JP2004123060A

JP2004123060A - Drive device of electric automobile

Info

Publication number: JP2004123060A
Application number: JP2002294023A
Authority: JP
Inventors: Takenori Hashimoto; 橋本　武典
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a smaller drive device of an electric automobile to be driven by a plurality of power sources. <P>SOLUTION: The drive device of the electric automobile is equipped with a generator 25 driven by an engine 13 and a motor 14 to drive driving wheels using the electric power given by the generator 25. A crankshaft 22 of the engine 13 is furnished with an engine side input shaft 18 having an engine side driving gear 30, while a motor rotor 29 of the motor 14 is furnished with a motor side input shaft 19 having with a motor side driving gear 31. An output shaft 20 is provided having an engine side driven gear 32 and a motor side driven gear 33 to mesh with the driving gears 30 and 31, and one end of the output shaft 20 is coupled with the driving wheels. A clutch mechanism 36 is installed on the engine side input shaft 18, and the engine power can be transmitted selectively to the output shaft 20 by changing over the clutch mechanism 36 between the power transmitting condition and the shutoff condition. Accordingly, the output of the motor 14 can be suppressed to downsize the drive device 10. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気自動車の駆動装置に関し、特に、複数の動力源によって駆動される電気自動車の駆動装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車は、電力を蓄えるバッテリと、駆動輪を駆動するモータとを備えており、充電されたバッテリからの電力によって走行することができる。電気自動車は、走行時に排出ガスを発生せず、エネルギー効率が良いなどの利点がある一方、１回の充電による航続距離が短く、充電に時間や手間がかかるという問題がある。
【０００３】
これらの問題点を解決するため、モータに加えてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載した電気自動車として、いわゆるハイブリット自動車が開発されている。ハイブリット自動車の駆動方式は、モータやエンジンの用途によって定められ、充電のためにエンジンが設けられたシリーズ方式や、駆動および充電のためにエンジンが設けられたパラレル方式があり、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせたシリーズ・パラレル方式も開発されている。
【０００４】
シリーズ方式のハイブリット自動車は、駆動輪を駆動するモータと、発電機を駆動するエンジンとを備えており、発電機によって発電された電力は、モータに供給されるとともにバッテリに充電される。このため、エンジンを効率の良い回転数のみで使用することができる（たとえば、特許文献１参照。）。また、パラレル方式のハイブリット自動車は、主体的に駆動輪を駆動するエンジンと、エンジンを補助するモータとを備えており、発進時や加速時などには、駆動輪は電動モータとエンジンとの動力を用いて駆動される。また、エンジンは駆動輪を駆動するとともに余剰動力を用いてモータを発電機として駆動する。
【０００５】
一方、シリーズ・パラレル方式のハイブリット自動車は、エンジンによって駆動される発電機をパラレル方式に加えたものであり、走行状態に応じてエンジンによる駆動とモータによる駆動とエンジンおよびモータ双方による駆動とに切り換えることによって、エンジンとモータとを効率のよい条件で使用することができる。この駆動方式のハイブリット自動車は、駆動トルクが要求される発進時にはモータを用いて車両を駆動し、車速が上昇するとエンジンによって車両を駆動し、登坂時などの高負荷時にはモータとエンジンとによって車両を駆動する。また、エンジンの低負荷時にはバッテリに充電することができる（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２８５７０８号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−２２６３９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリーズ方式にあっては、エンジンを効率よく使用できる一方、エンジンと発電機とを備える発電用ユニットと、電動モータを備える駆動用ユニットとを有するため、大型の駆動装置になりやすいという問題があった。特に、モータは所定の回転数を超えると駆動トルクが減少し始めることにより、所定の回転数を超えると出力される動力が一定になる出力特性を有する。つまり、モータの出力特性上、回転数を増加させた場合であっても動力を増加させることは困難となっている。このため、モータの回転数が増加する高速域で、車両に要求される動力性能を満足させるためには、高出力のモータが必要となり、駆動装置の大型化を招くことになっていた。
【０００９】
また、パラレル方式にあっては、エンジンを走行の主体とするため変速機が必要となり、駆動装置の大型化を招くことになっていた。さらに、シリーズ・パラレル方式にあっては、エンジン動力とモータ動力とを、走行状態に応じて駆動輪に分配するために動力分配機構を設ける必要がある。この動力分配機構は複雑な遊星歯車列によって形成されており、駆動装置の大型化を招くことになっていた。このような駆動装置の大型化は、駆動装置の搭載性を悪化させるだけでなく、重量増大や高コスト化などの問題を生じさせていた。
【００１０】
本発明の目的は、電気自動車の駆動装置を小型化することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気自動車の駆動装置は、エンジンに駆動される発電機と、前記発電機からの電力を用いて駆動輪を駆動するモータとを備える電気自動車の駆動装置であって、前記エンジンのクランク軸に設けられ、前記エンジンに駆動されるエンジン側入力軸と、前記モータのモータロータに設けられ、前記モータに駆動されるモータ側入力軸と、前記モータ側入力軸に駆動され、前記駆動輪に連結される出力軸と、前記エンジンと前記出力軸との間に設けられ、前記エンジンの動力を前記出力軸に伝達する動力伝達状態と伝達しない動力切断状態とに切り換えるクラッチ機構とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記発電機の発電ロータは前記クランク軸に取り付けられ、前記発電ロータは前記クランク軸に直接駆動されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記発電機の発電ロータは前記クランク軸に対して並列に設けられ、前記発電ロータは発電用動力伝達部材を介して前記クランク軸に間接駆動されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記モータ側入力軸は前記エンジン側入力軸または前記出力軸のいずれか一方と同軸上に設けられ、前記エンジン側入力軸と前記出力軸とを連結する動力伝達部材が設けられることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記エンジン側入力軸と前記モータ側入力軸とは前記出力軸に対して平行に設けられ、前記エンジン側入力軸と前記出力軸とを連結する第１の動力伝達部材が設けられるとともに、前記モータ側入力軸と前記出力軸とを連結する第２の動力伝達部材が設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記エンジン側入力軸、前記モータ側入力軸および前記出力軸は相互に平行に設けられ、前記エンジン側入力軸、前記モータ側入力軸および前記出力軸を連結する動力伝達部材が設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記クラッチ機構は前記エンジン側入力軸に設けられることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記クラッチ機構は、前記エンジン側入力軸と前記出力軸とを連結する前記動力伝達部材と前記出力軸との間に設けられることを特徴とする。
【００１９】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記クラッチ機構は、湿式クラッチ、乾式クラッチ、電磁クラッチ、電磁式２ウェイクラッチまたは噛み合いクラッチであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の電気自動車の駆動装置は、車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
前記走行速度に基づいて前記クラッチ機構を動力伝達状態と動力切断状態とに切り換えるクラッチ切換手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の電気自動車の駆動装置は、車両の走行負荷を検出する負荷検出手段と、
前記走行負荷に基づいて前記クラッチ機構を動力伝達状態と動力切断状態とに切り換えるクラッチ切換手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の電気自動車の駆動装置は、前記走行速度または前記走行負荷に基づいて前記モータの動力を制御するモータ制御手段を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の電気自動車の駆動装置においては、発電機を駆動するエンジンと駆動輪に連結される出力軸とをクラッチ機構により動力伝達状態と動力切断状態とに切り換えるようにしたので、エンジン動力を選択的に出力軸に伝達することができる。これにより、モータに要求される動力を抑えることができるため、駆動装置の小型化を達成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態である電気自動車の駆動装置１０の搭載位置を示す概略図である。図１に示すように、電気自動車つまりハイブリット自動車１１の前方下部には駆動装置１０が縦置きに搭載されており、駆動装置１０の前方にはラジエータ１２などの補機類が設けられている。駆動装置１０の一端にはエンジン１３が設けられ、他端にはモータ１４が設けられており、このエンジン１３とモータ１４とに挟まれて動力伝達部１５が設けられている。動力伝達部１５から突出する前輪駆動軸１６は駆動輪である前輪１７に連結されており、この駆動装置１０は前輪駆動のハイブリット自動車１１に適用される。
【００２６】
図２は図１の駆動装置１０を示す概略断面図である。図２に示すように、動力伝達部１５は、エンジン１３に連結されるエンジン側入力軸１８と、モータ１４に連結されるモータ側入力軸１９とを備えており、これらの入力軸１８，１９に平行であって前輪１７に連結される出力軸２０を備えている。エンジン側入力軸１８、モータ側入力軸１９および出力軸２０は、進行方向に向けてギヤケース２１内に回転自在に収容されている。
【００２７】
エンジン１３のクランク軸２２には環状の発電ロータ２３が連結され、発電ロータ２３を囲むようにステータコイル２４がギヤケース２１に固定されており、発電ロータ２３とステータコイル２４とによってジェネレータつまり発電機２５が形成されている。発電ロータ２３はクランク軸２２によって直接駆動されるため、動力伝達ロスを発生させることなく効率的な発電が可能となる。また、発電ロータ２３の内側に設けられるダンパ２６を介して発電ロータ２３とエンジン側入力軸１８とは連結されており、エンジン１３は発電ロータ２３を駆動するとともにエンジン側入力軸１８を駆動する。
【００２８】
モータ１４は、ギヤケース２１に連結されたモータケース２７内に組み込まれており、モータケース２７に固定された筒状のステータコイル２８と、ステータコイル２８に収容されるモータロータ２９とを備えている。ステータコイル２８とモータロータ２９とによりモータ１４が形成され、ステータコイル２８に電力を供給することによりモータロータ２９が駆動される。また、モータケース２７から突出するモータロータ２９の先端にはモータ側入力軸１９が連結されており、モータ１４はモータ側入力軸１９を駆動する。
【００２９】
エンジン側入力軸１８の先端にはエンジン側駆動歯車３０が設けられ、モータ側入力軸１９の先端にはモータ側駆動歯車３１が設けられている。これらの駆動歯車３０，３１に噛み合うように、出力軸２０にはエンジン側被駆動歯車３２とモータ側被駆動歯車３３とが設けられている。つまり、エンジン側駆動歯車３０とエンジン側被駆動歯車３２とは第１の動力伝達部材となり、モータ側駆動歯車３１とモータ側被駆動歯車３３とは第２の動力伝達部材となる。なお、エンジン側駆動歯車３０とエンジン側被駆動歯車３２とは、たとえば、手動変速機における第５速相当のギヤ比に設定されている。
【００３０】
また、出力軸２０の先端には終減速小歯車であるハイポイドピニオンギヤ３４が設けられており、これに噛み合うように終減速大歯車であるハイポイドギヤ３５がギヤケース２１に回転自在に設けられている。ハイポイドギヤ３５は図示しない差動機構つまりデファレンシャルギヤを備えており、エンジン側入力軸１８およびモータ側入力軸１９から出力軸２０に伝達された動力は、ハイポイドギヤ３５に入力された後にデファレンシャルギヤを介して左右の前輪駆動軸１６に出力される。
【００３１】
また、エンジン側入力軸１８はクランク軸２２に連結された駆動軸１８ａとエンジン側駆動歯車３０が固定された被駆動軸１８ｂとによって形成されており、駆動軸１８ａと被駆動軸１８ｂとの間にはクラッチ機構３６が設けられている。このクラッチ機構３６は、駆動軸１８ａと被駆動軸１８ｂとを動力的に接続してエンジン動力を出力軸２０に伝達する動力伝達状態と、駆動軸１８ａと被駆動軸１８ｂとを動力的に切断してエンジン動力を出力軸２０に伝達することのない動力切断状態とに切り換えられる。
【００３２】
図３（Ａ）はクラッチ機構３６としての電磁式２ウェイクラッチ４０を示す断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である。図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、電磁式２ウェイクラッチ４０は駆動軸１８ａに連結される外輪４１と被駆動軸１８ｂに連結される内輪４２とを備えており、外輪４１と内輪４２との間には保持器４３に保持された円筒状のローラ４４が複数配置されている。ローラ４４に対面する外輪４１の内周面は円形の断面形状を有するように形成される一方、内輪４２の外周面は多角形の断面形状を有するように形成されている。また、外輪４１に固定されたドライブプレート４５と、保持器４３に固定されたドリブンプレート４６とが設けられており、これらのプレート４５，４６に対面するコイル４７がギヤケース２１に固定されている。
【００３３】
コイル４７の非通電時には、内輪４２と保持器４３との間に設けられるスイッチばね４８により、内輪４２とローラ４４とは図３（Ｂ）に示される位置関係に保持される。このとき、ローラ４４と外輪４１との間にはクリアランスが設けられており、外輪４１は内輪４２に対して回転自在となる。一方、コイル４７の通電時には、ドリブンプレート４６がドライブプレート４５に吸引されるため、外輪４１と保持器４３とは一体となって回転する。外輪４１とともにローラ４４が回転移動すると、外輪４１と内輪４２との間のクリアランスは徐々に狭くなるため、ローラ４４が内輪４２の外周面つまりカム面に噛み込み、外輪４１と内輪４２とはいずれの回転方向にも一体に回転することになる。つまり、コイル４７の通電時には動力伝達状態に切り換えられる一方、コイル４７の非通電時には動力切断状態に切り換えられることになる。
【００３４】
このような電磁式２ウェイクラッチ４０は、コイル４７の通電制御によって切り換えることができるため、エンジン動力の伝達径路を容易に切り換えることができる。また、内輪４２、外輪４１およびローラ４４の潤滑については、ハイポイドギヤ３５による潤滑油の跳ねかけで十分であるため、潤滑のためにオイルポンプを設ける必要がないとともに、ギヤケース２１内に収容される潤滑油の種類を増やす必要がないため、駆動装置１０を簡易な構造にすることができる。また、動力切断状態における引きずりトルクを低く抑えることができる。
【００３５】
なお、クラッチ機構３６としては、電磁式２ウェイクラッチ４０に代えて電磁クラッチ５０を用いるようにしても良い。図４は電磁クラッチ５０が組み込まれた駆動装置１０の一部を示す断面図である。図４に示すように、この電磁クラッチ５０は、駆動軸１８ａが連結されるドライブメンバ５１と、被駆動軸１８ｂが連結されるドリブンメンバ５２とを備えており、ドライブメンバ５１とドリブンメンバ５２との間には電磁粉が収容される。ドリブンメンバ５２内に設けられたコイル５３に通電すると、電磁粉がドライブメンバ５１とドリブンメンバ５２とを連結することによって、ドライブメンバ５１からドリブンメンバ５２に動力を伝達することができる。この電磁クラッチ５０は、徐々に動力を伝達することができるため、滑らかに動力伝達状態に切り換えることができる。
【００３６】
また、電磁式２ウェイクラッチ４０に代えて噛み合いクラッチつまりドッグクラッチ５４を用いるようにしても良い。図５は噛み合いクラッチが組み込まれた駆動装置１０の一部を示す断面図である。図５に示すように、このドッグクラッチ５４は、駆動軸１８ａに形成されるスプライン歯５５に、被駆動軸１８ｂに軸方向に摺動自在に設けられるスリーブ５６を噛み合わせることによって、動力伝達状態に切り換えることができる。噛み合いによって動力が伝達されるため、滑りを生じることがなく、動力伝達効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、クラッチ機構３６は前述のタイプに限られることはなく、摩擦クラッチである湿式クラッチや乾式クラッチを用いるようにしても良く、要求される伝達トルクに応じて単板式や多板式に変更しても良い。湿式クラッチや乾式クラッチを適用することにより、徐々に動力を伝達することができ、滑らかに動力伝達状態に切り換えることができる。
【００３８】
以下、ハイブリット自動車１１の走行時における駆動装置１０の制御方法について説明する。図６は図２の駆動装置１０を作動制御する制御回路を示すブロック図である。図７（Ａ）は図２の駆動装置１０を示すスケルトン図であり、図７（Ｂ）〜（Ｄ）は各走行状況における動力の伝達状況を示す説明図である。また、図８は走行時におけるクラッチ機構３６の切換制御処理の手順を示すフローチャートである。
【００３９】
図６に示すように、駆動装置１０には、アクセルペダル開度を検出するアクセル開度センサ６０、車両の走行速度を検出する速度検出手段としての車速センサ６１、車両の走行負荷を検出する負荷検出手段としての負荷センサ６２、モータロータ２９の回転数を検出するモータ回転数センサ６３、およびクランク軸２２の回転数を検出するエンジン回転数センサ６４が設けられており、これらセンサ６０〜６４からの各種検出信号が、クラッチ切換手段およびモータ制御手段であるメインコントローラ６５に入力されるようになっている。
【００４０】
各種検出信号が入力されたメインコントローラ６５からは、エンジン１３の作動を制御するエンジンコントローラ６６、モータ１４の作動を制御するモータ制御手段としてのモータコントローラ６７、発電機２５の作動を制御する発電機コントローラ６８、およびクラッチ機構３６の作動を制御するクラッチ切換手段としてのクラッチコントローラ６９に対してそれぞれ制御信号が送られるようになっている。バッテリ７０はモータコントローラ６７と発電機コントローラ６８とに接続されており、モータ１４により車両を駆動する場合には、バッテリ７０からの電力がモータ１４のステータコイル２８に供給される一方、制動時にはモータ１４を発電機として作動させることで電力がバッテリ７０に充電される。
【００４１】
図７（Ｂ）に示すように、低速走行時には、クラッチ機構３６は動力切断状態に切り換えられ、モータ１４を動力源として前輪１７が駆動される。このとき、エンジン１３は効率の良い回転数で駆動されており、エンジン１３に駆動される発電機２５によりバッテリ７０が充電されるとともに、バッテリ７０からモータ１４に対して電力が供給される。
【００４２】
一方、高速走行時つまり低速走行時に比べて大きな動力が必要とされる走行状況においては、図７（Ｄ）に示すように、クラッチ機構３６は動力伝達状態に切り換えられ、エンジン１３を動力源として車両は駆動される。このとき、エンジン１３の回転数は車速に応じて制御され、エンジン側入力軸１８と出力軸２０とが同期回転されたもとで、クラッチ機構３６が動力伝達状態に切り換えられる。そして、モータ１４への電力供給が遮断されることによって、エンジン１３のみを動力源とした走行が行われる。
【００４３】
このようなクラッチ機構３６の切換制御は、図８に示す手順に従って実行される。なお、このフローチャートは所定周期毎に実行される。まず、ステップＳ１では、メインコントローラ６５において、車速センサ６１によって検出された走行速度ＶＳＰと、メインコントローラ６５内に記憶された設定車速ＶＳＰＳ（たとえば、８０ｋｍ／ｈ）とが比較される。この設定車速ＶＳＰＳに走行速度ＶＳＰが達していないと判断されると、ステップＳ２に進み、クラッチコントローラ６９を介してクラッチ機構３６が解放つまり動力切断状態に切り換えられ、モータ１４を動力源として前輪１７が駆動される。一方、設定車速ＶＳＰＳに走行速度ＶＳＰが達したと判断されると、ステップＳ３に進み、クラッチコントローラ６９を介してクラッチ機構３６が締結つまり動力伝達状態に切り換えられ、エンジン１３を動力源として前輪１７が駆動される。
【００４４】
なお、前述のクラッチ制御は、低速走行から高速走行に移行する際の制御であるが、高速走行から低速走行に移行する際にも同様の制御が実行される。このとき、クラッチ機構３６を動力切断状態に切り換える際の設定車速は、前述の設定車速ＶＳＰＳよりも低く設定される。これにより、設定車速ＶＳＰＳ付近で走行した際に、モータ駆動とエンジン駆動とが頻繁に切りかわるハンチング現象の発生を防止することができる。
【００４５】
また、クラッチ機構３６を切り換える際のパラメータとして、車両の走行速度に代えて車両の走行負荷を用いるようにしても良い。この際には、負荷センサ６２より検出される走行負荷、つまり転がり抵抗、登坂抵抗、加速抵抗などが、所定の走行負荷に達した時点でクラッチ機構３６は動力伝達状態に切り換えられることになる。たとえば、走行のためモータ１４に要求される負荷が２０ｋｗに達したときにクラッチ機構３６が動力伝達状態に切り換えられるように設定される。
【００４６】
このように、クラッチ切換手段として機能するメインコントローラ６５とクラッチコントローラ６９とにより、走行状況に応じて駆動のための動力源を適切に切り換えることができる。これにより、駆動装置１０のシステム全体におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００４７】
続いて、クラッチ機構３６が動力伝達状態に切り換えられた後に、急加速や登坂路走行などの大きな駆動トルクが必要となる走行状況でのモータ制御について説明する。まず、メインコントローラ６５は車速センサ６１や負荷センサ６２から入力される走行速度や走行負荷に基づいて走行状況を判断する。メインコントローラ６５において大きな駆動トルクが必要な走行状況であると判断されると、メインコントローラ６５からモータコントローラ６７に制御信号が出力される。次いで、制御信号を受けたモータコントローラ６７がモータ１４に電力を供給することにより、図７（Ｃ）に示すように、エンジン１３に加えてモータ１４が駆動され、エンジン動力とモータ動力とが出力軸２０に伝達される。
【００４８】
このように、モータ制御手段として機能するメインコントローラ６５とモータコントローラ６７とにより、エンジン１３が高負荷となる走行状況においては、駆動トルクを補助するモータ動力が出力軸２０に伝達される。したがって、車両の動力性能を低下させることなく、エンジン１３に要求される出力を低く設定することができ、エンジン１３を小型化することができる。また、必要な駆動トルクはモータ１４によって補助されるため、エンジン動力の伝達径路に変速機を設ける必要はない。
【００４９】
これまで説明したように、エンジン１３と出力軸２０との間にクラッチ機構３６を設けることにより、走行状況に応じてエンジン１３からの動力を出力軸２０に伝達することができるため、車両の動力性能を低下させることなく、モータ１４の出力を低く抑えることができ、小型のモータ１４を用いることができる。これにより、モータ１４を小型化するだけでなく、モータ１４を駆動するためのインバータやバッテリ７０を小型化することができ、これらが搭載される駆動装置１０の小型化が可能となる。よって、車両に対する駆動装置１０の搭載性が良好になるとともに、駆動装置１０の重量軽減や低コスト化を図ることができる。なお、簡易な機構によって作動するクラッチ機構３６を設けているため、駆動装置１０が大型化することはない。
【００５０】
なお、図示する駆動装置１０は、入力軸１８，１９に固定される駆動歯車３０，３１と出力軸２０に固定される被駆動歯車３２，３３とを用いて出力軸２０に動力を伝達しているが、他の動力伝達部材を用いて出力軸２０に動力を伝達するようにしても良い。たとえば、歯車３０〜３３に代えてスプロケットを設け、スプロケット間に動力伝達部材としての駆動チェーンを掛け渡すようにしても良く、歯車３０〜３３に代えてプーリを設け、プーリ間に動力伝達部材としての駆動ベルトを掛け渡すようにしても良い。これにより、入力軸１８，１９や出力軸２０を配置する際の自由度を大きくすることができる。
【００５１】
図９は本発明の他の実施の形態における駆動装置７１の一部を示す断面図であり、図９においては、図２に示した部材と共通の機能を有する部材には同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、エンジン１３に駆動される発電機７２はクランク軸２２に平行となって、エンジン１３の上方に配置されている。エンジン１３の前方にはクランク軸２２に固定された駆動プーリ７３が設けられており、駆動プーリ７３の上方には発電ロータ７４に固定された被駆動プーリ７５が設けられている。駆動プーリ７３と被駆動プーリ７５との間には、発電用動力伝達部材つまり駆動ベルト７６が掛け渡されており、エンジン１３のクランク軸２２は駆動ベルト７６を介して間接的に発電機７２を駆動する。
【００５２】
これにより、図２においてギヤケース２１内に収容されていた発電機２５をギヤケース２１外に配置することができ、ギヤケース２１を長手方向に発電機２５分だけ短縮することができる。よって、駆動装置７１の短縮化が図られ、さらなる搭載性の向上を図ることができる。なお、発電用動力伝達部材として、駆動ベルト７６に代えて駆動チェーンを用いても良く、この際には、駆動プーリ７３に代えて駆動スプロケットがクランク軸２２に装着され、被駆動プーリ７５に代えて被駆動スプロケットが発電ロータ７４に装着される。また、発電用動力伝達部材として、駆動歯車と被駆動歯車とを設けることにより発電機７２を駆動しても良い。
【００５３】
図１０は本発明の他の実施の形態である駆動装置８０〜８３を示すスケルトン図である。図１０においては、図７（Ａ）に示した部材と共通の機能を有する部材には同一の符号を付して説明を省略する。まず、図１０（Ａ）に示すように、駆動装置８０においては、ハイポイドピニオンギヤ３４と同軸上にモータ１４が配置され、同軸上の出力軸２０とモータ側入力軸１９とが連結される。このようにモータ１４を配置すると、モータ側入力軸１９と出力軸２０とを連結していたモータ側駆動歯車３１とモータ側被駆動歯車３３とを削減することができる。また、図１０（Ｂ）に示すように、駆動装置８１においては、エンジン１３と同軸上にモータ１４が配置され、同軸上のエンジン側入力軸１８とモータ側入力軸１９とが連結される。このようにモータ１４を配置することによっても、モータ側駆動歯車３１およびモータ側被駆動歯車３３、またはエンジン側駆動歯車３０およびエンジン側被駆動歯車３２のいずれか一対を削減することができる。このように、歯車を削減することによって、駆動装置１０のさらなる小型化を達成することができるとともに、駆動装置１０の軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００５４】
また、図１０（Ｃ）に示すように、駆動装置８２においては、エンジン側入力軸１８、モータ側入力軸１９および出力軸２０が相互に平行に設けられる。エンジン側入力軸１８に駆動歯車８４が設けられ、この駆動歯車８４に噛み合うようにモータ側入力軸１９には中間歯車８５が設けられ、この中間歯車８５に噛み合うように出力軸２０には被駆動歯車８６が設けられており、エンジン動力とモータ動力とが出力軸２０に伝達されるようになっている。このように、エンジン１３とモータ１４とを配置することによって、出力軸２０に設けられる歯車を被駆動歯車８６のみにすることができ、駆動装置１０のさらなる小型化を達成することができる。また、エンジン側入力軸１８とモータ側入力軸１９とを配置する際の自由度を大きくすることができる。なお、モータ側入力軸１９に駆動歯車８４を設け、エンジン側入力軸１８に中間歯車８５を設けることにより、モータ側入力軸１９と出力軸２０とによってエンジン側入力軸１８を挟み込むように入力軸１８，１９と出力軸２０とを配置しても良い。
【００５５】
さらに、図１０（Ｄ）に示すように、駆動装置８３においては、クラッチ機構３６がエンジン側被駆動歯車３２と出力軸２０との間に組み込まれる。ここで、図１１は図１０（Ｄ）に示す位置にクラッチ機構３６として湿式多板クラッチ８７を組み込んだ際の駆動装置１０の一部を示す断面図であり、図１２は図１０（Ｄ）に示す位置にクラッチ機構３６として電磁式２ウェイクラッチ４０を組み込んだ際の駆動装置１０の一部を示す断面図である。なお、図１２においては、図３に示した部材と共通の機能を有する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図１１に示すように、エンジン側入力軸１８にはエンジン側駆動歯車３０が固定されており、このエンジン側駆動歯車３０に噛み合うエンジン側被駆動歯車３２が出力軸２０に回転自在に設けられている。エンジン側被駆動歯車３２の側面には環状のクラッチハブ８８が固定されており、クラッチハブ８８の径方向外方に配置されるクラッチドラム８９は出力軸２０に固定されている。クラッチハブ８８の径方向外方には、軸方向に摺動自在に複数のドライブプレート９０が装着され、クラッチドラム８９の径方向内方には、軸方向に摺動自在に複数のドリブンプレート９１が装着されている。また、クラッチドラム８９の内側には、軸方向に摺動自在となるピストン９２が装着されており、ピストン９２とクラッチドラム８９とによって形成される油圧室９３に作動油を供給することによって、ドライブプレート９０とドリブンプレート９１とは互いに締結される。一端にハイポイドピニオンギヤ３４が形成される出力軸２０の他端はオイルポンプ９４のインナロータ９５に連結されており、出力軸２０にはオイルポンプ９４と油圧室９３とを連通する油路９６が形成されている。出力軸２０が回転することにより、オイルポンプ９４は駆動され図示しない調圧バルブを介して油圧室９３に作動油が供給制御される。このような、湿式多板クラッチ８７を設けることにより、徐々にエンジン動力を出力軸２０に伝達することができ、滑らかに動力伝達状態に切り換えることができる。
【００５７】
また、図１２に示すように、湿式多板クラッチ８７に代えて図３に示した電磁式２ウェイクラッチ４０を設けるようにしても良い。さらに、電磁クラッチ５０や噛み合いクラッチを用いるようにしても良く、摩擦クラッチである乾式クラッチを用いるようにしても良い。
【００５８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、クラッチ機構３６をエンジン側入力軸１８や、エンジン側被駆動歯車３２と出力軸２０との間に設けるようにしているが、エンジン側入力軸１８とエンジン側駆動歯車３０との間に設けるようにしても良い。
【００５９】
また、エンジン側入力軸１８と出力軸２０とを駆動チェーンや駆動ベルトで連結した際には、エンジン側入力軸１８または出力軸２０とスプロケットとの間にクラッチ機構３６を設けるようにしても良く、エンジン側入力軸１８または出力軸２０とプーリとの間にクラッチ機構３６を設けるようにしても良いことはいうまでもない。
【００６０】
さらに、図示する駆動装置１０は前輪駆動車に適用されるが、出力軸２０を介して後輪に動力を伝達することにより後輪駆動車に適用することができ、動力分配装置を介して出力軸２０の動力を後輪に伝達することにより４輪駆動車に適用することができる。また、図示する駆動装置１０，７１，８０〜８３は縦置きに配置されるが、車両の幅方向に向けて横置きに配置するようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンと出力軸との間にクラッチ機構を設けることにより、簡単な構造によってエンジン動力を出力軸に伝達することができる。これにより、モータに要求される動力を抑えることができるため、駆動装置の小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である電気自動車の駆動装置の搭載位置を示す概略図である。
【図２】図１の駆動装置を示す概略断面図である。
【図３】（Ａ）は電磁式２ウェイクラッチを示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である。
【図４】電磁クラッチが組み込まれた駆動装置の一部を示す断面図である。
【図５】噛み合いクラッチが組み込まれた駆動装置の一部を示す断面図である。
【図６】駆動装置を作動制御する制御回路を示すブロック図である。
【図７】（Ａ）は図２の駆動装置を示すスケルトン図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は各走行状況における動力の伝達状況を示す説明図である。
【図８】クラッチ機構の切換制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態における駆動装置の一部を示す断面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の他の実施の形態である駆動装置を示すスケルトン図である。
【図１１】湿式多板クラッチが組み込まれた駆動装置の一部を示す断面図である。
【図１２】電磁式２ウェイクラッチが組み込まれた駆動装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　　駆動装置
１１　　ハイブリット自動車（電気自動車）
１３　　エンジン
１４　　モータ
１７　　前輪（駆動輪）
１８　　エンジン側入力軸
１８ａ　駆動軸
１８ｂ　被駆動軸
１９　　モータ側入力軸
２０　　出力軸
２２　　クランク軸
２３　　発電ロータ
２５　　発電機
２９　　モータロータ
３０　　エンジン側駆動歯車（動力伝達部材，第１の動力伝達部材）
３１　　モータ側駆動歯車（動力伝達部材，第２の動力伝達部材）
３２　　エンジン側被駆動歯車（動力伝達部材，第１の動力伝達部材）
３３　　モータ側被駆動歯車（動力伝達部材，第２の動力伝達部材）
３６　　クラッチ機構
４０　　電磁式２ウェイクラッチ（クラッチ機構）
５０　　電磁クラッチ（クラッチ機構）
５４　　ドッグクラッチ（クラッチ機構，噛み合いクラッチ）
６１　　車速センサ（速度検出手段）
６２　　負荷センサ（負荷検出手段）
６５　　メインコントローラ（クラッチ切換手段，モータ制御手段）
６７　　モータコントローラ（モータ制御手段）
６９　　クラッチコントローラ（クラッチ切換手段）
７１　　駆動装置
７２　　発電機
７４　　発電ロータ
７６　　駆動ベルト（発電用動力伝達部材）
８０〜８３　　駆動装置
８４　　駆動歯車（動力伝達部材）
８５　　中間歯車（動力伝達部材）
８６　　被駆動歯車（動力伝達部材）
８７　　湿式多板クラッチ（クラッチ機構，湿式クラッチ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device for an electric vehicle, and more particularly to a technique that is effective when applied to a drive device for an electric vehicle driven by a plurality of power sources.
[0002]
[Prior art]
An electric vehicle includes a battery that stores electric power and a motor that drives driving wheels, and can run using electric power from a charged battery. Electric vehicles do not generate exhaust gas during traveling and have the advantage of good energy efficiency, but they have the problem that the cruising distance per charge is short and charging takes time and effort.
[0003]
In order to solve these problems, a so-called hybrid vehicle has been developed as an electric vehicle equipped with an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine in addition to a motor. The drive system of a hybrid vehicle is determined by the application of the motor and engine, and there are a series system in which an engine is provided for charging and a parallel system in which an engine is provided for driving and charging. A series-parallel system that combines the above has also been developed.
[0004]
A series-type hybrid vehicle includes a motor that drives driving wheels and an engine that drives a generator. Electric power generated by the generator is supplied to the motor and charged into a battery. For this reason, the engine can be used only at an efficient rotation speed (for example, see Patent Document 1). In addition, a parallel type hybrid vehicle includes an engine that mainly drives the drive wheels and a motor that assists the engine. When starting or accelerating, the drive wheels are driven by the electric motor and the engine. It is driven using. The engine drives the drive wheels and drives the motor as a generator using the surplus power.
[0005]
On the other hand, a series-parallel hybrid vehicle is one in which a generator driven by an engine is added to the parallel system, and switches between driving by an engine, driving by a motor, and driving by both an engine and a motor according to the running state. Thus, the engine and the motor can be used under efficient conditions. The hybrid vehicle of this drive system uses a motor to drive the vehicle at the time of starting where a driving torque is required, and drives the vehicle by the engine when the vehicle speed increases. Drive. Also, the battery can be charged when the engine is under a low load (for example, see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-285708
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-9-226393
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the series system, the engine can be used efficiently, but the power generation unit including the engine and the generator and the driving unit including the electric motor tend to be a large-sized driving device. was there. In particular, the motor has an output characteristic in which the driving torque starts decreasing when the rotation speed exceeds a predetermined rotation speed, and the output power becomes constant when the rotation speed exceeds the predetermined rotation speed. That is, due to the output characteristics of the motor, it is difficult to increase the power even when the rotation speed is increased. Therefore, in order to satisfy the power performance required for a vehicle in a high-speed region where the number of rotations of the motor increases, a high-output motor is required, which results in an increase in the size of the driving device.
[0009]
Further, in the case of the parallel system, a transmission is required because the engine is mainly used for traveling, which leads to an increase in the size of the driving device. Further, in the series-parallel system, it is necessary to provide a power distribution mechanism for distributing the engine power and the motor power to the drive wheels according to the running state. This power distribution mechanism is formed by a complicated planetary gear train, which has led to an increase in the size of the driving device. Such an increase in the size of the drive device not only deteriorates the mountability of the drive device, but also causes problems such as an increase in weight and an increase in cost.
[0010]
An object of the present invention is to reduce the size of a drive device of an electric vehicle.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A drive device for an electric vehicle according to the present invention is a drive device for an electric vehicle, comprising: a generator driven by an engine; and a motor that drives driving wheels using electric power from the generator. An engine-side input shaft provided on a shaft and driven by the engine, a motor-side input shaft provided on a motor rotor of the motor and driven by the motor, and driven by the motor-side input shaft. An output shaft to be connected, and a clutch mechanism provided between the engine and the output shaft, for switching between a power transmission state in which the power of the engine is transmitted to the output shaft and a power disconnection state in which the power is not transmitted. Features.
[0012]
The driving apparatus for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that a generator rotor of the generator is mounted on the crankshaft, and the generator rotor is directly driven by the crankshaft.
[0013]
The driving device for an electric vehicle according to the present invention is configured such that a power generation rotor of the power generator is provided in parallel with the crankshaft, and the power generation rotor is indirectly driven by the crankshaft via a power transmission member for power generation. Features.
[0014]
In the drive device for an electric vehicle according to the present invention, the motor-side input shaft is provided coaxially with either the engine-side input shaft or the output shaft, and a power for connecting the engine-side input shaft and the output shaft. A transmission member is provided.
[0015]
In the drive device for an electric vehicle according to the present invention, the engine-side input shaft and the motor-side input shaft are provided in parallel with the output shaft, and the first device connects the engine-side input shaft and the output shaft. A power transmission member is provided, and a second power transmission member that connects the motor-side input shaft and the output shaft is provided.
[0016]
In the drive device for an electric vehicle according to the present invention, the engine-side input shaft, the motor-side input shaft, and the output shaft are provided in parallel with each other, and connect the engine-side input shaft, the motor-side input shaft, and the output shaft. A power transmission member is provided.
[0017]
The drive device for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that the clutch mechanism is provided on the engine-side input shaft.
[0018]
The drive device for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that the clutch mechanism is provided between the output shaft and the power transmission member that connects the engine-side input shaft and the output shaft.
[0019]
The drive device for an electric vehicle according to the present invention is characterized in that the clutch mechanism is a wet clutch, a dry clutch, an electromagnetic clutch, an electromagnetic two-way clutch or a dog clutch.
[0020]
A driving device for an electric vehicle according to the present invention includes a speed detecting unit that detects a traveling speed of the vehicle,
And a clutch switching unit that switches the clutch mechanism between a power transmission state and a power disconnection state based on the traveling speed.
[0021]
A drive device for an electric vehicle according to the present invention includes a load detection unit that detects a running load of the vehicle,
And a clutch switching means for switching the clutch mechanism between a power transmission state and a power disconnection state based on the traveling load.
[0022]
The drive device for an electric vehicle according to the present invention includes a motor control unit that controls the power of the motor based on the traveling speed or the traveling load.
[0023]
In the electric vehicle drive device of the present invention, the engine that drives the generator and the output shaft connected to the drive wheels are switched between the power transmission state and the power disconnection state by the clutch mechanism. Can be transmitted to the output shaft. As a result, the power required for the motor can be reduced, so that downsizing of the drive device can be achieved.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a mounting position of a drive device 10 for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a drive device 10 is mounted vertically below an electric vehicle, that is, a hybrid vehicle 11, and auxiliary devices such as a radiator 12 are provided in front of the drive device 10. An engine 13 is provided at one end of the drive device 10, and a motor 14 is provided at the other end. A power transmission unit 15 is provided between the engine 13 and the motor 14. A front wheel drive shaft 16 protruding from the power transmission unit 15 is connected to a front wheel 17 as a drive wheel, and the drive device 10 is applied to a front wheel drive hybrid vehicle 11.
[0026]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the driving device 10 of FIG. As shown in FIG. 2, the power transmission unit 15 includes an engine-side input shaft 18 connected to the engine 13 and a motor-side input shaft 19 connected to the motor 14, and these input shafts 18, 19 are provided. And an output shaft 20 connected to the front wheel 17. The engine-side input shaft 18, the motor-side input shaft 19, and the output shaft 20 are rotatably housed in a gear case 21 in the traveling direction.
[0027]
An annular power generation rotor 23 is connected to the crankshaft 22 of the engine 13, and a stator coil 24 is fixed to the gear case 21 so as to surround the power generation rotor 23, and the generator or generator 25 is formed by the power generation rotor 23 and the stator coil 24. Is formed. Since the power generation rotor 23 is directly driven by the crankshaft 22, efficient power generation is possible without generating a power transmission loss. The power generation rotor 23 and the engine-side input shaft 18 are connected via a damper 26 provided inside the power generation rotor 23, and the engine 13 drives the power generation rotor 23 and the engine-side input shaft 18.
[0028]
The motor 14 is incorporated in a motor case 27 connected to the gear case 21, and includes a cylindrical stator coil 28 fixed to the motor case 27 and a motor rotor 29 housed in the stator coil 28. The motor 14 is formed by the stator coil 28 and the motor rotor 29, and the motor rotor 29 is driven by supplying electric power to the stator coil 28. A motor-side input shaft 19 is connected to a distal end of a motor rotor 29 protruding from the motor case 27, and the motor 14 drives the motor-side input shaft 19.
[0029]
An engine-side drive gear 30 is provided at a tip of the engine-side input shaft 18, and a motor-side drive gear 31 is provided at a tip of the motor-side input shaft 19. The output shaft 20 is provided with an engine-side driven gear 32 and a motor-side driven gear 33 so as to mesh with the driving gears 30 and 31. That is, the engine-side drive gear 30 and the engine-side driven gear 32 serve as a first power transmission member, and the motor-side drive gear 31 and the motor-side driven gear 33 serve as a second power transmission member. The engine-side drive gear 30 and the engine-side driven gear 32 are set, for example, to a gear ratio equivalent to the fifth speed in a manual transmission.
[0030]
A hypoid pinion gear 34, which is a small final reduction gear, is provided at the tip of the output shaft 20, and a hypoid gear 35, which is a large final reduction gear, is rotatably provided on the gear case 21 so as to mesh therewith. The hypoid gear 35 includes a differential mechanism (not shown), that is, a differential gear. The power transmitted from the engine-side input shaft 18 and the motor-side input shaft 19 to the output shaft 20 is input to the hypoid gear 35 and then transmitted through the differential gear. It is output to the left and right front wheel drive shafts 16.
[0031]
The engine-side input shaft 18 is formed by a drive shaft 18a connected to the crankshaft 22 and a driven shaft 18b to which the engine-side drive gear 30 is fixed, and is provided between the drive shaft 18a and the driven shaft 18b. Is provided with a clutch mechanism 36. The clutch mechanism 36 is in a power transmission state in which the drive shaft 18a and the driven shaft 18b are dynamically connected to transmit engine power to the output shaft 20, and the drive shaft 18a and the driven shaft 18b are dynamically disconnected. Thus, the state is switched to the power cutoff state in which the engine power is not transmitted to the output shaft 20.
[0032]
FIG. 3A is a cross-sectional view showing an electromagnetic two-way clutch 40 as the clutch mechanism 36, and FIG. 3B is a cross-sectional view along the line aa in FIG. 3A. As shown in FIGS. 3A and 3B, the electromagnetic two-way clutch 40 includes an outer wheel 41 connected to the drive shaft 18a and an inner wheel 42 connected to the driven shaft 18b. A plurality of cylindrical rollers 44 held by a holder 43 are disposed between the inner ring 42 and the inner ring 42. The inner peripheral surface of the outer race 41 facing the roller 44 is formed to have a circular cross-sectional shape, while the outer peripheral surface of the inner race 42 is formed to have a polygonal cross-sectional shape. Further, a drive plate 45 fixed to the outer race 41 and a driven plate 46 fixed to the retainer 43 are provided, and a coil 47 facing these plates 45, 46 is fixed to the gear case 21.
[0033]
When the coil 47 is not energized, the inner ring 42 and the roller 44 are held in the positional relationship shown in FIG. 3B by the switch spring 48 provided between the inner ring 42 and the retainer 43. At this time, a clearance is provided between the roller 44 and the outer ring 41, and the outer ring 41 is rotatable with respect to the inner ring 42. On the other hand, when the coil 47 is energized, the driven plate 46 is attracted to the drive plate 45, so that the outer ring 41 and the retainer 43 rotate integrally. When the roller 44 rotates together with the outer ring 41, the clearance between the outer ring 41 and the inner ring 42 gradually decreases, so that the roller 44 bites into the outer peripheral surface of the inner ring 42, that is, the cam surface. Will also rotate integrally in the direction of rotation. That is, when the coil 47 is energized, the power is switched to the power transmission state, and when the coil 47 is not energized, the power is switched to the power cutoff state.
[0034]
Since the electromagnetic two-way clutch 40 can be switched by controlling the energization of the coil 47, the transmission path of the engine power can be easily switched. For lubrication of the inner ring 42, the outer ring 41, and the rollers 44, the lubricating oil splashed by the hypoid gear 35 is sufficient. Since there is no need to increase the types of oil, the drive device 10 can be made simple. In addition, the drag torque in the power cutoff state can be suppressed low.
[0035]
In addition, as the clutch mechanism 36, an electromagnetic clutch 50 may be used instead of the electromagnetic two-way clutch 40. FIG. 4 is a sectional view showing a part of the drive device 10 in which the electromagnetic clutch 50 is incorporated. As shown in FIG. 4, the electromagnetic clutch 50 includes a drive member 51 to which the drive shaft 18a is connected, and a driven member 52 to which the driven shaft 18b is connected. Electromagnetic powder is accommodated between them. When the coil 53 provided in the driven member 52 is energized, the electromagnetic powder connects the drive member 51 and the driven member 52, so that power can be transmitted from the drive member 51 to the driven member 52. Since the electromagnetic clutch 50 can transmit power gradually, it can be smoothly switched to the power transmission state.
[0036]
A dog clutch 54 may be used instead of the electromagnetic two-way clutch 40. FIG. 5 is a sectional view showing a part of the drive device 10 in which the dog clutch is incorporated. As shown in FIG. 5, the dog clutch 54 is in a power transmission state by engaging a sleeve 56 slidably provided in the driven shaft 18b in the axial direction with spline teeth 55 formed on the drive shaft 18a. Can be switched to Since the power is transmitted by the engagement, the power transmission efficiency can be improved without causing the slip.
[0037]
The clutch mechanism 36 is not limited to the above-described type, but may be a wet clutch or a dry clutch, which is a friction clutch, and may be changed to a single-plate type or a multiple-plate type in accordance with a required transmission torque. Is also good. By applying a wet clutch or a dry clutch, power can be transmitted gradually, and the power transmission state can be smoothly switched.
[0038]
Hereinafter, a control method of the drive device 10 when the hybrid vehicle 11 travels will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a control circuit for controlling the operation of the driving device 10 of FIG. FIG. 7A is a skeleton diagram showing the driving device 10 of FIG. 2, and FIGS. 7B to 7D are explanatory diagrams showing a power transmission situation in each traveling situation. FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of a switching control process of the clutch mechanism 36 during traveling.
[0039]
As shown in FIG. 6, the drive device 10 includes an accelerator opening sensor 60 for detecting an accelerator pedal opening, a vehicle speed sensor 61 as speed detecting means for detecting a running speed of the vehicle, and a load for detecting a running load of the vehicle. A load sensor 62 as a detecting means, a motor speed sensor 63 for detecting the speed of the motor rotor 29, and an engine speed sensor 64 for detecting the speed of the crankshaft 22 are provided. Various detection signals are input to a main controller 65 which is a clutch switching means and a motor control means.
[0040]
From the main controller 65 to which the various detection signals have been input, an engine controller 66 for controlling the operation of the engine 13, a motor controller 67 as a motor control means for controlling the operation of the motor 14, and a generator for controlling the operation of the generator 25 Control signals are sent to a controller 68 and a clutch controller 69 as clutch switching means for controlling the operation of the clutch mechanism 36, respectively. The battery 70 is connected to the motor controller 67 and the generator controller 68. When the vehicle is driven by the motor 14, electric power from the battery 70 is supplied to the stator coil 28 of the motor 14. By operating 14 as a generator, electric power is charged to battery 70.
[0041]
As shown in FIG. 7B, during low-speed running, the clutch mechanism 36 is switched to the power-off state, and the front wheels 17 are driven using the motor 14 as a power source. At this time, the engine 13 is driven at an efficient rotation speed, the battery 70 is charged by the generator 25 driven by the engine 13, and electric power is supplied from the battery 70 to the motor 14.
[0042]
On the other hand, when the vehicle is traveling at a high speed, that is, in a traveling condition in which greater power is required compared to a low speed traveling, as shown in FIG. 7D, the clutch mechanism 36 is switched to the power transmission state, and the engine 13 is used as a power source. The vehicle is driven. At this time, the rotation speed of the engine 13 is controlled according to the vehicle speed, and the clutch mechanism 36 is switched to the power transmission state with the engine-side input shaft 18 and the output shaft 20 being rotated synchronously. Then, when the power supply to the motor 14 is cut off, traveling using only the engine 13 as a power source is performed.
[0043]
Such switching control of the clutch mechanism 36 is executed according to the procedure shown in FIG. This flowchart is executed at predetermined intervals. First, in step S1, the main controller 65 compares the traveling speed VSP detected by the vehicle speed sensor 61 with the set vehicle speed VSPS (for example, 80 km / h) stored in the main controller 65. If it is determined that the traveling speed VSP has not reached the set vehicle speed VSPS, the process proceeds to step S2, in which the clutch mechanism 36 is released or switched to the power-off state via the clutch controller 69, and the front wheels 17 are driven by the motor 14 as a power source. Is driven. On the other hand, when it is determined that the traveling speed VSP has reached the set vehicle speed VSPS, the process proceeds to step S3, in which the clutch mechanism 36 is engaged or switched to the power transmission state via the clutch controller 69, and the front wheels 17 are driven with the engine 13 as a power source. Is driven.
[0044]
The above-described clutch control is control when shifting from low-speed running to high-speed running. Similar control is executed when shifting from high-speed running to low-speed running. At this time, the set vehicle speed at the time of switching the clutch mechanism 36 to the power-off state is set lower than the above-described set vehicle speed VSPS. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a hunting phenomenon in which the motor drive and the engine drive are frequently switched when traveling near the set vehicle speed VSPS.
[0045]
Further, as a parameter for switching the clutch mechanism 36, the traveling load of the vehicle may be used instead of the traveling speed of the vehicle. In this case, the clutch mechanism 36 is switched to the power transmission state when the running load detected by the load sensor 62, that is, the rolling resistance, the uphill resistance, the acceleration resistance, etc., reaches a predetermined running load. For example, the clutch mechanism 36 is set to be switched to the power transmission state when the load required for the motor 14 for traveling reaches 20 kw.
[0046]
As described above, the main controller 65 and the clutch controller 69 functioning as the clutch switching means can appropriately switch the power source for driving according to the traveling situation. Thereby, the energy efficiency of the entire system of the driving device 10 can be improved.
[0047]
Next, a description will be given of a motor control in a driving situation where a large driving torque is required, such as sudden acceleration or traveling on an uphill road, after the clutch mechanism 36 is switched to the power transmission state. First, the main controller 65 determines a running condition based on the running speed and the running load input from the vehicle speed sensor 61 and the load sensor 62. When the main controller 65 determines that the driving situation requires a large driving torque, the main controller 65 outputs a control signal to the motor controller 67. Next, the motor controller 67 receiving the control signal supplies electric power to the motor 14, so that the motor 14 is driven in addition to the engine 13 as shown in FIG. 7C, and the engine power and the motor power are output. It is transmitted to the shaft 20.
[0048]
As described above, the motor controller that assists the driving torque is transmitted to the output shaft 20 by the main controller 65 and the motor controller 67 that function as the motor control means in a driving situation in which the engine 13 has a high load. Therefore, the output required for the engine 13 can be set low without reducing the power performance of the vehicle, and the size of the engine 13 can be reduced. Further, since the necessary driving torque is assisted by the motor 14, it is not necessary to provide a transmission on the transmission path of the engine power.
[0049]
As described above, the provision of the clutch mechanism 36 between the engine 13 and the output shaft 20 allows the power from the engine 13 to be transmitted to the output shaft 20 in accordance with the driving situation. The output of the motor 14 can be kept low without reducing the performance, and a small motor 14 can be used. As a result, not only the size of the motor 14 can be reduced, but also the size of the inverter and the battery 70 for driving the motor 14 can be reduced, and the size of the drive device 10 in which these components are mounted can be reduced. Therefore, the mountability of the drive device 10 on the vehicle is improved, and the weight and cost of the drive device 10 can be reduced. In addition, since the clutch mechanism 36 operated by a simple mechanism is provided, the drive device 10 does not increase in size.
[0050]
The illustrated driving device 10 transmits power to the output shaft 20 by using driving gears 30 and 31 fixed to the input shafts 18 and 19 and driven gears 32 and 33 fixed to the output shaft 20. However, power may be transmitted to the output shaft 20 using another power transmission member. For example, a sprocket may be provided instead of the gears 30 to 33, and a drive chain as a power transmission member may be bridged between the sprockets. A pulley may be provided instead of the gears 30 to 33, and a power transmission member may be provided between the pulleys. Of the drive belt may be applied. Thereby, the degree of freedom in arranging the input shafts 18, 19 and the output shaft 20 can be increased.
[0051]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a driving device 71 according to another embodiment of the present invention. In FIG. 9, members having the same functions as the members shown in FIG. And the description is omitted. As shown in FIG. 9, a generator 72 driven by the engine 13 is arranged above the engine 13 in parallel with the crankshaft 22. A drive pulley 73 fixed to the crankshaft 22 is provided in front of the engine 13, and a driven pulley 75 fixed to the power generation rotor 74 is provided above the drive pulley 73. A power transmission member for power generation, that is, a drive belt 76 is stretched between the drive pulley 73 and the driven pulley 75, and the crankshaft 22 of the engine 13 indirectly connects the generator 72 via the drive belt 76. Drive.
[0052]
Thereby, the generator 25 housed in the gear case 21 in FIG. 2 can be arranged outside the gear case 21, and the gear case 21 can be shortened in the longitudinal direction by the generator 25. Therefore, the drive device 71 can be shortened, and the mountability can be further improved. A drive chain may be used instead of the drive belt 76 as the power transmission member for power generation. In this case, a drive sprocket is mounted on the crankshaft 22 instead of the drive pulley 73, and the driven pulley 75 is used instead of the driven pulley 75. Thus, the driven sprocket is mounted on the power generation rotor 74. Further, the generator 72 may be driven by providing a driving gear and a driven gear as a power transmission member for power generation.
[0053]
FIG. 10 is a skeleton diagram showing driving devices 80 to 83 according to another embodiment of the present invention. In FIG. 10, members having the same functions as the members illustrated in FIG. 7A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. First, as shown in FIG. 10A, in the driving device 80, the motor 14 is arranged coaxially with the hypoid pinion gear 34, and the output shaft 20 and the motor-side input shaft 19 which are coaxial are connected. By arranging the motor 14 in this manner, the motor-side drive gear 31 and the motor-side driven gear 33 that connect the motor-side input shaft 19 and the output shaft 20 can be reduced. Further, as shown in FIG. 10B, in the driving device 81, the motor 14 is disposed coaxially with the engine 13, and the coaxial engine-side input shaft 18 and the motor-side input shaft 19 are connected. By arranging the motor 14 in this manner, it is also possible to reduce one pair of the motor-side driving gear 31 and the motor-side driven gear 33, or the engine-side driving gear 30 and the engine-side driven gear 32. As described above, by reducing the number of gears, the drive device 10 can be further reduced in size, and the drive device 10 can be reduced in weight and cost.
[0054]
Further, as shown in FIG. 10C, in the driving device 82, the engine-side input shaft 18, the motor-side input shaft 19, and the output shaft 20 are provided in parallel with each other. A drive gear 84 is provided on the engine-side input shaft 18, an intermediate gear 85 is provided on the motor-side input shaft 19 so as to mesh with the drive gear 84, and the output shaft 20 is driven on the output shaft 20 so as to mesh with the intermediate gear 85. A gear 86 is provided so that engine power and motor power are transmitted to the output shaft 20. By arranging the engine 13 and the motor 14 in this manner, only the driven gear 86 can be provided on the output shaft 20, and the drive device 10 can be further reduced in size. Further, the degree of freedom in arranging the engine-side input shaft 18 and the motor-side input shaft 19 can be increased. The drive gear 84 is provided on the motor-side input shaft 19 and the intermediate gear 85 is provided on the engine-side input shaft 18 so that the input shaft 18 is sandwiched between the motor-side input shaft 19 and the output shaft 20. 18, 19 and the output shaft 20 may be arranged.
[0055]
Further, as shown in FIG. 10D, in the driving device 83, the clutch mechanism 36 is incorporated between the engine-side driven gear 32 and the output shaft 20. Here, FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of the driving device 10 when the wet multi-plate clutch 87 is incorporated as the clutch mechanism 36 at the position shown in FIG. 10D, and FIG. 12 is FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the drive device 10 when an electromagnetic two-way clutch 40 is incorporated as a clutch mechanism 36 at the position shown in FIG. In FIG. 12, members having the same functions as the members shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0056]
As shown in FIG. 11, an engine-side drive gear 30 is fixed to the engine-side input shaft 18, and an engine-side driven gear 32 meshing with the engine-side drive gear 30 is rotatably provided on the output shaft 20. I have. An annular clutch hub 88 is fixed to a side surface of the engine-side driven gear 32, and a clutch drum 89 disposed radially outward of the clutch hub 88 is fixed to the output shaft 20. A plurality of drive plates 90 are mounted radially outward of the clutch hub 88 so as to be slidable in the axial direction, and a plurality of driven plates 91 are slidably mounted in the radial direction of the clutch drum 89 in the radial direction. Is installed. A piston 92 that is slidable in the axial direction is mounted inside the clutch drum 89, and hydraulic fluid is supplied to a hydraulic chamber 93 formed by the piston 92 and the clutch drum 89, so that a drive oil is supplied. The plate 90 and the driven plate 91 are fastened to each other. The other end of the output shaft 20 having one end formed with the hypoid pinion gear 34 is connected to an inner rotor 95 of an oil pump 94, and the output shaft 20 is formed with an oil passage 96 communicating the oil pump 94 and the hydraulic chamber 93. ing. As the output shaft 20 rotates, the oil pump 94 is driven and the supply of hydraulic oil to the hydraulic chamber 93 is controlled via a pressure regulating valve (not shown). By providing such a wet multi-plate clutch 87, the engine power can be gradually transmitted to the output shaft 20, and the power transmission state can be smoothly switched.
[0057]
Further, as shown in FIG. 12, an electromagnetic two-way clutch 40 shown in FIG. 3 may be provided in place of the wet multi-plate clutch 87. Further, an electromagnetic clutch 50 or a meshing clutch may be used, or a dry clutch which is a friction clutch may be used.
[0058]
The present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the clutch mechanism 36 is provided between the engine-side input shaft 18 and the engine-side driven gear 32 and the output shaft 20, but is provided between the engine-side input shaft 18 and the engine-side drive gear 30. You may do it.
[0059]
When the engine-side input shaft 18 and the output shaft 20 are connected by a drive chain or a drive belt, a clutch mechanism 36 may be provided between the engine-side input shaft 18 or the output shaft 20 and the sprocket. Needless to say, a clutch mechanism 36 may be provided between the engine-side input shaft 18 or the output shaft 20 and the pulley.
[0060]
Further, although the illustrated drive device 10 is applied to a front wheel drive vehicle, the drive device 10 can be applied to a rear wheel drive vehicle by transmitting power to a rear wheel via an output shaft 20 and output through a power distribution device. By transmitting the power of the shaft 20 to the rear wheels, the present invention can be applied to a four-wheel drive vehicle. Although the illustrated drive devices 10, 71, 80 to 83 are arranged vertically, they may be arranged horizontally in the width direction of the vehicle.
[0061]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing the clutch mechanism between the engine and the output shaft, engine power can be transmitted to the output shaft with a simple structure. As a result, the power required for the motor can be reduced, so that downsizing of the drive device can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a mounting position of a drive device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the driving device of FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating an electromagnetic two-way clutch, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line aa of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of a drive device in which an electromagnetic clutch is incorporated.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of the drive device in which the dog clutch is incorporated.
FIG. 6 is a block diagram showing a control circuit for controlling the operation of the driving device.
7A is a skeleton diagram showing the driving device of FIG. 2, and FIGS. 7B to 7D are explanatory diagrams showing a power transmission state in each traveling state.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of a clutch mechanism switching control process.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a driving device according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 10A to 10D are skeleton diagrams showing a driving device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of a driving device in which a wet multi-plate clutch is incorporated.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a part of a drive device in which an electromagnetic two-way clutch is incorporated.
[Explanation of symbols]
10 Drive
11 Hybrid vehicles (electric vehicles)
13 Engine
14 Motor
17 Front wheel (drive wheel)
18 Engine-side input shaft
18a drive shaft
18b driven shaft
19 Motor side input shaft
20 Output shaft
22 crankshaft
23 Generator rotor
25 generator
29 Motor rotor
30 Engine side drive gear (power transmission member, first power transmission member)
31 Motor-side drive gear (power transmission member, second power transmission member)
32 Engine-side driven gear (power transmission member, first power transmission member)
33 Motor-side driven gear (power transmission member, second power transmission member)
36 Clutch mechanism
40 Electromagnetic 2-way clutch (clutch mechanism)
50 Electromagnetic clutch (clutch mechanism)
54 dog clutch (clutch mechanism, meshing clutch)
61 Vehicle speed sensor (speed detection means)
62 Load sensor (load detection means)
65 Main controller (clutch switching means, motor control means)
67 Motor controller (motor control means)
69 Clutch controller (clutch switching means)
71 Drive
72 generator
74 generator rotor
76 Drive belt (power transmission member for power generation)
80-83 drive unit
84 Drive gear (power transmission member)
85 Intermediate gear (power transmission member)
86 Driven gear (power transmission member)
87 Wet multi-plate clutch (clutch mechanism, wet clutch)

Claims

A generator for an electric vehicle, comprising: a generator driven by an engine; and a motor that drives driving wheels using electric power from the generator,
An engine-side input shaft provided on a crankshaft of the engine and driven by the engine;
A motor-side input shaft provided on a motor rotor of the motor and driven by the motor;
An output shaft driven by the motor-side input shaft and connected to the drive wheel;
A drive mechanism for an electric vehicle, comprising: a clutch mechanism provided between the engine and the output shaft, for switching between a power transmission state in which the power of the engine is transmitted to the output shaft and a power disconnection state in which the power is not transmitted. apparatus.

The driving device for an electric vehicle according to claim 1, wherein a power generation rotor of the generator is mounted on the crankshaft, and the power generation rotor is directly driven by the crankshaft.

2. The electric vehicle drive device according to claim 1, wherein a generator rotor of the generator is provided in parallel with the crankshaft, and the generator rotor is indirectly driven by the crankshaft via a power transmission member for power generation. 3. A driving device for an electric vehicle, comprising:

The drive device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor-side input shaft is provided coaxially with one of the engine-side input shaft and the output shaft, and the engine-side input shaft is provided. A drive device for an electric vehicle, further comprising a power transmission member for connecting a shaft to the output shaft.

The drive device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the engine-side input shaft and the motor-side input shaft are provided in parallel with the output shaft, and the engine-side input shaft is connected to the engine-side input shaft. A drive device for an electric vehicle, comprising: a first power transmission member that connects the output shaft; and a second power transmission member that connects the motor-side input shaft and the output shaft. .

4. The drive device for an electric vehicle according to claim 1, wherein the engine-side input shaft, the motor-side input shaft, and the output shaft are provided in parallel with each other, and the engine-side input shaft, A drive device for an electric vehicle, comprising a power transmission member for connecting a motor-side input shaft and the output shaft.

The drive device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 6, wherein the clutch mechanism is provided on the engine-side input shaft.

6. The drive device for an electric vehicle according to claim 4, wherein the clutch mechanism is provided between the power transmission member connecting the engine-side input shaft and the output shaft and the output shaft. Electric vehicle drive.

9. The electric vehicle drive device according to claim 1, wherein the clutch mechanism is a wet clutch, a dry clutch, an electromagnetic clutch, an electromagnetic two-way clutch, or a meshing clutch. Car drive.

The drive device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 9,
Speed detection means for detecting the traveling speed of the vehicle,
A drive device for an electric vehicle, comprising: clutch switching means for switching the clutch mechanism between a power transmission state and a power disconnection state based on the traveling speed.

The drive device for an electric vehicle according to any one of claims 1 to 9,
Load detecting means for detecting a running load of the vehicle,
A drive device for an electric vehicle, comprising: clutch switching means for switching the clutch mechanism between a power transmission state and a power disconnection state based on the running load.

12. The electric vehicle driving device according to claim 10, further comprising: a motor control unit that controls a power of the motor based on the traveling speed or the traveling load.