JP6251805B2 - 動力伝達装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータに外部のエンジンを組み合わせて車両を駆動するトルクを伝達するための動力伝達装置に関する。
いわゆるハイブリッド車は、電動モータに、ガソリンエンジンのごとき内燃機関を組み合わせ、その両者を駆動力源として利用する。エンジンの出力は、車軸の駆動のみならず、バッテリの充電にも利用され、その際にはモータはジェネレータとして作用し、エンジンの出力の一部を受けて発電する。また多くの場合において、車両が減速する際にもモータはジェネレータとして作用し、車両の慣性エネルギを電力として回生する。
上述の通り、ハイブリッド車において、エンジン、電動モータ、および車軸の間で三方向にトルクがやりとりされるので、その動力伝達装置は複雑かつ大規模になりがちである。それゆえ、自由な空間を確保し難い車両内において、これらのレイアウトは難しい問題である。
特許文献１は、関連する技術を開示する。
エンジンを高燃費で運用するには、比較的に低回転を維持するのが有利である。一方、モータ／ジェネレータは、高出力を発揮し、また高効率で発電をする観点から、比較的に高回転を維持するほうが有利である。すなわちエンジンとモータ／ジェネレータでは、好ましい回転数領域が異なるのであって、動力伝達装置はそれぞれに最適な回転数を実現するよう設計されることが望ましい。ところが上述のレイアウトに関する制約は、ギア比を自由に設定することを困難にしている。
本発明は、レイアウトの問題と好ましい回転数の実現の問題を同時に解決することに鑑みて為された。
本発明の一局面によれば、外部のエンジンと組み合わせて外部の車軸へトルクを出力する動力伝達装置は、前記エンジンと駆動的に連結可能であって、相互に隣接する第１のドライブギアと第２のドライブギアとを備えた第１のシャフトと、前記第１のシャフトに同軸であって前記第１のシャフトから独立して回転可能な同軸シャフトと、前記第１のシャフトおよび前記同軸シャフトとそれぞれ直接にギア結合し、前記第１のシャフトの回転を増速して前記同軸シャフトに伝達する第２のシャフトと、前記同軸シャフトに駆動的に結合し、前記複数のドライブギアと前記エンジンとの間に配置されたジェネレータと、前記第１のドライブギアと係合して第１のギア比を与える第１のドリブンギアと、前記第１のドリブンギアと同軸であって軸方向に隣接し、前記第１のドリブンギアから独立して回転可能であり、前記第２のドライブギアと係合して前記第１のギア比と異なる第２のギア比を与える第２のドリブンギアと、前記第１のドリブンギアおよび前記第２のドリブンギアと同軸であり、前記車軸と駆動的に連結可能な第３のシャフトと、前記第１のドリブンギアおよび前記第２のドリブンギアから選択して前記第３のシャフトに連結および脱連結するべく構成されたクラッチ機構と、を備える。
図１ないし３を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。
以下の説明および添付の図面において、左右あるいは上下の関係は一例に過ぎず、左右を入れ替え、あるいは上下を入れ替えた実施形態が可能である。
本実施形態による動力伝達装置は、エンジン、モータ／ジェネレータ、および車軸の間で三方向にトルクを伝達する用途に利用され、例えばハイブリッド車に適用される。図１はハイブリッド車の前車軸に適用される例を示すが、もちろん後車軸に適用することもできる。
図１に例示された動力伝達装置は、エンジン１と、モータ／ジェネレータ９と、右および左車軸１９，２１との間でトルクを伝達する。装置から見てエンジン１は外部の要素であって、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンやその他の何れの機関とも組み合わせることができる。さらに外部の要素として、バッテリ２５とインバータ２７が装置に組み合わされ、モータ／ジェネレータ９からの電力を蓄積し、またこれに電力を供給する。
動力伝達装置は、概して、エンジン１に駆動的に連結される第１のシャフト３と、これに同軸であってモータ／ジェネレータ９に駆動的に連結される同軸シャフト５と、これらのシャフトの両方とギア結合して双方向にトルクを伝える第２のシャフト７と、変速ギア組１１およびクラッチ機構１５を介して第１のシャフト３に連結される第３のシャフト１３と、よりなる。第３のシャフト１３はデファレンシャル１７を介して車軸１９，２１に駆動的に連結される。
これらのシャフトは互いに平行であり、その間を連結するギアには平歯車ないしヘリカルギアが適用できる。
図２を参照するに、エンジン１と第１のシャフト３との連結は、例えばドライクラッチ２３によることができる。あるいは図３に示すように、トルクダンパ２９によることもでき、また他の適宜の手段によってもよい。
第１のシャフト３は、第１のドライブギア３１と第２のドライブギア３３とを備え、少なくとも一のベアリング３５によりケーシング１００に回転可能に支持される。ドライブギア３１，３３の何れかあるいは両方は、第１のシャフト３と一体であってもよく、残りあるいは両方は別体であってスプラインやその他の手段により第１のシャフト３に結合されていてもよい。またドライブギア３１，３３は、好ましくは互いに軸方向に隣接して配置される。
詳しくは後述するが、変速のためにドライブギア３１とドライブギア３３とは異径であり、図示の例では第１のドライブギア３１の方がより大径である。
同軸シャフト５は、既に述べた通り第１のシャフト３に同軸であり、その間には例えばニードルベアリング３７が介在し、以って同軸シャフト５は第１のシャフト３から独立して回転可能である。同軸シャフト５は、トルクを受容し、また出力するためのドリブンギア５１を、一体的または別体的に備える。同軸シャフト５も、少なくとも一のベアリング５３によりケーシング１００に回転可能に支持される。ベアリング５３は、同軸シャフト５およびニードルベアリング３７を介して第１のシャフト３をも支持している。
第２のシャフト７は、第１のドライブギア３１と係合する増速ドリブンギア４１と、ドリブンギア５１と係合する増速ドライブギア４３とを備える。何れも、第２のシャフト７と一体でもよく、あるいは別体でもよい。第２のシャフト７は、その両端付近において、一対のベアリング４５により回転可能にケーシング１００に支持される。
シャフト３の回転を増速して同軸シャフト５に伝えるべく、増速ドライブギア４３は増速ドリブンギア４１よりも大径である。これに応じて、同軸シャフト５のドリブンギア５１は、第１のシャフト３の第１のドライブギア３１よりも小径である。
モータ／ジェネレータ９は、ドライブギア３１，３３とエンジン１との間に配置される。モータ／ジェネレータ９はケーシング１００の外部に配置することができるが、好ましくはケーシング１００からエンジン１に向けて突出したベルハウジング１１０内に収容される。ベルハウジング１１０の右端において、ケーシング１００がエンジン１に結合する。
モータ／ジェネレータ９は同軸シャフト５に駆動的に結合する。同軸シャフト５がケーシング１００を貫いてモータ／ジェネレータ９にまで延長されていてもよいし、同軸シャフト５とは別体の中空シャフト５５が介在していてもよい。この場合、同軸シャフト５と中空シャフト５５とは、例えばスプライン５７により駆動的に連結される。第１のシャフト３は、同軸シャフト５および中空シャフト５５内の空洞を通ってモータ／ジェネレータ９よりも外に引き出され、ドライクラッチ２３あるいはトルクダンパ２９に結合する。
第３のシャフト１３は、例えば一対のベアリングを介して、ケーシング１００に回転可能に支持される。これに第１のドリブンギア６１が回転可能に同軸に嵌合し、さらに第２のドリブンギア６３が回転可能に同軸に嵌合する。またドリブンギア６１，６３は軸方向に隣接する。これらのドリブンギア６１，６３は、クラッチ機構１５による連結がなければ、相互に独立して回転可能である。互いを回転可能にするために、例えばニードルベアリングがこれらの間に介在する。
第１のドリブンギア６１は第１のドライブギア３１と係合し、第２のドリブンギア６３は第２のドライブギア３３と係合する。互いに異径であるために、第１のドライブギア３１と第１のドリブンギア６１との組み合わせによる第１のギア比は、第２のドライブギア３３と第２のドリブンギア６３との組み合わせによる第２のギア比と異なる。図示の例では第１のギア比の方がより高ギア比である。それ故、第３のシャフト１３に連結するギアを、クラッチ機構１５により選択することにより、変速が可能である。
クラッチ機構１５には、２組のクラッチを含む公知のクラッチ機構を適用することができ、好ましくは２組のクラッチは互いに同軸であって、一方が他方の内側になる入れ子構造をとる。その例は例えば米国特許８，６１６，０８７号公報に開示された機構であり、その内容の全体を参照してここに加入される。
クラッチ機構１５は、同軸であって入れ子にされたクラッチ６５，６７を備え、それぞれは例えば多板クラッチである。クラッチ６５のクラッチ板の一方の組は第３のシャフト１３に結合しており、他方の組は第１のドリブンギア６１に結合している。またクラッチ６７のクラッチ板の一方の組はクラッチハウジング７５を介して第３のシャフト１３に結合しており、他方の組は第２のドリブンギア６３に結合している。
クラッチ機構１５は、クラッチ６５，６７の連結および脱連結を個別に外部から制御するための手段を備える。例えば、第１の油圧経路７１は第３のシャフト１３内を走り、その一方の端は、第３のシャフト１３の端部に引き出されている。他方の端はクラッチ機構１５内のチャンバに連通しており、このチャンバは油圧に応じてクラッチ６５を押圧するように構造付けられている。同様に、クラッチ６７の連結および脱連結を制御するべく、第２の油圧経路７３が第３のシャフト１３内を走り、その端部に引き出されている。第３のシャフト１３の端部において、加圧手段が油圧経路７１，７３に接続される。
油圧経路７１，７３から選択された一方に油圧を印加することにより、クラッチ６５，６７から選択された一方を連結し、以って第１のドリブンギア６１および第２のドリブンギア６３から選択された一方を第３のシャフト１３に連結する。油圧を除くことにより脱連結する。
あるいは、油圧システムに代えて、機械的手段や電磁的手段、その他の手段を適用してもよい。
第３のシャフト１３は、さらに、スプライン連結された出力ギア６９を備え、これはデファレンシャル１７のリングギア８１に係合する。デファレンシャル１７は、第３のシャフト１３と車軸１９，２１との間に介在し、トルクを差動的に車軸１９，２１に配分する。以って第３のシャフト１３は、ギア６９，８１およびデファレンシャル１７を介して右および左の車軸１９，２１に連結する。
ケーシング１００からの潤滑油の漏出および外部の潤滑油との混合を防止するべく、各軸の周囲にオイルシールを介在せしめることができる。例えば第１のシャフト３と同軸シャフト５との間、同軸シャフト５とケーシング１００との間、車軸１９，２１の周囲にオイルシールが介在する。これにより、動力伝達装置は他の装置から独立して、動力伝達装置に特に適した潤滑油を利用することができる。さらに、中空シャフト５５の周囲にもオイルシールを介在させてもよい。ベルハウジング１１０における潤滑油にも専用の潤滑油を利用することができる。
動力伝達装置は、モータ／ジェネレータ９の他に、さらに他のモータ／ジェネレータを備えてもよい。例えば図３に示す例によれば、動力伝達装置は、リングギア８１に係合した減速ギア組９１を備え、これを介して第２のモータ／ジェネレータ９３が連結している。減速ギア組９１は、第２のモータ／ジェネレータ９３の回転を減速してリングギア８１に伝え、逆にリングギア８１の回転を増速して第２のモータ／ジェネレータ９３に伝える。
この例によれば、モータ／ジェネレータ９を専らジェネレータとして運用し、第２のモータ／ジェネレータ９３を専らモータとして運用することができる。あるいはその逆の運用をすることもできる。かかる構成によれば、モータ／ジェネレータ９に対する増速／減速比と、第２のモータ／ジェネレータ９３に対する増速／減速比とを独立に設定することができる。
上述の何れの実施形態によっても、モータ／ジェネレータは変速ギア組とエンジンとの間に配置することができる。かかる場所は、例えば特許文献１のごとき技術によれば、何れの装置も組み込むことのできないデッドスペースであった。従来はケーシング１００の外に配置しなければならなかったモータ／ジェネレータを、かかるデッドスペースを利用して収納しており、以って車両内における限られた自由空間を有効に利用し、レイアウトの問題を解決している。
エンジンの回転は、第１のドライブギア３１と増速ドリブンギア４１のギア組、および増速ドライブギア４３とドリブンギア５１のギア組の２段階にわたり増速され、モータ／ジェネレータ９に入力される。より高回転がモータ／ジェネレータ９に入力されることにより、モータ／ジェネレータ９はより効率的に発電をすることができる。逆に、モータ／ジェネレータ９の出力は、２段階にわたり減速されて第１のシャフト３に入力されるので、より高出力を期待することができる。
モータ／ジェネレータ９をより効率よく運用することができるので、モータ／ジェネレータ９を小型化することもできる。これは、空間の有効利用にさらに寄与する。
好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
電動モータに外部のエンジンを組み合わせて車両を駆動するトルクを伝達するための動力伝達装置が提供される。
Claims (3)
- 外部のエンジンと組み合わせて外部の車軸へトルクを出力する動力伝達装置であって、
前記エンジンと駆動的に連結可能であって、相互に隣接する第１のドライブギアと第２のドライブギアとを備えた第１のシャフトと、
前記第１のシャフトに同軸であって前記第１のシャフトから独立して回転可能な同軸シャフトと、
前記第１のシャフトおよび前記同軸シャフトとそれぞれ直接にギア結合し、前記第１のシャフトの回転を増速して前記同軸シャフトに伝達する第２のシャフトと、
前記同軸シャフトに駆動的に結合し、前記複数のドライブギアと前記エンジンとの間に配置されたジェネレータと、
前記第１のドライブギアと係合して第１のギア比を与える第１のドリブンギアと、
前記第１のドリブンギアと同軸であって軸方向に隣接し、前記第１のドリブンギアから独立して回転可能であり、前記第２のドライブギアと係合して前記第１のギア比と異なる第２のギア比を与える第２のドリブンギアと、
前記第１のドリブンギアおよび前記第２のドリブンギアと同軸であり、前記車軸と駆動的に連結可能な第３のシャフトと、
前記第１のドリブンギアおよび前記第２のドリブンギアから選択して前記第３のシャフトに連結および脱連結するべく構成されたクラッチ機構と、
を備えた装置。 - 請求項１の装置であって、前記第２のシャフトは、前記第１のドライブギアと係合する第３のドリブンギアと、前記第３のドリブンギアより大径であって前記同軸シャフトにギア結合する第３のドライブギアと、を備えた装置。
- 請求項１の装置であって、
前記第３のシャフトと前記車軸との間に介在し、前記トルクを差動的に前記車軸に配分するデファレンシャル装置を、さらに備えた装置。
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