JP2001239849A - ハイブリッド電気自動車用動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
構造で全体の重量を減少させることができると同時に、
エネルギー効率が高く、出発時や低速時の加速性能に優
れたハイブリッド電気自動車用動力伝達装置を提供す
る。 【解決手段】 ハイブリッド電気自動車用バッテリーと
インバータを通して連結される発電機兼用第1モーター
と;ハイブリッド電気自動車用エンジンと前記第1モー
ターとの間に介在されてこの内燃機関と第1モーターと
から選択的に駆動力の伝達を受ける差動ギヤ部と;前記
差動ギヤ部と噛み合って車輪に動力を伝達する従減速ギ
ヤと;前記バッテリーとインバータとを通して連結さ
れ、車軸を直接駆動する第2モーターと;前記差動ギヤ
部と前記内燃機関との間に介在される第1ワンウェイク
ラッチと;前記差動ギヤ部内に設置される第2ワンウェ
イクラッチとを含むことを特徴とする。
Description
動車用動力伝達装置に係り、詳しくは、差動装置とワン
ウェイクラッチとから構成できる簡単な構造の変速シス
テムであり、全体の重量が軽く、エネルギー損失が少な
くて出発時及び低速での加速性能が優れたハイブリッド
電気自動車用動力伝達装置に関するものである。
となっており、特に自動車に係る排気ガスの低減と燃費
向上など、環境を考える自動車技術に関する研究が活発
に進められているが、その代表的な例としてハイブリッ
ド電気自動車に対する研究を挙げることができる。
であり効率は高いが走行可能距離が短い電気自動車(E
V)と、小型でありながら高出力であり走行可能距離が
長いが効率が低く有害物質を排出する内燃機関とを組合
わせて、両者の欠点を互いに補完した自動車である。こ
のようなハイブリッド電気自動車に採用される動力伝達
系統のハイブリッドシステムとしては、大きく直列方式
(Series Hybrid system)と並列方式(Parallel Hy
brid system)及びスプリット方式(Split Hybrid s
ystem)の3種類に分けることができる。
車と類似した構造であり、駆動力はすべてモーターから
得られ、エンジンは、走行距離が短い電気自動車の短所
を補完するための発電用として搭載されるだけである。
この直列方式はモーター走行を基本とし、動力/電力変
換時と交流/直流変換時に発生する変換損失だけ燃費面
では不利であるが、排気ガスがきれいであるなど、目的
に応じた最適状況で動作させることが可能という長所が
ある。また、前記並列方式はエンジンによる走行を基本
とし、エンジンの効率が低い低速運転時や加速時などに
はモーターで駆動力を補助する。この並列方式は、ガソ
リンエンジンと電気モーターの最適作動領域を利用する
ことにより駆動システム全体の燃費を向上させ、制動時
には電気系に動力を回収、充電することにより燃費を向
上させることができる。
並列方式とを組合わせて動力配分の最適化を図ったもの
である。これを、より詳細に見てみれば、図2に示した
ようにスプリット方式のハイブリッドシステムは、バッ
テリー112と、このバッテリーの直流を交流に変換す
る変換機114と、この変換機によって変換された交流
が供給されるモーター116及び発電機118と、この
発電機とモーターとの間に介されて動力分割(split)
器具の役割を果たす遊星ギヤ装置120と、この遊星ギ
ヤ装置に連結されるエンジン122と、前記モーターと
遊星ギヤ装置とによる駆動力を車輪126に伝達する従
減速ギヤ124などを含んで構成される。ここで、前記
遊星ギヤ装置120は中心にサンギヤ128が配置さ
れ、外部にはリングギヤ130が従減速ギヤ124に連
結され、サンギヤ128とリングギヤ130との間には
四つの遊星ピニオンギヤ132とキャリア134とが設
置されている。
ず、発進・低速時には燃料供給を中断させてモーター1
16だけで走行し、後進時にはモーター116を逆回転
させて後退する。普通走行時には、エンジン122の動
力を2経路に分割して車輪126を直接駆動したり、発
電機118を駆動して発生した電力でモーター116を
駆動することもある。加速時にはバッテリー112に保
存された電力を活用したモーター116の駆動力にエン
ジン122の動力を追加し、減速及び制動時には回生制
動による発電を行ってエネルギーをバッテリー112に
蓄積する。また停止時には自動的にモーター116とエ
ンジン122は全て停止する。
て、直列方式と並列方式は、大部分V−ベルト式無段変
速機(CVT)を採択しているため、装置全体の重量が
増大し、油圧生成のためのエネルギー損失が発生し、出
発時や低速時にはエネルギー効率がよくないという問題
点があった。
ット方式は、遊星ギヤ装置の構造的特性上、発電機とモ
ーターを分割して採用しなければならないため全体の装
置重量が増加し原価が上がることがるりす。が増加し、
出発時や低速時には前記直列方式と並列方式のようにモ
ーターがエンジンを共に駆動しなければならないため加
速性能が減少し、出力が減少するという問題点があっ
た。
は、上記問題点を解決するためのものであり、本発明の
目的は、複雑な油圧回路の構成が不要であり、また、簡
単な構造で全体の重量を削減さるとともに、同時にエネ
ルギー効率を向上させ、出発時や低速時の加速性能をよ
り向上させることができるハイブリッド電気自動車用動
力伝達装置を提供することにある。
めの本発明は、ハイブリッド電気自動車用バッテリーに
インバータを通して連結される発電機兼用第1モーター
と;ハイブリッド電気自動車用エンジンと前記第1モー
ターとの間に介在して前記エンジンと第1モーターとか
ら選択的に駆動力の伝達を受ける差動ギヤ部と;前記差
動ギヤ部と噛み合って車輪に動力を伝達する従減速ギヤ
と;前記バッテリーにインバータを介して連結され、車
軸を直接駆動する第2モーターと;前記差動ギヤ部と前
記エンジンとの間に介在される第1ワンウェイクラッチ
と;前記差動ギヤ部内に設置される第2ワンウェイクラ
ッチとを含むことを特徴とする。
することができる本発明の実施例を添付した図面に基づ
いて詳細に説明する。
車用動力伝達装置を適用したハイブリッドシステムを示
したものである。図を参照して、全体システムは、バッ
テリー12と、このバッテリーに保存された直流電力を
交流に変換する回生機能付インバータ14と、このイン
バータを通してバッテリーから電力の供給を受ける二つ
の発電機能付モーター16,18と、エンジン20と、
動力結合部としての差動ギヤ部22と、この差動ギヤ部
に噛み合って回転力を最終的に減速する従減速ギヤ24
と、摩擦要素としての第1,2ワンウエイクラッチ2
6,28とを含んで構成される。なお、前記従減速ギヤ
24の名称における‘従’とは、動力を受け取ることを
意味している。
専用として使用できるバッテリーを用いるが、その種類
としてはNi−MH(Ni-Metal Hydride)バッテリー
や、Li−ionバッテリーなど、現在開発中の多様な
種類のバッテリーを適用することができる。
は、ハイブリッド自動車でエネルギーを変換するための
ものであり、本発明では、正常な出発や加速走行時にバ
ッテリー12から伝達される電気エネルギーを機械エネ
ルギーに変換して、第1モーター16は差動ギヤ部22
を駆動し、第2モーター18は車軸30を駆動するよう
になる。反対に、減速及び制動時には、回生制動力によ
って第1モーター16と第2モーター18とは各々制動
による機械エネルギーを電気エネルギーに変換してバッ
テリー12を再充電させる発電機の役割を果たすように
なる。このため、インバータには回生機能を付加する必
要がある。
ー16,18として最も広く活用されているものは、永
久磁石式同期モーターと交流誘導モーターの2種類を例
に挙げることができる。
は、必要時にはエンジン動力にモーターの駆動力を加え
合わせるハイブリッドシステムの特性上高出力を実現
し、優れた熱效率を有する低燃費エンジンを採択してい
る。
記第1モーター16から伝達される動力とを結合させて
従減速ギヤ24を駆動する装置として、本発明は差動ギ
ヤによる動力結合方式を提供する。このために、本発明
は第1モーター16とエンジン20との間に差動ギヤ部
22を介在し、この差動ギヤ部22とエンジン20との
間には第1ワンウェイクラッチ26を配置し、差動ギヤ
部22内には第2ワンウェイクラッチ28を配置する。
より詳しく記すと、前記差動ギヤ部22は、第1ワンウ
ェイクラッチ26を介在させてエンジン20と連結され
る第1駆動ピニオン32と、一側が第2ワンウェイクラ
ッチ28を介在させてこの第1駆動ピニオン32と連結
され他側は前記第1モーター16に連結される第2駆動
ピニオン34と、この第1,第2駆動ピニオン32,3
4に噛み合って作動する第1,第2従動ピニオン36,
38と、この第1,第2従動ピニオン36,38を結合
して、第1,第2駆動ピニオン32,34の動力を前記
従減速ギヤ24に伝達するキャリア40とからなる。
ンジン20の回転のうち第1駆動ピニオン32が時計方
向へ回転する動力のみが伝達されるように形成される。
第2ワンウェイクラッチ28は、第2駆動ピニオン34
の回転のうち第1駆動ピニオン32が時計方向へ回転す
る動力のみが伝達されるように構成される。
ター16の駆動によって第2駆動ピニオン34が時計方
向に回転するので、この動力は第1駆動ピニオン32ま
でのみ伝達されるがエンジンには伝達されず、普通走行
時のエンジン20の動力伝達軸、例えばクランクシャフ
トが時計方向に回転するので、この動力は第1駆動ピニ
オン32までのみ伝達され第2駆動ピニオン34と第1
モーター16までは伝達されない。ここで普通走行時の
第1モーター16の回転は、前記エンジンの回転と前記
第2モーターの回転とに相関して制御される。
伝達の流れを見てみると次の通りである。
にはバッテリー12によって第1,2モーター16,1
8のみが駆動され、第1モーター16は差動ギヤ部22
を駆動し、第2モーター18は車軸30自体を駆動し、
自動車の車速は前記第1モーターと第2モーターとの関
連制御内容によって左右される。この時、第1モーター
16を通した駆動力は第2ワンウェイクラッチ28によ
って第2駆動ピニオン34に同期した第1駆動ピニオン
32までのみ伝達され、エンジン20までは伝達されな
い。ここでエンジン20は、自体のスターターを用いて
発進する。
には、エンジン20の回転数が第1モーター16の回転
数を超過する必要があり、この時はエンジン20によっ
て差動ギヤ部22が駆動される。この時、車軸30は引
続き第2モーター18によっても駆動されるようにな
る。ここで、前記第1モーター16はエンジン20の回
転数と第2モーター18の回転数とに相関して正の方向
に回転したり負の方向に回転することができ、負の値で
回転する時にバッテリー12を充電させる発電機として
の役割を果たすようになる。
に回生制動力を生じさせる必要があり、この第2モータ
ー18は、バッテリーを充電する発電機としての役割を
果たす。
機械的な作動内容だけを説明したものであり、電子的な
モーター及びエンジンの制御は本発明の領域外であるの
でその説明は省略する。
リッド電気自動車用動力伝達装置は、複雑な油圧回路を
備えるV−ベルト式無段変速機と遊星ギヤ装置とを採択
したハイブリッドシステムに比べて、差動装置とワンウ
ェイクラッチとにより動力を伝達する簡単な構造なので
全体の重量が減少し、油圧作動時に発生するエネルギー
損失が少なく、製作工程が単純である。
ジンが切り離されるのでエネルギー損失が少なく、更に
二つのモーターによって駆動されるので加速性能がより
向上する。
ッド電気自動車のハイブリッド系統図である。
イブリッド系統図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ハイブリッド電気自動車用バッテリーに
インバータを通して連結される発電機兼用第1モーター
と;ハイブリッド電気自動車用エンジンと前記第1モー
ターとの間に介在して前記エンジンと第1モーターとか
ら選択的に駆動力の伝達を受ける差動ギヤ部と;前記差
動ギヤ部と噛み合って車輪に動力を伝達する従減速ギヤ
と;前記バッテリーにインバータを介して連結され、車
軸を直接駆動する第2モーターと;前記差動ギヤ部と前
記エンジンとの間に介在される第1ワンウェイクラッチ
と;前記差動ギヤ部内に設置される第2ワンウェイクラ
ッチとを含むことを特徴とするハイブリッド電気自動車
用動力伝達装置。 - 【請求項2】 前記差動ギヤ部は、 前記エンジンに第1ワンウェイクラッチを介して連結さ
れる第1駆動ピニオンと;一側は前記第1駆動ピニオン
に第2ワンウェイクラッチを介して連結され、他側は前
記第1モーターに連結される第2駆動ピニオンと;前記
第1,2駆動ピニオンに噛み合って作動する第1,2従
動ピニオンと;前記第1,2従動ピニオンを結合して前
記第1,2駆動ピニオンの動力を前記従減速ギヤに伝達
するキャリアと;を含んで構成され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用動力伝達装
置。 - 【請求項3】 前記第1ワンウェイクラッチは、エンジ
ンの回転のうち第1駆動ピニオンが時計方向へ回転する
動力のみが伝達されるように形成され、前記第2ワンウ
ェイクラッチは、第2駆動ピニオンの回転のうち第1駆
動ピニオンが時計方向へ回転する動力のみが伝達される
ように形成されることを特徴とする請求項2に記載のハ
イブリッド電気自動車用動力伝達装置。
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