JP2010070079A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも簡素な構成で電動機の出力軸又は差動機構の回転要素に設けられた係合部材を所定の係合対象と係合させることが可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】遊星歯車装置７と、遊星歯車装置７のサンギヤＳに出力軸３ｃが接続されたＭＧ３とを備えたハイブリッド車両の駆動装置１において、出力軸３ｃに設けられ、ケース５と接触して係合する係合位置とケース５と離間する解放位置との間で軸線ＣＬ方向に移動可能な係合部材１０と、サンギヤＳと出力軸３ｃとの間の動力伝達経路中に設けられ、出力軸３ｃのトルクとサンギヤＳのトルクとの差であるトルク差を係合部材１０を係合位置側に駆動する推力に変換するトルクカム機構２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、相互に差動可能な複数の回転要素を有する差動機構と、その差動機構の所定の回転要素に出力軸が接続された電動機とを備え、差動機構から電動機に出力された動力を利用して発電を行うハイブリッド車両の駆動装置に関する。

内燃機関及びモータを動力源として搭載するとともに内燃機関によって発電すべく発電機を備えたハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両において、発電機による発電が不要な場合には湿式の多板式ブレーキで発電機のロータを固定し、発電機ロスが発生することを防止する車両が知られている（特許文献１参照）。

特開平８−１８３３４８号公報

特許文献１の車両では、ブレーキを油圧サーボで駆動している。そのため、油圧源から油圧サーボにオイルを供給するための油路が必要となる。また、油圧サーボを駆動するための制御が必要なる。

そこで、本発明は、従来よりも簡素な構成で電動機の出力軸又は差動機構の回転要素に設けられた係合部材を所定の係合対象と係合させることが可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、相互に差動可能な複数の回転要素を有する差動機構と、前記差動機構の所定の回転要素に出力軸が接続された電動機と、を備えたハイブリッド車両の駆動装置において、前記出力軸又は前記所定の回転要素の一方に設けられ、所定の係合対象と接触して係合する係合位置と前記所定の係合対象と離間する解放位置との間で軸線方向に移動可能な係合部材と、前記所定の回転要素と前記出力軸との間の動力伝達経路中に設けられ、前記出力軸のトルクと前記所定の回転要素のトルクとの差であるトルク差を前記係合部材を前記係合位置側に駆動する推力に変換するトルクカム機構と、を備えている（請求項１）。

本発明の駆動装置によれば、出力軸と所定の回転要素との間に生じたトルク差を利用して係合部材を所定の係合対象と係合させることができる。そのため、油圧サーボなどアクチュエータを設ける必要がない。従って、従来よりも簡素な構成で係合部材を所定の係合対象と係合させることができる。

本発明の駆動装置の一形態においては、前記係合部材が前記出力軸に設けられ、前記所定の係合対象は、前記車両に固定される前記駆動装置のケースであってもよい（請求項２）。この形態によれば、電動機による発電が不要な場合には出力軸をケースで制動できるので、電動機が回転することによるエネルギの消費を防止できる。

本発明の駆動装置の一形態において、前記差動機構は、前記所定の回転要素としての第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を前記複数の回転要素として有し、前記第２回転要素に内燃機関の動力が伝達されるとともに前記第３回転要素に出力部材が接続され、前記トルクカム機構は、前記トルク差が予め設定された所定値以上の場合に前記係合部材が前記係合位置に移動する推力を発生してもよい（請求項３）。この形態によれば、トルク差が所定値未満の場合は係合部材が係合位置に到達しない。そのため、所定値を適正に設定することにより、係合部材が所定の係合対象と無駄に係合されることを防止できる。また、この形態では、差動機構を介して電動機に内燃機関の動力が伝達されるが、その際にトルク差が所定値以上になるまでは係合部材が所定の係合対象と係合しない。そのため、トルク差が所定値になるまで差動機構から電動機にトルクを伝達できるとともに、トルク差が所定値以上になると差動機構から電動機に伝達されるトルクを減少させることができる。そのため、所定値を調整することにより差動機構から電動機に伝達されるトルクを調整することができる。

本発明の駆動装置の一形態においては、前記係合部材を前記解放位置側に付勢する付勢手段をさらに備えていてもよい（請求項４）。この場合、付勢手段による付勢力を調整することにより、係合手段が所定の係合対象と係合するトルク差を調整することができる。

本発明の駆動装置の一形態においては、前記係合部材と前記所定の係合対象との間に介在し、前記係合部材を前記係合位置側に駆動する推力が大きいほど前記係合部材と前記所定の係合対象との間に生じる摩擦力が増加するクラッチ手段をさらに備えていてもよい（請求項５）。この場合、係合部材と所定の係合対象との間の摩擦力を徐々に増減させることができるので、係合部材の回転数を徐々に上昇させたり減少させたりすることができる。これにより係合部材が急制動されたり急に回転し始めたりすることを防止できる。

以上に説明したように、本発明の駆動装置によれば、出力軸のトルクと所定の回転要素のトルクとの差を利用して係合部材を所定の係合対象と係合させることができるので、アクチュエータを設ける必要がない。そのため、従来よりも簡素な構成で係合部材を所定の係合対象と係合させることができる。

図１は、本発明の一形態に係る駆動装置の要部を示している。なお、図１では、回転軸ＣＬを挟んだ反対側の部分の図示を省略している。図１に示した駆動装置１は、ハイブリッド車両に搭載されるものであり、不図示の内燃機関から動力が伝達される伝達軸２と、電動機としてのモータジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３と、動力分配機構４とを備えている。動力分配機構４は、車両の車体に固定されるケース５に収容されている。ＭＧ３は、電動機及び発電機として機能する周知のものであり、ステータ３ａ、ロータ３ｂ、及び出力軸３ｃを備えている。これらステータ３ａ、ロータ３ｂ、及び出力軸３ｃは同軸に配置されている。ステータ３ａはケース５に回転不可に固定されている。出力軸３ｃは、ベアリング６に回転可能に支持されている。ロータ３ｂは、出力軸３ｃと一体回転するように出力軸３ｃと連結されている。また、内燃機関も、ハイブリッド車両に搭載される周知のものと同じでよいため、詳細な説明は省略する。

動力分配機構４は、差動機構としての遊星歯車装置７を備えている。遊星歯車機構７は、外歯歯車である第１回転要素としてのサンギヤＳと、そのサンギヤＳに対して同軸的に配置された内歯歯車の第３回転要素としてのリングギヤＲと、サンギヤＳ及びリングギヤＲにそれぞれ噛み合うピニオンギヤＰを自転可能かつサンギヤＳの周りを公転可能に保持する第２回転要素としてのキャリアＣとを備えている。キャリアＣは、伝達軸２と一体回転するように連結されている。リングギヤＲは、動力分配機構４よりも動力伝達経路の下流側の装置に動力を出力する出力部材８と連結されている。サンギヤＳは、伝達軸２の外周にベアリング９、９にて回転自在に支持されている。また、サンギヤＳはＭＧ３の出力軸３ｃと接続されている。

ＭＧ３の出力軸３ｃには、係合部材１０が設けられている。また、係合部材１０とサンギヤＳとの間には、トルクカム機構２０が設けられている。すなわち、出力軸３ｃは、係合部材１０及びトルクカム機構２０を介してサンギヤＳと接続されている。係合部材１０は、径方向外側に突出する制動部１０ａを備えている。制動部１０ａは、係合部材１０が図１の右側に移動した際にケース５に設けられている突出部５ａと接触するように係合部材１０に設けられている。そのため、ケース５が本発明の所定の係合対象に相当する。また、制動部１０ａは突出部５ａと係合した場合に係合部材１０を制動してその回転を停止させることが可能なように設けられている。係合部材１０は、出力軸３ｃに対して相対回転不能、かつ回転軸線ＣＬ方向には移動可能なようにスプライン機構１１を介して出力軸３に取り付けられている。これにより、係合部材１０は、制動部１０ａが突出部５ａと接触して係合する係合位置と制動部１０ａが突出部と離間する解放位置との間で移動可能なように出力軸３ｃに設けられる。また、係合部材１０はベアリング１２にて伝達軸２に回転自在に支持されている。図１に示したようにケース５には、係合部材１０を図１に左側に付勢する付勢手段としてのリターンスプリング１３が設けられている。係合部材１０とリターンスプリング１３との間には、リターンスプリング１３が係合部材１０と一体に回転することを防止するためのスラストベアリング１４が設けられている。

トルクカム機構２０は、サンギヤＳに固定される第１カムプレート２１と、係合部材１０に固定される第２カムプレート２２と、それらのカムプレート２１、２２の間に介装された複数の転動体としてのボール２３とを備えている。カムプレート２１、２２のそれぞれはリング状であり、伝達軸２と同軸的に配置されている。図２は、トルクカム機構２０を図１の矢印II方向から見た図である。図２に示すように、カムプレート２１、２２の対向面２１ａ、２２ａのそれぞれには、カム溝２１ｂ、２２ｂが周方向に所定の間隔で複数設けられている。サンギヤＳのトルクとＭＧ３のトルクとの差（以下、トルク差と称することがある。）がゼロの場合は、カム溝２１ｂ、２２ｂ同士が周方向の同一位置で対向し、それらの隙間にボール２３が保持される。一方、トルク差が生じると、カムプレート２１、２２が周方向に相対的にずれる。この場合、図３に示したようにボール２３がカム溝２１ｂ、２２ｂ間から対向面２１ａ、２２ａに乗り上げようとする。これにより、カムプレート２１、２２の間には、これらを軸線方向に遠ざけようとする推力Ｆが生じる。推力Ｆは、サンギヤＳからトルクカム機構２０に入力されるトルク（以下、入力トルクと称することがある。）が大きくなり、それに伴ってトルク差が大きくなるほど大きくなる。なお、トルクカム機構２０は、ボール２３が対向面２１ａ、２２ａ間に完全に乗り上げないように構成されている。図１に示したようにサンギヤＳは回転軸線ＣＬ方向に移動不能に設けられている。そのため、トルクカム機構２０で推力Ｆが発生すると係合部材１０が図１の右側に駆動される。トルクカム機構２０は、図２に示した状態において係合部材１０が解放位置に移動し、図３に示した状態において係合部材１０が係合位置に移動するように設けられる。

上述したように係合部材１０は、リターンスプリング１３によって図１の左側に付勢されている。そのため、係合部材１０は、トルクカム機構２０で発生する推力Ｆがリターンスプリング１３の付勢力を上回った場合に解放位置から図１の右側に移動し始める。そのため、リターンスプリング１３の強さは、係合部材１０を係合位置に駆動し始めるべき入力トルクに応じて適宜に設定される。図４は、入力トルクと係合部材１０の位置との関係の一例を示している。図４に示したように入力トルクがトルクＴ１になると推力Ｆがリターンスプリング１３の付勢力を上回り、係合部材１０が解放位置から図１の左側に移動し始める。その後、入力トルクがトルクＴ２になり、係合部材１０が係合位置に達すると制動部１０ａと突出部５ａとが接触し、これにより係合部材１０が制動される。そのため、係合部材１０が係合位置に駆動されることにより、この係合部材１０でサンギヤＳ及び出力軸３ｃの回転を停止させることができる。そのため、トルクＴ２が本発明の所定値に相当する。

以上に説明したように、この駆動装置１によれば、トルクカム機構２０によりトルク差を利用して係合部材１０をケース５と係合させることができる。そのため、係合部材１０を駆動するためのアクチュエータを別に設ける必要がない。従って、駆動装置１の構成を従来よりも簡略化することができる。これにより駆動装置１を小型化したり、軽量化したりすることができる。また、トルクカム機構２０においては、入力トルクがトルクＴ２以上となりこのトルクＴ２に対応するトルク差になるまで、係合部材１０が係合位置に移動しないので、係合部材１０がケース５に無駄に係合されることを防止できる。これにより、サンギヤＳ及び出力軸３ｃが無駄に制動されることを防止できる。さらに、駆動装置１においては、リターンスプリング１３の強さを調整することにより、係合部材１０が係合位置に移動するトルク差を適宜に調整することができる。

図５は、本発明の一形態に係る駆動装置１の変形例を示している。図５において上述した形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図５は、この変形例の係合部材１０及びケース５の一部を拡大して示している。図５に示したようにこの変形例では、係合部材１０とケース５との間にクラッチ手段としての湿式多板型のブレーキ機構３０が設けられている。ブレーキ機構３０は、摩擦板３０と制動板３１とを備えている。摩擦板３０は、係合部材１０に設けられている。制動板３１は、摩擦板３１を挟むようにケース５に複数（図５では２枚）設けられている。これら摩擦板３０及び制動板３１は、軸線ＣＬ回りに回転不能、かつ軸線ＣＬ方向には移動可能に設けられている。そして、係合部材１０は、係合位置に移動した場合に摩擦板３０が制動板３１で挟まれるようにこれら摩擦板３０及び制動板３１を駆動する。すなわち、ブレーキ機構３０は、摩擦板３０を制動板３１で挟んで摩擦板３０を制動する周知の湿式多板型のブレーキと同じように構成されている。

図６は、サンギヤＳ及び出力軸３ｃに対してブレーキ機構３０が発生する制動力と入力トルクとの関係の一例を示している。上述したようにブレーキ機構３０は、周知の湿式多板型のブレーキと同じように構成されている。そのため、トルクカム機構２０にて発生する推力Ｆが大きくなるほど摩擦板３０と制動板３１との間の摩擦力が増加する。従って、図６に示したようにこの変形例では、入力トルクがトルクＴ１以上になって係合部材３０が解放位置から移動し始めると、入力トルクの増加に伴って制動力が増加する。

この変形例では、係合部材１０とケース５との間にブレーキ機構３０を設けたので、係合部材１０に作用する制動力を徐々に変化させることができる。そして、摩擦板３０と制動板３１との間に滑りを生じさせつつこれらを係合させることができる。そのため、係合部材１０の回転数を徐々に上昇させたり減少させたりすることができる。また、これにより、係合部材１０が急制動されたり急に回転し始めたりすることを防止できる。なお、この変形例に適用されるブレーキ機構３０は湿式多板型に限定されず、乾式多板型でもよい。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。本発明の駆動装置に設けられる差動機構は、遊星歯車機構に限定されない。例えば、ピニオンギヤの代わりにローラが設けられた遊星ローラ機構が差動機構として設けられてもよい。係合部材が設けられる回転体はモータジェネレータの出力軸に限定されない。係合部材はサンギヤと一体に回転するように設けられていてもよい。また、係合部材が係合する係合対象はケースに限定されない。例えば、出力軸及びサンギヤと相対回転するように設けられた種々の回転体を係合対象として設定してよい。ケースと係合部材との間に設けられるリターンスプリングはコイルバネに限定されず、板バネでもよい。

トルクカム機構は、カムプレート間にボールが設けられたものに限定されない。ボールの代わりにローラが設けられているものでもよい。また、図７に示したように各カムプレート２１、２２にカム山２１ｃ、２２ｃ及びカム溝２１ｄ、２２ｄが設けられ、一方のカムプレートのカム山２１ｃ、２２ｃが他方のカムプレートのカム溝２１ｄ、２２ｄに配置されるようにこれらのカムプレート２１、２２が設けられたものでもよい。このトルクカム機構２０では、トルク差が発生すると図７に破線で示したようにカム山２１ｃ、２２ｃ同士が噛み合うので、カムプレート２１、２２を軸線方向に遠ざけようとする推力Ｆを発生させることができる。

本発明の一形態に係る駆動装置の要部を示す図。 トルクカム機構を図１の矢印II方向から見た図。 カムプレート間にトルク差が生じたときのトルクカム機構の一例を示す図。 入力トルクと係合部材の位置との関係の一例を示す図。 本発明の駆動装置の変形例を示す図。 ブレーキ機構が発生する制動力と入力トルクとの関係の一例を示す図。 本発明の駆動装置に用いられるトルクカム機構の他の例を示す図。

符号の説明

１ 駆動装置
３ モータジェネレータ（電動機）
３ｃ 出力軸
５ ケース（係合対象）
７ 遊星歯車装置（差動機構）
８ 出力部材
１０ 係合部材
２０ トルクカム機構
３０ ブレーキ機構（クラッチ手段）
Ｓ サンギヤ（第１回転要素）
Ｒ リングギヤ（第３回転要素）
Ｃ キャリア（第２回転要素）
ＣＬ 軸線

Claims (5)

1. 相互に差動可能な複数の回転要素を有する差動機構と、前記差動機構の所定の回転要素に出力軸が接続された電動機と、を備えたハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記出力軸又は前記所定の回転要素の一方に設けられ、所定の係合対象と接触して係合する係合位置と前記所定の係合対象と離間する解放位置との間で軸線方向に移動可能な係合部材と、前記所定の回転要素と前記出力軸との間の動力伝達経路中に設けられ、前記出力軸のトルクと前記所定の回転要素のトルクとの差であるトルク差を前記係合部材を前記係合位置側に駆動する推力に変換するトルクカム機構と、を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 前記係合部材が前記出力軸に設けられ、
   前記所定の係合対象は、前記車両に固定される前記駆動装置のケースである請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
3. 前記差動機構は、前記所定の回転要素としての第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を前記複数の回転要素として有し、前記第２回転要素に内燃機関の動力が伝達されるとともに前記第３回転要素に出力部材が接続され、
   前記トルクカム機構は、前記トルク差が予め設定された所定値以上の場合に前記係合部材が前記係合位置に移動する推力を発生する請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
4. 前記係合部材を前記解放位置側に付勢する付勢手段をさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
5. 前記係合部材と前記所定の係合対象との間に介在し、前記係合部材を前記係合位置側に駆動する推力が大きいほど前記係合部材と前記所定の係合対象との間に生じる摩擦力が増加するクラッチ手段をさらに備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の駆動装置。

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