JP2005280691A - 動力補助支持シャフトを備えたハイブリッド車 - Google Patents

動力補助支持シャフトを備えたハイブリッド車 Download PDF

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Abstract

【課題】ハイブリッド車システムの改良に関する。
【解決手段】車は、シャフトアセンブリを備えた支持シャフトアセンブリ２０と、固定子２８ｂと、回転子２８ｂとを有している。支持シャフトアセンブリ２０は、シャフト構造１００と、第１継手１１０・第２の自在継手１１０とを備えており、第１継手１１０・第２の自在継手１１０は、それぞれ、シャフト構造１００の対向する端部に連結されている。固定子２８ｂは、シャフト構造１００に対して回転固定されている。回転子２８ａは、シャフト構造１００に取り付けられている。そして、ハイブリッド車、動力車をハイブリッド車に変換するハイブリッド車キット、およびその変換方法も提供されている。
【選択図】 図２

Description

発明の詳細な説明
〔技術分野〕
本発明は、一般的には、ハイブリッド車に関し、特に、動力補助支持シャフトを有するハイブリッド車に関する。
〔背景技術〕
近年、ハイブリッド車の人気は、増している。ハイブリッド車は、２つ以上組み合わされた動力源にて、駆動される。例えば、パラレルハイブリッド車は、内燃機関（燃料機関）および電気モータによって駆動可能である。燃料タンクは、内燃機関にガソリンを供給する一方、バッテリーは、電気モータに電力を供給する。これらの内燃機関および電気モータが、同時にトランスミッションを駆動できる。このトランスミッションは、支持シャフトを介してタイヤを駆動する。
自動車メーカーおよび部品供給メーカーは、ハイブリッドモータ車のパワートレインおよび動力伝達装置の改良に向けて、積極的に開発を行なっている。現行のハイブリッド車用のパワートレインおよび動力伝達装置は、それらの意図する使用には十分ではあるが、改良の余地がある。したがって、当業界においては、ハイブリッド車システムの改良が、必要とされ続けている。
〔発明の開示〕
本発明の１つの形態では、パワートレイン、アクスルアセンブリ、支持シャフト、および電気モータを有するハイブリッドモータ車を提供する。支持シャフトは、パワートレインとアクスルアセンブリとの間に設けられ、アクスルアセンブリに回転力を伝達するよう構成されている。電気モータは、回転子を有し、この回転子は、支持シャフトに取り付けられている。パワートレインおよび電気モータは、第１モードで作動し、このモードではパワートレインが支持シャフトに回転力を供給し、電気モータが電気エネルギーを生成する。パワートレインおよび電気モータは、第２モードでも作動し、このモードでは、電気モータが支持シャフトに回転力を供給する。
本発明の別の形態は、シャフトアセンブリおよび電気モータを有する車の支持シャフトを提供する。シャフトアセンブリは、シャフト構造と、第１および第２の自在継手とを有する。第１および第２の自在継手は、シャフト構造の対向する端部に連結される。電気モータは、固定子および回転子を有する。固定子は、シャフト構造に対して回転固定であり、回転子はシャフト構造に取り付けられ、少なくとも固定子の一部に囲まれている。
本発明の別の形態では、（従来の）モータ車をハイブリッド車に変換するためのハイブリッド車キットが提供される。（従来の）モータ車は、パワートレイン、アクスルアセンブリ、および（従来の）支持シャフトを備え、この（従来の）支持シャフトが、パワートレインからアクスルアセンブリへの回転力の伝達を容易にする。ハイブリッド車キットは、ハイブリッド支持シャフト、エネルギー保存システム、および制御装置を有する。
ハイブリッド支持シャフトは、（従来の）支持シャフトに置き換わるように構成されている。ハイブリッド支持シャフトは、シャフトアセンブリ、および電気モータを有し、電気モータは、固定子および回転子を備えている。シャフトアセンブリは、シャフト構造と、第１および第２の自在継手とを備えている。第１および第２の自在継手は、それぞれ、シャフト構造の対向する端部に連結される。固定子は、シャフト構造に回転可能に固定されている。
回転子はシャフト構造に取り付けられ、かつ少なくとも固定子の一部に囲まれている。エネルギー保存装置は、電気モータに電気的に接続される。エネルギー保存装置は、第１および第２モードで作動する。第１モードでは、エネルギー保存装置は、電気モータに電力を供給する。第２モードでは、エネルギー保存装置は、電気モータから電力を受け取る。制御装置は、エネルギー保存装置を、選択的に第１および第２モードで操作する。
本発明のさらなる別の形態では、（従来の）モータ車をハイブリッドモータ車に変換する方法が提供される。この方法は、（従来の）モータ車から従来の支持シャフトを取り除く工程、および（従来の）支持シャフトをハイブリッド支持シャフトに置き換える工程を備えている。ハイブリッド支持シャフトは、シャフトアセンブリおよび電気モータを有する。電気モータは、固定子および回転子を有する。シャフトアセンブリは、シャフト構造と、第１および第２の自在継手とを備えている。第１および第２の自在継手は、それぞれ、シャフト構造の対向する端部に連結される。固定子は、シャフト構造に対して回転固定である。回転子はシャフト構造に取り付けられ、少なくとも固定子の一部に囲まれている。
本発明のさらなる応用範囲に関しては、以下の詳細な説明により明らかになるであろう。以下の詳細な説明および具体的な例は、本発明の好適な実施形態を示すためのものであり、例示のみの目的を持ち、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されるであろう。
〔好適な実施形態の詳細な説明〕
図１に、本発明のハイブリッド車（車）の大略的な構成を、参照符号１０で示す。車１０は、後輪駆動車として図示しているが、車１０は、前輪駆動車または四輪駆動車であってもよい。車１０は、パワートレイン１２および駆動装置（動力伝達装置）１４を備えている。パワートレイン１２は、エンジン（動力）１６およびトランスミッション１８を備えている。一方、駆動装置１４は、支持シャフトアセンブリ（支持シャフト）２０およびアクスルアセンブリ２２を備えている。
アクスルアセンブリ２２は、ディファレンシャル２４を備えている。ディファレンシャル２４は、一対の後輪２６に動力を与える。エンジン１６は、トランスミッション１８の入力に回転入力を与える。トランスミッション１８は、出力部１８ａおよびギア減速装置を備えている。
ギア減速装置は、所定のギア回転比で、トランスミッション入力部とトランスミッション出力部とを接続する。支持シャフトアセンブリ２０は、トランスミッション１８の出力部１８ａに連結され、この出力部１８により回転する。
駆動トルクは、支持シャフトアセンブリ２０から後輪車軸（アクスルアセンブリ）２２へと伝達される。この後輪車軸２２で、駆動トルクは、ディファレンシャル装置２４によって、左後輪２６ａと右後輪２６ｂとに割り当てられる。
さらに図２によれば、支持シャフトアセンブリ２０は、シャフト構造１００、一対の自在継手（第１の自在継手、第２の自在継手）１１０、電気モータ２８、エネルギー保存システム３０、および制御システム３２を備えている。自在継手１１０は、従来、トラニオンキャップ１０２、スパイダー１０４、および繋鉄１０６を備えている。各トラニオンキャップ１０２は、対応するシャフト構造１００の端部に連結され、固定される。この連結は、一般に溶接によって行なわれる。
スパイダー１０４は、１つの繋鉄１０６と、１つのトラニオンキャップ１０２とを、連結する。自在継手１１０により、トランスミッション１８の出力シャフト１８ａと、ディファレンシャルアセンブリ２４との間の垂直方向および／または水平方向のオフセットの度合いを予め決めておくことが容易になる。
さらに、シャフト構造１００は、図３に示すように、ほぼ円筒形状である。このシャフト構造１００は、同図に示すように、中央の中空部分１１４および長軸１１６を有する。ここで図示した具体的な実施形態によれば、シャフト構造１００の端部は、ロータリースウェージング操作で同様に形成されたように図示され、中央部分に向かうにつれて、少しずつ細くなっている。シャフト構造１００は、アルミニウム（例えば、ＡＳＴＭ Ｂ−２１０に準拠した６０６１−Ｔ６）または鋼鉄などのシームレス材料を溶接して形成できる。
具体的な実施形態においては、モータ２８は、ブラシがなく、スロットもない永久磁石による直流モータであり、これにより、動力対重量比を比較的高くし、モータ２８が渦電流で加熱されるのを最小限に抑えることができる。しかし、当業者であれば、この開示より、このモータに代えて他のタイプのモータも使用可能であると理解するであろう。また、本発明の具体的な実施形態において示された具体的なタイプのモータが、本発明の範囲を限定するものではないことを理解するであろう。
図２および図３によれば、モータ２８は、回転子２８ａと固定子２８ｂとを備えているように、図示されている。回転子２８ａは、複数の磁石２０２を備えている。これらの磁石２０２は、シャフト構造１００の内側および／または外側に連結されている。一方、固定子２８ｂは、中空枠部２０６内に設けられた複数のモータ巻線（ワイヤコイル）２０４を備えている。中空枠部２０６は、磁石２０２の周囲を囲んでいる。この中空枠部２０６は、一組のベアリング２１０を通して、シャフト構造１００によって支持されている。
ブラケット３４により、枠部２０６は、トランスミッション１８またはアクスルアセンブリ２２などの他の構造に連結される。これにより、枠部２０６は、シャフト構造１００の長軸１１６に対して回転しない。モータ２８は、シャフト構造１００に沿った位置であれば、どこに設けてもよいが、トランスミッション１８付近の位置が、好ましい。この位置に設置することにより、モータ２８の重量が、車のバネ下質量に対するバネ上質量の比に対して与える影響を小さくすることができるので好ましい。
エネルギー保存システム３０は、電気的にモータ２８に接続され、電気エネルギーを保存するのに適切な保存装置を有している。この保存装置には、バッテリー、スーパーキャパシタ、およびこれらの組み合わせが含まれる。
制御システム３２は、モータ２８およびエネルギー保存システム３０に接続される制御装置２２０を備えている。また、この制御システム３２は、選択的に、複数のセンサーを備えている。これらのセンサーは、車１０の速度などの様々な車特性を監視するために、車１０（図１）に配されている。このモータ２８を制御するための車の様々な特性は、特に限定されるものではなく、エンジン１６(図１)の回転速度、車の速度、車のブレーキペダル２３０の位置、車のアクセルペダル２３２の位置、トランスミッション１８のトルクの出力、および／またはシャフト構造１００の角運動速度などが含まれる。
これに加えてまたはこれに代えて、制御装置２２０は、車の操作者による手動制御に応答しても良い。この手動制御により、車の操作者は、モータ２８を選択的に制御することができる。
具体的な実施形態では、制御装置２２０は、車の電子制御モジュール（ＥＣＭ）２４０に接続されている。これにより、制御装置２２０と電子制御モジュール２４０との間で、情報および／または指令を互いに伝達可能になる。
制御装置２２０は、ブレーキペダルセンサー２３０ａが車のブレーキペダル２３０の位置に応じて生成したブレーキペダル信号を受信すると共に、アクセルペダルセンサー２３２ａが車のアクセルペダル２３２の位置に応じて生成したアクセルペダル信号を受信する。
車が第１モードで操作される場合、パワートレイン１２が回転力を出力し、この回転力は、支持シャフトアセンブリ２０を介して後輪車軸２２に伝達される。車の走行中に、回転子２８ａが、シャフト構造１００と共に回転し、電流が固定子２８ｂに誘導され、エネルギー保存システム３０の充電が行なわれる。
車は第２モードで操作されることもできる。第２モードでは、エネルギー保存システム３０に保存されたエネルギーによって、モータ２８に動力が与えられる。
これにより、モータ２８は、シャフト構造１００を回転させる。これについて、モータ２８より与えられた回転力は、パワートレイン１２により与えられる回転力の代わりとなるか、またはパワートレイン１２により与えられる回転力を補う。
急加速が必要な場合に、制御システム３２は、モータ２８を操作して回転力を生成するように構成され、エンジン１６(図１)は、ほぼ一定の回転速度および／または速度ゼロで車を走行させるように構成される。
急加速が必要な場合、アクセルペダルが比較的速く著しく踏み込まれたことを示すアクセルペダルの信号を受けて、制御装置２２０は、エネルギー保存システム３０を制御し、電気エネルギーを放出させ、パワートレイン１２から出力されるトルクを増強して、モータ２８を操作する。同様に、エンジン１６(図１)を適切な一定の回転速度で操作するのが好ましい場合（例えば、車が高速道路を走行していて、自動速度制御装置がオンになっている場合）、制御装置２２０は、エネルギー保存システム３０を制御し、電気エネルギーを放出させ、パワートレイン１２から出力されるトルクを増強して、モータ２８を操作する。
ゼロに近い速度での車の操作に関しては、制御装置２２０と電子制御モジュール２４０とが交信し合い、パワートレイン１２が支持シャフトアセンブリ２０に対して回転力を与えないように、エンジン１６(図１)が操作される（すなわち、エンジン１６(図１)が、アイドリングまたは非操作状態にされる）。そして、制御装置２２０がエネルギー保存システム３０を制御して、（例えば、操作者の、アクセルペダル２３２の作動に応じて）電気エネルギーが放出させ、駆動トルクがシャフト構造１００に供給されるように、モータ２８が操作される。
制御システム３２は、モータ２８をジェネレータとして操作できるよう構成することができる。そして、車が第２モードで操作されている際も、ブレーキペダル２３０が押されたら、モータ２８はジェネレータとして操作される。モータ２８をこのように操作することにより、回転に対して抵抗しようとするシャフト構造１００に力をかけることができる。
選択的に、車は、第３モードで操作することができる。第３モードでは、モータ２８は、シャフト構造１００の回転に抵抗を与える。例えば、ブレーキペダルが相対的に速い速度で著しく踏み込まれ、これを示すブレーキペダル信号を制御装置２２０が受信した場合に、第３モードは採用される。制御システム３２は、エネルギー保存システム３０に保存されたエネルギーを放出することにより、モータ２８をシャフト構造１００の回転に抵抗させるために、モータ２８に、シャフト構造１００の回転方向と逆の方向へ動力を与える。
これに代えて、制御システム３２は、モータ２８が電気エネルギーを生成している場合には、比較的大きい電気負荷を用いて、固定子２８ｂに対する回転子２８ａの回転速度を減速させることも可能である。
支持シャフトアセンブリ２０の構造は、これを容易に車に設置可能であるという点で有用である。さらに、この支持シャフトアセンブリ２０により、従来の支持シャフトを有する従来の動力車（モータ車）を、ハイブリッド車に変換するのが容易となる。すなわち、従来の車から従来の支持シャフトアセンブリを取り除き、本発明の支持シャフトアセンブリ２０に置き換えることができる。
本発明は、明細書で詳細に説明を行い、具体的な実施形態に関して図面中に図示しているが、多様な変更を行い、部材をその等価な部材で置き換えても、請求項で定義した本発明の範囲から外れるものではないことを、当業者は理解するであろう。さらに、種々の実施形態における特徴、部材、および／または機能を組み合わせたものも、本発明に明らかに入るものと考えられ、当業者は、上述においてそうではないと記載されないかぎり、本願の開示より、１つの実施形態の特徴、部材、および／または機能が、別の実施形態の中に適切に入れられうるものとわかるであろう。
さらに、本発明の範囲を越えずに、具体的な状況または材料を本発明に合わせて修正を行なうことができる。したがって、本発明は、図面中に図示され明細書中で記載された具体的な実施形態に限定されるものではなく、この具体的な実施形態は、本発明を実施するための最良の形態としてのみ考慮されたものである。すなわち、本発明は、上述の説明および添付の請求項内に入るすべての実施形態を含むものである。
本発明の一実施形態のハイブリッド車を示す、概略図である。 図１に示す車を部分的に示した概念図であり、モータの部分断面図である。 モータの長軸を横断する方向から見たモータを示す断面図である。
符号の説明
１０ 車（ハイブリッドモータ車）
１２ パワートレイン
２２ アクスルアセンブリ
２０ 支持シャフトアセンブリ（支持シャフト）
２８ 電気モータ
２８ａ 回転子
２８ｂ 固定子
３０ エネルギー保存システム（エネルギー保存装置）
１００ シャフト構造
１１０ 自在継手（第１の自在継手、第２の自在継手）
２０２ 磁石
２０４ モータ巻線（ワイヤコイル）
２１０ ベアリング
２３０ ブレーキペダル
２３０ａ ブレーキペダルセンサー
２３２ アクセルペダル
２３２ａ アクセルペダルセンサー

Claims (18)

  1. パワートレインと、
    アクスルアセンブリと、
    これらパワートレインとアクスルアセンブリとの間に設けられ、アクスルアセンブリに回転力を伝達する支持シャフトと、
    この支持シャフトに取り付けられた回転子を備えた電気モータとを有するハイブリッドモータ車であって
    パワートレインおよび電気モータは、第１モードと第２モードとで作動可能であり、第１モードでは、パワートレインによって支持シャフトに回転力が供給されると共に、電気モータによって電気エネルギーが生成され、第２モードでは、電気モータによって支持シャフトに回転力が供給されることを特徴とするハイブリッドモータ車。
  2. 回転子が、複数の磁石を備えていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドモータ車。
  3. 電気モータが、さらに、複数のワイヤコイルを備えた固定子を有すると共に、この固定子が回転子の周りに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドモータ車。
  4. １組のベアリングによって、固定子が支持シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドモータ車。
  5. 固定子が、パワートレインおよびアクスルアセンブリのうちの少なくとも１つに連結されることによって固定子の回転が妨げられていることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドモータ車。
  6. パワートレインおよび電気モータが、第３モードで作動可能であり、この第３モードでは、パワートレインによって支持シャフトに、回転力が供給され、電気モータによって支持シャフトの回転に抵抗が与えられることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドモータ車。
  7. エネルギー保存装置を有しており、このエネルギー保存装置が電気モータに電気的に接続され、このエネルギー保存装置が第１モードと第２モードとで作動可能であり、第１モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータに電力が供給され、第２モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータから電力が受け取られることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドモータ車。
  8. エネルギー保存装置が、バッテリーおよびスーパーキャパシタのうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッドモータ車。
  9. パワートレインおよび電気モータを、第１および第２モードで選択的に操作可能な制御装置を有することを特徴とする請求項７に記載のハイブリッドモータ車。
  10. アクセルペダルセンサーおよびブレーキペダルセンサーを有し、アクセルペダルセンサーが、アクセルペダルの位置を検知して、この位置に応じてアクセルペダル信号が生成され、ブレーキペダルセンサーが、ブレーキペダルの位置を検知して、この位置に応じてブレーキペダル信号が生成され、制御装置がアクセルペダル信号およびブレーキペダル信号を受信し、これらの信号に応じて電気モータおよびエネルギー保存装置を選択的に操作する請求項９に記載のハイブリッドモータ車。
  11. シャフトアセンブリおよび電気モータを有する車用支持シャフトであって、
    シャフトアセンブリは、シャフト構造と、第１の自在継手および第２の自在継手とを有し、第１の自在継手および第２の自在継手は、シャフト構造の対向する端部に連結され、
    電気モータは、固定子および回転子を有し、固定子は、シャフト構造とともに回転するように固定され、回転子はシャフト構造に取り付けられ、少なくとも固定子の一部に囲まれていることを特徴とする車用支持シャフト。
  12. 一組のベアリングが、シャフト構造と固定子との間に配され、シャフト構造を支持することによりシャフト構造が固定子から独立して回転することを特徴とする請求項１１に記載の車用支持シャフト。
  13. エネルギー保存装置を有し、エネルギー保存装置が電気モータに電気的に接続されると共に、第１モードおよび第２モードで作動可能であり、第１モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータに電力が供給され、第２モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータから電力が受け取られることを特徴とする請求項１１に記載の車用支持シャフト。
  14. エネルギー保存装置が、バッテリーおよびスーパーキャパシタのうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の車用支持シャフト。
  15. パワートレインと、アクスルアセンブリと、パワートレインからアクスルアセンブリへの回転力の伝達を容易にする支持シャフトと、を備えたモータ車をハイブリッド車に変換するハイブリッド車キットであって、
    ハイブリッド支持シャフト、エネルギー保存システム、および制御装置を有し、
    ハイブリッド支持シャフトは、支持シャフトに置き換え可能であると共に、シャフトアセンブリ、および電気モータを有しており、
    電気モータは、固定子および回転子を備えており、
    シャフトアセンブリは、シャフト構造と、第１の自在継手および第２の自在継手とを備えており、第１の自在継手および第２の自在継手は、シャフト構造の対向する端部にそれぞれ連結されており、固定子は、シャフト構造に回転固定されており、回転子は、シャフト構造に取り付けられていると共に少なくとも固定子の一部に囲まれており、
    エネルギー保存装置は、電気モータに電気的に接続されており、エネルギー保存装置は第１および第２モードで作動可能であり、第１モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータに電力が供給され、第２モードでは、エネルギー保存装置によって電気モータから電力が受け取られ、かつ、制御装置によって、エネルギー保存装置が、選択的に、第１または第２モードで操作されることを特徴とするハイブリッド車キット。
  16. アクセルペダルの位置を検知して、この位置に応じて、アクセルペダル信号が生成されるアクセルペダルセンサーを有しており、制御装置にアクセルペダル信号が受信され、このアクセルペダル信号に応じてエネルギー保存装置が選択的に操作されることを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッド車キット。
  17. ブレーキペダルの位置を検知して、その位置に応じて、ブレーキペダル信号が生成されるブレーキペダルセンサーを有しており、制御装置にブレーキペダル信号が受信され、このブレーキペダル信号に応じて、エネルギー保存装置が選択的に操作されることを有する請求項１６に記載のハイブリッド車キット。
  18. モータ車から支持シャフトを取り除く工程、および、支持シャフトをハイブリッド支持シャフトに置き換える工程を有するモータ車をハイブリッド車に変換する変換方法であって、
    ハイブリッド支持シャフトは、シャフトアセンブリおよび電気モータを有している一方、電気モータは固定子および回転子を有しており、シャフトアセンブリが、シャフト構造と、第１の自在継手および第２の自在継手とを備えており、この第１の自在継手および第２の自在継手それぞれをシャフト構造の対向する端部に連結し、固定子をシャフト構造に対して回転固定して、回転子をシャフト構造に取り付け、少なくとも固定子の一部によって囲むことを特徴とするモータ車をハイブリッドモータ車に変換する変換方法。
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