JP2016002882A - 車両用ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第３の軸等に作用するトルクの増大を抑制する。【解決手段】車両用ハイブリッド駆動装置１０は、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２に平行な第３出力軸２３を有しリダクションドライブギヤ３０ａと噛み合うリダクションドリブンギヤ３０ｂを備える。アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとの間には、これらを互いに直接係合させることが可能な噛合部７０が設けられる。噛合部７０は、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２よりも大きなねじり剛性を有しかつ所定のバックラッシを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、差動用電動機と走行用電動機とが異なる軸上に配置された車両用ハイブリッド駆動装置に関する。

特開２０１２−０１７００７号公報（特許文献１）の段落００３２および図５には、第１、第２および第３の軸を備えた車両用ハイブリッド駆動装置が開示される。第１の軸上には、差動用電動機（差動用電動機ＭＧ１）、エンジンカウンタドライブギヤ（ドライブギヤ５４）およびエンジン（エンジン１２）が配置される。第２の軸上には、アイドラギヤ（アイドラギヤ５８）およびリダクションドリブンギヤ（リダクションドリブンギヤ３０ｂ）が配置される。第３の軸上には、走行用電動機（走行用電動機ＭＧ２）、エンジンカウンタドリブンギヤ（エンジンカウンタドリブンギヤ５６）およびリダクションドライブギヤ（リダクションドライブギヤ３０ａ）が配置される。

この車両用ハイブリッド駆動装置においては、差動用電動機（ＭＧ１）およびエンジン（１２）からの入力は、エンジンカウンタドライブギヤ（５４）、アイドラギヤ（５８）、エンジンカウンタドリブンギヤ（５６）、リダクションドライブギヤ（３０ａ）およびリダクションドリブンギヤ（３０ｂ）という経路で伝達される。走行用電動機（ＭＧ２）からの入力がない場合であっても、第３の軸に対して常に動力が伝達され続けることによって、リダクションドライブギヤ（３０ａ）とリダクションドリブンギヤ（３０ｂ）との間のフローティングが防止される。

特開２０１２−０１７００７号公報

特開２０１２−０１７００７号公報（特許文献１）に開示された車両用ハイブリッド駆動装置においては、上記の動力伝達経路のうちのエンジンカウンタドリブンギヤ（５６）以降に、走行用電動機（ＭＧ２）から出力されるトルクが合流する。すなわち、第３の軸、エンジンカウンタドリブンギヤ（５６）およびリダクションドライブギヤ（３０ａ）には、エンジン（１２）からのトルクと走行用電動機（ＭＧ２）からのトルクとが足し合わされた合計のトルクが掛かることになる。特許文献１の構成を採用する場合、第３の軸等には、合計トルクに耐え得る設計（耐久性）が必要である。

車両用ハイブリッド駆動装置は、エンジンからの動力を差動用電動機および出力部材に分配する差動機構を有し、上記差動用電動機の運転状態が制御されることにより変速比を制御する電気式変速部と、上記差動用電動機の第１出力軸に平行な第２出力軸を有する走行用電動機と、上記走行用電動機の上記第２出力軸に固設されたリダクションドライブギヤと、上記走行用電動機の上記第２出力軸に平行な第３出力軸を有し、上記リダクションドライブギヤと噛み合うリダクションドリブンギヤと、上記電気式変速部の上記出力部材に固設されたエンジンカウンタドライブギヤと、上記走行用電動機の上記第２出力軸に固設されたエンジンカウンタドリブンギヤと、上記リダクションドリブンギヤの上記第３出力軸に回転自在に設けられ、上記エンジンカウンタドライブギヤと上記エンジンカウンタドリブンギヤとの間に配置されてそれらにそれぞれ噛み合わされたアイドラギヤと、を備え、上記電気式変速部の出力は、上記エンジンカウンタドライブギヤ、上記アイドラギヤおよび上記エンジンカウンタドリブンギヤによって、上記走行用電動機の上記第２出力軸に伝動され、上記アイドラギヤと上記リダクションドリブンギヤとの間には、これらを互いに直接係合させることが可能な噛合部が設けられ、上記噛合部は、上記走行用電動機の上記第２出力軸よりも大きなねじり剛性を有し、かつ所定のバックラッシを有している。

アイドラギヤへの入力トルクがある閾値（バックラッシに対応する値）を超えると、閾値に相当するトルクによってフローティングを防止し、かつ、閾値を超えた分のトルクは第２出力軸を介さず、噛合部を介してリダクションドリブンギヤに直接伝達される。したがって、上記の構成によれば、第２軸にかかるトルクは、走行用電動機からのトルクと、閾値に相当するトルクの合計に耐えられればよく、噛合部が設けられていない場合に比べて低い耐久性を有する構成を採用することができる。

実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置を示す骨子図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置のうち、差動用電動機、走行用電動機およびカウンタシャフトを同一の平面内に表した断面図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置に備えられるアイドラギヤと、噛合部の一部を構成するドグ歯とを示す側面図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置に備えられるリダクションドリブンギヤと、噛合部の他の一部を構成するドグ歯とを示す側面図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置の噛合部が非係合状態を形成している際の動力伝達経路を模式的に示す図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置の噛合部が非係合状態を形成している際の動力伝達経路を模式的に示す他の図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置の噛合部が係合状態を形成している際の動力伝達経路を模式的に示す図である。 実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置の噛合部が係合状態を形成している際の動力伝達経路を模式的に示す他の図である。 実施の形態の変形例における車両用ハイブリッド駆動装置に備えられるアイドラギヤと、噛合部の一部を構成するドグ歯とを示す側面図である。 実施の形態の変形例における車両用ハイブリッド駆動装置に備えられるリダクションドリブンギヤと、噛合部の他の一部を構成するドグ歯とを示す側面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（車両用ハイブリッド駆動装置１０）
図１および図２を参照して、実施の形態における車両用ハイブリッド駆動装置１０について説明する。図１は、車両用ハイブリッド駆動装置１０を示す骨子図である。図２は、車両用ハイブリッド駆動装置１０のうち、差動用電動機ＭＧ１、走行用電動機ＭＧ２およびカウンタシャフト２３を同一の平面内に表した断面図である。

図１を主として参照して、車両用ハイブリッド駆動装置１０は、エンジン１２、電気式変速部１８、差動用電動機ＭＧ１、走行用電動機ＭＧ２、伝動装置５２、減速歯車装置３６および差動歯車装置４０などを備える。エンジン１２は、車両の主駆動力源であり、図示しない電子制御装置に制御されることで、エンジン回転速度およびエンジントルクが変化させられる。

電気式変速部１８は、差動用電動機ＭＧ１の運転状態が制御されることにより変速比を制御する。具体的には、電気式変速部１８は、差動機構１６を有し、エンジン１２から入力軸１３を介して出力される動力を、差動用電動機ＭＧ１および出力部材１４に分配する。上記電子制御装置は、所定の最適燃費曲線に沿うようにエンジン１２を作動させつつ、目標エンジン出力が得られるエンジン回転速度とエンジントルクとなるように、エンジン１２を制御すると共に差動用電動機ＭＧ１を制御する。

電気式変速部１８においては、出力部材１４の回転速度が一定であるときに差動用電動機ＭＧ１の回転速度が上下に変化させられることにより、エンジン１２の回転速度が無段階に変化させられる。すなわち電気式変速部１８は、差動用電動機ＭＧ１の回転速度が上記電子制御装置によって制御されることにより、出力回転速度（出力部材１４の回転速度）と入力回転速度（エンジン１２の回転速度）との比（変速比）を無段階に変化させる。

差動機構１６は、シングルピニオン型の遊星歯車装置から構成され、エンジン１２および差動用電動機ＭＧ１と同心に設けられる。差動機構１６は、サンギヤＳ、リングギヤＲ、ピニオンギヤＰおよびキャリアＣＡを含む。サンギヤＳは、差動用電動機ＭＧ１の第１出力軸２１に連結される。リングギヤＲは、サンギヤＳと同心に位置し、円筒状の出力部材１４の内周部に一体に設けられる。キャリアＣＡは、サンギヤＳおよびリングギヤＲにそれぞれ噛み合うピニオンギヤＰを自転且つ公転自在に支持する。

差動用電動機ＭＧ１および走行用電動機ＭＧ２は、電動機（モータ）としての機能および発電機（ジェネレータ）としての機能のうち少なくとも一方を備える。差動用電動機ＭＧ１および走行用電動機ＭＧ２は、図示しないインバータを介して、バッテリやコンデンサ等の蓄電装置に接続される。電子制御装置によってインバータが制御されることにより、差動用電動機ＭＧ１および走行用電動機ＭＧ２の出力トルクまたは回生トルクが調節される。

差動用電動機ＭＧ１は、第１出力軸２１を有する。走行用電動機ＭＧ２は、差動用電動機ＭＧ１の第１出力軸２１に平行な第２出力軸２２を有する。走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２は、走行用電動機ＭＧ２のロータ４２が固設されたロータシャフト２２ａと、第１減速歯車対３０のリダクションドライブギヤ３０ａが固設されてロータシャフト２２ａにスプライン嵌合により同心に連結された連結軸２２ｂとを含む。

減速歯車装置３６は、第１減速歯車対３０および第２減速歯車対３４を含む。第１減速歯車対３０は、第２出力軸２２と第２出力軸２２に平行なカウンタシャフト２３（第３出力軸）との間に設けられる。第２減速歯車対３４は、カウンタシャフト２３とデフケース３２との間に設けられる。

第１減速歯車対３０は、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２（連結軸２２ｂ）に固設されたリダクションドライブギヤ３０ａと、カウンタシャフト２３（第３出力軸）に固設されてリダクションドライブギヤ３０ａに噛み合わされたリダクションドリブンギヤ３０ｂとを有する。第２減速歯車対３４は、カウンタシャフト２３に固設された駆動歯車３４ａと、デフケース３２に固設されて駆動歯車３４ａに噛み合わされた被動歯車３４ｂとを有する。

減速歯車装置３６は、連結軸２２ｂに伝動されて連結軸２２ｂからリダクションドライブギヤ３０ａに伝達された電気式変速部１８および走行用電動機ＭＧ２の出力を、差動歯車装置４０へ伝動する。差動歯車装置４０は、減速歯車装置３６を介してデフケース３２に伝達されたトルクを、左右一対の車軸３８を介して左右一対の駆動輪２４にそれぞれ伝達する。

図１および図２を参照して、伝動装置５２は、電気式変速部１８の出力を走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２に伝動する。具体的には、伝動装置５２は、エンジンカウンタドライブギヤ５４、エンジンカウンタドリブンギヤ５６およびアイドラギヤ５８を含む。エンジンカウンタドライブギヤ５４は、電気式変速部１８の出力部材１４に固設される。エンジンカウンタドリブンギヤ５６は、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２に固設される。アイドラギヤ５８は、エンジンカウンタドライブギヤ５４とエンジンカウンタドリブンギヤ５６との間に設けられてそれらにそれぞれ噛み合わされる。

図２に示すように、エンジンカウンタドライブギヤ５４は、出力部材１４の外周面に嵌着されることで出力部材１４と一体的に設けられる。エンジンカウンタドリブンギヤ５６は、連結軸２２ｂの外周面に嵌着されることで連結軸２２ｂと一体的に設けられる。アイドラギヤ５８は、リダクションドリブンギヤ３０ｂが設けられているカウンタシャフト２３（第３出力軸）の外周面に嵌着された軸受６０を介してカウンタシャフト２３に相対回転自在に支持される。

電気式変速部１８の出力は、エンジンカウンタドライブギヤ５４、アイドラギヤ５８およびエンジンカウンタドリブンギヤ５６によって、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２へ伝動される。走行用電動機ＭＧ２の出力および上記第２出力軸２２へ伝動された電気式変速部１８の出力は、減速歯車装置３６および差動歯車装置４０を介して駆動輪２４へ伝達される。ここで、アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとの間には、これらを互いに直接係合させることが可能な噛合部７０が設けられる。

（噛合部）
図３は、アイドラギヤ５８と、噛合部７０の一部を構成するドグ歯７１とを示す側面図である。図４は、リダクションドリブンギヤ３０ｂと、噛合部７０の他の一部を構成するドグ歯７３とを示す側面図である。図３および図４を参照して、噛合部７０は、ドグ歯７１（図３）およびドグ歯７３（図４）を含む。噛合部７０は、互いに同心に配置されたアイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとを接続または切り離す噛み合い式のクラッチ手段であり、所定のバックラッシθｄを有している。

噛合部７０のドグ歯７１（図３）は、アイドラギヤ５８の側面に設けられる。ドグ歯７１は、アイドラギヤ５８が位置している側からリダクションドリブンギヤ３０ｂが位置している側に向けて突出する形状を有する外歯である。隣り合うドグ歯７１，７１の間には、凹部７２が設けられる。凹部７２は、アイドラギヤ５８が位置している側からリダクションドリブンギヤ３０ｂが位置している側に向けて凹む形状を有する。ドグ歯７１は、周方向においてＸ［ｒａｄ］の角度範囲に亘って設けられる。

噛合部７０のドグ歯７３（図４）は、リダクションドリブンギヤ３０ｂの側面に設けられる。ドグ歯７３は、アイドラギヤ５８が位置している側からリダクションドリブンギヤ３０ｂが位置している側に向けて凹む形状を有する内歯である。隣り合うドグ歯７３，７３の間には、凸部７４が設けられる。凸部７４は、アイドラギヤ５８が位置している側からリダクションドリブンギヤ３０ｂが位置している側に向けて突出する形状を有する。ドグ歯７３は、周方向においてＸ＋θｄ［ｒａｄ］の角度範囲に亘って設けられる。

噛合部７０は、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２よりも大きなねじり剛性を有しており、ドグ歯７１がドグ歯７３に噛み合わない非係合状態（図５，図６参照）と、ドグ歯７１がドグ歯７３に噛み合う係合状態（図７，図８）とをそれぞれ形成することができる。

（非係合状態）
図５および図６を参照して、アイドラギヤ５８への入力トルクＴ（図６）がある閾値以下のときは、噛合部７０が非係合状態を形成する。この場合には、アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとは、相対回転することが許容される。電気式変速部１８の出力部材１４と駆動輪２４との間の動力伝達経路において、電気式変速部１８と走行用電動機ＭＧ２とは伝動装置５２（エンジンカウンタドライブギヤ５４、エンジンカウンタドリブンギヤ５６およびアイドラギヤ５８）を介して直列に連結される。

アイドラギヤ５８への入力トルクＴの大きさに応じて動力伝達経路（図６に示す矢印ＡＲ１）のねじれ角θは大きくなり、アイドラギヤ５８への入力トルクは、全て矢印ＡＲ１に示す動力伝達経路を通して伝達される。この際、矢印ＡＲ２に示す動力伝達経路を通して伝達されるトルクはゼロである。走行用電動機ＭＧ２の出力が無いときであっても、矢印ＡＲ１に示す経路を通して電気式変速部１８の出力は第２出力軸２２の連結軸２２ｂに伝達され、連結軸２２ｂに設けられたリダクションドライブギヤ３０ａを含む第１減速歯車対３０は常に動力伝達状態とされる。

第１減速歯車対３０がフローティング状態となることは抑制され、リダクションドライブギヤ３０ａとリダクションドリブンギヤ３０ｂとの間で歯打ち音が発生するのを抑制できる。エンジン１２の回転速度を引き上げることで歯打ち音の発生を回避するといった対策が不要であり、エンジン１２の動作点が予め設定された最適燃費曲線に沿うようにエンジン１２を動作させることができるので、車両燃費を向上させることができる。

ここで、連結軸２２ｂ（リダクションギアシャフト）の剛性をＫｒとし、歯打ち音（いわゆるガラ音やこもり音）を解消するために必要な走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２のトルクをＴｎｖとした場合には、これらの値とリダクションドライブギヤ３０ａのねじれ角θｎｖとの間には、Ｔｎｖ／Ｋｒ＝θｎｖの関係が成立する。

アイドラギヤ５８からリダクションドリブンギヤ３０ｂまでのトータルのバックラッシをθｒ（リダクションドリブンギヤ３０ｂ上での換算値）とし、リダクションドライブギヤ３０ａの歯数をＺ１とし、リダクションドリブンギヤ３０ｂの歯数をＺ２とした場合には、リダクションドライブギヤ３０ａのねじれ角θｎｖは、ギア比に基づいてリダクションドリブンギヤ３０ｂ上の値に換算することができる。この換算値とバックラッシθｒとを合計した値（θｎｖ×Ｚ１／Ｚ２＋θｒ）を、噛合部７０のバックラッシθｄ［ｒａｄ］とすることができる。

（係合状態）
図７および図８を参照して、一方で、アイドラギヤ５８への入力トルクＴがある閾値に達すると（上記のねじれ角θが噛合部７０のバックラッシθｄの分に達すると）、噛合部７０が係合状態を形成する。ドグ歯７１，７３同士が係合することによって、噛合部７０は、アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとを実質的に相対回転不能に接続する。この場合、アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとは互いに連結され一体回転する。

入力トルクＴがある閾値Ｔｒよりも大きくなると、閾値を超えた分の入力トルクＴ−Ｔｒは、矢印ＡＲ４で示す経路により伝達される。すなわち、入力トルクＴは、矢印ＡＲ３に示す経路（Ｔｒ）と矢印ＡＲ４に示す経路（Ｔ−Ｔｒ）とに分かれて伝達される。

したがって、矢印ＡＲ３に示す経路（Ｔｒ）にかかるトルクは、噛合部７０が設けられていない場合に比べて小さくなる。カウンタシャフト２３（第３出力軸）、エンジンカウンタドリブンギヤ５６およびリダクションドライブギヤ３０ａに作用するトルクの増大が抑制されるため、噛合部７０が設けられていない場合に比べて低い耐久性を有する構成を採用することができる。噛合部７０およびその周辺の部材の強度などに応じて噛合部７０のバックラッシθｄを変更することにより、上記の閾値を最適な値に設定することが好ましい。

［変形例］
図９および図１０を参照して、上記の実施の形態の変形例について説明する。図９は、アイドラギヤ５８と、変形例における噛合部７０Ａの一部を構成するピン７１Ａとを示す側面図である。図１０は、リダクションドリブンギヤ３０ｂと、変形例における噛合部７０Ａの他の一部を構成する長穴７３Ａとを示す側面図である。本変形例では、アイドラギヤ５８とリダクションドリブンギヤ３０ｂとを互いに直接係合させる噛合部７０Ａは、長穴７３Ａとピン７１Ａとによって構成される。所定のバックラッシθｄを有し、走行用電動機ＭＧ２の第２出力軸２２よりも大きな剛性を有するものであれば、他の構成を有する噛合部が採用されてもよい。

以上、本発明に基づいた実施の形態および変形例について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 車両用ハイブリッド駆動装置、１２ エンジン、１３ 入力軸、１４ 出力部材、１６ 差動機構、１８ 電気式変速部、２１ 第１出力軸、２２ 第２出力軸、２２ａ ロータシャフト、２２ｂ 連結軸、２３ カウンタシャフト（第３出力軸）、２４ 駆動輪、３０ 第１減速歯車対、３０ａ リダクションドライブギヤ、３０ｂ リダクションドリブンギヤ、３２ デフケース、３４ 第２減速歯車対、３４ａ 駆動歯車、３４ｂ 被動歯車、３６ 減速歯車装置、３８ 車軸、４０ 差動歯車装置、４２ ロータ、５２ 伝動装置、５４ エンジンカウンタドライブギヤ、５６ エンジンカウンタドリブンギヤ、５８ アイドラギヤ、６０ 軸受、７０，７０Ａ 噛合部、７１，７３ ドグ歯、７１Ａ ピン、７２ 凹部、７３Ａ 長穴、７４ 凸部、ＣＡ キャリア、ＭＧ１ 差動用電動機、ＭＧ２ 走行用電動機、Ｐ ピニオンギヤ、Ｒ リングギヤ、Ｓ サンギヤ、Ｔ 入力トルク、θｄ バックラッシ。

Claims (1)

1. エンジンからの動力を差動用電動機および出力部材に分配する差動機構を有し、前記差動用電動機の運転状態が制御されることにより変速比を制御する電気式変速部と、
   前記差動用電動機の第１出力軸に平行な第２出力軸を有する走行用電動機と、
   前記走行用電動機の前記第２出力軸に固設されたリダクションドライブギヤと、
   前記走行用電動機の前記第２出力軸に平行な第３出力軸を有し、前記リダクションドライブギヤと噛み合うリダクションドリブンギヤと、
   前記電気式変速部の前記出力部材に固設されたエンジンカウンタドライブギヤと、
   前記走行用電動機の前記第２出力軸に固設されたエンジンカウンタドリブンギヤと、
   前記リダクションドリブンギヤの前記第３出力軸に回転自在に設けられ、前記エンジンカウンタドライブギヤと前記エンジンカウンタドリブンギヤとの間に配置されてそれらにそれぞれ噛み合わされたアイドラギヤと、を備え、
   前記電気式変速部の出力は、前記エンジンカウンタドライブギヤ、前記アイドラギヤおよび前記エンジンカウンタドリブンギヤによって、前記走行用電動機の前記第２出力軸に伝動され、
   前記アイドラギヤと前記リダクションドリブンギヤとの間には、これらを互いに直接係合させることが可能な噛合部が設けられ、
   前記噛合部は、前記走行用電動機の前記第２出力軸よりも大きなねじり剛性を有し、かつ所定のバックラッシを有している、
   車両用ハイブリッド駆動装置。

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