JP2020092503A - 車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力制御装置の配置を改善させることができる車両用駆動装置を提供すること。【解決手段】互いに回転軸を平行とすると共に径方向に隣接するように配置された第１回転電機及び第２回転電機を内部に収容したケースと、第１回転電機及び第２回転電機に供給される電力を制御する電力制御装置と、を備えた車両用駆動装置であって、電力制御装置は、高さ方向の上下の２層構造であり、２層構造の上層に、パワーカード及び冷却器と、リアクトルとを配置し、２層構造の下層に、コンデンサを配置した。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用駆動装置に関する。

特許文献１には、互いに回転軸を平行とすると共に径方向に隣接するように配置された第１回転電機及び第２回転電機を内部に収容したケースに、第１回転電機及び第２回転電機に供給される電力を制御する電力制御装置であるＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が直接搭載された車両用駆動装置が開示されている。この車両用駆動装置では、回転電機に接続される回転電機接続端子を保持した状態で、ケースに設けられた開口部を覆うように固定される端子台と、パワーコントロールユニットの一部を構成するリアクトルとを備え、リアクトルがケースの内部側で端子台に固定されていると共に、回転電機接続端子に加えてリアクトルに接続されるリアクトル接続端子が、ケースの外部側に露出するように端子台に保持されている。

特開２０１２−０６５４３６号公報

しかしながら、従来の車両用駆動装置では、第１回転電機と第２回転電機との間に形成された凹状スペースが有効利用されておらず、ケースに搭載されたＰＣＵの高さ（搭載高さ）が高くなってしまうなど、ＰＣＵの配置に改善の余地があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電力制御装置の配置を改善させることができる車両用駆動装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両用駆動装置は、互いに回転軸を平行とすると共に径方向に隣接するように配置された第１回転電機及び第２回転電機を内部に収容したケースと、前記第１回転電機及び前記第２回転電機に供給される電力を制御する電力制御装置と、を備えた車両用駆動装置であって、前記電力制御装置は、高さ方向の上下の２層構造であり、前記２層構造の上層に、パワーカード及び冷却器と、リアクトルとを配置し、前記２層構造の下層に、コンデンサを配置したことを特徴とするものである。

本発明に係る車両用駆動装置は、電力制御装置の形状を第１回転電機と第２回転電機との間に形成された凹状スペースに合わせた形状にし、凹状スペースを有効利用することによって、ケースに搭載された電力制御装置の高さ（搭載高さ）を低く抑えることができ、電力制御装置の配置を改善させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用駆動装置のスケルトン図である。 図２は、ＰＣＵが搭載されていないトランスアクスルケースの軸方向と直交する断面図である。 図３は、ＰＣＵの分解図である。 図４は、ＰＣＵが搭載されたトランスアクスルケースの軸方向と直交する断面図である。 図５は、ＰＣＵが搭載されたＰＣＵ搭載部を図４のＡ_１−Ａ_１断面にて切断した図である。

以下に、本発明に係る車両用駆動装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。本実施形態においては、本発明に係る車両用駆動装置を、車両の駆動力源として内燃機関及び回転電機の双方を備えた車両用駆動装置に適用した場合を例として説明する。また、以下では、特に断らない限り、回転電機の回転軸に平行な方向を「軸方向」として説明する。また、車両用駆動装置が搭載される車両の前後方向の前側を「ＦＲ」、車両の左右方向の右側を「ＲＨ」、車両の高さ方向の上側を「ＵＰＰＥＲ」として、図中に矢印を用いて各方向を適宜示す。

図１は、実施形態に係る車両用駆動装置１のスケルトン図である。実施形態に係る車両用駆動装置１は、内燃機関ＥＧと共に車両の駆動力源として機能する２つの回転電機である第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２を、トランスアクスルケース２の内部に収容して備えている。

まず、車両用駆動装置１の全体構成について説明する。図１に示すように、車両用駆動装置１は、内燃機関ＥＧに駆動連結される入力軸Ｉと、第１回転電機ＭＧ１と、第２回転電機ＭＧ２と、動力分配装置ＰＴと、出力ギヤＧと、カウンタギヤ機構Ｃと、差動装置ＤＦと、を備えている。これらの各構成は、車体に固定されるトランスアクスルケース２内に収容されている。

入力軸Ｉは、内燃機関ＥＧに駆動連結される。ここで、内燃機関ＥＧは、機関内部における燃料の燃焼により駆動されて動力を取り出す装置であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の各種エンジンを用いることができる。本実施形態では、入力軸Ｉは、内燃機関ＥＧのクランクシャフトなどの出力回転軸と一体回転するように駆動連結されている。なお、入力軸Ｉが、内燃機関ＥＧの出力回転軸に対して、ダンパやクラッチなどの他の部材を介して駆動連結された構成としても好適である。

第１回転電機ＭＧ１は、トランスアクスルケース２に固定された第１ステータＳｔ１と、この第１ステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持された第１ロータＲｏ１と、を有している。この第１回転電機ＭＧ１の第１ロータＲｏ１は、動力分配装置ＰＴのサンギヤＳと一体回転するように駆動連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２は、トランスアクスルケース２に固定された第２ステータＳｔ２と、この第２ステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持された第２ロータＲｏ２と、を有している。この第２回転電機ＭＧ２の第２ロータＲｏ２は、カウンタギヤ機構Ｃを介して差動装置ＤＦに駆動連結されている。第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ蓄電装置としての不図示のバッテリに電気的に接続されている。なお、バッテリは蓄電装置の一例であり、キャパシタなどの他の蓄電装置を用い、あるいは、複数種類の蓄電装置を併用することも可能である。また、バッテリは、家庭用電源などの外部電源により充電可能な構成とすることができる。

第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能を果たすことが可能とされている。ここで、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、ジェネレータとして機能する場合には、内燃機関ＥＧのトルクや車両の慣性力により発電を行い、バッテリを充電し、あるいはモータとして機能する他方の回転電機を駆動するための電力を供給する。一方、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、モータとして機能する場合には、バッテリに充電された電力、あるいはジェネレータとして機能する他方の回転電機により発電された電力の供給を受けて力行する。

図１に示すように、動力分配装置ＰＴは、入力軸Ｉと同軸上に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分配装置ＰＴは、複数のピニオンギヤを支持するキャリヤＣＡと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤＳ及びリングギヤＲと、を回転要素として有している。これら３つの回転要素は、回転速度の順にサンギヤＳ、キャリヤＣＡ、及びリングギヤＲとなっている。サンギヤＳは、第１回転電機ＭＧ１の第１ロータＲｏ１と一体回転するように駆動連結されている。キャリヤＣＡは、入力軸Ｉと一体回転するように駆動連結されている。リングギヤＲは、軸方向で動力分配装置ＰＴと内燃機関ＥＧとの間において入力軸Ｉの径方向外側に形成された出力ギヤＧと一体回転するように駆動連結されている。

この動力分配装置ＰＴは、入力軸Ｉを介して入力される内燃機関ＥＧの駆動力（ここでは、「駆動力」は「トルク」と同義で用いている）を第１回転電機ＭＧ１と出力ギヤＧとに分配する機能を果たす。また、この動力分配装置ＰＴのキャリヤＣＡに入力軸Ｉ（内燃機関ＥＧ）のトルクが入力された状態で、第１回転電機ＭＧ１の回転速度及びトルクを制御することにより、入力軸Ｉの回転速度を無段階に変速して出力ギヤＧに伝達することができる。

出力ギヤＧは、カウンタギヤ機構Ｃを介して差動装置ＤＦに駆動連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２の第２ロータＲｏ２も、カウンタギヤ機構Ｃを介して差動装置ＤＦに駆動連結されている。よって、本実施形態では、第２回転電機ＭＧ２の第２ロータＲｏ２は、カウンタギヤ機構Ｃを介して出力ギヤＧに駆動連結されている。そして、本実施形態では、動力分配装置ＰＴにより出力ギヤＧに分配された入力軸Ｉ（内燃機関ＥＧ）のトルクの一部と、第２回転電機ＭＧ２の出力トルクと、が合成されて差動装置ＤＦに伝達される。差動装置ＤＦは、車軸Ｏを介して車輪Ｗに駆動連結されており、差動装置ＤＦに入力される回転及びトルクを左右２つの車輪Ｗに分配して伝達する。

図２は、ＰＣＵ１０が搭載されていないトランスアクスルケース２の軸方向と直交する断面図である。

トランスアクスル１００は、上述したように第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２を内部に収容するトランスアクスルケース２と、このトランスアクスルケース２の一方側（内燃機関ＥＧが配置される側）に連結されたトランスアクスルハウジング３と、トランスアクスルケース２の他方側（内燃機関ＥＧが配置される側とは反対側）に連結された不図示のカバーとが一体的に組み付けられた構造になっている。

本実施形態のトランスアクスル１００では、入力軸Ｉ、動力分配装置ＰＴ、第１回転電機ＭＧ１、及び出力ギヤＧは、いずれも第１軸Ａ１上に配置されている。第２回転電機ＭＧ２は第２軸Ａ２上に配置されている。カウンタギヤ機構Ｃは第３軸Ａ３上に配置されている。差動装置ＤＦは第四軸Ａ４上に配置されている。これらは、互いに平行な状態で異なる位置に配置されている。本実施形態では、第２回転電機ＭＧ２が第１回転電機ＭＧ１の斜め上方に配置されている。また、図２に示すように、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２及び第四軸Ａ４は、これら三軸を結ぶ線分が鋭角三角形を形成するように配置されている。そして、第１軸Ａ１上に配置される第１回転電機ＭＧ１、第２軸Ａ２上に配置される第２回転電機ＭＧ２、及び第四軸Ａ４上に配置される差動装置ＤＦは、径方向に互いに隣接して配置されている。なお、カウンタギヤ機構Ｃが配置される第３軸Ａ３は、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２及び第四軸Ａ４の三軸を結んで形成される鋭角三角形の内部に配置されている。

トランスアクスルケース２は、少なくとも第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の径方向外側の周囲を覆う外周壁部２ａを備えている。外周壁部２ａは、径方向に互いに隣接して配置された第１回転電機ＭＧ１、第２回転電機ＭＧ２、及び差動装置ＤＦの外周面に沿ってこれらを覆うように、異形筒状に形成されている。トランスアクスルケース２は、アルミニウム等の金属材料を用いて形成されている。

トランスアクスルケース２の上部であって外周壁部２ａの外周面には、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０を搭載するための搭載領域Ｆ１を有するＰＣＵ搭載部２０が設けられている。ＰＣＵ搭載部２０は、上面が開口した箱型形状であり、車両前後方向にて対向する前壁部２０ａ及び後壁部２０ｂと、車両左右方向にて対向する右壁部２０ｄ及び左壁部２０ｅ（図５参照）と、底面を形成する底壁部２０ｃと、上面を開口させる開口部２０ｆとを有している。後壁部２０ｂ及び底壁部２０ｃは、トランスアクスルケース２の外周壁部２ａの一部である。後壁部２０ｂは、底壁部２０ｃに対して車両前後方向にて後ろ側に傾斜しており、トランスアクスルケース２の軸方向と直交する断面にて、後壁部２０ｂと底壁部２０ｃとでなす角が鈍角となっている。また、後壁部２０ｂと底壁部２０ｃとでなす角は、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２との間に形成された凹状スペースに位置している。

図３は、ＰＣＵ１０の分解図である。図４は、ＰＣＵ１０が搭載されたトランスアクスルケース２の軸方向と直交する断面図である。図５は、ＰＣＵ１０が搭載されたＰＣＵ搭載部２０を図４のＡ_１−Ａ_１断面にて切断した図である。

図３に示すように、ＰＣＵ１０は、制御基板１１、パワースタック１２、ＰＣＵ側バスバー１３、リアクトル１４、コンデンサ１５、及び、ＰＣＵカバー１６などによって構成されている。

パワースタック１２は、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２とを制御する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）及びダイオードなどをモジュール化したパワーカードを、冷却器の冷却板を間に挟んで複数枚積層して構成されており、制御基板１１によって制御される。第１接続端子であるＰＣＵ側バスバー１３は、第２接続端子であるトランスアクスル側バスバー４１と電気的に接続させる。リアクトル１４は、バッテリ電圧を昇圧するために用いられる。コンデンサ１５は、直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電流をパワースタック１２へ供給する。ＰＣＵカバー１６は、下面が開口した箱型形状であって、ＰＣＵ搭載部２０の上部に取り付けられることによって、開口部２０ｆを閉塞するものである。また、ＰＣＵカバー１６の深さは、車両前後方向にて車両後ろ側から前側に向かって徐々に深くなっており、後述するＰＣＵアッセンブリー１０Ａの大部分の周囲を囲える程度となっている。なお、ＰＣＵカバー１６とトランスアクスルケース２との境界は、任意に設定可能である。

本実施形態では、ＰＣＵ１０が高さ方向にて上下の２重構造となっており、２層構造の上層１０Ｕに、制御基板１１と、パワースタック１２（パワーカード及び冷却器）と、リアクトル１４とを配置し、下層１０Ｌに、コンデンサ１５を配置して、これらを一体化させた組物であるＰＣＵアッセンブリー１０Ａとしている。なお、パワースタック１２とリアクトル１４との位置関係は、特に限定されるものではなく、パワースタック１２とリアクトル１４とを上層１０Ｕに配置すればよい。

そして、ＰＣＵ搭載部２０にＰＣＵ１０を搭載する際には、まず、ＰＣＵアッセンブリー１０ＡをＰＣＵカバー１６内に取り付ける。そして、ＰＣＵアッセンブリー１０Ａが取り付けられたＰＣＵカバー１６を、ＰＣＵ搭載部２０の開口部２０ｆを覆うようにＰＣＵカバー１６をＰＣＵ搭載部２０の上部に固定する。

このとき、ＰＣＵ搭載部２０内において、ＰＣＵアッセンブリー１０Ａの下部の一部分、例えば、コンデンサ１５の一部分を、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２との間に形成された凹状スペースに位置させる。

具体的には、図４に示すように、ＰＣＵ搭載部２０にＰＣＵ１０を搭載する際、鉛直方向の第２回転電機ＭＧ２の中心線とトランスアクスルケース２との交点Ｂと、水平方向の第１回転電機ＭＧ１の中心線と交わる第１回転電機ＭＧ１の接線とトランスアクスルケース２との交点Ｃと、を結んだ線Ｄと、第１回転電機ＭＧ１と、第２回転電機ＭＧ２とによって囲まれた空間内に、ＰＣＵ１０の下部の一部分を位置させる。言い換えれば、トランスアクスルケース２の軸方向と直交する断面において、ＰＣＵ搭載部２０の後壁部２０ｂと底壁部２０ｃと線Ｄとに囲まれた領域Ｆ２内に、ＰＣＵ１０の下部（コンデンサ１５）の一部分を位置させる。

これにより、トランスアクスルケース２に対するＰＣＵ１０の搭載に際して、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２との間に形成された凹状スペースを有効利用することにより、トランスアクスルケース２に搭載されたＰＣＵ１０の高さを低く抑えることができ、ＰＣＵ１０の配置を改善させることができる。

また、本実施形態においては、図４に示すように、ＰＣＵ１０の姿勢を水平方向から傾けて、ＰＣＵ搭載部２０にＰＣＵ１０を搭載することによって、トランスアクスルケース２に搭載されたＰＣＵ１０の高さ（搭載高さ）を低く抑えている。なお、ＰＣＵ１０の姿勢を水平方向にして、ＰＣＵ搭載部２０にＰＣＵ１０を搭載してもよい。

また、本実施形態においては、ＰＣＵ搭載部２０内でのＰＣＵ側バスバー１３とトランスアクスル側バスバー４１とによるバスバー接続によって、ＰＣＵ１０側とトランスアクスル１００側との電気的な接続がなされている。

トランスアクスル側バスバー４１は、図５に示した、トランスアクスル１００側からＰＣＵ１０側に底壁部２０ｃから一部が突き出た端子台４０に設けられている。端子台４０は、ＰＣＵ１０の下部のコンデンサ１５の横であって、車両左右方向の右側に位置している。なお、端子台４０は、ＰＣＵ１０の下部のコンデンサ１５の横であって、車両左右方向の左側に位置させてもよい。

本実施形態においては、端子台４０及びトランスアクスル側バスバー４１と、ＰＣＵ１０を構成する各部品とが接触しない構造とすることができると共に、ＰＣＵ１０のコンデンサ１５の下方に端子台４０が位置する場合よりも、トランスアクスルケース２に搭載されたＰＣＵ１０の高さ（搭載高さ）を低く抑えることができる。

１ 車両用駆動装置
２ トランスアクスルケース
１０ ＰＣＵ
１１ 制御基板
１２ パワースタック
１３ ＰＣＵ側バスバー
１４ リアクトル
１５ コンデンサ
１６ ＰＣＵカバー
２０ ＰＣＵ搭載部
４０ 端子台
４１ トランスアクスル側バスバー
１００ トランスアクスル
ＭＧ１ 第１回転電機
ＭＧ２ 第２回転電機

Claims (1)

1. 互いに回転軸を平行とすると共に径方向に隣接するように配置された第１回転電機及び第２回転電機を内部に収容したケースと、
   前記第１回転電機及び前記第２回転電機に供給される電力を制御する電力制御装置と、
   を備えた車両用駆動装置であって、
   前記電力制御装置は、高さ方向の上下の２層構造であり、
   前記２層構造の上層に、パワーカード及び冷却器と、リアクトルとを配置し、
   前記２層構造の下層に、コンデンサを配置したことを特徴とする車両用駆動装置。

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