(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】2025-01-08
(45)【発行日】2025-01-17
(54)【発明の名称】駆動ユニットの車載構造
(51)【国際特許分類】
B60K 6/405 20071001AFI20250109BHJP
B60K 6/24 20071001ALI20250109BHJP
B60K 6/36 20071001ALI20250109BHJP
B60K 6/46 20071001ALI20250109BHJP
B60K 13/04 20060101ALI20250109BHJP
B60L 15/00 20060101ALI20250109BHJP
【FI】
B60K6/405
B60K6/24 ZHV
B60K6/36
B60K6/46
B60K13/04 A
B60L15/00 Z
(21)【出願番号】P 2023532927
(86)(22)【出願日】2021-07-06
(86)【国際出願番号】 JP2021025507
(87)【国際公開番号】W WO2023281633
(87)【国際公開日】2023-01-12
【審査請求日】2024-01-04
(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】中川 健一
【審査官】渡邊 義之
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-58501(JP,A)
【文献】特開2008-44406(JP,A)
【文献】特開2019-116128(JP,A)
【文献】特開2009-269547(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60K 6/405
B60K 6/24
B60K 6/36
B60K 6/46
B60K 6/54
B60K 13/04
B60L 15/00
B60L 50/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンを備える車両に、駆動用モータ及び変速機からなる駆動ユニットを搭載する車載構造であって、
前記駆動ユニットは、前記駆動用モータ及び前記変速機が前記車両の幅方向に直列に連結されて構成され、
前記エンジンの排気管は、前記変速機の近傍を、前記車両の前後方向に通過するように延設され、
前記変速機は、前記排気管と対向する位置に、前記変速機内の変速機構を潤滑する潤滑油を冷却する冷却水が流通する冷却水流路を備える、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項2】
請求項1に記載の駆動ユニットの車載構造であって、
前記変速機は、前記変速機構を収容するハウジングを備え、
前記ハウジングには前記冷却水流路が形成され
前記冷却水流路は、前記ハウジングの下方側で、前記変速機構の下部と対向するように円弧状に形成される、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項3】
請求項2に記載の駆動ユニットの車載構造であって、
前記冷却水出口は、前記冷却水入口よりも前記車両の後方側に配置され、
前記冷却水出口は、前記冷却水入口よりも路面からの高さが高い位置に配置される、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項4】
請求項2に記載の駆動ユニットの車載構造であって、
前記冷却水入口は、前記冷却水出口よりも前記車両の後方側に配置され、
前記冷却水入口は、前記冷却水出口よりも路面からの高さが高い位置に配置される、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか一つに記載の駆動ユニットの車載構造であって、
前記駆動ユニットは、前記駆動用モータに電力を供給する電力変換装置が、前記駆動用モータの上部に載置される、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか一つに記載の駆動ユニットの車載構造であって、
前記駆動ユニットは、サスペンションメンバに支持され、
前記サスペンションメンバは、車両の前後方向に延設する一組のサイドメンバと、車両の幅方向に延設する一組のクロスメンバとからなり、
前記駆動ユニットは、一組の前記サイドメンバ及び一組の前記クロスメンバにより区画される略矩形形状の内側に配置され、
前記排気管は、前記サイドメンバの下方を、前記サイドメンバに沿って配置される、
駆動ユニットの車載構造。
【請求項7】
請求項6に記載の駆動ユニットの車載構造であって、
1前記排気管は、前記変速機の前記冷却水入口付近で、前記サイドメンバの下方側に、前記サイドメンバの車両の幅方向の中心よりも外側に配置される、
駆動ユニットの車載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンを備える車両の駆動ユニットの車載構造に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンと回転電機(モータ)を搭載したハイブリッド車両において、車両レイアウトの都合により、エンジンの排気が通過する排気管がモータに隣接して配置される場合がある。このような配置では、高温となる排気管の熱がモータに伝達してしまい、モータの温度が上がり、モータの効率が低下する。
【0003】
JP2009-269547Aには、モータと排気管との間にインシュレータを設けるとともに、モータと排気管との間に送風ファンから送風を行うことで、モータ付近に熱気が滞留しないようにする構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述の特許文献では、モータを冷却するために、車両にインシュレータや送風機等の部品を新たに搭載するので、部品コストや組立工数が増加するという問題がある。
【0005】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、コストを増加することなく、排気管の熱をモータに伝えない構成とした駆動ユニットの車載構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施態様によれば、エンジンを備える車両に、駆動用モータ及び変速機からなる駆動ユニットを搭載する車載構造に適用される。駆動ユニットは、駆動用モータ及び前記変速機が車両の幅方向に直列に連結されて構成される。エンジンの排気管は、変速機の近傍を、車両の前後方向に通過するように延設される。変速機は、排気管と対向する位置に、変速機内の変速機構を潤滑する潤滑油を冷却する冷却水が流通する冷却水流路を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、駆動用モータと排気管との間に変速機が介在し、変速機の排気管に対向する位置には冷却水流路を備えるので、排気管の熱が直にモータに伝達されることが抑制される。これにより、送風機等の部品を新たに追加することなく、駆動用モータの温度上昇を抑制でき、駆動用モータの効率低下を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】
図1は、本発明の実施形態の駆動ユニットの断面図である。
【
図3】
図3は、駆動ユニットの車載構造の説明図である。
【
図4】
図4は、駆動ユニットの車載構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0010】
図1は、本発明の実施形態に係る駆動ユニット1を搭載するハイブリッド車両100の構成図である。
【0011】
ハイブリッド車両(以下「車両」とも称する)100は、駆動ユニット1、バッテリ40、エンジン50、発電機60、車軸71及び駆動輪72を備える。駆動ユニット1は、駆動用モータ(回転電機)10、減速機(変速機)20及び電力変換装置30を備える。
【0012】
駆動用モータ10は、電力変換装置30から電力の供給を受けて駆動し、駆動輪72を回転させて車両100を駆動する。駆動用モータ10は、車両100の減速時に回生電力を発電する発電機としても機能する。
【0013】
減速機20は、複数のギアを有する変速装置であり、駆動用モータ10の回転を減速し、車軸71を介して駆動輪72を回転させる。減速機20は、駆動用モータ10と直列に配置され、減速機20及び駆動用モータ10を貫通する車軸71を回転する。
【0014】
電力変換装置30は、インバータユニットを備えて構成され、バッテリ40に充電された電力を駆動用モータ10の駆動に適切な電力に変換して駆動用モータ10に供給する。電力変換装置30は、発電機60が発電した電力や、駆動用モータ10の回生電力を受けて、バッテリ40を充電する。
【0015】
電力変換装置30は、バッテリ40のSOCが低下した場合にはエンジン50を始動させて、エンジン50により発電機60を駆動することで発電を行う。発電機60が発電した電力は、電力変換装置30を介して駆動用モータ10に供給されたり、バッテリ40を充電したりする。
【0016】
本実施形態の車両100は、駆動ユニット1を車両100の後方側に備えて、後輪である駆動輪72を駆動する。なお、車両100の前方側(例えばエンジンルーム)に前輪を駆動するモータを別に備えてもよいし、エンジン50が前輪を駆動するように構成されていてもよい。
【0017】
図2は、駆動ユニット1の説明図である。
図3は、本発明の実施形態に係る駆動ユニット1の車載構造の説明図であり、駆動ユニット1及びサスペンションメンバ2を車両100の下側から観察した図を示す。
【0018】
図2に示すように、駆動ユニット1は、駆動用モータ10及び減速機20が、車両100の幅方向に連結されて構成される。
図2において、
左側に駆動用モータ10が配置され、
右側に減速機20が配置され、駆動用モータ10の上部に電力変換装置30が載置される。駆動用モータ10及び減速機20の両端側からは、車軸71が車両100の幅方向外側に延設される。
【0019】
駆動用モータ10の駆動軸は中空構造となっており、駆動軸の一端が減速機20の減速機構(変速機構)22(
図6参照)の入力側に接続される。減速機構22により減速された回転は、減速機構22の出力側に接続された車軸71により、中空軸の内部を貫通して駆動用モータ10及び減速機20の両端側に突出し、駆動輪72に連結する。
【0020】
図3に示すように、駆動ユニット1は、サスペンションメンバ2に支持されて、車両100に搭載される。
【0021】
サスペンションメンバ2は、車両100の前後方向に延設する一組のサイドメンバ81と、車両100の幅方向に延設する一組のクロスメンバ82とから構成される。一組のサイドメンバ81及び一組のクロスメンバ82によって略矩形形状が区画される。駆動ユニット1は、サスペンションメンバ2の矩形形状の内側に位置するように、ブッシュ等のマウントを介してサイドメンバ81及びクロスメンバ82に固定される。
【0022】
エンジン50からは排気管51が延設される。排気管51は、エンジン50から車両100の後方側に配置されたマフラ52に向かって延設され、車両100の下方に配置される。
【0023】
サスペンションメンバ2付近では、排気管51は、サスペンションメンバ2の下方(
図3における手前側)を、車両100の前後方向に渡って通過するように配置される。
【0024】
ここで、従来、車両100の後部に駆動ユニット1を配置した場合、次のような問題があった。
【0025】
排気管51は、エンジン50から排出された高温の排気が通過するため、表面温度が高温(例えば200℃)となる。一方で、駆動用モータ10及び電力変換装置30は、そのような高温に曝されると効率が低下するため、排気管51に近接しないように配置されることが望ましい。
【0026】
しかしながら、サスペンションメンバ2が配置される車両100の後部は、駆動ユニット1やサスペンションメンバ2、マフラ52のほか、図示しない懸架装置等が配置される。このため、車両100の後部では、排気管51の配置に制約が生じ、駆動ユニット1と排気管51との距離を十分に取ることができない場合がある。
【0027】
この場合、駆動用モータ10に排気管51の熱が伝達しないように、インシュレータや送風機等の部品を設けることもできる。しかしながら、このように構成すると、部品点数や組立工数が増加し、コストが増加するという問題があった。
【0028】
そこで本実施形態では、以下に説明するように、部品を増加することなく、駆動用モータ10に排気管51の熱が伝達しないように構成した。
【0029】
図3に示すように、排気管51は、エンジン50から車両100の後方に延設し、サスペンションメンバ2の付近で
図3中の
右方向(駆動ユニット1の減速機20側)に湾曲する。排気管51は、前側のクロスメンバ82と
右側のサイドメンバ81との交点付近で車両100の後方に向かうように湾曲し、
右側のサイドメンバ81に沿って、
右側のサイドメンバ81の直下を通過するように配置される。排気管51は、その後、後側のクロスメンバ82を通過して、サスペンションメンバ2よりも車両後方に配置されたマフラ52に接続される。
【0030】
このように、排気管51は、サスペンションメンバ2の下部近傍で、サスペンションメンバ2の右側サイドメンバ81及び前側クロスメンバ82の下方を、これらに沿うような形状に延設されている。
【0031】
図4は、駆動ユニット1及びサスペンションメンバ2を車両100の斜め後方側から俯瞰した場合の説明図であり、
図3における矢視Mを示す。
【0032】
図4に示すように、排気管51は、サスペンションメンバ2の下方で、サイドメンバ81及びクロスメンバ82に沿うように構成されている。このように、サスペンションメンバ2付近で排気管51が配置されることで、駆動ユニット1付近では、サイドメンバ81が、排気管51と減速機20との間に介在することになる。
【0033】
サスペンションメンバ2は、鉄等の熱容量の大きい金属で構成されている。このため、排気管51からサスペンションメンバ2に伝達した熱は、サスペンションメンバ2の各部位に拡散され、走行風により速やかに放熱される。
【0034】
このような構成により、排気管51の熱は、サイドメンバ81に遮られ、駆動ユニット1側に伝わりにくくなる。
【0035】
そして、駆動ユニット1では、駆動用モータ10は減速機20よりも排気管51から遠い側(
図4中左側)に配置されている。すなわち、駆動用モータ10から見ると、排気管51との間には、減速機20及びサイドメンバ81が存在する。
【0036】
このような構成により、排気管51の熱が、サイドメンバ81と減速機20とに遮られ、駆動用モータ10及び電力変換装置30に直接的に伝達されることが抑制される。
【0037】
さらに、減速機20は、次に説明するように冷却水流路211を備える。
【0038】
図5は、減速機20を軸方向(
図2中矢視A)から観察した場合の説明図である。
図6は、駆動ユニット1及びサスペンションメンバ2の断面図であり、
図3のVI-VI断面図である。
【0039】
減速機20は、略円筒形状の外径を有するハウジング21に複数の歯車(例えば遊星歯車機構)からなる減速機構22(
図6参照)を収容して構成される。
【0040】
ハウジング21は、アルミ合金等の金属により円筒形状に構成され、その内側に冷媒(冷却水)が流通する冷却水流路211(
図5で点線で示す)を備える。冷却水流路211は、ハウジング21を回転軸方向に垂直な面で切断した場合において、ハウジング21の下側部分に、減速機構22の下部と対向するような円弧状の空間として形成される。この円弧状の空間は、車両の前後方向に伸びる通路として形成され、ハウジング21に収容される減速機構22(
図5で一点鎖線で示す)の下側を覆うように構成される。
【0041】
ハウジング21の端面21A(駆動用モータ10とは逆側の軸方向の端部)には、冷却水流路211に冷却水を流通させる冷却水入口212及び冷却水出口213が設けられる。冷却水入口212及び冷却水出口213は、減速機20の端面21Aにおいて、車両100の前後方向に離れて配置される。
【0042】
すなわち、冷却水入口212は、減速機20における車両100の後方側に配置され、円弧状に形成された冷却水流路211の一方の端部に連通する。冷却水出口213は、減速機20における車両100の前方側に配置され、円弧状に形成された冷却水流路211の他方の上側端部に連通する。冷却水入口212は、冷却水出口213よりも路面からの高さが高い位置に配置される。
【0043】
ハウジング21の内側には、減速機構22の潤滑のための潤滑油が貯留される。潤滑油は、ハウジング21の形成された冷却水流路211にハウジング21の内面を介して接し、冷却水流路211の冷却水により冷却される。
【0044】
そして、
図6に示すように、減速機20の冷却水流路211は、減速機20の下部近傍に配置される排気管51に対向する位置に形成される。
【0045】
排気管51の熱の一部は、サイドメンバ81を通過して減速機20のハウジング21の端面21A側の下部に伝達するものの、ハウジング21には冷却水流路211が存在するので、ハウジング21に伝達した熱が、駆動用モータ10や電力変換装置30に伝達することが抑制される。
【0046】
なお、本実施形態では、排気管51と減速機20との間に必ずしもサスペンションメンバ2(サイドメンバ81、クロスメンバ82)が存在しない箇所が存在する。そのような箇所であっても、減速機20の冷却水流路211が介在することで、排気管51の熱が駆動用モータ10に伝達することが防止される。
【0047】
また、減速機20において、冷却水入口212は、路面からの高さが、冷却水出口213の路面からの高さよりも高い位置に配置される。ハウジング21の底部に円弧状に形成される冷却水流路211は、減速機20内に貯留された潤滑油を下方から覆うように構成される。
【0048】
このような構成により、登坂路における減速機20の冷却効率を高めることができる。具体的には、車両100が登坂路を登る場合に、減速機20内の潤滑油の油面(
図5中一点鎖線で示す)は、登坂路の傾きに応じて傾斜し、車両後方側の油面が車両前方側よりも高くなる。さらに、車両100が登坂路を登る場合は、平坦路や斜面を下る場合と比較して、駆動用モータ10やエンジン50に必要とされるトルクが上昇する。従って、このような場合には排気管51の温度が上昇する。
【0049】
ここで、
図5に示すように、冷却水流路211の車両後方側(冷却水入口212)が高い位置にあるため、潤滑油の油面が後方に傾いたとしても、傾いた潤滑油の油面よりも上に冷却水入口212が位置する。これにより、貯留された潤滑油のほぼ全体が冷却水より冷却されることになる。
【0050】
従って、車両100が登坂路を登る場合であっても、減速機20の冷却効率が損なわれることがない。さらに、冷却水流路211の冷却水により排気管51から伝達する熱を速やかに放熱するので、排気管51の熱が駆動用モータ10に伝達することがない。
【0051】
さらに、
図3に示すように、減速機20のハウジング21に配置される冷却水入口212の付近では、排気管51は、平面視において、その中心(中心線P)が、サイドメンバ81の幅方向中心(中心線F)と同じか、幅方向中心よりも外側(減速機20から離間する側)に配置されるように構成した。
【0052】
排気管51の熱は、サイドメンバ81に遮られて減速機20、特に冷却水入口212に伝わりにくくなる。冷却水入口212から流入する冷却水は、減速機20内部で熱交換が行われる前であり、冷却水出口213から流出する冷却水と比較して温度が低い。そこで、冷却水入口212付近で排気管51からの熱の伝達を受けないように構成することで、減速機20の冷却効率が損なわれることを防止できる。
【0053】
以上説明した本発明の実施形態では、エンジン50を備える車両100に、駆動用モータ10及び変速機(減速機20)からなる駆動ユニット1を搭載する車載構造に適用される。駆動ユニット1は、駆動用モータ10及び減速機20が車両100の幅方向に直列に連結されて構成される。エンジン50の排気管51は、減速機20の近傍を、車両100の前後方向に通過するように延設される。減速機20は、排気管51と対向する位置に、減速機20内の減速機構22を潤滑する潤滑油を冷却する冷却水が流通する冷却水流路211を備える。
【0054】
このような構成により、排気管51の熱が直に駆動用モータ10に伝達されることがなく、減速機20に伝達した熱は冷却水により速やかに除熱される。これにより、駆動用モータ10が排気管51の熱の影響を受けないので、遮熱板等の部品を新たに追加することなく、駆動用モータ10の効率の低下を防ぐことできる。なお、駆動用モータ10及び電力変換装置30もハウジングを有し、それぞれに冷却水が流通する冷却水流路が備えられている。
【0055】
また、本実施形態では、減速機20は、減速機構22を収容するハウジング21を備え、ハウジング21には冷却水流路211が形成され、冷却水流路211は、ハウジング21の下方側で、車両前後方向に渡って円弧状に形成される。
【0056】
このような構成により、円弧状に形成された冷却水流路211の内周側で潤滑油が常に冷却水により冷却されるため、減速機20の冷却効率が損なわれることがない。
【0057】
また、本実施形態では、ハウジング21には、冷却水流路211の冷却水入口212及び冷却水出口213が、車両100の前後方向に離れて配置され、冷却水入口212及び冷却水出口213の一方は、他方よりも、地上からの高さが高い位置に配置される。
【0058】
このような構成により、車両100が登坂路を走行する場合に、減速機20内で潤滑油の油面が傾いた場合にも、傾いた潤滑油の油面よりも上に冷却水が流通するので、減速機20の冷却効率が損なわれることがない。
【0059】
また、本実施形態では、冷却水入口212は、冷却水出口213よりも車両100の後方側に配置され、冷却水入口212は、冷却水出口213よりも地上からの高さが高い位置に配置される。
【0060】
このような構成により、車両100が登坂路を登る場合に、減速機20内で潤滑油の油面が後方に傾いた場合にも、傾いた潤滑油の油面よりも上に冷却水入口212が存在することで冷却水が流通するので、登坂路を登る場合にも、減速機20の冷却効率が損なわれることがない。
【0061】
また、本実施形態では、駆動ユニット1は、駆動用モータ10に電力を供給する電力変換装置30が、駆動用モータ10の上側に配置される。
【0062】
このような構成により、排気管51の熱が直に電力変換装置30に伝達されることがなく、電力変換装置30が排気管51の熱の影響を受けないので、部品を追加することなく、電力変換装置30の効率の低下を防ぐことできる。
【0063】
また、本実施形態では、駆動ユニット1は、サスペンションメンバ2に支持される。サスペンションメンバ2は、車両100の前後方向に延設する一組のサイドメンバ81と、車両100の幅方向に延設する一組のクロスメンバ82とからなり、駆動ユニット1は、一組のサイドメンバ81及び一組のクロスメンバ82により区画される略矩形形状の内側に配置される。排気管51は、サイドメンバ81の下方を、サイドメンバ81に沿って配置される。
【0064】
このような構成により、排気管51の熱がサイドメンバ81に遮られ、駆動ユニット1側に伝わりにくくなるので、部品を追加することなく、駆動用モータ10の効率の低下を防ぐことができる。
【0065】
また、本実施形態では、排気管51は、減速機20の冷却水入口212付近で、サイドメンバ81の下方側に、サイドメンバ81の車両100の幅方向の中心よりも外側に配置される。
【0066】
このような構成により、減速機20に最も温度の低い冷却水が流入する冷却水入口212において、排気管51の熱がサイドメンバ81に遮られるので、減速機20の冷却効率が損なわれることがない。
【0067】
以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例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。
【0068】
本実施形態の駆動用モータ10は、自動車以外の装置、例えば各種電気機器又は産業機械に搭載される駆動力源として用いられてもよい。
【0069】
また、本実施形態では、減速機20において車両100の後方側に冷却水入口212を配置したが、これに限られず、車両100の後方側に冷却水出口213配置し、冷却水が、減速機20における車両前方側から車両後方側に向かって流れるように構成されていてもよい。
【0070】
また、本実施形態では、減速機20は、複数の減速段を切り換え可能な変速機構を有する変速機として構成されていてもよい。
【0071】
また、本実施形態では、排気管51と減速機20との間にサスペンションメンバ2(サイドメンバ81)が介在するように構成したが、これに限られない。排気管51と駆動用モータ10及び電力変換装置30との間にサスペンションメンバ2が存在せず、減速機20のみが介在すればよい。減速機20の冷却水流路211によって、排気管51の熱が駆動用モータ10及び電力変換装置30に伝達することが防止される。この場合、排気管51は、減速機20の下方ではなく、冷却水流路211が存在するハウジング21の側面付近に配置されてもよい。