JP2004136743A - ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のパワートレイン構造は、変速装置3へ駆動力を伝えるモータ装置30、クラッチ出力軸16から動力を取出す動力取出し装置4が、そのモータハウジング31又は動力取出しハウジング5を、クラッチハウジング7と変速機ハウジング8で軸方向から挟持するとともに、モータハウジング31と動力取出しハウジング5の軸方向長さを共通として、クラッチ装置2と変速装置3との間に置き換え可能にする構成にすることで、動力取出し装置付の車両をハイブリッド化しても、変速装置3のマウント位置を定める要素となる変速機ハウジング8の軸方向位置が、動力取出し装置付の車両のときと変わらないようにした。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばトラック用などのハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
トラックに適用されるパラレル方式のハイブリッド電気自動車は、生産台数が少ないため、できるだけ既存の部品を利用して、モータ装置をエンジンに組合わせた構造が採用される。
【0003】
例えば走行用エンジンの後部に組付くクラッチ装置を、エンジン始動及び発電用モータと走行用および回生発電用のモータといった2つのモータとクラッチ機構とを組合わせた新たな装置にして、ハイブリッド化することが行われている(例えば引用文献1を参照)。
【0004】
ところが、同構造は、クラッチ装置を含む多くの部分が、新たな構造となるために、コスト的に高価になる問題がある。
【0005】
そこで、できるだけ変更部分が少なくてすむよう、動力取出し装置(パワーテイクオフ装置:以下、PTO装置という)を備えた車両をハイブリッド化することが考えられる。
【0006】
すなわち、PTO装置を備えた車両のパワートレイン構造は、通常、図6に示されるようにエンジン1の後部にあるクラッチ装置2とその直後に配置される変速装置3との間に、PTO装置4を介在させて、クラッチ装置2から出力される動力を、別途、外部出力部6aから外部へ取出される構成である。
【0007】
そのため、PTOを備えた車両をハイブリッド化する場合は、PTO装置4に変えてモータ装置(図示しない)に変更すれば、ほとんどクラッチ装置2および変速装置3は共通ですみ、新たな部分が少なくてすむと考えられる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−231107号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、新たな問題が生じる。すなわち、PTO装置4は、図6に示されるように動力取出しハウジング5内に動力取出し機構6を収納した構造なので、ハイブリッド化には、動力取出し機構6を収めた動力取出しハウジング5を、モータ装置であるモータ要素が内部に収めたモータハウジングと取り替えることになる。しかし、このときハウジングの種類が異なるために、クラッチハウジング7の前端から変速装置3の変速機ハウジング8の前端までの軸長さが変わる。このため、車体(図示しない)に対する変速装置3の搭載位置は変わり、PTO装置4付の車両を前提として車体に定めていた既存のマウント位置が、ハイブリッド化によりずれてしまう。このずれを解消するには、車両に新たにマウントを設けるといった大きな変更が強いられ、かなりのコスト高が避けられない。
【0010】
そこで、本発明は、車体の変速装置に対するマウント位置はそのまま保ちつつ、動力取出し装置付の車両が容易にハイブリッド化できるようにしたハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、変速装置へ駆動力を伝えるモータ装置、クラッチ出力軸から動力を取出す動力取出し装置が、そのモータハウジング、又は動力取出しハウジングを、クラッチハウジングと変速機ハウジングとで軸方向から挟持するとともに、モータハウジングと動力取出しハウジングの軸方向長さを共通として、クラッチ装置と変速装置との間に置き換え可能にする構成とした。
【0012】
これにより、動力取出し装置付の車両をハイブリッド化しても、変速装置のマウント位置を定める要素となる変速機ハウジングの軸方向位置が、動力取出し装置付の車両のときと変わらないようになる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、その動力取出し装置との置き換えが良好に進むよう、モータ装置には、ロータシャフトを、クラッチ装置のクラッチ出力軸に対して同軸上に組合わせるとともに、該ロータシャフトの片側の端部をベアリングを介して、クラッチ装置のクラッチハウジングで位置決め支持させる構造を採用して、ロータシャフトをベアリングで片持ち支持させる構造で、ロータシャフトの軸長を抑えて、モータ装置のモータ要素の薄形化も図るようにした。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1ないし図4に示す第1の実施形態にもとづいて説明する。
【0015】
図1は、図6に示される動力取出し装置(以下、PTO装置という)が付いた自動車(車両)のパワートレインをハイブリッド化する構造を説明するための図、図2はハイブリッド化したパワートレインの断面図、図4はその一部を分解した図をそれぞれ示している。
【0016】
ここで、図1中1はエンジン、2は同エンジン1の後部に組付くクラッチ装置、3は変速装置、4はPTO装置、30は薄形のモータ装置を示している。
【0017】
このうち、クラッチ装置2は、図2にも示されるようにエンジン1の本体後部端と直列に連結される例えば椀形状のクラッチハウジング7と、このクラッチハウジング7の内部に収容されるクラッチ機構、例えばエンジン1の出力軸1aに有るフライホイール1bと接離してエンジン1からの動力の伝達を断続する乾式単板クラッチ11と、この乾式単板クラッチ11を駆動する自動制御用のアクチュエータ12とを有してなる。
【0018】
PTO装置4は、横方向に張り出る偏平な動力取出しハウジング5内に、動力取出し機構6、例えば入力側の歯車13と外部出力部6aにつながる出力側の歯車15との間を中継用の歯車14で噛合わせた歯車列構造を収めてなる。
【0019】
モータ装置30は、図2にも示されるように例えば片側(一側)が開放し、反対側(他側)に端壁31aを有する略短椀状のモータハウジング31を有し、このモータハウジング31の内部にモータ要素、例えばモータハウジング31の内周面に組付いたステータ32、このステータ32の内側に収まる環状のロータ33、このロータ33を支持する環状のロータシャフト34を収めてなる。なお、32aはステータ32に付いているステータコイルを示す。
【0020】
変速装置3は、略筒状の変速機ハウジング8を有し、この変速機ハウジング8の内部に複数の変速段に切換え可能な変速機構15を収めた構造が用いてある。具体的には、変速機構15は、変速機ハウジング8の前部端から突き出るインプットシャフト16(本願のクラッチ出力軸に相当)を有し、このインプットシャフト16の後端部と変速機ハウジング8の後部端に有る動力出力部、例えばセンタブレーキ17が付いた出力部18との間に、常時噛合式の歯車変速機構19を設けて構成される。詳しくは、歯車変速機構19は、インプットシャフト16の後部端から出力部18までに設けたアウトプットシャフト20、このアウトプットシャフト20と並行に設置したカウンタシャフト21、インプットシャフト16の後端からカウンタシャフト21へ回転を導く一対の歯車22、ドライブシャフト20とカウンタシャフト21との間に設けた変速段毎のギヤ比で常時噛合う複数対の歯車23を有する歯車機構と、インプットシャフト16とアウトプットシャフト20間や各歯車23間の周速を同期させる同期機構、例えばシンクロスリーブ24を有して構成される変速段毎の同期噛合機構25と、この同期噛合機構25を操作する操作機構、例えば変速機ハウジング8内に前後方向に沿って移動可能に設けたシフトレール26を軸方向に移動させて同シフトレール26に付いているシフトフォーク26aでシンクロスリーブ24を操作して変速を行わせるシフトレール機構27とを有して構成してある。なお、インプットシャフト後端とアウトプットシャフト前端とは、ベアリング28を介して回転自在につながっている。但し、変速装置3には、例えば車両の運転状態に応じて自動的に変速を行う自動制御式が用いてある。
【0021】
図2に示すパワートレインは、図6に示すPTO装置4付パワートレインのPTO装置4が有る部分を、図1に示されるようにモータ装置30に置き換えることによってハイブリッド化したパワートレインを示す。
【0022】
ここで、置き換えは、図6に示されるようなクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟持されていた動力取出しハウジング5の代わりに、図2および図4に示されるようにモータ装置30のモータハウジング31を、開放部31bがクラッチ装置2側に向き、端壁31aが変速装置3側に向く姿勢で、クラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟持させる。と共にPTO装置4を組付けるときと同様、モータハウジング31の端壁31aに形成してある通孔部31cを貫通させ、その前方へ突き出るインプットシャフト16に、ロータシャフト34、乾式単板クラッチ11等を嵌めることより行われる。
【0023】
そして、同等の置き換えを行うために、モータ装置30の外郭をなすモータハウジング31には、クラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟まれる部分の軸方向長さW1を、PTO装置4の動力取出しハウジング5におけるクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟まれる部分の軸方向長さW2と共通にしてある。具体的には、モータハウジング31の軸方向長さW1を、動力取出しハウジング5の軸方向長さW2と同じかほぼ同じ寸法値に定めてある。
【0024】
また内部のモータ要素にも、ロータ33を薄形にモータハウジング31内に組込める工夫、コイル32aを含むステータ32が周囲の部品と干渉せずにクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に組込める工夫が採用してある。前者には、片持ち支持構造でロータ33をインプットシャフト16上に組込む構造が用いてあり、後者にはシフトレール26の支持やクラッチハウジング7の一部に工夫を施した構造が用いてあり、これらによって置き換えに際する内部機器での障害を回避して、共通の軸方向長さをもつハウジング同士による置き換えを成立させている。
【0025】
これらの構造について説明する前に、変速装置3から突き出るインプットシャフト16について説明すれば、同インプットシャフト16には、PTO装置4付のパワートレインで用いたのとほとんど同じシャフト部材が用いられている。すなわち、図2および図4に示されるようにインプットシャフト16は、根元側、例えばアウトプットシャフト端から端壁31aを通りモータハウジング31の中央までの部分が太径(大径部16c)で、それから乾式単板クラッチ11のクラッチディスク11aと嵌まる前側の部分を根元側より細い径(細径部16a)としたシャフト部材で形成してある。このインプットシャフト16の後端部(変速装置3側)が、端壁31aに設けたベアリング36aを介して、モータハウジング31に回転自在に支持させてある。また前側(クラッチ装置側)のシャフト部分の外周面には、軸方向に延びる複数条の溝部が形成されていて、前側のシャフト部分をスプライン部16aとしている。このスプライン部16aの先端側が、クラッチ装置2のアクチュエータ12を貫通して、クラッチディスク11aの中心部に形成されている溝付き孔11bに摺動自在に嵌挿してある。
【0026】
このインプットシャフト16に対してロータ33が片持ち支持で組込んである(前者の構造)。同構造を説明すれば、図2および図4に示されるようにロータ33を支持するロータシャフト34は、モータハウジング31内で、できるだけ大きく据付面積を確保するために、一端部がクラッチハウジング7の後部の端壁7aと接近する地点に配置され、他端部がモータハウジング31の端壁31aと接近する地点に配置される環状の本体部35と、この本体部35の一端部から同軸をなして突き出る筒状部、例えば薄肉の筒部分36とを有して形成してある。そして、本体部35の中心部に有る孔部35aと筒部分36の孔部36aとがなす孔空間は、太径部16cとスプライン部16aとの境界部分が嵌まる形状、すなわち孔部36aがスプライン部16aと嵌まる溝孔形状に形成、孔部35aが太径部16cと嵌まる円径形状に形成してある。これにより、ロータシャフト34は、クラッチ装置2側がスプライン部16aにスプライン嵌合され、反対側の変速装置3側が太径部16cに嵌合、具体的には隙間嵌めされる。ロータ33の片持ち支持は、このうちのクラッチハウジング7の通孔部7cを通る筒部分36を、図3に示されるようにベアリング37を介して、クラッチハウジング7の端壁7aに回転自在に固定させることによって行っている。具体的には、ベアリング37は、筒部分36の外周面と本体部35の端面とがなすL字形部分と、これと向き合うように通路部7cの内周面に形成してあるL字形部分とがなす環状のベアリング室に嵌挿される。このベアリング37の内輪37aに、筒部分36が嵌挿され、クラッチハウジング7に対してロータシャフト34を回転自在に支持している。またロータシャフト34の軸方向の動きは、ベアリング37を挟むように配置した係止部材、例えば図3に示されるように筒部分36の外周面から内輪37aのクラッチ装置側の端面に沿って突き出るスナップリング38と、ベアリング37の外輪37bを位置決めるべくクラッチハウジング7の端壁7aの外面に固定された環状のリテーナ39とを用いた構造で規制してある。なお、39aはリテーナ39を端壁7aの外面に固定するボルトを示す。こうした構造により、ロータ33およびロータシャフト34は、片側だけがベアリング37を介してクラッチハウジング7に支持されるという片持ちの支持で、インプットシャフト16の同軸上に位置決め固定してある。これで、モータ装置30が発生する駆動力が、インプットシャフト16を通して変速装置3へ伝達されるようにしている。
【0027】
一方、後者のシフトレール支持の工夫には、薄形のモータハウジング31内に、モータ要素、具体的にはステータコイル32aが周囲の部品や部材と干渉せずに設置できるよう、モータハウジング31の端壁31aの厚み寸法を抑える構造、つまり端壁31がモータ要素の配置される空間領域へ張り出るのを抑える構造が用いてある。具体的には、図2および図4に示されるようにモータハウジング31の端壁31aに形成してあるシフトレール26の端部嵌挿用の凹部50を浅い深さ、例えばステータコイル32aなどを圧迫せずにすむ浅い深さ寸法とし、この凹部50内にその深さを補償する所定長さの筒状のブッシュ51を嵌挿し、このブッシュ51にシフトレール26の端部(モータ装置側の端部)を摺動自在に嵌挿した構造を用いて、シフトレール26の端部がブッシュ51内で移動する構造としている。これにより、凹部50の底壁がステータコイル32aと干渉するのを回避している。なお、この場合、シフトレール26には、若干、全長の短い部品を用いるのが望ましい。
【0028】
またクラッチハウジング7の一部で行われる工夫は、図2および図4に示されるようにクラッチハウジング7の端壁7aを利用して、モータハウジング31から前方(クラッチ装置2側)へ張り出すステータコイル32aをモータハウジング31内に収める構造である。具体的には、図2および図3に示されるようにステータコイル32aと対向する端壁7a部分に、該ステータコイル32aから退避する方向(クラッチ装置2側)に凹んだ凹部49をステータコイル32a沿いに形成することによって、ステータコイル32aが端壁7aと干渉するのを回避しつつモータハウジング31内に収めている。なお、凹部49を形成するに際し、インプットシャフト16のスプライン部16a(前部側)の直径を小さくして、筒部36の外周面に嵌まるベアリング37の直径を小さくし、ステータコイル32aと対向する端壁7aの領域を広くすると、ステータコイル32aを避けるための凹部49を形成し易い。
【0029】
なお、図2において、52はクラッチハウジング7に取付けられた給電用の高電圧コネクタ(スタータコイル32aにつながる部品)、53はロータシャフト34に取付けられたレゾルバ(回転センサ)、54はモータハウジング31に取付けられたセンサ出力用のコネクタ、55はモータハウジング31の周壁内部に形成された環状の冷却水路を示す。
【0030】
かくして、PTO装置4付の自動車をハイブリッド化するに際し、上記のように動力取出しハウジング5とモータハウジング31の軸方向長さW1,W2を共通にしたことにより、PTO装置4がモータ装置30に置き換わっても、変速機ハウジング8の軸方向位置は、PTO装置4が付いた自動車のときと変わらずにすむ。
【0031】
したがって、クラッチ装置2、変速装置3のほとんどを共有する手法で、ハイブリッド化したパワートレインは、変速装置3のマウント位置が変わらずにすみ、変速機ハウジング8を変更したり、車体上のマウント位置を変更したりせずに、容易かつ合理的に取出し装置4付自動車とハイブリッド電気自動車との使い分けができる。
【0032】
しかも、インプットシャフト16上に組付くロータシャフト34には、片側だけでのベアリング37による支持、すなわち片持ち支持だけでクラッチハウジング7に固定される構造なので、ロータシャフト34は軸長が抑えられて薄形化が図れ、制約された幅狭のモータハウジング31内におけるロータ33の組付けが容易に行える。そのうえ、モータハウジング31は、凹部49を形成したり、シフトレール26の端部をブッシュ51を介してモータハウジング31に保持したりして、モータハウジング31の内部に、他部品との干渉のおそれがない室を確保したことにより、ハイブリッド化によりモータ装置4のモータハウジング31が、内部のモータ要素の軸長さよりも幅狭となっても、容易にモータ要素全体が組付けることができ、PTO装置4付のパワートレインからのハイブリッド化が容易に進められる。
【0033】
図5は本発明の第2の実施形態を示す。
【0034】
本実施形態は、ロータシャフト34の軸方向を規制する構造を変更した変形例を示す。
【0035】
すなわち、本実施形態は、径寸法の違いがもたらすスプライン部16aと大径部16cとの段差部分16bを活用して、ロータシャフト34の軸方向を規制するものである。具体的には、図5に示されるようにスナップリング38による規制はそのままに、インプットシャフト16の段差部分16bを、ロータシャフト34に形成してある孔部36aと孔部35aとがなす段差部分まで嵌める構造を用いて、ロータシャフト34の軸方向の動きを規制しようとするものである。
【0036】
この軸方向の規制構造は、第1の実施形態で用いたリテーナを用いずに、ロータシャフト34の軸方向の規制ができる利点がある。
【0037】
但し、図5において、上述した第1の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。
【0038】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載の発明によれば、動力取出し装置とモータ装置との置き換えで、動力取出し装置付の自動車とハイブリッド自動車を容易に使い分けることができる。しかも、動力取出しハウジングとモータハウジングの軸方向長さは共通なので、動力取出し装置付の車両をハイブリッド化して、動力取出し装置の変わりにモータ装置を置き換えても、変速機ハウジングの軸方向位置は、動力取出し装置付の車両のときと変わらずにすむので、変速装置の変速機ハウジングを変更したり、マウント位置を変更したりするような大きな変更をせずにすみ、ハイブリッド化に求められるコストの抑制ができる。
【0040】
請求項2に記載の発明によれば、ロータシャフトを、片持支持で、クラッチハウジングに支持させる構造によって、ロータシャフトの軸長を抑えることができ、ロータシャフトの薄形化により、動力取出し装置付の車両のハイブリッド化により幅寸法の制約が課せられるようになったモータハウジング内でも、容易にモータ要素を組付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る動力取出し装置が付いた自動車のパワートレインをハイブリッド化するときの作業を説明する図。
【図2】同作業によってハイブリッド化されたハイブリッド電気自動車のパワートレインを示す一部断面とした側面図。
【図3】同パワートレインのロータシャフトの支持構造を示す断面図。
【図4】同ハイブリッド化されたパワートレインを一部分解した断面図。
【図5】本発明の第2の実施形態の要部となるロータシャフトの支持構造を示す断面図。
【図6】動力取出し装置が付いた車両に搭載される動力取出し装置付のパワートレインを示す断面図。
【符号の説明】
1…エンジン
2…クラッチ装置
3…変速装置
4…動力取出し装置
5…動力取出しハウジング
6…動力取出し機構
7…クラッチハウジング
8…変速機ハウジング
11…乾式単板クラッチ(クラッチ機構)
15…変速機構
16…インプットシャフト(クラッチ出力軸)
30…モータ装置
31…モータハウジング
32…ステータ
32a…ステータコイル
33…ロータ
34…ロータシャフト
37…ベアリング。
Claims (2)
- クラッチハウジングと、同クラッチハウジング内に収まりエンジンからの動力を断続するクラッチ機構および該クラッチ機構からの動力を出力するクラッチ出力軸とを有するクラッチ装置と、
変速機ハウジングと、同変速機ハウジングに収まり前記クラッチ出力軸からの動力を入力する変速機構とを有する変速装置と、
モータハウジング内にモータ要素を収めて構成され前記変速機構へ駆動力を伝達可能なモータ装置、又は動力取出しハウジング内に動力取出しをなす動力取出し機構を収めて構成され前記クラッチ出力軸から動力を取出し可能な動力取出し装置とを備え、
前記モータ装置と前記動力取出し装置とが、前記モータハウジング又は動力取出しハウジングを前記クラッチハウジングと前記変速機ハウジングとで軸方向から挟持するとともに、当該モータハウジングと動力取出しハウジングの軸方向長さを共通として、前記クラッチ装置と前記変速装置との間に置き換え可能にしてなる
ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。 - クラッチハウジングと、同クラッチハウジング内に収まりエンジンからの動力を断続するクラッチ機構および該クラッチ機構からの動力を出力するクラッチ出力軸とを有するクラッチ装置と、
前記クラッチ装置のクラッチ出力軸に連結された変速装置と
モータハウジング内にロータシャフトを含むモータ要素を収めて構成され前記変速装置へ駆動力が伝達可能なモータ装置とを備え、
前記モータ装置のロータシャフトが、前記クラッチ出力軸に対して同軸上に組合うとともに、該ロータシャフトの片側の端部がベアリングを介して、前記クラッチハウジングで位置決め支持される
ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。
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