は、左右の前輪51の車軸の後方に配置する。
操舵・駆動輪である前輪51に掛かる荷重が小さいと、タイヤと路面間の摩擦力が小さくなり、駆動力が摩擦力を上回るとタイヤが空転する状態となる、即ち、前輪51にトラクションが掛からない状態になる。
図1及び図2の実施形態のように、2モータ電動駆動装置Aを横置きタイプにして、重量のある電動機1L、1Rを車両の前方に配置すると、前輪51にトラクションを掛けやすくなる。
ただし、前輪51の車軸からあまりに遠く離れた位置に荷重が掛かるようにすると、即ち、オーバーハング部に大きな質量があると、アンダーステアになって旋回時に曲がりにくくなるので、アンダーステアにならない適切な重量バランスすることが重要である。
オーバーハング部、即ち、車両前端から左右の前輪51の車軸までの長さが大きいと、アンダーステアになり旋回時に曲がりにくくなるが、図4に示す実施形態のように、2モータ電動駆動装置Aを縦置きにした場合、車両前端から左右の前輪51の車軸までの長さCを、2モータ電動駆動装置Aを横置きにした図1及び図2の実施形態における車両前端から左右の前輪51の車軸までの長さBよりも短くすることができるので、オーバーハング部を短くすることができる。
一方、図1に示す実施形態のように、2モータ電動駆動装置Aを横置きタイプにすると、低重心で前輪51にトラクションを掛けやすくなる。
2モータ電動駆動装置Aを車体内部に搭載すると、走行風が電動機1L、1Rに当たり難く、空冷による冷却が行われ難いので、空冷による冷却を補うために、電動機1L、1Rは、冷却水による冷却を行うようにしている。
2モータ電動駆動装置Aの2基の電動機1L、1Rは、電動機ハウジング3L、3Rの内部に冷却水路5を設け、冷却水により水冷するようにしている。
冷却水路5の冷却水は、車体に別途搭載したラジエター58で空気との熱交換により放熱して冷却している。
ラジエター58は、2モータ電動駆動装置Aよりも車体前方に搭載され、走行風を効率よく当てるため、進行方向に直角となるよう地面に対してほぼ垂直に搭載する。
2基の電動機1L、1Rの冷却水路5は、図5及び図6に示すように、1基の電動機1Lを冷却した後にラジエター58で放熱し、もう一方の電動機1Rを冷却した後にラジエター58で放熱する、冷却水路5が2基の電動機1L、1Rで連続する一系統の配管を有する直列方式でも、図7及び図8に示すように、2基のそれぞれの電動機1L、1Rに独立した冷却水路5の配管を設ける独立2系統の並行方式でもよい。
図5〜図8に示す実施形態は、いずれもラジエター58は1つであるが、内部が2系統に分離しており、一方の電動機1Lからの冷却水と他方の電動機1Rからの冷却水が、ラジエター58内の別々の系統(領域)で冷却される。
図5に示す実施形態は、ラジエター58を上下2系統に分離し、電動機1Lを冷却した後に、ラジエター58の上半分で放熱し、ラジエター58の上半分で放熱した冷却水をもう一方の電動機1Rに送り、電動機1Rを冷却した後に、ラジエター58の下半分に戻して放熱し、冷却した冷却水を電動機1Lに送って電動機1Lを冷却するということを連続して繰り返す直列方式の配管例である。
この図5に示す実施形態では、ラジエター58が上下2系統に分離していても、冷却水路5は直列に連続しているため、冷却水路5の冷却水を循環させるポンプ59aの流量が十分であれば、ポンプ59bを別途設ける必要はなく、ポンプ59aだけでよい。
図6に示す実施形態は、ラジエター58を左右2系統に分離し、1基の電動機1Lを冷却した後に、ラジエター58の右半分で放熱し、もう一方の電動機1Rを冷却した後に、ラジエター58の左半分で放熱するということを連続して繰り返す直列方式の別の配管例である。
この図6に示す実施形態の場合も、ラジエター58が左右2系統に分離していても、冷却水路5は直列に連続しているため、冷却水路5の冷却水を循環させるポンプ59aの流量が十分であれば、ポンプ59bを別途設ける必要はなく、ポンプ59aだけでよい。
図7に示す実施形態は、ラジエター58を上下2系統に分離し、上下2系統のラジエター58で、2基の電動機1L、1Rの冷却水路5をそれぞれ独立して冷却する独立2系統の並行方式の配管例である。
図8に示す実施形態は、ラジエター58を左右2系統に分離し、左右2系統のラジエター58で、2基の電動機1L、1Rの冷却水路5をそれぞれ独立して冷却する独立2系統の並行方式の配管例である。
電気自動車に搭載される機器において、水冷による冷却が必要なものとして、電気貯蔵部54から直流電力を受け取り、内部で2系統の三相交流電力に変換し、左右の電動機1L、1Rに供給するインバータユニット57や、電気貯蔵部54から直流電力を受け取り、内部で降圧し、走行補機や照明等に電力を供給するDC/DCコンバータ69等が挙げられる。図9〜図12に示す実施形態は、冷却水路5の途中にインバータユニット57等を配置して、インバータユニット57等を水冷する例である。
図9に示す実施形態は、ラジエター58を上下2系統に分離し、1基の電動機1Lを冷却した後に、ラジエター58の上半分で放熱し、もう一方の電動機1Rを冷却した後に、ラジエター58の下半分で放熱するということを連続して繰り返す直列方式の配管例である。ここで、インバータユニット57は1基であるが、その内部には、電動機1Lを駆動する部位57aと、電動機1Rを駆動する部位57bとがあり、インバータユニット57を冷却する冷却水路5は、部位57aを冷却する水路と、部位57bを冷却する水路に分かれている。電動機1Lを冷却する前に、インバータユニット57内の部位57aに冷却水を供給し、電動機1Rを冷却する前に部位57bに冷却水を供給し、許容温度が低いインバータユニット57を先に冷却した後に、電動機1L、1Rを冷却するようにしている。
図10に示す実施形態は、図9の実施形態と同様に、左右の2基の電動機1L、1Rに対して連続するように配管した直列方式であり、ラジエター58を左右2系統に分離した点と、冷却水路5の途中にインバータユニット57と共にDC/DCコンバータ69が配置された点が図9の実施形態と相違する。電動機1Lを冷却する前にインバータユニット57に冷却水を供給し、また、電動機1Rを冷却する前にDC/DCコンバータ69に冷却水を供給し、許容温度が低いインバータユニット57、あるいはDC/DCコンバータ69を先に冷却した後に、電動機1L、1Rを冷却するようにしている。
図11に示す実施形態は、ラジエター58を上下2系統に分離し、上下2系統のラジエター58で、2基の電動機1L、1Rの冷却水路5をそれぞれ独立して冷却する配管例であり、電動機1Lを独立して冷却する前にインバータユニット57に冷却水を供給し、また、電動機1Rを独立して冷却する前にDC/DCコンバータ69に冷却水を供給し、許容温度が低い機器を冷却した後に、電動機1L、1Rを冷却するように、冷却水路5を配管している。
図12に示す実施形態は、図11の実施形態と同様に、左右の2基の電動機1L、1Rに対して冷却水路5をそれぞれ独立して配管した例であり、ラジエター58を左右2系統に分離し、また、図9の実施形態と同様に、インバータユニット57に電動機1Lを駆動する部位57aと、電動機1Rを駆動する部位57bとがあり、部位57aと部位57bとが独立して冷却される点が図11の実施形態と相違する。図12に示す実施形態では、図示しないDC/DCコンバータは空冷とされ、冷却水路5は関係しない。
次に、2モータ電動駆動装置Aの詳細を図13及び図14に基づいて説明する。
2モータ電動駆動装置Aは、図13に示すように、2基の減速機2L、2Rを左右並列に収容する減速機ハウジング20を中央にし、その減速機ハウジング20の左右に2基の電動機1L、1Rの電動機ハウジング3L、3Rを固定配置したものである。
左右2基の電動機1L、1Rの電動機ハウジング3L、3Rには、図13に示すように、冷却液を循環させる冷却水路5が周方向に形成されている。
2モータ電動駆動装置Aにおける左右の電動機1L、1Rは、図13に示すように、電動機ハウジング3L、3R内に収容されている。
電動機ハウジング3L、3Rは、周方向に冷却水を流す冷却水路5を有する外側面が開口した円筒形の電動機ハウジング本体3aL、3aRと、この電動機ハウジング本体3aL、3aRの外側面を閉塞する外側壁3bL、3bRと、電動機ハウジング本体3aL、3aRの内側には減速機2L、2Rと隔てる内側壁3cL、3cRからなる。電動機ハウジング本体3aL、3aRの内側壁3cL、3cRには、モータ軸12aを引き出す開口部が設けられている。
電動機1L、1Rは、図13に示すように、電動機ハウジング本体3aL、3aRの内周面にステータ11を設け、このステータ11の内周に間隔をおいてロータ12を設けたラジアルギャップタイプのものを使用している。図示していないが、アキシャルギャップタイプの電動機を使用してもよい。
ロータ12は、モータ軸12aを中心部に有し、そのモータ軸12aは電動機ハウジング本体3aL、3aRの内側壁3cL、3cRの開口部からそれぞれ減速機2L、2R側に引き出されている。電動機ハウジング本体3aL、3aRの開口部とモータ軸12aとの間にはシール部材13が設けられている。
モータ軸12aは、電動機ハウジング本体3aL、3aRの内側壁3cL、3cRと外側壁3bL、3bRとに転がり軸受14a、14bによって回転自在に支持されている(図13)。
左右並列に設けられた2基の減速機2L、2Rを収容する減速機ハウジング20は、中央ハウジング20aとこの中央ハウジング20aの両側面に固定される左右の側面ハウジング20bL、20bRの3ピース構造になっている。左右の側面ハウジング20bL、20bRは、おおよそ左右対象形状に形成されている。
左右の側面ハウジング20bL、20bRは、中央ハウジング20aの両側面の開口部に、複数のボルト(図示省略)によって固定されている。
減速機ハウジング20の側面ハウジング20bL、20bRの車体外側向きの側面と電動機1L、1Rの電動機ハウジング本体3aL、3aRの内側壁3cL、3cRとを、複数のボルト29によって固定することにより、減速機ハウジング20の左右に2基の電動機1L、1Rが固定配置されている(図14)。
中央ハウジング20aには、図14に示すように、中央に仕切り壁21が設けられている。減速機ハウジング20は、この仕切り壁21によって左右に2分割され、2基の減速機2L、2Rを収容する独立した左右の収容室22L、22Rが並列に設られている。
減速機2L、2Rは、図13及び図14に示すように、左右対称形に設けられ、モータ軸12aから動力が伝達され入力歯車23aを有する入力軸23と、この入力歯車23aに噛み合う大径歯車24aと出力歯車25aに噛み合う小径歯車24bを有する中間軸24と、出力歯車25aを有し、減速機ハウジング20から引き出されてドライブシャフト15を介して駆動輪である前輪51に駆動力を伝達する出力軸25とを備える平行軸歯車減速機である(図14参照)。
平行軸歯車減速機を構成する歯車は、はすば歯車が静粛性の点で望ましい。
減速機2L、2Rの入力軸23の両端は、中央ハウジング20aの仕切り壁21の左右両面に形成したボス部27aと側面ハウジング20bL、20bRに形成したボス部27bに転がり軸受28a、28bを介して回転自在によって支持されている。
入力軸23の車体外側向きの端部は、側面ハウジング20bL、20bRに設けた開口部から外側に引き出されており、開口部と入力軸23の外側端部との間にはシール部材31を設け、減速機2L、2Rに封入された潤滑油の漏洩を防止している。
入力軸23は、中空構造であり、この中空の入力軸23にモータ軸12aが挿入されている。入力軸23とモータ軸12aとは、スプライン(セレーションも含む以下同じ)結合されている。
中間軸24は、外周面に入力歯車23aに噛み合う大径歯車24aと出力歯車25aに噛み合う小径歯車24bを有する段付き歯車である。この中間軸24の両端は、中央ハウジング20aの仕切り壁21の両面に形成したボス部32と側面ハウジング20bL、20bRに形成したボス部33とに転がり軸受34a、34bを介して支持されている。
出力軸25は、大径の出力歯車25aを有し、中央ハウジング20aの仕切り壁21の両面に形成したボス部35と側面ハウジング20bL、20bRに形成したボス部36に転がり軸受37a、37bによって支持されている。
出力軸25の車体外側向きの端部は、側面ハウジング20bL、20bRに形成した開口部から減速機ハウジング20の外側に引き出され、引き出された出力軸25の車体外側向きの端部の外周面に、ドライブシャフト15の内側の等速ジョイント16aが接続され、ドライブシャフト15の中間シャフト16c、外側の等速ジョイント16bを介して、駆動輪である前輪51に接続される(図2)。
出力軸25の車体外側向きの端部と側面ハウジング20bL、20bRに形成した開口部との間には、シール部材39を設け、減速機2L、2Rに充填された潤滑油の漏洩を防止している。
この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。
1L、1R :電動機
2L、2R :減速機
3L、3R :電動機ハウジング
3aL、3aR :電動機ハウジング本体
3bL、3bR :外側壁
3cL、3cR :内側壁
5 :冷却水路
11 :ステータ
12 :ロータ
12a :モータ軸
13 :シール部材
14a、14b :転がり軸受
15 :ドライブシャフト
16a、16b :等速ジョイント
16c :中間シャフト
16d :外輪ステム
20 :減速機ハウジング
20a :中央ハウジング
20bL、20bR :側面ハウジング
21 :仕切り壁
22L、22R :収容室
23 :入力軸
23a :入力歯車
24 :中間軸
24a :大径歯車
24b :小径歯車
25 :出力軸
25a :出力歯車
27a、27b :ボス部
28a、28b :転がり軸受
29 :ボルト
31 :シール部材
32、33 :ボス部
34a、34b :転がり軸受
35、36 :ボス部
37a、37b :転がり軸受
39 :シール部材
51 :前輪
52 :車体
53 :操舵装置
54 :電気貯蔵部
55 :後輪
56 :サブフレーム
57 :インバータユニット
57a、57b :部位
58 :ラジエター
59a、59b :ポンプ
60 :ハブベアリング
61 :ブレーキディスク
62 :ハブ
60a :内輪部材
60b :外輪部材
60c :転動体
62 :ステアリングナックル
63 :アクスルナット
64 :ステアリングナックル
65 :タイロッド
66 :ステアリングギアボックス
67 :ホイール
68 :直流電力供給ケーブル
69 :DC/DCコンバータ
A :電動駆動装置
2L、2R :減速機
3L、3R :電動機ハウジング
3aL、3aR :電動機ハウジング本体
3bL、3bR :外側壁
3cL、3cR :内側壁
5 :冷却水路
11 :ステータ
12 :ロータ
12a :モータ軸
13 :シール部材
14a、14b :転がり軸受
15 :ドライブシャフト
16a、16b :等速ジョイント
16c :中間シャフト
16d :外輪ステム
20 :減速機ハウジング
20a :中央ハウジング
20bL、20bR :側面ハウジング
21 :仕切り壁
22L、22R :収容室
23 :入力軸
23a :入力歯車
24 :中間軸
24a :大径歯車
24b :小径歯車
25 :出力軸
25a :出力歯車
27a、27b :ボス部
28a、28b :転がり軸受
29 :ボルト
31 :シール部材
32、33 :ボス部
34a、34b :転がり軸受
35、36 :ボス部
37a、37b :転がり軸受
39 :シール部材
51 :前輪
52 :車体
53 :操舵装置
54 :電気貯蔵部
55 :後輪
56 :サブフレーム
57 :インバータユニット
57a、57b :部位
58 :ラジエター
59a、59b :ポンプ
60 :ハブベアリング
61 :ブレーキディスク
62 :ハブ
60a :内輪部材
60b :外輪部材
60c :転動体
62 :ステアリングナックル
63 :アクスルナット
64 :ステアリングナックル
65 :タイロッド
66 :ステアリングギアボックス
67 :ホイール
68 :直流電力供給ケーブル
69 :DC/DCコンバータ
A :電動駆動装置
Claims (9)
- 少なくとも前輪を駆動する電気自動車であって、車体前方に前輪を駆動する2モータ電動駆動装置を固定するサブフレームを有し、このサブフレームに固定された2モータ電動駆動装置は、車体横方向に同軸に並ぶ2基の電動機と、2基の電動機の回転をそれぞれ受け取り減速する2基の減速機とを有し、2基の減速機は一体でハウジングに納められ、2基の減速機は2基の電動機に挟まれて一体となり、2基の電動機の回転軸は、減速機へ向けて電動機から車体内向きに出ており、2基の減速機の減速機構はそれぞれ左右で独立しており、減速機で減速された電動駆動装置の2本の出力軸は車体横方向に同軸に並び、その2本の出力軸が、それぞれドライブシャフトを介し、前輪の左右の車輪をそれぞれ駆動するものであり、2モータ電動駆動装置の下部は車体の下面とほぼ同じ高さとなるように、サブフレームに固定され、2基の電動機のうち、少なくとも1基が駆動モータとして動作するときは、電動機に電力を供給し、また、少なくとも1基が発電機として動作するときは、発電機で生み出された電力で充電される電気貯蔵部を、前輪車軸と後輪車軸の間の空間で、前輪を駆動する2モータ電動駆動装置より車両後方に搭載し、駆動モータとして電動機を駆動する際に電気貯蔵部からの直流電力を三相交流電力に変換し、発電機として電動機で生み出された三相交流電力を電気貯蔵部に充電するため直流電力に変換するインバータユニットを2モータ電動駆動装置の近傍に配置したことを特徴とする電気自動車。
- 前記電気貯蔵部は、その下面が2モータ電動駆動装置の下部とほぼ同じ高さに、車体の下部に搭載されている請求項1記載の電気自動車。
- 前記2モータ電動駆動装置の左右それぞれの電動機と出力軸の間は、減速機でつながり、出力軸が減速機の一部であり、電動機と減速機は一体となるハウジングに納められ、そのハウジングから出力軸が出ており、減速機は、複数の歯車軸を有する請求項1又は2記載の電気自動車。
- 前記2モータ電動駆動装置は、車両の左右方向中央に搭載され、出力軸に連結され左右の車輪にそれぞれ駆動力を伝達するドライブシャフトを、左右同じ長さにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電気自動車。
- 前記電動機の回転軸を、駆動装置の出力軸と同じ高さか、出力軸より低くしている請求項1〜4のいずれかに記載の電気自動車。
- 前輪を駆動する2モータ電動駆動装置の2基の電動機を、左右の前輪の車軸よりも車体前方に配置し、操舵装置のステアリングボックスを電動駆動装置の後方に配置したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電気自動車。
- 2モータ電動駆動装置の2基の電動機を収納する電動機ハウジングの内部に冷却水路を設け、この冷却水路の冷却水を冷却するラジエターを車体前方に搭載したことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電気自動車。
- 前記ラジエターを上下又は左右の2系統に分離し、2系統のうちの一方を2基の電動機のうちの一方の電動機の冷却水路に接続し、他方を、2基の電動機のうちの他方の電動機の冷却水路に接続することを特徴とする請求項7に記載の電気自動車。
- 前記冷却水路の途中にインバータユニット等の別機器を配置して別機器を冷却する請求項7又は8に記載の電気自動車。
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