JP2015016739A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時における揺れを抑制する。【解決手段】ハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関１２と、電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータ１８と、内燃機関１２で発生する動力を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２８とを備える。動力分割機構２８は、内燃機関１２のクランク軸４７に連結された入力軸４５と、モータジェネレータ１８に連結されたサンギヤ５２と、駆動輪１３が接続されたリングギヤ５３と、入力軸４５に一体的に取付けられたプラネタリキャリヤ５４とが、入力軸４５を中心に回転可能に連結された遊星歯車機構からなる。モータジェネレータ１８が入力軸４５を包囲して同軸に設けられ、サンギヤ５２の回転をモータジェネレータ１８の回転と逆にする逆転ギヤ７１を介してサンギヤ５２がモータジェネレータ１８に連結される。【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関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であって、その電動機により内燃機関を始動させるようにしたハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。

近年、内燃機関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。

このようなハイブリッド車両に採用される駆動装置として、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、内燃機関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。

そして、遊星歯車機構からなる動力分割機構３は、内燃機関５のクランク軸５ａに連結された入力軸３ａと、第１モータジェネレータ２に連結されたサンギヤ３ｂと、駆動輪６が接続されたリングギヤ３ｃと、入力軸３ａに一体的に取付けられたプラネタリキャリヤ３ｄとが、入力軸３ａを中心に回転可能に連結されて構成される。そして、第１モータジェネレータ２は入力軸３ａを包囲して同軸に設けられ、第１モータジェネレータ２の回転軸２ａにサンギヤ３ｂを直接接続している。

一方、第２モータジェネレータ４は主に電動機として機能し、内燃機関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の駆動装置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、内燃機関５の出力がアシストされる。

ここで、このようなハイブリッド車両１では、その内燃機関５を始動させるために、最初にそのクランク軸５ａを回転させなければならないけれども、従来から、この回転を電動機として機能する第１モータジェネレータ２により行うようにしている。

特開２００３−１９１７６１号公報（段落番号「００３３」等）

しかし、車両を走行させるために内燃機関を始動させるには、駆動輪６が接続されたリングギヤ３ｃの回転を停止させ、その状態で、第１モータジェネレータ２を駆動してその回転軸２ａを回転させることになる。けれども、上記従来の駆動装置１では、内燃機関５の始動時におけるクランク軸５ａの回転は、第１モータジェネレータ２の回転軸２ａの回転方向と同一の方向になる。すると、上記従来のハイブリッド車両の駆動装置では、同方向への回転が開始する回転軸２ａやクランク軸５ａの反動により、内燃機関５の始動時に車体が比較的大きく揺れる不具合があった。

本発明の目的は、内燃機関の始動時における車体の揺れを抑制し得るハイブリッド車両の駆動装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関と、電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータと、内燃機関で発生する動力を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を備えたハイブリッド車両であって、動力分割機構は、内燃機関のクランク軸に連結された入力軸と、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、入力軸に一体的に取付けられたプラネタリキャリヤとが、入力軸を中心に回転可能に連結された遊星歯車機構からなるハイブリッド車両の駆動装置の改良である。

その特徴ある構成は、モータジェネレータが入力軸を包囲して同軸に設けられ、サンギヤの回転をモータジェネレータの回転と逆にする逆転ギヤを介してサンギヤがモータジェネレータに連結されたところにある。

動力分割機構とモータジェネレータの間に減速機構が設けられ、減速機構は、モータジェネレータのロータに設けられたサンギヤと、サンギヤと同軸であって回転不能に設けられたリングギヤと、サンギヤと同軸であって動力分割機構のサンギヤに連結されたプラネタリキャリヤと、リングギヤに歯合してプラネタリキャリヤに枢支されたピニオンギヤとを備える場合、逆転ギヤが減速機構のピニオンギヤとサンギヤの双方に歯合する様に、ピニオンギヤに連結されることが好ましい。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置では、動力分割機構のサンギヤの回転をモータジェネレータの回転と逆にする逆転ギヤ設けたので、内燃機関のクランク軸はモータジェネレータの回転方向と逆方向に回転して、内燃機関は始動されることになる。すると、逆方向への回転が開始するモータジェネレータや内燃機関のクランク軸の反動は互いに打ち消し合って、内燃機関の始動時に生じる車体の揺れを、従来よりも抑制することができる。

本発明実施形態のハイブリッド車両の駆動装置を示す構成図である。 その逆転ギヤが設けられる状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 従来のハイブリッド車両の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、フロント内燃機関リヤドライブ（ＦＲ）式の駆動方式を有するハイブリッド車両１１に用いられる駆動装置である。このハイブリッド車両１１は、内燃機関１２が前部に設けられ、後部に駆動輪１３が設けられる。この内燃機関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ギア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ギア１６に伝える軸である。ディファレンシャルギア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に分けて伝える差動装置である。各アクスルシャフト１７は、ディファレンシャルギア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。

このハイブリッド車両１１では、内燃機関１２に近い側から遠ざかる側（駆動輪１３側）へ向けて順に、第１モータジェネレータ１８、第１減速機構２６、動力分割機構２７、第２モータジェネレータ１９及び第２減速機構２８が直列に配置される。第１及び第２モータジェネレータ１８，１９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は内燃機関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い、内燃機関１２を始動する際に電動機としての役割を担うものである。また、第２モータジェネレータ１９は内燃機関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ものである。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、内燃機関１２の補助動力源として内燃機関１２の動力を必要に応じてアシスト（補助）し、駆動力を高めるものである。

第１モータジェネレータ１８は、第１ステータ（固定子）３２及びその第１ステータ３２に回転可能に挿通された第１ロータ（回転子）３３を備え、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及びその第２ステータ３９に回転可能に挿通された第２ロータ（回転子）４１を備え、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。そして、第２ロータ４１が第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３と同軸上に配置されるように設けられる。

第１ロータ３３の軸心部分には入力軸４５が相対回転可能に挿通される。入力軸４５は、トランスアクスルダンパ４６を介して、内燃機関１２の出力軸であるクランク軸４７に連結される。同様に、第２ロータ４１の軸心部分には出力軸４９が相対回転可能に挿通される。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。

動力分割機構２７は、内燃機関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２７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間の空間に配置される。この動力分割機構２７は、互いに同一の軸心を有するサンギヤ５２、リングギヤ５３及びプラネタリキャリヤ５４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。サンギヤ５２は入力軸４５上において第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３に、第１減速機構２６を介して連結される。リングギヤ５３は、出力軸４９の内燃機関１２側の端部に設けられる。プラネタリキャリヤ５４は、入力軸４５に一体回転可能に取付けられる。プラネタリキャリヤ５４にはピニオンギヤ５５が回転可能に軸支される。ピニオンギヤ５５はサンギヤ５２及びリングギヤ５３間に位置し、両ギヤ５２，５３間に回転可能に噛み合わされる。

そして、このように構成された動力分割機構２７では、内燃機関１２で発生して入力軸４５に伝達された動力が、プラネタリキャリヤ５４、ピニオンギヤ５５、サンギヤ５２及び第１減速機構２６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４５に伝達された動力は、プラネタリキャリヤ５４及びピニオンギヤ５５を介してリングギヤ５３（出力軸４９）に伝達される。

第２減速機構２８は、第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１の回転を減速させて出力軸４９に伝達させるものであり、前述した動力分割機構２７と同様に、サンギヤ５６、リングギヤ５７及びプラネタリキャリヤ５８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。サンギヤ５６は第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１に一体回転可能に連結され、リングギヤ５７は固定され、プラネタリキャリヤ５８は出力軸４９に一体回転可能に連結される。プラネタリキャリヤ５８にはピニオンギヤ５９が回転可能に軸支される。ピニオンギヤ５９はサンギヤ５６及びリングギヤ５７間に位置し、両ギヤ５６，５７に回転（自転）可能に噛み合わされる。そして、このように構成された第２減速機構２８では、第２モータジェネレータ１９の第２ロータ４１の回転がサンギヤ５６、ピニオンギヤ５９及びプラネタリキャリヤ５８を介して出力軸４９に伝達される。この伝達の過程で減速が行われる。減速によりトルクの増した回転が出力軸４９に加わり、内燃機関１２の駆動力が補助される。

一方、第１モータジェネレータ１８と動力分割機構２７の間に設けられた第１減速機構２６は、第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３の回転を減速させて動力分割機構２７のサンギヤ５２に伝達させるものであり、前述した第２減速機構２８と同様に、サンギヤ６６、リングギヤ６７及びプラネタリキャリヤ６８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。サンギヤ６６は第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３に一体回転可能に連結され、リングギヤ６７は固定され、プラネタリキャリヤ６８は動力分割機構２７のサンギヤ５２に一体回転可能に連結される。プラネタリキャリヤ６８にはピニオンギヤ６９が回転可能に軸支される。ピニオンギヤ６９はサンギヤ６６及びリングギヤ６７間に位置し、リングギヤ６７に回転（自転）可能に噛み合わされる。

そして、本発明の特徴ある構成は、動力分割機構２７のサンギヤ５２の回転を第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３の回転と逆にする逆転ギヤ７１を介してサンギヤ５２が第１モータジェネレータ１８に連結されたところにある。ここで、この実施の形態では、第１減速機構２６を備えるので、この逆転ギヤ７１が、第１減速機構２６のピニオンギヤ６９とサンギヤ６６の双方に歯合する様に、そのピニオンギヤ６９に連結される。図２に示すように、第１減速機構２６のプラネタリキャリヤ６８（図１）には、３つのピニオンギヤ６９が回転可能に軸支され、それらのピニオンギヤ６９に逆転ギヤ７１が連結材７２を介して連結される。

そして、このように構成された第１減速機構２６では、第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３とともにサンギヤ６６が実線矢印で示すように回転すると、それに歯合する逆転ギヤ７１を介してピニオンギヤ６９が第１ロータ３３の回転方向と同方向に自転することになる。するとピニオンギヤ６９はリングギヤ６７の内周に沿って第１ロータ３３の回転方向と逆方向に公転し、プラネタリキャリヤ６８を回転させて、それに連結された動力分割機構２７のサンギヤ５２を第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転させることになる。この伝達の過程で減速が行われ、減速によりトルクの増した回転が動力分割機構２７のサンギヤ５２に加えることができる。

なお、図１に示すように、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６１，６２を介して高電圧バッテリ６３に接続される。インバータ６１，６２は、高電圧バッテリ６３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の駆動装置において、内燃機関を始動させる動作を説明する。

車両を走行させるには、先ず内燃機関を始動させることが必要である。この内燃機関の始動にあっては、車両１１を停車させた状態で行われ、図示しないブレーキ装置を稼動させて駆動輪１３を停止させた状態で行われる。駆動輪１３が停止すると、その駆動輪１３が連結する動力分割機構２７のリングギヤ５３の回転も停止し、この状態で、高電圧バッテリ６３から第１インバータ６１を介して第１モータジェネレータ１８の第１ステータ３２に通電し、その第１ロータ３３を回転させることになる。

第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３が回転すると、それに取付けられたサンギヤ６６も図２の実線矢印で示すように同方向に回転する。サンギヤ６６が回転すると、それに歯合する逆転ギヤ７１を介してピニオンギヤ６９が第１ロータ３３の回転方向と同方向に自転する。すると、ピニオンギヤ６９はリングギヤ６７の内周に沿って第１ロータ３３の回転方向と逆方向に公転し、プラネタリキャリヤ６８を第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転させる。このため、それに連結された図１に示す動力分割機構２７のサンギヤ５２も第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転することになる。

動力分割機構２７では、リングギヤ５３の回転が停止されているので、そのサンギヤ５２が第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転すると、そのリングギヤ５３とサンギヤ５２の双方に歯合するピニオンギヤ５５は、サンギヤ５２の回転方向に公転し、ピニオンギヤ５５を枢支するプラネタリキャリヤ５４を第１ロータ３３の回転方向と逆方向に減速して回転させることになる。

すると、図１に示すように、プラネタリキャリヤ５４が一体的に設けられた入力軸４５を第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転させ、入力軸４５に連結された内燃機関１１のクランク軸１１ａを第１モータジェネレータ１８の第１ロータ３３の回転方向と逆方向に回転させて、内燃機関１１を始動させることになる。

この結果、逆方向への回転が開始する第１ロータ３３やクランク軸１１ａの反動は互いに打ち消し合って、内燃機関１１の始動時に生じる車体の揺れは、従来よりも抑制されることになる。

なお、上述した実施の形態では、車両１１を停車させた状態で内燃機関１２を始動する場合を説明したけれども、このハイブリッド車両１１は、内燃機関１２を停止させて第２モータジェネレータ１９の動力のみにより走行することも可能である。このため、走行中において、内燃機関１２を始動する場合であっても良い。

また、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 内燃機関
１３ 駆動輪
１８ 第１モータジェネレータ
２６ 第１減速機構
２８ 動力分割機構
３３ 第１ロータ
４５ 入力軸
４７ クランク軸
５２ サンギヤ
５３ リングギヤ
５４ プラネタリキャリヤ
６６ サンギヤ
６７ リングギヤ
６８ プラネタリキャリヤ
６９ ピニオンギヤ
７１ 逆転ギヤ

Claims (2)

1. 内燃機関(12)と、電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータ(18)と、前記内燃機関(12)で発生する動力を前記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(28)とを備えたハイブリッド車両であって、
   前記動力分割機構(28)は、前記内燃機関(12)のクランク軸(47)に連結された入力軸(45)と、モータジェネレータ(18)に連結されたサンギヤ(52)と、駆動輪(13)が接続されたリングギヤ(53)と、前記入力軸(45)に一体的に取付けられたプラネタリキャリヤ(54)とが、前記入力軸(45)を中心に回転可能に連結された遊星歯車機構からなるハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記モータジェネレータ(18)が前記入力軸(45)を包囲して同軸に設けられ、
   前記サンギヤ(52)の回転を前記モータジェネレータ(18)の回転と逆にする逆転ギヤ(71)を介して前記サンギヤ(52)が前記モータジェネレータ(18)に連結された
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 動力分割機構(28)とモータジェネレータ(18)の間に減速機構(26)が設けられ、
   前記減速機構(26)は、モータジェネレータ(18)のロータ(33)に設けられたサンギヤ(66)と、前記サンギヤ(66)と同軸であって回転不能に設けられたリングギヤ(67)と、前記サンギヤ(66)と同軸であって前記動力分割機構(28)のサンギヤ(52)に連結されたプラネタリキャリヤ(68)と、前記リングギヤ(67)に歯合して前記プラネタリキャリヤ(68)に枢支されたピニオンギヤ(69)とを備え、
   逆転ギヤ(71)が前記減速機構(26)の前記ピニオンギヤ(69)と前記サンギヤ(66)の双方に歯合する様に前記ピニオンギヤ(69)に連結された請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置。

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