JP4892505B2 - ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えばトラック用などのハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造に関する。

トラックに適用されるパラレル方式のハイブリッド電気自動車は、生産台数が少ないため、できるだけ既存の部品を利用して、モータ装置をエンジンに組合わせた構造が採用される。

例えば走行用エンジンの後部に組付くクラッチ装置を、エンジン始動及び発電用モータと走行用および回生発電用のモータといった２つのモータとクラッチ機構とを組合わせた新たな装置にして、ハイブリッド化することが行われている（例えば引用文献１を参照）。

ところが、同構造は、クラッチ装置を含む多くの部分が、新たな構造となるために、コスト的に高価になる問題がある。

そこで、できるだけ変更部分が少なくてすむよう、動力取出し装置（パワーテイクオフ装置：以下、ＰＴＯ装置という）を備えた車両をハイブリッド化することが考えられる。

すなわち、ＰＴＯ装置を備えた車両のパワートレイン構造は、通常、図６に示されるようにエンジン１の後部にあるクラッチ装置２とその直後に配置される変速装置３との間に、ＰＴＯ装置４を介在させて、クラッチ装置２から出力される動力を、別途、外部出力部６ａから外部へ取出される構成である。

そのため、ＰＴＯを備えた車両をハイブリッド化する場合は、ＰＴＯ装置４に変えてモータ装置（図示しない）に変更すれば、ほとんどクラッチ装置２および変速装置３は共通ですみ、新たな部分が少なくてすむと考えられる。
特開２００１−２３１１０７号公報

ところが、新たな問題が生じる。すなわち、ＰＴＯ装置４は、図６に示されるように動力取出しハウジング５内に動力取出し機構６を収納した構造なので、ハイブリッド化には、動力取出し機構６を収めた動力取出しハウジング５を、モータ装置であるモータ要素が内部に収めたモータハウジングと取り替えることになる。しかし、このときハウジングの種類が異なるために、クラッチハウジング７の前端から変速装置３の変速機ハウジング８の前端までの軸長さが変わる。このため、車体（図示しない）に対する変速装置３の搭載位置は変わり、ＰＴＯ装置４付の車両を前提として車体に定めていた既存のマウント位置が、ハイブリッド化によりずれてしまう。このずれを解消するには、車両に新たにマウントを設けるといった大きな変更が強いられ、かなりのコスト高が避けられない。

そこで、本発明は、車体の変速装置に対するマウント位置はそのまま保ちつつ、動力取出し装置付の車両が容易にハイブリッド化できるようにしたハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ロータシャフトの軸長を抑えて、モータ装置のモータ要素の薄形化も図るよう、クラッチ出力軸は、軸径が異なる細径部と大径部を有しており、大径部の後端部がベアリングを介してモータハウジングに対して位置決め支持され、ロータシャフトは、クラッチ出力軸に対して同軸上に組合うよう細径部と大径部とに夫々嵌合する孔部を有しており、細径部と嵌合する孔部側のみの端部をベアリングを介して、クラッチハウジングで位置決め支持させる構造を採用して、ロータシャフトをベアリングで片持ち支持させる構造にした。又、本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造において、モータ装置は、モータ要素としてステータとロータとステータコイルを備え、クラッチハウジングは、ステータコイルと対向する端壁にステータコイルを退避する方向に形成する凹部を備える構成とし、さらに本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造において、モータハウジングは、変速装置のシフトレールの端部嵌挿用凹部と、当該端部嵌挿用凹部に嵌挿される筒状のブッシュとを備える構成とした。

本発明によれば、ロータシャフトを、片持支持で、クラッチハウジングに支持させる構造によって、ロータシャフトの軸長を抑えることができ、ロータシャフトの薄形化により、動力取出し装置付の車両のハイブリッド化により幅寸法の制約が課せられるようになったモータハウジング内でも、容易にモータ要素を組付けることができる。

以下、本発明を図１ないし図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は、図６に示される動力取出し装置（以下、ＰＴＯ装置という）が付いた自動車（車両）のパワートレインをハイブリッド化する構造を説明するための図、図２はハイブリッド化したパワートレインの断面図、図４はその一部を分解した図をそれぞれ示している。

ここで、図１中１はエンジン、２は同エンジン１の後部に組付くクラッチ装置、３は変速装置、４はＰＴＯ装置、３０は薄形のモータ装置を示している。

このうち、クラッチ装置２は、図２にも示されるようにエンジン１の本体後部端と直列に連結される例えば椀形状のクラッチハウジング７と、このクラッチハウジング７の内部に収容されるクラッチ機構、例えばエンジン１の出力軸１ａに有るフライホイール１ｂと接離してエンジン１からの動力の伝達を断続する乾式単板クラッチ１１と、この乾式単板クラッチ１１を駆動する自動制御用のアクチュエータ１２とを有してなる。

ＰＴＯ装置４は、横方向に張り出る偏平な動力取出しハウジング５内に、動力取出し機構６、例えば入力側の歯車１３と外部出力部６ａにつながる出力側の歯車１５との間を中継用の歯車１４で噛合わせた歯車列構造を収めてなる。

モータ装置３０は、図２にも示されるように例えば片側（一側）が開放し、反対側（他側）に端壁３１ａを有する略短椀状のモータハウジング３１を有し、このモータハウジング３１の内部にモータ要素、例えばモータハウジング３１の内周面に組付いたステータ３２、このステータ３２の内側に収まる環状のロータ３３、このロータ３３を支持する環状のロータシャフト３４を収めてなる。なお、３２ａはステータ３２に付いているステータコイルを示す。

変速装置３は、略筒状の変速機ハウジング８を有し、この変速機ハウジング８の内部に複数の変速段に切換え可能な変速機構１５を収めた構造が用いてある。具体的には、変速機構１５は、変速機ハウジング８の前部端から突き出るインプットシャフト１６（本願のクラッチ出力軸に相当）を有し、このインプットシャフト１６の後端部と変速機ハウジング８の後部端に有る動力出力部、例えばセンタブレーキ１７が付いた出力部１８との間に、常時噛合式の歯車変速機構１９を設けて構成される。詳しくは、歯車変速機構１９は、インプットシャフト１６の後部端から出力部１８までに設けたアウトプットシャフト２０、このアウトプットシャフト２０と並行に設置したカウンタシャフト２１、インプットシャフト１６の後端からカウンタシャフト２１へ回転を導く一対の歯車２２、ドライブシャフト２０とカウンタシャフト２１との間に設けた変速段毎のギヤ比で常時噛合う複数対の歯車２３を有する歯車機構と、インプットシャフト１６とアウトプットシャフト２０間や各歯車２３間の周速を同期させる同期機構、例えばシンクロスリーブ２４を有して構成される変速段毎の同期噛合機構２５と、この同期噛合機構２５を操作する操作機構、例えば変速機ハウジング８内に前後方向に沿って移動可能に設けたシフトレール２６を軸方向に移動させて同シフトレール２６に付いているシフトフォーク２６ａでシンクロスリーブ２４を操作して変速を行わせるシフトレール機構２７とを有して構成してある。なお、インプットシャフト後端とアウトプットシャフト前端とは、ベアリング２８を介して回転自在につながっている。但し、変速装置３には、例えば車両の運転状態に応じて自動的に変速を行う自動制御式が用いてある。

図２に示すパワートレインは、図６に示すＰＴＯ装置４付パワートレインのＰＴＯ装置４が有る部分を、図１に示されるようにモータ装置３０に置き換えることによってハイブリッド化したパワートレインを示す。

ここで、置き換えは、図６に示されるようなクラッチハウジング７と変速機ハウジング８との間に挟持されていた動力取出しハウジング５の代わりに、図２および図４に示されるようにモータ装置３０のモータハウジング３１を、開放部３１ｂがクラッチ装置２側に向き、端壁３１ａが変速装置３側に向く姿勢で、クラッチハウジング７と変速機ハウジング８との間に挟持させる。と共にＰＴＯ装置４を組付けるときと同様、モータハウジング３１の端壁３１ａに形成してある通孔部３１ｃを貫通させ、その前方へ突き出るインプットシャフト１６に、ロータシャフト３４、乾式単板クラッチ１１等を嵌めることより行われる。

そして、同等の置き換えを行うために、モータ装置３０の外郭をなすモータハウジング３１には、クラッチハウジング７と変速機ハウジング８との間に挟まれる部分の軸方向長さＷ１を、ＰＴＯ装置４の動力取出しハウジング５におけるクラッチハウジング７と変速機ハウジング８との間に挟まれる部分の軸方向長さＷ２と共通にしてある。具体的には、モータハウジング３１の軸方向長さＷ１を、動力取出しハウジング５の軸方向長さＷ２と同じかほぼ同じ寸法値に定めてある。

また内部のモータ要素にも、ロータ３３を薄形にモータハウジング３１内に組込める工夫、コイル３２ａを含むステータ３２が周囲の部品と干渉せずにクラッチハウジング７と変速機ハウジング８との間に組込める工夫が採用してある。前者には、片持ち支持構造でロータ３３をインプットシャフト１６上に組込む構造が用いてあり、後者にはシフトレール２６の支持やクラッチハウジング７の一部に工夫を施した構造が用いてあり、これらによって置き換えに際する内部機器での障害を回避して、共通の軸方向長さをもつハウジング同士による置き換えを成立させている。

これらの構造について説明する前に、変速装置３から突き出るインプットシャフト１６について説明すれば、同インプットシャフト１６には、ＰＴＯ装置４付のパワートレインで用いたのとほとんど同じシャフト部材が用いられている。すなわち、図２および図４に示されるようにインプットシャフト１６は、根元側、例えばアウトプットシャフト端から端壁３１ａを通りモータハウジング３１の中央までの部分が太径（大径部１６ｃ）で、それから乾式単板クラッチ１１のクラッチディスク１１ａと嵌まる前側の部分を根元側より細い径（細径部１６ａ）としたシャフト部材で形成してある。このインプットシャフト１６の後端部（変速装置３側）が、端壁３１ａに設けたベアリング４０を介して、モータハウジング３１に回転自在に支持させてある。また前側（クラッチ装置側）のシャフト部分の外周面には、軸方向に延びる複数条の溝部が形成されていて、前側のシャフト部分をスプライン部１６ａとしている。このスプライン部１６ａの先端側が、クラッチ装置２のアクチュエータ１２を貫通して、クラッチディスク１１ａの中心部に形成されている溝付き孔１１ｂに摺動自在に嵌挿してある。

このインプットシャフト１６に対してロータ３３が片持ち支持で組込んである（前者の構造）。同構造を説明すれば、図２および図４に示されるようにロータ３３を支持するロータシャフト３４は、モータハウジング３１内で、できるだけ大きく据付面積を確保するために、一端部がクラッチハウジング７の後部の端壁７ａと接近する地点に配置され、他端部がモータハウジング３１の端壁３１ａと接近する地点に配置される環状の本体部３５と、この本体部３５の一端部から同軸をなして突き出る筒状部、例えば薄肉の筒部分３６とを有して形成してある。そして、本体部３５の中心部に有る孔部３５ａと筒部分３６の孔部３６ａとがなす孔空間は、太径部１６ｃとスプライン部１６ａとの境界部分が嵌まる形状、すなわち孔部３６ａがスプライン部１６ａと嵌まる溝孔形状に形成、孔部３５ａが太径部１６ｃと嵌まる円径形状に形成してある。これにより、ロータシャフト３４は、クラッチ装置２側がスプライン部１６ａにスプライン嵌合され、反対側の変速装置３側が太径部１６ｃに嵌合、具体的には隙間嵌めされる。ロータ３３の片持ち支持は、このうちのクラッチハウジング７の通孔部７ｃを通る筒部分３６を、図３に示されるようにベアリング３７を介して、クラッチハウジング７の端壁７ａに回転自在に固定させることによって行っている。具体的には、ベアリング３７は、筒部分３６の外周面と本体部３５の端面とがなすＬ字形部分と、これと向き合うように通孔部７ｃの内周面に形成してあるＬ字形部分とがなす環状のベアリング室に嵌挿される。このベアリング３７の内輪３７ａに、筒部分３６が嵌挿され、クラッチハウジング７に対してロータシャフト３４を回転自在に支持している。またロータシャフト３４の軸方向の動きは、ベアリング３７を挟むように配置した係止部材、例えば図３に示されるように筒部分３６の外周面から内輪３７ａのクラッチ装置側の端面に沿って突き出るスナップリング３８と、ベアリング３７の外輪３７ｂを位置決めるべくクラッチハウジング７の端壁７ａの外面に固定された環状のリテーナ３９とを用いた構造で規制してある。なお、３９ａはリテーナ３９を端壁７ａの外面に固定するボルトを示す。こうした構造により、ロータ３３およびロータシャフト３４は、片側だけがベアリング３７を介してクラッチハウジング７に支持されるという片持ちの支持で、インプットシャフト１６の同軸上に位置決め固定してある。これで、モータ装置３０が発生する駆動力が、インプットシャフト１６を通して変速装置３へ伝達されるようにしている。

一方、後者のシフトレール支持の工夫には、薄形のモータハウジング３１内に、モータ要素、具体的にはステータコイル３２ａが周囲の部品や部材と干渉せずに設置できるよう、モータハウジング３１の端壁３１ａの厚み寸法を抑える構造、つまり端壁３１がモータ要素の配置される空間領域へ張り出るのを抑える構造が用いてある。具体的には、図２および図４に示されるようにモータハウジング３１の端壁３１ａに形成してあるシフトレール２６の端部嵌挿用の凹部５０を浅い深さ、例えばステータコイル３２ａなどを圧迫せずにすむ浅い深さ寸法とし、この凹部５０内にその深さを補償する所定長さの筒状のブッシュ５１を嵌挿し、このブッシュ５１にシフトレール２６の端部（モータ装置側の端部）を摺動自在に嵌挿した構造を用いて、シフトレール２６の端部がブッシュ５１内で移動する構造としている。これにより、凹部５０の底壁がステータコイル３２ａと干渉するのを回避している。なお、この場合、シフトレール２６には、若干、全長の短い部品を用いるのが望ましい。

またクラッチハウジング７の一部で行われる工夫は、図２および図４に示されるようにクラッチハウジング７の端壁７ａを利用して、モータハウジング３１から前方（クラッチ装置２側）へ張り出すステータコイル３２ａをモータハウジング３１内に収める構造である。具体的には、図２および図３に示されるようにステータコイル３２ａと対向する端壁７ａ部分に、該ステータコイル３２ａから退避する方向（クラッチ装置２側）に凹んだ凹部４９をステータコイル３２ａ沿いに形成することによって、ステータコイル３２ａが端壁７ａと干渉するのを回避しつつモータハウジング３１内に収めている。なお、凹部４９を形成するに際し、インプットシャフト１６のスプライン部１６ａ（前部側）の直径を小さくして、筒部３６の外周面に嵌まるベアリング３７の直径を小さくし、ステータコイル３２ａと対向する端壁７ａの領域を広くすると、ステータコイル３２ａを避けるための凹部４９を形成し易い。

なお、図２において、５２はクラッチハウジング７に取付けられた給電用の高電圧コネクタ（スタータコイル３２ａにつながる部品）、５３はロータシャフト３４に取付けられたレゾルバ（回転センサ）、５４はモータハウジング３１に取付けられたセンサ出力用のコネクタ、５５はモータハウジング３１の周壁内部に形成された環状の冷却水路を示す。

かくして、ＰＴＯ装置４付の自動車をハイブリッド化するに際し、上記のように動力取出しハウジング５とモータハウジング３１の軸方向長さＷ１，Ｗ２を共通にしたことにより、ＰＴＯ装置４がモータ装置３０に置き換わっても、変速機ハウジング８の軸方向位置は、ＰＴＯ装置４が付いた自動車のときと変わらずにすむ。

したがって、クラッチ装置２、変速装置３のほとんどを共有する手法で、ハイブリッド化したパワートレインは、変速装置３のマウント位置が変わらずにすみ、変速機ハウジング８を変更したり、車体上のマウント位置を変更したりせずに、容易かつ合理的に取出し装置４付自動車とハイブリッド電気自動車との使い分けができる。

しかも、インプットシャフト１６上に組付くロータシャフト３４には、片側だけでのベアリング３７による支持、すなわち片持ち支持だけでクラッチハウジング７に固定される構造なので、ロータシャフト３４は軸長が抑えられて薄形化が図れ、制約された幅狭のモータハウジング３１内におけるロータ３３の組付けが容易に行える。そのうえ、モータハウジング３１は、凹部４９を形成したり、シフトレール２６の端部をブッシュ５１を介してモータハウジング３１に保持したりして、モータハウジング３１の内部に、他部品との干渉のおそれがない室を確保したことにより、ハイブリッド化によりモータ装置４のモータハウジング３１が、内部のモータ要素の軸長さよりも幅狭となっても、容易にモータ要素全体が組付けることができ、ＰＴＯ装置４付のパワートレインからのハイブリッド化が容易に進められる。

図５は本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、ロータシャフト３４の軸方向を規制する構造を変更した変形例を示す。

すなわち、本実施形態は、径寸法の違いがもたらすスプライン部１６ａと大径部１６ｃとの段差部分１６ｂを活用して、ロータシャフト３４の軸方向を規制するものである。具体的には、図５に示されるようにスナップリング３８による規制はそのままに、インプットシャフト１６の段差部分１６ｂを、ロータシャフト３４に形成してある孔部３６ａと孔部３５ａとがなす段差部分まで嵌める構造を用いて、ロータシャフト３４の軸方向の動きを規制しようとするものである。

この軸方向の規制構造は、第１の実施形態で用いたリテーナを用いずに、ロータシャフト３４の軸方向の規制ができる利点がある。

但し、図５において、上述した第１の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。

本発明の第１の実施形態に係る動力取出し装置が付いた自動車のパワートレインをハイブリッド化するときの作業を説明する図。 同作業によってハイブリッド化されたハイブリッド電気自動車のパワートレインを示す一部断面とした側面図。 同パワートレインのロータシャフトの支持構造を示す断面図。 同ハイブリッド化されたパワートレインを一部分解した断面図。 本発明の第２の実施形態の要部となるロータシャフトの支持構造を示す断面図。 動力取出し装置が付いた車両に搭載される動力取出し装置付のパワートレインを示す断面図。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・クラッチ装置
３・・・変速装置
４・・・動力取出し装置
５・・・動力取出しハウジング
６・・・動力取出し機構
７・・・クラッチハウジング
８・・・変速機ハウジング
１１・・・乾式単板クラッチ（クラッチ機構）
１５・・・変速機構
１６・・・インプットシャフト（クラッチ出力軸）
３０・・・モータ装置
３１・・・モータハウジング
３２・・・ステータ
３２ａ・・・ステータコイル
３３・・・ロータ
３４・・・ロータシャフト
３７・・・ベアリング。

Claims (3)

1. クラッチハウジングと、同クラッチハウジング内に収まりエンジンからの動力を断続するクラッチ機構および該クラッチ機構からの動力を出力するクラッチ出力軸とを有するクラッチ装置と、
   前記クラッチ装置のクラッチ出力軸に連結された変速装置と
   モータハウジング内にロータシャフトを含むモータ要素を収めて構成され前記変速装置へ駆動力が伝達可能なモータ装置とを備え、
   前記クラッチ出力軸は、軸径が異なる細径部と大径部を有しており、該大径部の後端部がベアリングを介して前記モータハウジングに対して位置決め支持され、
   前記ロータシャフトは、前記クラッチ出力軸に対して同軸上に組合うよう前記細径部と前記大径部とに夫々嵌合する孔部を有しており、該細径部と嵌合する孔部側のみの端部がベアリングを介して、前記クラッチハウジングで位置決め支持される
   ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。
2. 前記モータ装置は、モータ要素としてステータとロータとステータコイルを備え、
   前記クラッチハウジングは、前記ステータコイルと対向する端壁に前記ステータコイルを退避する方向に形成する凹部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。
3. 前記モータハウジングは、前記変速装置のシフトレールの端部嵌挿用凹部と、当該端部嵌挿用凹部に嵌挿される筒状のブッシュとを備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。

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