JP2015081087A - ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用の組立品 - Google Patents

ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用の組立品 Download PDF

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Abstract

【課題】フレックスプレートとトルクコンバータとを互いに近づけられるようにして、パワートレインの長さをできる限り短くすることが可能な組立品(モジュール)を提供する。【解決手段】組立品は、軸39に対して同軸に配設され、ケーシング48を有するトルクコンバータ49と、電気機械に上記軸39の回りに回転駆動可能に連結されたロータハブ40と、ロータハブ40に結合された結合部材と、この結合部材とトルクコンバータ49における該結合部材から離れた位置のケーシング48表面とに固定されるフレックスプレート42とを備える。【選択図】図1A

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用の組立品、特に、エンジンの出力部とトランスミッションの入力部との間に配置固定されたパワートレイン用の組立品に関する。
ハイブリッド電気自動車(HEV)は、エンジン及び電気機械の両方を有しており、これらは自動車を推進させるために、交互に又は同時に使用される。様々な種類のパワートレインが、ハイブリッド自動車、例えば、モータが自動トランスミッションのトルクコンバータ入力部を駆動し、エンジンが断接クラッチによってそのモータに連結されるパラレル方式のハイブリッド自動車に使用されている。上記トランスミッションは、自動車の2つの車輪(駆動輪)に連結される差動装置に接続される出力部を有する。
種々のエンジン及びトランスミッションに使用可能なモジュール(組立品)を有する、ハイブリッド電気自動車のパワートレインが業界で求められており、このようなモジュールは、数あるエンジンのいずれのエンジンの出力部にも取付固定可能で、数あるトランスミッションのいずれのトランスミッションの入力部にも取付固定可能なものである。そして、組立て後のパワートレインは、様々な自動車に使用することができるようになる。また、そのようなモジュールは、油圧駆動の断接クラッチ、電気機械、及び、エンジンと電気機械とのトランスミッション入力部への適切な動力経路を有している必要がある。上記モジュールは、トランスミッションの油圧システムから、断接クラッチ、該断接クラッチにおけるピストンの作動解除状態を維持するためのバランスダム、及び、電気機械にまで油圧連結していることが好ましい。さらに、上記モジュールには、該モジュールに供給される作動油が収容されるオイル収容部と、トランスミッションポンプが確実に継続して作動油を供給できるように、トランスミッションのオイル収容部に作動油を継続して戻すための経路とを有する必要がある。
上記のようなモジュールは、モジュール式のハイブリッドトランスミッション(MHT)の一部でありかつトランスミッションの前側に取り付けられることから、フロントモジュール(FM)と呼ばれる場合がある。このモジュールは、パワートレインの長さを増大させることになるため、できる限り短くしておくことが要求される。
しかし、上記モジュールのトルクコンバータには、パワートレインの長さを増大させるようなフレックスプレートが取り付けられており、このフレックスプレートとトルクコンバータとの間の従来の取付方法では、フレックスプレートとトルクコンバータとを互いに近づけることができないという問題がある。
本発明は、斯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、フレックスプレートとトルクコンバータとを互いに近づけられるようにして、パワートレインの長さをできる限り短くすることが可能なモジュール(組立品)を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明では、組立品として、軸に対して同軸に配設され、ケーシングを有するトルクコンバータと、電気機械に上記軸の回りに回転駆動可能に連結されたロータハブと、上記ロータハブに結合された結合部材と、上記結合部材と上記トルクコンバータにおける該結合部材から離れた位置のケーシング表面とに固定されるフレックスプレートとを備えている、という構成とした。
上記組立品は、例えば深絞りにより形成されてなるフレックスプレートを備え、該フレックスプレートが、トルクコンバータの前側周辺から該トルクコンバータの後側部分に到達して、該後側部分において、ボルトが、組立品の結合部材とトランスミッションの前面との間の軸方向寸法を増加させないように、径方向に取り付けられる。
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、及び図面から明らかになるであろう。以下の説明及び具体例は、発明の好ましい実施形態を示すものであるが、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。
本発明の実施形態1に係る、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール(組立品)の径方向の一側部分を示す断面図である。 上記パワートレインのモジュールの径方向の他側部分を示す断面図である。 本発明の実施形態2に係る、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール(組立品)を示す図1相当図である。 本発明の実施形態3に係る、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール(組立品)を示す図1相当図である。 本発明の実施形態4に係る、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール(組立品)を示す図1相当図である。
図1A及び図1Bは、本発明の実施形態1に係る、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール10(組立品)を示す。このモジュール10は、エンジンのクランクシャフト146の先端部に設けられた回転出力部12(モジュール10の軸39と同軸に配置)に固定された捩りダンパ14の出力部20に、スプライン18によって固定された、軸39と同軸の入力シャフト16と、該入力シャフト16にスプライン26によって固定されたクラッチハブ24に支持された断接クラッチ22と、前側隔壁32にボルト止めされたステータ30と軸39の回りに回転するように第1脚部36及び第2脚部38によって支持されたロータ34とを有する電気機械28と、上記第2脚部38に固定された(好ましくは溶接により固定された)、軸39と同軸のロータハブ40と、トルクコンバータケーシング48を有する流体式のトルクコンバータ49と、一端部が、上記ロータハブ40にスプライン結合部44及び複数のボルト110を介して連結固定され、他端部が、複数のボルト46によって、上記トルクコンバータケーシング48の表面に連結固定されたフレックスプレート42とを備えている。上記ロータハブ40は、電気機械28に上記軸39の回りに回転駆動可能に連結されていることになる。また、ロータハブ40は、後述の如く、上記断接クラッチ22を介して上記エンジンに選択的に連結される。尚、電気機械28は、電動モータ又は電動モータ発電機であってもよい。
以下の説明では、軸39に沿った方向を軸方向といい、軸39に対して垂直な方向を径方向という。また、上記軸方向において、上記エンジン側(図1A及び図1Bの左側)がモジュール10の前側であり、後述の自動トランスミッション54側(図1A及び図1Bの右側)がモジュール10の後側である。
上記パワートレイン(モジュール10)に適したトルクコンバータとしては、2011年12月14日に出願された米国特許出願(出願番号13/325101)の明細書(米国特許第8758180号明細書)に開示されていて、当該米国特許出願の図4a、図4b、図5、図12及び図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、軸39の回りに回転可能なトルクコンバータケーシング48と、該トルクコンバータケーシング48内に位置しかつ該トルクコンバータケーシング48に固定された不図示のブレードインペラーと、スプライン50によって自動トランスミッション54の入力シャフト52(軸39と同軸に配置)に固定され、上記ブレードインペラーによって流体力学的に駆動される不図示のブレードタービンと、該ブレードタービンとステータとの間に位置し、トランスミッションハウジング58に回転に対して拘束されたステータシャフト56に固定された不図示のブレードステータホイールとを備えている。トルクコンバータ49は、軸39に対して同軸に配設されている。
トランスミッションハウジング58に複数のボルト62によって固定された後側隔壁60の内周面には、油圧シール部材64が取り付けられており、この油圧シール部材64は、上記ロータハブ40の外周面に当接している。
上記エンジンの回転出力部12に複数のボルト68によって固定されたフライホイール66には、エンジン始動ギア70が保持されており、このエンジン始動ギア70は、該エンジン始動ギア70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。
上記第1脚部36及び上記第2脚部38のうち前側の第1脚部36を上記前側隔壁32に対して回転支持するためのベアリング74と、後側の第2脚部38を上記後側隔壁60に対して回転支持するためのベアリング76とが設けられている。第1脚部36及び第2脚部38には、上記軸39に平行に延びかつロータ34を該軸39回りに回転可能に支持する円筒部材78が固定されている。この円筒部材78の前端部及び後端部には、それぞれリップ80,82が径方向外側に向かって延びるように設けられ、これらリップ80,82により、ロータ34を円筒部材78に固定し円筒部材78に対して軸方向に変位するのを防止する。円筒部材78の内周面には、軸方向に延びるスプライン81が形成され、このスプライン81は、第1及び第2脚部36,38並びに断接クラッチ22のプレート83(摩擦板84と交互に軸方向に並ぶ)に係合されている。断接クラッチ22の摩擦板84は、クラッチハブ24の外周面に、該外周面に軸方向に延びるように形成されたスプラインによって係合されている。
上記断接クラッチ22を駆動させるために油圧サーボが設けられている。この油圧サーボは、ピストン86と、バランスダム88と、復帰ばね90と、ピストン86後側の圧力制御室92及びピストン86前側の圧力バランス室94に駆動圧力をそれぞれ伝達するための油圧ラインとを備えている。上記圧力制御室92に駆動圧力となる作動油が供給されると、シール部151,152の作用により、ピストン86は、後側の第2脚部38により形成されたシリンダ内を前側に移動し、これにより、断接クラッチ22が係合して、ロータ34とエンジン出力部12とを、ダンパ14、入力シャフト16、クラッチハブ24及び断接クラッチ22を介して駆動可能に連結する。
ピストン86、バランスダム88及び復帰ばね90が、ロータハブ40に支持されているため、ピストン86、バランスダム88及び復帰ばね90の回転慣性力は、径方向外側に、すなわち、断接クラッチ22のロータ側に向かうことになる。
上記ロータ34は、後側の第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シング48、及び、トルクコンバータ49の上記ブレードインペラーとスプライン50によって上記入力シャフト52に接続された上記ブレード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、入力シャフト52に連続的に駆動可能に連結されている。
前側隔壁32には、ロータ34の回転計測のために使用される高精度タイプの回転電気変換器であるレゾルバー100(回転センサ)が、複数のボルト102により固定されている。レゾルバー100は、前側隔壁32と第1脚部36とに支持されているとともに、前側隔壁32と後側隔壁60との軸方向の間に位置している。
上記フレックスプレート42と上記ロータハブ40との間で回転結合部を形成しているスプライン結合部44のスプライン歯は、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たときに、互いに激しく衝突しないようにきつく噛み合っている。フレックスプレート42における内周側の端部には、ネジ穴106を有しかつ軸方向に延びてウェブ108で終端となる厚肉部104が形成されている。この厚肉部104の外周面に軸方向に延びるように形成されたスプライン歯が、ロータハブ40の内周面に軸方向に延びるように形成されたスプライン歯と係合しており、これらスプライン歯が上記スプライン結合部44を構成している。ロータハブ40の後側端面に設けられたネジ穴に係合する複数のボルト110によって、厚肉部104のスプライン歯の軸方向の移動が阻止されている。ボルト110を外し、上記ネジ穴106に別のボルトを係合貫通させて該別のボルトの先端をウェブ108に接触させることで、フレックスプレート42を軸方向の後側に強制的に移動させることができ、これにより、上記スプライン結合部44で係合されたスプライン歯の係合を解除することができる。
上記ロータハブ40には、軸方向に延びる複数の油圧通路120と、横方向(径方向)に延びる通路122,124,126,128,129とが形成され、これらの通路は、トランスミッション54の油圧システムからモジュール10に作動油(油圧)を搬送する。上記通路122,124,126,128,129は、上記断接クラッチ22の圧力制御室92(ピストン86の後側に位置する)、上記バランスダム88と上記ピストン86との間にある圧力バランス室94、可変ソレノイド130(Variable Force Solenoid(VFS))、並びに、ロータ34及びステータ30の表面に作動油を搬送する。ロータ34及びステータ30の表面は、作動油によって冷却される。上記後側隔壁60には上記通路128が形成され、この通路128は、可変ソレノイド130に対して油圧連通している。
上記後側隔壁60は、トランスミッション54の油圧システムからモジュール10に供給される作動油を収容するオイル収容部132を支持している。トランスミッション54は、トランスミッションポンプ134により上記油圧システムに供給される作動油を収容するオイル収容部136を有している。このオイル収容部136から作動油(油圧)が、モジュール10(トルクコンバータ49を含む)、トランスミッションに設けられたクラッチやブレーキ、ベアリング、シャフト、ギアなどに供給される。
前側隔壁32に取り付けられたベアリング140と、ロータハブ40に取り付けられたベアリング142とは共に、入力シャフト16を軸39回りに回転するように支持している。また、前側隔壁32は、ロータ34に対する軸方向及び径方向の適切な位置で、ステータ30を支持している。後側隔壁60とロータハブ40との間に取り付けられたベアリング76とベアリング142とは、ロータハブ40を軸39の回りに回転するように支持している。前側隔壁32及び後側隔壁60は共に、前側隔壁32に取り付けられたベアリング74と後側隔壁60に取り付けられたベアリング76とによって、ロータ34(第1脚部36及び第2脚部38)を軸39の回りに回転するように支持している。
上記後側隔壁60に取り付けられた上記油圧シール部材64と、前側隔壁32に取り付けられたシール部材141とは、モジュール10における前側隔壁32及び後側隔壁60間からの作動油の漏洩を防いでいる。また、ダイナミックシール部材144が、クランクシャフト146とモジュール10との間にある汚染物の通過を防いでいる。
上記モジュール10の構成部品は、該モジュール10において集約されて組み立てられる。このモジュール10(組立品)は、エンジン出力部12と自動トランスミッション54との間に設置されて、それらに連結される。
モジュール10の作動時(上記エンジン及び/又は上記電気機械28の作動時)において、上記エンジンによってエンジン出力部12が駆動されると、断接クラッチ22が係合接続されている場合には、エンジンからトルクが、断接クラッチ22、ロータハブ40及びフレックスプレート42を介してトルクコンバータケーシング48に伝達される。上記電気機械28のロータ34は、円筒部材78、第2脚部38、ロータハブ40及びフレックスプレート42を介して、トルクコンバータプレート48に連続的に駆動可能に連結される。これにより、トルクコンバータケーシング48は、電気機械28がオフでかつ断接クラッチ22が係合接続されている状態である場合には、エンジンのみにより駆動することができ、また、エンジンがオフ又は動作中でかつクラッチ22が切断(係合解除)された状態である場合には、電気機械28のみにより駆動することができる。さらに、トルクコンバータケーシング48は、エンジンと電気機械28との両方によって同時に駆動することも可能である。
上記の説明では、上記厚肉部104、及び、ボルト110によってロータハブ40に固定された部分は、フレックスプレート42の一部として記載しているが、これらの部分は、本発明の「結合部材」と見做すことができ、この結合部材とフレックスプレート42とが一体形成されて互いに固定されていると見做すことができる。フレックスプレート42は、トルクコンバータ49に対して前側に位置する上記結合部材とトルクコンバータケーシング48の表面(上記結合部材から離れた位置のケーシング表面)とを、特に軸方向に相対変位させるように弾性的に連結するとともに、上記結合部材とトルクコンバータ49とを、回転連結しかつ軸方向に連結することになる。
図2は、本発明の実施形態2を示す(以下の各実施形態では、図1A及び図1Bと同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する)。
本実施形態では、入力シャフト160は、フライホイール66、フレックス板162及びスプライン18を介してエンジン出力部12に駆動可能に結合されている。モジュール10の前側から挿入されて取り付けられたボルト164が、入力シャフト160に形成された穴及び筒状のロータハブ40のウェブ108を通して挿通されている。上記ボルト164の頭部は、ロータハブ40のウェブ108に当接し、ボルト164のネジ軸部は、結合シャフト166(結合部材に相当)の前側端面に設けられたネジ穴に係合している。これにより、ロータハブ40と結合シャフト166との間に継続的な軸方向の力が付与される。上記結合シャフト166は、スプライン結合部167を介してロータハブ40と回転可能に結合され、そのスプライン結合部167は、ロータハブ40の内周面に形成された軸方向のスプライン歯(軸方向に延びるスプライン歯)と、該スプライン歯と係合した、結合シャフト166の外周面に形成された軸方向のスプライン歯(軸方向に延びるスプライン歯)とを有している。
フレックスプレート168は、好ましくは溶接部170によって上記トルクコンバータケーシング48の表面に連結固定されているとともに、複数のリベット172(フランジ174にフレックスプレート168を固定するための固定具に相当)によって上記結合シャフト166の後側の端部に形成されたフランジ174に連結固定されている。これにより、ロータハブ40は、結合シャフト166及びフレックスプレート168を介してトルクコンバータケーシング48に連結される。フレックスプレート168は、結合シャフト166とトルクコンバータ49とを、回転連結しかつ軸方向に連結することになる。上記ボルト164により、結合シャフト166はロータハブ40に対して軸方向に連結され、結合シャフト166(延いてはトルクコンバータ49)とロータハブ40との間で荷重が軸方向に伝達される。
図3は、本発明の実施形態3を示す。本実施形態では、入力シャフト180は、フライホイール66、フレックス板162及びスプライン18を介してエンジン出力部12に駆動可能に結合されている。フレックスプレート168は、好ましくは溶接部170によってトルクコンバータケーシング48の表面に連結固定されているとともに、複数のリベット172によって結合シャフト182のフランジ174に連結固定されている。これにより、ロータハブ40は、結合シャフト182及びフレックスプレート168を介してトルクコンバータケーシング48に連結される。
上記結合シャフト182は、スプライン結合部184を介してロータハブ40に回転可能に結合されており、そのスプライン結合部184は、筒状のロータハブ40の内周面に形成された軸方向のスプライン歯と、該スプライン歯と係合した、連結シャフト182の外周面に形成された軸方向のスプライン歯とを有している。
ロータハブ40の内周面(軸方向に延びる穴の内周面)には、環状凹部が形成されている。同様に、結合シャフト182の外周面には、上記ロータハブ40の環状凹部に対して軸方向にアライメントされた(軸方向において同じ位置に位置するようになされた)環状凹部が形成されている。そして、ロータハブ40の環状凹部と結合シャフト182の環状凹部とに互いに係合するC型クリップ186が設けられており、これにより、結合シャフト182がロータハブ40に対して軸方向に連結され、結合シャフト166(延いてはトルクコンバータ49)とロータハブ40との間で荷重が軸方向に伝達される。
図4は、本発明の実施形態4を示す。本実施形態では、フレックスプレート200は、深絞りにより形成されたものである。このフレックスプレート200は、複数のリベット172により結合シャフト182のフランジ174に固定されていて、それらリベット172により固定された部分から径方向外側にかつ軸方向後側に延びている。フレックスプレート200の後側の端部は、トルクコンバータケーシング48の外周面における後側部分に固定された複数のブロック206に固定されている。これらブロック206内には、径方向に延びるネジ穴204がそれぞれ設けられ、これらネジ穴204に、軸39と間隔を開けて設けられる複数のボルト202のネジ軸部がそれぞれ係合し、各ネジ穴204と各ボルト202のネジ軸部との係合により、各ボルト202の頭部がフレックスプレート200に係合し、これにより、フレックスプレート200が複数のブロック206に固定されることになる。ネジ穴204及びボルト202は、径方向に沿って上記軸39に向かうように設けられていることになる。また、トルクコンバータケーシング48においてフレックスプレート200が固定される表面は、トルクコンバータ49の後側部分に位置していることになる。
上記のように、フレックスプレート200は、トルクコンバータ49の前側から、ボルト202及びブロック206の位置するトルクコンバータ49の後側部分まで延びていることが好ましい。また、ボルト202は、後側隔壁60又は結合シャフト182とトランスミッション54の前面との間の軸方向寸法を増大させないように、ブロック206内に径方向に向かって取り付けられていることが好ましい。
フレックスプレート200には、水平方向(軸方向)又は径方向に延びる部分に、複数の開口部が形成されていても良い。水平方向に延びる部分の該開口部により、フレックスプレート200の水平方向に延びる部分は、径方向に延びる部分から延びかつ互いに周方向に間隔を開けた複数の脚部を構成することになる。
上記のように好ましい実施形態を示したが、各実施形態は、特に説明されかつ描写された以外の方法で実施することも可能であることはいうまでもない。
10 ハイブリッド電気自動車のパワートレイン用のモジュール(組立品)
22 断接クラッチ
39 軸
40 ロータハブ
42 フレックスプレート
48 コンバータケーシング
49 トルクコンバータ
104 厚肉部(結合部材)
166 結合シャフト(結合部材)
168 フレックスプレート
172 リベット(固定具)
174 結合シャフトのフランジ
182 結合シャフト(結合部材)
200 フレックスプレート
202 フレックスプレートとブロックのネジ穴とに係合されたボルト
204 ブロックのネジ穴
206 ブロック

Claims (10)

  1. 軸に対して同軸に配設され、ケーシングを有するトルクコンバータと、
    電気機械に上記軸の回りに回転駆動可能に連結されたロータハブと、
    上記ロータハブに結合された結合部材と、
    上記結合部材と上記トルクコンバータにおける該結合部材から離れた位置のケーシング表面とに固定されるフレックスプレートとを備えている
    ことを特徴とする組立品。
  2. 請求項1記載の組立品において、
    上記結合部材は、上記トルクコンバータに対して前側に位置し、
    上記ケーシング表面は、上記トルクコンバータの後側部分に位置している
    ことを特徴とする組立品。
  3. 請求項1記載の組立品において、
    上記フレックスプレートは、上記結合部材から径方向外側にかつ軸方向後側に上記ケーシング表面まで延びている
    ことを特徴とする組立品。
  4. 請求項1記載の組立品において、
    ネジ穴を有しかつ上記ケーシング表面に固定されたブロックと、
    上記フレックスプレートと上記ネジ穴とに係合されたボルトとを更に備えている
    ことを特徴とする組立品。
  5. 請求項4記載の組立品において、
    上記ネジ穴及び上記ボルトは、径方向に沿って上記軸に向かうように設けられている
    ことを特徴とする組立品。
  6. 請求項1記載の組立品において、
    上記結合部材は、フランジと、該フランジに上記フレックスプレートを固定するための固定具とを有している
    ことを特徴とする組立品。
  7. 軸に対して同軸に配設され、ケーシングを有するトルクコンバータと、
    電気機械に上記軸の回りに回転駆動可能に連結されているとともに、断接クラッチを介してエンジンに選択的に連結されるロータハブと、
    上記ロータハブに結合された結合部材と、
    上記結合部材と上記トルクコンバータにおける該結合部材から離れた位置のケーシング表面とに固定されるフレックスプレートとを備えている
    ことを特徴とする組立品。
  8. 請求項7記載の組立品において、
    上記結合部材は、上記トルクコンバータに対して前側に位置し、
    上記ケーシング表面は、上記トルクコンバータの後側部分に位置している
    ことを特徴とする組立品。
  9. 請求項7記載の組立品において、
    上記フレックスプレートは、上記結合部材から径方向外側にかつ軸方向後側に上記ケーシング表面まで延びている
    ことを特徴とする組立品。
  10. 請求項7記載の組立品において、
    各々、ネジ穴を有しかつ上記ケーシング表面に固定された複数のブロックと、
    各々、上記フレックスプレートと上記各ブロックのネジ穴とに係合された複数のボルトとを更に備えている
    ことを特徴とする組立品。
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