JP6045098B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの他に、電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータを備え、状況に応じそれら２種類の駆動力を最適に組合せて走行するようにしたハイブリッド車両に関するものである。

近年、エンジンとモータジェネレータという特性の異なる２種類の動力源を備えたハイブリッド車両が開発されて実用化されている。このハイブリッド車両では、エンジンとモータジェネレータとを直接的に又はクラッチ装置を介して直列的に接続しており、そのモータジェネレータに変速機を連結している（例えば、特許文献１及び２参照。）。そして、変速機からプロペラシャフトを介して駆動輪が接続される。このようなハイブリッド車両では、エンジンとモータジェネレータという２種類の動力源の駆動力を状況に応じて最適に組合せることで、各動力源の長所を活かし短所を補うことにより、車両の動力性能を十分に確保しつつ、燃料消費率の大幅な改善を図るとしている。

特開２００２−６７７０５号公報 特開２００４−１１６３６２号公報

しかし、エンジンが後部に搭載されるバスのような車両にあっては、駆動輪である後輪に対してエンジンが比較的近い位置に搭載されるので、駆動輪とエンジンの間にモータジェネレータを介装させることができなかった。このため、駆動輪とエンジンが近いような車両は、エンジンとモータジェネレータとを直列的に接続させる様な形で、ハイブリッド車両とすることはできないという未だ解決すべき課題が残存していた。

本発明の目的は、モータジェネレータをエンジンと別に独立して搭載可能とし、それによりモータジェネレータの搭載の自由度を高め得るハイブリッド車両を提供することにある。

本発明は、エンジンと、電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータと、エンジンで発生する動力とモータジェネレータで発生する動力のいずれか一方又は双方を駆動輪に伝達する動力混合装置とを備えたハイブリッド車両である。

その特徴ある構成は、この動力混合装置が、エンジンに連結された第１シャフトと、その第１シャフトと並んでその第１シャフトに平行に設けられモータジェネレータに連結された第２シャフトと、駆動輪に連結された第３シャフトと、第１シャフトと第２シャフトを切断可能に連結する第１接断手段と、第２シャフトと第３シャフトを切断可能に連結する第２接断手段とを備えるところにある。

この場合、第１シャフト及び第３シャフトを後方に突出させてエンジン及び駆動輪に連結し、動力混合装置の前部に設けられたモータジェネレータの回転軸に減速手段を介して第２シャフトが連結されることが好ましい。

本発明のハイブリッド車両では、エンジンで発生する動力とモータジェネレータで発生する動力のいずれか一方又は双方を駆動輪に伝達する動力混合装置を備えるので、モータジェネレータをエンジンと別に独立して搭載することが可能になる。このため、その搭載の自由度は高まり、駆動輪とエンジンの距離が比較的近いバスのような車両であっても、その動力混合装置とともにモータジェネレータをエンジンと別に独立して搭載し、エンジンの前方に位置する駆動輪の更に前方にモータジェネレータを搭載して、ハイブリッド車両とすることが可能となる。

本発明実施形態のモータジェネレータとエンジンの双方の駆動力により走行するハイブリッド車両の構成図である。 そのモータジェネレータの駆動力により走行するハイブリッド車両の図１に対応する構成図である。 そのモータジェネレータが発電するハイブリッド車両の図１に対応する構成図である。 そのエンジンとモータジェネレータの配置の関係を示す平面構成図である。 そのハイブリッド車両であるバスの側面図である。 そのハイブリッド車両であるトラックの上面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図４及び図５に示すように、この実施の形態におけるハイブリッド車両１０は、エンジン１２が後部に設けられ、その近傍に駆動輪１３が設けられたバスである場合を示す。このバス１０の底部はサイドメンバ１１ａとクロスメンバ１１ｂからなるシャシフレーム１１を有し、このシャシフレーム１１後部には駆動輪である後輪１３が両端に設けられたリヤアクスル１４、そのアクスル１４を支持するリヤサスペンション装置１５が設けられる。ここで、リヤアクスル１４は、幅方向に延びるハウジング１４ｃと、そのハウジング１４ｃの中央に内蔵されたデファレンシャル１４ａと、そのデファレンシャル１４ａから両側に延びるアクスルシャフト１４ｂを備えるものである（図１）。

このバスであるハイブリッド車両１０は、リヤアクスル１４の後方のシャシフレーム１１にエンジン１２及びトランスミッション１６が搭載される。シャシフレーム１１の後端にエンジン１２が搭載され、そのエンジン１２の前方にトランスミッション１６が連結される。トランスミッション１６の前部における出力端には、プロペラシャフト１７の後端が接続される。プロペラシャフト１７の前端はリヤアクスル１４を越えて前方に延び、リヤアクスル１４の前方に設けられた動力混合装置２０に連結される。

図１に示すように、動力混合装置２０は、シャシフレーム１１に取付けられたケース本体２１と、そのケース本体２１に車両１０の前後方向に延びて設けられた第１シャフト２２と、その第１シャフト２２と車両１０の上下方向に並んで、その第１シャフト２２に平行に設けられた第２シャフト２３と、その第２シャフト２３の後方にその第２シャフト２３と同軸に設けられた第３シャフト２４を備える。第３シャフト２４は第２シャフト２３と同軸に設けられるので、その第３シャフト２４は第１シャフト２２の下方に位置するものになる。けれども、図４では、便宜上、符号２２で示す第一シャフト２２と、符号２４で示す第３シャフト２４が車両１０の幅方向にずれている状態で示すものとする。そして、第１シャフト２２には、プロペラシャフト１７の前端が接続され、この第１シャフト２２はこのプロペラシャフト１７及びトランスミッション１６を介してエンジン１２に連結される。ここで、プロペラシャフト１７は、エンジン１２の出力をトランスミッション１６を介して第１シャフト２２に伝える軸である。

一方、第２シャフト２３にはモータジェネレータ２６が連結される。このモータジェネレータ２６は、電動機あるいは発電機として機能するものであって、かつそれらの機能が状況に応じて切替え可能な電動機、例えば交流同期電動機によって構成される。具体的に、この実施の形態におけるモータジェネレータ２６は、モータケース２７と、そのモータケース２７内部に収容されたステータ（固定子）２８及びロータ（回転子）２９を備える。ステータ２８はモータケース２７に固定され、ロータ２９は、ステータ２８に回転可能に挿通される。ステータ２８の中心軸には回転軸２６ａが設けられ、このモータジェネレータ２６では、ステータ２８の図示しないコイルへの通電により、ロータ２９が回転軸２６ａとともに回転するように構成される。そして、このモータジェネレータ２６はインバータ５２を介してバッテリ５３に接続される。ここで、インバータ５２は、バッテリ５３の高電圧直流電流と、モータジェネレータ２６の交流電流とを変換しながら電流を制御する装置である。

モータジェネレータ２６は、その回転軸２６ａが第２シャフト２３に同軸になるように、そのモータケース２７がケース本体２１の前部に取付けられ、モータジェネレータ２６の後方に延びる回転軸２６ａには、減速手段３０を介して第２シャフト２３に連結される。減速手段３０は、いわゆる遊星歯車機構を成すものであって、モータジェネレータ２６の回転軸２６ａに設けられたサンギヤ３１と、ケース本体２１にサンギヤ３１を包囲するようにそのサンギヤ３１と同軸に設けられたリングギヤ３２と、サンギヤ３１とリングギヤ３２の双方に歯合する複数のピニオンギヤ３３と、中央が第２シャフト２３に固定されてそのピニオンギヤ３３が枢支されたプラネタリキャリア３４と備える。

この減速手段３０では、モータジェネレータ２６の回転軸２６ａの回転によりサンギヤ３１が回転すると、サンギヤ３１とリングギヤ３２の双方に歯合する複数のピニオンギヤ３３は、そのサンギヤ３１の周囲に転動し、そのピニオンギヤ３３が枢支されたプラネタリキャリア３４は、サンギヤ３１の回転より小さい速度で回転することになる。このため、減速されて回転するプラネタリキャリア３４により第２シャフト２３が回転するように構成される。このように、この減速手段３０では、モータジェネレータ２６の回転軸２６ａの回転を減速させて第２シャフト２３の伝達するように構成される。

この減速手段３０は、動力混合装置２０におけるケース本体２１に内蔵され、動力混合装置２０は、第１シャフト２２と第２シャフト２３を切断可能に連結する第１接断手段３６と、第２シャフト２３を第３シャフト２４に切断可能に連結する第２接断手段４６とを更に備える。第１接断手段３６は、第２シャフト２３に固定された第２円形ギヤ３８と、その第２円形ギヤ３８と同形であって、その第２円形ギヤ３８に歯合し第１シャフト２２に空転可能に嵌入された第１円形ギヤ３７と、その第１円形ギヤ３７を第１シャフト２２に係合可能に構成されたギヤ係合手段３９とを有する。このギヤ係合手段３９は、第１シャフト２２に一体的に設けられた第１シンクロナイザハブ４１と、この第１シンクロナイザハブ４１の外周に軸方向に移動可能であってかつ回転不能に取付けられた第１スリーブ４２と、第１円形ギヤ３７の第１シンクロナイザハブ４１に対向する側に形成され、軸方向に移動する第１スリーブ４２が歯合可能な第１ドグ歯４３と備える。

図示しないが、第１スリーブ４２には第１フォークの先端が係止され、この第１フォークの軸方向の移動により第１スリーブ４２が移動し、その第１スリーブ４２が第１ドグ歯４３に歯合すると、第１シンクロナイザハブ４１と第１ドグ歯４３の相対的な回転は禁止され、これにより第１円形ギヤ３７を第１シャフト２２に係合可能に構成される。すると、第１シャフト２２とともに第１円形ギヤ３７は回転することになり、更に、この第１円形ギヤ３７に歯合する第２円形ギヤ３８とともに第２シャフト２３を回転させるように構成される。即ち、その第１スリーブ４２が第１ドグ歯４３に歯合することにより、第１シャフト２２と第２シャフト２３は連結され、エンジン１２により回転する第１シャフト２２により、第２シャフト２３も回転するように構成される。

その一方で、図２に示すように、第１スリーブ４２が逆方向に移動して、第１シンクロナイザハブ４１の周囲に第１スリーブ４２が移動し、第１ドグ歯４３との歯合が解除されると、第１シンクロナイザハブ４１と第１ドグ歯４３の相対的な回転が許容される。すると、第１円形ギヤ３７の第１シャフト２２への係合は解消されて、第１シャフト２２に対する第１円形ギヤ３７の自由な回転が許容される。これにより第１シャフト２２と第２シャフト２３は切断され、第１シャフト２２と第２シャフト２３の連結は解消されることになる。

図１に戻って、第２シャフト２３と前記第３シャフト２４を切断可能に連結する第２接断手段４６は、第３シャフト２４に臨む第２シャフト２３の後端に一体的に設けられた第２シンクロナイザハブ４７と、この第２シンクロナイザハブ４７の外周に軸方向に移動可能であってかつ回転不能に取付けられた第２スリーブ４８と、その第２シンクロナイザハブ４７に対向するように第３シャフト２４の前端に一体的に形成され、軸方向に移動する第２スリーブ４８が歯合可能な第２ドグ歯４９と備える。

第２スリーブ４８は図示しないフ第２フォークの先端が係止され、この図示しない第２フォークの軸方向の移動により第２スリーブ４８が移動し、その第２スリーブ４８が第２ドグ歯４９に係合すると、第２シンクロナイザハブ４７と第２ドグ歯４９の相対的な回転は禁止され、これにより第２シャフト２３は第３シャフト２４に連結し、第２シャフト２３とともに第３シャフト２４が回転可能に構成される。そして、第３シャフト２４がリヤアクスル１４のデファレンシャル１４ａに接続され、第３シャフト２４が回転することにより、デファレンシャル１４ａを介して駆動輪である後輪１３が回転するように構成される。ここで、第３シャフト２４が連結されたデファレンシャル１４ａは、第３シャフト２４の回転動力をリヤアクスル１４における両アクスルシャフト１４ｂに分けて伝える作動装置であり、各アクスルシャフト１４ｂは、デファレンシャル１４ａによって分けられた動力を駆動輪１３に伝える軸である。

その一方で、図３に示すように、第２スリーブ４８が逆方向に移動して、第２シンクロナイザハブ４７の周囲に第２スリーブ４８が移動し、第２ドグ歯４９との係合が解除されると、第２シンクロナイザハブ４７と第２ドグ歯４９の相対的な回転が許容され、第２シャフト２３と第３シャフト２４は切断されるように構成される。

このように、本発明のハイブリッド車両１０では、動力混合装置２０を用い、この動力混合装置２０の第１シャフト２２とエンジン１２とをプロペラシャフト１７により連結し、モータジェネレータ２６を動力混合装置２０のケース本体２１に取付けて一体化したので、エンジン１２とプロペラシャフト１７により連結し得る限り、そのモータジェネレータ２６をエンジン１２と別に独立して車両１０のシャシフレーム１１に搭載することが可能になる。このため、エンジン１２に連結していた従来に比較して、モータジェネレータ２６の搭載の自由度は高まり、図４及び図５に示すように、駆動輪である後輪１３とエンジン１２の距離が比較的近いバスのような車両１０であっても、その動力混合装置２０とともにモータジェネレータ２６を、そのエンジン１２ともに駆動輪である後輪１３を挟むような位置に搭載して、ハイブリッド車両１０とすることが可能になるのである。

次に、このように構成されたハイブリッド車両の動作を説明する。

図１に示すように、このハイブリッド車両１０は、第２接断手段４６により第２シャフト２３と第３シャフト２４を連結し、第１接断手段３６により第１シャフト２２と第２シャフト２３を連結状態とすることにより、電動機としてのモータジェネレータ２６及びエンジン１２の双方の回転駆動力により第３シャフト２４を回転させることができる。この第３シャフト２４の回転は、デファレンシャル１４ａを介して駆動輪である後輪１３に伝達されるので、モータジェネレータ２６及びエンジン１２の双方の回転駆動力により車両１０を走行させることが可能となる。

一方、車両１０の減速時や制動時には、駆動輪である後輪１３の回転によってモータジェネレータ２６が駆動されることになるので、モータジェネレータ２６を発電機として機能させることにより、そのモータジェネレータ２６により発電が行われ、車両１０の減速時における運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ５３に回収（蓄電）することもできる。

また、モータジェネレータ２６を発電機として用いれば、第１シャフト２２を回転させるエンジン１２の駆動力により第２シャフト２３をも回転させて、その発電機として機能するモータジェネレータ２６の回転軸２６ａを回転させることができる。すると、車両１０が走行中に、そのモータジェネレータ２６により電力が発生し、その電力をバッテリ５３に充電させることもできる。また、このとき、モータジェネレータ２６において発電させずに、ロータ２９を空転させるようにすれば、エンジン１２の駆動力のみで車両１０を走行させることも可能になる。

一方、図２に示すように、第２接断手段４６により第２シャフト２３と第３シャフト２４を連結するけれども、第１接断手段３６により、第１シャフト２２と第２シャフト２３を切断状態とすれば、第２シャフト２３を回転させるモータジェネレータ２６だけの回転駆動力により第３シャフト２４を回転させることが可能になる。この場合、モータジェネレータ２６だけの回転駆動力により車両１０を走行させることになる。特に、モータジェネレータ２６の回転軸２６ａに減速手段３０を介して第２シャフト２３を連結したので、モータジェネレータ２６の回転軸２６ａを比較的高速で回転させることにより、第２及び第３シャフト２４の回転トルクを高めることができる。これにより、発進時、低速走行時等、駆動輪である後輪１３の回転が低速かつ高負荷となる様な走行状態であっても、モータジェネレータ２６だけの回転駆動力により車両１０を走行させることが可能となる。この場合において、エンジン１２を停止することにより、燃料の無駄な消費を回避することもできる。

また、図３に示すように、第２接断手段４６により第２シャフト２３と第３シャフト２４を遮断すれば、第２シャフト２３が回転しても、駆動輪１３が回転しないので、車両１０を停車状態に維持することができる。このため、例えば、車両１０を停車状態に維持した状態で、第１接断手段３６により第１シャフト２２と第２シャフト２３を連結し、第１シャフト２２を回転させるエンジン１２の駆動力により第２シャフト２３を回転させて、その発電機として機能するモータジェネレータ２６により電力を発生させることもできる。このため、本発明のハイブリッド車両１０にあっては、自走するとともに、停車して発電をする、例えば災害時における移動式の発電装置として使用することも可能となる。

なお、上述した実施の形態では、動力混合装置２０の第１シャフト２２と第３シャフト２４をケース本体２１の後方から突出させてエンジン１２と駆動輪１３に連結し、ハイブリッド車両１０であるバスに搭載させる場合を説明したけれども、バスである場合に限られない。例えば、図６に示すように、エンジン１２がシャシフレーム１１の前部に設けられるいわゆるトラックに適用しても良い。図６に示す動力混合装置２０は、エンジン１２と駆動輪である後輪１３の間のシャシフレーム１１にモータジェネレータ２６とともに搭載され、第１シャフト２２と第３シャフト２４をケース本体２１の異なる方向から突出させている。そして、その前方に設けられたエンジン１２からのプロペラシャフト１７を前方に突出する第１シャフト２２に連結し、後方に突出する第３シャフト２４をリヤアクスル１４のデファレンシャル１４ａに接続している。

このように、本発明では、動力混合装置２０を用いるので、モータジェネレータ２６をエンジン１２と別に独立して車両１０のシャシフレーム１１に搭載することが可能になる。このため、図６に示すように、エンジン１２がシャシフレーム１１の前部に搭載されるトラックであっても、従来から何も設けられていないシャシフレーム１１の間にその動力混合装置２０をモータジェネレータ２６とともに設けることにより、大きな変更することなく、後から容易にハイブリッド車両１０とすることができるのである。

また、上述した実施の形態では、モータジェネレータ２６は電動機或いは発電機として機能するものとして、交流同期電動機を用いて説明したけれども、このモータジェネレータ２６は、交流同期電動機に限られずに、ＶＲ型（可変リラクタンス型）同期電動機、バーニアモータ、直流電動機、誘導電動機、超電動モータ、ステップモータ等を用いることができる。

更に、上述した実施の形態では、シンクロナイザハブ４１，４７、スリーブ４２，４８及びドグ歯４３，４９から成るギヤ係合手段４０及び第２接断手段４６を説明したけれども、動力を切断可能に連結し得る限り、これらは、互いに噛み合う爪を有する噛み合いクラッチ（ドッグクラッチ）や、摩擦力により動力を伝達する、いわゆる摩擦クラッチであっても良い。

１０ 車両
１２ エンジン
１３ 駆動輪
２０ 動力混合装置
２２ 第１シャフト
２３ 第２シャフト
２４ 第３シャフト
２６ モータジェネレータ
２６ａ 回転軸
３０ 減速手段
３６ 第１接断手段
４６ 第２接断手段

Claims (2)

1. エンジン(12)と、
   電動機あるいは発電機として機能するモータジェネレータ(26)と、
   前記エンジン(12)で発生する動力と前記モータジェネレータ(26)で発生する動力のいずれか一方又は双方を駆動輪(13)に伝達する動力混合装置(20)と
   を備えたハイブリッド車両であって、
   前記動力混合装置(20)が、前記エンジン(12)に連結された第１シャフト(22)と、
   前記第１シャフト(22)と並んで前記第１シャフト(22)に平行に設けられ前記モータジェネレータ(26)に連結された第２シャフト(23)と、
   前記駆動輪(13)に連結された第３シャフト(24)と、
   前記第１シャフト(22)と前記第２シャフト(23)を切断可能に連結する第１接断手段(36)と、
   前記第２シャフト(23)と前記第３シャフト(24)を切断可能に連結する第２接断手段(46)と
   を備えた
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 第１シャフト(22)及び第３シャフト(24)を後方に突出させてエンジン(12)及び駆動輪(13)に連結し、
   動力混合装置(20)の前部に設けられたモータジェネレータ(26)の回転軸(26a)に減速手段(30)を介して第２シャフト(23)が連結された請求項１記載のハイブリッド車両。

Images