JP2013154872A - パワートレインモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】モジュールの製造と組立ては低コストで行われ、モジュールは車体の改変を必要とせず、モジュールは信頼できる性能を備える。
【解決手段】パワートレインモジュールは、入力部と、入力部の回転を支える第１バルクヘッドと、ハブと、第１バルクヘッドに接続されたステータとハブに接続されたロータとを含む電動機械と、入力部とロータとの間の駆動接続を交互に開閉するクラッチと、入力部に支持され、クラッチを作動させるサーボ機構と、ハブの回転を支える第２バルクヘッドとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレインに関し、特に、エンジン出力部と変速機入力部との間に設置・固定が可能なパワートレインモジュールに関する。
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は内燃エンジンと電動機械とを備えており、それらを交互にあるいは組み合わせて用いることによって車両を推進させる。ハイブリッド自動車に使用されるパワートレインには様々な種類があり、例えば、モータが自動パワートランスミッションのトルク変換入力部を駆動しているときに、エンジンが切離しクラッチによってモータに接続されるパラレル方式などがある。この変速機の出力部は、車両の従動二輪に連結された差動装置に接続される。
数あるエンジンのうちの一エンジンの出力部と数ある変速機のうちの一変速機の入力部との間にモジュールを設置・固定できるようにするために、様々なエンジンや変速機に使用できるモジュール式組立部品を備えたハイブリッド電気パワートレインが業界で求められている。この構成によると、組立て後のパワートレインは様々な車両に使用できる。モジュールは、油圧作動式の切離しクラッチ、電動機械、およびエンジンと電動機械とを結んで変速機入力部に至る適切なパワー経路を備えるべきである。モジュールは、変速機の油圧系統から、クラッチ、バランスダム、および電動機械へ油圧式伝達を提供するのが好ましい。モジュールは、当該モジュールに送られる油圧油を収納する油溜めと、その油圧油を変速機の油溜めに継続的に戻すことで、変速機ポンプに継続的に確実に油圧油を供給するための経路とを必ず備える。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モジュールの製造と組立ては低コストで行われ、モジュールは車体の改変を必要とせず、モジュールは信頼できる性能を備えることにある。
パワートレインモジュールは、入力部と、前記入力部の回転を支える第１バルクヘッドと、ハブと、前記第１バルクヘッドに接続されたステータと前記ハブに接続されたロータとを含む電動機械と、前記入力部と前記ロータとの間の駆動接続を交互に開閉するクラッチと、入力部に支持され、前記クラッチを作動させるサーボ機構と、ハブの回転を支える第２バルクヘッドとを備える。
トルクコンバータケースは、電動機械が稼働しておらずクラッチが係合している場合は、エンジンだけで駆動可能である。エンジンが稼働していない、または、稼働中のエンジンとクラッチとが切り離されている場合は、電動機械だけで駆動可能である。また、エンジンと電動機械の両方で同時に駆動可能である。
好ましい実施形態の適用範囲は、以下の詳細な説明、請求項、および図面から明らかになるであろう。説明と具体例は、発明の好ましい実施形態を示すものだが、例示のためだけに行われることを理解すべきである。記載された実施形態と実施例への様々な変更や修正は当業者にとって明らかになるであろう。
パワートレインモジュールのエンジン出力部との前方接続を示す側方断面図である。 パワートレインモジュールの変速機のトルクコンバータ入力部との後方接続を示す側方断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図１及び図２は、ロータリー出力部（エンジン出力部）１２を備えたエンジンを搭載したハイブリッド電気自動車用パワートレインのモジュール１０と、前記エンジン出力部１２に固定されたねじりダンパ１４と、ダンパ１４の出力部２０にスプライン１８で固定された入力シャフト１６と、スプライン２６によって入力シャフト１６に固定されたクラッチハブ２４に支持された切離しクラッチ２２と、前方バルクヘッド３２にボルト留めされたステータ３０、および、第１脚部３６と第２脚部３８とで支持されて軸３９を中心に回転するロータ３４を備えた電動機械２８と、第２脚部３８に好ましくは溶接部によって固定されたロータハブ４０と、一端をスプライン接続部４４によってロータハブ４０に固定され、他端を複数のボルト４６によってトルクコンバータケース４８に固定されたフレックスプレート４２とを示している。上記トルクコンバータケース４８には、流体動力式のトルクコンバータ４９が入っている。上記電動機械２８は電動モータまたは電動モータ発電機でもよい。
パワートレインでの使用に適したトルクコンバータは、米国特許出願番号１３／３２５、１０１（出願日２０１１年１２月１４日）に開示され、当該米国特許出願の図４ａ、４ｂ、５、１２および１５を参照しながら説明されている。当該米国特許出願の全開示を本明細書に援用する。
上記トルクコンバータ４９は、ケース４８内に位置し当該ケース４８に固定された羽根付インペラーホイールと、前記インペラーによって流体動力的に駆動され、自動変速機５４の入力シャフト５２にスプライン５０で固定された羽根付タービンと、前記タービンとステータとの間に位置するとともに、ステータシャフト５６に固定された羽根付ステータホイールとを備えている。ステータシャフト５６は、回転に逆らうように変速機筐体５８に保持されている。
複数のボルト６２によって変速機筐体５８に固定された後方バルクヘッド６０は、その径方向内面に油圧シール６４が密着している。この油圧シール６４は、ロータハブ４０の径方向外面に接している。
複数のボルト６８によってエンジンのロータリー出力部１２に固定されたフライホイール６６にはエンジン始動ギア７０が保持されている。このエンジン始動ギア７０は、始動ギアとフライホイール６６とに溶接されたディスク７２によって固定されている。
ベアリング７４は、前方バルクヘッド３２において回転する前記第１脚部３６を支持する。ベアリング７６は、ロータハブ４０において回転する前記第２脚部３８を支持する。
前記軸３９と平行に並び、この軸を中心とするロータ３４の回転のためにロータ３４の巻き線を支える管７８は、前記第１脚部３６と第２脚部３８とに固定されている。前記管７８の前端と後端にそれぞれ位置する唇部８０、８２は、径方向外方に延びるように設けることでロータ３４を管７８に固定し、ロータ３４が管７８に対して軸方向に変位することを防止するようにしてもよい。前記管７８の内面は軸方向スプライン８０からなり、この軸方向スプライン８０は切離しクラッチ２２の交互の板８３と係合する。クラッチ２２の複数の摩擦板８４は、クラッチハブ２４の径方向外面に形成された軸方向スプラインによって固定されている。
前記クラッチ２２を作動させる油圧式サーボ機構は、ピストン８６と、反応壁８８（バランスダムと呼ばれる場合もある）と、リターンスプリング９０と、作動圧を、ピストン８６の右側に位置する圧力制御室９２と該ピストンの左側に位置する圧力バランス室９４とに送る複数の油圧ラインとを備える。ピストン８６は、作動圧と油圧油が圧力制御室９２に供給されるときに、第２脚部３８およびロータハブ４０で囲まれたシリンダ内を左に移動する。その結果、クラッチ２２が係合し、ダンパ１４、入力シャフト１６、クラッチハブ２４およびクラッチ２２を介して、ロータ３４とエンジン出力部１２とが駆動可能に接続される。
前記クラッチハブ２４はスプライン２６によって入力シャフト１６に固定されており、また、ピストン８６と反応壁８８とリターンスプリング９０とはクラッチハブ２４に支持されているので、ピストン８６、バランスダム８８、クラッチハブ２４およびリターンスプリング９０の回転慣性は入力部側、即ち、クラッチ２２のエンジン側に位置する。
ロータ３４は、第２脚部３８、ロータハブ４０、フレックスプレート４２、トルクコンバータケース４８、および、トルクコンバータインペラーと変速機入力シャフト５２に接続されたタービンとの間の流体駆動接続部からなるトルク経路を介して、変速機入力シャフト５２に連続的に駆動可能に接続されている。
レゾルバ１００は、回転角を測定するための高性能タイプの回転機械であり、複数のボルト１０２によって前記前方バルクヘッド３２に固定されるとともに、前方バルクヘッド３２と第１脚部３６に支持され、また、前方バルクヘッド３２と後方バルクヘッド６０との軸方向間に位置する。
スプライン４４はフレックスプレート４２とロータハブ４０との間を回転駆動接続するが、スプライン４４の歯は、フレックスプレート４２とロータハブ４０との間でトルクが伝達される際に激しく打ち当たることのないように互いに嵌合している。フレックスプレート４２には、ウェブ１０８で終わるねじ穴１０６を持つ厚壁部１０４が形成されている。フレックスプレート４２の外側スプライン歯は、ロータハブ４０の右側端部でねじ穴と螺合する複数のボルト１１０によって、ロータハブ４０の内側スプライン歯と軸方向に係合されている。スプライン接続部４４において係合しているスプライン歯は、ボルト１１０を取り除き、より大きなボルトをウェブに接触するように穴１０６に通してフレックスプレートを軸方向右側に移動させることで、係合が解消する。
入力シャフト１６には軸方向に延びる油圧通路が形成されている。この軸方向に延びる油圧通路は側方に延びる通路と連通し、油圧油と圧力とを変速機５４の油圧系統からモジュール１０に運ぶ。軸通路１２０と側方通路１２２は、油圧油と圧力をハブ２４とピストン８６との間の前記圧力バランス室９４に運ぶ。軸通路１２４と径方向通路１２６は、油圧油と圧力を前記クラッチ圧力制御室９２に運ぶ。前方バルクヘッド３２には通路１２８が形成されており、この通路１２８は可変力ソレノイド（Variable Froce Solenoid、ＶＦＳ）１３０と油圧接続されている。その他の通路は、油圧油をロータ３４およびステータ３０の表面に運ぶ。それら表面はこの油圧油によって冷却される。
前方バルクヘッド３２は、変速機５４の油圧系統からモジュール１０に供給された油圧油を収納する油溜めモジュール１３２を支持している。変速機５４は、変速機ポンプ１３４によって変速機油圧系統へ供給された油圧油を収納する変速機油溜め１３６を含む。この変速機油圧系統から、油圧油と制御圧が、モジュール１０、トルクコンバータ４９、変速機クラッチ、およびブレーキ、ベアリング、シャフト、ギアその他へ供給される。
前方バルクヘッド３２に嵌合するシール１４０と、ロータハブ４０に嵌合するベアリング１４２とは、軸３９を中心に回転する入力シャフト１６を支持する。前方バルクヘッド３２は、ロータ３４を基準にした軸方向および径方向の適切な場所においてステータ３０も支持する。
後方バルクヘッド６０とロータハブ４０との間に嵌合するベアリング７６とベアリング１４２とは、軸３９を中心に回転するロータハブ４０を支持する。前方および後方バルクヘッド３２、６０は、前方バルクヘッド３２に嵌合するベアリング７４と、後方バルクヘッド６０に嵌合するベアリング７６とによって、軸３９を中心に回転するロータ３４を共に支持している。
後方バルクヘッド６０に嵌合するシール６４と前方バルクヘッド３２に嵌合するシール１４０とは、前方バルクヘッド３２と後方バルクヘッド６０との間に位置するモジュール１０から油圧油が通過するのを防止する。別の運動用シール１４４は、エンジンコンパートメント１４６とモジュール１０との間を汚染物質が通過するのを防止する。
モジュール１０の構成要素は、設置されてモジュールに組立てられる。組立て後のモジュールは、エンジン出力部１２とトルクコンバータケース４８との間に設置・接続することができる。
運転時において、エンジンによってエンジン出力部１２が駆動されると、クラッチ２２が係合している場合には、トルクがロータハブ４０およびフレックスプレート４２を介してエンジンからトルクコンバータケース４８に伝えられる。電動機械２８のロータ３４は、管７８、第２脚部３８、ロータハブ４０およびフレックスプレート４２を介して、連続的に駆動可能にトルクコンバータケース４８に接続されている。従って、トルクコンバータケース４８は、電動機械２８が稼働しておらずクラッチ２２が係合している場合には、エンジンだけで駆動可能である。エンジンが稼働していない、または、稼働中のエンジンとクラッチとが切り離されている場合は、電動機械だけで駆動可能である。また、エンジンと電動機械の両方で同時に駆動可能である。
本発明に係るパワートレインモジュールは、製造及び組立てが低コストで行われ、車体の改変を必要とせず、信頼性のある用途等に適用することができる。

Claims (19)

  1. 入力部と、
    前記入力部を支持する第１バルクヘッドと、
    ロータハブと、
    前記第１バルクヘッドに接続されたステータと、前記ロータハブに接続されたロータとを含む電動機械と、
    前記入力部と前記ロータハブとの間の駆動接続を交互に開閉するクラッチと、
    前記入力部に支持され、前記クラッチを作動させるサーボ機構と、
    前記ロータハブを支持する第２バルクヘッドとを備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  2. 請求項１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記ロータハブに駆動可能に接続されるとともに、トルクコンバータケースに接続可能なフレックスプレートをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  3. 請求項２に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記ロータハブ上に形成された第１スプライン歯と、
    前記フレックスプレート上に形成され、前記第１スプライン歯と係合可能な第２スプライン歯とをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  4. 請求項１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部に接続されるとともに、エンジン出力部に接続可能なねじりダンパをさらに備え、上記ねじりダンパは、前記エンジン出力部と前記入力部との間のトルク伝達経路に位置することを特徴とするパワートレインモジュール。
  5. 請求項１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部に駆動可能に接続されたクラッチハブと、
    前記ロータに固定された管と、
    前記管に固定されるとともに、第１ベアリングによって前記第１バルクヘッドに支持されて回転する第１脚部と、
    前記管に固定されるとともに、第２ベアリングによって前記第２バルクヘッドに支持されて回転する第２脚部とをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  6. 請求項５に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記第１バルクヘッドおよび前記第１脚部に固定され、前記第１バルクヘッドと前記第２バルクヘッドとの間に位置する共振器をさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  7. 請求項５に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記第１バルクヘッドに嵌合して前記入力部の回転を支える第３ベアリングをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  8. 請求項１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部に固定されたクラッチハブと、
    前記ロータに固定された管とをさらに備え、
    前記クラッチは、
    前記クラッチハブに固定された複数の第１クラッチ板と、
    前記管に固定された複数の第２クラッチ板とをさらに含み、
    前記サーボ機構は、
    シリンダ内で移動可能であり、前記第１および第２クラッチ板を互いに摩擦係合させることによって前記クラッチを係合させるピストンと、
    前記ピストンを前記第１および第２クラッチ板から離して前記第１および第２クラッチ板の係合を互いに解消させることによって前記クラッチを切り離すリターンスプリングとをさらに含むことを特徴とするパワートレインモジュール。
  9. 請求項８に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部に駆動可能に接続され、前記サーボ機構を支持するクラッチハブと、
    前記入力部および前記クラッチハブに形成され、前記サーボ機構と油圧によって連通する複数の油圧ラインとをさらに含むことを特徴とするパワートレインモジュール。
  10. 請求項１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記第１バルクヘッドは、
    油圧油を収納する油溜めと、
    ソレノイド作動弁と、
    前記ソレノイド作動弁と油圧によって連通するラインとをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  11. 入力部と
    前記入力部を支持する第１バルクヘッドと、
    前記入力部に固定されたクラッチハブと、
    ロータハブと、
    前記第１バルクヘッドに接続されたステータと、前記ロータハブに接続されたロータとを含む電動機械と、
    前記入力部と前記ロータとの間の駆動接続を交互に開閉するクラッチと、
    前記クラッチハブに支持され、前記クラッチを作動させるサーボ機構と、
    前記入力部に支持され、前記ハブの回転を支える第２バルクヘッドとを備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  12. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部および前記クラッチハブに形成され、前記サーボ機構と油圧によって連通する複数の油圧ラインをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  13. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記ロータハブに接続されるとともに、トルクコンバータケースに接続可能なフレックスプレートをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  14. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記ロータハブに駆動可能に接続されるとともに、トルクコンバータケースに接続可能なフレックスプレートと、
    前記ロータハブ上に形成された第１スプライン歯と、
    前記フレックスプレート上に形成され、前記第１スプライン歯と係合可能な第２スプライン歯とをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  15. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記入力部に接続されるとともに、エンジン出力部に接続可能なねじりダンパをさらに備え、上記ねじりダンパは前記エンジン出力部と前記入力部との間のトルク伝達経路に位置することを特徴とするパワートレインモジュール。
  16. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記ロータハブは、
    前記ロータに固定された管と、
    前記管に固定されるとともに、第１ベアリングによって前記第１バルクヘッドに支持されて回転する第１脚部と、
    前記管に固定されるとともに、第２ベアリングによって前記第２バルクヘッドに支持されて回転する第２脚部とをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  17. 請求項１６に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記クラッチは、
    前記クラッチハブに固定された複数の第１クラッチ板と、
    前記管に固定された複数の第２クラッチ板とをさらに含み、
    前記サーボ機構は、
    シリンダ内で移動可能であり、前記第１および第２クラッチ板を互いに摩擦係合させることによって前記クラッチを係合させるピストンと、
    前記ピストンを前記第１および第２クラッチ板から離して前記第１および第２クラッチ板の係合を互いに解消させることによって前記クラッチを切り離すリターンスプリングをさらに含むことを特徴とするパワートレインモジュール。
  18. 請求項１６に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記第１バルクヘッドおよび前記第１脚部に固定され、前記第１バルクヘッドと前記第２バルクヘッドとの間に位置する共振器をさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
  19. 請求項１１に記載のパワートレインモジュールにおいて、
    前記第１バルクヘッドに嵌合して前記入力部の回転を支える第３ベアリングをさらに備えることを特徴とするパワートレインモジュール。
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