JP3955874B2 - 原動機 - Google Patents

Description

本発明は、コンパクト化のためトルクコンバータと変速機との間に電動式のモータを配置したハイブリッド式原動機において、トルクコンバータの作動油（オイル）の供給路を簡易化する技術に関する。

内燃機関と、トルクコンバータと、電動式のモータと、変速機と、を備えたハイブリッド式の原動機として、特許文献１に記載のものがある。
特開２００４−８４６７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、内燃機関とモータとが直結しているため、これらの出力合体時の衝撃が大きいという問題点があった。
そこで、流体の作動によって動力を伝達するトルクコンバータを介して内燃機関とモータとを接続すれば、上記衝撃を緩和できるとも考えられる。しかし、変速機をトルクコンバータから離れて配設せざるを得ないことから、変速機用のオイルをトルクコンバータ内へ作動油として供給することが困難である。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、変速機用のオイルを、該変速機から離れて位置するトルクコンバータ内へ作動油として供給可能とすることで、トルクコンバータを介して内燃機関とモータとを接続する構成を実現し、以て、内燃機関とモータとの出力合体時の衝撃を緩和したハイブリッド式の原動機を提供することを目的とする。

このため本発明は、内燃機関と、該内燃機関の出力軸に接続された液体式のトルクコンバータと、該トルクコンバータの出力軸に接続されたモータと、該モータの回転軸に接続された変速機と、を含んで構成され、前記モータの回転軸の内部を通って、前記変速機用のオイルを前記トルクコンバータ内に供給する油通路を形成する構成とした。

以上の構成によって、変速機からモータ回転軸の内部を介して前記トルクコンバータへオイルを供給することにより、簡易な構成で、変速機から離れた位置にあるトルクコンバータへ供給することができる。この結果、トルクコンバータを介して内燃機関とモータとを接続可能となり、内燃機関とモータとの出力合体時の衝撃が緩和される。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態は、内燃機関２と、トルクコンバータ４と、電動式のモータ６と、変速機８と、を主たる原動機要素とし、トルクコンバータ４と、変速機８と、の間に、モータ６を配置した走行用のハイブリッド原動機である。
内燃機関２は、その駆動力を、トルクコンバータ４を介してモータ６へ伝達する。なお、内燃機関２の回転速度が一定値以上となった際には、トルクコンバータ４内の流体を介さずに、内燃機関２から直接的に変速機８へ出力を伝達する構成（ロックアップ）とするのがよい。

そして、変速機８はモータ６から駆動力の供給を受け、変速機８の出力は車軸（図示せず）を介して車輪（図示せず）に伝達される。
モータ６は、略環状のステータ１０と、ステータ１０の内側で回転可能なロータ１２と、を備え、ステータ１０の外周を覆うモータハウジング１４内に収納支持されている。ロータ１２は、ロータ本体１２ａと、ロータ本体１２ａの夫々図示左側（内燃機関２側）および図示右側（変速機８側）の側面から突出する筒状の回転軸１６，１８と、を有する。回転軸１６，１８は、これらの先端部付近において、夫々、モータハウジング１４内に取り付けられたベアリング２０，２２に軸受けされている。なお、モータハウジング１４と回転軸１８との間の隙間は、ベアリング２２とロータ本体１２ａとの間の位置に配設された環状のオイルシール２３によってシールされている。

ステータ１０は、夫々両端部が左右側面から夫々突出した状態で、回転軸１６，１８を中心として環状に並んだ複数のコイル２４を備えている。一方、ロータ本体１２ａには、ステータ１０と近接した部分に、複数のマグネット（永久磁石）２６が埋め込まれている。
ロータ本体１２ａ内部のマグネット２６より内周側には、マグネット２６と近接して空洞２８が形成されている。また、ロータ本体１２ａの回転軸１６，１８外側の左右両側壁には、夫々外側に突出する突出部１２ｂが設けられ、該突出部１２ｂには空洞２８と連通した噴油ノズル１２ｃが形成され、噴油ノズル１２ｃの終端はステータ１０へ向けて開放されている。

回転軸１６，１８は、空洞２８と連通して、夫々、軸方向に貫通する孔３０，３２を形成し、孔３２の周壁には、図２に示すように内周スプライン１８ａが形成されている。
また、両端が開放された筒状で、外周面および内周面がスプライン加工されたリンケージ部材３４が設けられ、該リンケージ部材３４がその外周スプラインを前記内周スプライン１８ａに嵌合して取り付けられている。

変速機８の入力軸としてのメインドライブシャフト３６には、その左端部の外周面に、スプライン３６ａが形成されている。該メインドライブシャフト３６の左端部を前記回転軸１８の孔３２に挿入し、リンケージ部材３４の内周スプラインの右側部分に対し、スプライン３６ａを嵌合させることで、ロータ１２とメインドライブシャフト３６とが一体に回転する。

リンケージ部材３４の右側において、回転軸１８の内周面と、メインドライブシャフト３６と、の間には、環状の隙間３８が形成されている。また、図２に示すように、回転軸１８内周面の一部を軸方向に延びる溝状に切り欠いて、空洞２８と環状の隙間３８とを連通するように、複数の油孔４０が形成されている。
一方、メインドライブシャフト３６には、その中心軸に沿って、油通路３６ｂが形成されている。

リレーシャフト４２は、トルクコンバータ４の出力軸であり、その右端部の外周面に、スプライン４２ａが形成されている。リレーシャフト４２は、孔３０を経て、右端部が孔３２に挿入され、スプライン４２ａをリンケージ部材３４の内周スプラインの左側部分に嵌合される。これにより、リレーシャフト４２はメインドライブシャフト３６と連結し、ロータ１２と、メインドライブシャフト３６と、リレーシャフト４２と、が一体に回転するようになる。このように、トルクコンバータ４の出力とモータ６の出力とはリンケージ部材３４において合体する。

回転軸１６の内周面と、リレーシャフト４２外周面と、の間には、環状の隙間４４が形成されている。
一方、リレーシャフト４２には、その中心軸に沿って、油通路４２ｂが貫通して形成されている。油通路４２ｂは、油通路３６ｂおよびトルクコンバータ４内と連通している。
シュラウド部材４６は、軸方向と直交するフランジ部４６ａと、フランジ部４６ａから軸方向（左方向）に突出した筒状の筒部４６ｂを有し、フランジ部４６ａがモータハウジング１４内壁に複数のボルト４７の締結によって固定されている。筒部４６ｂの左右両端部は開放され、筒部４６ｂにはリレーシャフト４２が貫通状態で回動可能に挿入されている。リレーシャフト４２の左端部は、筒部４６ｂの左端部からトルクコンバータ４内へ突出し、トルクコンバータ４の出力羽根車から出力の供給を受ける。

フランジ部４６ａを軸方向に貫通して、複数の油孔４６ｃが、環状の隙間４４と、トルクコンバータ４内と、を連通するように形成されている。なお、モータハウジング１４とトルクコンバータ４との境界には、油孔４６ｃとトルクコンバータ４内との間のオイルをシールするオイルシール４８が配設されている。
さらに、変速機８を収納するフロントギアハウジング５０内で、モータハウジング１４に近接する位置に、メインドライブシャフト３６に係合して回転駆動され、環状の隙間３８にオイルを供給するオイルポンプ５２が設けられている。なお、オイルポンプ５２は、変速制御実行時における変速機８の油圧制御や、変速機８の歯車の潤滑などにも用いられる。

次に、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態では、モータ６のコイル２４への通電を遮断して、内燃機関２のみの駆動力で運転することも可能であるが、以下では、モータ６のみによる運転時、または、モータ６および内燃機関２の双方による運転時について説明する。
まず、モータ６への運転指令により、複数のコイル２４に夫々位相の異なる交流電圧が印加され、ステータ１０内には回転磁界が発生し、この回転磁界がマグネット２６に作用してロータ本体１２ａを回転駆動する。これにより、メインドライブシャフト３６も駆動する。

モータ６の駆動に伴って、オイルポンプ５２が駆動し、オイルポンプ５２から吐出されたオイルは、環状の隙間３８、油孔４０を経て、空洞２８に供給される。上述のように、ロータ１２とメインドライブシャフト３６とを、両者間にクラッチを設けずに直結する構造としたことから、回転軸１８を介して変速機８側から空洞２８へオイルを供給する油通路を容易に形成可能となっている。

空洞２８に導かれ、空洞２８内を満たしたオイルは、空洞２８の広い壁面から熱を奪うことで、ロータ本体１２ａが内側から効率よく冷却される。これにより、簡易な構成によって、モータ６の運転によって昇温したマグネット２６が効果的に冷却され、マグネット２６の過熱による磁力劣化をより確実に回避し、モータ６の性能劣化を抑制できる。
従来のハイブリッド式原動機では、モータと変速機とをクラッチを介して接続する構成が一般的であった。このような構成において、変速機用のオイルをモータのロータへ供給する目的で、クラッチを迂回して変速機側とロータ本体内とを連通する油通路を配設しようとする試みもあったが、その配設が煩雑になるという理由からこのような油通路は実現に至ってはいなかった。

しかし、本出願人は、変速時において、変速機入力軸（メインドライブシャフト３６）側の歯車の回転速度を、該歯車と噛合する変速機出力軸側の歯車の回転速度へ近づけるようにモータ６の回転速度を制御したうえで、これら両歯車を噛合させる技術を開発し、クラッチを備えずにトルクショックのない滑らかな変速を行うことも可能となった。このため、本実施形態のように、モータと変速機との間のクラッチは省略可能となり、モータと変速機とを直結して原動機の小型化を図れるようになった。

本実施形態では、上記クラッチを省略する技術を適用して、モータ６の回転軸１８と、変速機８のメインドライブシャフト３６と、を直結したことで、モータ６の出力軸（回転軸１８）に対して、変速機８側とロータ本体１２ａ内とを連通する油通路を形成できる。このため、変速機８用のオイルは、回転軸１８の内部を通ってロータ本体１２ａ内の空洞２８へ供給され、ロータ本体１２ａの冷却に利用できるようになり、大型発電機外部の管路のような煩雑な構成も備えることなく、より簡易な構成によって効果的にマグネット２６の冷却による磁力劣化防止が可能となる。

空洞２８に到達したオイルの一部は、ロータ１２の回転に伴う遠心力によって、噴油ノズル１２ｃへ向けて移動することで噴油ノズル１２ｃ内のオイル圧力を上昇させる。そして、該オイルは噴油ノズル１２ｃ終端から回転軌道の外方へ噴出し、モータ６の運転によって過熱したコイル２４に衝突する。これにより、簡易な構成によって、コイル２４はオイルによって冷却され、コイル２４の過熱による性能劣化を防ぐことができる。

ここで、ロータ本体１２ａの回転に伴って噴油ノズル１２ｃからオイルが噴出することから、ステータ１０にはその全周に均一にオイルが散布される。ステータの冷却方法には、ステータの上部上面に供給されたオイルを、重力によってステータの周面に沿って流下させる方法もあるが、オイルの流下経路がコイルやその絶縁材の形状や配設位置、絶縁塗料のムラの状態などの影響を受けるため、ステータには冷却の不十分な部分が残った。しかし、本実施形態によって、ステータ１０の全周をより確実に冷却可能となり、コイル２４のほか、コイル２４の鉄心など周辺部品をも冷却し、これらの性能維持も可能となる。

モータ６をさらに高出力化させようとする場合、モータ６への通電量も増加することから、ステータ１０およびロータ１２はより過熱される懸念がある。しかし、上述のように、簡易な構成によって、かつ、より確実に、ステータ１０およびロータ１２を冷却できることから、上記過熱の懸念は解消され、モータ６をさらに高出力化することが可能となる。

なお、コイル２４に衝突したオイルは、その後ステータ１０の下方へ移動し、変速機のオイルパン（図示せず）に溜まり、オイルポンプ５２によってオイル吸引通路（図示せず）の内部を吸い上げられて再び環状の隙間３８へと圧送されることで循環する。
一方、空洞２８から環状の隙間４４へと流入したオイルは、油孔４６ｃを経てトルクコンバータ４内へ供給され、トルクコンバータ４の作動油となる。そして、このトルクコンバータ４へ供給されたオイルは、油通路４２ｂ，３６ｂを順に通って変速機８側へ戻され、前記オイルパンに溜まり、上記と同様にオイルポンプ５２によって吸い上げられて循環する。

このように、モータ６の出力軸（回転軸１６）に対して、ロータ本体１２ａ内とトルクコンバータ４内とを連通する油通路を形成すると、変速機８用のオイルは、回転軸１８，ロータ本体１２ａ，回転軸１６の夫々の内部を通って、トルクコンバータ４内へ供給できる。
これにより、トルクコンバータ４が内燃機関２とモータ６との間に配設される構成、つまりトルクコンバータ４が変速機８から離れて位置する構成となっても、簡易な構成によって、変速機８用のオイルをトルクコンバータ４内へ供給できることから、トルクコンバータ４を介して内燃機関２とモータ６とを接続可能になる。

従来は、トルクコンバータを介して内燃機関とモータとを接続する発想はあったが、変速機をトルクコンバータから離れて配設せざるを得ず、変速機用のオイルをトルクコンバータ内へ作動油として供給することが困難なため、上記発想は実用に至っていなかった。このため、従来は、内燃機関とモータとの間に、一方向クラッチ、遠心クラッチ、電磁クラッチなど（以下、クラッチ類と記す）を介して、内燃機関からモータへ伝達される動力の遮断を行うのが限界であった。

しかし、これらクラッチ類に代えて、本実施形態のように、流体の作動によって動力を伝達するトルクコンバータ４を配設可能とすると、内燃機関２の出力のうちモータ６へ伝達される量を容易に調節可能となると同時に、内燃機関とモータとを直結した場合や、内燃機関とモータとの間にこれらクラッチ類を介在させた場合に比べて、内燃機関２とモータ６との出力合体時の衝撃が緩和される。また、変速機の簡略化や、原動機の小型化へもつながる。

本発明は上記実施形態に限られず、以下のような構成としてもよい。
まず、上記説明では、オイルポンプ５２から流出するオイルは、環状の隙間３８、油孔４０、空洞２８、環状の隙間４４、油孔４６ｃ、トルクコンバータ４内、油通路４２ｂ，３６ｂの順に流れ、オイルポンプ５２に戻るような循環方向を挙げたが、該循環方向を逆にしてもよい。この場合、オイルポンプ５２はまず油通路３６ｂへオイルを圧送し、最終的に環状の隙間３８から変速機８側へ流れ出たオイルは、前記オイルパンに溜まり、オイルポンプ５２によって吸い上げられて循環する。

また、変速機８外部に放熱器を設け、循環するオイルは、該放熱器を経由することで冷却されるようにしてもよい。
さらに、オイルポンプ５２は、モータ６の運転時に駆動するように設定すれば、必ずしもメインドライブシャフト３６に係合して駆動される必要はなく、別の駆動原を使用してもよい。

また、回転軸１６（１８）の周壁を貫通する孔を開口し、回転軸１６（１８）内を流れるオイルの一部を、該孔からベアリング２０（２２）の被潤滑部へ供給してもよい。これにより、簡易な構成によって、ベアリング２０（２２）の潤滑が可能となる。
さらに、突出部１２ｂおよび噴油ノズル１２ｃを省略して、コイル２４へ向けて噴油せず、最低限ロータ本体１２ａをオイルにより内側から冷却する簡易な構成としてもよい。突出部１２ｂおよび噴油ノズル１２ｃの省略は、左右両方に限らず、左右のうち一方のみでもよい。さらに簡易な構成として、空洞２８，突出部１２ｂおよび噴油ノズル１２ｃを省略することで、ロータ本体１２ａおよびコイル２４を冷却せず、ロータ１２には、最低限トルクコンバータ４内へ変速機８用のオイルを供給する油通路を形成する構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る概略図 図１のＡ−Ａ線断面図

符号の説明

２ 内燃機関
４ トルクコンバータ
６ モータ
８ 変速機
１０ ステータ
１２ ロータ
１２ａ ロータ本体
１２ｃ 噴油ノズル
１６ 回転軸
１８ 回転軸
２０ ベアリング
２２ ベアリング
２８ 空洞
３６ メインドライブシャフト
３６ｂ 油通路
３８ 環状の隙間
４０ 油孔
４２ リレーシャフト
４２ｂ 油通路
４４ 環状の隙間
４６ｃ 油孔
５２ オイルポンプ

Claims (10)

1. 内燃機関と、該内燃機関の出力軸に接続された液体式のトルクコンバータと、該トルクコンバータの出力軸に接続されたモータと、該モータの回転軸に接続された変速機と、を含んで構成され、
   前記モータの回転軸の内部を通って、前記変速機用のオイルを前記トルクコンバータ内に供給する油通路を形成したことを特徴とする原動機。
2. 前記モータの回転軸は、前記変速機の入力軸と一体に回転するように、該入力軸に直結されていることを特徴とする請求項１に記載の原動機。
3. 前記トルクコンバータ内に導かれたオイルは前記変速機側に戻され、オイルが循環するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原動機。
4. 前記トルクコンバータの出力軸は、前記モータの回転軸と共に前記ロータ本体中心部を貫通して設けられ、
   前記トルクコンバータ内に導かれたオイルは、前記トルクコンバータの出力軸中心部を貫通して形成された第２油通路を通って、前記変速機側に戻されることを特徴とする請求項３に記載の原動機。
5. 前記トルクコンバータの出力軸は、前記変速機の入力軸と一体に回転するように前記変速機の入力軸に連結され、
   前記変速機の入力軸には、前記第２油通路と連通してオイルを前記変速機側に戻す第３油通路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の原動機。
6. 前記油通路、前記第２油通路、前記第３油通路、の順に通るオイルの循環方向を、逆転させたことを特徴とする請求項５に記載の原動機。
7. 前記モータのロータ本体内部に空洞を形成するとともに、該空洞を前記油通路と連通させたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の原動機。
8. 前記空洞と連通し、前記モータのステータに向けて開口して形成され、前記空洞内のオイルを前記ステータへ向けて噴射する噴油ノズルを、前記ロータ本体に対して設けたことを特徴とする７に記載の原動機。
9. オイルは、前記モータで駆動されるオイルポンプによって圧送されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の原動機。
10. 前記モータの回転軸周壁を貫通する孔を開口し、前記油通路を流れるオイルの一部を、前記孔から前記モータ回転軸を支持するベアリングの被潤滑部へ供給することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の原動機。
    

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