JP2021010269A - 駆動ユニット及び車両 - Google Patents

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隆寛 萩本
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Abstract

【課題】回転電機と電力変換装置とを近接配置しながら、回転電機の熱による電力変換装置への影響を抑制可能な駆動ユニット及び車両を提供する。【解決手段】駆動ユニット３０は、電動機ＭＯＴと、電動機ＭＯＴを収容する電動機ケース４０と、電動機ＭＯＴと電気的に接続され、電動機ＭＯＴに供給する電力及び電動機ＭＯＴから供給される電力を変換する電力変換装置ＰＤＵと、電動機ケース４０から延出し、電動機ＭＯＴの動力を出力する出力軸５０Ｌ、５０Ｒと、を備える。電力変換装置ＰＤＵは、電動機ＭＯＴの前方に配置されており、出力軸５０Ｒは、電動機ＭＯＴと電力変換装置ＰＤＵとの間に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される駆動ユニット及び車両に関する。
駆動源として回転電機を利用したハイブリッド車両、電動車両等の車両が知られている。このような車両では、回転電機とともに、回転電機と電気的に接続され、回転電機に供給する電力及び回転電機から供給される電力を変換する電力変換装置が搭載されている。従来、回転電機と電力変換装置とを三相線を用いて電気的に接続していたが、近年では、回転電機及び電力変換装置を直接固定してユニット化することが試みられている。
例えば、特許文献１では、駆動ユニットとして電力変換装置を回転電機の上方に直接固定することが提案されている。一方、特許文献２では、駆動ユニットとして、電力変換装置を、回転軸方向及び上下方向の両方に直交する直交方向において回転電機の一方側に直接固定することが提案されている。
国際公開第２０１６／１２１０３２号 米国特許出願公開第２０１８／０２６２０８９号明細書
しかしながら、回転電機と電力変換装置との距離が近いと、回転電機の熱が電力変換装置に伝達されやすくなってしまう。
本発明は、回転電機と電力変換装置とを近接配置しながら、回転電機の熱による電力変換装置への影響を抑制可能な駆動ユニット及び車両を提供する。
本発明は、
回転電機と、
前記回転電機を収容する回転電機ケースと、
前記回転電機と電気的に接続され、前記回転電機に供給する電力及び前記回転電機から供給される電力を変換する電力変換装置と、
前記回転電機ケースから延出し、前記回転電機の動力を出力する出力軸と、を備える駆動ユニットであって、
前記電力変換装置は、前記回転電機の一方側に配置されており、
前記出力軸は、前記回転電機と前記電力変換装置との間に配置されている。
本発明によれば、回転電機と電力変換装置とを近接配置しながら、回転電機の熱による電力変換装置への影響を抑制できる。
本発明の一実施形態の駆動ユニットの側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１変形例の駆動ユニットにおける、出力軸、回転電機、及び電力変換装置との関係を示す図である。 本発明の第２変形例の駆動ユニットにおける、出力軸、回転電機、及び電力変換装置との関係を示す図である。 図１の駆動ユニットを搭載した一実施形態の車両の概略側面図である。 図５の車両の床下構造を示す平面図である。
以下、本発明の駆動ユニット及び車両の一実施形態を、図面を用いて説明する。なお、本発明において、上下方向に直交する方向を水平方向とし、水平方向において直交する２方向を前後方向及び左右方向とする。また、図面には、駆動ユニット３０の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤとして示すが、これらの方向は、駆動ユニットが車両等に搭載された際の方向とは異なっていてもよい。
［駆動ユニット］
本実施形態の駆動ユニット３０は、電動機ＭＯＴと、動力伝達機構ＴＭと、電動機ＭＯＴ及び動力伝達機構ＴＭを収容する電動機ケース４０と、電動機ＭＯＴと電気的に接続され、電動機ＭＯＴに供給する電力及び電動機ＭＯＴから供給される電力を変換する電力変換装置ＰＤＵと、電動機ケース４０から延出し電動機ＭＯＴの動力を出力する出力軸５０Ｌ、５０Ｒと、を備える。
電動機ケース４０は、前壁４１Ｆ、後壁４１Ｂ、左壁４１Ｌ、右壁４１Ｒ、上壁４１Ｕ、及び下壁４１Ｄを有する略直方体形状を有する。電動機ケース４０の内部には、左側に動力伝達機構ＴＭを収容する伝達機構収容室４２が設けられ、右側に電動機ＭＯＴを収容する電動機収容室４３が設けられ、電動機収容室４３の前方には、出力軸５０Ｒが挿通する出力軸収容室４４が設けられている。
電動機ＭＯＴは、ロータ１６と、ロータ１６の径方向外側にロータ１６と対向配置されたステータ１７と、ロータ１６と一体に回転する回転軸１８と、を備え、電動機収容室４３に回転軸１８が左右方向を向くように回転自在に支持されている。回転軸１８の左端部は、電動機収容室４３から伝達機構収容室４２に延設され、回転軸１８の左端部には駆動ギヤ２１が取り付けられている。
伝達機構収容室４２には、駆動ギヤ２１と、駆動ギヤ２１に噛合し出力軸５０Ｌ、５０Ｒと一体に回転する従動ギヤ２２と、が設けられている。動力伝達機構ＴＭを構成するこれらの駆動ギヤ２１及び従動ギヤ２２により、回転軸１８の回転が出力軸５０Ｌ、５０Ｒに伝達される。出力軸５０Ｌは、伝達機構収容室４２を通って左壁４１Ｌの開口４６から外部に延出し、出力軸５０Ｒは、出力軸収容室４４を通って右壁４１Ｒの開口４７から外部に延出する。
また、伝達機構収容室４２には、一対の補機用ギヤ２３、２４が設けられ、出力軸５０Ｌ、５０Ｒの回転によって、電動機ケース４０の外部に設けられた補機２５が駆動可能に構成される。補機２５は、例えばウォーターポンプである。
電力変換装置ＰＤＵは、電動機ＭＯＴの前方に配置され、内部に収容された基板３３が前壁４１Ｆと略平行に配置されている。電力変換装置ＰＤＵは、電動機ケース４０と別体に構成されて電動機ケース４０の前壁４１Ｆに取り付けられていてもよく、電動機ケース４０と一体に構成されていてもよい。電動機ケース４０と一体に構成されることで、電力変換装置ＰＤＵの組付け作業を不要にできる。
このように電力変換装置ＰＤＵが電動機ＭＯＴの前方に配置されることで、駆動ユニット３０の高さ寸法を抑えることができる。また、電動機ケース４０の内部には動力伝達機構ＴＭと電動機ＭＯＴとが、左右方向において並んで配置されるので、駆動ユニット３０の高さ寸法をより小さくできる。さらに、本実施形態では、図１に示すように、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが、回転軸１８と平行に延び、且つ、回転軸１８と上下方向においてオーバーラップしている。したがって、駆動ユニット３０の高さ寸法をさらに抑えることができる。
このように構成された駆動ユニット３０では、出力軸５０Ｒが、電動機ＭＯＴと電力変換装置ＰＤＵとの間に配置されているので、電動機ＭＯＴと電力変換装置ＰＤＵとの間には出力軸５０Ｒを通す空間が空気層として存在し、これにより電動機ＭＯＴの熱が電力変換装置ＰＤＵへ伝達するのを抑制できる。
また、電力変換装置ＰＤＵには、電力変換装置ＰＤＵの基板３３と出力軸５０Ｌ、５０Ｒとの間に冷媒が通る冷却部３５が設けられている。なお、冷却部３５は、電力変換装置ＰＤＵの基板３３と出力軸５０Ｌ、５０Ｒとの間であれば、電動機ケース４０に設けられていてもよい。これにより、出力軸５０Ｌ、５０Ｒ回りのスペースを利用して電力変換装置ＰＤＵの基板３３及び基板３３に搭載された電気部品を冷却することができる。
なお、上記実施形態では、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが回転軸１８と平行に左右方向に延びる例を示したがこれに限定されるものではない。
例えば、図３の第１変形例に示すように、電動機ＭＯＴの回転軸１８が上下方向に延び、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが回転軸１８と直交するよう左右方向（水平方向）に延び、これらがかさ歯車等からなる動力伝達機構ＴＭによって動力伝達可能に構成されてもよい。
また、図４の第２変形例に示すように、電動機ＭＯＴの回転軸１８が左右方向（水平方向）に延び、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが回転軸１８と直交するよう上下方向に延び、これらがかさ歯車等からなる動力伝達機構ＴＭによって動力伝達可能に構成されてもよい。
これらの変形例によっても、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが、電動機ＭＯＴと電力変換装置ＰＤＵとの間に配置されている限り、電動機ＭＯＴの熱が電力変換装置ＰＤＵへ伝達するのを抑制できる。
［車両］
続いて、上記実施形態の駆動ユニットを搭載した車両の一実施形態について説明する。
図５及び図６に示すように、車両１は、フロアパネル２とダッシュパネル３とにより車室４及び荷室５と、その前方のフロントルーム６と、に区画形成されている。車室４には、前部座席７及び後部座席８が設けられている。フロントルーム６には、左右の前輪ＦＷを駆動する駆動源としてのエンジンＥＮＧが設けられ、荷室５の下方には、左右の後輪ＲＷを駆動する駆動源としての電動機ＭＯＴを収容した駆動ユニット３０が設けられている。即ち、車両１は、エンジンＥＮＧ及び電動機ＭＯＴの両方を駆動源とする、いわゆるハイブリッド車両である。
車室４の下方には、バッテリＢＡＴ及び燃料タンク９が配置される。バッテリＢＡＴと駆動ユニット３０とが不図示のＤＣ線を介して接続され、エンジンＥＮＧと燃料タンク９が不図示の燃料配管を介して接続される。電力変換装置ＰＤＵとバッテリＢＡＴとが電気的に接続されることで、電動機ＭＯＴの力行駆動時にはバッテリＢＡＴからの直流電力が電力変換装置ＰＤＵによって交流電力に変換されて電動機ＭＯＴに供給され、また、電動機ＭＯＴの回生駆動時には電動機ＭＯＴからの交流電力が電力変換装置ＰＤＵによって直流電力に変換されてバッテリＢＡＴに供給される。
車体フレーム１０は、前後方向に延設される左右一対のサイドフレーム１１、１２と、車幅方向に延設されサイドフレーム１１、１２間を連結する複数のクロスメンバ１３と、駆動ユニット３０を支持する平面視で略矩形形状のサブフレーム１４と、を備える。
駆動ユニット３０は、電動機ＭＯＴの回転軸１８が車幅方向に延びるように、且つ、電力変換装置ＰＤＵの前壁４１Ｆが車両１の前方を向くようにサブフレーム１４に支持されている。また、出力軸５０Ｌ、５０Ｒには一対の後輪ＲＷが連結される。このように駆動ユニット３０が車両１に搭載された状態でも、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが、電動機ＭＯＴと電力変換装置ＰＤＵとの間に配置されているので、電動機ＭＯＴの熱が電力変換装置ＰＤＵへ伝達するのを抑制でき、電力変換装置ＰＤＵの温度上昇によって出力制限がかかるのを抑制できる。
また、電力変換装置ＰＤＵは電動機ＭＯＴの前方に配置され、出力軸５０Ｌ、５０Ｒが回転軸１８と平行に延び、且つ、回転軸１８と上下方向においてオーバーラップしているので、車両搭載時における駆動ユニット３０の高さ寸法が小さくなる。
したがって、駆動ユニット３０を荷室５の下方に配置した場合であっても、荷室スペースを広く確保することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、駆動ユニット３０を荷室５の下方に配置し、出力軸５０Ｌ、５０Ｒには左右の後輪ＲＷを連結したが、これに限らず、駆動ユニット３０をフロントルーム６に配置し、出力軸５０Ｌ、５０Ｒには左右の前輪ＦＷを連結してもよい。
また、上記実施形態では、駆動ユニット３０から２つの出力軸５０Ｌ、５０Ｒを延出させ、２つの出力軸５０Ｌ、５０Ｒにそれぞれ左右の後輪ＲＷを連結したが、これに限らず、駆動ユニット３０から１つの出力軸を延出させ、１つの車輪に１つの駆動ユニット３０が設けられるように、即ち、左右の車輪をそれぞれ別の駆動ユニット３０に連結してもよい。
また、伝達機構収容室４２に差動装置（ディファレンシャルギヤ）が設けられ、差動装置に出力軸５０Ｌ、５０Ｒが連結されていてもよい。
また、上記実施形態では、エンジンＥＮＧ及び電動機ＭＯＴを駆動源とするハイブリッド車両を例示したが、電動機ＭＯＴのみを駆動源とする電動車両であってもよい。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
（１） 回転電機（電動機ＭＯＴ）と、
前記回転電機を収容する回転電機ケース（電動機ケース４０）と、
前記回転電機と電気的に接続され、前記回転電機に供給する電力及び前記回転電機から供給される電力を変換する電力変換装置（電力変換装置ＰＤＵ）と、
前記回転電機ケースから延出し、前記回転電機の動力を出力する出力軸（出力軸５０Ｌ、５０Ｒ）と、を備える駆動ユニット（駆動ユニット３０）であって、
前記電力変換装置は、前記回転電機の一方側（前方）に配置されており、
前記出力軸（出力軸５０Ｒ）は、前記回転電機と前記電力変換装置との間に配置されている、駆動ユニット。
（１）によれば、回転電機と電力変換装置との間に出力軸が配置されるので、回転電機と電力変換装置との間には出力軸を通す空間が空気層として存在する。これにより回転電機の熱が電力変換装置へ伝達するのを抑制できる。
（２） （１）に記載の駆動ユニットであって、
前記電力変換装置の基板と前記出力軸との間には冷媒が通る冷却（冷却部３５）部が設けられている、駆動ユニット。
（２）によれば、電力変換装置の基板と出力軸との間には冷媒が通る冷却部が設けられているので、出力軸回りのスペースを利用して電力変換装置の基板３３を冷却することができる。
（３） （１）又は（２）に記載の駆動ユニットであって、
前記回転電機ケースは、前記電力変換装置と一体に形成されている、駆動ユニット。
（３）によれば、回転電機ケースが電力変換装置と一体に形成されることで、電力変換装置の組付け作業を不要にできる。
（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の駆動ユニットであって、
前記回転電機の回転軸（回転軸１８）は、水平方向に延びるように設けられ、
前記電力変換装置は、回転軸方向（左右方向）及び上下方向の両方に直交する直交方向（前後方向）において前記回転電機の一方側（前方）に配置されており、
前記出力軸は、前記回転軸と平行に延び、且つ、前記回転軸と前記上下方向においてオーバーラップしている、駆動ユニット。
（４）によれば、回転電機の回転軸は水平方向に延びるように設けられ、電力変換装置は、回転軸方向及び上下方向の両方に直交する直交方向において回転電機の一方側に配置されている。また、出力軸は、回転軸と平行に延び、且つ、回転軸と上下方向においてオーバーラップしているので、駆動ユニットの高さ寸法を抑えることができる。
（５） （４）に記載の駆動ユニットであって、
前記回転電機ケースには、前記回転軸の回転を前記出力軸に伝達する動力伝達機構（動力伝達機構ＴＭ）が収容され、
前記動力伝達機構は、前記回転軸方向において一方側（左側）に配置され、
前記回転電機は、前記回転軸方向において他方側（右側）に配置されている、駆動ユニット。
（５）によれば、回転電機ケースの内部には動力伝達機構と回転電機とが、回転軸方向において並んで配置されるので、駆動ユニットの高さ寸法をより小さくできる。
（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の駆動ユニットを搭載した車両であって、
前記出力軸には、少なくとも１つの車輪（後輪ＲＷ）が連結されている、車両。
（６）によれば、回転電機の熱が電力変換装置へ伝達するのを抑制でき、電力変換装置の温度上昇によって出力制限がかかるのを抑制できる。
（７） （６）に記載の車両であって、
前記回転電機の回転軸（回転軸１８）は、車幅方向に延びるように設けられ、
前記電力変換装置は、前記回転電機の前方又は後方に配置されており、
前記出力軸は、前記回転軸と平行に延び、且つ、前記回転軸と上下方向においてオーバーラップしている、車両。
（７）によれば、出力軸は、回転軸と平行に延び、且つ、回転軸と上下方向においてオーバーラップしているので、車両搭載時における駆動ユニットの高さ寸法が小さくなる。
（８） （７）に記載の車両であって、
前記駆動ユニットは、荷室（荷室５）の下方に配置されている、車両。
（８）によれば、駆動ユニットを荷室の下方に配置することで、荷室スペースを広く確保することができる。
５ 荷室
１８ 回転軸
３０ 駆動ユニット
３５ 冷却部
４０ 電動機ケース（回転電機ケース）
５０Ｌ、５０Ｒ 出力軸
ＭＯＴ 電動機（回転電機）
ＰＤＵ 電力変換装置
ＴＭ 動力伝達機構
ＲＷ 後輪（車輪）

Claims (8)

  1. 回転電機と、
    前記回転電機を収容する回転電機ケースと、
    前記回転電機と電気的に接続され、前記回転電機に供給する電力及び前記回転電機から供給される電力を変換する電力変換装置と、
    前記回転電機ケースから延出し、前記回転電機の動力を出力する出力軸と、を備える駆動ユニットであって、
    前記電力変換装置は、前記回転電機の一方側に配置されており、
    前記出力軸は、前記回転電機と前記電力変換装置との間に配置されている、駆動ユニット。
  2. 請求項１に記載の駆動ユニットであって、
    前記電力変換装置の基板と前記出力軸との間には冷媒が通る冷却部が設けられている、駆動ユニット。
  3. 請求項１又は２に記載の駆動ユニットであって、
    前記回転電機ケースは、前記電力変換装置と一体に形成されている、駆動ユニット。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動ユニットであって、
    前記回転電機の回転軸は、水平方向に延びるように設けられ、
    前記電力変換装置は、回転軸方向及び上下方向の両方に直交する直交方向において前記回転電機の一方側に配置されており、
    前記出力軸は、前記回転軸と平行に延び、且つ、前記回転軸と前記上下方向においてオーバーラップしている、駆動ユニット。
  5. 請求項４に記載の駆動ユニットであって、
    前記回転電機ケースには、前記回転軸の回転を前記出力軸に伝達する動力伝達機構が収容され、
    前記動力伝達機構は、前記回転軸方向において一方側に配置され、
    前記回転電機及び前記電力変換装置は、前記回転軸方向において他方側に配置されている、駆動ユニット。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動ユニットを搭載した車両であって、
    前記出力軸には、少なくとも１つの車輪が連結されている、車両。
  7. 請求項６に記載の車両であって、
    前記回転電機の回転軸は、車幅方向に延びるように設けられ、
    前記電力変換装置は、前記回転電機の前方又は後方に配置されており、
    前記出力軸は、前記回転軸と平行に延び、且つ、前記回転軸と上下方向においてオーバーラップしている、車両。
  8. 請求項７に記載の車両であって、
    前記駆動ユニットは、荷室の下方に配置されている、車両。
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