JP2019077357A - ハイブリッド車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができるハイブリッド車用駆動装置を提供する。【解決手段】エンジン２と動力分割機構７と第１モータ３とが第１の軸線Ｌ１上に配置され、第２モータ４と第２モータ４のトルクを出力する出力部材９Ｃとが第１の軸線Ｌ１と平行な第２の軸線Ｌ２上に配置され、デファレンシャルギヤ５が第１の軸線Ｌ１および第２の軸線Ｌ２と平行な第３の軸線Ｌ３上に配置され、出力要素７Ｃと出力部材９Ｃとデファレンシャルギヤ５とが１本のチェーン１３を有するチェーン伝動機構によって連結されている。【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの回転数を制御する機能のある第１のモータと、走行用の駆動力を出力する第２のモータと、終減速機としてのデファレンシャルギヤと、これらを連結する減速機構とを有するハイブリッド車用駆動装置に関するものである。

この種の駆動装置の一例が特許文献１に記載されている。その駆動装置は、エンジンが出力した動力を差動機構から構成された動力分割機構によって出力側と第１モータ側とに分割し、出力側の動力はカウンタギヤ機構を介して終減速機であるデファレンシャルギヤに伝達するように構成されている。その差動機構は、具体的には、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、そのキャリヤにエンジンのトルクが入力され、サンギヤには第１モータが連結されていて第１モータによって反力を作用させ、リングギヤからトルクを出力するようになっている。また、第１モータ側に分割された動力によって第１モータが発電機として機能するように駆動され、その電力が第２モータに供給されて第２モータが走行のための駆動力を出力する。この第２モータは、カウンタギヤ機構にトルクを伝達するように連結されている。したがって、第１モータおよびこれが連結されているサンギヤの回転数がほぼゼロの状態では、動力分割機構が増速機として機能することにより、エンジンが出力したトルクは、動力分割機構によって低減されてカウンタギヤ機構に伝達される。

カウンタギヤ機構は、ドリブンギヤと、そのドリブンギヤより小径のドライブギヤとを一体に回転するように同軸上に設け、ドリブンギヤを前記リングギヤと一体の出力ギヤに噛み合わせ、かつドライブギヤをデファレンシャルギヤにおけるリングギヤ（デフリングギヤ）に噛み合わせた構成であり、ドライブギヤとデフリングギヤとの間で減速作用が生じるようになっている。さらに、ドリブンギヤには、第２モータに連結されているドライブギヤが噛み合っている。そのドライブギヤはドリブンギヤより小径であり、したがって第２モータのドライブギヤとカウンタギヤ機構のドリブンギヤとの間、およびカウンタギヤ機構のドライブギヤとデフリングギヤとの間で減速作用が生じるように構成されている。

特開２０１３−１６６５４８号公報

特許文献１に記載された装置では、エンジンと同一の軸線上に動力分割機構である遊星歯車機構と第１モータとが配置され、またその軸線と平行にカウンタ軸が配置され、そのカウンタ軸に対して第２モータとデファレンシャルギヤとがそれぞれ平行に配置されている。すなわち、これらの構成部品を配列する軸線の数（軸数）は四軸となっている。それらの軸を中心に回転する回転軸や歯車などを支持する軸受や潤滑機構を各軸ごとに設けることになるので、軸数が多いことと併せてそれに付随する部品も多くなり、結局、特許文献１に記載された構成では、駆動装置の全体が大型化する可能性がある。四軸であっても、カウンタ軸などの全長が短い軸を他の軸の間に配置することも可能であるが、それらの軸を軸線方向にずらして配置する必要がある。そのため、軸線方向に並ぶ部材の数が多くなって、駆動装置の軸線方向の寸法（軸長）が長くなり、この点でも装置全体としての構成が大型化し、車載性が劣るものになる可能性がある。そして、特許文献１に記載された構成では、動力分割機構がエンジントルクについての増速機構として機能するので、カウンタギヤ機構による減速比を大きくする必要が生じ、そのために強度上の要請で、カウンタギヤ機構が大型化し、それに伴って駆動装置の全体としての構成が大型化する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、小型化が容易であって車載性を向上させることのできるハイブリッド車用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、エンジンと、発電機能のある第１モータと、エンジンが出力した駆動力を前記第１モータ側と出力要素側とに分割する動力分割機構と、左右の駆動輪にトルクを伝達する終減速機としてのデファレンシャルギヤと、前記出力要素から出力されたトルクにトルクを加減する第２モータとを有するハイブリッド車用駆動装置において、前記エンジンと前記動力分割機構と前記第１モータとが第１の軸線上に配置され、前記第２モータと前記第２モータのトルクを出力する出力部材とが前記第１の軸線と平行な第２の軸線上に配置され、前記デファレンシャルギヤが前記第１の軸線および前記第２の軸線と平行な第３の軸線上に配置され、前記出力要素と前記出力部材と前記デファレンシャルギヤとが１本のチェーンを有するチェーン伝動機構によって連結されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、第１の軸線ないし第３の軸線上にエンジンや各モータならびに動力分割機構およびデファレンシャルギヤを配列していわゆる三軸構造とすることができるので、駆動装置の全体としての構成を小型化することができる。また、チェーンが１本でありながら、動力分割機構の出力要素とデファレンシャルギヤとの回転数比（もしくは減速比）は、出力要素側のスプロケットとデファレンシャルギヤ側のスプロケットとの半径（もしくは歯数）の比率によって設定でき、また第２モータとデファレンシャルギヤとの回転数比（もしくは減速比）は、第２モータ側のスプロケットとデファレンシャルギヤ側のスプロケットとの半径（もしくは歯数）の比率によって設定できる。これらの各比率を設定するのにあたり、デファレンシャルギヤ側のスプロケットを共用しているとしても、前記出力要素側のスプロケットの半径もしくは歯数と、第２モータ側のスプロケットの半径もしくは歯数とをそれぞれ互いに干渉することなく独立して設定できるから、各比率（もしくは減速比）を好適な値に容易に設定することが可能になる。

この発明の実施形態を概念的に示すスケルトン図である。 各スプロケットにチェーンを巻き掛けた状態および各軸線の車載状態での位置を示す図である。 この発明の第２の実施形態を模式的に示す主断面図である。

図１にこの発明の実施形態をスケルトン図で概念的に示し、図２にその回転中心軸線の位置を模式的に示してある。これらの図に示すように、この発明の実施形態における駆動装置１は、三軸構造のハイブリッド駆動装置であり、駆動力源として、内燃機関であるエンジン（ＥＮＧ）２と、主として発電機として機能する第１モータ（ＭＧ１）３と、主として走行用の駆動力を出力するモータとして機能する第２モータ（ＭＧ２）４とを備えている。駆動装置１は、この駆動力源から出力された駆動力をデファレンシャルギヤ５によって左右の駆動輪６に出力するように構成されている。

この駆動装置１は、フロントエンジン・フロントドライブ車（ＦＦ車）やリヤエンジン・リヤドライブ車（ＲＲ車）などのいわゆるエンジン横置きタイプの車両に搭載され、かつデファレンシャルギヤ５を内蔵しているトランスアクスルである。車両（図示せず）の幅方向に向けて配置（搭載）されるエンジン２の回転中心軸線（以下、第１軸線と記す）Ｌ１上に、第１モータ３が配置され、そのエンジン２と第１モータ３との間に動力分割機構７が配置されている。なお、エンジン２の回転中心軸線は、エンジン２の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）の回転中心軸線である。第１モータ３はそのロータ３Ｒの中心軸線が第１軸線Ｌ１と一致するように配置されている。

動力分割機構７は、エンジン２が出力した駆動力を第１モータ３側と出力側とに分割し、また第１モータ３による反力をエンジン２に作用させてエンジン２の回転数を制御するための機構である。したがって動力分割機構７は三つの回転要素によって差動作用を行う機構であればよく、図１に示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構によって動力分割機構７が構成されている。その遊星歯車機構は、サンギヤ７Ｓと、サンギヤ７Ｓに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ７Ｒと、サンギヤ７Ｓおよびリングギヤ７Ｒに噛み合って自転および公転するピニオンギヤを保持しているキャリヤ７Ｃとを備えている。そのリングギヤ７Ｒにエンジン２が連結されている。なお、エンジン２とリングギヤ７Ｒとは、トルクコンバータなどの継手を介して連結されていてもよく、あるいはそのような継手を介さずに捩り振動ダンパーなどのダンパーを付設して連結されていてもよい。一方、サンギヤ７Ｓに第１モータ３のロータ３Ｒが連結されている。そして、キャリヤ７Ｃにチェーンスプロケット（以下、第１スプロケットと記す）８が取り付けられている。この第１スプロケット８は、動力分割機構７と第１モータ３との間で前記第１軸線Ｌ１上に配置されている。したがって動力分割機構７を構成している遊星歯車機構においては、リングギヤ７Ｒが入力要素となり、サンギヤ７Ｓが反力要素となり、キャリヤ７Ｃが出力要素となっている。

上記の第１軸線Ｌ１と平行で第１軸線Ｌ１より上側（駆動装置１の車載状態での上側）に第２の回転中心軸線（以下、第２軸線と記す）Ｌ２が設定されており、その第２軸線Ｌ２上に第２モータ４と減速機構９とが配置されている。第２モータ４は、上記の第１モータ３の半径方向で外側に配置され、これに対して減速機構９は上記の動力分割機構７の半径方向で外側に配置されている。したがって、前述した第１スプロケット８の位置を通りかつ前記各軸線Ｌ１，Ｌ２に垂直な面を挟んで、エンジン２側に減速機構９が配置され、これとは反対側（エンジン２とは反対側）に第２モータ４が配置されている。

減速機構９は、第２モータ４の出力トルクを増幅して出力するための機構であって、図１に示す例では、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おり、したがって前述した動力分割機構７と同様に、サンギヤ９Ｓと、リングギヤ９Ｒと、キャリヤ９Ｃとを備えている。そのサンギヤ９Ｓが第２モータ４のロータ４Ｒに連結されて入力要素となっており、これに対してリングギヤ９Ｒがケーシングなどの固定部１０に連結されて固定要素となっており、さらにキャリヤ９Ｃが出力要素となっている。なお、キャリヤ９Ｃがこの発明の実施形態における出力部材に相当している。これら第２モータ４と減速機構９との間にチェーンスプロケット（以下、第２スプロケットと記す）１１が配置されている。すなわち、第２スプロケット１１は、第２軸線Ｌ２上でかつ前述した第１スプロケット８の半径方向で外側に配置されている。したがって、各スプロケット８，１１は、前記各軸線Ｌ１，Ｌ２の軸線方向で同位置に配置されている。

デファレンシャルギヤ５は、従来知られている車両用のデファレンシャルギヤと同様の構成であって、サイドギヤやピニオンギヤ（それぞれ図示せず）を内蔵したデフケース５Ｃを有しており、そのデフケース５Ｃにはデフリングギヤに相当するチェーンスプロケット（以下、第３スプロケットと記す）１２が取り付けられている。そのデフケース５Ｃもしくは第３スプロケット１２が回転する中心線がデファレンシャルギヤ５の回転中心軸線（以下、第３軸線と記す）Ｌ３となっている。そして、デファレンシャルギヤ５はその第３軸線Ｌ３が上述した各軸線Ｌ１，Ｌ２と平行でかつ各軸線Ｌ１，Ｌ２より下側に位置するように配置されている。さらに、その第３スプロケット１２の各軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の軸線方向での位置は、上述した第１スプロケット８および第２スプロケット１１の位置と一致している。

上記の第１ないし第３のスプロケット８，１１，１２に１本のチェーン１３が巻き掛けられている。なお、チェーン１３はサイレントチェーンであることが好ましい。各スプロケット８，１１，１２にチェーン１３を巻き掛けた状態および各軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の車載状態での位置を図２に示してある。デファレンシャルギヤ５の位置は、駆動輪６の位置に基づいてほぼ決まり、そのデファレンシャルギヤ５に対して上側に第２モータ４が配置され、上下方向ではデファレンシャルギヤ５と第２モータ４との間でかつこれらに対して車両の前後方向にずれた位置にエンジン２や第１モータ３が配置されている。それらの回転中心軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３上に設けられているスプロケット８，１１，１２のうち第３スプロケット１２が最も大径であり、第２スプロケット１１の径は、第２モータ４とデファレンシャルギヤ５との間におけるトルク増幅率の要求値に基づいて第３スプロケット１２より小径に決められる。また、第１スプロケット８の径は、エンジン２が出力したトルクのうち動力分割機構７から出力されるトルクをデファレンシャルギヤ５に伝達する際に要求されるトルク増幅率に基づいて、第３スプロケット１２より小径に決められる。

上述した駆動装置１の作用について説明すると、駆動形態（駆動モード）としていわゆるシリーズ・パラレルハイブリッドモードが可能であって、これは、エンジン２が出力した動力の一部を動力分割機構７からデファレンシャルギヤ５に伝達するとともに、エンジン２が出力した動力の他の部分を電力に一旦変換し、これを第２モータ４によって機械的な動力に再変換してデファレンシャルギヤ５に伝達するモードである。すなわち、エンジン２が出力した駆動力は動力分割機構７における入力要素であるリングギヤ７Ｒに伝達される。一方、第１モータ３にはサンギヤ７Ｓを介してトルクが掛かるが、第１モータ３を発電機として機能させることによりサンギヤ７Ｓに反力トルクが作用する。その反力トルクによりエンジン２の回転数が制御され、エンジン回転数は第１モータ３の回転数および動力分割機構７を構成している遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤ７Ｓの歯数とリングギヤ７Ｒの歯数との比率）に基づいて決まる回転数に制御される。第１モータ３の回転数をゼロにした状態は、走行のための駆動力がエンジン２による駆動力のみになるメカニカルポイントであり、この状態ではキャリヤ７Ｃの回転数（出力回転数）に対してリングギヤ７Ｒの回転数（エンジン回転数）が高回転数になり、動力分割機構７は減速機として機能する。

動力分割機構７における出力要素であるキャリヤ７Ｃのトルクはチェーン１３および第１ならびに第３のスプロケット８，１２からなるチェーン伝動機構を介してデファレンシャルギヤ５に伝達される。その場合、第１スプロケット８に対して第３スプロケット１２が大径であってチェーン伝動機構が減速機として機能するので、動力分割機構７から出力されるトルク（直達トルクと称されることがある）が増幅されてデファレンシャルギヤ５に伝達される。

一方、第１モータ３と第２モータ４とは、蓄電装置やインバータなどからなるコントローラ（それぞれ図示せず）を介して互いに電気的に接続されており、第１モータ３が発電機として機能して生じた電力は第２モータ４に供給されて第２モータ４がモータとして機能し、駆動力を出力する。すなわち、エンジン２が出力した動力の一部は電力に一旦変換された後、第２モータ４によって機械的な動力に逆変換される。第２モータ４が出力したトルクは、チェーン１３および第２ならびに第３のスプロケット１１，１２からなるチェーン伝動機構を介してデファレンシャルギヤ５に伝達される。その場合、第２スプロケット１１に対して第３スプロケット１２が大径であってチェーン伝動機構が減速機として機能するので、第２モータ４から出力されるトルクが増幅されてデファレンシャルギヤ５に伝達される。

上述したようにこの発明の実施形態における駆動装置１では、トルクを発生し、またトルクを伝達する回転部材が３本の軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３上に配置されていればよいので、軸数を少なくして駆動装置１の全体としての構成を小型化することができる。また、トルクを伝達するための機構がチェーン伝動機構であるから、減速比を大きくするために軸間距離を減速比に応じた距離に設定する必要があるとしても、駆動側と被動側との軸同士の間にトルクの伝達を媒介する他の回転体を介在させる必要が無く、あるいは回転方向を揃えるための回転部材を介在させる必要が無いので、この点においても駆動装置１の全体としての構成を簡素化し、また小型化することが可能になり、また動力損失を低減することができる。る。さらに、図１に示す構成では、チェーン１３を挟んだ一方側に減速機構９および動力分割機構７ならびにエンジン２を配置し、これとは反対側に第１モータ３および第２モータ４を配置してあるので、車両の幅方向での左右のバランスが偏りの少ない良好なものになり、ひいては駆動装置１の軸線方向の寸法（全長）の増大を抑制しつつ、第２モータ４についての減速比を大きくし、第２モータ４の高回転・低トルク化が可能になる。そして、図１に示す構成では、動力分割機構７を構成している遊星歯車機構におけるリングギヤ７Ｒがエンジン２に連結されている入力要素となり、サンギヤ７Ｓが第１モータ３に連結されている出力要素となっているので、動力分割機構７はメカニカルポイントで減速機として機能する。そのため、例えば直達トルクのトルク増幅率を大きくすることができる。言い換えれば、第１スプロケット８と第３スプロケット１２とによる減速比を、動力分割機構７が減速機として機能する分、小さくすることができ、それに伴い第１スプロケット８の径を大きくして強度を増大させたり、軸間距離を短くして小型化を図ることができる。

図３にこの発明の実施形態をより具体的に示してある。ここに示す駆動装置１の基本的な構成は、前述した図１に示す構成とほぼ同様であり、したがって図３に示す構成のうち前述した図１に示す構成と同様の部分には図３に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。図３に示す例では、動力分割機構７の入力要素であるリングギヤ７Ｒは入力軸２０に一体化されている。この入力軸２０はエンジン２を動力分割機構７に連結するためのものであって、第１軸線Ｌ１上に配置され、エンジン２側の端部にダンパー２１が設けられている。また、動力分割機構７などを収容しているハウジング２２と入力軸２０との間に一方向クラッチ２３が設けられている。この一方向クラッチ２３は入力軸２０の逆回転（エンジン２の回転方向とは反対方向の回転）を阻止するためのものであり、第１モータ２が正回転方向に力行する際の反力をハウジング２２で受けてエンジン２が逆回転しないようにするためのものである。

ハウジング２２が取り付けられているケース２４には、隔壁部２５が設けられており、その隔壁部２５とハウジング２２との間に動力分割機構７および第１スプロケット８が配置されている。ケース２４における前記隔壁部２５とは反対側の開口部にエンドカバー２６が取り付けられており、このエンドカバー２６と隔壁部２５との間に第１モータ３が収容されている。第１モータ３のロータ軸３Ｓは、エンドカバー２６と隔壁部２５とに設けられた軸受によって回転可能に保持されている。さらに、エンドカバー２６にはオイルポンプ２７が収容されており、前記入力軸２０に連結されかつロータ軸３Ｓの内部を貫通しているポンプ軸２８がオイルポンプ２７に連結されている。すなわち、オイルポンプ２７はエンジン２によって駆動されて油圧を発生するように構成されている。なお、図３で符号２９はレゾルバーを示し、第１モータ３の回転数もしくは回転角度をレゾルバー２９によって検出するようになっている。

第２モータ４は、第１モータ３と同様に、エンドカバー２６と隔壁部２５との間に配置されており、そのロータ軸４Ｓはエンドカバー２６と隔壁部２５とに設けられた軸受によって回転可能に保持されている。そのロータ軸４Ｓのエンドカバー２６側の端部にレゾルバー３０が設けられている。第２モータ４のトルクを増幅する減速機構９は、ハウジング２２の内面側に形成された円筒部分の内部に収容されている。したがって、固定要素であるリングギヤ９Ｒはハウジング２２に連結されている。そして、第２スプロケット１１はその減速機構９と隔壁部２５との間に配置されている。この第２スプロケット１１および前記第１スプロケット８とは、デファレンシャルギヤ５における第３スプロケット１２と各軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の軸線方向で同位置に配置されており、これらのスプロケット８，１１，１２にチェーン１３が巻き掛けられている。

なお、この発明は上述した各実施形態に限定されないのであって、動力分割機構７や減速機構９は、上述した作動作用もしくは減速作用を行うように構成されていればよく、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限定されない。また、この発明の実施形態では、前述した減速機構９が設けられていなくてもよく、その場合には、第２モータ４のロータ軸が出力部材に相当することになる。

１…駆動装置、 ２…エンジン、 ３…第１モータ、 ３Ｒ…ロータ、 ３Ｓ…ロータ軸、 ４…第２モータ、 ４Ｒ…ロータ、 ４Ｓ…ロータ軸、 ５…デファレンシャルギヤ、 ５Ｃ…デフケース、 ６…駆動輪、 ７…動力分割機構、 ７Ｃ…キャリヤ、 ７Ｒ…リングギヤ、 ７Ｓ…サンギヤ、 ８…スプロケット、 ９…減速機構、 ９Ｃ…キャリヤ、 ９Ｒ…リングギヤ、 ９Ｓ…サンギヤ、 １０…固定部、 １１，１２…スプロケット、 １３…チェーン、 ２０…入力軸、 ２１…ダンパー、 ２２…ハウジング、 ２３…一方向クラッチ、 ２４…ケース、 ２５…隔壁部、 ２６…エンドカバー、 ２７…オイルポンプ、 ２８…ポンプ軸、 ２９，３０…レゾルバー、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…回転中心軸線。

Claims (1)

1. エンジンと、発電機能のある第１モータと、エンジンが出力した駆動力を前記第１モータ側と出力要素側とに分割する動力分割機構と、左右の駆動輪にトルクを伝達する終減速機としてのデファレンシャルギヤと、前記出力要素から出力されたトルクにトルクを加減する第２モータとを有するハイブリッド車用駆動装置において、
   前記エンジンと前記動力分割機構と前記第１モータとが第１の軸線上に配置され、
   前記第２モータと前記第２モータのトルクを出力する出力部材とが前記第１の軸線と平行な第２の軸線上に配置され、
   前記デファレンシャルギヤが前記第１の軸線および前記第２の軸線と平行な第３の軸線上に配置され、
   前記出力要素と前記出力部材と前記デファレンシャルギヤとが１本のチェーンを有するチェーン伝動機構によって連結されている
   ことを特徴とするハイブリッド車用駆動装置。

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