JP2013147235A - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動装置の車両の前後方向における長さを短くする。
【解決手段】ハイブリッド車両用駆動装置１４は、少なくとも発電機として機能する第１モータジェネレータ１８と、エンジン１２で発生する動力を第１モータジェネレータ１８及び駆動輪１３に分割する動力分割機構２１と、別に駆動輪１３を駆動するための動力を発生する第２モータジェネレータ１９とを備える。第１及び第２モータジェネレータ１９の双方がエンジン１２と動力分割機構２１の間に並列に設けられる。動力分割機構２１は、第１モータジェネレータ１８に連結されたサンギヤ２２と、駆動輪１３が接続されたリングギヤ２３と、エンジン１２の動力により回転するプラネタリキャリヤ２４とが連結された遊星歯車機構によって構成され、第２モータジェネレータ１９はリングギヤ２３を回転させることにより駆動輪を駆動するように構成される。第１及び第２モータジェネレータを一対設けても良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンと電動機という特性の異なる２種類の動力源を備え、状況に応じ駆動力を最適に組合わせて走行するようにしたハイブリッド車両に採用して好適なハイブリッド車両用駆動装置に関する。更に詳しくは、トレーラを連結するトラクタや、キャブの後に荷台が搭載されるようなトラックのように、比較的大型なハイブリッド車両に採用して好適なハイブリッド車両用駆動装置に関するものである。

近年、エンジンと電動機という特性の異なる２種類の動力源を備えたハイブリッド車両が開発・実用化されている。このハイブリッド車両では、前述した２種類の動力源の駆動力を状況に応じて最適に組合わせることで、各動力源の長所を活かし短所を補うようにしている。このため、車両の動力性能を十分に確保しつつ、燃料消費率やエミッション性能の大幅な改善を図ることができるとしている。

このようなハイブリッド車両に採用される駆動装置としては、従来から種々提案されている。その１つに、図３に示すように、第１モータジェネレータ２と、動力分割機構３及び第２モータジェネレータ４とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。第１モータジェネレータ２は主に発電機として機能するものであり、動力分割機構３は遊星歯車機構から構成され、エンジン５で発生する動力を第１モータジェネレータ２及び駆動輪６に分割するように構成される。第２モータジェネレータ４は主に電動機として機能し、エンジン５の動力とは別に駆動輪６を駆動するための補助動力を発生する。ここで、図３における符号７は、第２モータジェネレータ４の後方に設けられた減速装置７である。

このようなハイブリッド車両用駆動装置１では、動力分割機構３によって分割された動力の一方が機械的に駆動輪６に伝達されて、その駆動輪６が回転される。また、分割された動力の他方が第１モータジェネレータ２に伝達される。この伝達に応じて第１モータジェネレータ２が発電機として機能し、発電された電力が第２モータジェネレータ４に供給される。この供給に応じて第２モータジェネレータ４が電動機として機能すると、その第２モータジェネレータ４で発生した動力が、前述した動力分割機構３によって分割された一方の動力に加わり、エンジン５の出力がアシストされる。

そして、このようなハイブリッド車両用駆動装置１における各構成部品の配置は、エンジン５、第１モータジェネレータ２、動力分割機構３、及び第２モータジェネレータ４がこの順序で直列に配置されることにより、いわゆるエンジン５に近い箇所から遠ざかるにつれて順に体格、特に外径が小さくなって、フロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）式の駆動方式を有するハイブリッド車両において、その装置全体をコンパクトにできるとしている。

特開２００３−１９１７６１号公報

ここで、同じフロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）式の駆動方式を有するハイブリッド車両に用いられる駆動装置であっても、その車両の前後方向における長さを短くしたい場合がある。例えば、キャブの後にトレーラを連結するトラクタや、キャブの後に荷台が搭載されるようなトラックにあっては、そのキャブの後方の空間を比較的広く確保する必要から、そのキャブの下方に搭載される駆動装置１にあっては、車両の幅方向や高さ方向が増加したとしても、車両の前後方向における長さＡを短くせよとの市場における要望がある。

しかし、エンジン５、第１モータジェネレータ２、動力分割機構３、及び第２モータジェネレータ４がこの順序で直列に配置される上述した従来のハイブリッド車両用駆動装置１にあっては、動力分割機構３の後方に第２モータジェネレータ４が存在することから、車両の前後方向における長さＡを短くすることには限界があった。特に、図３に示すように、第２モータジェネレータ４の後方に減速装置７を更に設けるようなものにあっては、更にその長さＡを短くするのは困難であった。

本発明の目的は、車両の前後方向における長さを短くすることのできるハイブリッド車両用駆動装置を提供することにある。

本発明は、電動機あるいは発電機として機能する第１モータジェネレータと、エンジンで発生する動力を第１モータジェネレータ及び駆動輪に分割する動力分割機構と、駆動輪を駆動するための動力を発生する第２モータジェネレータとを備えたハイブリッド車両用駆動装置の改良である。

その特徴ある構成は、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータの双方がエンジンと動力分割機構の間に並列に設けられたところにある。

この場合、動力分割機構は、第１モータジェネレータに連結されたサンギヤと、駆動輪が接続されたリングギヤと、エンジンで発生する動力により回転するプラネタリキャリヤとが、互いに同一の軸心を有しつつ回転可能に連結された遊星歯車機構によって構成され、第２モータジェネレータはリングギヤを回転させることにより駆動輪を駆動するように構成することが好ましい。

また、エンジンの動力を動力分割機構に伝達する入力軸を挟むように第１モータジェネレータを一対設け、その入力軸に直交する平面内で一対の第１モータジェネレータを連結する線に直交する両方向から入力軸を挟むように第２モータジェネレータを一対設けることもできる。

本発明のハイブリッド車両用駆動装置では、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータの双方をエンジンと動力分割機構の間に設けるので、それらを車両の幅方向又は高さ方向に重ねることにより、それらが車両の長さ方向に連なる従来のものに比較して、車両の前後方向における長さを短くすることができる。

この場合、駆動輪が接続されたリングギヤを有する遊星歯車機構によって動力分割機構を構成して、第２モータジェネレータによりそのリングギヤを回転させることにより駆動輪を駆動することが可能になる。

そして、エンジンの動力を動力分割機構に伝達する入力軸を挟むように第１モータジェネレータを一対設け、その入力軸に直交する平面内で一対の第１モータジェネレータを連結する線に直交する両方向から入力軸を挟むように第２モータジェネレータを一対設けるようにすれば、単一のジェネレータの軸方向における長さを短くすることが可能になり、車両の前後方向における長さを更に短くすることができる。

本発明実施形態のハイブリッド車両用駆動装置の構成図である。 そのモータジェネレータが一対ずつ設けられたハイブリッド車両用駆動装置を示す斜視図である。 従来のハイブリッド車両用駆動装置の構成図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明は、フロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）式の駆動方式を有するハイブリッド車両１１に用いられるものである。このハイブリッド車両１１は、エンジン１２が前部に設けられ、後部に駆動輪１３が設けられる。このエンジン１２と駆動輪１３との間には、本発明の駆動装置１４、プロペラシャフト１５、ディファレンシャル１６、一対のアクスルシャフト１７等が設けられる。プロペラシャフト１５は、駆動装置１４の出力をディファレンシャル１６に伝える軸である。ディファレンシャル１６は、プロペラシャフト１５からの動力を両アクスルシャフト１７に分けて伝える作動装置である。各アクスルシャフト１７は、ディファレンシャル１６によって分けられた動力を駆動輪１３に伝える軸である。

本発明のハイブリッド車両用駆動装置１４は、電動機あるいは発電機として機能する第１モータジェネレータ１８と、エンジン１２で発生する動力を第１モータジェネレータ１８及び駆動輪１３に分割する動力分割機構２１と、その動力分割機構２１で駆動輪１３に分割された動力とは別に、駆動輪１３を駆動するための動力を発生する第２モータジェネレータ１９とを備える。

第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９は、電動機あるいは発電機として機能し、かつそれらの機能が状況に応じて切替え可能な電動機、例えば交流同期電動機によって構成される。ただし、車両の通常の走行時には、第１モータジェネレータ１８はエンジン１２の動力により発電を行う発電機としての役割を主に担う。また、第２モータジェネレータ１９はエンジン１２の補助動力を発生する電動機としての役割を主に担う。別の表現をすると、第２モータジェネレータ１９は電動機として機能する場合、エンジン１２の補助動力源としてエンジン１２の動力を必要に応じてアシスト（補助）し、駆動力を高める。なお、第１モータジェネレータ１８，第２モータジェネレータ１９は発電機と電動機の機能を併せ持つものでなく、いずれか一方の機能を有するだけにしても良い。

第１モータジェネレータ１８は第１ステータ（固定子）３２及び第１ロータ（回転子）３３を備える。第１ステータ３２は、この駆動装置１４を収容する図示しないケースに固定されて、第１ロータ３３は、第１ステータ３２に回転可能に挿通される。そして、この第１モータジェネレータ１８では、第１ステータ３２の図示しないステータコイルへの通電により第１ロータ３３が回転するように構成される。また、第２モータジェネレータ１９にあっても、第２ステータ（固定子）３９及び第２ロータ（回転子）４１を備える。第２ステータ３９は、この駆動装置１４を収容する図示しないケースに固定されて、第２ロータ４１は、第２ステータ３９に回転可能に挿通される。そして、この第２モータジェネレータ１９にあっても、第２ステータ３９の図示しないステータコイルへの通電により第２ロータ４１が回転するように構成される。

動力分割機構２１は、エンジン１２の動力を、駆動輪１３を直接駆動するための車両駆動力と、第１モータジェネレータ１８を作動させて発電を行わせるための発電駆動力とに適切に分割するための機構である。動力分割機構２１は、互いに同一の軸心を有するサンギヤ２２、リングギヤ２３及びプラネタリキャリヤ２４が回転可能に連結された遊星歯車機構によって構成される。

そして、本発明の特徴ある構成は、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９の双方が、エンジン１２と動力分割機構２１の間に並列に設けられたところにある。この実施の形態では、図２に示すように、エンジン１２の動力を動力分割機構２１に伝達する入力軸２７を挟むように第１モータジェネレータ１８が一対設けられ、その入力軸２７に直交する平面内で一対の第１モータジェネレータ１８を連結する線に直交する両方向からその入力軸２７を挟むように第２モータジェネレータ１９が一対設けられる場合を示す。即ち、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９は、入力軸２７を中心とする周方向に略９０度毎に交互に設けられ、車両１１の前後方向において全てが同一位置になるように配置される。ただし、図１では、便宜上第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９をそれぞれ１つずつ描くものとする。

本発明の特徴ある構成を具体的に説明すると、図１及び図２に示すように、サンギヤ２２には入力軸２７が相対回転可能に挿通される。入力軸２７は、トランスアクスルダンパ２８を介して、エンジン１２の出力軸であるクランク軸２９に連結される。サンギヤ２２には入力軸２７上においてそのサンギヤ２２と一体に回転する補助ギヤ２６が連結される。この補助ギヤ２６はサンギヤ２２より大径に形成され、その補助ギヤ２６には、第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３における回転軸３４に設けられた第１ピニオンギヤ３５が歯合するように構成される。これにより、このサンギヤ２２は第１モータジェネレータ１８に連結される。

リングギヤ２３には、入力軸２７と同軸の出力軸４９が連結されて回転可能に支持される。この出力軸４９は、前述したプロペラシャフト１５、ディファレンシャル１６、アクスルシャフト１７等を介して駆動輪１３に連結される。これにより、このリングギヤ２３は、これらを介して駆動輪１３に接続される。

また、プラネタリキャリヤ２４は、入力軸２７に一体的に回転可能に取付けられ、これにより、このプラネタリキャリヤ２４は、エンジン１２で発生する動力により回転するように構成される。そして、プラネタリキャリヤ２４にはピニオンギヤ２５が回転可能に軸支される。ピニオンギヤ２５はサンギヤ２２及びリングギヤ２３間に位置し、両ギヤ２２，２３間に回転可能に噛み合わされる。

このため、このような構成の動力分割機構２１では、エンジン１２で発生して入力軸２７に伝達された動力が、プラネタリキャリヤ２４、ピニオンギヤ２５、サンギヤ２２、補助ギヤ２６及び第１ピニオンギヤ３５を介して第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３に伝達される。また、入力軸２７に伝達されたエンジン１２の動力は、プラネタリキャリヤ２４及びピニオンギヤ２５を介してリングギヤ２３（出力軸４９）にも伝達される。

一方、内周にピニオンギヤ２５に歯合する内歯２３ａが形成されたリングギヤ２３の外面には外歯２３ｂが一体的に形成され、その外歯２３ｂに噛合する第２ピニオンギヤ４３が、第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１における回転軸４２に設けられる。この外歯２３ｂ及び第２ピニオンギヤ４３により、このリングギヤ２３は第２モータジェネレータ１９に連結される。そして、第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１の回転が回転軸４２、第２ピニオンギヤ４３及びリングギヤ２３を介して出力軸４９に伝達される。ここで、第２ピニオンギヤ４３はリングギヤ２３より小径に形成され、このような第２ピニオンギヤ４３を用いることにより、第２ロータ４１の回転は減速されてリングギヤ２３に伝達され、この減速によりトルクの増した回転が出力軸４９に加わり、エンジン１２の駆動力が補助される。

なお、前述した第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９はともにインバータ６１を介して高電圧バッテリ６２に接続される。インバータ６１は、高電圧バッテリ６２の高電圧直流電流と、第１モータジェネレータ１８，第２モータジェネレータ１９の交流電流とを変換しながら電流を制御する装置である。

次に、このように構成されたハイブリッド車両用駆動装置の動作を、ハイブリッド車両の走行状況に応じて説明する。

発進時、低速走行時等、駆動輪１３の回転が低速かつ高負荷となってエンジン効率が低くなる領域では、エンジン１２の作動が停止され、高電圧バッテリ６２から第２モータジェネレータ１９に電力が供給される。第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１が回転し、その第２ロータ４１の回転が回転軸４２、第２ピニオンギヤ４３及びリングギヤ２３を介して出力軸４９に伝達される。出力軸４９の回転はプロペラシャフト１５等を通じて駆動輪１３に伝達される。このように第２モータジェネレータ１９の動力のみによって駆動輪１３が駆動される。このとき第１モータジェネレータ１８では第１ロータ３３が空転する。

通常走行時には、エンジン１２が作動され、その動力が動力分割機構２１によって２つの経路に分割された後、駆動輪１３に伝達される。１つの経路は、入力軸２７に入力された動力をピニオンギヤ２５及びリングギヤ２３に伝達する経路である。この経路に分割された動力は、出力軸４９に直接伝達される。

もう１つの経路は、発電機を駆動して発電する経路である。詳しくは、入力軸２７に入力された動力を、ピニオンギヤ２５、サンギヤ２２、補助ギヤ２６及び第１ピニオンギヤ３５を介して第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３に伝達する経路である。この動力伝達によって第１モータジェネレータ１８では第１ロータ３３が回転して発電が行われる。発電された電力は第２モータジェネレータ１９に供給され、この第２モータジェネレータ１９がエンジン１２の補助動力源として使用される。すなわち、第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１が回転し、その第２ロータ４１の回転が回転軸４２、第２ピニオンギヤ４３及びリングギヤ２３を介して出力軸４９に伝達される。そして、両経路を通じて伝達されて、最終的に出力軸４９から出力される動力によって駆動輪１３が駆動されることとなる。特に、登坂状態等の高負荷時には、前述した通常走行時に加え、第２モータジェネレータ１９に対し高電圧バッテリ６２からも電力が供給される。このため、第２モータジェネレータ１９による補助動力がさらに増大する。

減速時や制動時には、駆動輪１３の回転によって第２モータジェネレータ１９が駆動される。第２モータジェネレータ１９が発電機として機能し、回生発電が行われ、車両減速時の運動エネルギが電気エネルギに変換されて高電圧バッテリ６２に回収（蓄電）される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

即ち、本発明のハイブリッド車両用駆動装置１４では、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９の双方をエンジン１２と動力分割機構２１の間に設けるので、それら第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９を車両１１の幅方向又は高さ方向に重ねることにより、それらが車両の長さ方向に連なる図３に示す従来のものに比較して、車両１１の前後方向における長さＢを短くすることができる。

この場合、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９の回転軸３４，４２は、エンジン１２に連結された入力軸２７からずれることになるけれども、リングギヤ２３に駆動輪１３が接続された遊星歯車機構によって動力分割機構２１を構成し、そのリングギヤ２３に第２ピニオンギヤ４３を介して第２モータジェネレータ１９を連結することにより、第２モータジェネレータ１９によりそのリングギヤ２３を回転させて、駆動輪１３を駆動することが可能になる。また、そのサンギヤ２２に補助ギヤ２６を設けて、この補助ギヤ２６に第１ピニオンギヤ３５を介して第１モータジェネレータ１８を連結することにより、エンジン１２の動力により第１モータジェネレータ１８を作動させることが可能になる。ここで、一般的なモータジェネレータは、トルクが小さく高回転であるものの方が小型化される。このため、第１及び第２ピニオンギヤ３５，４３を小径なものとすることにより、第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９の回転数は高められ、第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９の更なる小型化を図ることができる。

そして、エンジン１２の動力を動力分割機構２１に伝達する入力軸２７を挟むように第１モータジェネレータ１８を一対設け、その入力軸２７に直交する平面内で一対の第１モータジェネレータ１８を連結する線に直交する両方向から入力軸２７を挟むように第２モータジェネレータ１９を一対設けるようにすれば、同一の能力を一対のものに分割することになるので、単一のモータジェネレータ１８及び１９の軸方向における長さをそれぞれ短くすることが可能になり、結果として、駆動装置１４の車両１１の前後方向における長さを更に短くすることができる。

また、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９を並列に設けると、それに直交する方向に無駄なスペースができやすいけれども、図２に示すように、第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ１９をそれぞれ一対ずつ設けることにより無駄なスペースが生じることは防止される。よって、スペースの有効利用を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９は電動機或いは発電機として機能するものとして、交流同期電動機を用いて説明したけれども、この第１モータジェネレータ１８及び第２モータジェネレータ１９は、交流同期電動機に限られずに、ＶＲ型（可変リラクタンス型）同期電動機、バーニアモータ、直流電動機、誘導電動機、超電動モータ、ステップモータ等を用いることができる。

１１ ハイブリッド車両
１２ エンジン
１３ 駆動輪
１４ 駆動装置
１８ 第１モータジェネレータ
１９ 第２モータジェネレータ
２１ 動力分割機構
２２ サンギヤ
２３ リングギヤ
２４ プラネタリキャリヤ
２７ 入力軸

Claims (3)

1. 電動機あるいは発電機として機能する第１モータジェネレータ(18)と、エンジン(12)で発生する動力を前記第１モータジェネレータ(18)及び駆動輪(13)に分割する動力分割機構(21)と、前記駆動輪(13)を駆動するための動力を発生する第２モータジェネレータ(19)とを備えたハイブリッド車両用駆動装置において、
   前記第１モータジェネレータ(18)と前記第２モータジェネレータ(19)の双方が前記エンジン(12)と前記動力分割機構(21)の間に並列に設けられたことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
2. 動力分割機構(21)は、第１モータジェネレータ(18)に連結されたサンギヤ(22)と、駆動輪(13)が接続されたリングギヤ(23)と、エンジン(12)で発生する動力により回転するプラネタリキャリヤ(24)とが、互いに同一の軸心を有しつつ回転可能に連結された遊星歯車機構によって構成され、
   第２モータジェネレータ(19)は前記リングギヤ(23)を回転させることにより前記駆動輪(13)を駆動するように構成された
   請求項１記載のハイブリッド車両用駆動装置。
3. エンジン(12)の動力を動力分割機構(21)に伝達する入力軸(27)を挟むように第１モータジェネレータ(18)が一対設けられ、
   前記入力軸(27)に直交する平面内で前記一対の第１モータジェネレータ(18)を連結する線に直交する両方向から前記入力軸(27)を挟むように第２モータジェネレータ(19)が一対設けられた
   請求項１又は２記載のハイブリッド車両用駆動装置。

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