JP2007320494A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイブリッド駆動装置を大型化することなく、トーショナルダンパの共振による振動を低減させるハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】
トーショナルダンパ６６と第１電動機ＭＧ１の内周部との間には環状空間８３が形成されており、その環状空間８３にダイナミックダンパ６７を設けることで、ハイブリッド駆動装置１０を大型化することなくダイナミックダンパ６７を配設することができる。このダイナミックダンパ６７の周波数特性をトーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎにあわせることで、周波数がｆｎ付近で発生する共振による振動を低減させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンおよびモータジェネレータを駆動源として備えているハイブリッド駆動装置にかかり、特に、エンジン始動時およびエンジン起動停止時の共振やギヤのガタ打ち音を低減させるハイブリッド駆動装置に関するものである。
乗用自動車などの車両の駆動装置として、燃料の燃焼によって作動するエンジンと、第１モータジェネレータと、サンギヤおよびキャリヤが前記エンジンおよび第１モータジェネレータの一方および他方に連結されると共に、リングギヤが出力部材に連結された遊星歯車機構と、前記出力部材に連結された第２モータジェネレータとを備えたハイブリッド駆動装置が知られている。特許文献１のハイブリッド駆動装置では、エンジンの出力軸にトーショナルダンパが連結され、エンジン駆動中のトルク変動による捩り振動を吸収し、駆動装置内で発生する振動を低減させている。
特開平９−２２６３９２号公報
ところで、前述のようなトーショナルダンパにおいて、出力側には電動機が前記遊星歯車機構を介して連結されるが、電動機のロータは質量が大きいため、振動の性質上トーショナルダンパの共振周波数は低くなり、共振時の振動が大きくなる。特に、ハイブリッド駆動装置は頻繁にエンジンの始動、停止が行われるため、この際に共振しやすくなる。これにより、遊星歯車機構のギヤにエンジンからの振動が伝達され、ギヤのガタ打ち音を誘発させる問題があった。この問題に対し、前記共振による振動を低減させるダイナミックダンパを設けることが考えられるが、ダイナミックダンパを設けると、駆動装置が大型化するという問題があった。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド駆動装置を大型化することなく、トーショナルダンパの共振による振動を低減させるハイブリッド駆動装置を提供することにある。
上記目的を達成するための、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）エンジンの出力軸に接続された第１のダンパと、その第１のダンパの出力側に接続されて電動機と車輪側出力軸とに動力を分割する動力分割機構とを備え、前記電動機が前記第１のダンパに隣接して設けられた型式のハイブリッド駆動装置であって、（ｂ）前記第１のダンパと前記電動機との間に前記第１のダンパの出力側に接続された第２のダンパを備えることを特徴とする。
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のハイブリッド駆動装置において、前記第１のダンパは、トーショナルダンパであり、前記第２のダンパはダイナミックダンパであり、そのダイナミックダンパには前記トーショナルダンパの共振周波数におけるゲインのピークを低減する特性が設定されていることを特徴とする。
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項２のハイブリッド駆動装置において、（ａ）前記トーショナルダンパは、エンジンの動力が入力される入力側部材と、前記ダンパの出力側を形成する出力側部材と、弾性変形に応じてその入力側部材と出力側部材との相対回転を許容するスプリングとを、備えたものであり、（ｂ）前記ダイナミックダンパは、前記出力側部材から前記電動機側へ軸心方向に延設された第１延設部に設けられることを特徴とする。
また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、請求項３のハイブリッド駆動装置において、前記トーショナルダンパは、前記入力側部材および出力側部材の間に狭圧状態で軸心方向に積層された複数枚の摩擦材と、前記第１延設部の他端側に軸心方向に延設された第２延設部とを、備えることを特徴とする。
また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、請求項３または４に記載のハイブリッド駆動装置において、前記ダイナミックダンパは、前記第１延設部に相対回転不能に設けられたダンパ基部と、そのダンパ基部の外周側に弾性材料性のブッシュ部を介して設けられた所定の質量を有するマス部とを、備えたものであることを特徴とする。
また、請求項６にかかる発明の要旨とするところは、請求項２乃至５の何れかに記載のハイブリッド駆動装置において、前記電動機は、ケースに固定されたステータとそのステータから軸心方向に突き出すステータコイルとを備え、前記ダイナミックダンパは、そのステータコイルの内周側に形成された環状空間内に位置していることを特徴とする。
請求項１にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、前記第１のダンパと前記電動機の内周部との間には空きスペースが形成されており、その空きスペースに前記第２のダンパを設けることで、ハイブリッド駆動装置を大型化することなく第２ダンパを配設することができる。
また、請求項２にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、第２のダンパである前記ダイナミックダンパを設けることで、ダイナミックダンパが振動を吸収し、第１のダンパである前記トーショナルダンパの共振による振動を低減させることができる。
また、請求項３にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、前記ダイナミックダンパを前記トーショナルダンパの内周部から軸心方向に延設された第１延設部に設けることで、これらの構成が複雑化することを抑制することができる。また、第１延設部を設けることで、トーショナルダンパの製造工程の最後にダイナミックダンパを組付ける工程を追加するだけでよく、製造工程の変更を最小限に留めることができる。
また、請求項４にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、前記トーショナルダンパの第１延設部の他端側に第２延設部を設けることで、第１延設部にダイナミックダンパを圧入して組付ける際に、前記延設部が圧入時の圧入荷重を受けるために内周部に配設された摩擦材には過大な荷重がかかることなく組付けることができる。
また、請求項５にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、前記ダイナミックダンパは、構造が容易であるため、周波数の設定も容易に調整することができる。
また、請求項６にかかる発明のハイブリッド駆動装置によれば、ステータコイルは軸心方向に突き出すため、ステータコイルの内周側に環状空間が形成され、その環状空間にダイナミックダンパを配設することで、駆動装置を大型化することなくダイナミックダンパを配設することができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されたハイブリッド駆動装置１０の骨子図である。このハイブリッド駆動装置１０は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）、すなわち回転軸が車両の幅方向と略平行に配置される横置のもので、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジン１２と、第１電動機ＭＧ１と、シングルピニオン型の遊星歯車機構１４と、第２電動機ＭＧ２とを備えている。遊星歯車機構１４は、機械的にエンジン１２からの動力を第１電動機ＭＧ１と車輪側出力軸とに動力を分配するためのものでエンジン１２に連結されたキャリヤＣＡと、第１電動機ＭＧ１のロータ１６に連結されたサンギヤＳと、第２電動機ＭＧ２のロータ１８および出力部材としてのスプロケット２０に連結されたリングギヤＲとを備えており、主としてエンジン１２から伝達された動力を第１電動機ＭＧ１およびスプロケット２０に分配する。第１電動機ＭＧ１は、主としてジェネレータとして用いられ、エンジン１２により遊星歯車機構１４を介して回転駆動されることにより発生した電気エネルギをバッテリー等の蓄電装置に充電する一方、第２電動機ＭＧ２は、主として駆動モータとして用いられ、単独で、或いはエンジン１２と共に車両の動力源として用いられるもので、大トルクを必要とする第２電動機ＭＧ２は第１電動機ＭＧ１よりも大型である。なお、第１電動機ＭＧ１は、エンジン始動時や高速走行時等において、駆動モータとしても用いられ、第２電動機ＭＧ２は、車両の減速時等において、ジェネレータとしても用いられる。ここで、エンジン１２の出力は、回転変動やトルク変動を抑制するためのフライホイール２２と、トーショナルダンパ６６およびダイナミックダンパ６７を備えるダンパ装置２４とを、介して遊星歯車機構１４に伝達される。なお、本実施例の遊星歯車機構１４が、本発明の動力分配機構に対応している。
スプロケット２０は、減速機構２６を構成している第１中間軸２８に設けられたドリブンスプロケット３０にチェーン３２を介して連結されている。減速機構２６は、上記第１中間軸２８と平行な第２中間軸３４とを備えており、互いに噛み合わされた減速ギヤ対３６、３８によって減速すると共に、第２中間軸３４に設けられた出力歯車４０から傘歯車式の差動装置４２に動力を伝達する。出力歯車４０は、差動装置４２の入力部材である大径のリングギヤ４４と噛み合わされており、そのリングギヤ４４がさらに減速回転させられると共に、一対の出力軸４６、４８を経て左右の駆動輪に動力が分配される。
図２は、図１のダンパ装置２４の構造を説明するための断面図である。ダンパ装置２４は、非回転部材であるケース５０内に配設された第１電動機ＭＧ１とフライホイール２２との間に介在され、遊星歯車機構１４のキャリヤＣＡに連結された入力シャフト５２と同心に位置されている。なお、本実施例の第１電動機ＭＧ１が本発明の電動機に対応している。
フライホイール２２は、円板状の部材であり、内周縁にはエンジン１２に連結されたクランクシャフト５４が圧入などによって接続されている。一方、フライホイール２２の外周縁は、ボルト５６によってダンパ装置２４の外周側に連結されている。
第１電動機ＭＧ１は、ケース壁５８を挟んでダンパ装置２４に隣接されており、ケース壁５８に回転不能に固定されたステータ６０、そのステータ６０のまわりを巻回し軸心方向に突き出すステータコイル６２、およびステータ６０の内周側に位置され遊星歯車機構１４のサンギヤＳに連結されることで一体的に回転させられるロータ６４を備えている。
ダンパ装置２４は、トーショナルダンパ６６およびダイナミックダンパ６７の２つのダンパを備えている。トーショナルダンパ６６は、エンジン１２に連結され、エンジン１２の動力が入力される入力側部材７０と、トーショナルダンパ６６の出力側を形成する出力側部材６８とからなる。入力側部材７０は、エンジン１２の出力がクランクシャフト５４を介して伝達されるフライホイール２２にボルト５６で連結され、且つピン７２によってドライブプレート７４に接続されている。一方、出力側部材６８は、内周面が入力シャフト５２にスプライン嵌合された基部７６および基部７６の外周面から径方向に突き出す鍔部７８を備えている。これら出力側部材６８と入力側部材７０との間には、弾性変形に応じて入力側部材７０と出力側部材６８との相対回転を許容するコイル状のスプリング８０と、出力側部材６８および入力側部材７０の間に狭圧状態で軸心方向に積層された複数枚の摩擦材を備えた摩擦機構８２とが、介在されており、エンジンからのトルク変動および回転変動による振動を吸収し、出力側へ伝達される振動を低減させている。なお、本実施例のトーショナルダンパ６６が本発明の第１のダンパに対応しており、ダイナミックダンパ６７が本発明の第２のダンパに対応している。
また、第１電動機ＭＧ１のステータコイル６２は軸心方向に突き出しているため、第１電動機ＭＧ１のステータコイル６２の内周側とトーショナルダンパ６６との間には環状空間８３が形成されており、その環状空間８３にダイナミックダンパ６７が配設される。
ダイナミックダンパ６７は、基部７６から第１電動機ＭＧ１側に軸心方向に伸びる筒状の第１延設部８４の外周側に圧入によって嵌め着けられることで、第１延設部８４に一体的に設けられる。また、ダイナミックダンパ６７は、第１延設部８４の外周面に圧入されたダンパ基部８６、そのダンパ基部８６の外周に接続されたブッシュ部８８、およびブッシュ部８８の外周に接続されたマス部９０を備えている。ダンパ基部８６は圧入によって第１延設部８４に相対回転不能に嵌め着けられている。また、ブッシュ部８８は、たとえばゴム等の弾性部材によって構成され、この弾性力によってダンパ基部８６に対して、少量の相対回転が可能となっている。マス部９０は、鉄などの所定の質量を備えた部材であり、ブッシュ部８８の弾性力によって回転方向に振動させられる。また、基部７６の第１延設部８４の軸心方向他端側には、軸心方向に延設された第２延設部９２が設けられている。この第２延設部９２は、トーショナルダンパ６６を組付けたあとダイナミックダンパ６７を組付ける際に圧入よって過大な荷重がかけられるが、その荷重を受けるために設けられている。これにより、圧入時に摩擦機構８２の摩擦材に過大な荷重がかけられることが避けられ摩擦板の押圧による変形等の弊害が抑制されている。
図３は、本発明のハイブリッド駆動装置１０の振動を抑制するためのダンパ装置２４の概念図である。図３において、エンジン１２と出力側である変速機９４との間のＫ１ およびＣ１ がトーショナルダンパ６６のねじり剛性および減衰係数を表しており、変速機９４とマス部９０との間のＫ２ がダイナミックダンパ６７のねじり剛性を表している。エンジン１２側の慣性モーメントＩ１ はフライホイール２２等に連結されているため比較的慣性モーメントが大きく、一方、変速機９４側の慣性モーメントＩ２ は第１変速機ＭＧ１のロータ１６等に連結されているため比較的慣性モーメントが大きくなっている。ここで、トーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎは、慣性モーメントＩ１ およびＩ２ によって主に支配され、これらの慣性モーメントＩ１ およびＩ２ の大きさに反比例する特性を有しているためにトーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎは比較的低い値となっている。この共振周波数ｆｎはエンジン１２の始動時および起動停止時の周波数と近似しており、ダイナミックダンパ６７を有しない際は、図４に示される破線の特性を示す。ここで、図４は周波数と振動の大きさとの関係を示す図であり、横軸がトーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎによって無次元化された周波数を示しており、縦軸がエンジン１２から伝達される振動の振幅ｙによって変速機９４に出力される振動の振幅ｘのゲインを示しており、このゲインが大きくなると、振動が大きくなる。破線で示されるように、ダイナミックダンパ６７が無い場合では、周波数ｆが共振周波数ｆｎ付近（図において１．０付近）になると共振され、振動が大きくなる。
ダイナミックダンパ６７は、トーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎと同じ周波数で振動するように調整されており、このダイナミックダンパ６７が連結されると、図４の実線に示されるように、共振周波数ｆｎ付近において発生するゲインのピークが低減されている。すなわち、このダイナミックダンパ６７によって、トーショナルダンパ６６の振動が吸収され、入力シャフト５２に伝達される振動が低減される構造となっている。なお、ダイナミックダンパ６７の周波数特性は、ブッシュ部８８のねじり剛性Ｋ２ およびマス部９０の質量Ｍを変更することで調整が可能になっている。
上述のように、本実施例によれば、トーショナルダンパ６６と第１電動機ＭＧ１の内周部との間には空きスペースが形成されており、その空きスペースにダイナミックダンパ６７を設けることで、ハイブリッド駆動装置１０を大型化することなくダイナミックダンパ６７を配設することができる。
また、本実施例によれば、ダイナミックダンパ６７を設け、そのダイナミックダンパ６７の周波数特性をトーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎにあわせることで、ダイナミックダンパ６７が振動を吸収し、共振による振動を低減させることができる。これにより、入力シャフト５２に伝達される振動が低減されギヤのガタ打ち音が抑制される。
また、本実施例によれば、ダイナミックダンパ６７をトーショナルダンパ６６の基部７６から軸心方向に延設された第１延設部８４に一体的に設けることで、これらの構成が複雑化することを抑制することができる。また、第１延設部８４を設けることで、トーショナルダンパ６６の製造工程の最後にダイナミックダンパ６７を組付ける工程を追加するだけでよく、製造工程の変更を最小限に留めることができる。
また、本実施例によれば、トーショナルダンパ６６の第１延設部８４の他端側に第２延設部９２を設けることで、第１延設部８４にダイナミックダンパ６７を圧入して組立てる際に、延設突起９２が圧入時の圧入荷重を受けるために内周部に配設された摩擦材には過大な荷重がかかることなく組付けることができる。
また、本実施例によれば、ダイナミックダンパ６７は、構造が容易であるため、周波数の設定も容易に調整することができる。
また、本実施例によれば、ステータコイル６２は軸心方向に突き出すため、ステータコイル６２の内周側に環状空間８３が形成され、その環状空間８３にダイナミックダンパ６７を配設することで、駆動装置を大型化することなくダイナミックダンパ６７を配設することができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、ダイナミックダンパ６７のブッシュ部８８は、ゴムによって構成されているが、ばね等の弾性力を備えた金属材料や油圧ピストン、空気圧ピストン等の他の弾性力を利用して実施することもできる。
また、ダイナミックダンパ６７のマス部９０は、鉄によって構成されているが、トーショナルダンパ６６の共振周波数ｆｎに調整可能な質量を有するものであるなら、自由に変更することができる。
また、本実施例のハイブリッド駆動装置１０は、ＦＦ型の駆動装置であったが、特にＦＦ型に限定されるものではなく、ＦＲ型など他の形式の駆動装置においても実施することができる。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
本発明が適用されたハイブリッド駆動装置の骨子図である。 図１のダンパ装置を説明するための断面図である。 本発明が適用されたハイブリッド駆動装置の振動を抑制するためのダンパ装置の概念図である。 周波数と振動の大きさとの関係を示す図である。
符号の説明
１０：ハイブリッド駆動装置 １２：エンジン １４：遊星歯車機構（動力分配機構 ６６：トーショナルダンパ（第１のダンパ） ６７：ダイナミックダンパ（第２のダンパ） ６８：出力側部材 ７０：入力側部材 ８３：環状空間 ８４：第１延設部 ９２：第２延設部 ＭＧ１：第１電動機（電動機）

Claims (6)

  1. エンジンの出力軸に接続された第１のダンパと、該第１のダンパの出力側に接続されて電動機と車輪側出力軸とに動力を分割する動力分割機構とを備え、前記電動機が前記第１のダンパに隣接して設けられた型式のハイブリッド駆動装置であって、
    前記第１のダンパと前記電動機との間に前記第１のダンパの出力側に接続された第２のダンパを備えることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
  2. 前記第１のダンパは、トーショナルダンパであり、前記第２のダンパはダイナミックダンパであり、該ダイナミックダンパには前記トーショナルダンパの共振周波数におけるゲインのピークを低減する特性が設定され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駆動装置。
  3. 前記トーショナルダンパは、エンジンの動力が入力される入力側部材と、前記ダンパの出力側を形成する出力側部材と、弾性変形に応じて該入力側部材と出力側部材との相対回転を許容するスプリングとを、備えたものであり、
    前記ダイナミックダンパは、前記出力側部材から前記電動機側へ軸心方向に延設された第１延設部に設けられることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド駆動装置。
  4. 前記トーショナルダンパは、前記入力側部材および出力側部材の間に狭圧状態で軸心方向に積層された複数枚の摩擦材と、前記第１延設部の他端側に軸心方向に延設された第２延設部とを、備えることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド駆動装置。
  5. 前記ダイナミックダンパは、前記第１延設部に相対回転不能に設けられたダンパ基部と、該ダンパ基部の外周側に弾性材料性のブッシュ部を介して設けられた所定の質量を有するマス部とを、備えたものであることを特徴とする請求項３または４に記載のハイブリッド駆動装置。
  6. 前記電動機は、ケースに固定されたステータと該ステータから軸心方向に突き出すステータコイルとを備え、前記ダイナミックダンパは、該ステータコイルの内周側に形成された環状空間内に位置していることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載のハイブリッド駆動装置。
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