JP2021526997A

JP2021526997A - ハイブリッド車輌用パワーシステム

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Publication number: JP2021526997A
Application number: JP2021510032A
Authority: JP
Inventors: 堅達泰; 志凌邱; 偉乾謝; 軍付
Original assignee: Ningbo Umd Automatic Transmission Co Ltd; Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Ningbo Shangzhongxia Automatic Transmission Co Ltd
Current assignee: Ningbo Umd Automatic Transmission Co Ltd; Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Ningbo Shangzhongxia Automatic Transmission Co Ltd
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: CN109177716A; US20210178889A1; US11267329B2; EP3838643A4; EP3838643A1; JP7053951B2; CN109177716B; EP3838643B1; WO2020034633A1

Abstract

ハイブリッド車輌用パワーシステムは、ハイブリッド車輌の分野に関与する。互いに連携する第１遊星歯車機構（１０５）と第２の遊星歯車機構（１０４）を採用し、第１のサンギア（３８）は第１の入力シャフト（１１）と共に回転し、第２のサンギア（５２）及び第１の入力シャフト（１１）は互いに対して独立しており、第２のサンギア（５２）は第１のブレーキ（２２６）、第２のブレーキ（５）及び第２のクラッチ（８）を介して異なる運動状態を実現して、異なる伝達比を提供できるため、パワーシステムは構造が簡単で、コストが低いだけでなく、適応性がより強くなる。さらに、第２のモーター（１０２）は、第２の遊星歯車機構（１０４）を介して入力シャフトに接続されており、遊星歯車機構により第２のモーターの速度を低下させ、トルクを増加させ、第２のモーターのサイズを効果的に縮小させたり、車輌の加速性能を向上させたりすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車輌の分野に関し、特にハイブリッド車輌に用いられるパワーシステムに関する。

現在、車両のパワー源として油電ハイブリッドパワーを採用することは、車輌の発展傾向になりつつある。ハイブリッド自動車には、通常、従来のエンジンよりも排気量の小さいエンジンと1つまたは２つのモーターとが設けられている。一般に、低速状態で走行（例えば都市路面）したり、頻繁に始動する必要があったりする場合は、モーターのみで車両を駆動することができる。高速走行が必要な場合は、省エネルギー化を図るために、エンジンのみで車両を駆動することができる。従来、油電ハイブリッド自動車のハイブリッド方式には、主に直列、並列、及びハイブリッドとの３つの方式が含まれる。

既存のハイブリッド車輌のパワーシステムは、構造が比較的単一であり、適応性が低い。

本発明の目的の１つは、適応性の高い、ハイブリッド車輌用パワーシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、２つの遊星歯車機構を採用し、パワーシステムの３つの異なる伝達比を実現し、パワーシステムの燃料経済性と動力の加速度を向上させることである。

特に、本発明は、ハイブリッド車輌用パワーシステムを提供する。前記パワーシステムは、エンジン、第１のモーター、第２のモーター、第１の遊星歯車機構、第２の遊星歯車機構、第１の入力シャフト、第１のクラッチ、第２のクラッチ、第１のブレーキ、第２のブレーキ、中間シャフト及び差動装置を含み、
前記エンジンと前記第１のモーターは、伝動的に連接され、前記第１のクラッチは、前記第１のモーターと前記第１の入力シャフトとの間に設けられ、前記第１のクラッチにより、前記第１のモーターと前記第１の入力シャフトとの間のパワー伝達が遮断または結ばれることが可能であり、前記第２のモーターは、前記第１の入力シャフトに設けられて、前記第１の入力シャフトを回転させるように駆動する。前記第１のブレーキは、前記第２の遊星歯車機構と前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられており、
前記第１の遊星歯車機構は、第１のサンギア、第１の遊星歯車、第１のリングギア、及び第１のキャリアを含む。前記第１のサンギアは、第１の入力シャフトに合わせて回転するように、前記第１の入力シャフトに設けられ、前記第２の遊星歯車機構は、第２のサンギア、第２の遊星歯車、第２のリングギア、及び第２のキャリアを含み、前記第２のサンギアと前記第１の入力シャフトは、互いに対して独立している。ここで、前記第２のリングギアは、第１のキャリアと固定的に接続される。前記第１のリングギアは、前記第２のキャリアと固定的に接続され、前記第２のリングギアは、前記パワーシステムが出力したパワーを伝達するために使用され、
前記第１のブレーキは、前記第２のキャリアと前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられ、前記第２のブレーキは、前記第２のサンギアと前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられ、前記第２のクラッチは、前記第２のサンギアと前記第１の入力シャフトとの間に設けられ、
前記第２のリングギアは、前記パワーシステムの出力ギアによって前記中間シャフトと伝動的に接続され、前記中間シャフトを介して前記差動装置にパワーを伝達する。

必要に応じて、前記第２のモーターは、第３の遊星歯車機構を介して前記第１の入力シャフトに接続され、前記第３の遊星歯車機構は、第３のサンギア、少なくとも１組の遊星歯車、第３のリングギア、及び第３のキャリアを含み、
ここで、前記第３のサンギア、前記第３のリングギアまたは前記第３のキャリアという３つの部品の何れかがパワーシステムのハウジングに対して固定される。第２のモーターの第２の回転子は、３つの部品の中の１つの固定されていない部品と伝動的に接続されて、それにパワーを供給する。他の１つの固定されていない部品は、前記第１の入力シャフトと伝動的に接続されて、前記第１の入力シャフトを駆動し、
好ましくは、前記第３のサンギアは、後側ケースに固定され、第３のリングギアは、前記第２のモーターの第２の回転子に固定され、且つ前記第２の回転子と共に回転し、前記第２のモーターは、前記第３のキャリアを介して前記第１の入力シャフトに動力を伝達し、
好ましくは、前記第３のサンギアは、前記第２のモーターの第２の回転子に固定され、且つ前記第２の回転子と共に回転し、前記第３のキャリアは、後側ケースに取り付けられ、且つ前記後側ケースに対して固定され、前記第２のモーターは、前記第３のリングギアを介して前記第１の入力シャフトにパワーを伝達し、
好ましくは、前記第３のサンギアは、伝達チェーンを介して前記第２のモーターの出力シャフトと伝動的に接続され、前記第３のリングギアは、後側ケースに取り付けられ、且つ前記後側ケースに対して固定され、前記第２のモーターは、前記第３のキャリアを介して前記第１の入力シャフトにパワーを伝達する。

必要に応じて、前記第２のモーターの第２の回転子は、第２の回転子連結板を介して、前記第３の遊星歯車機構の中の１つの固定されていない部品と連動して接続される。

必要に応じて、前側ケースにおける前記第１の遊星歯車機構の一端に近い中間支持プレートをさらに含み、前記中間支持プレートと前記前側ケースとの間には、前記第１のブレーキ、前記第１のブレーキに対応する第３の作動シリンダー、前記第２のブレーキ、及び前記第２のブレーキに対応する第４の実行油シリンダを装着するためのキャビティが形成されている。

必要に応じて、前記第１のクラッチに対応する第１の作動シリンダー及び前記第２のクラッチに対応する第２の作動シリンダーをさらに備え、
前記第１の作動シリンダー、前記第２の作動シリンダー、前記第３の作動シリンダー及び前記第４の作動シリンダーは、何れも前記前側ケース内に配置され、前記前側ケースの内部には、前記第１の作動シリンダー、前記第２の作動シリンダー及び前記第３の作動シリンダーと連通する油道がさらに設けられている。

必要に応じて、前記出力ギアは、出力ギア支持軸受けを介して前記中間支持プレートに支持され、前記中間支持プレートは、スライド軸受けを介して前記第２のキャリアに支持される。

必要に応じて、前記第１の入力シャフトの外側を取り囲むように設けられた第２の入力シャフトをさらに含み、前記第１の入力シャフト及び前記第２の入力シャフトは、互いに対して独立しており、
前記２の入力シャフトの一端は、前記第２のサンギアに接続され、他端は前記第２のクラッチに接続され、前記第２の入力シャフトは、前記第２のブレーキにも接続される。

必要に応じて、前記パワーシステムは、前記出力ギアと噛み合う受動ギアと、ブレーキ用の駐車ラチェットとをさらに含み、ここで、前記受動ギアは、前記駐車ラチェットと一体化に設けられてる。

必要に応じて、前記差動装置は、第４の遊星歯車機構を介して前記中間シャフトのメイン減速ギアと伝動的に接続される。ここで、前記第４の遊星歯車機構は、第４のサンギア、少なくとも１組の遊星歯車、第４のリングギア及び第４のキャリアを含む。前記第４のサンギア、前記第４のリングギアまたは前記第４キャリアという３つの部品の何れかは、前記パワーシステムのハウジングに対して固定され、前記メイン減速ギアは、そのうちの１つの固定されていない部品と伝動的に接続されて、それにパワーを提供する。他の１つの固定されていない部品は、前記差動装置の入力端子と伝動的に接続されて、前記差動装置を駆動する。

必要に応じて、前記第１の作動シリンダーは、第１のリリース軸受けを介して前記第１のクラッチを制御し、前記第２の作動シリンダーは、第２のリリース軸受けを介して前記第２のクラッチを制御する。

本発明に係るハイブリッド車輌に用いられるのパワーシステムは、互いに協力する第１の遊星歯車機構と第２の遊星歯車機構とを採用し、第１のサンギアは、第１の入力シャフトに伴って回転し、第２のサンギアと第１の入力シャフトは、互いに対して独立し、遊星歯車機構は、第１のブレーキと第２のブレーキと第２のクラッチとの組み合せまたは抜け出し（三者の間で協力する）によって異なる運動状態を実現し、異なる伝達比を提供し、パワーシステムを、構造が低く、コストが低く、且つ適応性がさらに強くなるようにさせる。

さらに、本発明の第２のモーターは、第３の遊星歯車機構を介して入力シャフトに接続される。これにより、遊星歯車機構で第２のモーターの速度を低下させ、トルクを増加させて、第２のモーターのサイズを効果的に小さくしまたは車輌の加速性能を向上させる。

以下、添付図面に関連して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。これに基づいて、当業者は、本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴をよりよく理解できる。

本発明の一実施形態によるパワーシステムの概略原理図である。本発明の他の実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。図２に示すパワーシステムの概略側面図である。本発明のパワーシステムにおける差動装置が遊星歯車機構を介して出力ギアに接続される状態を示す概略構成図である。本発明の一実施形態による第３の遊星歯車機構の概略構成図である。

以下、本発明のいくつかの特定の実施形態を、添付の図面を参照して、例示的であるが限定的ではない方法で詳細に説明する。図面において、同じまたは類似する部品または部分に対して同じ符号を付して示す。これらの図面が必ずしも縮尺どおりに描かれているとは限らないことを当業者は理解すべきである。

以下、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態のパワーシステム１００について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるパワーシステム１００の概略原理図である。図１に示すように、本実施形態におけるハイブリッド車輌用パワーシステム１００は、二輪駆動車及び四輪駆動車に適用可能である。パワーシステム１００は、エンジン１３、第１のモーター１０１、第２のモーター１０２、第１の遊星歯車機構１０５、第２の遊星歯車機構１０４、第１の入力シャフト１１、第１のクラッチ７、第２のクラッチ８、第１のブレーキ２６、第２のブレーキ５、中間シャフト及び差動装置を含む。

エンジン１３と第１のモーター１０１は、伝動的に接続されており、第１のクラッチ７は、第１のモーター１０１と第１の入力シャフト１１との間に設けられており、第１のクラッチ７により、エンジン１３及び／または第１のモーター１０１と入力シャフトとの間のパワー伝達を遮断または結ぶことができる。具体的には、エンジン１３のクランクシャフトの末端は、ダブルマスフライホイール１４を介して駆動シャフト１２に接続されている。第１の回転子１７に接続された第１のクラッチ７の第１の外側ハブ１６は、スプラインを介して駆動シャフト１２に接続され、第１の外側ハブ１６は、支持軸受け１０を介して先端カバー１５に支持される。ダブルマスフライホイール１４は、ダンパー、シングルマスフライホイールまたは連結ディスクであり得る。第１のクラッチ７の接続または切断によって、エンジン１３のパワー伝達を遮断または結ぶことができる。

第２のモーター１０２は、第１の入力シャフト１１を回転させるように、第１の入力シャフト１１と連動して接続されている。第１の遊星歯車機構１０５は、第１のサンギア３８、第１の遊星歯車３６、第１のリングギア４１、及び第１のキャリア３５を含む。第１のサンギア３８は、第１の入力シャフト１１に設けられ、且つ第１の入力シャフト１１に伴って回転する。第２の遊星歯車機構１０４は、第２のサンギア５２、第２の遊星歯車４０、第２のリングギア４４、及び第２のキャリア４２を含む。第２のサンギア５２と第１の入力シャフト１１は、互いに対して独立しており、第２のリングギア４４は、第１のキャリア３５と固定的にまたは伝動的に接続されており、第１のリングギア４１は、第２のキャリア４２と固定的にまたは伝動的に接続されており、第２のリングギア４４は、パワーシステム１００が出力したパワーを伝達するために用いられる。

第１のブレーキ２６は、第２のキャリア４２とパワーシステム１００のハウジングとの間に設けられており、第１のブレーキ２６の摩擦板の間には、ブレーキの内側ハブの高速回転時のドラッグトルクを低減して、効率を向上させるように、波形ばね（図示せず）が設けられている。第２のブレーキ５は、第２のサンギア５２とパワーシステム１００のハウジングとの間に設けられている。ブレーキの内側ハブの高速回転時のドラッグトルクを低減して、効率を向上させるために、第２のブレーキ５の摩擦板の間にも、波形ばね（図示せず）が同様に設けられている。上記の２つのブレーキは、必要に応じてベルトブレーキを採用してもよい。第２のクラッチ８は、第２のサンギア５２と第１の入力シャフト１１との間に設けられて、第２のサンギア５２と第１の入力シャフト１１との間のパワー伝達を実現または切断するために使用される。第２のリングギア４４は、パワーシステム１００の出力ギア４５を介して中間シャフトと伝動的に接続され、中間シャフトを介してパワーを差動装置に伝達する。

上記の構造により、車輛の３速モードを実現することができる。具体的には、第１のブレーキ２６が連結し、第２のブレーキ５と第２のクラッチ８が切断された時に、第２の遊星歯車機構１０４の第２のキャリア４２が第１のブレーキ２６の連結によってパワーシステム１００のハウジングに固定されて、第１のキャリア３５によって出力シャフトにパワーが伝達される。この時、パワーシステム１００は、速度比を有する。この場合に、モーターの始動または加速を支援するために使用される第１のギアポジションにある。第２のブレーキ５が連結して、第１のブレーキ２６と第２のクラッチ８が切断された時に、第２のサンギア５２は、第２のブレーキ５との連結により、パワーシステム１００のハウジングに固定接続され、且つ第２のリングギア４４によって出力シャフトにパワーを伝達する。このとき、パワーシステム１００は、他の１つの速度比を有する。この場合に、車輛を高速で巡航させたり、効率的に発電させたりするように駆動するための第２のギアポジションにある。第２のクラッチ８が係合し、第１のブレーキ２６と第２のブレーキ５が切断された時に、第２のサンギア５２は入力シャフトに伴って回転する。このとき、２つのサンギアが共に第１の入力シャフト１１に伴って回転する。第１の遊星歯車機構１０５の内部をロックすることに相当し、パワーシステム１００の最終的な伝達比は第１の遊星歯車機構１０５と関係がなく、現時点で第３のギアポジションにある。

図２は、本発明の他の実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図２に示すようなパワーシステム１００の構成図において、駆動半軸１、差動装置アセンブリ２、差動装置支持軸受け３、中間シャフト支持軸受け４、第２のブレーキ５、第２の入力シャフト６、第１のクラッチ７、第２のクラッチ８、第１の内側ハブ９、支持軸受け１０、第１の入力シャフト１１、駆動軸１２、エンジン１３、ダブルマスフライホイール１４、先端カバー１５、第２の内側ハブ５０、第１の外側ハブ１６、第１の回転子１７、前側ケース１８、第１の固定子１９、第１の回転子連結板２０、第１の回転数センサ２１、第１の位置復帰バネ２２、第１のリリース軸受け２３、第１の作動シリンダー５１、後端カバー２４、第３の作動シリンダー２５、第１のブレーキ２６、中間支持プレート２７、後側ケース２８、固定ボルト２９、第２の固定子３０、第２の回転子３１、第２の回転子連結板３２、第２の回転数センサ３３、第２の位置センサ３４、第１のキャリア３５、第１の遊星歯車３６、第１の遊星歯車カバー３７、第２のサンギア５２、第１のサンギア３８、第２の回転子連結板支持軸受け３９、第２の遊星歯車４０、第１のリングギア４１、第２のキャリア４２、出力ギア４５、支持軸受け４３、第２のリングギア４４、出力ギア４５、受動ギア４６、受動ギア支持軸受け４７、メイン減速ギア４８、駐車ラチェット５８、差動装置リングギア４９、インバータ５４、及び駐車機構５３を含むが、これらに限定されるものではない。

図２に示すように、第１のモーター１０１、第１のクラッチ７、及び第２のクラッチ８は、何れも前側ケース１８の収容空間内に設けられている。第１のモーター１０１の第１の回転子１７は、第１のクラッチ７の筺体を介して第１の入力シャフト１１とスプラインを介して接続されている。第１のモーター１０１と前側ケース１８の内壁との間には、第１のモーター１０１を冷却するための冷却水カバーが設けられており、具体的には、第１の固定子１９の外周には、第１のモーター１０１を冷却するための冷却水カバーが設けられている。また、前側ケース１８の内部には、第１のクラッチ７に対応する第１の作動シリンダー５１と、第２のクラッチ８に対応する第２の作動シリンダー５１０とが設けられており、第１の作動シリンダー５１及び第２の作動シリンダー５１０は、いずれも前側ケース１８内に設けられており、前側ケース１８内には、第１の作動シリンダー５１及び第２の作動シリンダー５１０と連通された油道が設けられている。第１回転子連結板２０には、第１のモーター（発電機）の回転速度を検出するための第１の回転数センサー２１の回転部が固定されている。引き続き図１を参照すると、第１の作動シリンダー５１は、第１のリリース軸受け２３を介して第１のクラッチ７を制御し、第２の作動シリンダー５１０は、第２のリリース軸受け２３０を介して第２のクラッチ８を制御する。具体的には、係合信号を受信した後、第１の作動シリンダー５１は第１のリリース軸受け２３を推進してクラッチを係合させる。係合信号が消えた後、第１の位置復帰バネ２２の作用でクラッチが切断される。他の実施形態では、第１のリリース軸受け２３と第２のリリース軸受け２３０は、自動トランスミッション（ＡＴ）構造のバランスキャビティ構造であってもよい。本態様では、配置空間を節約するために、バランスキャビティ構造の代わりに２つのリリース軸受けが採用される。

第１のクラッチ７の第１の作動シリンダー５１は、後端カバー２４に配置される。圧力油は、第１の作動シリンダー５１を介して第１の位置復帰バネ２２の抵抗力を克服するように、第１のリリース軸受け２３を押して、第１のクラッチ７を連結させる。第１のクラッチ７の第１の内側ハブ９は、第１の入力シャフト１１とスプラインを介して接続されて、エンジン１３からのパワーを第１の入力シャフト１１に伝達する。第２のクラッチ８の第２の内側ハブ５０は、第２の入力シャフト６とスプラインを介して接続されて、第２の作動シリンダー５１０と第２のリリース軸受け２３０との作用により分離されるまたは結合され、第１の入力シャフト１１と第２の入力シャフト６との間の接続を実現させるまたは切断させる。上述したクラッチの第１のリリース軸受け２３または第２のリリース軸受け２３０は、摩擦板を圧縮または解放するためにバランスキャビティ構造を採用してもよい。第２のクラッチ８の第２の作動シリンダー５１０は、後端カバー２４に設けられる。後端カバー２４には、ブレーキやクラッチのシリンダと連通される油道が設けられている。

また、パワーシステム１００の内部には、前側ケース１８における第２の遊星歯車機構１０４の一端に近いミッドサポートが含まれている。中間支持プレート２７と前側ケース１８との間には、第１のブレーキ２６、ブレーキに対応する第３の作動シリンダー２５、第２のブレーキ５、及び第２のブレーキ５に対応する第４の作動シリンダー２５０を装着するためのキャビティ構造１２０が形成されている。中間支持プレート２７は、ボルトで後端カバー２４に固定され、且つ一方側が後端カバー２４と第１のブレーキ２６及び第２のブレーキ５を配置するための密閉空間を形成し、他方側が出力ギア支持軸受け４３に接続されて出力ギア４５を支持し、径方向と軸方向との負荷を除去する。具体的には、ミッドサポートと前側ケース１８の後端とは、相対的に閉じられたキャビティを形成する。第１のブレーキ２６、第２のブレーキ５、第３の作動シリンダー２５、及び第４の作動シリンダー２５０は、何れもこのキャビティに配置されており、この空間を有効に利用することができる。ブレーキは、複数枚のクラッチ式のブレーキまたはベルトブレーキであってもよい。前側ケース１８内には、第３の作動シリンダー２５及び第４の実行油シリンダ２５０と連通された油道が設けられている。

４つの作動シリンダーが上記の構成を採用することによって、省スペース化した一方、圧力油は前側ケース１８内の油道を通って直接に作動シリンダーに入ることができ、高圧油の密封を容易にし、油道のルートを短縮することができる。また、上記の４つの作動シリンダーを集中的に配置することは、システムの高圧油配管の配置及び管理に便利である。

図２に示すように、第２のリングギア４４は、スプラインを介してパワーシステム１００の出力ギア４５に伝動的に接続される。出力ギア４５は、出力ギア支持軸受け４３を介して中間支持プレート２７に支持される。中間支持プレート２７の内側端面と第２のキャリア４２とは、スライド軸受け４３０を介して接続されている。第２のリングギア４４は、スプラインを介して出力ギア４５に接続される。出力ギア４５の内側は、出力ギア支持軸受け４３を介して中間支持プレート２７に支持される。出力ギア４５の外側は、中間シャフト１１０の受動ギア４６と噛み合ってパワーを出力する。受動ギア４６の左側は、受動ギア支持軸受け４７によってハウジングに支持されている。このような支え方は、支持剛性を向上させ、伝達トルクを増大させることに有利である。このようにして、パワーは、第２の遊星歯車機構１０４の第２のリングギア４４によって同期に安定的且つ効率的に出力ギア４５に伝達されることができる。この形態では、前側ケース１８の後端面にミッドサポートを配置し、ミッドサポートの内側端面と第１のキャリア３５とを軸受で接続することにより、出力ギア４５が噛み合うことに生じる径方向力を効果的に伝達することができる。さらに、パワーシステム１００は、ブレーキをかけるための駐車ラチェット５８を含む。ここで、受動ギア４６と駐車ラチェット５８とが一体化して設けられている。受動ギア４６とラチェット５８は一体型の設計構造を採用することは、配置空間を節約し、部品の加工を減らすことやコストを節約することに有利である。

図１に示すように、第２のモーター１０２、第１の遊星歯車機構１０５及び第２の遊星歯車機構１０４は、後側ケース２８の収容空間に設けられる。第２のモーター（駆動モーター）１０２と後側ケース２８の内壁との間に、第２のモーター１０２を冷却するための冷却水カバーが設けられている。第１遊星歯車機構１０５は、第２の回転子３１の内部空洞に内蔵されており、軸方向に沿う配置長さを短縮した。第１のサンギア３８と第１の入力シャフト１１は、一体となっている。第１のキャリア３５は、第２のリングギア４４と固定的または伝動的に接続される。第１のリングギア４１は、第２のキャリア４２と固定的または伝動的に接続されている。第２のキャリア４２は、第１のブレーキ２６の内側ハブと接続されている。第２のリングギア４４は、スプラインを介して出力ギア４５と接続されている。

また、パワーシステム１００は、第１の入力シャフト１１の外周を取り囲むように設けられた第２の入力シャフト６を含む。第１の入力シャフト１１と第２の入力シャフト６は、互いに対して独立している。第１のキャリア３５は、第２の入力シャフト６、第２のクラッチ８を介して第１の入力シャフト１１に接続されている。第２の入力シャフト６は、一端が第２のサンギア５２と固定接続され、他端が第２のクラッチ８に接続される。第２の入力シャフト６は、第１のブレーキにも接続されている。具体的には、第２の遊星歯車機構１０４の第２のサンギア５２と第２の入力シャフト６は、一体としてもよい。このように、３つの部品を第１の入力シャフト１１において１本の中空スリーブで接続することで、トランスミッションの径方向に沿う空間を効率的に短縮し、構成をよりコンパクトにすることができる。第１の入力シャフト１１は、一端がトランスミッションの後側ケース２８に軸受で支持され、他端が軸受によって駆動シャフト１２内に支持されている。第２の入力シャフト６は、軸受により第１の入力シャフト１１の外周を取り囲むように設けられ、且つ第１の入力シャフト１１と互いに独立している。第１の入力シャフト１１及び第２の入力シャフト６には、クラッチ、ブレーキ及び軸受けを冷却させたり、潤滑させたりするための油道及び油孔が設けられている。

さらに、第２のモーター１０２は、第３の遊星歯車機構を介して第１の入力シャフト１１に接続されている。第３の遊星歯車機構３００は、第３のサンギア３０１、少なくとも１組の遊星歯車３０２、第３のリングギア３０３、及び第３のキャリア３０４を含む。第３のサンギア、第３のリングギア、または第３のキャリアの何れかは、パワーシステム１００のハウジングに対して固定されている。第２のモーター１０２の第２の回転子３１は、そのうちの１つの固定されていない部品に連結されて、それにパワーを供給する。他の１つの固定されていない部品は、第１の入力シャフト１１に接続されて、第１の入力シャフト１１を駆動する。具体的には、第２のモーター１０２と第１の入力シャフト１１との間で６つの異なる伝動方式が実現されることが可能である。実際に必要な伝達比、第２のモーター１０２のサイズ、第２のモーター１０２の取り付け位置などに応じて最適な伝動方式が選択されてもよい。

好ましい実施形態では、第３のサンギアは、後側ケース２８に固定される。第３のリングギアは、第２のモーター１０２の第２の回転子３１に固定され、且つ第２の回転子３１とともに回転される。第２のモーター１０２は、第３のキャリアを介して第１の入力シャフト１１にパワーを伝達する。具体的には、第２のモーター１０２は、第１の入力シャフト１１と同軸に配置されている。第２のモーター１０２の第２の回転子３１は、第２の回転子連結板３２を介して第３のリングギアと固定接続されている。本実施形態では、第２の回転子連結板３２を用いて、第２のモーター１０２の第２の回転子３１と第３のリングギアとをスプラインにて接続し（係止リングまたはリベットまたは固定の方式を採用している）、パワーを第２のモーター１０２から第３の遊星歯車機構に伝達する。第２の回転子連結板３２は、受けた力に応じて、１つまたは複数の支持軸受けによってトランスミッションの後側ケース２８に支持されている。このような構成によって、第３の遊星歯車機構が第２の回転子３１の内側に配置され、配置空間を最適化され、軸方向の長さが短縮されることは可能である。さらに、全車のパワー需要に応じて、モーター回転子と第３の遊星歯車機構との接続方式を変更することで、モータートルクと回転速度出力との伝達比を変えて全車のニーズを満たすことができる。

他の好ましい実施形態では、第３のサンギアは、第２のモーター１０２の第２の回転子３１に固定され、且つ第２の回転子３１とともに回転する。第３のキャリアは、後側ケース２８に取り付けられ、且つ後側ケース２８に対して固定される。第２のモーター１０２は、第３のリングギアを介して第１の入力シャフト１１にパワーを伝達する。

さらに他の好ましい実施形態では、第３のサンギアは、第２のモーター１０２の出力シャフトに対して伝動チェーンを介して連結され、第３のリングギアは、後側ケース２８に取り付けられ且つ後側ケース２８に対して固定されており、第２のモーター１０２は、第３のキャリアを介して第１の入力シャフト１１にパワーを伝達する。

本発明に係るハイブリッド車輌のパワーシステム１００は、第２のモーター１０２が第３の遊星歯車機構を介して入力シャフトと伝動的に接続されているため、遊星歯車機構を介して第２のモーター１０２の速度を低減し、トルクを増加させ、第２のモーター１０２のサイズを効果的に縮小したり、車輌の加速性能を向上させたりすることができる。第２のモーター１０２が駆動される時に、第１の入力シャフト１１とエンジン１３との間の第１のクラッチ７が外れるため、エンジン１３のドラッグ抵抗が減少し、車輌の燃料経済性が向上した。

一実施形態では、トランスミッションの筐体内には、第１のモーター１０１の回転数を検出するための第１の回転数センサ２１と、第２のモーター１０２の回転数を検出するための第２の回転数センサ３３が設けられている。第２のモーター１０２の第２の固定子３０は、固定ボルト２９を介してトランスミッションの後側ケース２８に固定される。第２のモーター１０２の第２の回転子３１は、第２の回転子連結板３２に固定接続され、且つ第２の回転子連結板支持軸受け３９を介してトランスミッションの後側ケース２８に支持される。第２の回転子連結板３２の左側の延長部分には、第２の回転数センサ３３が取り付けられており（モーターを制御するに必要な信号が供給されている）、第２の位置センサ３４（ギアチェンジ及びシステム制御の信号を提供する）の回転部分を制御して、第２のモーターの回転速度を検出する。第２の回転子連結板３２と第１の入力シャフト１１がスプラインを介して接続されることによって、第１の入力シャフト１１のパワーをエンジン１３のパワーと重畳して出力させることができる。

一実施形態において、前側ケース１８と後側ケース２８は、ボルトまたは他の接続方法で固定的に連結され、完全なトランスミッションのハウジング（パワーシステム１００のハウジングとも称される）を構成する。他の実施形態では、ハウジング全体を一体化に配置してもよい。第１の入力シャフト１１の両端は、それぞれ第１のモーター１０１と第２のモーター１０２と連動するように接続されている。エンジン１３のクランクシャフトの末端は、第１のモーター１０１の入力シャフトとダブルマスフライホイール１４を介して接続されている。他の実施形態では、ダブルマスフライホイール１４は、ダンパー、シングルマスフライホイールまたは連結ディスクによって代替されてもよい。第２の遊星歯車機構１０４の第２のリングギア４４は、パワーを出力するために用いられ、それとスプラインを介して接続された出力ギア４５は、支持軸受けによりミッドサポートに支持され、且つ中間シャフト１１０上の受動ギア４６と噛み合って、入力されたパワーを変速させた後に中間シャフト１１０に伝達する。第２のモーター１０２の第２の回転子３１は、第３の遊星歯車機構の第３のリングギアに第２の回転子３１の支持プレートを介して接続され後に、支持軸受けによってトランスミッションの後側ケース２８に支持される。第３の遊星歯車機構の第３のサンギアは、トランスミッションの後側ケース２８に固定されている。本実施形態では、第３の遊星歯車機構の出力部品は、第３のキャリアである。第３の遊星歯車機構は、第２のモーター１０２の速度を変えた後に、第１の入力シャフト１１に伝達して、第１の遊星歯車機構１０５と第２の遊星歯車機構１０４を介して入力された速度をギアチェンジして中間シャフト１１０に伝達する。中間シャフト１１０のメイン減速ギアは、差動装置上の差動装置リングギア４９を駆動し、エンジン１３と第２のモーター１０２との駆動電力を差動装置の出力半軸に伝達し、車輌を動かして運動させる。

さらに、伝達比の必要に応じて、配置空間の内部において、中間シャフトのメイン減速ギアと差動装置のギアリング４９との伝達比を調節することによって、全車の需要を満たすことができる。これにより、プラットフォーム化の開発に有利である。

図３は、図２に示すパワーシステム１００の概略側面図である。図３に示すように、インバータ５４及び駐車機構５３をさらに含む。インバータ５４は、直流電力（電池、蓄電瓶）を交流電流に変換するために使用される。駐車機構５３は、同様の車輌が停止した時に、それが自動的にスライドしないように原場に維持する。

図４は、本発明によるパワーシステム１００における差動装置が遊星歯車機構を介して出力ギア４５に接続される状態を示す概略構成図である。図４に示すように、差動装置は、第４の遊星歯車機構１０６を介して中間シャフトのメイン減速ギアと伝動的に連結されている。ここで、第４の遊星歯車機構１０６は、第４のサンギア６１、少なくとも１組の遊星歯車６４、第４のリングギア６３、及び第４のキャリア６２を含む。第４のサンギア６１、第４のリングギア６３又は第４のキャリア６２の何れかは、パワーシステム１００のハウジングに対して固定される。メイン減速ギアは、その中の１つの固定されていない部品と繋がって、それにパワーを供給する。もう１つの固定されていない部品は、差動装置の入力端子に接続されて、差動装置を駆動する。具体的には、第２のモーター１０２と第１の入力シャフト１１との間には、６つの異なる伝動方式が実現されることが可能である。実際に必要な伝達比、第２のモーター１０２のサイズ及び第２のモーター１０２の取り付け位置などに応じて、最適な伝動方式が選択されてもよい。

一具体的な実施形態では、差動装置の入力端子は、第４の遊星歯車機構１０６によって中間シャフトのメイン減速ギアと伝動的に接続されることができる。ここで、第４の遊星歯車機構１０６の第３のリングギアは、固定される。パワーは、第４のサンギア６１を介して入力されて、差動装置のハウジングと一体となる第４のキャリア６２に伝達された後に、差動装置の出力半軸から出力される。

以下は、本実施形態におけるパワーシステム１００の複数の動作モードであり、具体的には下記の通りである。

１）エンジン１３の起動と充電

エンジン１３は、ダブルマスフライホイール１４、駆動シャフト１２、第１のクラッチ７の第１の外側ハブ１６を介して、第１の回転子１７と接続される。モーターが回転すれば、エンジン１３が起動される。逆に、エンジン１３が運転すると、モーターが動かされてバッテリーを充電することになる。モーターの主な機能が発電であり、モーターの回転速度が常にエンジン１３と一致しているので、エンジン１３とモーターとの高効率回転エリアは一致するように設計されるべきである。

２）エンジン１３が単独で駆動する

エンジン１３が運転中に第１のクラッチ７と連結すれば、エンジン１３の全部または一部のパワーは第１の入力シャフト１１に伝えられる。エンジン１３が第１のブレーキ２６と連結すれば、第１のリングギア４１が固定され、第１の入力シャフト１１における第１のサンギア３８は、第１の遊星歯車３６と第１のキャリア３５を動かして回転させ、出力ギア４５にパワーを出力して受動ギア４６を回転させる。パワーと作動状況によって、第１のブレーキ２６、第２のブレーキ５及び第２のクラッチ８の状態をそれぞれ変更することで、伝達比を変えることができる。

例えば、第１のブレーキ２６が連結された時に、伝達比は１３ぐらいであり、坂登りや始動動作に利用されることが可能である。第１のブレーキ２６が放され、第２のブレーキ５が連結された時に、伝達比は６ぐらいであり、都市での低速動作に使用されることが可能である。第２のブレーキ５が放され、第２のクラッチ８が連結されると、速度比は１である。ここでの速度比とは、第１の入力シャフトの回転数と出力ギア４５の回転数との比率を意味する。この場合、ハイスピードクルーズに利用でき、エンジン１３の特性に適応する。

３）モーターが単独で駆動する

第１のクラッチ７を放して、第２のモーター１０２を起動することで、電気駆動時のエンジン１３のドラッグトルクを効果的に回避し、効率を向上させた。第２のモーター１０２の第２の回転子３１は、第２の回転子連結板３２を介して第１の入力シャフト１１に接続されて、第１のサンギア３８を動かして回転させる。パワーと工況の必要に応じて、第１のブレーキ２６、第２のブレーキ５及び第２のクラッチ８の状態をそれぞれ変更して、伝達比を変えることにより、出力ギア４５の回転速度を変える。

４）エンジン１３とモーターが同時に駆動する

第２のモーター１０２とエンジン１３とを同時に起動し、第１のクラッチ７と連結し、エンジン１３のトルクから第１のモーター１０１をドラッグするトルクを差し引いた後、第１のクラッチ７を介して第１の入力シャフト１１に伝達される。第２のモーター１０２のトルクも第１の入力シャフト１１に重畳されている。第２のモーター１０２を制御するトルクがピークトルクであれば、最大の入力トルク（第１の入力シャフト１１１）は、次式により得られる。

Ｔ_ｉｎ＝Ｔ_ｐ３+Ｔ_ｅ

式中において、Ｔ_ｅは、エンジン１３の出力トルクであり、Ｔ_ｐ３は、第２のモーター１０２の出力トルクであり、Ｔ_ｉｎは、入力トルクである。

このトルクは、普通のエンジン１３の出力トルクの２倍に相当し、車の良好な加速性能を保証できる。

５）ギアチェンジ

エンジン１３の駆動時に、第１のクラッチ７と第１のブレーキ２６とを連結し、エンジン１３のトルクは第１のクラッチ７を介して第１の入力シャフト１１に伝達される。第１のサンギア３８は入力ギアであり、歯車は出力ギア４５であり、この時の速度比はI１であり、第１のギアポジションとなる。速度が所定値ｋ０より高い場合には、第１のブレーキ２６を放して、第２のブレーキ５を連結すると、この時の速度比はI２であり、第２のギアポジションとなる。速度が設定値ｋ１より高い場合には、第２のブレーキ５を放して、第２のクラッチ８を連結すると、この時の速度比は１であり、第３のギアポジションとなる。歯車が出力ギア４５、受動ギア４６、メイン減速ギア４８、差動装置のリングギア４９に対する速度比の積がIｄであり、ａ＝Ｚ４６/Ｚ４５（受動ギア４６と出力ギア４５との歯数比であり、Ｚが噛合歯車の歯数を指す）、ｂ＝Ｚ４９/Ｚ４８（差動装置のリングギア４９とメイン減速ギア４８との歯数比であり、Ｚが噛合歯車の歯数を指す）と仮定すると、両者の積はIｄとなる。Iｄ＝ａ＊ｂであれば、エンジン１３が駆動する第１のギアポジションの総速度比はI１*Iｄであり、第２のギアポジションの総速度比はI２*Iｄであり、第３のギアポジションの総速度比はIｄであり、車輌のハイスピードクルーズまたは高効率発電を駆動するのにちょうどよい。

６）車輌のブレーキエネルギーの回収

車輌が減速してブレーギングする時に、第１のブレーキ２６と連結し、車輌の慣性は、駆動半軸１、差動装置アセンブリ２、メイン減速ギア４８、中間シャフト、出力ギア４５、第２の遊星歯車機構１０４及び第１の遊星歯車機構１０５を介して、第１の入力シャフト１１に伝わり、第２の回転子３１を動かして回転させて発電させ、ブレーキエネルギーの回収を実現する。

要約すると、本発明のパワーシステム１００は、少なくとも次の表に示すいくつかの動作モードを実現することができる。

ここで、IＣＥとは、エンジン１３を意味し、Ｐ１は、第１のモーター１０１であり、Ｐ３は、第２のモーター１０２であり、Ｃ０は、第１のクラッチ７であり、Ｃ３は、第２のクラッチ８であり、Ｂ１は、第１のブレーキ２６であり、Ｂ２は、第２のブレーキ５である。

本明細書では、本発明の複数の例示的な実施形態を詳細に示して説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない状況下で、本発明に開示された内容に基づいて、本発明の原理に合致する幾つかの他の変形または補正を直接決定または導出できることが当業者は認識すべきである。したがって、本発明の範囲は、これらの変形または補正のすべてをカバーするものとして理解されるべきである。

Claims

エンジン、第１のモーター、第２のモーター、第１の遊星歯車機構、第２の遊星歯車機構、第１の入力シャフト、第１のクラッチ、第２のクラッチ、第１のブレーキ、第２のブレーキ、中間シャフト、及び差動装置を含むハイブリッド車輌用パワーシステムであって、
前記エンジンと前記第１のモーターは、伝動的に連接され、前記第１のクラッチは、前記第１のモーターと前記第１の入力シャフトとの間に設けられ、前記第１のクラッチにより、前記第１のモーターと前記第１の入力シャフトとの間のパワー伝達が遮断または結ばれることが可能であり、前記第２のモーターは、前記第１の入力シャフトに設けられて、前記第１の入力シャフトを回転させるように駆動し、前記第１のブレーキは、前記第２の遊星歯車機構と前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられており、
前記第１の遊星歯車機構は、第１のサンギア、第１の遊星歯車、第１のリングギア及び第１のキャリアを含み、前記第１のサンギアは、前記第１の入力シャフトに合わせて回転するように、前記第１の入力シャフトに設けられ、
前記第２の遊星歯車機構は、第２のサンギア、第２の遊星歯車、第２のリングギア及び第２のキャリアを含み、前記第２のサンギアと前記第１の入力シャフトは、互いに対して独立しており、
前記第２のリングギアは、第１のキャリアと固定的に接続され、前記第１のリングギアは、前記第２のキャリアと固定的に接続され、前記第２のリングギアは、前記パワーシステムが出力したパワーを伝達するために使用され、
前記第１のブレーキは、前記第２のキャリアと前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられ、前記第２のブレーキは、前記第２のサンギアと前記パワーシステムのハウジングとの間に設けられ、前記第２のクラッチは、前記第２のサンギアと前記第１の入力シャフトとの間に設けられ、
前記第２のリングギアは、前記パワーシステムの出力ギアによって前記中間シャフトと伝動的に接続されて、前記中間シャフトを介して前記差動装置にパワーを伝達することを特徴とするハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記第２のモーターは、第３の遊星歯車機構を介して前記第１の入力シャフトに接続され、前記第３の遊星歯車機構は、第３のサンギア、少なくとも１組の遊星歯車、第３のリングギア、及び第３のキャリアを含み、
前記第３のサンギア、前記第３のリングギアまたは前記第３のキャリアという３つの部品の何れかが前記パワーシステムのハウジングに対して固定され、前記第２のモーターの第２の回転子は、前記３つの部品の中の１つの固定されていない部品と伝動的に接続されて、それにパワーを供給し、他の１つの固定されていない部品は、前記第１の入力シャフトと伝動的に接続されて、前記第１の入力シャフトを駆動し、
前記第３のサンギアは、後側ケースに固定され、前記第３のリングギアは、前記第２のモーターの第２の回転子に固定され、且つ前記第２の回転子と共に回転し、前記第２のモーターは、前記第３のキャリアを介して前記第１の入力シャフトにパワーを伝達し、
または、前記第３のサンギアは、前記第２のモーターの第２の回転子に固定され、且つ前記第２の回転子と共に回転し、前記第３のキャリアは、後側ケースに取り付けられ且つ前記後側ケースに対して固定され、前記第２のモーターは、前記第３のリングギアを介して前記第１の入力シャフトにパワーを伝達し、
または、前記第３のサンギアは、伝達チェーンを介して前記第２のモーターの出力シャフトと伝動的に接続され、前記第３のリングギアは、後側ケースに取り付けられ且つ前記後側ケースに対して固定され、前記第２のモーターは、前記第３のキャリアを介して前記第１の入力シャフトにパワーを伝達することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記第２のモーターの第２の回転子は、第２の回転子連結板を介して、前記第３の遊星歯車機構の中の１つの固定されていない部品と連動して接続されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前側ケースにおける前記第１の遊星歯車機構の一端に近い中間支持プレートをさらに含み、前記中間支持プレートと前記前側ケースとの間には、前記第１のブレーキ、前記第１のブレーキに対応する第３の作動シリンダー、前記第２のブレーキ、及び前記第２のブレーキに対応する第４の実行油シリンダを装着するためのキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記第１のクラッチに対応する第１の作動シリンダー及び前記第２のクラッチに対応する第２の作動シリンダーをさらに含み、
前記第１の作動シリンダー、前記第２の作動シリンダー、前記第３の作動シリンダー及び前記第４の作動シリンダーは、何れも前記前側ケース内に配置され、前記前側ケースの内部には、前記第１の作動シリンダー、前記第２の作動シリンダー及び前記第３の作動シリンダーと連通する油道がさらに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記出力ギアは、出力ギア支持軸受けを介して前記中間支持プレートに支持され、前記中間支持プレートは、スライド軸受けを介して前記第２のキャリアに支持されることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記第１の入力シャフトの外側を取り囲むように設けられた第２の入力シャフトをさらに含み、前記第１の入力シャフトと前記第２の入力シャフトは、互いに対して独立しており、
前記２の入力シャフトの一端は、前記第２のサンギアに接続され、他端は前記第２のクラッチに接続され、前記第２の入力シャフトは、前記第２のブレーキにも接続されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記パワーシステムは、前記出力ギアと噛み合う受動ギアと、ブレーキ用の駐車ラチェットとをさらに含み、
前記受動ギアは、前記駐車ラチェットと一体に統合されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記差動装置は、第４の遊星歯車機構を介して前記中間シャフトのメイン減速ギアと伝動的に接続され、
前記第４の遊星歯車機構は、第４のサンギア、少なくとも１組の遊星歯車、第４のリングギア及び第４のキャリアを含み、
前記第４のサンギア、前記第４のリングギアまたは前記第４キャリアという３つの部品の何れかは、前記パワーシステムのハウジングに対して固定され、前記メイン減速ギアは、前記３つの部品のうちの１つの固定されていない部品と伝動的に接続されて、それにパワーを提供し、他の１つの固定されていない部品は、前記差動装置の入力端子と伝動的に接続されて、前記差動装置を駆動することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。
前記第１の作動シリンダーは、第１のリリース軸受けを介して前記第１のクラッチを制御し、前記第２の作動シリンダーは、第２のリリース軸受けを介して前記第２のクラッチを制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車輌用パワーシステム。