(57)【要約】【課題】設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇を防ぎつつ、かつ、モータに対する入出力フリクションロスを低減することができるハイブリッド電気自動車を提供すること。【解決手段】エンジン（２）と、前記エンジンの出力が連結され、車両の変速を行う変速機（５）と、前記変速機にその一端が連結されるプロペラシャフト（６）と、前記プロペラシャフトの他端に連結される差動装置（７）と、前記差動装置を介し、前記プロペラシャフトにそれぞれ連結される２つのドライブシャフト（８ａ、８ｂ）と、前記２つのドライブシャフトのそれぞれに連結される駆動輪（９ａ、９ｂ）と、前記プロペラシャフト及び前記２つのドライブシャフトのそれぞれに設けられ、前記車両の駆動源でもあり発電も可能な少なくとも３つの電動機（１０ａ、１１ａ、１２ａ）と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源であるエンジンと、
前記エンジンの出力が連結され、前記車両の変速を行う変速機と、
前記変速機にその一端が連結されるプロペラシャフトと、
前記プロペラシャフトの他端に連結される差動装置と、
前記差動装置を介し、前記プロペラシャフトにそれぞれ連結される２つのドライブシャフトと、
前記２つのドライブシャフトのそれぞれに連結される駆動輪と、
前記プロペラシャフト及び前記２つのドライブシャフトのそれぞれに設けられ、前記車両の駆動源でもあり発電も可能な少なくとも３つの電動機と、を有するハイブリッド電気自動車。
【請求項２】
前記電動機は、前記プロペラシャフトに設けられる数量よりも前記ドライブシャフトのそれぞれに設けられる数量が多い請求項１に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項３】
前記プロペラシャフトに設けられる前記電動機は、前記プロペラシャフトの中央部よりも前記変速機又は前記差動装置が連結された端部近傍に位置する請求項１又は２に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項４】
前記ドライブシャフトに設けられる前記電動機は、前記差動装置が配置された前記ドライブシャフトの一端の近傍に位置する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項５】
減速機を更に有する１乃至４のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項６】
前記電動機は、出力特性が同一である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車。
【請求項７】
前記車両は、荷台を搭載するシャーシ及び前記シャーシに設置されるキャブを備えるトラックである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費や排ガス性能の向上等を目的に、駆動源としてエンジンと電動機（以下モータという）とを備えるハイブリッド電気自動車が開発されている。このようなハイブリッド電気自動車として、エンジン及びモータの少なくとも一方からの駆動力が変速機に入力され、当該変速機からの駆動力がプロペラシャフト及び差動装置を介して駆動輪へ伝達されるドライブラインを備えた車両が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、車両の駆動源としてエンジン及びモータを搭載し、車両の減速時に駆動輪に対するエンジンの出力軸の連結を、エンジンとモータとの間に配設されたクラッチの操作によって選択的に切断し、エンジンブレーキに相当する負荷を発生するようにモータを制御するハイブリッド自動車が開示されている。このようなハイブリッド自動車においては、減速エネルギの回生効率及び運転性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６４４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような動力伝達機構を採用する場合、変速機内において、エンジン出力とモータ出力との切換え及び統合を図り、かつ回生制御を行うためには、複雑なクラッチ機構を設計する必要がある。また、エンジンルーム周辺においては十分なスペースを確保しにくいため、モータやクラッチ等を含む変速機構はコンパクト化を考慮しつつ設計が行われる。故に、上記動力伝達機構を採用する場合、その駆動システムに対して固有のモータ設計を行う必要がある。更に、モータ出力などのスペックや仕様の変更が行われる場合には、所定の駆動システムに対して固有に設計されたモータをそのまま当該所定の駆動システムに適用することができないことから、動力伝達機構自体の設計の自由度も著しく低くなってしまう。以上の理由から、上記動力伝達機構を採用するハイブリッド電気自動車は、設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇を招く問題がある。
【０００６】
そして、エンジン及びモータの少なくとも一方からの駆動力が変速機に入力される場合、変速機におけるフリクションロス（摩擦損失）によってモータに対する入出力の伝達効率が低下するという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇を防ぎつつ、かつ、モータに対する入出力のフリクションロスを低減することができるハイブリッド電気自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、本発明の第１の態様では、車両の駆動源であるエンジンと、前記エンジンの出力が連結され、前記車両の変速を行う変速機と、前記変速機にその一端が連結されるプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトの他端に連結される差動装置と、前記差動装置を介し、前記プロペラシャフトにそれぞれ連結される２つのドライブシャフトと、前記２つのドライブシャフトのそれぞれに連結される駆動輪と、前記プロペラシャフト及び前記２つのドライブシャフトのそれぞれに設けられ、前記車両の駆動源でもあり発電も可能な少なくとも３つの電動機と、を有する。
【０００９】
第２の態様では、上記第１の態様において、前記電動機は、前記プロペラシャフトに設けられる数量よりも前記ドライブシャフトのそれぞれに設けられる数量が多くなっている。
【００１０】
第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、前記プロペラシャフトに設けられる前記電動機は、前記プロペラシャフトの中央部よりも前記変速機又は前記差動装置が連結された端部近傍に位置している。
【００１１】
第４の態様では、上記第１乃至第３の態様のいずれかにおいて、前記ドライブシャフトに設けられる前記電動機は、前記差動装置が配置された前記ドライブシャフトの一端の近傍に位置している。
【００１２】
第５の態様では、上記第１乃至第４の態様のいずれかにおいて、減速機を更に有している。
【００１３】
第６の態様では、上記第１乃至第５の態様のいずれかにおいて、前記電動機は、出力特性が同一である。
【００１４】
第７の態様では、上記第１乃至第６の態様のいずれかにおいて、前記車両は、荷台を搭載するシャーシ及び前記シャーシに設置されるキャブを備えるトラックである。
【発明の効果】
【００１５】
上記手段を用いる本発明によれば、ハイブリッド電気自動車において、設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇を防ぎつつ、かつ、モータ出力のフリクションロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態におけるハイブリッド電気トラックの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明の一実施形態を説明するためのハイブリッド電気トラックを示す全体構成図である。
【００１８】
本実施形態において、ハイブリッド電気トラック１はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、荷台を搭載するシャーシ（図示せず）及び当該シャーシに設置されるキャブを備えている。以下の説明では、単に車両１と称する場合もある。
【００１９】
車両１には走行用動力源（駆動源）としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及びモータ３が搭載されている。エンジン２の近傍における具体的な構成としては、エンジン２の出力軸にはモータ３が連結され、モータ３の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４には変速機５の入力側が連結されている。また、変速機５から車輪に至るまでの具体的な構成としては、変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７にはドライブシャフト８ａ、８ｂを介して車輪である左右の駆動輪９ａ、９ｂが連結されている。更に、本実施形態における車両１おいては、プロペラシャフト６、２つのドライブシャフト８ａ、８ｂのそれぞれに、ドライブユニット１０、１１、１２が設けられている。
【００２０】
モータ３は、例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能な構成を有している。また、本実施形態において、モータ３は比較的に低出力（例えば、２０kＷ）の出力特性を有している。更に、図１に示すように、本実施形態においては、モータ３がエンジン２とクラッチ４との間に配置されている。これは、モータ３の発電機能を維持するための接続構成であり、本実施形態においてはモータ３をエンジン２の回転によって発電する発電機として基本的に機能させる。なお、モータ３の配置箇所はこれに限定されず、例えば、クラッチ４と変速機５との間に配置してもよい。この場合には、モータ３が車両１の駆動源としてより効果的に動作することになる。
【００２１】
変速機５は一般的な手動式変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進６速後退１速の変速段を有している。当然ながら、変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態において、ドライブユニット１０、１１、１２のそれぞれは、２つのモータ及び１つの減速機から構成されている。より具体的に、ドライブユニット１０が２つのモータ１０ａ、１０ｂとの間に１つの減速機１０ｃを接続した構成を有し、ドライブユニット１１が２つのモータ１１ａ、１１ｂとの間に１つの減速機１１ｃを接続した構成を有し、ドライブユニット１２が２つのモータ１２ａ、１２ｂとの間に１つの減速機１２ｃを接続した構成を有している。
【００２３】
本実施形態において、ドライブユニット１０、１１、１２を構成する各モータ（すなわち、モータ１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）は、出力特性が互いに同一であるとともに、トルク特性も互いに同一となっている。また、これらの各モータは、エンジン２に直結したモータ３とも同一の出力特性、トルク特性を有している。例えば、車両全体として１４０ｋＷの出力が要求される場合には、各モータの出力は、２０ｋＷとなり、１つのモータあたりの出力が比較的小さくなっている。すなわち、車両１に用いられる全てのモータのスペック及び仕様は共通化されており、更には特殊な車両に使用される高出力のモータではなく低出力のモータを使用することができる。換言すれば、車両１に用いられる全てのモータに、専用品ではない汎用性の高いものを使用することができる。このような構成により、車両１自体の設計／製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
なお、各モータの特性の全てが完全に一致している必要はなく、車両１に要求される特性（例えば、出力特性及びトルク特性等）に応じて、一部の特性又は各特性が若干異なっていてもよいが、できる限り各特性が共通化されている汎用性の高いものを使用することが好ましい。例えば、モータ３は、ドライブユニット１０、１１、１２を構成する各モータとは、設置箇所及び主要とする機能（すなわち、発電機能）が異なるため、他のモータよりも高出力のモータを使用することもできる。また、ドライブユニット１０、１１、１２を構成する各モータによって、車両１としての発電及び駆動力を確保できれば、モータ３を設置しなくてもよい。
【００２５】
ドライブユニット１０、１１、１２を構成する各減速機（すなわち、減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃ）として、例えば遊星歯車減速機等の歯車減速機を用いることができる。このような減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃを車両１に搭載することにより、駆動輪９ａ、９ｂに必要なトルク及び回転速度を伝達することができ、モータ効率が高い領域でモータ３、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを使用することができる。
【００２６】
また、減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃについても、スペック及び仕様の共通化を図り、同一特性の減速機を使用してもよい。すなわち、ドライブユニット１０、１１、１２を同一の車両用部品としてもよい。このような構成により、車両１自体の設計／製造コストの低減をより一層図ることができる。
【００２７】
ドライブユニット１０、１１、１２は、車両１の振動の影響を低減させる観点から、変速機５、及び差動装置７の近傍において、車両１を構成するシャーシに対して直接的に固定するように設置することが好ましい。すなわち、ドライブユニット１０は、プロペラシャフト６の中央部よりも変速機５又は差動装置７が連結された端部近傍に設置することが好ましく、ドライブユニット１１、１２は、差動装置７が連結されたドライブシャフト８ａ、８ｂの一端の近傍に設置することが好ましい。
【００２８】
一方で、変速機５のフリクションロスによるモータ出力の伝達効率の低下を考慮すると、車両１の駆動源になり得る各モータは、駆動輪９ａ、９ｂにより近づけて配置することが好ましい。
【００２９】
以上のことを鑑みて、本実施形態においては、ドライブユニット１０、１１、１２を差動装置７の近傍に配置し、シャーシ等に対して強固に固定することで車両１の振動による影響を低減させつつ、モータ出力の伝達効率の向上が図られている。ここで、上記のドライブユニット１０、１１、１２の設置箇所は一例に過ぎず、各ドライブユニットの寸法、プロペラシャフト６の寸法、ドライブシャフト８ａ、８ｂの寸法等の駆動機構の構成に応じて、適宜変更することができる。例えば、ドライブユニット１０を変速機５の近傍に配置してもよく、ドライブユニット１１、１２を駆動輪９ａ、９ｂ側により近づけてもよい。
【００３０】
なお、本実施形態においては、各ドライブユニットにおけるモータの数量が２個であったが、ドライブシャフト８ａ、８ｂに設置されるドライブユニット１１、１２におけるモータの数量を、プロペラシャフト６に設置されるドライブユニット１０におけるモータの数量よりも多くしてもよい。このようにすることで、モータ出力の伝達効率の低下がより抑制された位置（すなわち、駆動輪９ａ、９ｂにより近い位置）に対して、より多くのモータが配置されることになり、車両１全体としてのモータの伝達効率を向上させることができる。例えば、ドライブユニット１０のモータ数量を１つとし、ドライブユニット１１、１２のモータ数量を２つとしてもよい。
【００３１】
このような構成により、車両１の全体に要求される出力及び１つのモータの出力に応じて、モータの数量のみを適宜調整することで、車両１における出力及びトルクの最適化を図ることができる。すなわち、モータの仕様等を変更することなく、汎用性の高いモータの数量の調整により、車両１の出力及びトルクの最適化を図ることができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、各ドライブユニット１０、１１、１２に減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃを設けたが、各ドライブユニット１０、１１、１２はこのような構造に限定されず、車両１としてモータ全体の駆動を減速することができれば、減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃを備えていなくもよく、減速機１０ｃ、１１ｃ、１２ｃの設置箇所は適宜変更することができる。例えば、駆動輪９ａ、９ｂの近傍に減速機を設けるような構造でもよい。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態において、車両１の全てのモータは、一般的なインバータ及びコンバータを備えている電力変換装置２１に接続されている。また、電力変換装置２１には、バッテリ２２が接続されている。このような接続構成により、例えばバッテリ２２に蓄えられた直流電力は電力変換装置２１により交流電力に変換されて各ドライブユニットを構成する各モータに供給され、各ドライブユニットを構成する各モータが発生した駆動力は駆動輪９ａ、９ｂに伝達されて車両１を走行させる。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９ａ、９ｂ側からの逆駆動により車両１の全てのモータが発電機として作動する。これらのモータが発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９ａ、９ｂ側に伝達されると共に、これらモータが発電した交流電力が電力変換装置２１で直流電力に変換されてバッテリ２２に充電される。更に、エンジン２が発生する駆動力によってモータ３を回転させて発電を行い、バッテリ２２を効率的に充電する。
【００３４】
そして、車両１には、車両全体を統合制御するための制御回路であるＥＣＵ２３が設けられている。そのため、ＥＣＵ２３は、アクセルペダル及びブレーキペダル（いずれも図示せず）の操作量に応じて、エンジン２、クラッチ４、変速機５、及び電力変換装置２１を制御し、運転者の意思及び走行条件に合わせて最適な運転制御を行う。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係るハイブリッド電気トラック１においては、変速機５よりも駆動輪９ａ、９ｂに対してより近傍となる領域に、複数のモータ１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを設けているため、モータ出力のフリクションロスを低減することができる。また、車両１に対して要求される出力及びトルクに応じてモータの個数を適宜決定し、分散して配置するため、要求される出力及びトルクが大きい場合であっても１つのモータの出力を小さくすることができる。また、車両１に対して要求される出力及びトルクの仕様が変更になった場合であっても、モータの個数及び配置を適宜変更することにより対応することができる。これによって、各モータの共通化及び汎用化が図られ、設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇を防ぐことができる。
【００３６】
特に、本実施形態においては、比較的に高出力及び高トルクが必要となる中型及び大型トラックにおいて、各モータの低出力化を容易に図ることができ、設計／製造コストの上昇を顕著に防ぐことができる。
【００３７】
また、本実施形態においては、車両１に搭載される全てのモータ３、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの出力特性及びトルク特性が同一となっているため、各モータの共通化及び汎用化がより厳格に図られることになり、設計期間の長期化、および設計／製造コストの上昇をより顕著に防止することができる。
【００３８】
更に、本実施形態においては、ドライブユニット１０、１１、１２を差動装置７の近傍においてシャーシに強固に固着することができるため、振動が大きくなりやすい中型及び大型トラックにおいても、振動によるモータ効率の低下を抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、車両としてハイブリッド電気トラックを前提に説明をしたが、トラックに限定されることなく、他の一般的な乗用車等を含むハイブリッド電気自動車に本発明の構成を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  ハイブリッド電気トラック（車両）
２  エンジン
３  モータ（電動機・発電機）
４  クラッチ
５  変速機
６  プロペラシャフト
７  差動装置
８ａ、８ｂ  ドライブシャフト
９ａ、９ｂ  駆動輪
１０  ドライブユニット
１０ａ、１０ｂ  モータ
１０ｃ  減速機
１１  ドライブユニット
１１ａ、１１ｂ  モータ
１１ｃ  減速機
１２  ドライブユニット
１２ａ、１２ｂ  モータ
１２ｃ  減速機
【図１】
2016120739.tif 000003