JP2017132329A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高回転型の小型モータを使用することにより、良好な効率および動力性能を維持しつつ、小型化を図ることができるハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】車両Veの駆動力源として機能するエンジン2およびモータ3、11と、エンジン2の出力トルクが伝達されるモータ3のモータ回転軸3aと、モータ回転軸3aのトルクを減速するとともに、減速されたトルクを車両Veの車幅方向における左右の駆動輪9,10へ分配して伝達するデファレンシャル機構4と、モータ回転軸3aとデファレンシャル機構4との間のトルク伝達を選択的に遮断するクラッチ5と、を備えたハイブリッド駆動装置1において、エンジン2とモータ3との間に、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達する増速機構8を設けた。
【選択図】図1
【解決手段】車両Veの駆動力源として機能するエンジン2およびモータ3、11と、エンジン2の出力トルクが伝達されるモータ3のモータ回転軸3aと、モータ回転軸3aのトルクを減速するとともに、減速されたトルクを車両Veの車幅方向における左右の駆動輪9,10へ分配して伝達するデファレンシャル機構4と、モータ回転軸3aとデファレンシャル機構4との間のトルク伝達を選択的に遮断するクラッチ5と、を備えたハイブリッド駆動装置1において、エンジン2とモータ3との間に、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達する増速機構8を設けた。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両の駆動力源として駆動トルクを発生するエンジンならびにモータ、および、駆動力源と駆動輪との間でトルクを伝達する動力伝達機構を備えたハイブリッド駆動装置に関するものである。
エンジンおよびモータを併用したハイブリッド型の駆動装置が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置の一例では、エンジンとモータとが、第1クラッチを介して直列に連結されている。エンジンおよびモータは、同一軸線上に配置されている。そして、モータの出力側に第2クラッチが設けられており、第2クラッチの係合時に、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの出力トルクが減速機構およびデファレンシャルギヤを介して駆動輪に伝達されるように構成されている。この特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置は、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置であって、第1クラッチおよび第2クラッチの係合・開放の状態をそれぞれ制御することにより、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの出力トルクによって駆動力を発生する状態と、エンジンでモータを駆動することにより発電し、その電力を用いてモータで出力したトルクによって駆動力を発生する状態とを設定することができる。
また、特許文献2には、エンジンと2基のモータを備えたハイブリッド車両が記載されている。この特許文献2に記載されたハイブリッド車両も、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両であって、前輪もしくは後輪のいずれか一方を駆動するエンジンおよび第1モータと、前輪もしくは後輪の他方を駆動する第2モータとを備えている。エンジンおよび第1モータは同一軸線上に配置されている。エンジンの出力軸と第1モータの回転軸とは直結されている。
上記の特許文献1および特許文献2に記載されているようなシリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置あるいはハイブリッド車両では、エンジンおよびモータのそれぞれの特性を考慮し、効率が良好な回転数域でエンジンを運転することにより、ハイブリッド車両の燃費を向上させることができる。一方、モータは、エンジンと比較して、低回転数域から高回転数域までの間で効率および出力が大きく変化することがない。そのため、ハイブリッド車両の動力性能を向上させるためには、高回転型の小型モータを使用することが有利である。
シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置において、上記のような高回転型の小型モータを使用する場合は、エンジンの出力トルクの回転数を増速してモータへ伝達するように構成することが望ましい。しかしながら、上記の特許文献1および特許文献2に記載されているハイブリッド駆動装置は、クラッチを介してエンジンとモータとが連結されている、もしくは、エンジンとモータとが直結されているので、エンジンとモータとが同じ回転数で回転する構成となっている。そのため、上記の特許文献1および特許文献2に記載されている構成では、高回転型の小型モータを適切に使用することが困難である。
この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、高回転型の小型モータを使用することにより、良好な効率および動力性能を維持しつつ、小型化を図ることができるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、車両の駆動力源として機能するエンジンおよびモータと、前記エンジンの出力トルクが伝達される前記モータのモータ回転軸と、前記モータ回転軸のトルクを減速する減速機構と、前記減速機構により減速された前記トルクを前記車両の車幅方向における左右の駆動輪へ分配して伝達する差動機構と、前記モータ回転軸と前記減速機構との間のトルク伝達を選択的に遮断するクラッチと、を備えたハイブリッド駆動装置において、前記エンジンと前記モータとの間に、前記エンジンの出力トルクを増速して前記モータ回転軸へ伝達する増速機構を備えていることを特徴とするものである。
この発明によれば、エンジンおよびモータを駆動力源として、いわゆるシリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することができる。そして、エンジンとモータとの間に増速機構が設けられることにより、エンジンの出力トルクが増速されてモータへ伝達される。そのため、モータを高回転型で小型のものにすることができる。その結果、この発明のハイブリッド駆動装置を搭載する車両の燃費および動力性能を維持しつつ、ハイブリッド駆動装置の小型化を図ることができる。
この発明を、図を参照して具体的に説明する。図1に、この発明を適用したハイブリッド駆動装置の一例を示してある。図1に示すハイブリッド駆動装置1は、前輪駆動方式の車両Veを構成している。ハイブリッド駆動装置1は、主要な構成要素として、エンジン2、第1モータ3、デファレンシャル機構4、クラッチ5、第1駆動軸6ならびに第2駆動軸7、および、増速機構8を備えている。
エンジン2は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。一般に、内燃機関は、効率が良い回転数域がモータよりも低い。そのため、このハイブリッド駆動装置1では、後述するように、エンジン2と第1モータ3との間に、エンジン2の出力トルクを増速して第1モータ3のモータ回転軸3aに伝達する増速機構8が設けられている。
第1モータ3は、発電機能のあるモータ(いわゆるモータ・ジェネレータ)であり、第エンジン2の出力トルクにより駆動されて発電を行うことが可能である。それとともに、この第1モータ3は、車両Veの駆動力源として使用することが想定されていて、例えば、永久磁石式の同期モータ(PM)、あるいは、誘導モータ(IM)などによって構成されている。
デファレンシャル機構4は、例えば、国際公開第2015/008661号の[図1]に掲載されている構成のように、左右一対の遊星歯車機構、それら左右の遊星歯車機構を連結する結合軸、前述のエンジン2ならびに第1モータ3と結合軸の間でトルクを伝達する伝動機構、および、左右の遊星歯車機構の間でトルクを反転させて伝達する反転機構などから構成されている。
デファレンシャル機構4の結合軸は、左右の遊星歯車機構のサンギヤ同士を連結している。反転機構は、左右の遊星歯車機構の各リングギヤの間で、いずれか一方のリングギヤのトルクを反転させて他方のリングギヤへ伝達するように構成されている。左右の遊星歯車機構の各キャリアに、それぞれ、第1駆動軸6および第2駆動軸7が連結されている。したがって、伝動機構および結合軸を介して左右の遊星歯車機構の各サンギヤに伝達されたトルクは、第1駆動軸6および第2駆動軸7に分配されて伝達される。また、上記のように伝動機構および結合軸から、左右の遊星歯車機構に入力されるトルクは、左右の遊星歯車機構のギヤ比に応じて減速され、第1駆動軸6および第2駆動軸7に伝達される。すなわち、デファレンシャル機構4は、この発明における「差動機構」として機能するとともに、この発明における「減速機構」としても機能する。したがって、このハイブリッド駆動装置1は、上記のようなデファレンシャル機構4が設けられていることにより、この発明における「差動機構」および「減速機構」の両方を備えている。
クラッチ5は、第1モータ3のモータ回転軸3aとデファレンシャル機構4の入力軸4aとの間に設けられており、モータ回転軸3aと入力軸4aとの間のトルク伝達を選択的に遮断するように構成されている。すなわち、クラッチ5を係合することにより、モータ回転軸3aと入力軸4aとが連結される。また、クラッチ5を解放することにより、モータ回転軸3aと入力軸4aとの間のトルク伝達が遮断される。したがって、クラッチ5を係合してモータ回転軸3aと入力軸4aとを連結することにより、エンジン2および第1モータ3の少なくともいずれかの出力トルクをデファレンシャル機構4へ伝達し、駆動力を発生させることができる。一方、クラッチ5を解放してモータ回転軸3aと入力軸4aとの間のトルク伝達を遮断することにより、エンジン2の出力トルクによって第1モータ3を駆動し、第1モータ3で発電することができる。
第1駆動軸6は、デファレンシャル機構4における一方の遊星歯車機構のキャリアに連結されている、そして、その第1駆動軸6に、左側の前輪である駆動輪9が連結されている。同様に、第2駆動軸7は、デファレンシャル機構4における他方の遊星歯車機構のキャリアに連結されている、そして、その第2駆動軸7に、右側の前輪である駆動輪10が連結されている。
増速機構8は、エンジン2の出力軸(図示せず)と第1モータ3のモータ回転軸3aとの間に設けられており、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達するように構成されている。この図1に示すハイブリッド駆動装置1では、増速機構8は、複数の大径ギヤと小径ギヤとを組み合わせた歯車伝動機構によって構成されている。
前述したように、エンジン2は、効率が良い回転数域がモータよりも低い。それに対して上記のような増速機構8が設けられることにより、エンジン2で第1モータ3を駆動して発電させる場合に、エンジン2を効率が良い低回転数域もしくは中回転数域で運転し、第1モータ3を高回転数域で回転させることができる。そのため、エンジン2および第1モータ3によって効率よく発電することができる。そして、第1モータ3として、高回転型のモータを使用することができる。さらに、第1モータ3を高回転型のものにすることにより、第1モータ3の最大出力が大きくなる。そのため、第1モータ3の出力に余裕が生じ、その分、第1モータ2を小型化することができる。すなわち、第1モータ3として、高回転型の小型モータを使用することができる。その結果、このハイブリッド駆動装置1を搭載した車両Veの燃費および動力性能を維持しつつ、ハイブリッド駆動装置1の小型化を図ることができる。
さらに、この図1に示すハイブリッド駆動装置1は、上記のような第1モータ3に加えて、第2モータ11を備えている。第2モータ11は、第1モータ3と同様に、車両Veの駆動力源として使用することが想定されていて、例えば、永久磁石式の同期モータ(PM)、あるいは、誘導モータ(IM)などによって構成されている。第2モータ11は、上記の第1モータ3および入力軸4aと同一の回転中心軸線上に配置されており、第2モータ11のモータ回転軸(図示せず)と入力軸4aとが連結されている。したがって、クラッチ5を解放してモータ回転軸3aと入力軸4aとの間のトルク伝達を遮断した状態で、第2モータ11の出力トルクによって駆動力を発生させることができる。また、クラッチ5を係合してモータ回転軸3aと入力軸4aとを連結させた場合には、第2モータ11は第1モータ3と同期して回転する。そのため、第1モータ3と同様に、この第2モータ11としても、高回転型の小型モータを使用することができる。
以下、図2から図5に、この発明を適用したハイブリッド駆動装置の他の例を示してある。なお、以下の説明では、既述した構成と同じものは、図1と同一の参照符号を付けて詳細な説明を省略する。
前述の図1に示したハイブリッド駆動装置1では、この発明における「増速機構」が、複数の大径ギヤと小径ギヤとを組み合わせた歯車伝動機構によって構成されている。それに対して、図2に示すハイブリッド駆動装置101では、この発明における「増速機構」に相当する増速機構102が、2つのプーリ間にベルトを掛け渡して伝動するベルト伝動機構によって構成されている。
図2に示す例では、増速機構102は、ベルト式無段変機構によって構成されている。増速機構102は、前述の増速機構8と同様に、エンジン2の出力軸(図示せず)と第1モータ3のモータ回転軸3aとの間に設けられている。そして、増速機構102は、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達する所定の増速比を設定することが可能なように構成されている。
増速機構102がベルト式無段変速機構で構成されることにより、エンジン2で第1モータ3を駆動して発電させる場合に、増速機構102で適切な増速比を設定し、エンジン2を効率が良好な回転数で運転することができる。それとともに、第1モータ3を高回転数域で回転させることができる。そのため、第1モータ3として、高回転型の小型モータを使用することができる。その結果、このハイブリッド駆動装置101を搭載した車両Veの燃費および動力性能を維持しつつ、ハイブリッド駆動装置101の小型化を図ることができる。
なお、この図2では、増速機構102がベルト式無段変速機機構で構成された例を示しているが、この発明における「増速機構」は、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達する所定の増速比が設定(固定)されたベルト伝動機構によって構成することもできる。
前述の図1,図2に示したハイブリッド駆動装置1,101が、いずれも、前輪駆動方式の車両Veに搭載されたものであるのに対して、図3に示すハイブリッド駆動装置201は、四輪駆動方式の車両Veに搭載されている。すなわち、この図3に示す車両Veは、エンジン2および第1モータ3によって前輪9,10を駆動するとともに、第2モータ202によって後輪203,204を駆動することも可能なように構成されている。
ハイブリッド駆動装置201は、前述のハイブリッド駆動装置1およびハイブリッド駆動装置101と同様に、モータ回転軸3aのトルクを減速し、かつ、左右の駆動輪(前輪)9,10へ分配して伝達するデファレンシャル機構4を備えている。それ加え、ハイブリッド駆動装置201は、第2モータ202のモータ回転軸202aのトルクを減速し、かつ、左右の駆動輪(後輪)203,204へ分配して伝達するデファレンシャル機構205を備えている。
デファレンシャル機構205は、前述のデファレンシャル機構4とほぼ同様の構成であり、左右一対の遊星歯車機構、それら左右の遊星歯車機構を連結する結合軸、第2モータ202と結合軸の間でトルクを伝達する伝動機構、および、左右の遊星歯車機構の間でトルクを反転させて伝達する反転機構などから構成されている。伝動機構および結合軸を介して左右の遊星歯車機構の各サンギヤに伝達されたトルクは、左右の第3駆動軸206および第4駆動軸207に分配されて伝達されるように構成されている。第3駆動軸206には、左側の後輪である駆動輪203が連結され、第2駆動軸207には、右側の後輪である駆動輪204が連結されている。
第2モータ202は、前述の第2モータ11と同様に、例えば、永久磁石式の同期モータ(PM)、あるいは、誘導モータ(IM)などによって構成されている。この第2モータ202は、デファレンシャル機構205の入力軸205aと同一の回転中心軸線上に配置されており、第2モータ202のモータ回転軸202aと入力軸205aとが連結されている。したがって、第2モータ202の出力トルクにより、後輪で駆動力を発生させることができる。
図4に示すハイブリッド駆動装置301は、後輪駆動方式の車両Veを構成している。ハイブリッド駆動装置301は、主要な構成要素として、エンジン2、第1モータ3、第2モータ11、クラッチ302、および、減速機構303を備えている。さらに、エンジン2と第1モータ3との間には、後述するように、エンジン2の出力トルクを増速して第1モータ3のモータ回転軸3aに伝達する増速機構304が設けられている。
図4に示す例では、エンジン2が、いわゆる縦置きされている。そして、エンジン2の出力軸(図示せず)の回転中心軸線上に、第第1モータ3および第2モータ11が直列に配置されている。第1モータ3は、エンジン2と第2モータ11との間に配置されており、第1モータ3のモータ回転軸3aは、エンジン2側と第2モータ11側の両方に突出している。
第1モータ3のモータ回転軸3aと第2モータ11のモータ回転軸11aとの間に、クラッチ302が設けられている。第2モータ11は、クラッチ302とハイブリッド駆動装置301の出力軸301aとの間に配置されており、第2モータ11のモータ回転軸11aは、クラッチ202側とハイブリッド駆動装置301の出力軸側の両方に突出している。
モータ回転軸11aと出力軸301aとの間に、減速機構303が設けられている。減速機構303は、モータ回転軸11aのトルクを減速して出力軸301aへ伝達するように構成されている。この図4に示すハイブリッド駆動装置301では、減速機構303は、リングギヤを回転不可能に固定したシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、リングギヤが固定されたシングルピニオン型の遊星歯車機構のサンギヤにモータ回転軸11aを連結し、キャリアに出力軸301aを連結することにより、上記のような減速機構303を構成することができる。
出力軸301aにプロペラシャフト305が連結されている。プロペラシャフト305の先端に、デファレンシャルギヤ306を介して、左右の駆動軸307,308および左右の駆動輪(後輪)309,310が、それぞれ連結されている。
図4に示す例では、クラッチ302は、モータ回転軸3aとモータ回転軸11aとの間のトルク伝達を選択的に遮断するように構成されている。すなわち、クラッチ302を係合することにより、モータ回転軸3aとモータ回転軸11aおよび出力軸301aとが連結される。また、クラッチ302を解放することにより、モータ回転軸3aとモータ回転軸11aおよび出力軸301aとの間のトルク伝達が遮断される。したがって、クラッチ302を係合してモータ回転軸3aとモータ回転軸11aおよび出力軸301aとを連結することにより、エンジン2および第1モータ3の少なくともいずれかの出力トルクを駆動輪309,310へ伝達し、駆動力を発生させることができる。一方、クラッチ302を解放してモータ回転軸3aとモータ回転軸11aおよびプロペラシャフト305との間のトルク伝達を遮断することにより、エンジン2の出力トルクによって第1モータ3を駆動し、第1モータ3で発電することができる。
前述したように、エンジン2の出力軸(図示せず)と第1モータ3のモータ回転軸3aとの間には、増速機構304が設けられている。増速機構304は、エンジン2の出力トルクを増速してモータ回転軸3aへ伝達するように構成されている。この図4に示すハイブリッド駆動装置301では、増速機構304は、リングギヤを回転不可能に固定したシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、リングギヤが固定されたシングルピニオン型の遊星歯車機構のキャリアにエンジン2の出力軸を連結し、サンギヤにモータ回転軸3aを連結することにより、上記のような増速機構304を構成することができる。
上記のように、この図4に示す例では、縦置きのエンジン2を搭載したハイブリッド駆動装置301により、後輪駆動方式の車両Veを構成することができる。したがって、縦置きのエンジンおよび変速機を搭載して従来の後輪駆動方式の車両に対して、従来のエンジンおよび変速機の配置スペースに、容易に、このハイブリッド駆動装置301を配置し、後輪駆動方式のハイブリッド車両Veを構成することができる。
図5に示すハイブリッド駆動装置401では、前述の図4に示したハイブリッド駆動装置301における増速機構304の代わりに、二段変速機構402が設けられている。二段変速機構402は、エンジン2の出力トルクを増速して、もしくは、エンジン2の出力トルクをそのまま、モータ回転軸3aへ伝達するように構成されている。
具体的には、図6に示すように、二段変速機構402は、遊星歯車機構403、および、電磁クラッチ機構404から構成されている。遊星歯車機構403は、前述の増速機構304と同様に、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。この図6に示す例では、遊星歯車機構403のサンギヤ403aが、第1モータ3のモータ回転軸3aに連結されている。遊星歯車機構403のキャリア403bは、エンジン2の出力軸2aに連結されている。遊星歯車機構403のリングギヤ403cは、後述する電磁クラッチ機構404を介して、選択的にハイブリッド駆動装置401のケース401aに回転不可能に固定されるように構成されている。
電磁クラッチ機構404は、通電されることにより作動して遊星歯車機構403のキャリア403bとリングギヤ403cとを係合させる励磁作動型のクラッチ機構である。電磁クラッチ機構404は、主に、ステータ404a、永久磁石404b、および、ソレノイド404cから構成されている。ステータ404aは、遊星歯車機構403の回転方向へは回転不可能であり、かつ、遊星歯車機構403の回転中心軸線方向へ移動が可能なように、例えばスプライン等を用いて、ケース401aに組み付けられている。
電磁クラッチ機構404は、ソレノイド404cへの通電がない状態では、永久磁石404bの磁力によってリングギヤ403cとステータ404aとが係合するように構成されている。そして、ソレノイド404cに通電することにより、ソレノイド404cで発生する電磁力と永久磁石404bの磁力とを反発させ、リングギヤ403cとステータ404aとが係合を解くとともに、リングギヤ403cとキャリア403bとを係合させるように構成されている。したがって、電磁クラッチ機構404は、ソレノイド404cに通電してリングギヤ403cとキャリア403bとを係合させることにより、遊星歯車機構403を全ての回転要素が一体に回転する状態にして、エンジン2の出力軸2aと第1モータ3のモータ回転軸3aとを直結するように構成されている。
上記のように、この図5に示す例では、二段変速機構402により、エンジン2の出力トルクを増速して第1モータ3へ伝達する状態と、エンジン2と第1モータ3とを直結し、エンジン2の出力トルクを減速機構303を介して駆動輪309,310へ伝達する状態とを設定することができる。エンジン2の出力トルクを増速して第1モータ3へ伝達することにより、前述した他の例と同様に、このハイブリッド駆動装置401を搭載した車両Veの燃費および動力性能を維持しつつ、ハイブリッド駆動装置401の小型化を図ることができる。また、エンジン2と第1モータ3とを直結し、エンジン2の出力トルクを減速して駆動輪309,310へ伝達することにより、車両Veの低速時の動力性能を向上させることができる。
1,101,201,301,401…ハイブリッド駆動装置、 2…エンジン、 3…第1モータ(モータ)、 3a…モータ回転軸、 4…デファレンシャル機構(減速機構,差動機構)、 5,302…クラッチ、 8,304…増速機構、 9,10…駆動輪、 11…第2モータ、 102…ベルト式無段変速機構(増速機構)、 303…減速機構、 402…二段変速機構(増速機構)、 Ve…車両。
Claims (1)
- 車両の駆動力源として機能するエンジンおよびモータと、前記エンジンの出力トルクが伝達される前記モータのモータ回転軸と、前記モータ回転軸のトルクを減速する減速機構と、前記減速機構により減速された前記トルクを前記車両の車幅方向における左右の駆動輪へ分配して伝達する差動機構と、前記モータ回転軸と前記減速機構との間のトルク伝達を選択的に遮断するクラッチと、を備えたハイブリッド駆動装置において、
前記エンジンと前記モータとの間に、前記エンジンの出力トルクを増速して前記モータ回転軸へ伝達する増速機構を備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
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CN110949115A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-03 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种混合动力驱动系统及车辆 |
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