JP2021070452A - 駆動システム - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンのみで走行する場合の駆動ロスを低減する。【解決手段】駆動システムは、モータ１と、エンジン５と、トルクコンバータ２と、出力軸部材３とを備えている。トルクコンバータ２は、モータ１からのトルクが入力される。出力軸部材３は、トルクコンバータ２又はエンジン５から入力されるトルクを出力する。エンジン５は、トルクコンバータ２を介さずに前記出力軸部材３にトルクを出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動システムに関するものである。
従来技術として、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、エンジンと電動モータとの両方を駆動源として走行する。エンジン、及び、モータからのトルクを増幅させるために、トルクコンバータを設けた電気自動車が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０１２−１００４５４号公報
エンジン、及び、モータの両方がトルクコンバータに接続されている場合、エンジンのみで走行する場合でも、トルクコンバータ、及び、モータが連れ回りする。その結果、駆動ロスが発生する。そこで、本発明の課題は、駆動ロスを低減できる駆動システムを提供することにある。
本発明のある側面に係る駆動システムは、モータと、エンジンと、トルクコンバータと、出力軸部材とを備えている。トルクコンバータは、モータからのトルクが入力される。出力軸部材は、トルクコンバータ又はエンジンから入力されるトルクを出力する。エンジンは、トルクコンバータを介さずに前記出力軸部材にトルクを出力する。
この構成によれば、モータからのトルクはトルクコンバータを介して出力されるため、トルクを向上させることができる。そのため、モータのみを駆動源として、車両を発進することができる。また、エンジンはトルクコンバータを介さずにトルクを出力するため、エンジンのみで走行する場合に、トルクコンバータ、及び、モータを連れ回りさせることがない。その結果、駆動ロスを低減できる。
好ましくは、トルクコンバータは、カバーと、インペラと、タービンとを備える。カバーは、モータからのトルクが入力される。インペラは、カバーと一体で回転する。タービンは、インペラと対向する。
好ましくは、トルクコンバータは、インペラと、タービンとを備える。インペラは、モータからのトルクが直接入力される。タービンは、インペラと対向する。
好ましくは、エンジンと出力軸部材とは、トルクを断続可能なクラッチで接続されている。
この構成によれば、エンジンを停止して、モータのみで走行可能である。さらに、エンジンの回転速度にかかわらず、任意のタイミングで、エンジンからのトルクを出力軸部材に入力できる。
好ましくは、クラッチは、一方向クラッチである。
この構成によれば、エンジンの回転速度が、出力軸部材の回転速度を超える場合にのみ、エンジンからのトルクが出力軸部材に入力される。つまり、エンジンの回転速度が十分でないうちは、エンジンからのトルクが出力軸部材に入力されない。したがって、車両の発進時にはモータのみを用いて、走行中にはエンジンのみを用いることができる。その結果、効率よくトルクを用いることができる。
好ましくは、エンジンと出力軸部材とは、第１弾性部材を介して接続されている。
この構成によれば、エンジンからの振動を第１弾性部材で吸収することができる。
好ましくは、タービンと出力軸部材とは、第２弾性部材を介して接続されている。
従来技術の場合、エンジンはトルクコンバータを介して、トルクを出力軸部材に伝達する。そのため、エンジンの振動はトルクコンバータにより吸収される。一方、本発明の実施の形態においては、エンジンはトルクコンバータを介さない。しかしながら、タービンと出力軸部材とが第２弾性部材を介して接続されていれば、タービンを動吸振器（以下、タービンダイナミックダンパともいう）として使用することができる。つまり、エンジンからの振動を、タービンダイナミックダンパが吸収することができる。
好ましくは、カバーとタービンとは、第２クラッチで接続されている。
この構成によれば、エンジンとトランスミッションとの回転軸を直結状態にできるため、燃費やトルク性能が高まる。
本発明によれば、駆動ロスを低減できる。
駆動システムの概略図。 変形例に係る駆動システムの概略図。 図２とは異なる変形例に係る駆動システムの概略図。 図２及び図３とは異なる変形例に係る駆動システムの概略図。
以下、本実施形態に係る駆動システムについて図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る駆動システム１００の概略図である。なお、以下の説明において、軸方向とはモータ１及びトルクコンバータ２の回転軸Ｏが延びる方向である。また、円周方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の円周方向であり、径方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の径方向である。
［駆動システム１００］
図１に示すように、駆動システム１００は、モータ１、エンジン５、トルクコンバータ２、及び出力軸部材３を備えている。この駆動システム１００は、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に搭載される。
＜モータ１＞
モータ１は、モータステータ１１、及びモータロータ１２を有している。本実施形態におけるモータ１は、いわゆるインナーロータ型のモータである。モータ１はさらに、図示しないモータケースを備えている。モータケースは、車体フレームなどに固定されており、回転不能である。
モータステータ１１は、モータケースの内周面に固定されている。モータステータ１１は回転不能である。モータロータ１２は、回転軸Ｏ周りに回転する。モータロータ１２は、径方向において、モータステータ１１の内側に配置される。
＜エンジン５＞
エンジン５は、燃料の燃焼によるトルクを出力する原動機である。エンジン５は例えば、ガソリンエンジン等の火花点火機関やディーゼルエンジン等の圧縮着火機関などを用いることができる。
エンジン５は、後述の出力軸部材３に直接接続される。つまり、エンジン５は、後述のトルクコンバータ２を介さずに、トルクを出力軸部材３に出力する。
ここで、「トルクコンバータ２を介さずに」とは、トルクコンバータ２の機能を利用しないことを意味する。したがって、エンジン５が、たとえば、トルクコンバータ２のうち後述のタービン２１のみを回転したとしても、「トルクコンバータ２を介さずに」を充足する。
＜トルクコンバータ２＞
トルクコンバータ２は、軸方向において、モータ１と間隔をあけて配置されている。軸方向において、エンジン５、モータ１、トルクコンバータ２の順で配列している。
トルクコンバータ２の回転軸Ｏは、モータ１の回転軸Ｏと実質的に一致している。トルクコンバータ２は、モータ１からのトルクが入力される。そして、トルクコンバータ２は、モータ１からのトルクを増幅して、後述の出力軸部材３へと出力する。
図１に示すように、トルクコンバータ２は、タービン２１、インペラ２２、カバー２３、及びステータ２４を有している。また、トルクコンバータ２は、第２クラッチ２５をさらに有してもよい（図２参照）。
トルクコンバータ２は、カバー２３がモータ１側（図１の左側）を向くように配置されている。このトルクコンバータ２は、図示しないトルクコンバータケース内に収容されている。トルクコンバータ２内には作動流体が供給されている。作動流体は、例えば作動油である。
カバー２３は、モータ１からのトルクが入力される。モータ１からのトルクが入力されると、カバー２３は、モータ１からのトルクによって回転する。カバー２３は、モータ１のモータロータ１２に固定されている。このため、カバー２３は、モータロータ１２と一体的に回転する。カバー２３は、タービン２１を覆うように配置されている。
図２に示すように、インペラ２２は、カバー２３と一体的に回転する。インペラ２２は、カバー２３に固定されている。インペラ２２は、図示しないインペラシェル、複数のインペラブレード、インペラハブ、及び、複数の供給流路を有している。
インペラシェルは、カバー２３に固定されている。複数のインペラブレードはインペラシェルの内側面に取り付けられている。
インペラハブは、インペラシェルの内周端部に取り付けられている。インペラハブは、インペラシェルと一つの部材によって構成されていてもよいし、インペラシェルと別部材によって構成されていてもよい。
タービン２１は、インペラ２２と対向して配置されている。詳細には、タービン２１は、軸方向においてインペラ２２と対向している。タービン２１は、作動流体を介してインペラ２２からのトルクが伝達される。
タービン２１は、図示しないタービンシェル、複数のタービンブレード、及びタービンハブを有している。タービンブレードは、タービンシェルの内側面に固定されている。
タービンハブは、タービンシェルの内周端部に固定されている。例えば、タービンハブは、リベット（図示省略）によって、タービンシェルに固定されている。タービンハブは、タービンシェルと別部材によって構成されていてもよいし、タービンシェルと一つの部材によって構成されていてもよい。
タービンハブには、出力軸部材３が取り付けられている。詳細には、出力軸部材３が、タービンハブにスプライン嵌合している。タービンハブは、出力軸部材３と一体的に回転する。
ステータ２４は、タービン２１からインペラ２２へと戻る作動油を整流するように構成されている。ステータ２４は、回転軸Ｏ周りに回転可能である。このステータ２４は、軸方向において、インペラ２２とタービン２１との間に配置される。
ステータ２４は、円板状のステータキャリア（図示省略）と、その外周面に取り付けられる複数のステータブレード（図示省略）と、を有している。
このステータ２４によって、トルクが増幅されて、インペラ２２からタービン２１へと伝達される。
第２クラッチ装置２５は、カバー２３とタービン２１との間の空間に配置されている。
＜出力軸部材３＞
図１に示すように、出力軸部材３は、トルクコンバータ２、又は、エンジン５からのトルクを駆動輪（図示省略）側へと出力する。詳細には、出力軸部材３は、トルクコンバータ２、又は、エンジン５からのトルクを、トランスミッション６を介して、駆動輪へと出力する。出力軸部材３は、トルクコンバータ２、及び、エンジン５に接続される。出力軸部材３は、トルクコンバータ２、及び、エンジン５からトランスミッション６に向かって延びている。
すなわち、駆動システム１００は、２つのトルク伝達経路を有している。駆動システム１００は、第１トルク伝達経路において、モータ１→トルクコンバータ２→出力軸部材３の順で、トルクを伝達する。駆動システム１００は、第２トルク伝達経路において、エンジン５→出力軸部材３の順で、トルクを伝達する。
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
変形例１
上記実施形態では、モータ１からのトルクはカバー２３に入力されているが、この構成に限定されない。図３に示すとおり、インペラ２２は、モータ１からのトルクが直接入力されてもよい。
変形例２
図２に示すように、出力軸部材３は、第１クラッチ装置３１をさらに有してもよい。第１クラッチ装置３１は、エンジン５及びトランスミッション６の間に配置される。
この場合、エンジン５のクランクシャフト５１の先端部は、第１クラッチ装置３１に接続される。
第１クラッチ装置３１は、エンジン５からのトルクをトランスミッション６に伝達するとともに、トルクを遮断するように構成されている。詳細には、第１クラッチ装置３１がオン状態である場合、エンジン５のクランクシャフト５１の回転が、第１クラッチ装置３１を介して、出力軸部材３に伝達される。これにより、エンジン５のトルクが出力軸部材３に伝達される。一方で、第１クラッチ装置３１がオフ状態である場合、エンジン５の回転は、出力軸部材３に伝達されない。
なお、第１クラッチ装置３１は、出力軸部材３に対するエンジン５のトルクの伝達をオンオフできれば、機械式のクラッチであっても、電磁式のクラッチであってもよい。このように構成することによって、クラッチオフ状態にした場合に、エンジン５を停止しても、モータ１のみで走行可能となる。
第１クラッチ装置３１は、好ましくは一方向クラッチである。一方向クラッチは、エンジン５の回転速度が出力軸部材３の回転速度を超えた場合にのみ、エンジン５からのトルクを出力軸部材３に伝達する。つまり、モータ１からトルクコンバータ２を介してトルクを入力された出力軸部材３が回転していたとしても、出力軸部材３の回転速度がエンジン５の回転速度を超えていれば、出力軸部材３のトルクがエンジン５に入力されることはない。
第１クラッチ装置３１が一方向クラッチである場合、車両の発進時には、出力軸部材３の回転速度がエンジン５の回転速度を超えているため、エンジン５のトルクは、出力軸部材３に伝達されない。一方、車両の発進後、エンジン５の回転速度が高まり、エンジン５の回転速度が出力軸部材３の回転速度を超えると、出力軸部材３にエンジン５からのトルクが伝達される。
変形例３
図２に示すとおり、エンジン５と出力軸部材３とは、第１弾性部材３２を介して接続されていてもよい。第１弾性部材３２は、カバー２３と第２クラッチ装置２５との間に配置され、エンジン５と出力軸部材３とを弾性的に連結する。第１弾性部材３２は、例えば、周方向に延びるトーションスプリングである。
変形例４
図２に示すとおり、タービン２１と出力軸部材３とは、第２弾性部材３３を介して接続されていてもよい。第２弾性部材３３は、タービン２１と出力軸部材３とを弾性的に連結する。第２弾性部材３３は、例えば、周方向に延びるトーションスプリングである。第２弾性部材３３の周方向の両端面は、タービン２１と出力軸部材３とによって支持されている。
変形例５
上記実施形態では、第１弾性部材３２がトルクコンバータ２の内部に収容されているが、この構成に限定されない。図４に示すとおり、第１弾性部材３２は、トルクコンバータ２の外部に配置されてもよい。
＜動作＞
以上のように構成された駆動システム１００では、車両の発進時には、モータ１→トルクコンバータ２→出力軸部材３→トランスミッション６の順でトルクを伝達する。この時、一方向クラッチを備えていれば、エンジン５は停止可能である。そのため、エンジン５の機械的摩擦損失（エンジンフリクションロス）が低減する。さらに、モータ１のトルクは、トルクコンバータ２により低減できる。そのため、モータ１の低電圧化、又は、小型化が可能である。さらに、モータ１の発熱も低減できる。
さらに、車両の低速走行時には、基本的にはモータ１のみで走行し、状況によっては、モータ１とトルクコンバータ２との組合せにより、モータ効率が良いところを使用できる。さらに、高負荷時において、出力軸部材３の回転速度が、エンジン５のアイドル回転速度を超える時、エンジン５を起動して、モータ１とエンジン５との両方で走行することも可能である。さらに、この時のエンジン５の振動は、第１弾性部材３２で低減できる。
さらに、車両の中速走行時には、モータ１とエンジン５との効率が良いところを使いながら両方で走行可能である。この時、必要に応じて第２クラッチ２５を締結させて、トルクコンバータ２の滑りを低減できる。さらに、エンジン５主体で走行する時、第２弾性部材３３とタービン２１の慣性とが動吸振器として作用する。さらに、第２クラッチ２５を締結すれば、タービン２１の慣性にトルクコンバータ２のカバー２３、及び、モータロータ１２の慣性も付加できる。
さらに、車両の高速走行時には、基本的にはエンジン５のみで走行できる。この時、エンジン５はトルクコンバータ２を介さずにトルクを出力するため、エンジン５のみで走行する場合に、トルクコンバータ２、及び、モータ１を連れ回りさせることがない。その結果、駆動ロスを低減できる。さらに、高負荷時において、モータ１を起動させてアシストすることもできる。
さらに、車両の減速時には、第２クラッチ２５を締結することで、モータ１の回生ブレーキが可能である。さらに、バッテリーが満充電状態でモータ１の回生ブレーキ使えない時は、第２クラッチ２５をオフ状態にして、インペラ２２の回転をタービン２１の回転と逆方向となるようにモータ１を駆動させることで、トルクコンバータ２のブレーキが可能である。
１ モータ
２ トルクコンバータ
３ 出力軸部材
５ エンジン
２５ 第２クラッチ
２３ カバー
２１ タービン
２２ インペラ
３１ 第１クラッチ
３２ 第１弾性部材
３３ 第２弾性部材
１００ 駆動システム

Claims (8)

  1. モータと、
    エンジンと、
    モータのトルクが入力されるトルクコンバータと、
    前記トルクコンバータ又は前記エンジンから入力されるトルクを出力する出力軸部材と、
    を備え、
    前記エンジンは、前記トルクコンバータを介さずに前記出力軸部材にトルクを出力する、
    駆動システム。
  2. 前記トルクコンバータは、
    前記モータからの前記トルクが入力されるカバーと、
    前記カバーと一体で回転するインペラと、
    前記インペラと対向するタービンと、
    を備える、
    請求項１に記載の駆動システム。
  3. 前記トルクコンバータは、
    前記モータからの前記トルクが直接入力されるインペラと、
    前記インペラと対向するタービンと、
    を備える、
    請求項１に記載の駆動システム。
  4. 前記エンジンと前記出力軸部材とは、前記トルクを断続可能なクラッチで接続されている、
    請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の駆動システム。
  5. 前記クラッチは、一方向クラッチである、
    請求項４に記載の駆動システム。
  6. 前記エンジンと前記出力軸部材とは、第１弾性部材を介して接続されている、
    請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の駆動システム。
  7. 前記タービンと前記出力軸部材とは、第２弾性部材を介して接続されている、
    請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の駆動システム。
  8. 前記カバーと前記タービンとは、第２クラッチで接続されている、
    請求項２、及び、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の駆動システム。
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