JP2001138752A - シリーズ式ハイブリッド車両の動力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリーズ式ハイブリッド車両の発電機と電動
機および減速機構の配置を合理化して部品点数を削減
し、生産性を向上させる。 【解決手段】エンジン主軸２０の延長上に設けた発電機
４と電動機３とを共通のケース１２内に隣接して収装す
る。ケース１２両端から対向的に延設した１対の軸受部
にて発電機ロータ１９と電動機ロータ１８とをそれぞれ
片持支持して軸受のための中間壁を不要とする。車両駆
動系を構成する差動歯車装置８をケース１２の側方に配
置し、減速機２を介して電動機回転を車両のドライブシ
ャフトに伝達させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリーズ式ハイブリ
ッド車両の動力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】シリーズ式ハイブリッ
ド車両では、エンジンにより発電機を駆動して発電を行
わせる一方、この発電電力またはこれを蓄えたバッテリ
の出力により走行駆動用の電動機を駆動する。この種の
ハイブリッド車両の動力装置として、例えば特開平10-2
01003号公報に開示されたものがある。これは、電動機
と減速機とで発電機とは別のユニットを構成し、減速機
の出力をドライブシャフトを介し駆動輪へと伝えるよう
になっている。

【０００３】しかしながら、このように発電機と電動機
および減速機とが独立したユニットを構成するもので
は、各ユニット毎にケースやそのマウントが必要にな
り、また各ユニットに接続する強電ハーネスの総延長が
長くなりハーネス固定金具も多数必要になるなど、部品
点数が多くなるという欠点があった。また、発電機や電
動機を水冷冷却しようとするとそのための冷却ジャケッ
トや冷却水配管をケース毎に用意する必要が生じるため
構造的にも複雑になってしまう。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、簡潔な構造で部品点数が少なく、製
造が容易で、さらにコンパクトな、シリーズ式ハイブリ
ッド車両用の動力装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１の発明では、エンジン駆動される発電機
と、この発電機の発生電力に基づいて車両の走行駆動力
を発生する電動機とを備えたシリーズ式ハイブリッド車
両において、前記発電機と電動機とをそれぞれのステー
タを軸方向に隣接して収装する共通のケース内に配置し
た。

【０００６】請求項２の発明では、上記請求項１の発明
において発電機ロータがエンジン主軸の延長上に位置す
るように、ケースをエンジンブロックの軸方向端部に配
置した。

【０００７】請求項３の発明では、上記請求項１の発明
において、ケース両端のカバー部からそれぞれ対向的に
延設した１対の軸受部の一方に発電機ロータを他方に電
動機ロータをそれぞれ支持した。

【０００８】請求項４の発明では、上記各発明におい
て、車両駆動系の差動歯車装置をケースに対して並列的
に配置し、電動機出力を減速機を介して前記差動歯車装
置に伝達するようにした。

【０００９】請求項５の発明では、上記請求項４の発明
の減速機を、並列配置した複数軸間に回転力を伝達する
歯車機構で構成した。

【００１０】請求項６の発明では、上記請求項４の発明
の減速機を、電動機ロータに設けた歯車をサンギヤとし
て、その周囲に同軸的に設けた固定のインターナルギヤ
内で公転するプラネタリギヤを備えた遊星歯車機構で構
成し、前記プラネタリギヤのキャリア回転を出力として
差動歯車装置に伝達するようにした。

【００１１】請求項７の発明では、上記請求項４の発明
において、発電機をエンジンに近接した側に、電動機を
前記発電機を挟んでエンジンから離隔した側に、それぞ
れ配置すると共に、エンジンから離隔したケース端部側
に突設した電動機ロータと、発電機の側方に配置した差
動歯車装置とを、これらと並列的に配置した歯車機構か
らなる減速機を介して連接した。請求項４に記載のシリ
ーズ式ハイブリッド車両の動力装置。

【００１２】請求項８の発明では、上記請求項４の発明
において、電動機ロータを中空構造とすると共に、この
中空軸を貫通するインプットシャフトを介してエンジン
回転を発電機ロータに伝達するようにした。

【００１３】請求項９の発明では、上記請求項８の発明
において、電動機ロータのエンジン側端部に減速機との
連接部を設けた。

【００１４】請求項１０の発明では、上記請求項１から
請求項３の発明のケースを、発電機と電動機とに共通の
冷媒ジャケットを形成したものとした。

【００１５】請求項１１の発明では、上記請求項１から
請求項３の発明において、発電機と電動機の各々のステ
ータ外径およびこれらが嵌合するケース内径を同一に設
定した。

【００１６】

【作用・効果】上記各発明によれば、発電機と電動機と
をそれぞれのステータを軸方向に隣接して収装する共通
のケース内に配置した構成とすることにより、発電機と
電動機とを個々に設ける場合に必要となる部品の点数を
大幅に減じることができ、強電ハーネスの長さも最小限
とすることができる。

【００１７】また電動機または発電機を水冷冷却する場
合には請求項１０の発明として示したようにケースに共
通の冷媒ジャケットを形成すればよいので、ケースの鋳
造構造および冷却系統の構成をも簡潔にすることができ
る。

【００１８】また、請求項１１の発明として示したよう
に発電機と電動機の各々のステータ外径およびこれらが
嵌合するケース内径を同一に設定することによりケース
の加工性をより高めることができる。

【００１９】上記発電機と電動機とを一体化するケース
はこれをエンジンとは別個にレイアウトすることもでき
るが、請求項２の発明として示したように、発電機ロー
タがエンジン主軸の延長上に位置するように、ケースを
エンジンブロックの軸方向端部に配置することにより、
エンジンを含むパワーユニットとしてコンパクトにまと
めることができる。

【００２０】また、共通のケース内に発電機と電動機と
を一体化した構成においては、請求項３の発明として示
したように、ケース両端のカバー部からそれぞれ対向的
に延設した１対の軸受部の一方に発電機ロータを他方に
電動機ロータをそれぞれ支持した片持支持構造を採用す
ることができ、これにより発電機と電動機との間に軸受
を設けるための中間壁を設ける必要がなくなり、ケース
の構造をさらに簡潔にすることができる。

【００２１】一方、請求項４の発明として示したよう
に、車両駆動系の差動歯車装置をケースに対して並列的
に配置し、電動機出力を減速機を介して前記差動歯車装
置に伝達する構成とすることにより、差動歯車装置を含
む駆動ユニットとして小型化を図ることができ、特にエ
ンジンを車体に対して横置きに搭載したＦＦ形式の車両
に好適な駆動ユニットが得られる。

【００２２】上記の減速機としては、請求項５の発明と
して示したように、並列配置した複数軸間に回転力を伝
達する歯車機構や請求項６の発明として示したような遊
星歯車機構を採用することができる。特に遊星歯車機構
を適用した場合には、コンパクトでかつ効率の良い減速
機を構成することができる。なお、減速機としてはこれ
ら歯車機構に限られず、負荷や用途に応じてサイレント
チェーンや金属ベルト等による回転伝導機構を採用する
ことも可能である。

【００２３】また、請求項７の発明として示したよう
に、エンジンから離隔したケース端部側に突設した電動
機ロータと、発電機の側方に配置した差動歯車装置と
を、これらと並列的に配置した歯車機構からなる減速機
を介して連接した構成とすることも可能であり、この場
合には発電機ロータがエンジン近傍に位置するため発電
機を駆動する軸系のねじり剛性の点で有利であり、トー
ショナルダンパー等による振動対策が必ずしも必要なく
なる。また、電動機ロータと差動歯車装置とを連結する
減速機軸の長さが長くなるため、歯車軸の支点間距離を
長くとって歯車の傾斜を少なくすることができ、これに
よりギヤノイズの発生を抑制できるという利点もある。

【００２４】また、請求項８の発明として示したよう
に、電動機ロータを中空構造とすると共に、この中空軸
を貫通するインプットシャフトを介してエンジン回転を
発電機ロータに伝達する構成とすることもでき、この場
合には請求項９の発明として示したように、電動機ロー
タのエンジン側端部に減速機との連接部を設けた構成と
することができるので、減速機の構成を簡潔にして全体
をより小型化することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図１に、本発明の実施例を適用したシ
リーズ式ハイブリッド車両の概略構成を示す。これはエ
ンジン１を車体に対して横置きに搭載した形式の車両へ
の適用例であり、エンジン１の主軸延長上に位置するよ
うに減速機２、電動機３、発電機４が配置されている。
エンジン駆動される発電機４の出力はインバータ５を介
して電池６または電動機３へと供給される。このときの
インバータ５による電力の入出力はそのときの電池６の
充電状態や要求出力等の運転状態に応じてコントローラ
７により制御される。

【００２６】電動機３の出力は減速機２およびこれと並
列配置された差動歯車装置８を介して車両駆動系を構成
するドライブシャフト９および駆動輪１０へと伝えられ
る。シリーズ方式のハイブリッド車両では既述したよう
に電動機３の駆動力のみで走行し、エンジン１は発電機
４のみを駆動する。

【００２７】次に、図２および図３を用いて上記ハイブ
リッド車両に適用した動力装置の実施形態につき説明す
る。まず図２に基づいて概略を説明すると、この実施形
態では、エンジン１の主軸延長上に電動機３を配置し、
その電動機ロータを貫通するインプットシャフト１１に
より電動機３に隣接して設けた発電機４をエンジン駆動
する構成となっている。発電機３と電動機４とは、エン
ジン１のシリンダブロック端部に結合される共通のケー
ス１２に収装されている。減速機３は、電動機４とエン
ジン１との中間部から電動機ロータ出力を取り出して、
電動機４と並列に配置した差動歯車装置８に伝達する歯
車機構からなっている。

【００２８】次に、上記動力装置の詳細を図３に基づい
て説明する。図において１３は動力装置をユニット化し
たケースセットを示しており、その端部（ベルハウジン
グ）はエンジンブロックと軸方向に結合される。このケ
ースセット１３は、主としてベルハウジング１４、ハウ
ジングカバー１５、ベアリングサポート（第１のカバ
ー）１６、ケース１２、サイドカバー（第２のカバー）
１７からなっており、前記ケースセット１３内には、電
動機３、発電機４、歯車減速機２、差動歯車装置８が内
蔵されている。

【００２９】ケース１２のエンジン側端部とその反対側
にそれぞれ取り付けられたベアリングサポート１６とカ
バー１７にはそれぞれ対向的に円筒状の軸受部１６ａ、
１７ａが延設されており、これら軸受部１６ａ、１７ａ
にはそれぞれボールベアリングを介して電動機ロータ１
８、発電機ロータ１９が支持されている。電動機ロータ
１８は中空構造となっており、この中空部に遊嵌したイ
ンプットシャフト１１によりエンジンクランクシャフト
２０の回転力が発電機ロータ１９に伝えられる。また、
ケース１２の内側には、電動機３のステーター２２と発
電機４のステーター２３とがそれぞれ圧入等により嵌合
固定されている。

【００３０】ベルハウジング１４とベアリングサポート
１６との間には、電動機ロータ１８と平行に減速機軸２
１が支持されている。この減速機軸２１には、電動機ロ
ータ１８のエンジン側端部に形成された減速歯車１８ａ
とかみ合う歯車２ａと、その回転を差動歯車装置８のリ
ングギヤ８ａに伝達する歯車２ｂとが取り付けられてい
る。すなわち、この場合電動機３の回転力は、減速機２
での歯車１８ａと歯車２ａとによる減速と、歯車２ｂと
リングギヤ８ａとによる減速との２段減速により差動歯
車装置８に伝えられる。

【００３１】上記ケース１２には、図示したように電動
機３と発電機４とを隔てる中間壁が無く、内面が単一の
円筒面で形成されている。このため、中間壁がある場合
に比べて、材料が少ないばかりでなく、内面加工が一度
にできるので同軸度や内径のばらつきが少なく、容易に
高い精度が得られる。さらに、両端面が開いており端面
壁が無いため、左右どちらからも加工が可能で、深い穴
を加工しなくて済むことからも加工精度を容易に得られ
る形状であって、組み付け時も両方から手やジグが入
り、組み付け易く、また組み付け後の確認もし易い。

【００３２】ところで、この様にケース１２に中間壁が
無い構造を取れるのは、電動機ロータ１８と発電機ロー
タ１９とをそれぞれ上述したようにそれぞれベアリング
サポート１６とサイドカバー１７により片持支持した構
造としたことによる。電動機３と発電機４が軸方向に隣
接する場合、前記の片持支持構造を採用することによ
り、各々のロータ１６、１８間に中間壁が不要となり、
その分の寸法を小さくすることができる。横置きエンジ
ンの車両では、この軸方向寸法が車両最大幅を決定する
要因であるため、軸方向寸法が小さい事は、車両最大幅
決定の自由度が増えることになる。

【００３３】また、この片持支持構造は次のような利点
もある。すなわち、片持支持構造はロータ１６または１
８の支持面の片側にベアリングを配置するため、このベ
アリングを油潤滑しようとする時、この潤滑油は、ロー
タの支持面にはばまれ、2つのローターの中間部にまで
は達しない。一方、仮に両持支持とするために中間壁を
設けたとすると、この中間壁に設けたベアリングを油潤
滑しようとすれば、袋小路状の中間壁付近に潤滑油を送
り込むための油通路が必要となるうえに、潤滑油はロー
タの支持面にはばまれるため、その排出通路をも用意し
なければならない。その結果、ケースと中間壁にこれら
の通路を確保するための寸法が必要で、軸寸法が長くな
るばかりでなく、複雑な穴加工が必要となる。つまり、
片持支持構造の場合は、2つのベアリングが隣接してい
るため、2つのベアリングを潤滑する通路は2つのベアリ
ングの中間部の１カ所で良いので、2つのロータ１６、
１８に対し合計2系統の潤滑通路で良いが、両持支持構
造の場合は、右、左、中間にそれぞれ１カ所ずつで少な
くとも３系統が必要となる。

【００３４】一方、電動機３および発電機４を冷却する
場合には、図示したようにケース１２に共通の冷煤ジャ
ケット２４を形成するだけでよく、これにより電動機と
発電機とを個別に設けた構成に比較して冷却系の構成を
大きく単純化することができる。製造面からも、ケース
１２を鋳造するときにジャケット２４のためのが１つで
済むためコスト低減になる。その場合、各ステー夕２
２、２３の外径が共通であるので、ジャケット２４がよ
り簡潔な構造となる。もし、ステータ外径が異なるとジ
ャケットも段違いとなり、コスト高の原因となるだけで
なく、冷媒の流れが複雑になり、冷却の均一性を確保す
ることが難しくなり、設計が難しくなる。さらに上述し
た中間壁が存在したとすると、潤滑経路をこのジャケッ
トの中間部に設けるため、ジャケット２４がさらに複雑
な形状になってしまう。

【００３５】なお、シリーズ式ハイブリッド車両ではバ
ッテリ残量が少ないときなど、発電機４で発生した電力
を直接電動機３に供給することで走行駆動力を確保する
場合があり、このため発電機４と電動機３は概略同一の
工率（ワット数）設定となる。つまり、それぞれのステ
ータ２２、２３は同一外径としやすい条件になる。ステ
ータは磁性鋼板に銅線をまいてコイルとしてあるが、外
径を一致させたことで内径も一致させ、スロット数も一
致させることで、磁性鋼板は電動機３と発電機４とで全
く同一のものとなる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施形態について図
４および図５に基づいて説明する。図４はその概略、図
５は詳細である。この実施形態では、上記第1の実施形
態に対し、減速機２として遊星歯車機構を適用した点で
異なる。なお第１の実施形態と同一の部分には同一の符
号を付してある。

【００３７】図において、減速機２を構成する遊星歯車
機構は、電動機ロータ１８の一端に形成した歯車１８ａ
がサンギヤ、その周囲を公転するプラネタリギヤ２ｄ、
プラネタリギヤ２ｄとかみ合う内歯の固定リングギヤ２
ｃからなり、プラネタリギヤ２ｄは電動機ロータ１８と
同軸で回転するように設けられたプラネタリギヤキャリ
ア２ｅに支持されている。固定リングギヤ２ｃの内側に
て、電動機ロータ１８の回転に伴い、プラネタリギヤ２
ｄが歯車１８ａの周囲を公転する。このときのプラネタ
リギヤキャリア２ｅの回転が、プラネタリギヤキャリア
２ｅに形成された歯車２ｆにより差動歯車装置８のリン
グギヤ８ａに伝達される。

【００３８】この構成の利点は、サンギアである歯車１
８ａにはラジアル荷重がキャンセルされてスラスト荷重
のみとなり、その支持ベアリングがラジアル荷重分だけ
負担が減少して耐久性が向上することに加えて、より小
さなベアリングを使うことができるためコンパクトな構
成となることである。このことと軸数の低減から、ベア
リングフリクションの低減が可能となり、伝達効率も向
上する。

【００３９】図６は本発明の第３の実施形態を示す概略
図である。これは電動機３と発電機４を共通のケース１
２に収装し、それぞれのロータを片持支持した点では上
記各実施形態と同様であるが、エンジン１に対して発電
機４を隣接して設け、電動機３を発電機４を挟んでエン
ジン１とは対置させた点で異なる。

【００４０】この実施形態では、エンジンクランクシャ
フト２０に発電機ロータ１９を比較的高剛性で結合でき
る。第1の実形態では電動機ロータ１８の中空部を貫通
するインプットシャフト１１を介して発電機ロータ１９
を駆動しているが、この場合インプットシャフト１１を
ねじりばね、ロータ１９を慣性能率とするねじり振動モ
デルを考えると、インプットシャフト１１のねじり剛性
が小さいと固有振動数が低周波となり、エンジン運転領
域との関係でこの周波数帯での運転時に振動が発生して
運転者に違和感を与えるおそれが生じる。これを防ぐた
めには、エンジンの運転領域より小さな周波数（アイド
ル回転以下）となるようにさらにねじりばね定数を小さ
くするためのトーショナルダンパーを追加する必要があ
る。このことは部品点数の増加、コスト高、重量増、軸
寸法の増加を意味する。

【００４１】これに対して本実施形態では、インプット
シャフト１１が無いためねじり剛性が十分に大きくな
り、発電機ロータ１９のねじり共振点を容易にエンジン
の最高回転速度以上にすることができ、トーショナルダ
ンバー等の振動対策は不要となる。また、発電機４の側
方に配置した差動歯車装置８に対して、端部側に位置す
る電動機３の出力を伝達するために、減速機軸２１は自
ずと長いものとなるため、その支持剛性を高めて歯車２
ａ，２ｂの傾きを小さくでき、これによりギヤノイズが
低減する効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なシリーズ式ハイブリッド車
両の一例の概略説明図。

【図２】本発明の第一の実施形態の概略説明図。

【図３】上記第一実施形態の縦断面図。

【図４】本発明の第二の実施形態の概略説明図。

【図５】上記第二実施形態の縦断面図。

【図６】本発明の第三の実施形態の概略説明図。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 減速機 ３ 電動機 ４ 発電機 ５ インバータ ６ 電池 ７ コントローラ ８ 差動歯車装置 ９ ドライブシャフト １０ 駆動輪 １１ インプットシャフト １２ ケース １３ ケースセット １４ ベルハウジング １５ ケースカバー １６ ベアリングサポート（第１のカバー） １６ａ 軸受部 １７ サイドカバー（第２のカバー） １７ａ 軸受部 １８ 電動機ロータ １９ 発電機ロータ ２０ エンジンのクランクシャフト ２１ 減速機軸 ２２ 電動機のステータ ２３ 発電機のステータ ２４ 冷媒ジャケット

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン駆動される発電機と、この発電機
   の発生電力に基づいて車両の走行駆動力を発生する電動
   機とを備えたシリーズ式ハイブリッド車両において、 前記発電機と電動機とをそれぞれのステータを軸方向に
   隣接して収装する共通のケース内に配置したシリーズ式
   ハイブリッド車両の動力装置。
2. 【請求項２】発電機ロータがエンジン主軸の延長上に位
   置するように、ケースをエンジンブロックの軸方向端部
   に配置した請求項１に記載のシリーズ式ハイブリッド車
   両の動力装置。
3. 【請求項３】ケース両端のカバー部からそれぞれ対向的
   に延設した１対の軸受部の一方に発電機ロータを他方に
   電動機ロータをそれぞれ支持した請求項１に記載のシリ
   ーズ式ハイブリッド車両の動力装置。
4. 【請求項４】車両駆動系の差動歯車装置をケースに対し
   て並列的に配置し、電動機出力を減速機を介して前記差
   動歯車装置に伝達するようにした請求項１から請求項３
   の何れかに記載のシリーズ式ハイブリッド車両の動力装
   置。
5. 【請求項５】減速機は、並列配置した複数軸間に回転力
   を伝達する歯車機構で構成した請求項４に記載のシリー
   ズ式ハイブリッド車両の動力装置。
6. 【請求項６】減速機は、電動機ロータに設けた歯車をサ
   ンギヤとして、その周囲に同軸的に設けた固定のインタ
   ーナルギヤ内で公転するプラネタリギヤを備えた遊星歯
   車機構で構成し、前記プラネタリギヤのキャリア回転を
   出力として差動歯車装置に伝達するようにした請求項４
   に記載のシリーズ式ハイブリッド車両の動力装置。
7. 【請求項７】発電機をエンジンに近接した側に、電動機
   を前記発電機を挟んでエンジンから離隔した側に、それ
   ぞれ配置すると共に、エンジンから離隔したケース端部
   側に突設した電動機ロータと、発電機の側方に配置した
   差動歯車装置とを、これらと並列的に配置した歯車機構
   からなる減速機を介して連接した請求項４に記載のシリ
   ーズ式ハイブリッド車両の動力装置。
8. 【請求項８】電動機ロータを中空構造とすると共に、こ
   の中空軸を貫通するインプットシャフトを介してエンジ
   ン回転を発電機ロータに伝達するようにした請求項４に
   記載のシリーズ式ハイブリッド車両の動力装置。
9. 【請求項９】電動機ロータのエンジン側端部に減速機と
   の連接部を設けた請求項８に記載のシリーズ式ハイブリ
   ッド車両の動力装置。
10. 【請求項１０】ケースは、発電機と電動機とに共通の冷
    媒ジャケットが形成されている請求項１から請求項３の
    何れかに記載のシリーズ式ハイブリッド車両の動力装
    置。
11. 【請求項１１】発電機と電動機の各々のステータ外径お
    よびこれらが嵌合するケース内径を同一に設定した請求
    項１から請求項３の何れかに記載のシリーズ式ハイブリ
    ッド車両の動力装置。