JP2007099012A - 電気式トルクコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向寸法の短縮を図りながらモータジェネレータの性能低下を防止することができる電気式トルクコンバータを提供する。
【解決手段】エンジン２変速機との間に配置され、モータジェネレータ６と、機械的にエンジンとモータジェネレータとの力を合成、或いはエンジンの力を分配して変速機に出力する合成分配機構８とを備えた電気式トルクコンバータである。モータジェネレータと前記合成分配機構とは、一つの収納空間１８に同一の軸方向に隣接して配置されている。合成分配機構は、油圧アクチュエータの動作により摩擦要素２２ａ，２２ｂの締結・開放を行うことでエンジン及びモータジェネレータの力伝達経路を変更するクラッチドラム３０を備えているとともに、このクラッチドラムの外周に、油圧アクチュエータ側から流れ出た油がモータジェネレータ側に流れるのを抑制する整流板４４を径方向外方に延在させて設けている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンと変速機との間に配置され、エンジンからの動力とモータジェネレータからの動力を合成、或いは分配して変速機に伝達する電気式トルクコンバータに関する。

従来の電気式トルクコンバータとして、モータジェネレータと合成分配機構との間に隔壁を設け、モータジェネレータをドライ室に配置し、合成分配機構をオイル室に配置する構成のものが知られている（例えば、特許文献１）。
しかし、隔壁を設けてモータジェネレータ及び合成分配機構を別室に配置すると軸方向の寸法が増大した電気式トルクコンバータとなってしまい、ハイブリッド車両等のパワートレーンに組み込む際に搭載性の面で問題がある。
特開２００１−１１３９７０号公報

そこで、モータジェネレータと合成分配機構との間に隔壁を設けず、モータジェネレータも、合成分配機構と同室のオイル室に配置することで軸方向の短縮を図ることが考えられるが、このようにすると、合成分配機構の油圧発生手段から流れ出た高温の油がモータジェネレータに飛散し、モータジェネレータの性能が低下するおそれがある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、軸方向寸法の短縮を図りながらモータジェネレータの性能低下を防止することができる電気式トルクコンバータを提供することを目的としている。

本発明に係る電気式トルクコンバータは、エンジンと変速機との間に配置され、モータジェネレータと、機械的に前記エンジンと前記モータジェネレータとの力を合成、或いは前記エンジンの力を分配して前記変速機に出力する合成分配機構とを備えた電気式トルクコンバータにおいて、前記モータジェネレータと前記合成分配機構とを一つの収納空間に同一の軸方向に隣接配置し、前記合成分配機構は、油圧アクチュエータの動作により摩擦要素の締結・開放を行うことで前記エンジン及び前記モータジェネレータの力伝達経路を変更するクラッチドラムを備えているとともに、前記クラッチドラムの外周に、前記油圧アクチュエータ側から流れ出た油が前記モータジェネレータ側に流れるのを抑制する整流板を径方向外方に延在させて設けた。

本発明に係る電気式トルクコンバータによると、モータジェネレータと合成分配機構とを一つの収納空間に同一の軸方向に隣接配置したので、従来の装置と比較して軸寸法が短くなり、ハイブリッド車両のパワートレーンへの搭載性を良好とすることができる。
また、合成分配機構の油圧アクチュエータ側から高温の油が収納空間に放出されても、クラッチドラムの外周に径方向外方に延在するように配置した整流板が、高温の潤滑油がモータジェネレータに飛散するのを防止する。また、油に鉄粉が含まれていても、モータジェネレータのギャップに入り込むこともない。したがって、モータジェネレータの性能低下を防止することができる。

以下、本発明の電気式トルクコンバータについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッド車両パワートレーンの１実施形態を示すスケルトンである。このパワートレーンは、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジン２と、エンジン２の回転変動を防止するダンパ装置４と、電気エネルギーで作動するモータ及び発電機として機能するモータジェネレータ６と、それらエンジン２及びモータジェネレータ６の出力を機械的に合成、分配して変速機１０に出力する合成分配機構８とを備えており、エンジン２、ダンパ装置４、モータジェネレータ６、合成分配機構８、変速機１０の順で同一軸線に沿ってケーシング内に配置されている。ここで、モータジェネレータ６及び合成分配機構８が、本発明の電気式トルクコンバータに相当する。

エンジン２の出力軸すなわちクランク軸１２は、ダンパ装置４を介して合成分配機構８の入力軸１４に連結されており、その入力軸１４は、合成分配機構８のリングギヤ２０ｒに連結されている。
合成分配機構８は、遊星歯車２０と、クラッチ２２と、ワンウェイクラッチ２４，２６とで構成されている。遊星歯車２０は、リングギヤ２０ｒ、サンギヤ２０ｓ、ピニオンキャリア２０ｃを備えたシンプル型（シングルピニオン型）であり、サンギヤ２０ｓはモータジェネレータ６のロータ軸６ａに連結され、ピニオンキャリア２０ｃはクラッチドラム３０を介して変速機１０の入力軸３２に連結されている。クラッチ２２は、クラッチドラム３０とリングギヤ２０ｒとを、油圧アクチュエータによって摩擦係合するようになっている。また、ワンウェイクラッチ２４はリングギヤ２０ｒの逆回転を防止し、ワンウェイクラッチ２６はクラッチドラム３０の逆回転を防止している。
また、モータジェネレータ６は、ケーシングに固定されているステータ６ｂと、このステータ６ｂに対向してロータ軸６ａ回りに回転するロータ６ｃとを備えている。

次に、ケーシング内に配置したモータジェネレータ６及び合成分配機構８の詳細な構造について、図２から図４を参照して説明する。
モータジェネレータ６及び合成分配機構８を内部に配置しているケーシングは、ダンパ装置４（エンジン２）側に配置した第１ケース部材３４と、変速機１０側に配置した第２ケース部材３６とで構成されている。
これら第１及び第２ケース部材３４，３６の内部に、合成分配機構８の入力軸１４と変速機１０の入力軸３２とが、同一の軸線Ｐ上で相対回転自在に連結している。

第１ケース部材３４は、軸線Ｐに直交した径方向内方に延在するボス部３４ａを設けており、このボス部３４ａの内径部が、ベアリング３８を介して入力軸１４を回転自在に支持している。また、ボス部３４ａの外周側に、第２ケース部材３６の内壁との間に所定の隙間３５を設けながら、筒状のステータ保持部３４ｂが変速機１０側に延在して設けられている。そして、ステータ保持部３４ｂの基端側には、ボス部３４ａ側の空間と第２ケース部材３６の内壁との間に設けた隙間３５とを連通する連通穴３４ｃが、周方向に所定間隔をあけて設けられている。

第２ケース部材３６も、軸線Ｐに直交した径方向内方に延在するボス部３６ａを設けており、このボス部３６ａの内径部が、ベアリング４０を介して変速機１０の入力軸３２の外周にスプライン結合されているクラッチドラム３０を回転自在に支持している。また、第１ケース部材３４のステータ保持部３４ｂとで隙間３５を形成している第２ケース部材３６の内壁には、互いに平行に軸線Ｐ方向に延在した冷却フィン３６ｂが設けられている。また、第２ケース部材３６の下部位置のボス部３６ａの基端側には、第２ケース部材３６の下部位置に溜まった作動油を変速機１０側に流すドレン穴３６ｃが設けられている。

そして、第１ケース部材３４のボス部３４ａと第２ケース部材３６のボス部３６ａとで囲まれた空間に、モータジェネレータ６及び合成分配機構８が隣接して配置されている。ここで、前記空間をトルクコンバータ室１８と称する。
なお、第１ケース部材３４のステータ保持部３４ｂ及び第２ケース部材３６の内壁の間に設けた隙間３５と、ステータ保持部３４ｂの基端側の周方向に所定間隔をあけて設けた連通穴３４ｃとが、本発明の連通路に相当する。

トルクコンバータ室１８に配置したモータジェネレータ６は、入力軸１４の外周に回転自在に配置した中空形状のロータ軸６ａから径方向外方に延在しているロータ支持部６ｄを設けており、このロータ支持部６ｄの外周にロータ６ｃを取付けている。また、このロータ６ｃに対向するように、前述した第１ケース部材３４のステータ保持部３４ｂにステータ６ｂを取り付けている。また、ステータ６ｂの両端にはステータコイル６ｅが一体に設けられている。

トルクコンバータ室１８のモータジェネレータ６に対して変速機１０側に隣接配置されている合成分配機構８は、遊星歯車２０のリングギヤ２０ｒが、入力軸１４の外周にスプライン結合し、サンギヤ２０ｓがモータジェネレータ６のロータ軸６ａの外周にスプライン結合している。
また、合成分配機構８のクラッチ２２は、遊星歯車２０のリングギヤ２０ｒ及びクラッチドラム３０間に交互に配置された摩擦板２２ａ，２２ｂと、クラッチドラム３０のフランジ部に形成したシリンダ部に嵌め込んだピストン２２ｃと、ピストン２２ｃをシリンダ部側に押圧するリターンスプリング２２ｄと、シリンダ部とピストン２２ｃとの間に画成したシリンダ室２２ｅとを有する油圧アクチュエータを備えている。そして、シリンダ室２２ｅに油圧の供給制御を行うことで、ピストン２２ｃを軸方向に移動させて摩擦板２２ａ，２２ｂの締結・開放を行う。

ここで、クラッチドラム３０の筒部には、クラッチドラム３０内に溜まった潤滑油が外部に流れ出る潤滑油ドレン口４２が設けられている。
そして、クラッチドラム３０の外周には整流板４４が設けられている。この整流板４４は、潤滑油ドレン口４２とモータジェネレータ６とを遮蔽するように径方向外方に延在して設けられており、この整流板４４のモータジェネレータ６に対向する面は、モータジェネレータ６に対して徐々に離間するように湾曲した面として形成されている（以下、湾曲面４４ａと称する）。

また、モータジェネレータ６のロータ支持部６ｄの外周側には、整流板４４の湾曲面４４ａに対向する位置にファン４６が設けられている。図３は、ダンパ装置４側からファン４６を示した図であり、モータジェネレータ６に仕切られたダンパ装置側の空間と合成分配機構８側の空間とを連通するようにロータ支持部６ｄの外周側に設けた環状の連通空間に、複数の羽根４８が放射状に配置されている。各羽根４８は、ファン４６の回転軸Ｐf（ロータ軸６ａの軸線）に対して角度を付けてロータ支持部６ｄに配置されている。つまり、図４に示すように、羽根４８のダンパ装置４側の端部４８ａが、変速機１０側の端部４８ｂに対し、αの角度だけエンジン２が回転する方向（正転方向と称する）の前方に位置するように配置されている。

このような角度を付けた羽根４８を備えたファン４６が正転方向に回転すると、図２のファン４６を通過する破線矢印で示すように、整流板４４の湾曲面４４ａに向かう空気対流が発生する。
上記構成のパワートレーンは、エンジン始動時に、スタータモータとしてモータジェネレータ６が逆転駆動する。なお、正転・正トルクとはエンジンと同一の回転方向・トルクを示し、逆転・逆トルクとはその逆の回転方向・トルクを示す。

ピニオンキャリア２０ｃはワンウェイクラッチ２６の作用によって停止し、リングギヤ２０ｒが正転してエンジン２が始動する。なお、変速機１０がニュートラル等駆動力を伝達していない状態にあっては、モータジェネレータ６を正転駆動することによってエンジン２を始動することもできる。
発進時には、モータジェネレータ６がエンジン２の出力トルクに応じた適切な正トルクを出力することにより発進する。発進中、ピニオンキャリヤ２０ｃの回転を滑らかに増速していきながら、エンジン２とモータジェネレータ６の回転速度差を徐々に小さくしていく。速度差が充分小さくなった時点で、クラッチ２２の油圧アクチュエータの動作によりクラッチドラム３０とリングギヤ２０ｒとを締結して発進が完了する。

発進完了後は、従来のロックアップクラッチ付き流体式トルクコンバータにおけるロックアップ状態と同様に、エンジン２と変速機１０の入力軸３２とを直結した状態で走行する。直結状態においては、モータジェネレータ６は、状況に応じてトルクアシストまたは発電を行う。
減速時には、モータジェネレータ６は回生制動し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
クラッチドラム３０が回転すると、クラッチドラム３０の潤滑油ドレン口４２から高温の潤滑油がトルクコンバータ室１８に放出される。整流板４４は、潤滑油ドレン口４２とモータジェネレータ６とを遮蔽するように径方向外方に延在して設けられているので、トルクコンバータ室１８に放出された高温の潤滑油はモータジェネレータ６側に飛散しない。そして、潤滑油に鉄粉が含まれていても、モータジェネレータ６のギャップに入り込むこともないので、モータジェネレータ６の性能低下が防止される。

また、モータジェネレータ６のロータ支持部６ｄとともにファン４６が正転すると、トルクコンバータ室１８には、図２の破線矢印で示す空気対流が発生する。この空気流れは、整流板４４の湾曲面４４ａに接触することで径方向外方に流れの向きを代えていき、モータジェネレータ６に対して合成分配機構８側に配置されているステータコイル６ｅを冷却する。

また、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間と、合成分配機構８側の空間とは、第１ケース部材３４のステータ保持部３４ｂ及び第２ケース部材３６の内壁の間に設けた隙間３５と、ステータ保持部３４ｂの基端側の周方向に所定間隔をあけて設けた連通穴３４ｃとを介して通じており、ファン４６によってモータジェネレータ６に対して合成分配機構８側の空間で発生した空気対流は、主に第１及び第２ケース部材３４，３６の上部の隙間３５及び連通穴３４ｃを通過していき、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に向かう空気の流れを発生する。これにより、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に配置されているステータコイル６ｅも冷却される。

そして、隙間３５及び連通穴３４ｃを通過する空気は、隙間３５を形成している第２ケース部材３６の内壁に設けた冷却フィン３６ｂと接触して放熱する。このため、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に配置されているステータコイル６ｅは、効果的に冷却される。
また、モータジェネレータ６の下部に流れてきた高温の油は、ステータコイル６ｅの近くで滞留せず、ステータ保持部３４ｂ及び第２ケース部材３６の内壁の間に設けた隙間３５に流れていくので、モータジェネレータ６の性能低下がさらに防止される。また、隙間３５に流れてきた油は、第２ケース部材３６の内壁に設けた冷却フィン３６ｂと接触することで、効果的に放熱され、ドレン穴３６ｃから変速機１０側に排出されていく。

本実施形態では、以下の効果を奏する。
（ａ）モータジェネレータ６及び合成分配機構８を、第１ケース部材３４のボス部３４ａと第２ケース部材３６のボス部３６ａとで囲まれたトルクコンバータ室１８に隣接して配置されているので、従来の装置と比較して軸寸法が短くなり、ハイブリッド車両のパワートレーンへの搭載性が良好となる（請求項１に対応）。
（ｂ）合成分配機構８のクラッチドラム３０の潤滑油ドレン口４２から高温の潤滑油がトルクコンバータ室１８に放出されても、整流板４４が、潤滑油ドレン口４２とモータジェネレータ６とを遮蔽するように径方向外方に延在して設けられているので、高温の潤滑油はモータジェネレータ６側に飛散しない。また、潤滑油に鉄粉が含まれていても、モータジェネレータ６のギャップに入り込むこともない。したがって、モータジェネレータ６の性能低下を防止することができる（請求項１に対応）。

（ｃ）モータジェネレータ６のロータ支持部６ｄとともにファン４６が正転すると、整流板４４に向かう空気の流れが発生し、トルクコンバータ室１８には、整流板４４の湾曲面４４ａに接触することで径方向外方に向かう空気対流が発生するので、モータジェネレータ６に対して合成分配機構８側に配置されているステータコイル６ｅが冷却される。したがって、モータジェネレータ６の性能低下をさらに防止することができる（請求項２に対応）。

（ｄ）ファン４６は、モータジェネレータ６に仕切られたダンパ装置側の空間と合成分配機構８側の空間とを連通するようにロータ支持部６ｄの外周側に設けた環状の連通空間に、複数の羽根４８を放射状に配置した構成であり、ロータ支持部６ｄが回転することで空気対流を簡単に発生することができる（請求項３に対応）。

（ｅ）モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間と、合成分配機構８側の空間とは、第１ケース部材３４のステータ保持部３４ｂ及び第２ケース部材３６の内壁の間に設けた隙間３５と、ステータ保持部３４ｂの基端側の周方向に所定間隔をあけて設けた連通穴３４ｃとを介して通じており、ファン４６によってモータジェネレータ６に対して合成分配機構８側の空間で発生した空気対流は、主に第１及び第２ケース部材３４，３６の上部の隙間３５及び連通穴３４ｃを通過していき、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に向かう空気の流れを発生する。これにより、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に配置されているステータコイル６ｅも冷却することができる（請求項４に対応）。

（ｆ）モータジェネレータ６の下部に流れてきた高温の油は、ステータコイル６ｅの近くで滞留せずに隙間３５に流れていくので、モータジェネレータ６の性能低下をさらに防止することができる（請求項４に対応）。
（ｇ）隙間３５及び連通穴３４ｃを通過する空気は、隙間３５を形成している第２ケース部材３６の内壁に設けた冷却フィン３６ｂと接触して放熱してからモータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に流れていくので、モータジェネレータ６に対してダンパ装置側の空間に配置されているステータコイル６ｅを効果的に冷却することができる（請求項５に対応）。
（ｈ）隙間３５に流れてきた油は、第２ケース部材３６の内壁に設けた冷却フィン３６ｂと接触することで効果的に放熱することができる。

本発明に係るハイブリッド車両のパワートレーンを示すスケルトン図である。 本発明に係る電気式トルクコンバータの内部構造を示す半断面図である。 本発明に係る電気式トルクコンバータの空気対流発生手段をエンジン側から見た図である。 図３のVI-VI線矢視図である。

符号の説明

２ エンジン
４ ダンパ装置
６ モータジェネレータ
６ａ ロータ軸（回転メンバ）
６ｂ ステータ
６ｃ ロータ
６ｄ ロータ支持部
６ｅ ステータコイル
８ 合成分配機構
１０ 変速機
１２ クランク軸
１４ 入力軸
１８ トルクコンバータ室（収納空間）
２０ 遊星歯車
２０ｃ ピニオンキャリア
２０ｓ サンギヤ
２０ｒ リングギヤ
２２ クラッチ
２２ａ，２２ｂ 摩擦板（摩擦要素）
３０ クラッチドラム
３２ 変速機の入力軸
３４ 第１ケース部材（ケースハウジング）
３４ａ ボス部
３４ｂ ステータ保持部
３４ｃ 連通穴
３５ 隙間
３６ 第２ケース部材（ケースハウジング）
３６ａ ボス部
３６ｂ 冷却フィン
３６ｃ ドレン穴
４２ 潤滑油ドレン口
４４ 整流板
４４ａ 湾曲面
４６ ファン（空気対流発生手段）
４８ 羽根

Claims (5)

1. エンジンと変速機との間に配置され、モータジェネレータと、機械的に前記エンジンと前記モータジェネレータとの力を合成、或いは前記エンジンの力を分配して前記変速機に出力する合成分配機構とを備えた電気式トルクコンバータにおいて、
   前記モータジェネレータと前記合成分配機構とを一つの収納空間に同一の軸方向に隣接配置し、前記合成分配機構は、油圧アクチュエータの動作により摩擦要素の締結・開放を行うことで前記エンジン及び前記モータジェネレータの力伝達経路を変更するクラッチドラムを備えているとともに、前記クラッチドラムの外周に、前記油圧アクチュエータ側から流れ出た油が前記モータジェネレータ側に流れるのを抑制する整流板を径方向外方に延在させて設けたことを特徴とする電気式トルクコンバータ。
2. 前記モータジェネレータは、前記軸上で回転する回転メンバから径方向外方に延在するロータ支持部を備えており、このロータ支持部の前記整流板に対向する位置に、前記整流板に向けて空気の流れが生じることで前記収納空間に空気対流を発生させる空気対流発生手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電気式トルクコンバータ。
3. 前記空気対流発生手段は、前記ロータ支持部に仕切られた一方の収納空間及び他方の収納空間を連通するように前記回転メンバの軸を中心位置として前記ロータ支持部に設けた環状の連通空間に、複数の羽根を放射状に配置したファンであることを特徴とする請求項２記載の電気式トルクコンバータ。
4. 前記モータジェネレータのステータを保持しているケースハウジングに、前記ステータの外側を迂回して前記一方の収納空間及び前記他方の収納空間に連通する連通路を、周方向に所定間隔をあけて設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気式トルクコンバータ。
5. 前記連通路を通過する流体に接触する冷却フィンを、前記連通路を設けた前記ケースハウジングジングの壁部に形成したことを特徴とする請求項４記載の電気式トルクコンバータ。

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