特許 7552891 駆動ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】駆動ユニット

(51)【国際特許分類】

   B60K 6/40 20071001AFI20240910BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20240910BHJP

   B60K 1/00 20060101ALI20240910BHJP

   B60K 5/12 20060101ALI20240910BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

B60K6/40

B60K6/46 ZHV

B60K1/00

B60K5/12 E

F16F15/02 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023522100

(86)(22)【出願日】2021-05-19

(86)【国際出願番号】 JP2021019058

(87)【国際公開番号】W WO2022244164

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横田 守

(72)【発明者】

【氏名】岡野 洋二

(72)【発明者】

【氏名】塚越 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】早川 和宏

(72)【発明者】

【氏名】城ノ戸 拓真

【審査官】三宅 龍平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１２９０１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／００８１６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０１４３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０８３９８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３１６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４３５６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ６／４０

Ｂ６０Ｋ ６／４６

Ｂ６０Ｋ １／００ ― １／０４

Ｂ６０Ｋ ５／１２

Ｆ１６Ｆ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動用の第１電動モータと、前記第１電動モータの回転トルクを駆動輪に伝達する減速機構と、内燃機関に駆動されて発電する第２電動モータと、前記内燃機関の回転トルクを前記第２電動モータに伝達する増速機構とを備える電動ユニットを有する駆動ユニットにおいて、
前記第１電動モータと前記減速機構と前記第２電動モータと前記増速機構とが１つの筐体に収容され、
前記筐体の中で、
前記第１電動モータと前記第２電動モータはそれぞれの回転軸が平行な状態で車体前後方向に並び、
前記減速機構と前記増速機構は前記車体前後方向に並び、
前記電動ユニットと前記内燃機関が車体左右方向に並ぶ状態で接続され、
前記第１電動モータの回転軸である第１回転軸と前記第２電動モータの回転軸である第２回転軸が、前記内燃機関のクランクシャフトの回転軸であるクランクシャフト回転軸を挟んで前記車体前後方向の前側と後側に位置し、
前記車体の左右方向から見た場合に、前記クランクシャフト回転軸が、前記第１回転軸と前記第２回転軸とを結ぶ線であるモータ結線の中点に位置する、駆動ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の駆動ユニットにおいて、
接続された状態の前記電動ユニットと前記内燃機関とが前記車体左右方向からペンデュラム方式のマウントにより車体に支持され、
前記車体左右方向の左側の前記マウントの支持部と前記車体左右方向の右側の前記マウントの支持部とを結ぶ線であるマウント結線と、前記減速機構の出力軸とが平行である、駆動ユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の駆動ユニットにおいて、
前記クランクシャフト回転軸が、前記マウント結線と平行であり、かつ前記マウント結線を含む鉛直面上にある、駆動ユニット。

【請求項4】

請求項３に記載の駆動ユニットにおいて、
前記第１電動モータは前記第２電動モータより重く、前記増速機構は前記減速機構より重く、
前記第１電動モータ及び前記減速機構が前記クランクシャフト回転軸よりも前記車体の後方側に配置され、前記第２電動モータ及び前記増速機構が前記クランクシャフト回転軸よりも前記車体の前方側に配置され、前記内燃機関の複数の補機部品の少なくとも一部が前記クランクシャフト回転軸よりも前記車体の前方側に配置されることによって、駆動ユニット全体の重心が前記マウント結線上に位置する駆動ユニット。

【請求項5】

請求項４に記載の駆動ユニットにおいて、
前記車体の左右方向から見た場合に、前記モータ結線が水平面に対して４５度傾いている、駆動ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリーズハイブリッド車両用の駆動ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

ＪＰ２０１７－２１６８０４Ａには、変速機に締結され第１筐体を有する発電機と、変速機に締結され第２筐体を有する駆動機とを有し、エンジンに締結される車両用の駆動装置が開示されている。このように発電機と駆動機がそれぞれ別の筐体に収容される駆動装置では、２つの筐体が個別に振動することとなり、発電機及び駆動機の曲がりやねじれ等により振動が大きくなるという問題がある。また、２つの振動源が近接することで、共振が発生し易いという問題もある。これらの問題を解決すべく、上記文献では結合部材によって第１筐体と第２筐体とを結合している。

【発明の概要】

【0003】

しかしながら、上記文献に開示された駆動装置は、それぞれ個別の振動をする第１筐体と第２筐体の一部を結合しているだけなので、振動抑制の効果は限られる。

【0004】

そこで本発明は、振動抑制の効果がさらに改善された駆動ユニットを提供することを目的とする。

【0005】

本発明のある態様によれば、駆動用の第１電動モータと、第１電動モータの回転トルクを駆動輪に伝達する減速機構と、内燃機関に駆動されて発電する第２電動モータと、内燃機関の回転トルクを第２電動モータに伝達する増速機構とを備える電動ユニットを有する駆動ユニットが提供される。この駆動ユニットにおいて、第１電動モータと減速機構と第２電動モータと増速機構とが１つの筐体に収容される。筐体の中で、第１電動モータと第２電動モータはそれぞれの回転軸が平行な状態で車体前後方向に並び、減速機構と増速機構は車体前後方向に並ぶ。そして、電動ユニットと内燃機関が車体左右方向に並ぶ状態で接続され、第１電動モータの回転軸である第１回転軸と第２電動モータの回転軸である第２回転軸が、内燃機関のクランクシャフトの回転軸であるクランクシャフト回転軸を挟んで車体前後方向の前側と後側に位置する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、駆動ユニットを車載状態で車体の上方から見た概略構成図である。

【図2】図２は、駆動ユニットに含まれる電動ユニットの分解斜視図である。

【図3】図３は、図２の矢印III方向から見た電動ユニットの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0008】

図１は、本実施形態にかかる駆動ユニット１００を車載状態で車体の上方から見た概略構成図である。図２は、駆動ユニット１００に含まれる電動ユニット１００ａの分解斜視図である。図３は、図２の矢印III方向から見た電動ユニット１００ａの側面図である。

【0009】

以下の説明において、車両進行方向を「前」、それとは反対方向を「後」、車両進行方向に向かって左側を「左」、同じく右側を「右」、同じく上側を「上」、同じく下側を「下」とする。

【0010】

駆動ユニット１００は、内燃機関１と後述する電動ユニット１００ａとを備える。内燃機関１はクランクシャフト１ａが車体左右方向と一致する向きで配置される。電動ユニット１００ａは内燃機関１と車体左右方向に並ぶ。内燃機関１と電動ユニット１００ａとはボルト等によって締結される。なお、内燃機関１には補機部品６が取り付けられる。補機部品６は、例えばオイルクーラ、空調装置用のコンプレッサ等である。

【0011】

締結された内燃機関１及び電動ユニット１００ａ（つまり駆動ユニット１００）は、車体左右方向からペンデュラム方式のマウント２ａ、２ｂにより車体に支持される。ここでは、マウント２ａ、２ｂのそれぞれの支持部を３ａ、３ｂとする。なお、マウント２ａ、２ｂの他に、車体前後方向から駆動ユニット１００を支持するトルクロッド（図示せず）を設けてもよい。

【0012】

ここで、図２を参照して電動ユニット１００ａの構成について説明する。

【0013】

電動ユニット１００ａの筐体Ｈは、アウターハウジング１０と、アウターハウジング１０の一方の端部に取り付けられるギアカバー１１と、アウターハウジング１０の他方の端部に取り付けられるリヤカバー１２と、によって構成される。

【0014】

アウターハウジング１０は、駆動モータ１５が収容される第１円筒部（図示せず）と、発電モータ１７が収容される第２円筒部（図示せず）と、を備える。第１円筒部及び第２円筒部は、それぞれ円筒形状に形成され、これらの軸が互いに平行に並ぶようにしてアウターハウジング１０に設けられる。第１円筒部には、第１電動モータとしての駆動モータ１５がインナーハウジング１４を介して収容され、第２円筒部には、第２電動モータとしての発電モータ１７がインナーハウジング１６を介して収容される。なお、駆動モータ１５と発電モータ１７を比較すると、より大きな出力が要求される駆動モータ１５の方が発電モータ１７より重い。

【0015】

駆動モータ１５は、リヤカバー１２に回動自在に支持されるロータ１５ａと、インナーハウジング１４の内部に固定されるステータ（図示せず）と、を備える。発電モータ１７は、リヤカバー１２に回動自在に支持されるロータ１７ａと、インナーハウジング１６の内部に固定されるステータ（図示せず）と、を備える。インナーハウジング１４、１６及びリヤカバー１２がボルトなどによってアウターハウジング１０に固定されることにより、ロータ１５ａ、１７ａとステータとがそれぞれ対向した位置に固定される。

【0016】

アウターハウジング１０の上部には、インバータ１３が載置される。インバータ１３は、インバータ回路を構成する第１パワーモジュール４０及び第２パワーモジュール４１を備える。ここでいう上部とは、駆動モータ１５の回転軸である第１回転軸１５ｂと発電モータ１７の回転軸である第２回転軸１７ｂとを含む平面より上方の部分である。なお、本実施形態では電動ユニット１００ａは、後述する図３に示すように第１回転軸１５ｂ及び第２回転軸１７ｂを含む平面Ｐが水平方向に対して傾いた状態で車載される。より詳細には、電動ユニット１００ａは、駆動モータ１５が発電モータ１７よりも高い位置になるように傾いた状態で車載される。

【0017】

アウターハウジング１０とギアカバー１１とによって形成されるギア室Ｇ内には、駆動モータ１５の回転軸１５ｂに連結される減速機構１８と、発電モータ１７の回転軸１７ｂに連結される増速機構１９と、が収容される。

【0018】

減速機構１８は、３個の歯車で構成され、駆動モータ１５の回転軸１５ｂの回転を減速して駆動輪（図示せず）に伝達する。減速機構１８の出力軸５と駆動輪とはドライブシャフト（図示せず）を介して連結される。出力軸５は、その性質上、車両の進行方向に対して直交する向きで配置される。そして、減速機構１８の各歯車の回転軸及び減速機構１８に回転を入力する第１回転軸１５ｂは出力軸５と平行である。また、第１回転軸１５ｂと平行な第２回転軸１７ｂも出力軸５と平行である。さらには、第２回転軸１７ｂに増速機構１９を介して連結される内燃機関１のクランクシャフト１ａも出力軸５と平行である。

【0019】

増速機構１９は、内燃機関１のクランクシャフト１ａの回転を増速して発電モータ１７に伝達する。なお、本実施形態では増速機構１９として図３に示すようなスプロケットとチェーンによる機構を例示しているが、２個の歯車で構成される機構であってもよい。

【0020】

また、減速機構１８と増速機構１９とを比較すると、３個の歯車で構成される減速機構１８の方が、２個のスプロケットとチェーンまたは２個の歯車で構成される増速機構１９よりも重い。

【0021】

上記の通り、本実施形態の電動ユニット１００ａは、駆動モータ１５、増速機構１９、発電モータ１７及び減速機構１８の４つの要素が１つの筐体Ｈに収容されたものである。さらに筐体Ｈにはインバータ１３が載置されている。

【0022】

図１の説明に戻る。

【0023】

クランクシャフト回転軸１ｂは、両マウント２ａ、２ｂの支持部３ａ、３ｂを結ぶマウント結線Ａｍｔと平行であり、かつ図３に示す通りマウント結線Ａｍｔを含む鉛直面Ｓ上にある。マウント結線Ａｍｔは減速機構１８の出力軸５とも平行である。

【0024】

車載状態の駆動ユニット１００においては、第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂがクランクシャフト１ａの回転軸（クランクシャフト回転軸ともいう）１ｂを挟んで車体前後方向の前側と後側に位置する。

【0025】

より具体的には、駆動モータ１５がクランクシャフト回転軸１ｂよりも後方に配置され、発電モータ１７がクランクシャフト回転軸１ｂよりも前方に配置されている。これに伴い、減速機構１８はクランクシャフト回転軸１ｂよりも後方に、増速機構１９はクランクシャフト回転軸１ｂよりも前方に配置される。上述した通り、駆動モータ１５は発電モータ１７より重く、減速機構１８は増速機構１９より重い。このため、電動ユニット１００ａの重心位置はクランクシャフト回転軸１ｂよりも後方になる。そこで、駆動ユニット１００の重心が車体上方視でマウント結線Ａｍｔ上に位置するように、補機部品６をクランクシャフト回転軸１ｂよりも前方に配置する。これにより、振動を抑制できる。オイルクーラ、空調用のコンプレッサ等のうちどれを補機部品６とするかは、駆動モータ１５と発電モータ１７との重量差、減速機構１８と増速機構１９との重量差、等に基づいて適宜決定する。

【0026】

ここで、第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂとクランクシャフト回転軸１ｂとの位置関係について、図３を参照してより詳細に説明する。図３は、電動ユニット１００ａの筐体Ｈを図２の矢印IIIに沿う方向（つまり車体の左右方向）から見た図である。

【0027】

図３において、クランクシャフト回転軸１ｂは、第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂとを通るモータ結線Ａｍｇ上、かつ第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂとの中点に位置する。また、モータ結線Ａｍｇは水平面に対して４５°傾いていることが望ましい。

【0028】

このように駆動モータ１５と発電モータ１７とが水平面に対して斜め配置されることで、駆動ユニット１００の前後方向の寸法を抑えることができる。傾きが４５°であることが望ましいのは、駆動ユニット１００の前後方向の寸法の抑制と上下方向の寸法の抑制を両立できるからである。すなわち、傾きが４５°より大きければ、前後方向の寸法をより抑制できるが、上下方向の寸法は４５°の場合より大きくなってしまい、傾きが４５°より小さければ上下方向の寸法はより抑制できるが、前後方向の寸法は４５°の場合より大きくなってしまう。これに対し傾きが４５°であれば、前後方向の寸法の抑制と上下方向の寸法の抑制を両立できる。

【0029】

また、電動ユニット１００ａは一つの筐体Ｈに収容されるため一体として振動するが、上記構成にすることで、電動ユニット１００ａの上下方向の振動の抑制及び左右方向の振動の抑制を両立できる。すなわち、傾きが４５°より大きければ上下方向の振動をより抑制できるが、前後方向の振動は４５°の場合より大きくなってしまう、傾きが４５°より小さければ前後方向の振動をより抑制できるが、上下方向の振動が４５°の場合より大きくなってしまう。これに対し傾きが４５°であれば、上下方向の振動の抑制と前後方向の振動の抑制を両立できる。

【0030】

次に、駆動ユニット１００を本実施形態の構成にすることによる作用効果について説明する。

【0031】

本実施形態では、駆動モータ１５、駆動モータ１５の回転トルクを駆動輪に伝達する減速機構１８と、内燃機関１に駆動されて発電する発電モータ１７と、内燃機関１の回転トルクを発電モータ１７に伝達する増速機構１９とを有する電動ユニットを備える駆動ユニット１００が提供される。この駆動ユニット１００において、駆動モータ１５と減速機構１８と発電モータ１７と増速機構１９とが１つの筐体Ｈに収容され、筐体Ｈの中で、駆動モータ１５と発電モータ１７はそれぞれの回転軸が平行な状態で車体前後方向に並び、減速機構１８と増速機構１９は車体前後方向に並ぶ。また、電動ユニット１００ａと内燃機関１が車体左右方向に並ぶ状態で接続され、駆動モータ１５の回転軸である第１回転軸１５ｂと発電モータ１７の回転軸である第２回転軸１７ｂが、内燃機関１のクランクシャフト１ａの回転軸であるクランクシャフト回転軸１ｂを挟んで車体前後方向の前側と後側に位置する。上記の通り、電動ユニット１００ａの主な振動源である駆動モータ１５と発電モータ１７とを一つの筐体Ｈに収容することにより、駆動モータ１５と発電モータ１７とが個別のモードで振動することを抑制できる。また、第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂを、駆動ユニット１００における最重量物である内燃機関１のクランクシャフト回転軸１ｂより前方と後方とに配置することで、駆動ユニット１００の重心は第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂの間に位置することになる。これにより、駆動ユニット１００の振動を抑制することができる。

【0032】

本実施形態では、接続された状態の電動ユニット１００ａと内燃機関１とが車体左右方向からペンデュラム方式のマウント２ａ、２ｂにより車体に支持され、車体左右方向の左側のマウント２ａの支持部３ａと車体左右方向の右側のマウント２ｂの支持部３ｂとを結ぶ線であるマウント結線Ａｍｔと、減速機構１８の出力軸５とが平行である。これにより、クランクシャフト回転軸１ｂ、第１回転軸１５ｂ、第２回転軸１７ｂ及び出力軸５がマウント結線Ａｍｔと平行になる。これらの回転軸等がマウント結線Ａｍｔと平行でない場合には、駆動ユニット１００の振動がいわゆるねじれ振動となって車体に伝達され、車体には好ましくない振動が発生してしまう。これに対し本実施形態の構成によれば、ねじれ振動を抑制することができる。

【0033】

なお、マウント結線Ａｍｔと各軸１ｂ、１５ｂ、１７ｂ、５とを平行にできるのは、次の理由による。

【0034】

内燃機関１を支持するマウント２ｂの支持部３ｂの車体前後方向の位置は、支持部３ｂ回りのモーメントの抑制等の観点から、内燃機関１の車体左右方向の重心軸に近い方が望ましい。一方、電動ユニット１００ａを支持するマウント２ａの支持部３ａの車体前後方向の位置は、支持部３ｂ回りのモーメントの抑制等の観点から、電動ユニット１００ａの車体左右方向の重心軸に近い方が望ましい。しかし、発電モータ１７は増速機構１９を介して内燃機関１と接続される必要があり、駆動モータ１５及び減速機構１８は発電モータ１７及び増速機構１９との干渉を避けて配置される必要がある。このため、従来のように駆動モータ１５と発電モータ１７とをそれぞれ別のケースに収容する構成では、電動ユニット１００ａと内燃機関１とで車体前後方向の寸法の乖離が大きくなり、マウント結線Ａｍｔと各軸１ｂ、１５ｂ、１７ｂ、５とを平行にすることが難しくなる。

【0035】

その点、本実施形態では、アウターハウジング１０内に駆動モータ１５及び発電モータ１７を収容することで、それぞれのモータを別の筐体に収容する場合に比べて電動ユニット１００ａの車体前後方向の寸法を小さくしている。

【0036】

また、内燃機関１、増速機構１９及び発電モータ１７の各要素を接続するにあたり、従来のように増速機構１９と発電モータ１７とをそれぞれ別の筐体に収容する構成では、各要素の車体前後方向での干渉を避けるため、増速機構１９を３個の歯車で構成していた。つまり、車体前後方向に３個の歯車が並ぶ構成になっていた。これに対し本実施形態では、アウターハウジング１０に増速機構１９と発電モータ１７を収容するので、レイアウトの自由度が高まり、上述した通り２個のスプロケットとチェーンまたは２個の歯車で増速機構１９を構成することができた。これにより、増速機構１９を３個の歯車で構成する場合に比べて車体前後方向電動ユニット１００ａの車体前後方向の寸法を小さくしている。

【0037】

さらに、本実施形態ではアウターハウジング１０にインバータ１３も収容されている。インバータ１３を駆動モータ１５等とは別の筐体（インバータ筐体）に収容して、当該筐体を駆動モータ１５等を収容する筐体（モータ筐体）に取り付けると、インバータ筐体がモータ筐体から突出することとなり、車体前後方向のオーバーハングが大きくなりがちである。これに対し本実施形態のようにアウターハウジング１０にインバータ１３も収容する構成では、上記車体前後方向のオーバーハングを抑えることができる。

【0038】

本実施形態では上記のように車体前後方向の寸法及びオーバーハングを抑制することにより、マウント２ａの支持部３ａの前後方向位置を電動ユニット１００ａを支持するのに適した位置にしつつ、マウント結線Ａｍｔと各軸１ｂ、１５ｂ、１７ｂ、５とを平行にすることが可能としている。

【0039】

本実施形態では、クランクシャフト回転軸１ｂが、マウント結線Ａｍｔと平行であり、かつマウント結線Ａｍｔを含む鉛直面Ｓ上にある。駆動ユニット１００のなかで最重量物である内燃機関１のクランクシャフト回転軸１ｂが、マウント結線Ａｍｔを含む鉛直面Ｓ上にあることで、支持部３ａ、３ｂを支点とする駆動ユニット１００の振動を抑制することができる。

【0040】

本実施形態では、駆動モータ１５は発電モータ１７より重く、増速機構１９は減速機構１８より重く、駆動モータ１５及び減速機構１８がクランクシャフト回転軸１ｂよりも車体の後方側に配置され、発電モータ１７及び増速機構１９がクランクシャフト回転軸１ｂよりも車体の前方側に配置される。そして、内燃機関１の複数の補機部品６の少なくとも一部がクランクシャフト回転軸１ｂよりも車体の前方側に配置されることによって、駆動ユニット１００全体の重心がマウント結線Ａｍｔ上に位置する。これにより、マウント２ａ、２ｂにより支持された状態でのバランスを整えて駆動ユニット１００全体の振動をより抑制することができる。

【0041】

本実施形態では、車体の左右方向から見た場合に、クランクシャフト回転軸１ｂが、第１回転軸１５ｂと第２回転軸１７ｂとを結ぶ線であるモータ結線Ａｍｇの中点に位置し、かつ、モータ結線Ａｍｇが水平面に対して４５度傾いている。これにより、駆動ユニット１００の前後方向の寸法の抑制及び上下方向の寸法の抑制を両立することができる。

【0042】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【図1】

【図2】

【図3】