JP2000035061A - ハイブリッド車用の動力断続装置 - Google Patents
ハイブリッド車用の動力断続装置Info
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Abstract
断続に最適な動力断続装置を提供する。 【解決手段】 ハイブリッド車のエンジンAとモータB
の駆動力の動力断続を行う動力断続装置1であって、該
装置1が係合子を用いた2ウエイクラッチと、この2ウ
エイクラッチのロックとフリーを制御する制御手段で形
成され、制御手段が、電磁石とアーマチュアを有する電
磁クラッチで構成され、この動力断続装置1をエンジン
Aの出力部、モータBの出力部のそれぞれに装着するこ
とにより、電流のON、OFFだけの制御により、容易
に駆動力の断続を行うことができる。
Description
用の動力断続装置、更に詳しくは、ハイブリッド車の内
燃機関とモータの駆動力の伝達と遮断の切り換えに用い
られる動力断続装置に関する。
れぞれの効率の良い回転領域を使用して総合燃費を向上
させる自動車としてハイブリッド車が開発されている。
ハイブリッド車において、一般にモータは加速時に車輪
へ駆動力を出力し、減速時にはエネルギー回生のため、
発電機としての機能を持っている。
続したり、切り換えるためにクラッチが必要であり、そ
のクラッチは車両の状態によって自動制御されるものが
要求される。
内燃機関(以下エンジンという)AとモータBの出力軸
が直列に配置された場合においては、発進時や低速時に
はモータBのみで駆動し、エンジンAを停止させておく
ため、従来はいわゆる電磁クラッチや電磁ブレーキCに
よってエンジンAの出力部を断続していた。
ラルにするためにモータBとトランスミッション部Dを
切り離すためにも電磁クラッチや電磁ブレーキCが用い
られていた。
9号で見られるハイブリッド車のレイアウトであるが、
4WD車用エンジン自動車のリヤプロペラシャフトにモ
ータBの出力を連結し、モータBの動力がエンジンAの
出力に対し、別経由で車輪に入力された例である。この
配置によれば、エンジンAからトランスミッションDを
経由した動力とモータBの出力がデフ及び車軸を介して
車輪に入力されている。
しているが、加速時はモータBによって駆動をアシスト
する。減速時には、車輪からの動力をモータBに吸収回
生させる。モータB出力経路には、いわゆる電磁クラッ
チや電磁ブレーキCが用いられている。
用される、いわゆる電磁クラッチや電磁ブレーキCは電
磁石と摩擦板あるいはブレーキシュー等からなってお
り、エンジンAやモータBの動力を伝達するために大き
なサイズの摩擦板や強力な電磁石が必要となる。
ければならないため、電力消費が大きいばかりでなく、
発熱も大きいという問題がある。
大きく、スリップが生じ、寿命が短いという欠点があ
る。
問題点や欠点を解消し、ハイブリッド車のエンジンやモ
ータの出力の断続に最適な動力断続装置を提供すること
にある。
するため、請求項1の発明は、内燃機関とモータの駆動
力の断続を行う装置であって、係合子を用いた2ウエイ
クラッチと、この2ウエイクラッチのロックとフリーを
制御する制御手段からなる構成を採用したものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、制御手段
は電磁石とアーマチュアを有する電磁クラッチで形成さ
れている構成を採用したものである。
て、上記2ウエイクラッチは、外輪とそれに嵌合する内
方部材の対向面の一方に円筒面を、他方にその円筒面と
の間で楔空間を形成する複数のカム面を形成し、上記外
輪と内方部材の対向面間に設けた保持器のポケットに、
外輪と内方部材の相対回転によって上記円筒面とカム面
の間に係合するローラを組み込み、前記保持器と外輪ま
たは内方部材との間に、ローラを係合させず中立位置に
保持するための弾性部材を組み込んで形成されている構
成を採用したものである。
て、上記2ウエイクラッチは、外輪とそれに嵌合する内
方部材の対向面の一方に円筒面を、他方にその円筒面と
の間で楔空間を形成する複数のカム面を形成し、上記外
輪と内方部材の対向面間に設けた保持器のポケットに、
外輪と内方部材の相対回転によって上記円筒面とカム面
の間に係合するローラを組み込み、前記保持器と外輪ま
たは内方部材との間に、保持器に外輪または内方部材に
対して一方向にトルクを与える弾性部材を組み込んで形
成されている構成を採用したものである。
て、2ウエイクラッチは、外輪とそれに嵌合する内方部
材の対向円筒面間に径の異なる第1保持器と第2保持器
を内外に設け、各保持器に対向して設けたポケットに、
両保持器が正逆方向に相対回転したときに上記外輪と内
方部材の円筒面に係合するスプラグを組み込み、上記第
2保持器を内方部材に固定し、第1保持器と第2保持器
の間で互いに回転トルクを付与するための弾性部材を両
保持記間に係止した構成を採用したものである。
において、制御手段が、上記2ウエイクラッチの保持器
の端部にアーマチュアを相対回転不可能かつ軸方向に移
動可能に取り付け、内方部材または外輪に固定された摩
擦部材と上記アーマチュアを吸着させるための電磁石を
組み込ん構成を採用したものである。
において、保持器の各ポケット壁とローラまたはスプラ
グとの間に板バネを配置した構成を採用したものであ
る。
示例と共に説明する。
動力断続装置1は、従動部材となる外輪2の内部に軸受
3を介して入力軸4が回転自在に収納され、この入力軸
4の端部にスプラインを介して入力用リング5が取り付
けられている。
れ、これに対応するよう入力軸4に設けた大径部の外径
面に所定の間隔をおいて複数の平坦なカム面7が形成さ
れ、各カム面7は、外輪2の円筒面6との間で円周方向
の両側が狭幅になる楔状空間を形成している。
外嵌挿入され、この保持器8には周方向にカム面7と同
じ数のポケット9が形成され、そのポケット9に係合子
としてのローラ10が組み込まれている。ローラ10
は、入力軸4の各カム面7に対してそれぞれ1個づつ組
み込まれており、保持器8によって周方向に所定量移動
すると、カム面7と円筒面6の間に係合し、外輪2と入
力軸4を一体化する。
両者には、周方向の一部に切り欠き11、12があり、
そこに弾性部材であるスイッチバネ13をたわませて両
端をセットする。
1、12が合致しているときは、入力軸4のカム面7と
保持器8のポケット9及びローラ10の位置関係は、図
2の如く設計されており、ローラ10と外輪2の間に隙
間aが存在する。従って、スイッチバネ13がセットさ
れていると、入力軸4と外輪2は係合せず、ニュートラ
ルスタンバイとなる。
に電磁クラッチ14が組み込まれている。この電磁クラ
ッチ14は、外輪2の端部から一部が外側に突出する固
定部15に電磁コイル16を収納するフィールドコア1
7を回転不可能に圧入し、このフィールドコア17に回
転可能となるよう外嵌するロータ18は非磁性体のロー
タガイド19と回転不可能に圧入されており、また、ロ
ータガイド19はピン20によって外輪2と回転止めが
なされている。
あり、また、外輪2、ロータガイド19、ロータ18は
いかなるときも相対回転しないと共に、ロータ18が外
輪2に固定された摩擦部材となる。
したアーマチュア21は、図4に示すように、内径部に
設けた突部22が保持器8の切り欠き23に係合し、保
持器8に対して回転不可能で軸方向の移動は可能となっ
ている。また、アーマチュア21とロータ18の対向面
間に隙間bができるように、アーマチュア21の厚みが
設定され、アーマチュア21とロータ18の相対回転が
可能である。
り、アーマチュア21は保持器8、スイッチバネ13を
介して入力軸4とつながっているため、外輪2と入力軸
4の相対回転が可能である。
は、電磁コイル16への電流をOFFすると、ローラ1
0はスイッチバネ13によりカム面7の中立位置に保持
されており、入力軸4と外輪2はどちらの方向にも相対
回転が可能である。
と、ローラ10はカム面7と外輪2に係合可能であり、
入力軸4と外輪2はどちらの方向にも相対回転しないロ
ック状態になる。このような、両方向に駆動可能なクラ
ッチは2ウエイクラッチとなる。
している間は、そのとき電磁コイル16への電流をOF
Fしても、ローラ10にはトルクが加わっているため中
立位置に戻らず、スイッチバネ13に抗して係合状態の
ままでトルク伝達を継続できる。
1をハイブリッド車用のクラッチとして装着した状態を
示している。
Bの出力部が、無段変速機等のミッションDへ並列に入
力され、それぞれの出力部に動力断続装置1を装着して
いる。
め、エンジンA側の動力断続装置1aの電磁コイル16
への電流をOFFとし、エンジンAとの動力を遮断し、
これによってエンジンAを停止できる。
の電磁コイル16への電流をONとし、ローラ10がカ
ム面7と外輪2に係合することにより、モータBの動力
をミッションDに伝える。
よって、モータBからミッションDへトルク伝達中であ
ることが判るので、それらの信号によって動力断続装置
1bの電磁コイル16への電流をOFFしても、トルク
伝達中であればローラ10はカム面7と外輪2に係合し
たままであり、該動力断続装置1bはモータBのトルク
をミッションDに伝達でき、電力消費を抑えることが可
能となる。
ジンAのみの走行となり、エンジンA側の動力断続装置
1aの電磁コイル16への電流をONにして、エンジン
Aの動力をミッションDに伝える。このとき、モータB
内のロータが回転していると、モータBの永久磁石によ
り回転ロスが発生するので、モータB側の動力断続装置
1bの電磁コイル16への電流をOFFし、モータB内
のロータの回転を停止させる。
ータBの両方の動力が必要となるので、モータB側の動
力断続装置1bとエンジンA側の動力断続装置1aの各
電磁コイル16への電流を共にONの状態とし、両者の
駆動をミッションDに伝える。
ルギー回生に使用するため、モータB側の動力断続装置
1bの電磁コイル16への電流をONにする。該動力断
続装置1bは、ローラ10が加速時とは反対のカム面係
合位置に係合する。また、このとき、モータB(発電)
の状態により、トルクが伝達しはじめると、電磁コイル
16への電流をOFFにしても、ローラ10は係合のま
まであり、動力断続装置1bの消費電力を抑えることが
できる。さらに、急減速時にエンジンAのエンジンブレ
ーキが必要な場合は、エンジンA側の動力断続装置1a
の電磁コイル16への電流もONにすればよい。
の実施の形態を示している。なお、第1の実施の形態と
同一部分については、同一符号を付して説明に代える。
他の実施の形態についても同様である。
1が電磁コイル16に電流を流していないとき、ローラ
10がどちらの方向にも係合しない中立位置にスイッチ
バネ13によって保持していたのに対し、この第2の実
施の形態の動力断続装置1は、電磁コイル16に電流を
流していないとき、ローラ10をカム面7の一方側にス
イッチバネ13で押しつけ、一方向の駆動は常時可能に
させる係合スタンバイ状態としたものである。
バネ13の一端を長く他端を短く形成し、長い端部13
aを保持器8の切り欠き12に係止すると共に、短い端
部13bを入力軸4の切り欠き11に係止し、該スイッ
チバネ13で保持器8に、入力軸4に対して図9反時計
方向の回転弾性を付勢している。
すように、保持器8を介してローラ10をカム面7の一
方側に押しつけているので、電磁コイル16への電流を
OFFすると、いわゆる1ウエイクラッチとして作用す
る。従って、一方向に対して、入力軸4が速く回転しよ
うとすると外輪2を駆動し、逆に、外輪2が速く回転し
ようとすると空転してその相対回転を許容できる。
器8に連結したアーマチュア21と、外輪2に連結した
ロータ18が磁力により圧着されることにより、外輪2
が入力軸4より速く回転しようとしても保持器8が上記
圧着の摩擦力によって外輪2と共に回転し、従って、図
10(C)の如く、ローラ10はカム面7の反対側の端
部に係合するため、外輪2と入力軸4は一体化される。
続装置1は、電磁コイル16への電流をOFFすると、
1ウエイクラッチとしての機能を発揮し、電磁コイル1
6への電流をONすると外輪2と入力軸4は一体化し、
直結される機能を発揮する。
力断続装置1をハイブリッド車用のクラッチとして装着
した状態を示している。
ジンAで駆動するが、加速時はモータBで駆動をアシス
トする。また、減速時は、モータBでエネルギー回生を
おこなうように設定された車である。
ロントデフ)がミッションを介して直接動力伝達され、
減速機付きモータBと出力軸の間に動力断続装置1が装
着されている。なお、この動力断続装置1は、車両が前
進するとき、電磁コイル16への電流をOFFにした非
通電時(1ウエイクラッチ状態)にモータBが出力軸を
駆動できる方向に装着する。
時や急加速時にはモータBの回転をエンジンA側の回転
よりも速く回転するように設定すれば、動力断続装置1
は1ウエイクラッチ機能により自動的に駆動し、エンジ
ンAの駆動力にモータBの駆動力を加えて加速すること
ができる。
さいので、エンジンAだけの駆動で十分であるため、モ
ータBの回転は停止させる。この時、動力断続装置1は
空転状態にあり、外輪2の回転が入力軸4の回転を上回
る。
ータBを充電機としてエネルギー回生が行える。つま
り、車両が減速するとき、一旦モータBを出力軸の回転
に同調させたのち、動力断続装置1の電磁コイル16に
電流を流すと、動力断続装置1はロックして直結状態に
なり、その後モータBの回転を落とすと、モータBは発
電機の役目を果たし、車両の速度エネルギーを電気に変
換し、バッテリーに蓄えることができる。
力断続装置1を用いれば、必要なときだけモータBの動
力を、回転方向を問わずに出力軸に加えることができ
る。特に、第2の実施の形態の動力断続装置1は、ロー
ラ10がカム面7の一端側にスイッチバネ13でスタン
バイしているため、加速時のモータアシスト動力は、電
磁コイル16の電流をONに制御する必要がなく、前進
定速走行等でもモータBのアシストが不要な場合は、そ
のままモータ動力と出力軸を切り離すことができる。
形態の動力断続装置1は、外輪2の内径にカム面7を形
成し、入力軸4の外径面を円筒面6としたものである。
この場合は、スイッチバネ13は、保持器8と外輪2の
間に係止し、ローラ10をカム面7の一方端部側に押し
つけ、係合スタンバイさせるようにする。
ポケット9とローラ10の間に板バネ25を設けて、ロ
ーラ10の係合を安定させることが好ましい。この板バ
ネ25は第1の実施の形態の動力断続装置1にも採用す
ることができる。
の、ハイブリッド車への装着や作用は、先に述べた第2
の実施の形態の動力断続装置と同様である。
動力断続装置1は、2ウエイクラッチの係合子としてス
プラグ10aを用いた例を示している。
2の円筒面31、32間に大小二つの保持器33、34
を嵌挿し、両保持器33、34のポケット35、36
に、両方向に係合可能なスプラグ10aを嵌め込む。こ
のスプラグ10aは両保持器33、34により傾斜させ
られると、入力軸4および外輪2に接触係合可能にな
る。このスプラグ10aの採用は、第1乃至3の実施の
形態におけるローラ10に比較して、同スペース内に本
数が多く入るため、コンパクトでも大きな許容トルクが
得られる。
7によって入力軸4に圧接固定し、大径保持器34が小
径保持器33に対して両者のポケット35、36の位相
が一方へずれる方向にバネ38を両者間に係止する。こ
れによってスプラグ10aは傾斜し、1ウエイクラッチ
を構成する。
1に対してスライド可能、相対回転不可能に連結させ
る。電磁クラッチ部の構成は、第1乃至3の実施の形態
におけるローラ10の場合と同じである。
おいては、電磁コイル16に電流が流れていないとき
は、アーマチュア21とロータ18間に摩擦トルクが生
じないためフリーであり、ローラ10の場合と同様にワ
ンウエイクラッチ状態である。
力によりアーマチュア21とロータ18が圧接され、こ
れにより、外輪2と大径保持器34がアーマチュア21
とロータ18を介して一体化される。
しようとすると、小径保持器33と大径保持器34が相
対回転するため、図15のように、スプラグ10aの係
合で入力軸4と外輪2は直結状態になる。
4を入力として説明したが、外輪2側を入力としても同
様の作用と効果が得られ、この発明の範疇である。
モータBのレイアウト等は、例示以外にいろいろ考えら
れるが、この発明の動力断続装置1はそれぞれの動力出
力や回転を断続するするためのクラッチとして機能する
ことができ、各実施の形態の構造により、エンジンAと
モータBのレイアウト等の変化に広範に対応できる。
駆動し、モータBは後輪を駆動する4WD車のレイアウ
トであり、このモータBの出力部にこの発明の動力断続
装置1を装着しても同様の機能を果たすことができる。
ブリッド車の内燃機関又はモータの出力経路上に装着す
ることにより、電流のON、OFFだけの制御により、
容易に駆動力の断続を行うことが可能になる。
トなサイズで大きなトルクが伝達でき、軽量化もでき
る。しかも、電力消費が少なく、発熱が少ないと共に、
摩耗が極めて少ないため寿命が長く信頼性が高いので、
ハイブリッド車の駆動力の断続に最適である。
図
面図
アウトを示す平面図
図
を示す断面図
イアウトを示す平面図
行チャートを示す説明図
の形態を示す2ウエイクラッチの部分の縦断面図
示す縦断面図、(B)は(A)の矢印XIV ーXIV の縦断
面図
示す断面図
イアウトを示す平面図
けるレイアウトを示す平面図
Claims (7)
- 【請求項1】 内燃機関とモータの駆動力の断続を行う
装置であって、係合子を用いた2ウエイクラッチと、こ
の2ウエイクラッチのロックとフリーを制御する制御手
段からなるハイブリッド車用の動力断続装置。 - 【請求項2】 制御手段は電磁石とアーマチュアを有す
る電磁クラッチで構成されている請求項1に記載のハイ
ブリッド車用の動力断続装置。 - 【請求項3】 上記2ウエイクラッチは、外輪とそれに
嵌合する内方部材の対向面の一方に円筒面を、他方にそ
の円筒面との間で楔空間を形成する複数のカム面を形成
し、上記外輪と内方部材の対向面間に設けた保持器のポ
ケットに、外輪と内方部材の相対回転によって上記円筒
面とカム面の間に係合するローラを組み込み、前記保持
器と外輪または内方部材との間に、ローラを係合させず
中立位置に保持するための弾性部材を組み込んだ構成か
らなる請求項1に記載のハイブリッド車用の動力断続装
置。 - 【請求項4】 上記2ウエイクラッチは、外輪とそれに
嵌合する内方部材の対向面の一方に円筒面を、他方にそ
の円筒面との間で楔空間を形成する複数のカム面を形成
し、上記外輪と内方部材の対向面間に設けた保持器のポ
ケットに、外輪と内方部材の相対回転によって上記円筒
面とカム面の間に係合するローラを組み込み、前記保持
器と外輪または内方部材との間に、保持器に外輪または
内方部材に対して一方向にトルクを与える弾性部材を組
み込んだ構成からなる請求項1に記載のハイブリッド車
用の動力断続装置。 - 【請求項5】 2ウエイクラッチは、外輪とそれに嵌合
する内方部材の対向円筒面間に径の異なる第1保持器と
第2保持器を内外に設け、各保持器に対向して設けたポ
ケットに、両保持器が正逆方向に相対回転したときに上
記外輪と内方部材の円筒面に係合するスプラグを組み込
み、上記第2保持器を内方部材に固定し、第1保持器と
第2保持器の間で互いに回転トルクを付与するための弾
性部材を両保持記間に係止した構成からなる請求項1に
記載のハイブリッド車用の動力断続装置。 - 【請求項6】 制御手段が、上記2ウエイクラッチの保
持器の端部にアーマチュアを相対回転不可能かつ軸方向
に移動可能に取り付け、内方部材または外輪に固定され
た摩擦部材と上記アーマチュアを吸着させるための電磁
石を組み込んだことを特徴とする請求項1乃至5の何れ
かに記載のハイブリッド車用の動力断続装置。 - 【請求項7】 前記保持器の各ポケット壁とローラまた
はスプラグとの間に板バネを配置した請求項3乃至5の
何れかに記載のハイブリッド車用の動力断続装置。
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