JP2009023372A - ハイブリッド車の動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車の回生エネルギの回収を効率よく行うとともにアシストトルクの増大を可能にする。
【解決手段】エンジンからの動力によって回転するシャフト１２に、該回転シャフトの回転をモータジェネレータに順次伝達する第１のワンウェイクラッチ２および第１の動力伝達機構３と、前記モータジェネレータからの動力を前記シャフト１２に順次伝達する第２の動力伝達機構５および第２のワンウェイクラッチ４を備え、好適には第２の動力伝達機構５の減速比を、前記第１の動力伝達機構３の減速比よりも大きくすることで、エネルギ回生効率を損なうことなくアシストトルクを増大させることが可能になり、省燃費効果も得られる。
【選択図】図３

Description

この発明は、ハイブリッド車においてエンジンにより回転駆動されるシャフトとモータジェネレータとの間の機構の接続を切り替え可能なハイブリッド車の動力伝達機構に関するものである。

エンジンの動力とモータの動力を併用可能なハイブリッド車では、エンジンがプロペラシャフトなどを介してモータジェネレータを駆動し発電した電力を蓄電して該モータジェネレータ単独で車輪を駆動したりエンジンをアシストして車輪を駆動したりする形式のものが知られている。また、ハイブリッド車では、制動時にモータジェネレータを回生ブレーキとして利用し、回生ブレーキで得られる電気エネルギを蓄電してモータジェネレータの駆動などに利用している（例えば特許文献１参照）。

また、エンジンの駆動力をモータジェネレータに伝達する手段として、プロペラシャフトではなく、トランスミッションなどに設けたＰＴＯ（動力取り出し装置）を介してモータジェネレータに駆動力を伝達するものも提案されている（例えば特許文献２参照）。このようなＰＴＯを利用するものでも、サイドＰＴＯなどにモータジェネレータの動力を入出力し、走行時のアシストと制動時のエネルギ回生を行っている。上記回生制動制御は、例えば、エンジンフリクションをクラッチ断接することにより制動トルクの強弱を制御している。上記したサイドＰＴＯによるハイブリッド車のシステム構成を図４に示す。エンジン１０の動力は、トランスミッション１１を介してプロペラシャフト１２に伝達されており、該プロペラシャフト１２を通して図示しない車輪が駆動される。また、トランスミッション１１には、アイドルギア１３が分岐して動力伝達が可能になっており、該アイドルギア１３からドリブンギア１４を介してモータジェネレータ２０が接続されている。
特開２０００−２８９４７６号公報 特開２００１ー１０５９１０号公報

ところで、トラックは制動時に大きな減速トルクをアクスル軸上に与えると積載している荷物が崩れ、運送に大きな損害を与えたり、急な減速トルクの増大によってドライバに違和感を与えてしまう。しかし、エネルギ回生でより大きなエネルギを得るためには大きな減速トルクをアクスル軸上に与える必要があり、荷崩れとエネルギ回生の増大は排反事象の関係にある。アクスル軸上に極力大きなトルクを与えずにエネルギ回生を増大させる方法として、トランスミッションの後端にモータジェネレータを配置する駆動系レイアウトがあり、一部車種での採用例も知られている。
しかし、トランスミッションの後端にモータジェネレータを配置した場合、以下１）〜２）の問題が発生する。

１）トランスミッションの後端にモータジェネレータを配置した場合、トランスミッションのギア比を経由することが無いので、クランク軸位置やサイドＰＴＯ位置にモータジェネレータを搭載した場合と比較して、減速段（１速から直結段より少ないギア段）の走行時のアシストトルクが減少する。

２）遊星歯車による２スピード切替方式で走行時のアシストトルクの増大を図る方法があるが、切替に必要なブレーキトルクを発生させるためには油圧源が必要となり、油圧源を発生させるためのエネルギが必要となり、損夫となる。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、エネルギ回生効率を損なうことなくアシストトルクを増大させることができるハイブリッド接続切替装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のハイブリッド車の動力伝達機構のうち、第１の発明は、エンジンからの動力によって回転するシャフトに、該回転シャフトの回転をモータジェネレータに順次伝達する第１のワンウェイクラッチおよび第１の動力伝達機構と、前記モータジェネレータからの動力を前記シャフトに順次伝達する第２の動力伝達機構および第２のワンウェイクラッチとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、モータジェネレータを回転させて電気エネルギを回収する場合、第１のワンウェイクラッチと第１の動力伝達機構を介して、エンジンの動力によって回転するシャフトの回転がモータジェネレータへと伝達され、第２のワンウェイクラッチはフリーになって第２の動力伝達機構を通してのモータジェネレータへの動力伝達はなされない状態になる。回生ブレーキによって電気エネルギを回収する場合も同様であり、回生ブレーキによるトルクは、第１の動力伝達機構、第１のワンウェイクラッチを通して上記シャフトに伝達される。

一方、モータジェネレータのモータ駆動力によって上記シャフトの回転をアシストする場合、第２の動力伝達機構と第２のワンウェイクラッチとを介してモータジェネレータの動力が上記シャフトに伝達されて車輪駆動のアシストがなされる。この際に、第１のワンウェイクラッチはフリーになって第１の動力伝達機構を通してのシャフトへの動力伝達はなされない状態になる。

上記のように、シャフトからモータジェネレータへの動力伝達と、モータジェネレータからシャフトへの動力伝達とが、特段の油圧回路などを要することなく異なる動力伝達機構を介して機械的に切り替えられるので、構成を簡略にできるとともに、動力伝達機構の減速比などを適切に設定することで、上記の動力伝達をそれぞれ所望のトルクや速度で行うことができ、エネルギ回生効率を損なうことなくアシストトルクを増大させることが可能になる。

第２の本発明のハイブリッド車の動力伝達機構は、前記第１の本発明において、前記第２の動力伝達機構の減速比が、前記第１の動力伝達機構の減速比よりも大きいことを特徴とする。

第２の本発明によれば、第２の動力伝達機構の減速比が相対的に第１の動力伝達機構よりも大きいので、モータジェネレータによってシャフトに動力を伝達してアシストする際に、回転速度が大きく減速され、シャフトに大きなアシストトルクを伝達することができる。一方、シャフトからモータジェネレータに動力を伝達する際には、相対的に小さな減速比で回転が伝達されることで、モータジェネレータの回転数が相対的に大きくなり、電気エネルギを効果的に回収できる。また、回生ブレーキとして動作する際には、減速比が小さくされているため、シャフトに与えられる回生ブレーキによるトルクは小さくなり、荷崩れの発生やドライバに違和感を与えることが回避される。これにより、回生ブレーキを頻繁に使用することが可能になり、電気エネルギの回収効率も向上する。
なお、動力伝達機構としては通常はギア機構が用いられ、ギア比によって減速比を設定することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車の動力伝達機構によれば、エンジンからの動力によって回転するシャフトに、該回転シャフトの回転をモータジェネレータに順次伝達する第１のワンウェイクラッチおよび第１の動力伝達機構と、前記モータジェネレータからの動力を前記シャフトに順次伝達する第２の動力伝達機構および第２のワンウェイクラッチとを備えるので、シャフトからモータジェネレータに動力を伝える場合と、モータジェネレータからシャフトに動力が伝えられる場合とで、異なる動力伝達機構を利用することでそれぞれの減速比などを調整して、エネルギ回生効率を損なうことなくアシストトルクを増大させることができる効果があり、さらに省燃費効果が得られる。また、駆動（充電側）と被駆動（アシスト側）の減速比の切替を油圧を使わず機械的に行うことが可能であるため、遊星歯車とブレーキを使用した２スピード切替と比較して省燃費となる効果もある。

以下に、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のハイブリッドシステムを示すシステムズであり、従来と同様の構成については、同一の符号を付して説明をする。
エンジン１０の動力は、トランスミッション１１を介してプロペラシャフト１２に伝達されており、該プロペラシャフト１２を通して図示しない車輪が駆動される。該プロペラシャフト１２には、本発明の動力伝達機構１を介してモータジェネレータ２０が接続されている。なお、本発明の動力伝達機構は、トランスミッションの後方においてプロペラシャフトに接続されるものに限定をされるものではなく、例えば、ＰＴＯを介して接続されるものであってもよい。

上記動力伝達機構を図２に基づいて詳細に説明する。
プロペラシャフト１２がボールベアリング１３ａ、１３ｂで支持されている区間に、所定減速比が与えられる第１のワンウェイクラッチ２と第２のワンウェイクラッチ３とが、設けられており、該第１のワンウェイクラッチ２に第１の動力伝達機構として第１ギア機構４が接続され、前記第２のワンウェイクラッチ３に第２の動力伝達機構として第２ギア機構５が接続されている。前記第１のワンウェイクラッチ２は、前記プロペラシャフト１２の回転が第１ギア機構４に伝達されるように一方向での回転運動の伝達が可能になっており、前記第２のワンウェイクラッチ３は、第２ギア機構５の回転が前記プロペラシャフト１２の回転に伝達されるように一方向での回転運動の伝達が可能になっている。

第１及び第２のワンウェイクラッチの構成は本発明としては特に限定をされるものではなく、シャフトとモータジェネレータとの間でそれぞれ異なる方向での運動伝達が一方向においてなされるものであればよい。
また、第１ギア機構４、第２ギア機構５も、それぞれ所定のギア比で回転運動を伝達できるものであればよく、ギアの数や配置方法などは特に限定をされるものではない。

上記第１ギア機構４および第２ギア機構５は、上記のように一方側が第１のワンウェイクラッチ２および第２のワンウェイクラッチ３に接続され、他方側は、モータ側シャフト７がボールベアリング８ａ、８ｂで支持された区間に固定されており、モータ側シャフト７は、モータジェネレータ２０の回転軸に結合されて該回転軸とともに回転可能になっている。

上記第１ギア機構４と第２ギア機構５とは、所定のギア比で減速比が設定されており、ワンウェイクラッチが接続となった状態では、モータ側シャフト７に対し、プロペラシャフト１２が減速されて両者が連動するように構成されている。そして、第２ギア機構５の減速比は、第１ギア機構４の減速比に対し相対的に大きくなっているが、その差異は適宜設定が可能であり、本発明としては特定のものに限定されない。
例えば、一例として、第１ギア機構３の減速比を２５、第２ギア機構５の減速比を６５とするものを挙げることができる。

以下に、上記動力伝達機構の動作について図３に基づいて説明する。
先ず、通常時には、エンジン１０の動力によって、トランスミッション１１を介してプロペラシャフト１２が回転し、この回転が第１のワンウェイクラッチ２を介して第１ギア機構４に伝達され、さらにモータ側シャフト７が回転されてモータジェネレータ２０の発電がなされ、得られた電気は、図示しない蓄電池に充電される。この際に、第１ギア機構４の減速比は小さく設定されているので、モータジェネレータ２０の回転数は比較的大きくなり、効果的に発電がなされる。また、制動時には、モータジェネレータ２０が回生ブレーキとして作用し、電気エネルギが回収されるとともに、モータジェネレータ２０の負荷トルクが第１ギア機構４、第１のワンウェイクラッチ２を介してプロペラシャフト１２に伝達される。なお、この際に、第１ギア機構４の減速比は小さく設定されているので、モータジェネレータ２０からプロペラシャフト１２に加えられる制動トルクは小さなものとなり、回生ブレーキが動作する際に、荷崩れが生じたり、ドライバに違和感を与えるのを回避することができる。また、このため回生ブレーキを頻繁に動作させることが可能になる。
一方、第２のワンウェイクラッチ３側では第２ギア機構５によって減速されて実質フリーの状態になり、第２のワンウェイクラッチ３を介してプロペラシャフト１２の回転がモータ側シャフト７に伝達されることはない。

また、モータジェネレータ２０の動力でエンジンの動力をアシストする場合、蓄電池に蓄電された電力によってモータジェネレータ２０を回転させる。この回転は、モータ側シャフト７に伝わり、第２ギア機構５から第２のワンウェイクラッチ３を通してプロペラシャフト１２に伝達される。この場合、第２ギア機構５の減速比は大きく設定されているため、モータジェネレータ２０の回転は、第２ギア機構５で大きく減速されるものの、大きなアシストトルクがプロペラシャフト１２に伝達されることになる。
一方、第１のワンウェイクラッチ２側では、第１のギア機構４でプロペラシャフト１２の回転数よりも回転数が高くなって実質フリーの状態になっており、第１のワンウェイクラッチ３を介してモータ側シャフト７の回転がプロペラシャフト１２に伝達されることはない。

以上のように上記実施形態では、回生エネルギが十分に回収されるとともに、回生ブレーキによる過大なトルクがプロペラシャフト側に伝達されることがなく、荷崩れやドライバの違和感発生をなくすことができる。さらに、アシストトルクが増大し、車両の性能アップ、省燃費が達成される。

本発明の一実施形態におけるハイブリッドシステムの概略図である。 同じく、動力伝達機構を示す図である。 同じく、動力伝達機構の動作を示す図である。 従来のハイブリッドシステム（ＰＴＯ）の概略図である。

符号の説明

１ 動力伝達機構
２ 第１のワンウェイクラッチ
３ 第１ギア機構
４ 第２のワンウェイクラッチ
５ 第２のギア機構
７ モータ側シャフト
１２ プロペラシャフト
２０ モータジェネレータ

Claims (2)

1. エンジンからの動力によって回転するシャフトに、該回転シャフトの回転をモータジェネレータに順次伝達する第１のワンウェイクラッチおよび第１の動力伝達機構と、前記モータジェネレータからの動力を前記シャフトに順次伝達する第２の動力伝達機構および第２のワンウェイクラッチとを備えることを特徴とするハイブリッド車の動力伝達機構。
2. 前記第２の動力伝達機構の減速比が、前記第１の動力伝達機構の減速比よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車の動力伝達機構。

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