JP2024177775A - ハイブリッド車両用トランスアクスル - Google Patents

Abstract

【課題】構成要素を共用して、シリーズ・パラレル方式とシリーズ方式とを容易に作り分けることが可能なハイブリッド車両用トランスアクスルを提供する。
【解決手段】エンジン８に連結する入力軸２と、発電を行う第１モータ４と、三つの回転要素を有するプラネタリギヤセット３と、駆動トルクを出力する第２モータ５とを備え、リングギヤ３ａを出力部材６に連結し、サンギヤ３ｂを第１モータ４に連結し、キャリア３ｃを入力軸２に連結することにより、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することが可能なトランスアクスル１において、リングギヤ３ａを入力軸２に連結し、サンギヤ３ｂを第１モータ４に連結し、キャリア３ｃを、ケーシング７に係合して回転不可能に固定して、シリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力源としてエンジンおよびモータを搭載したハイブリッド車両のドライブトレーン、あるいは、ハイブリッド駆動装置を構成するハイブリッド車両用トランスアクスルに関するものである。

特許文献１には、ハイブリッド車両に用いられるトランスアクスルに関する発明が記載されている。この特許文献１に記載されたトランスアクスルは、ケーシングの内部に、二基のモータ、動力分割機構、および、デファレンシャルギヤ等を備えている。二基のモータは、いずれも、原動機および発電機の両方の機能を有するいわゆるモータージェネレータであり、互いに異なる回転軸線上で、平行に配置されている。動力分割機構は、サンギヤ、リングギヤ、および、キャリアの三つの回転要素を有するプラネタリギヤセットから構成され、一方のモータ、および、エンジンと同軸上に配置されている。そして、この特許文献１に記載されたトランスアクスルは、エンジンに連結して、シリーズ・パラレル方式（または、スプリット方式）のハイブリッド駆動装置を構成する。

また、特許文献２には、シリーズハイブリッド車両用トランスアクスルに関する発明が記載されている。この特許文献２に記載されたトランスアクスルは、発電用および駆動用の二基のモータ、巻き掛け伝動機構、および、デファレンシャルギヤ等を備えている。二基のモータは、互いに異なる回転軸線上で、平行に配置されている。巻き掛け伝動機構は、スプロケットとチェーンで構成されたチェーン伝動機構であり、エンジンからトルクが伝達される入力軸と発電用モータとの間で、入力軸の回転数に対して発電用モータの回転数を高くする増速機構となっている。そして、この特許文献２に記載されたトランスアクスルは、エンジンに連結して、シリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成する。

特開２０１４－１９３７３号公報 特開２０１９－７３２１３号公報

上記の特許文献１に記載されているシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスル、および、上記の特許文献２に記載されているシリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスルは、いずれも、二基のモータもしくはモータージェネレータを組み込んだ構成で共通している。しかしながら、その他、回転軸の配置や構成要素などで両者の間の差異が多く、例えば、ケーシングやギヤセット等を、シリーズ・パラレル方式のトランスアクスルとシリーズ方式のトランスアクスルとの間で共用することは容易ではなかった。

この発明は、上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、ケーシングやギヤセット等を共用して、シリーズ・パラレル方式とシリーズ方式とを容易に作り分けることが可能なハイブリッド車両用トランスアクスル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、エンジンに連結して前記エンジンの出力トルクが入力される入力軸と、前記出力トルクを受けて発電を行う第１モータと、第１回転要素、第２回転要素、および、第３回転要素を有する動力分割用のプラネタリギヤセットと、車両の駆動トルクを出力する第２モータと、少なくとも、前記入力軸、前記第１モータ、前記プラネタリギヤセット、および、前記第２モータを収容するケーシングと、を備え、前記入力軸、前記第１モータ、および、前記プラネタリギヤセットを、いずれも同軸の第１軸上に配置し、前記第２モータを、前記第１軸と異なる第２軸上に配置するとともに、前記第１回転要素を、前記駆動トルクが伝達される出力部材に連結し、前記第２回転要素を、前記第１モータに連結し、前記第３回転要素を、前記入力軸に連結することにより、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することが可能なハイブリッド車両用トランスアクスルであって、前記プラネタリギヤセットは、はすば歯車を用いて構成され、前記第１回転要素は、前記入力軸に連結され、前記第２回転要素は、前記第１モータに連結され、前記第３回転要素は、前記ケーシングに前記はすば歯車のスラスト力が作用する箇所で、前記ケーシングに係合して回転不可能に固定されており、前記エンジンに連結してシリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成することを特徴とするものである。

なお、この発明は、前記シリーズ・パラレル方式のハイブリッドシステムを構成する場合に前記プラネタリギヤセットのリングギヤを支持する軸受を備えており、この発明における前記第３回転要素は、前記スラスト力の作用方向において、前記スラスト力が作用する前記軸受の配置位置よりも外側で、すなわち、前記軸受に前記スラスト力が作用する位置よりも前記スラスト力の作用方向で遠い位置で、前記ケーシングに係合するように構成してもよい。

また、この発明における前記第１回転要素は、前記リングギヤであり、前記第２回転要素は、サンギヤであり、前記第３回転要素は、キャリアであってもよい。

もしくは、この発明における前記第１回転要素は、キャリアであり、前記第２回転要素は、サンギヤであり、前記第３回転要素は、前記リングギヤであってもよい。

この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルは、主に発電機として機能する第１モータ、主に原動機として機能する第２モータ、および、三つの回転要素を有するプラネタリギヤセットを備えている。そのため、プラネタリギヤセットを動力分割機構として機能するように設置することにより、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することができる。更に、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルは、プラネタリギヤセットの第３回転要素をケーシングに係合して回転を止めることが可能な構成となっている。そのため、第３回転要素をケーシングに係合し、プラネタリギヤセットを変速機構（具体的には、増速機構）として機能するように設置するとともに、第１モータを専用の発電機として機能させ、そして、第２モータを専用の駆動モータとして機能させることにより、シリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成することができる。すなわち、第１モータ、第２モータ、プラネタリギヤセット、および、ケーシングを共用して、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスルと、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスルとを、作り分けることができる。

したがって、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルによれば、主要な構成要素を共用して、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスルと、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスルとを、容易に作り分けることができる。ひいては、各方式のハイブリッド車両用トランスアクスルのコストダウンを図ることができる。

図１は、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルの構成を説明するための図であって、プラネタリギヤセットのキャリアをケーシングに固定して、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスルを構成した例を示す断面図である。 図２は、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルの構成を説明するための図であって、プラネタリギヤセットのキャリアをケーシングに係合して固定する構造の一例を示す断面図である。 図３は、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルの構成を説明するための図であって、プラネタリギヤセットのキャリアを固定し、プラネタリギヤセットを増速機構として機能させる例を示すスケルトン図である。 図４は、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルの構成を説明するための図であって、プラネタリギヤセットのキャリアをケーシングに係合して固定する位置の一例を示す断面図である。 図５は、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルの構成を説明するための図であって、プラネタリギヤセットを動力分割機構として機能させて、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスルを構成した例を示すスケルトン図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両用トランスアクスルは、例えば、図１に示すような、シリーズ方式のハイブリッド車両に適用できる。図１に示すハイブリッド車両用トランスアクスル（以下、トランスアクスル）１は、主要な構成要素として、入力軸２、プラネタリギヤセット３、第１モータ（MG1）４、第２モータ（MG2）５、出力部材６、および、ケーシング７を備えている。

入力軸２は、このトランスアクスル１に組み合わされるエンジン（ENG）８と連結し、エンジン８の出力トルクが入力される。図１に示す例では、入力軸２は、フライホイール９およびダンパ装置１０などを介して、エンジン８の出力軸（クランク軸）８ａと連結されている。また、入力軸２は、後述するプラネタリギヤセット３のリングギヤ３ａと連結され、エンジン８の出力トルクをリングギヤ３ａに伝達する。入力軸２は、エンジン８の出力軸８ａと同軸上に配置されている。そして、この入力軸２に対して、後述するプラネタリギヤセット３が同軸上に配置されている。

プラネタリギヤセット３は、リングギヤ３ａ、サンギヤ３ｂ、および、キャリア３ｃの三つの回転要素を有する差動機構である。図１に示す例では、シングルピニオン形のプラネタリギヤセット３が用いられている。プラネタリギヤセット３は、上記の入力軸２、および、後述する第１モータ４と同軸上に配置されている。また、図１に示す例では、リングギヤ３ａは、入力軸２に連結され、サンギヤ３ｂは、後述する第１モータ４のロータ軸４ａに連結され、そして、キャリア３ｃは、後述するケーシング７に係合して回転不可能に固定されている。したがって、図１に示す例では、リングギヤ３ａが、この発明の実施形態における第１回転要素に相当し、サンギヤ３ｂが、この発明の実施形態における第２回転要素に相当し、そして、キャリア３ｃが、この発明の実施形態における第３回転要素に相当している。

なお、この発明の実施形態では、プラネタリギヤセット３の第１回転要素として、キャリア３ｃを、入力軸２に連結し、第２回転要素として、サンギヤ３ｂを、後述する第１モータ４のロータ軸４ａに連結し、そして、第３回転要素として、リングギヤ３ａを、後述するケーシング７に係合して回転不可能に固定するように構成してもよい。

また、プラネタリギヤセット３の各歯車は、はすば歯車を用いて構成されている。はすば歯車は、平歯車と比べて、歯車同士の噛み合いが滑らかであるため、噛み合いに伴う衝撃が小さくなり、騒音や振動を抑えられる利点がある。一方で、はすば歯車は、軸方向のスラスト力が発生する。このプラネタリギヤセット３のスラスト力に関しては後述する。

上記のようにプラネタリギヤセット３の第３回転要素（キャリア３ｃ、または、リングギヤ３ａ）が回転不可能に固定されることにより、プラネタリギヤセット３は、第１回転要素の回転数に対して第２回転要素の回転数を増減する“変速機構”として機能する。図１に示す例では、プラネタリギヤセット３は、第１回転要素すなわちリングギヤ３ａに連結するエンジン８の回転数に対して、第２回転要素すなわちサンギヤ３ｂに連結する第１モータ４の回転数を増大させる“増速機構”となっている。例えば、プラネタリギヤセット３のリングギヤ３ａの歯数を「７８」とし、サンギヤ３ｂの歯数を「３０」とすると、それらの歯数比は「０．３８５」となり、エンジン８の回転数と第１モータ４の回転数との比は、「１：２．６」となる。この場合に、例えば、エンジン８の回転数が「５０００ｒｐｍ」であるとすると、そのエンジン８の出力トルクで駆動される第１モータ４の回転数は「１３０００ｒｐｍ」となり、回転数が増大する。このように、プラネタリギヤセット３を“増速機構”として構成することによって、エンジン８の出力トルクで第１モータ４を駆動することによる発電を、効率良く、行うことができる。

第１モータ４は、エンジン８の出力トルクを受けて発電を行う発電機である。第１モータ４は、上記の入力軸２およびプラネタリギヤセット３と同軸上に配置されている。すなわち、図１に示すように、上記の入力軸２、プラネタリギヤセット３、および、第１モータ４は、いずれも、エンジン８の出力軸８ａと同軸の第１軸ＡＸ１上に配置されている。また、図１に示す例では、第１モータ４のロータ軸４ａは、プラネタリギヤセット３のサンギヤ３ｂに連結されている。そのため、第１モータ４には、プラネタリギヤセット３を介して、エンジン８の出力トルクが伝達される。そして、第１モータ４は、エンジン８の出力トルクによって駆動されて、発電機として発電を行う。

第２モータ５は、電力が供給されることにより駆動されて、駆動トルクを出力する原動機として機能する。第２モータ５は、後述する出力部材６に連結されている。そのため、第２モータ５が出力する駆動トルクは、出力部材６に伝達される。図２に示すように、第２モータ５は、上記の第１軸ＡＸ１と異なり、かつ、第１軸ＡＸ１と平行な第２軸ＡＸ２上に配置されている。

出力部材６は、上記の第２モータ５が出力する駆動トルクが伝達される回転部材である。例えば、歯車伝動機構の従動歯車や、チェーン伝動機構の従動側スプロケットなどによって構成される。図１に示す例では、第２モータ５のロータ軸５ａの先端に取り付けられたピニオン５ｂと噛み合う“カウンタギヤ”が、この発明の実施形態における出力部材６に相当している。後述するように、出力部材６は、プラネタリギヤセット３を“動力分割機構”として機能させ、トランスアクスル１でシリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成する際に、プラネタリギヤセット３の第３回転要素（キャリア３ｃ、または、リングギヤ３ａ）に連結される。なお、“カウンタギヤ”は、例えば、リダクションギヤ（図示せず）およびデファレンシャルギヤ（図示せず）等を介して、ドライブシャフト（図示せず）に動力伝達可能に連結されている。

ケーシング７は、トランスアクスル１の外殻を形成し、少なくとも、上記の入力軸２、プラネタリギヤセット３、第１モータ４、第２モータ５、および、出力部材６を収容している。図１に示す例では、ケーシング７は、エンジン８の取り付け面８ｂを有するハウジング７ａ、ハウジング７ａと組み付けられて、トランスアクスル１の外殻の軸方向における中央部分を形成するケース７ｂ、および、ケース７ｂの後端（図１の左側の端部）に組み付けられて、トランスアクスル１の外殻の軸方向における後端部分を形成するリヤカバー７ｃから構成されている。

また、ケーシング７は、前述したように、プラネタリギヤセット３の第３回転要素と係合して、第３回転要素を回転不可能に固定する。図１に示す例では、プラネタリギヤセット３のキャリア３ｃと係合して、そのキャリア３ｃを回転不可能に固定している。例えば、図２に示すように、キャリア３ｃの外周部分に、キャリア３ｃの外周面を径方向の外側に凸形状となるように突出させた突起部３ｄが形成されている。そして、ケーシング７の内周部分には、この突起部３ｄの形状に対応して、突起部３ｄが係合可能な凹形状にくぼませた凹部（図示せず）が形成されている。そのため、この発明の実施形態におけるトランスアクスル１は、ケーシング７の内部にプラネタリギヤセット３を組み付ける際に、キャリア３ｃに形成された突起部３ｄを、ケーシング７に形成された凹部に係合させることにより、ケーシング７の凹部が回り止めとなって、容易に、キャリア３ｃを回転不可能な状態に固定することができる。

上記のようにして、ケーシング７の内部でキャリア３ｃの突起部３ｄを係合させる位置（係合部１１）は、プラネタリギヤセット３のはすば歯車で発生するスラスト力を考慮して決定されている。前述したように、プラネタリギヤセット３の各歯車は、はすば歯車を用いて構成されている。そのため、プラネタリギヤセット３が負荷を受けて回転する際には、図３のスケルトン図に矢印で示すように、プラネタリギヤセット３を構成している各歯車、すなわち、リングギヤ３ａ、サンギヤ３ｂ、および、ピニオン（プラネタリギヤ）３ｅで、スラスト力が発生する。プラネタリギヤセット３のピニオン３ｅを保持しているキャリア３ｃには、第１軸ＡＸ１の軸線方向で、エンジン８から第１モータ４へ向かう方向（図３の左方向）のスラスト力が作用する。そこで、この発明の実施形態におけるトランスアクスル１は、ケーシング７がキャリア３ｃに作用するスラスト力を受ける側に、係合部１１が設けられている。

より具体的には、図４に示すように、トランスアクスル１は、プラネタリギヤセット３のリングギヤ３ａを支持する軸受１２，１３を備えている。軸受１２，１３は、いずれも、円筒形状のリングギヤ３ａの内周部分をケーシング７に支持している。図４に示す例では、軸受１２は、リングギヤ３ａの軸線方向におけるエンジン８側（図４の右側）の端部を支持し、軸受１３は、リングギヤ３ａの軸線方向における第１モータ４側（図４の左側）の端部を支持している。そして、プラネタリギヤセット３のキャリア３ｃは、キャリア３ｃにスラスト力の作用方向において、そのスラスト力が作用する軸受１３の配置位置よりも外側で、ケーシング７に係合するように構成されている。言い換えると、キャリア３ｃは、スラスト力が作用する軸受１３に、そのスラスト力が作用する位置よりもスラスト力の作用方向で遠い位置で、ケーシング７に係合するように構成されている。すなわち、キャリア３ｃの突起部３ｄをケーシング７の凹部に係合させる係合部１１は、キャリア３ｃにスラスト力の作用方向において、そのスラスト力が作用する軸受１３の配置位置よりも外側に位置するケーシング７に設けられている。図４に示す例では、ケーシング７を構成する三つの部材（ハウジング７ａ、ケース７ｂ、リヤカバー７ｃ）のうち、軸受１３の配置位置よりも外側に位置するケース７ｂに、係合部１１が形成されている。

なお、前述の図３のスケルトン図に矢印で示したように、プラネタリギヤセット３のリングギヤ３ａには、キャリア３ｃに作用するスラスト力と反対の方向のスラスト力が作用する。したがって、例えば、プラネタリギヤセット３の第３回転要素として、リングギヤ３ａをケーシング７に係合して回転不可能に固定し、プラネタリギヤセット３で“増速機構”を構成する場合には、リングギヤ３ａのスラスト力が作用する軸受１２の配置位置よりも外側に位置するハウジング７ａに、係合部１１が形成される。

このように、この発明の実施形態におけるトランスアクスル１では、エンジン８が負荷運転をして、第１モータ４で発電を行う際にプラネタリギヤセット３の第３回転要素（図１、図３で示した例では、キャリア３ｃ）に作用するスラスト力を受ける側の部位に、上述した回り止め、すなわち、係合部１１が設けられる。そのため、ケーシング７における強度や剛性を確保しやすい部位で、直接、スラスト力を受けることができる。すなわち、強度的に有利な適切な部位で、スラスト力を受けることができる。そして、上記のように適切な状態でプラネタリギヤセット３を“増速機構”として機能させて、トランスアクスル１に組み付けるエンジン８と共に、シリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成することができる。

更に、この発明の実施形態におけるトランスアクスル１は、ケーシング７やプラネタリギヤセット３を共用して、上記のような“シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスル”と、“シリーズ・パラレル方式（または、スプリット方式）のハイブリッド車両用トランスアクスル”とを作り分けることができる。

この発明の実施形態におけるトランスアクスル１で、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成した例を、図５に示してある。図５のスケルトン図で示すトランスアクスル１は、前述の特許文献１に記載されている“シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両”に用いられた“トランスアクスル”と同様の構成である。それとともに、この図５に示すトランスアクスル１は、上記の図１から図４で示したシリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１に対して、プラネタリギヤセット３の各回転要素の連結関係のみが異なっている。具体的には、図５に示すトランスアクスル１では、プラネタリギヤセット３のリングギヤ３ａは、ケーシング７に回転可能に支持されて、出力部材６に動力伝達可能に連結されている。また、サンギヤ３ｂは、第１モータ４のロータ軸４ａに連結されている。そして、キャリア３ｃは、入力軸２に連結されている。このようにプラネタリギヤセット３の各回転要素を連結することにより、前述の特許文献１に記載されているように、プラネタリギヤセット３を、いわゆる“動力分割機構”として機能させるとができる。すなわち、図５に示すように構成したトランスアクスル１で、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することができる。

上記のように、シリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成する場合のトランスアクスル１と、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成する場合のトランスアクスル１とでは、プラネタリギヤセット３の基本的な構成、および、ケーシング７の基本的な構成は互いに共通している。そのため、形状や組み付けの、軽微な、あるいは、簡単な変更のみで、プラネタリギヤセット３およびケーシング７を共用して（第１モータ４や第２モータ５など他の部材も共用して）、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１と、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１とを、それぞれ、構成することができる。すなわち、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１と、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１とを、容易に、作り分けることができる。

したがって、この発明のハイブリッド車両用トランスアクスルによれば、主要な構成要素を共用して、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１と、シリーズ方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１とを、容易に作り分けることができる。ひいては、各方式のハイブリッド車両用トランスアクスル１のコストダウンを図ることができる。

１ トランスアクスル（ハイブリッド車両用トランスアクスル）
２ 入力軸
３ プラネタリギヤセット
３ａ リングギヤ（第１回転要素、または、第３回転要素）
３ｂ サンギヤ（第２回転要素）
３ｃ キャリア（第３回転要素、または、第１回転要素）
３ｄ 突起部（プラネタリギヤ）
３ｅ ピニオン（プラネタリギヤ）
４ 第１モータ（MG1）
４ａ （第１モータの）ロータ軸
５ 第２モータ（MG2）
５ａ （第２モータの）ロータ軸
６ 出力部材
７ ケーシング
７ａ ハウジング
７ｂ ケース
７ｃ リヤカバー
８ エンジン（ENG）
８ａ （エンジンの）出力軸（クランク軸）
８ｂ （エンジンの）取り付け面
９ フライホイール
１０ ダンパ装置
１１ 係合部
１２，１３ 軸受
ＡＸ１ 第１軸
ＡＸ２ 第２軸

Claims (1)

1. エンジンの出力トルクが入力される入力軸と、前記出力トルクを受けて発電を行う第１モータと、第１回転要素、第２回転要素、および、第３回転要素を有するプラネタリギヤセットと、駆動トルクを出力する第２モータと、少なくとも、前記入力軸、前記第１モータ、前記プラネタリギヤセット、および、前記第２モータを収容するケーシングと、を備え、前記入力軸、前記第１モータ、および、前記プラネタリギヤセットを、いずれも同軸の第１軸上に配置し、前記第２モータを、前記第１軸と異なる第２軸上に配置するとともに、前記第１回転要素を、前記駆動トルクが伝達される出力部材に連結し、前記第２回転要素を、前記第１モータに連結し、前記第３回転要素を、前記入力軸に連結することにより、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド駆動装置を構成することが可能なハイブリッド車両用トランスアクスルであって、
   前記プラネタリギヤセットは、はすば歯車を用いて構成され、
   前記第１回転要素は、前記入力軸に連結され、
   前記第２回転要素は、前記第１モータに連結され、
   前記第３回転要素は、前記ケーシングに前記はすば歯車のスラスト力が作用する箇所で、前記ケーシングに係合して回転不可能に固定されており、
   前記エンジンに連結してシリーズ方式のハイブリッド駆動装置を構成する
   ことを特徴とするハイブリッド車両用トランスアクスル。

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