(57)【要約】  本発明は、ハイブリッド車両の動作中にハイブリッド車両をシリーズ方式とパラレル方式との間において切り替え可能である一方、トラクションモータと主動機との両方が効率的なレベルで動作している、シリーズ方式／パラレル方式のハイブリッド車両（ＳＰＨＶ）のためのトランスミッションに関する。トラクションモータと主動機とは、相違するギア比を有する歯車アセンブリを介して中間シャフトに接続されている。クラッチが、主動機側歯車アセンブリと中間シャフトとの間に設けられており、これによりシリーズ方式とパラレル方式との間において切り替え可能となる。
2013510025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主動機とトラクションモータとを備えているハイブリッド車両のためのトランスミッションであって、
前記トランスミッションは、
主動機側入力部と、
トラクションモータ側入力部と、
出力シャフトと、
前記出力シャフトと略平行な中間シャフトと、
前記トラクションモータ入力部と前記中間シャフトとを相互接続しているトラクションモータ側歯車アセンブリと、
クラッチ位置とアンクラッチ位置との間において移動するように構成されているクラッチアセンブリを介して、前記主動機側入力部と前記中間シャフトとを解放可能に相互接続している主動機側歯車アセンブリと、
前記中間シャフトと前記出力シャフトとを相互接続している出力歯車アセンブリと、
を備えており、
前記クラッチアセンブリが前記アンクラッチ位置にある場合に、前記トランスミッションがシリーズ方式になっており、前記クラッチアセンブリが前記クラッチ位置にある場合に、前記トランスミッションがパラレル方式になっていることを特徴とするトランスミッション。
【請求項２】
前記トランスミッションが、前記主動機側入力部に接続されている発電機側入力部を備えており、
前記発電機側入力部が、発電機に接続されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項３】
前記トラクションモータ側歯車アセンブリが、第１のギア比を有しており、
前記主動機側歯車アセンブリが、第２のギア比を有しており、
前記第１のギア比と前記第２のギア比とが、前記中間シャフトの所定の回転速度において、前記トラクションモータ側入力部の回転速度が、前記主動機側入力部の回転速度より大きいことを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項４】
前記トラクションモータ側歯車アセンブリが、前記トラクションモータ側入力部に取り付けられている第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合うと共に前記中間シャフトに取り付けられている第２の歯車とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項５】
前記主動機側歯車アセンブリが、前記主動機側入力部に取り付けられている第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合っている第２の歯車とを含んでおり、
前記クラッチアセンブリが、前記中間シャフトと共に回転するように前記中間シャフトに取り付けられている固定部分と、長手方向に移動可能であると共に前記中間シャフトに回転可能に取り付けられている可動部分とを含んでおり、
前記第２の歯車が、前記可動部分に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項６】
前記主動機側歯車アセンブリが、第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合っている第２の歯車とを含んでおり、
前記クラッチアセンブリが、前記主動機側入力部と共に回転するように前記主動機側入力部に取り付けられている固定部分と、長手方向に移動可能であると共に前記主動機側入力部に回転可能に取り付けられている可動部分とを含んでおり、
前記第１の歯車が、前記可動部分に取り付けられており、前記第２の歯車が、前記中間シャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項７】
前記出力歯車アセンブリが、前記中間シャフトに取り付けられている第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合っていると共に前記出力シャフトに取り付けられている第２の歯車とを含んでいることを特徴する請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項８】
前記トラクションモータ側入力部と前記発電機側入力部とが、同軸に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトランスミッション。
【請求項９】
前記主動機側入力部が、内燃機関側入力部であることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【請求項１０】
前記主動機が、第２のクラッチアセンブリを介して前記主動機側入力部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にはハイブリッド車両に関する。具体的には、本発明は、高速電気モータを備えているハイブリッド車両のためのトランスミッションに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の属する技術分野において、ハイブリッド車両は周知である。ハイブリッド車両は、内燃機関（ＩＣＥ）と、動力を車両の少なくとも１つのホイールに伝達させるトラクションモータと、トラクションモータに電気を供給するために、及び／又は、車両のバッテリを再充電するために利用される発電機とを備えている場合がある。
【０００３】
一方、トラクションモータがホイールを駆動するために利用される場合には、且つ、内燃機関が、発電機を駆動することによって車両のバッテリを再充電するために、及び／又は、電力をトラクションモータに直接供給するために単独で利用される場合には、ハイブリッド車両はシリーズ方式ハイブリッド車両と言われている。
【０００４】
一方、トラクションモータ及び内燃機関の両方が同時に又は個々に車両のホイールを駆動するために使用された場合には、ハイブリッド車両はパラレル方式ハイブリッド駆動伝達装置と言われている。また、パラレル方式駆動伝達装置では、内燃機関が、発電機を介してバッテリに再充電するために利用される。
【０００５】
本発明の属する技術分野において、シリーズ方式／パラレル方式ハイブリッド車両も周知である。従来においては、これらハイブリッド車両は、上述のようにシリーズ方式とパラレル方式との間で切り替え可能な駆動伝達装置を含んでいた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、ハイブリッド車両用トランスミッションが内燃機関とトラクションモータと発電機とを相互接続することが、本発明の属する技術分野において周知である。しかしながら、トラクションモータが最も効率的な時の回転速度と内燃機関が最も効率的な時の回転速度が相違するので、ハイブリッド用車両がシリアル方式ハイブリッドモードとパラレル方式ハイブリッドモードとの両方を実施可能とすることを希望する場合には、このようなハイブリッド車両用トランスミッションを設計することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図示の実施例は、主動機とトラクションモータとを備えているハイブリッド車両のためのトランスミッションであって、
トランスミッションは、
主動機側入力部と、
トラクションモータ側入力部と、
出力シャフトと、
出力シャフトと略平行な中間シャフトと、
トラクションモータ入力部と中間シャフトとを相互接続しているトラクションモータ側歯車アセンブリと、
クラッチ位置とアンクラッチ位置との間において移動するように構成されているクラッチアセンブリを介して、主動機側入力部と中間シャフトとを解放可能に相互接続している主動機側歯車アセンブリと、
中間シャフトと出力シャフトとを相互接続している出力歯車アセンブリと、
を備えており、
クラッチアセンブリがアンクラッチ位置にある場合に、トランスミッションがシリーズ方式になっており、クラッチアセンブリがクラッチ位置にある場合に、トランスミッションがパラレル方式になっているトランスミッションを表わす。
【０００８】
特許請求の範囲及び／又は明細書中において、“備えている（comprising）”と共に“１つの（a）”又は“１つの（an）”との用語が利用される。当該用語は“１つの（one）”を意味するが、“１つ以上の（one or more）”、“少なくとも１つの（at least one）”、又は“１つ又は複数の（one or more than one）”を意味すると解釈すべきである。同様に、“他の（another）”との用語は、少なくとも第２の又はそれ以降のを意味する。
【０００９】
本明細書で利用するように、“備えている（comprising）”（及び、例えば“comprise”や“comprises”を含む任意の形態）との用語、“有している（having）”（及び、例えば“have”や“has”を含む任意の形態）との用語、“含んでいる（including）”（及び、例えば“include”や“includes”を含む任意の形態）との用語、並びに、“含有している（containing）”（及び、例えば“contain”や“contains”を含む任意の形態）との用語は、包括的且つ非限定的な意味を有しており、付加的な記載されていない要素や方法ステップを除外するものではない。
【００１０】
“クラッチ（clutch）”及び“クラッチアセンブリ（clutching assembly）”との表現は、２つの回転式要素、例えばシャフトの係合及び係合解除を可能とする任意の機械式又は電気機械式要素又はアセンブリとして、本明細書及び特許請求の範囲において解釈されるべきであることに留意すべきである。クラッチ及びクラッチアセンブリとして、摩擦クラッチや噛み合いクラッチが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００１１】
本発明の他の目的、利点、及び特徴は、参照のみを目的とする添付図面に表わす実施例に関する非限定的な以下に示す説明によって明確になる。
【００１２】
概略的には、本明細書にて説明する実施例は、例えば電気トラクションモータのようなトラクションモータと例えば内燃機関のような主動機との両方が効率的なレベルで動作する一方、車両の動作中にシリーズ方式とパラレル方式との間において車両を切り替え可能な、シリーズ方式／パラレル方式のハイブリッド車両（ＳＰＨＶ）のためのトランスミッションに関する。このことは、電気トラクションモータと内燃機関とが異なるギア比を有する歯車アセンブリを介して中間シャフトに接続されていることによって実現される。クラッチアセンブリが内燃機関側歯車対と中間シャフトとの間に設けられているので、中間シャフトが、シリーズ方式とパラレル方式との間において切り替え可能となる。
【００１３】
添付図面は概略的であり、説明を簡略化するために、本発明に直接関連しない多くの機械部品及び電気部品が図示されていないことを留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関と電気モータ／発電機とがトランスミッションに接続されているシリーズ方式ハイブリッドモードにあるハイブリッド車両用トランスミッションの第１の実施例の概略的な断面図である。
【図２】パラレルモードにあるトランスミッションを表わす、図１に類似する断面図である。
【図３】内燃機関、トラクションモータ、及び発電機の構成が相違する場合における、図１に表わすハイブリッド車両用トランスミッションの概略的な断面図である。
【図４】内燃機関とトラクションモータと発電機とがトランスミッションに接続されている、ハイブリッド車両用トランスミッションの第２の実施例の概略的な断面図である。
【図５】図３に表わすハイブリッド車両用トランスミッションの断面図である。
【図６】内燃機関とハイブリッド車両用トランスミッションとの相互接続状態が相違する、図１に表わすハイブリッド車両用トランスミッションの概略的な断面図である。
【図７】内燃機関とトラクションモータと発電機とがトランスミッションに接続されている、ハイブリッド車両用トランスミッションの第３の実施例の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２は、第１の実施例におけるハイブリッド車両のためのトランスミッション１０を表わす。トランスミッション１０は、原動機側入力部を介して内燃機関１２に接続されており、電気モータ／発電機１４に接続されており、出力シャフト１６を介して車両のホイールに接続されている。トランスミッション１０の様々な部品が、トランスミッション筐体１８内に配置されている。
【００１６】
内燃機関１２は、第２の歯車２４と噛み合っている第１の歯車２２が取り付けられているシャフト２０を含んでおり、第１の歯車２２と第２の歯車２４とが、原動機側歯車アセンブリを形成している。
【００１７】
電気モータ／発電機１４は、アウターロータ２８とインナーステータ３０とを含んでいる発電機２６を含んでいる。アウターロータ２８が、トランスミッション１０の発電機側入力部を貫通した状態でシャフト３２に取り付けられている。シャフト３２は、内燃機関１２のシャフト２０と連続している。従って、当該実施例では、内燃機関１２と発電機２６とが永続的に接続されている。
【００１８】
また、電気モータ／発電機１４は、アウターロータ３６とインナーステータ３８とを含んでいる電気トラクションモータ３４を含んでいる。アウターロータ３６は、発電機２６のシャフト３２を囲んでいる中空シャフト４０に取り付けられている。中空シャフト４０は、電気トラクションモータ側入力部を貫通した状態でトランスミッション１０を受け入れている。従って、発電機２６と電気トラクションモータ３４とが、同軸に配置されており、同一の筐体内に取り付けられているので、発電機２６及び電気トラクションモータ３４の全体的な大きさを小さくすることができる。
【００１９】
中空シャフト４０は、第４の歯車４４と噛み合っていると共に一体化されている第３の歯車４２を含んでおり、第３の歯車４２と第４の歯車４４とが、電気トラクションモータ側歯車アセンブリを形成している。
【００２０】
第４の歯車４４は、中間シャフト４６と一体化されている。出力シャフト１６は、第５の歯車４８を含んでいる出力側歯車アセンブリを介して、中間シャフト４６に接続されている。第５の歯車４８は、中間シャフト４６と一体になっており、出力シャフト１６に取り付けられている第６の歯車５０と噛み合っている。
【００２１】
中間シャフト４６は、噛み合いクラッチ５４（jaw clutch）の固定部分５２を含んでおり、第２の歯車２４は、噛み合いクラッチ５４の可動部分５６を介して、中間シャフト４６に取り付けられている。例えば、可動部分５６と第２の歯車２４とが、スプラインアセンブリを介して互いに取り付けられているので、可動部分５６が、固定部分５２に向かって長手方向に移動することができる。
【００２２】
噛み合いクラッチ５４は、制御装置（図示しない）によって制御されるアクチュエータ（図示しない）を含んでおり、アクチュエータは、図１に表わす係合解除位置（disengaged position）と図２に表わす係合位置（engaged position）との間において噛み合いクラッチの可動部分５６を動作させる。
【００２３】
図１に表わすように、噛み合いクラッチ５４の可動部分５６が、固定部分５２から係合解除されているので、噛み合いクラッチは、アンクラッチ位置（unclutched position）に位置している。従って、トランスミッション１０はシリーズモードになっている。
【００２４】
噛み合いクラッチ５４は、他のクラッチ技術を利用したクラッチアセンブリに置き換えることができることは、当業者にとって明らかである。
【００２５】
特に当業者であれば容易に理解可能であるが、電気トラクションモータ３４は、電気トラクションモータ側歯車対４２，４４及び出力側歯車対４８，５０を介して、出力シャフト１６と永続的に関連している。一方、内燃機関は、シャフト２０，３２それぞれを介して、発電機２６と永続的に関連している。従って、内燃機関１２によって駆動される発電機２６は、必要な場合にバッテリ（図示しない）を再充電し、電気トラクションモータ３４は、ハイブリッド車両のホイール（図示しない）を駆動する。
【００２６】
噛み合いクラッチ５４が図２に表わすように係合位置に位置している場合には、ハイブリッド車両用トランスミッション１０がパラレル方式ハイブリッドモードになっている。噛み合いクラッチ５４がこのようなクラッチ位置（clutched position）に配設されている場合には、電気トラクションモータ３４が、電気トラクションモータ側歯車対４２，４４及び出力側歯車対４８，５０を介して出力シャフト１６を駆動すると共に、内燃機関が、内燃機関側歯車対２２，２４及び出力側歯車対４８，５０を介して出力シャフト１６を駆動するので、車両のホイール（図示しない）を駆動することができる。
【００２７】
また、制御装置（図示しない）が、電気トラクションモータ３４、発電機２６、及び内燃機関１２を制御するために利用されることに留意すべきである。さらに、速度センサ（図示しない）が、モータ３４、発電機２６、及び内燃機関１２の回転速度を監視すると共に、これら回転速度に関するリアルタイムデータを制御装置に送信するために、任意に電気トラクションモータ３４、発電機２６、及び内燃機関１２に接続されている場合がある。
【００２８】
従って、制御装置は、図２の表わすパラレルモードであっても、バッテリを再充電すると共に発電機２６を制御するために、内燃機関１２によって供給される動力の一部分が発電機２６によって利用可能であるか否かについて決定する。
【００２９】
当業者であれば理解可能であるが、運転者によって認識される程度の振動（jerk）が偶発的に起きることを防止するために、第２の歯車２４と中間シャフト４６との間における速度差が顕著にならないように、噛み合いクラッチ５４を係合する前に第２の歯車２４の速度を調整する必要がある。第２の歯車２４の速度を調整するための方法としては、内燃機関１２がアイドリング状態にあるように内燃機関１２を制御した後に、第２の歯車２４の速度が中間シャフト４６の速度と同一になるように発電機２６の速度を調整することが挙げられる。
【００３０】
当業者であれば、電気モータの効率的な速度と内燃機関の効率的な速度とに従って、内燃機関側歯車対、電気トラクションモータ側歯車対、及び出力側歯車対それぞれの比を決定することによって、車両が動作している最中に、シリーズモードとパラレルモードとの間においてクラッチを切り替えることができる。これら歯車対の比を決定する際には、他の留意事項を考慮しても良い。当該留意事項としては、車両が巡航している際における内燃機関１２の騒音レベル、及び、内燃機関を停止させることなくトランスミッションがパラレルモードに切り替えられる際の車両速度が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００３１】
当業者であれば理解可能なように、電気トラクションモータ側歯車対のギア比に対して内燃機関側歯車対のギア比を調整することによって、電気トラクションモータ及び内燃機関の両方が中間シャフト４６に接続されている場合に内燃機関の効率的な回転速度より顕著に高い回転速度において効率的な、電気トラクションモータを利用することができる。
【００３２】
図３は、トランスミッション１０に関連する電気機械式部品の他の構成を表わす。これについては、簡単に説明する。
【００３３】
概略的には、電気モータ／発電機１４が、発電機１００及び電気モータ１０２に置き換えられている。図３に表わすように、電気モータ１０２は、アウターロータ１０６が取り付けられている中空シャフト１０４を有している。発電機１００は、アウターロータ１１０が取り付けられていると共に中空シャフト１０４を貫通している、シャフト１０８を有している。従って、電気モータ１０２とトランスミッション１０との相互接続と、電気モータ１０４とトランスミッション１０との相互接続との両方、並びに、トランスミッション１０の動作は、図１及び図２に表わす上述の実施例と同一である。
【００３４】
図４及び図５は、第２の実施例におけるトランスミッション２００を表わす。説明を簡略化するために、トランスミッション１０とトランスミッション２００との差異についてのみ、以下に説明する。
【００３５】
図４に表わすように、内燃機関１２、発電機２０２、及び電気トラクションモータ２０４がトランスミッション２００に関連している。歯車対は、図１〜図３に表わすトランスミッション１０の歯車対と同一である。しかしながら、第３の歯車４２が第４の歯車４４の周囲に沿って移動するので、発電機２０２と電気トラクションモータ２０４とを非同軸に配置可能である。
【００３６】
トランスミッション１０とトランスミッション２００との他の差異は、発電機２０２の筐体と電気トラクションモータ２０４の筐体とが、固定具（図示しない）を介してトランスミッション２００の筐体に取り付けられていることである。
【００３７】
トランスミッション２００の動作は、上述のトランスミッション１０の動作と同一である。
【００３８】
図５は、トランスミッション２００の様々な部品の概略図である。
【００３９】
当業者であれば容易に理解可能なように、これら部品がトランスミッション２００のギア比が所望の値となるように適切に位置決めされている限り、発電機２０２のシャフトと電気トラクションモータ２０４のシャフトとが出力シャフトと位置合わせされているが（図５参照）、これらシャフト同士の角度的関係は相違する。
【００４０】
図６は、トランスミッション１０と関連する電気機械式部品の他の構成を表わす。この構成については、簡潔に後述する。図６に表わすように、内燃機関１２は、発電機２６のシャフト３２に永続的に接続されている訳ではないが、噛み合いクラッチ３００を介して発電機２６のシャフト３２に取り外し可能に接続されている。噛み合いクラッチ３００は、シャフト３２に固定状態で取り付けられているシャフト３０４と関連している固定部分３０２と、噛み合いクラッチ３００のスプライン部分３１０を介して内燃機関のシャフト２０と関連している可動部分３０８とを含んでいる。
【００４１】
従って、噛み合いクラッチ３００が係合した場合には、内燃機関１２がシャフト３２に接続されているので、トランスミッション１０の動作が上述の動作から変化しない。
【００４２】
しかしながら、噛み合いクラッチ３００が非係合状態にある場合には、例えば低い速度において大きなトルクを必要とする際に、発電機２６が補助電気トラクションモータとして利用される。
【００４３】
図７は、第３の実施例におけるトランスミッション４００を表わす。両トランスミッションは非常に類似しているので、説明を簡単にするために、トランスミッション１０とトランスミッション４００との差異のみを以下において説明する。
【００４４】
概略的には、トランスミッション４００は、上述のトランスミッション１０と同一の機能を有している。しかしながら、噛み合いクラッチ４０２を第２の歯車２４′に取り付ける代わりに、噛み合いクラッチ４０２が第１の歯車２２′に据え付けられている。従って、噛み合いクラッチ４０２が図７に表わす非係合状態にある場合には、第１の歯車２２′が内燃機関１２のシャフト２０に取り付けられた状態で回転自由とされる。この場合には、回転自由な状態にある第１の歯車２２′が、動力を出力シャフト１６に伝達させることができないので、トランスミッション４００は、内燃機関１２の動力が発電機２６によってのみ利用されるシリーズ方式ハイブリッドモードになっている。
【００４５】
しかしながら、噛み合いクラッチ４０２が係合されている場合には、パラレル方式ハイブリッドモードが実現される。
【００４６】
上述のハイブリッド車両用トランスミッションが、電気トラクションモータ、発電機、及び内燃機関と関連しているが、他の動力源又は主動機を上述のトランスミッションと共に利用することができる。
【００４７】
同様に、本明細書では、永久磁石から成るアウターロータを備えている電気機械について説明したが、他の電気機械に関する技術を利用しても良い。
【００４８】
本明細書にて説明されている中間シャフトは中間シャフト４６のみであるが、トランスミッションの出力ギア比やパッケージングの観点から必要とされる場合には、複数の中間シャフトを利用しても良いことに留意すべきである。
【００４９】
同様に、本願では、出力歯車対について説明及び図示しているが、他の出力アセンブリ、例えば必要なギア比を有しているチェーン駆動機構を利用することもできる。
【００５０】
当業者であれば理解可能なように、本明細書では、シャフトと一体化されている幾つかの歯車について説明しているが、例えばスプラインやキー及びキー溝から成る機構を介した、これら歯車のシャフトからの分離及びシャフトへの取り付けが可能な場合がある。
【００５１】
本明細書にて説明した実施例及び構成の様々な特徴を組み合わせることができることは言うまでもない。非限定的な例として、噛み合いクラッチ３００が、本明細書にて説明した任意の構成に据え付けられている場合がある。
【００５２】
本発明は、その適用において、添付図面に表わすと共に本明細書にて説明した詳細な構成及び部品に限定される訳ではないことに留意すべきである。本発明は、他の実施例として実現可能であり、様々な方法で実践可能である。本明細書にて利用される表現及び用語は、説明のための便宜的なものであり、限定するものではないことは言うまでもない。さらに、本発明は、図示の実施例を介して本明細書にて説明されているが、本発明の技術的思想、技術的範囲、及び性質から逸脱することなく改良可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    トランスミッション
１２    内燃機関
１４    電気モータ／発電機
１６    出力シャフト
１８    トランスミッション筐体
２０    シャフト
２２    第１の歯車
２２′  第１の歯車
２４    第２の歯車
２４′  第２の歯車
２６    発電機
２８    アウターロータ
３０    インナーステータ
３２    シャフト
３４    トラクションモータ
３６    アウターロータ
３８    インナーステータ
４０    中空シャフト
４２    第３の歯車
４４    第４の歯車
４６    中間シャフト
４８    第５の歯車
５０    第６の歯車
５２    固定部分
５４    かみ合いクラッチ
５６    可動部分
１００    発電機
１０２    電気モータ
１０４    中空シャフト
１０６    アウターロータ
１０８    シャフト
１１０    アウターロータ
２００    トランスミッション
２０２    発電機
２０４    トラクションモータ
３００    かみ合いクラッチ
３０２    固定部分
３０４    シャフト
３０８    可動部分
３１０    スプライン部分
４００    トランスミッション
４０２    かみ合いクラッチ
【図１】
2013510025.tif 000003
【図２】
2013510025.tif 000004
【図３】
2013510025.tif 000005
【図４】
2013510025.tif 000006
【図５】
2013510025.tif 000007
【図６】
2013510025.tif 000008
【図７】
2013510025.tif 000009
【国際調査報告】
2013510025.tif 000010
2013510025.tif 000011