JP2018099999A

JP2018099999A - ハイブリッド車両の駆動装置

Info

Publication number: JP2018099999A
Application number: JP2016247144A
Authority: JP
Inventors: 治郎磯村; Jiro Isomura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-28

Abstract

【課題】ギヤノイズや異音を要因とした振動や騒音を低減させることができるハイブリッド車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動力源としてエンジン１とロータ３ａを有するモータ３とを備え、前記ロータ３ａに連結された第１回転軸３ｂと、前記第１回転軸３ｂと平行に配置され、かつ前記エンジンからの動力が伝達される第２回転軸１３と、前記第１回転軸３ｂおよび前記第２回転軸１３に設けられ、かつ前記第１回転軸３ｂおよび前記第２回転軸１３を動力伝達可能に連結するギヤ対２１とを備えたハイブリッド車両の駆動装置において、前記第１回転軸３ｂは、前記ロータ３ａに前記ギヤ２１対側から挿入されかつ嵌合し、前記ロータ３ａに対する前記嵌合の長さが、前記ロータ３ａの厚みの少なくとも半分の位置である。
【選択図】図２

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンとモータとを備え、特にエンジンの回転変動による振動や騒音を低減させるハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンと二つのモータとを備えたハイブリッド車両の駆動装置が記載されている。このハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンが出力した動力を、第１モータ側と駆動軸側とに分配して伝達する動力分配機構が設けられている。上記の動力分配機構は、サンギヤ、キャリア、ならびに、リングギヤの回転要素からなるシングルピニオン型の遊星歯車機構から構成されている。また、このハイブリッド車両の駆動装置には、大径のギヤと小径のギヤとからなるリダクションギヤ（減速機構）が設けられている。このように歯車を利用して動力を伝達する機構（動力伝達機構）では、互いに噛み合う駆動側と歯車と被駆動側の歯車との回転により駆動側から被駆動側へ動力を伝達するので、剛性や摩耗などに対する高い耐久性などの機械的な強度が要求される。また、これら動力分配機構やリダクションギヤは、回転しつつ動力を伝達するので振動やそれに伴う騒音（ガタ打ち音）が生じやすい。そこで、特許文献１に記載された駆動装置では、例えば、上記の振動によって、駆動装置のケースに回転軸などの回転部材が衝突して生じるガタ打ち音を低減するために、回転部材とケースの内壁との間に弾性部材が設けられている。

国際公開第２０１３／１２８５８６号

特許文献１に記載されている駆動装置によれば、上述した回転部材とケースの内壁との間に弾性部材を設けることによって、その弾性部材が回転部材をケースの内壁に向かって押し付けるので、ガタ打ちが発生しても回転部材は内壁側に衝突させられる。そのため、ケースの外壁側にはガタ打ちによる衝撃力が入力されないので、ケースの外壁の表面が振動することによるガタ打ち音が低減される。一方、上述したような歯車を用いた動力伝達機構では、上記の振動やガタ打ち音に加えて、歯車同士の噛み合いにおけるギヤノイズやエンジンの回転変動による異音（ガラ音とも称する）が発生する。しかしながら、上述した特許文献１の駆動装置では、ケースとのガタ打ち音を低減できるものの、上記のギヤノイズや異音までを考慮したものではない。したがって、このギヤノイズや異音を要因として振動あるいは騒音が増大するおそれがあり改善の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目して創作されたものであり、ギヤノイズや異音を要因とした振動や騒音を低減させることができるハイブリッド車両の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、駆動力源としてエンジンとロータを有するモータとを備え、前記ロータに連結された第１回転軸と、前記第１回転軸と平行に配置され、かつ前記エンジンからの動力が伝達される第２回転軸と、前記第１回転軸および前記第２回転軸に設けられ、かつ前記第１回転軸および前記第２回転軸を動力伝達可能に連結するギヤ対とを備えたハイブリッド車両の駆動装置において、前記第１回転軸は、前記ロータに前記ギヤ対側から挿入されかつ嵌合し、前記ロータに対する前記嵌合の長さが、前記ロータの厚みの少なくとも半分の位置であることを特徴とするものである。

この発明のハイブリッド車両の駆動装置によれば、第１回転軸が、第１回転軸と第２回転軸とに設けられたギヤ対側からロータに挿入されかつ嵌合している。また、その嵌合の長さは、軸線方向におけるロータの厚みの少なくとも半分の位置になるように構成されている。つまり、前掲した国際公開第２０１３／１２８５８６号などの従来知られている構成に比べて、第１回転軸とロータとを嵌合した第１回転軸の先端の位置がロータ側になり、つまり回転軸の長さが長くなるように構成されている。そのため、その第１回転軸における剛性は低下し、その結果、上記のギヤ対におけるエンジンからの回転変動によって生じる異音（ガラ音）を低減させることができる。また、上述したように剛性が低減することによって、第１回転軸における共振点も低周波側に変位するため、上記のギヤ対で生じるギヤノイズを低減させることができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両におけるパワートレーンの一例を模式的に示す図である。この発明の実施形態における一例を示す図であって、第２モータの回転軸ならびにその回転軸に連結されたギヤ対の断面図を示す図である。この発明の実施形態における回転軸のコンプライアンスおよび動剛性を説明する図であって、（ａ）は、コンプライアンスと周波数との関係を示す図であって、（ｂ）は、動剛性と周波数との関係を示す図である。図２に示す第２モータの回転軸、ロータ軸、ならびにケースの組み付け方を説明する図である。この発明の実施形態における他の例を説明する図である。

つぎに、この発明の実施形態を図を参照しつつ説明する。図１は、この発明で対象とするハイブリッド車両の駆動装置の一例を示す図であって、そのハイブリッド車両Ｖｅ（以下、単に車両Ｖｅとも記す）のパワートレーンの一例を示すスケルトン図である。このパワートレーンには、主原動機としてエンジン（ＥＮＧ）１、および、第１モータ（ＭＧ１）２ならびに第２モータ（ＭＧ２）３の複数の駆動力源を備えている。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３が出力する駆動力を駆動軸５および駆動輪６に付加することができるように構成されている。

第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能（発電機能）との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ２および第２モータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータあるいは誘導モータなどの交流モータが用いられる。なお、上記の第１モータ２および第２モータ３は、図示しないインバータなどを介してバッテリやキャパシタなどの蓄電装置に電気的に接続されており、その蓄電装置から電力が給電され、または発電した電力を蓄電装置に充電することもできるように構成されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と駆動輪６との間でトルクを伝達する伝動機構であり、サンギヤ７、リングギヤ８、および、キャリア９を有する遊星歯車機構によって構成されている。図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構のサンギヤ７に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ８が配置されている。これらサンギヤ７とリングギヤ８とに噛み合っているピニオンギヤ１０がキャリア９によって自転および公転が可能なように保持されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と同一の軸線上に配置されている。動力分割機構４を構成している遊星歯車機構のキャリア９に、エンジン１の出力軸１ａが連結されている。その出力軸１ａは、エンジン１から駆動輪６に到る動力伝達経路において動力分割機構４の入力軸となる。また、キャリア９には、エンジン１の出力軸１ａが連結されていることに加えて、オイルポンプ１１の回転軸１１ａが連結されている。なお、図１には省略してあるものの、エンジン１とキャリア９との間に適宜のダンパやトルクリミッタを設けてもよい。

遊星歯車機構のサンギヤ７には、第１モータ２が連結されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側（図１の左側）に配置されている。その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転する回転軸２ｂが、サンギヤ７に連結されている。なお、回転軸２ｂおよびサンギヤ７の回転軸は中空軸になっている。それら回転軸２ｂおよびサンギヤ７の回転軸の中空部に、上記のオイルポンプ１１の回転軸１１ａが配置されている。すなわち、その回転軸１１ａは、上記の中空部を通ってエンジン１の出力軸１ａに連結されている。

遊星歯車機構のリングギヤ８の外周部分に、外歯歯車の出力ギヤ１２がリングギヤ８と一体に形成されている。また、動力分割機構４および第１モータ２の回転軸線と平行に、カウンタシャフト１３が配置されている。このカウンタシャフト１３の一方（図１での右側）の端部に、上記の出力ギヤ１２と噛み合うカウンタドリブンギヤ１４が一体となって回転するように取り付けられている。このカウンタドリブンギヤ１４は、出力ギヤ１２よりも大径に形成されており、出力ギヤ１２から伝達されたトルクを増幅させるように構成されている。一方、カウンタシャフト１３の他方（図１での左側）の端部には、カウンタドライブギヤ（ファイナルドライブギヤ）１５がカウンタシャフト１３に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ１５は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１６のデフリングギヤ（ファイナルドリブンギヤ）１７と噛み合っている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８は、上記の出力ギヤ１２、カウンタシャフト１３、カウンタドリブンギヤ１４、カウンタドライブギヤ１５、および、デフリングギヤ１７からなる出力ギヤ列１８を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

この車両Ｖｅのパワートレーンは、上記の動力分割機構４から駆動軸５および駆動輪６に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加することができるように構成されている。具体的には、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転する回転軸３ｂが、上記のカウンタシャフト１３と平行に配置されている。その回転軸３ｂの先端（図１での右端）に、上記のカウンタドリブンギヤ１４と噛み合うドライブギヤ１９が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８には、上記のようなデフリングギヤ１７およびドライブギヤ１９を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。すなわち、リングギヤ８は、第２モータ３と共に、デフリングギヤ１７を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。なお、上記の第２モータ３が、この発明の実施形態における「モータ」に相当し、第２モータ３の回転軸３ｂがこの発明の実施形態における「第１回転軸」に相当し、カウンタシャフト１３がこの発明の実施形態における「第２回転軸」に相当する。

また、この車両Ｖｅのパワートレーンにおけるケーシング２０は、前述の図１に示すように、エンジン１のクランクケース（図示せず）に連結されるハウジング２０ａと、ハウジング２０ａに連結され、ケーシング２０の胴体部分を構成して主要な歯車機構や各モータ２，３などを収容するケース２０ｂと、ケース２０ｂにおけるハウジング２０ａ側（エンジン１側）と反対側の後端２０ｃが開口する開口部（図１での左側）に連結されるリアカバー２０ｄとから構成されている。そして、これらハウジング２０ａ、ケース２０ｂ、ならびに、リアカバー２０ｄの各部材の軸線方向における端面をボルト等によって締結することにより一つのケーシング２０として機能するように構成されている。

このように構成されたハイブリッド車両Ｖｅでは、上述したように、エンジン１から動力が、動力分割機構４、および、出力ギヤ列１８を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結され、また、デフリングギヤ１７およびドライブギヤ１９を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。つまり、エンジン１の爆発による回転変動が、上記の各ギヤ対に伝達される。したがって、例えば、第２モータ３の回転軸３ｂ、ならびに、その回転軸３ｂの端部に取り付けられたドライブギヤ１９には、エンジン１からの回転変動が伝達され、ドライブギヤ１９の回転方向、あるいは、ドライブギヤ１９とカウンタドリブンギヤ１４とがはす歯歯車から構成されていることにより第２モータ３の回転軸３ｂに軸線方向における回転変動が伝達される。

そのような場合に、例えば、ハイブリッド走行モード（ＨＶモード）で第２モータ３がＯＮされている場合には、エンジン１からの回転変動によって、第２モータ３の回転軸３ｂに連結されたドライブギヤ１９と、そのドライブギヤ１９に噛み合うカウンタドリブンギヤ１４とのギヤ対２１の歯面に作用するトルクが変化する。また、例えば、第２モータ３が回生状態である被駆動の状態から電気走行モード（ＥＶモード）の駆動の状態に切り替わる際には、第２モータ３の回転方向が変化して瞬間的にトルク抜けが生じる。つまり、このように第２モータ３がＯＮされた状態において、回転軸３ｂに連結されたギヤ対２１の歯面に作用するトルクが変化するなどによって第２モータ３におけるギヤ対２１が浮遊状態（フロートとも称する）となる場合がある。そして、このような場合には、そのギヤ対２１、すなわちドライブギヤ１９とそのドライブギヤ１９に噛み合うカウンタドリブンギヤ１４との間で異音（ガラ音）が発生する。さらに、第２モータが回転する際には、ドライブギヤ１９とカウンタドリブンギヤ１４との間でギヤノイズが発生する。このギヤノイズは、例えばギヤ対２１の歯面が摩耗することによる噛み合い伝達誤差や動剛性の変化などが要因となって発生する。なお、ここでいう噛み合い伝達誤差とは、歯車が噛み合う時にドライブギヤ１９の回転変位に対するカウンタドリブンギヤ１４の回転変位の誤差（遅れまたは進み）である。したがって、このような異音やギヤノイズを要因として振動や騒音が発生する。そのため、この発明の実施形態においては、その異音やギヤノイズを低減させるために、第２モータ３の回転軸３ｂにおける剛性を低減させるように構成されている。

図２は、その第２モータ３、回転軸３ｂ、ならびに、回転軸３ｂに取り付けられたギヤ対２１を具体的に示した断面図であって、回転軸３ｂとロータ軸３ｃの嵌合されている位置が従来よりロータ３ａ側に向けて延伸しており、図２に示す例では、回転軸３ｂの先端（図２での左側）が第２モータ３のロータ軸３ｃを支持する軸受２２付近でスプライン嵌合されている。すなわち、従来の構造では、例えば前掲の国際公開第２０１３／１２８５８６号に記載されているように、軸受２３の外周側でロータ軸３ｃと第２モータ３の回転軸３ｂとがスプライン嵌合しており、回転軸３ｂの長さは軸受２４から軸受２３付近までとされている。これに対して、図２に示す例では、上記のスプライン嵌合の位置が従来に比べてロータ３ａ側に向けて延伸しており、回転軸３ｂの長さは、軸受２４から軸受２２付近までとされている。

より具体的に説明すると、先ず、図２に示すように、第２モータ３のロータ軸３ｃは、そのロータ軸３ｃの両端でかつ外周側に設けられている軸受２２および軸受２３によってケーシング２０に対して回転可能に支持されている。また、回転軸３ｂは、軸受２４および軸受２５によってケーシング２０に対して回転可能に支持されている。そして、これら回転軸３ｂおよびロータ軸３ｃは、スプライン嵌合によって相対回転不能に連結されている。つまり、回転軸３ｂの軸線方向において回転軸３ｂの外周面にはスプライン歯２６が形成されており、ロータ軸３ｃの軸線方向においてロータ軸３ｃの内周面にはスプライン歯２７が形成され、これらが互いに相対回転不能に嵌合されている。なお、この回転軸３ｂとロータ軸３ｃとを嵌合する位置は、少なくとも、ロータ軸３ｃの軸線方向において、ロータ３ａの厚みの半分の位置であればよい。

このように、回転軸３ｂとロータ軸３ｃとの嵌合する位置を、従来より少なくとも軸線方向でロータ３ａ側に向けて、ロータ３ａの厚さの半分の位置とすることにより、回転軸３ｂの長さが長くなり、回転軸３ｂの捩り方向の剛性を低下させることができる。そのため、上述したように、第２モータ３がＯＮの状態で生じる異音を低減させることができる。つまり、カウンタドリブンギヤ１４とドライブギヤ１９とのギヤ対２１で発生する異音（ガラ音）を低減させることができる。

また併せて、このように回転軸３ｂの長さを長くすることによって、回転軸３ｂの共振点を低周波数側に変位させることができる。図３（ａ）は、回転軸３ｂが駆動の場合（ドライブ側）と被駆動の場合（ドリブン側）との変位を示したものであって、図示するＨ１は駆動側の変位を示し、Ｈ２は被駆動側の変位を示している。また、縦軸がコンプライアンスを示し、横軸が周波数を示している。なお、上記のコンプライアンスとは、回転軸３ｂが外力を受けたときにその影響を受けて回転軸３ｂが回転する傾向を示す数値であって、そのコンプライアンスが大きいほど（すなわち剛性が低いほど）、回転軸３ｂは加えられた力によって回転しやすくなる。そして、そのコンプライアンスの示す曲線は、図３（ａ）のようにその曲線の変位を周波数として示す。また、このコンプライアンスは剛性の逆数で示すことができる。

図３に示す例では、特に、所定の範囲Ａにおいて共振点を低減させるように構成された例を示している。この所定の範囲Ａとは、上述したギヤノイズ等による振動によって運転者や搭乗者が違和感を感じやすい範囲である。したがって、この発明の実施形態では、上述したように、回転軸３ｂの長さを長くすることによって回転軸３ｂの剛性を低減させることができ、それに伴って、共振点が低周波側に変位する。より具体的には、その回転軸３ｂの共振点は、破線で囲った従来の場合の共振点と比べて低周波側に変位する。そのため、このように共振点を低周波側に変位させることができるためカウンタドリブンギヤ１４とドライブギヤ１９とのギヤ対２１で発生するギヤノイズを低減させることができる。つまり、この発明の実施形態によれば、回転軸３ｂとロータ軸３ｃとの嵌合する位置を従来よりロータ３ａ側とし、回転軸３ｂの長さを所定の長さ以上に長くすることで、その回転軸３ｂの剛性ならびに共振点を低減させることができ、言い換えればこのような簡単な構成によって、ギヤノイズと異音との双方を低減させることができる。

さらに、このように回転軸３ｂの長さを長くすることによって共振点が低周波側に変位するため、Ｈ１が示すコンプライアンスは大きくなる。言い換えれば、そのコンプライアンスの逆数である動剛性は低減される。そのため、図３（ａ）で示した所定の範囲Ａに対応する動剛性も図３（ｂ）に示すように低減する。

つぎに、上述した回転軸３ｂとロータ軸３ｃとの嵌合する位置をロータ３ａ側に延伸させた場合の回転軸３ｂと第２モータとの組み付け方について説明する。図４は、図２に示した構成を分解したものであって、ケーシング２０の一部、第２モータ３、第２モータ３の回転軸３ｂ、ならびに、カウンタシャフト１３を示している。先ず、図４に示すように、ケーシング２０に対して、ロータ３ａ、ロータ軸３ｃ、そのロータ軸３ｃを支持する軸受２２，２３が一体となった第２モータ３を組み付ける。ついで、カウンタドリブンギヤ１４が取り付けられたカウンタシャフト１３をケーシング２０に組み付けつつ、それと同時にカウンタドリブンギヤ１４とドリブンギヤ１９とを噛ませながら回転軸３ｂを支持する軸受２４，２５が一体となった回転軸３ｂをロータ軸３ｃに連結させる。なお、上記のカウンタシャフト１３と回転軸３ｂとを同時に組み付ける工程は、必ずしも同時でなくてもよく、その場合には、回転軸３ｂを二等分などに分割して、分割した一方の回転軸３ｂを先にロータ軸３ｃと連結させる。つまり、回転軸３ｂを分割した場合には、組み付ける際に、カウンタシャフト１３と回転軸３ｂとを同時に組み付けることがない程度に、回転軸３ｂの長さを分割する。その場合には、上述したように、先に分割した一方の回転軸３ｂをロータ軸３ｃと連結する。そして、それ以降の順序は上述した順序と同様であって、ケーシング２０に第２モータ３を取り付け、カウンタシャフト１３、分割した他方の回転軸３ｂの順に取り付けることによって、組み付けることができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。例えば、上述した実施形態では、回転軸３ｂの長さを長くすることによって剛性を低減させている。要は、この発明の実施形態では、回転軸３ｂの剛性を低減させることができればよく、例えば、図５に示すように、その回転軸３ｂの長さに代えて回転軸３ｂの一部の外径（厚さ）の大きさを変更することによって、剛性を低減させてもよい。具体的には、図５に示す例では、ドライブギヤ１９と軸受２５との間の回転軸３ｂの外径を従来より小さく、あるいは、回転軸３ｂにおける先端の外径より小さくするように構成されている。また、回転軸３ｂの長さと、回転軸３ｂの外径の大きさとの両方を調整して剛性を低減させてもよい。さらに、上述した例では、第２モータ３の回転軸３ｂの長さを変更したが、同様の効果を得られれば第２モータ３の回転軸３ｂでなくその他の回転軸の長さや外径の大きさを変更してもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ）、１ａ…出力軸、２…第１モータ（ＭＧ１）、２ａ，３ａ…ロータ、２ｂ，３ｂ、１１ａ…回転軸、３…第２モータ（ＭＧ２）、３ｃ…ロータ軸、４…動力分割機構（伝動機構）、５…駆動軸、６…駆動輪、７…サンギヤ、８…リングギヤ、９…キャリア、１０…ピニオンギヤ、１１…オイルポンプ、１２…出力ギヤ、１３…カウンタシャフト、１４カウンタドリブンギヤ、１５…カウンタドライブギヤ、１６…デファレンシャルギヤ、１７…デフリングギヤ、１８…出力ギヤ列、１９…ドライブギヤ、２０…ケーシング、２０ａ…ハウジング、２０ｂ…ケース、２０ｃ…リアカバー、２１…ギヤ対、２２，２３，２４，２５…軸受、２６，２７…スプライン歯、Ｖｅ…車両。

Claims

駆動力源としてエンジンとロータを有するモータとを備え、前記ロータに連結された第１回転軸と、前記第１回転軸と平行に配置され、かつ前記エンジンからの動力が伝達される第２回転軸と、前記第１回転軸および前記第２回転軸に設けられ、かつ前記第１回転軸および前記第２回転軸を動力伝達可能に連結するギヤ対とを備えたハイブリッド車両の駆動装置において、
前記第１回転軸は、前記ロータに前記ギヤ対側から挿入されかつ嵌合し、前記ロータに
対する前記嵌合の長さが、前記ロータの厚みの少なくとも半分の位置である
ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。