JP2008189307A - Power train structure for hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばトラック用などのハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造に関する。 The present invention relates to a powertrain structure of a hybrid electric vehicle such as a truck.
トラックに適用されるパラレル方式のハイブリッド電気自動車は、生産台数が少ないため、できるだけ既存の部品を利用して、モータ装置をエンジンに組合わせた構造が採用される。 Since the number of parallel hybrid electric vehicles applied to trucks is small, a structure in which a motor device is combined with an engine by using existing parts as much as possible is adopted.
例えば走行用エンジンの後部に組付くクラッチ装置を、エンジン始動及び発電用モータと走行用および回生発電用のモータといった2つのモータとクラッチ機構とを組合わせた新たな装置にして、ハイブリッド化することが行われている(例えば引用文献1を参照)。 For example, the clutch device attached to the rear part of the traveling engine is hybridized with a new device that combines two motors such as an engine starting and power generation motor and a traveling and regenerative power generation motor and a clutch mechanism. (For example, see cited document 1).
ところが、同構造は、クラッチ装置を含む多くの部分が、新たな構造となるために、コスト的に高価になる問題がある。 However, this structure has a problem that it becomes expensive in terms of cost because many parts including the clutch device become a new structure.
そこで、できるだけ変更部分が少なくてすむよう、動力取出し装置(パワーテイクオフ装置:以下、PTO装置という)を備えた車両をハイブリッド化することが考えられる。 In view of this, it is conceivable to hybridize a vehicle equipped with a power take-off device (power take-off device: hereinafter referred to as a PTO device) so that the number of parts to be changed is as small as possible.
すなわち、PTO装置を備えた車両のパワートレイン構造は、通常、図6に示されるようにエンジン1の後部にあるクラッチ装置2とその直後に配置される変速装置3との間に、PTO装置4を介在させて、クラッチ装置2から出力される動力を、別途、外部出力部6aから外部へ取出される構成である。
In other words, the powertrain structure of a vehicle equipped with a PTO device is usually a PTO device 4 between a clutch device 2 at the rear of the engine 1 and a
そのため、PTOを備えた車両をハイブリッド化する場合は、PTO装置4に変えてモータ装置(図示しない)に変更すれば、ほとんどクラッチ装置2および変速装置3は共通ですみ、新たな部分が少なくてすむと考えられる。
ところが、新たな問題が生じる。すなわち、PTO装置4は、図6に示されるように動力取出しハウジング5内に動力取出し機構6を収納した構造なので、ハイブリッド化には、動力取出し機構6を収めた動力取出しハウジング5を、モータ装置であるモータ要素が内部に収めたモータハウジングと取り替えることになる。しかし、このときハウジングの種類が異なるために、クラッチハウジング7の前端から変速装置3の変速機ハウジング8の前端までの軸長さが変わる。このため、車体(図示しない)に対する変速装置3の搭載位置は変わり、PTO装置4付の車両を前提として車体に定めていた既存のマウント位置が、ハイブリッド化によりずれてしまう。このずれを解消するには、車両に新たにマウントを設けるといった大きな変更が強いられ、かなりのコスト高が避けられない。
However, new problems arise. That is, since the PTO device 4 has a structure in which the power take-out mechanism 6 is housed in the power take-out
そこで、本発明は、車体の変速装置に対するマウント位置はそのまま保ちつつ、動力取出し装置付の車両が容易にハイブリッド化できるようにしたハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a powertrain structure for a hybrid electric vehicle that allows a vehicle with a power take-off device to be easily hybridized while maintaining the mounting position of the vehicle body with respect to the transmission.
上記目的を達成するために本発明は、ロータシャフトの軸長を抑えて、モータ装置のモータ要素の薄形化も図るよう、モータ装置には、ロータシャフトを、クラッチ装置のクラッチ出力軸に対して同軸上に組合わせるとともに、該ロータシャフトの片側の端部をベアリングを介して、クラッチ装置のクラッチハウジングで位置決め支持させる構造を採用して、ロータシャフトをベアリングで片持ち支持させる構造にした。又、本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造において、モータ装置は、モータ要素としてステータとロータとステータコイルを備え、クラッチハウジングは、ステータコイルと対向する端壁にステータコイルを退避する方向に形成する凹部を備える構成とし、さらに本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造において、モータハウジングは、変速装置のシフトレールの端部嵌挿用凹部と、当該端部嵌挿用凹部に嵌挿される筒状のブッシュとを備える構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention provides a motor device having a rotor shaft connected to a clutch output shaft of a clutch device so as to reduce the length of the rotor shaft and reduce the thickness of the motor element of the motor device. As a result, the rotor shaft is cantilevered by the bearing by adopting a structure in which the end of one side of the rotor shaft is positioned and supported by the clutch housing of the clutch device via the bearing. According to the present invention, in the powertrain structure of the hybrid electric vehicle, the motor device includes a stator, a rotor, and a stator coil as motor elements, and the clutch housing extends in a direction for retracting the stator coil to an end wall facing the stator coil. In the powertrain structure of the hybrid electric vehicle, the motor housing is inserted into the end fitting recess of the shift rail of the transmission and the end fitting recess. And a cylindrical bush.
本発明によれば、ロータシャフトを、片持支持で、クラッチハウジングに支持させる構造によって、ロータシャフトの軸長を抑えることができ、ロータシャフトの薄形化により、動力取出し装置付の車両のハイブリッド化により幅寸法の制約が課せられるようになったモータハウジング内でも、容易にモータ要素を組付けることができる。 According to the present invention, the shaft length of the rotor shaft can be suppressed by the structure in which the rotor shaft is supported by the clutch housing by cantilever support, and the hybrid of the vehicle with a power take-off device can be achieved by thinning the rotor shaft. The motor element can be easily assembled even in the motor housing in which the restriction of the width dimension is imposed by the development.
以下、本発明を図1ないし図4に示す第1の実施形態にもとづいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on a first embodiment shown in FIGS.
図1は、図6に示される動力取出し装置(以下、PTO装置という)が付いた自動車(車両)のパワートレインをハイブリッド化する構造を説明するための図、図2はハイブリッド化したパワートレインの断面図、図4はその一部を分解した図をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a diagram for explaining a structure for hybridizing a power train of an automobile (vehicle) with the power take-off device (hereinafter referred to as a PTO device) shown in FIG. 6, and FIG. 2 is a diagram of the hybrid power train. Sectional drawing and FIG. 4 have each shown the figure which decomposed | disassembled some.
ここで、図1中1はエンジン、2は同エンジン1の後部に組付くクラッチ装置、3は変速装置、4はPTO装置、30は薄形のモータ装置を示している。
In FIG. 1, 1 is an engine, 2 is a clutch device assembled to the rear portion of the
このうち、クラッチ装置2は、図2にも示されるようにエンジン1の本体後部端と直列に連結される例えば椀形状のクラッチハウジング7と、このクラッチハウジング7の内部に収容されるクラッチ機構、例えばエンジン1の出力軸1aに有るフライホイール1bと接離してエンジン1からの動力の伝達を断続する乾式単板クラッチ11と、この乾式単板クラッチ11を駆動する自動制御用のアクチュエータ12とを有してなる。
Among these, the clutch device 2 includes, for example, a hook-
PTO装置4は、横方向に張り出る偏平な動力取出しハウジング5内に、動力取出し機構6、例えば入力側の歯車13と外部出力部6aにつながる出力側の歯車15との間を中継用の歯車14で噛合わせた歯車列構造を収めてなる。
The PTO device 4 has a flat power take-out
モータ装置30は、図2にも示されるように例えば片側(一側)が開放し、反対側(他側)に端壁31aを有する略短椀状のモータハウジング31を有し、このモータハウジング31の内部にモータ要素、例えばモータハウジング31の内周面に組付いたステータ32、このステータ32の内側に収まる環状のロータ33、このロータ33を支持する環状のロータシャフト34を収めてなる。なお、32aはステータ32に付いているステータコイルを示す。
As shown in FIG. 2, the
変速装置3は、略筒状の変速機ハウジング8を有し、この変速機ハウジング8の内部に複数の変速段に切換え可能な変速機構15を収めた構造が用いてある。具体的には、変速機構15は、変速機ハウジング8の前部端から突き出るインプットシャフト16(本願のクラッチ出力軸に相当)を有し、このインプットシャフト16の後端部と変速機ハウジング8の後部端に有る動力出力部、例えばセンタブレーキ17が付いた出力部18との間に、常時噛合式の歯車変速機構19を設けて構成される。詳しくは、歯車変速機構19は、インプットシャフト16の後部端から出力部18までに設けたアウトプットシャフト20、このアウトプットシャフト20と並行に設置したカウンタシャフト21、インプットシャフト16の後端からカウンタシャフト21へ回転を導く一対の歯車22、ドライブシャフト20とカウンタシャフト21との間に設けた変速段毎のギヤ比で常時噛合う複数対の歯車23を有する歯車機構と、インプットシャフト16とアウトプットシャフト20間や各歯車23間の周速を同期させる同期機構、例えばシンクロスリーブ24を有して構成される変速段毎の同期噛合機構25と、この同期噛合機構25を操作する操作機構、例えば変速機ハウジング8内に前後方向に沿って移動可能に設けたシフトレール26を軸方向に移動させて同シフトレール26に付いているシフトフォーク26aでシンクロスリーブ24を操作して変速を行わせるシフトレール機構27とを有して構成してある。なお、インプットシャフト後端とアウトプットシャフト前端とは、ベアリング28を介して回転自在につながっている。但し、変速装置3には、例えば車両の運転状態に応じて自動的に変速を行う自動制御式が用いてある。
The
図2に示すパワートレインは、図6に示すPTO装置4付パワートレインのPTO装置4が有る部分を、図1に示されるようにモータ装置30に置き換えることによってハイブリッド化したパワートレインを示す。
The power train shown in FIG. 2 shows a hybrid power train by replacing a portion where the PTO device 4 of the power train with the PTO device 4 shown in FIG. 6 is replaced with a
ここで、置き換えは、図6に示されるようなクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟持されていた動力取出しハウジング5の代わりに、図2および図4に示されるようにモータ装置30のモータハウジング31を、開放部31bがクラッチ装置2側に向き、端壁31aが変速装置3側に向く姿勢で、クラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟持させる。と共にPTO装置4を組付けるときと同様、モータハウジング31の端壁31aに形成してある通孔部31cを貫通させ、その前方へ突き出るインプットシャフト16に、ロータシャフト34、乾式単板クラッチ11等を嵌めることより行われる。
Here, in the replacement, instead of the power take-out
そして、同等の置き換えを行うために、モータ装置30の外郭をなすモータハウジング31には、クラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟まれる部分の軸方向長さW1を、PTO装置4の動力取出しハウジング5におけるクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に挟まれる部分の軸方向長さW2と共通にしてある。具体的には、モータハウジング31の軸方向長さW1を、動力取出しハウジング5の軸方向長さW2と同じかほぼ同じ寸法値に定めてある。
In order to perform the equivalent replacement, the
また内部のモータ要素にも、ロータ33を薄形にモータハウジング31内に組込める工夫、コイル32aを含むステータ32が周囲の部品と干渉せずにクラッチハウジング7と変速機ハウジング8との間に組込める工夫が採用してある。前者には、片持ち支持構造でロータ33をインプットシャフト16上に組込む構造が用いてあり、後者にはシフトレール26の支持やクラッチハウジング7の一部に工夫を施した構造が用いてあり、これらによって置き換えに際する内部機器での障害を回避して、共通の軸方向長さをもつハウジング同士による置き換えを成立させている。
In addition, the internal motor element can be incorporated into the
これらの構造について説明する前に、変速装置3から突き出るインプットシャフト16について説明すれば、同インプットシャフト16には、PTO装置4付のパワートレインで用いたのとほとんど同じシャフト部材が用いられている。すなわち、図2および図4に示されるようにインプットシャフト16は、根元側、例えばアウトプットシャフト端から端壁31aを通りモータハウジング31の中央までの部分が太径(大径部16c)で、それから乾式単板クラッチ11のクラッチディスク11aと嵌まる前側の部分を根元側より細い径(細径部16a)としたシャフト部材で形成してある。このインプットシャフト16の後端部(変速装置3側)が、端壁31aに設けたベアリング36aを介して、モータハウジング31に回転自在に支持させてある。また前側(クラッチ装置側)のシャフト部分の外周面には、軸方向に延びる複数条の溝部が形成されていて、前側のシャフト部分をスプライン部16aとしている。このスプライン部16aの先端側が、クラッチ装置2のアクチュエータ12を貫通して、クラッチディスク11aの中心部に形成されている溝付き孔11bに摺動自在に嵌挿してある。
Before describing these structures, the
このインプットシャフト16に対してロータ33が片持ち支持で組込んである(前者の構造)。同構造を説明すれば、図2および図4に示されるようにロータ33を支持するロータシャフト34は、モータハウジング31内で、できるだけ大きく据付面積を確保するために、一端部がクラッチハウジング7の後部の端壁7aと接近する地点に配置され、他端部がモータハウジング31の端壁31aと接近する地点に配置される環状の本体部35と、この本体部35の一端部から同軸をなして突き出る筒状部、例えば薄肉の筒部分36とを有して形成してある。そして、本体部35の中心部に有る孔部35aと筒部分36の孔部36aとがなす孔空間は、太径部16cとスプライン部16aとの境界部分が嵌まる形状、すなわち孔部36aがスプライン部16aと嵌まる溝孔形状に形成、孔部35aが太径部16cと嵌まる円径形状に形成してある。これにより、ロータシャフト34は、クラッチ装置2側がスプライン部16aにスプライン嵌合され、反対側の変速装置3側が太径部16cに嵌合、具体的には隙間嵌めされる。ロータ33の片持ち支持は、このうちのクラッチハウジング7の通孔部7cを通る筒部分36を、図3に示されるようにベアリング37を介して、クラッチハウジング7の端壁7aに回転自在に固定させることによって行っている。具体的には、ベアリング37は、筒部分36の外周面と本体部35の端面とがなすL字形部分と、これと向き合うように通路部7cの内周面に形成してあるL字形部分とがなす環状のベアリング室に嵌挿される。このベアリング37の内輪37aに、筒部分36が嵌挿され、クラッチハウジング7に対してロータシャフト34を回転自在に支持している。またロータシャフト34の軸方向の動きは、ベアリング37を挟むように配置した係止部材、例えば図3に示されるように筒部分36の外周面から内輪37aのクラッチ装置側の端面に沿って突き出るスナップリング38と、ベアリング37の外輪37bを位置決めるべくクラッチハウジング7の端壁7aの外面に固定された環状のリテーナ39とを用いた構造で規制してある。なお、39aはリテーナ39を端壁7aの外面に固定するボルトを示す。こうした構造により、ロータ33およびロータシャフト34は、片側だけがベアリング37を介してクラッチハウジング7に支持されるという片持ちの支持で、インプットシャフト16の同軸上に位置決め固定してある。これで、モータ装置30が発生する駆動力が、インプットシャフト16を通して変速装置3へ伝達されるようにしている。
A
一方、後者のシフトレール支持の工夫には、薄形のモータハウジング31内に、モータ要素、具体的にはステータコイル32aが周囲の部品や部材と干渉せずに設置できるよう、モータハウジング31の端壁31aの厚み寸法を抑える構造、つまり端壁31がモータ要素の配置される空間領域へ張り出るのを抑える構造が用いてある。具体的には、図2および図4に示されるようにモータハウジング31の端壁31aに形成してあるシフトレール26の端部嵌挿用の凹部50を浅い深さ、例えばステータコイル32aなどを圧迫せずにすむ浅い深さ寸法とし、この凹部50内にその深さを補償する所定長さの筒状のブッシュ51を嵌挿し、このブッシュ51にシフトレール26の端部(モータ装置側の端部)を摺動自在に嵌挿した構造を用いて、シフトレール26の端部がブッシュ51内で移動する構造としている。これにより、凹部50の底壁がステータコイル32aと干渉するのを回避している。なお、この場合、シフトレール26には、若干、全長の短い部品を用いるのが望ましい。
On the other hand, the latter shift rail support is devised so that the motor element, specifically, the stator coil 32a can be installed in the
またクラッチハウジング7の一部で行われる工夫は、図2および図4に示されるようにクラッチハウジング7の端壁7aを利用して、モータハウジング31から前方(クラッチ装置2側)へ張り出すステータコイル32aをモータハウジング31内に収める構造である。具体的には、図2および図3に示されるようにステータコイル32aと対向する端壁7a部分に、該ステータコイル32aから退避する方向(クラッチ装置2側)に凹んだ凹部49をステータコイル32a沿いに形成することによって、ステータコイル32aが端壁7aと干渉するのを回避しつつモータハウジング31内に収めている。なお、凹部49を形成するに際し、インプットシャフト16のスプライン部16a(前部側)の直径を小さくして、筒部36の外周面に嵌まるベアリング37の直径を小さくし、ステータコイル32aと対向する端壁7aの領域を広くすると、ステータコイル32aを避けるための凹部49を形成し易い。
Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 4, the idea performed in a part of the
なお、図2において、52はクラッチハウジング7に取付けられた給電用の高電圧コネクタ(スタータコイル32aにつながる部品)、53はロータシャフト34に取付けられたレゾルバ(回転センサ)、54はモータハウジング31に取付けられたセンサ出力用のコネクタ、55はモータハウジング31の周壁内部に形成された環状の冷却水路を示す。
In FIG. 2, 52 is a high-voltage connector for power supply (a component connected to the starter coil 32 a) attached to the
かくして、PTO装置4付の自動車をハイブリッド化するに際し、上記のように動力取出しハウジング5とモータハウジング31の軸方向長さW1,W2を共通にしたことにより、PTO装置4がモータ装置30に置き換わっても、変速機ハウジング8の軸方向位置は、PTO装置4が付いた自動車のときと変わらずにすむ。
Thus, when the vehicle with the PTO device 4 is hybridized, the axial lengths W1 and W2 of the power take-out
したがって、クラッチ装置2、変速装置3のほとんどを共有する手法で、ハイブリッド化したパワートレインは、変速装置3のマウント位置が変わらずにすみ、変速機ハウジング8を変更したり、車体上のマウント位置を変更したりせずに、容易かつ合理的に取出し装置4付自動車とハイブリッド電気自動車との使い分けができる。
Therefore, a hybrid power train that shares most of the clutch device 2 and the
しかも、インプットシャフト16上に組付くロータシャフト34には、片側だけでのベアリング37による支持、すなわち片持ち支持だけでクラッチハウジング7に固定される構造なので、ロータシャフト34は軸長が抑えられて薄形化が図れ、制約された幅狭のモータハウジング31内におけるロータ33の組付けが容易に行える。そのうえ、モータハウジング31は、凹部49を形成したり、シフトレール26の端部をブッシュ51を介してモータハウジング31に保持したりして、モータハウジング31の内部に、他部品との干渉のおそれがない室を確保したことにより、ハイブリッド化によりモータ装置4のモータハウジング31が、内部のモータ要素の軸長さよりも幅狭となっても、容易にモータ要素全体が組付けることができ、PTO装置4付のパワートレインからのハイブリッド化が容易に進められる。
In addition, since the
図5は本発明の第2の実施形態を示す。 FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
本実施形態は、ロータシャフト34の軸方向を規制する構造を変更した変形例を示す。
The present embodiment shows a modification in which the structure for regulating the axial direction of the
すなわち、本実施形態は、径寸法の違いがもたらすスプライン部16aと大径部16cとの段差部分16bを活用して、ロータシャフト34の軸方向を規制するものである。具体的には、図5に示されるようにスナップリング38による規制はそのままに、インプットシャフト16の段差部分16bを、ロータシャフト34に形成してある孔部36aと孔部35aとがなす段差部分まで嵌める構造を用いて、ロータシャフト34の軸方向の動きを規制しようとするものである。
That is, in the present embodiment, the axial direction of the
この軸方向の規制構造は、第1の実施形態で用いたリテーナを用いずに、ロータシャフト34の軸方向の規制ができる利点がある。
This axial restriction structure has an advantage that the axial direction of the
但し、図5において、上述した第1の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。 However, in FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
1・・・エンジン
2・・・クラッチ装置
3・・・変速装置
4・・・動力取出し装置
5・・・動力取出しハウジング
6・・・動力取出し機構
7・・・クラッチハウジング
8・・・変速機ハウジング
11・・・乾式単板クラッチ(クラッチ機構)
15・・・変速機構
16・・・インプットシャフト(クラッチ出力軸)
30・・・モータ装置
31・・・モータハウジング
32・・・ステータ
32a・・・ステータコイル
33・・・ロータ
34・・・ロータシャフト
37・・・ベアリング。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ...
15 ...
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記クラッチ装置のクラッチ出力軸に連結された変速装置と
モータハウジング内にロータシャフトを含むモータ要素を収めて構成され前記変速装置へ駆動力が伝達可能なモータ装置とを備え、
前記モータ装置のロータシャフトが、前記クラッチ出力軸に対して同軸上に組合うとともに、該ロータシャフトの片側の端部がベアリングを介して、前記クラッチハウジングで位置決め支持される
ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。 A clutch device having a clutch housing, a clutch mechanism that is housed in the clutch housing and interrupts power from the engine, and a clutch output shaft that outputs power from the clutch mechanism;
A transmission connected to the clutch output shaft of the clutch device, and a motor device configured to house a motor element including a rotor shaft in a motor housing and capable of transmitting a driving force to the transmission,
A hybrid in which a rotor shaft of the motor device is coaxially assembled with the clutch output shaft, and an end portion on one side of the rotor shaft is positioned and supported by the clutch housing via a bearing. Electric vehicle powertrain structure.
前記クラッチハウジングは、前記ステータコイルと対向する端壁に前記ステータコイルを退避する方向に形成する凹部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。 The motor device includes a stator, a rotor, and a stator coil as motor elements,
The power train structure for a hybrid electric vehicle according to claim 1, wherein the clutch housing includes a recess formed in an end wall facing the stator coil in a direction in which the stator coil is retracted.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のハイブリッド電気自動車のパワートレイン構造。 The said motor housing is provided with the recessed part for edge part insertion of the shift rail of the said transmission, and the cylindrical bush inserted by the said edge part insertion recessed part. The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The powertrain structure of the hybrid electric vehicle described in 1.
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