JP2008221921A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転高トルクで、かつ高回転低トルクといった駆動特性を確実に実現できるとともに、パワーラインの構成を簡略化して車両スペースを十分に確保したり、車両重量を軽減したり、操舵角やホイールストローク（ホイールトラベル）を任意に設定したりできるハイブリッド車両を提供すること。
【解決手段】ハイブリッド車両１は、車両本体４と、車両本体４に搭載されたエンジン５と、エンジン５により駆動される発電機６と、エンジン５により駆動される油圧ポンプ７と、発電機６からの電気エネルギで駆動される電動モータと、油圧ポンプ７から圧油で駆動される油圧モータと、電動モータからの出力および油圧モータからの出力を合成する遊星歯車機構２３と、遊星歯車機構２３で直接的に駆動される走行用のホイールとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

従来、ハイブリッド車両と言われる中には、エンジン出力と電動モータ出力とを併用した機械・電気ハイブリッド型（特許文献１）、エンジン出力と油圧モータ出力とを併用した機械・油圧ハイブリッド型が知られている。

前者の機械・電気ハイブリッド型はさらに、エンジン出力と電動モータ出力とを動力合成手段にて合成し、この動力合成手段からの出力で被駆動部を駆動するパラレル式と、エンジン出力でジェネレータを駆動し、ジェネレータからの電気エネルギで電動モータを駆動し、この電動モータの出力のみで被駆動部を駆動するシリーズ式とに大別される。

また、後者の機械・油圧ハイブリッド型は、所謂ＨＭＴ（Hydro Mechanical Transmission）を搭載した車両であり、エンジン出力と油圧モータ出力とを動力合成手段にて合成し、この動力合成手段からの出力で被駆動部を駆動するのである。なお、エンジンにより油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプからの圧油で油圧モータを駆動し、この油圧ポンプの出力のみで被駆動部を駆動する車両も、ＨＳＴ（Hydrostatic Transmission）を搭載した車両としてよく知られている。

特開２０００−２２６１８３号公報

しかしながら、機械・電気ハイブリッド型のパラレル式では、パワーラインとして機械的な駆動ラインが必要であるため、パワーラインの構成の自由度が低く、車両スペースにおけるパワーラインの専有面積が大きくなって場積をとり、また、駆動軸が操舵角やホイールストロークを制限するという問題がある。また、シリーズ式では、極めて高出力の電動モータが必要になるため、電動モータが大きくなってやはり場積をとるし、高価である。しかも、高回転高トルクを実現するのが困難であり、高速での連続登坂走行等を容易に行うためには、高出力の電動モータに加え、変速機や大型バッテリが必要になるなど、場積の問題がさらに顕著になるうえ、構造が複雑になって車両重量も大きくなる。

一方、機械・油圧ハイブリッド型でも、機械的な駆動ラインが必要であることから、機械・電気ハイブリッド型のパラレル式と同様に、車両スペースが狭められるという問題がある。また、ＨＳＴを搭載した油圧駆動の車両では、高速走行が困難である。従って、大容量の油圧ポンプや油圧モータに加えて変速機等が必要となり、やはり場積の問題が顕著になるうえ、車両重量が大きくなる。

本発明の目的は、低回転高トルクで、かつ高回転低トルクといった駆動特性を確実に実現できるとともに、パワーラインの構成を簡略化して車両スペースを十分に確保したり、車両重量を軽減したりできるハイブリッド車両を提供することにある。

本発明の請求項１に係るハイブリッド車両は、車両本体と、車両本体に搭載されたエンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記発電機からの電気エネルギで駆動される電動モータと、前記油圧ポンプから圧油で駆動される油圧モータと、前記電動モータからの出力および前記油圧モータからの出力を合成する動力合成手段と、前記動力合成手段で駆動される走行用の被駆動部とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るハイブリッド車両は、請求項１に記載のハイブリッド車両において、前記動力合成手段は遊星歯車機構であることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るハイブリッド車両は、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両において、前記被駆動部は前記動力合成手段にて直接的に駆動されるホイールであることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るハイブリッド車両は、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両において、前記被駆動部は前記動力合成手段にて直接的に駆動されるディファレンシャル（差動装置）であることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、電動モータによる電気駆動と油圧モータによる油圧駆動とのハイブリッドとなる。従って、油圧モータが有する駆動特性と、電動モータが有する駆動特性との両方を兼ね備えたハイブリッド車両を提供できる。また、このようなハブリッド車両では、機械的な駆動ラインを不要にできるので、パワーラインの構成を簡略化して車両スペースを十分に確保したり、車両重量を軽減したり、操舵角やホイールストロークを任意に設定したりできる。

請求項２の発明によれば、動力合成手段として遊星歯車機構を採用するため、動力損失を少なくして確実に合成できる。
請求項３の発明によれば、動力合成手段にてホイールを直接的に駆動するから、電動モータおよび油圧ポンプを、車両本体から独立させてホイールの近傍（例えばホイールの内側）に配置にでき、車両本体での車両スペースをより大きく確保できる。
請求項４の発明によれば、ディファレンシャルを駆動する電動モータおよび油圧モータとしては、それぞれ１機ずつ搭載すればよく、より低コストで、かつメンテナンス性も良好にできる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両１を模式的に示すブロックである。図２は、ハイブリッド車両１の要部を模式的に示す断面図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、前輪２および後輪３が設けられた車両本体４を備えており、車両本体４にはエンジン５が搭載されている。エンジン５は、ガソリンエンジンでもよくディーゼルエンジンでもよい。エンジン５の出力軸には発電機６および油圧ポンプ７が直列に連結されている。なお、発電機６および油圧ポンプ７とを並列に駆動してもよく、駆動方式はエンジン５のＰＴＯ（Power Take-Off）の利用等をも勘案して種々可能である。

発電機６にはインバータ８を介してバッテリ９が接続されている。インバータ８は、発電機で発電された電気エネルギをバッテリ９に充電させたり、充電量が十分である場合には、このバッテリ９の電気エネルギを図２に示す電動モータ１０に供給したり、あるいは発電機６で発電された電気エネルギをそのまま電動モータ１０に供給する。供給の切換や、電動モータ１０への電気エネルギの供給量は、走行負荷等に応じてコントローラ１１からの制御信号Ｍによって制御される。

油圧ポンプ７は、例えば斜板式の可変容量型であり、斜板角度を変えることで圧油の吐出量を可変にできる。圧油の吐出量はやはり、走行負荷等に応じてコントローラ１１からの制御信号Ｐによって制御される。油圧ポンプ７の圧油は、図２に示す油圧モータ１２を駆動するのに用いられる。

図１、図２において、各後輪３を構成するホイール１３の内側には、車両本体４から独立したアクスルハウジング１４が配置されている。アクスルハウジング１４は、車両本体４に取り付けられたサスペンションシリンダ１５およびロワアーム１６により上下に揺動自在に支持されている。また、このアクスルハウジング１４の開口側を覆うように電動モータ１０のコイル１７が固定され、コイル１７の内側には、磁石を有するロータ１８が回転自在に配置されている。

また、アクスルハウジング１４内には油圧モータ１２が配置されている。油圧モータ１２の出力軸にはサンギヤ１９が取り付けられている。サンギヤ１９の周囲には複数のプラネタリギヤ２０が配置されている。プラネタリギヤ２０の外側には、各プラネタリギヤ２０をサンギヤ１９との間で挟むように内歯式のリングギヤ２１が配置されている。リングギヤ２１の外周は、電動モータ１０のロータ１８に一体に固定されている。

すなわち、サンギヤ１９には油圧モータ１２の駆動力が入力され、リングギヤ２１には電動モータ１０の駆動力が入力され、その合成された駆動力がプラネタリギヤ２０のキャリア２２に出力される。従って、このようなサンギヤ１９、プラネタリギヤ２０、およびリングギヤ２１で構成される遊星歯車機構２３は、本発明に係る動力合成手段として機能する。キャリア２２には走行用の被駆動部であるホイール１３が固定されており、合成された駆動力によりホイール１３を直接的に駆動することが可能である。

そして、本実施形態において、比較的大きな始動トルクが必要な場合には、リングギヤ２１の回転を図示しないロック機構等でロックしておくとともに、油圧モータ１２の駆動力でプラネタリギヤ２０を回転させて後輪３を駆動し、回転反力をロック機構に保持させることも可能である。ロック機構へのロック、アンロックの制御信号Ｒはコントローラ１１から出力される。なお、本実施形態のコントローラ１１は、種々の制御信号Ｅによるエンジン５の運転制御も行っている。

また、制動時には、電動モータ１０を発電機として機能させたり、油圧モータ１２を油圧ポンプとして機能させたりすることでエネルギ回生を行い、回生された電気エネルギをバッテリ９に充電し、回生された油圧でエンジンブレーキを効かすことも可能である。

なお、図示および詳細な説明を省略するが、油圧モータ１２とサンギヤ１９との連結をクラッチを介して行うことで、このクラッチを運転状態に応じて連結、解除してもよいし、サンギヤ１９の回転を強制的にロックする別のロック機構を設けて、やはり運転状態に応じてロック、アンロックさせてもよい。

以上のような本発明によれば、電気駆動と油圧駆動とのハイブリッドであるから、発電機６と電動モータ１０とを接続するのは電気配線２５だけであり、油圧ポンプ７と油圧モータ１２とを接続するのは油圧配管２６だけである。従って、パワーラインとして従来のような機械的な駆動ラインを不要にでき、車両本体４内での車両スペースを大きく確保できる。しかも、機械的な駆動ラインが不要なことで、インバータ８やバッテリ９の配置の自由度を高くでき、広い荷室、低車高、低重心を実現できるとともに、操舵角やホイールストロークの制限を解除することができる。

また、油圧駆動と電気駆動とを合成することにより、それぞれの駆動方式が有する駆動特性を確実に活用できるとともに、油圧モータ１２や電動モータ１０の後段側の変速機を省略でき、シリーズ式の機械・電気ハイブリッドの配置自由度を維持したまま、コンパクトな電動モータ１０を採用できる。さらに、変速機を省略できること、およびコンパクトな電動モータ１０の採用により、バッテリ９も小型化でき、車両重量を大幅に低減できる。

〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態が示されている。本実施形態では、遊星歯車機構２３において、リングギヤ２１として内歯および外歯を備えたものが採用されている。また、リングギギヤ２１は、外歯と噛み合う駆動ギヤ２７によって駆動される。駆動ギヤ２７は電動モータ１０の出力軸に取り付けられている。この電動モータ１０としては、アクスルハウジング１４の開口を覆うような形状のコイルを有したものではなく、通常形式のＤＣモータ等を採用できる。他の構成は、第１実施形態と同じであり、このような本実施形態でも、本発明の目的を達成できる。

〔第３実施形態〕
図４に示す第３実施形態では、車両本体４内に大きめの電動モータ１０および油圧モータ１２が一機ずつ搭載されており、これらの駆動力が動力合成手段である遊星歯車機構２３で合成される。合成された駆動力は、キャリア出力軸から出力され、この駆動力によってリアアクスル２８内に設けられたディファレンシャル２９が直接的に駆動される。走行用の被駆動部であるディファレンシャル２９を介して後輪３を駆動する構造は、一般的な車両と同じで公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。また、本実施形態の電動モータ１０の形式や遊星歯車機構２３の構造は、第２実施形態と同様である。

このような本実施形態でも、リアアクスル２８を備えている分、第１，第２実施形態に比べて車両スペースの場積や車両重量は大きくなるが、油圧駆動と電気駆動とのハイブリッドを採用することで、本発明の目的を十分に達成できる。また、電動モータ１０および油圧モータ１２が一機ずつ用いられているので、低コストであり、メンテナンスも容易である。

なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記各実施形態では、油圧駆動と電気駆動との合成した駆動力によって最終的に後輪３を駆動するホイール式のハブリッド車両１について例示したが、本発明のハイブリッド車両としては、クローラ式や多軸の車両であってもよい。また、駆動する対象としては、最終的に車輪やクローラでなくともよく、任意の種類の作業機等であってもよい。

本発明は、建設車両、土木車両、農業車両、運搬車両、走行車両等の作業車両に好適に適用できる。

本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両を模式的に示すブロック図。 第１実施形態の要部を模式的に示す断面図。 第２実施形態を模式的に示す断面図。 第３実施形態を模式的に示すブロック図。

符号の説明

１…ハイブリッド車両、２…エンジン、４…車両本体、６…発電機、７…油圧ポンプ、１０…電動モータ、１２…油圧モータ、１３…被駆動部であるホイール、２３…動力合成手段である遊星歯車機構、２９…被駆動部であるディファレンシャル。

Claims (4)

1. 車両本体と、
   車両本体に搭載されたエンジンと、
   前記エンジンにより駆動される発電機と、
   前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   前記発電機からの電気エネルギで駆動される電動モータと、
   前記油圧ポンプから圧油で駆動される油圧モータと、
   前記電動モータからの出力および前記油圧モータからの出力を合成する動力合成手段と、
   前記動力合成手段で駆動される走行用の被駆動部とを備えている
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記動力合成手段は遊星歯車機構である
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両において、
   前記被駆動部は前記動力合成手段にて直接的に駆動されるホイールである
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両において、
   前記被駆動部は前記動力合成手段にて直接的に駆動されるディファレンシャルである
   ことを特徴とするハイブリッド車両。

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