(57)【要約】【課題】ブラシが摩耗した場合であっても、ハイブリッド車両を支障なく走行させることができるとともに、ブラシの更なる摩耗を防止することができる動力伝達装置を提供する。【解決手段】  動力伝達装置１００は、エンジン２に接続されるカップリングモータ１０と、走行モータ２０と、カップリングモータ１０に接続するスリップリング１３と、スリップリング１３に接触するブラシ１８と、カップリングモータ１０と車軸６とを機械的に接続又は乖離させるとともにカップリングモータ１０のブレーキとしても機能するクラッチ３４と、総走行距離を検出してクラッチ３４の動作を制御するＥＣＵ１とを備え、ＥＣＵ１は総走行距離が所定値以下である時はカップリングモータ１０と車軸６とを機械的に接続させ、所定値を越える時はカップリングモータ１０と車軸６とを乖離させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンに機械的に接続される入力側回転子及び、前記入力側回転子に相対回転可能に設けられる第一出力側回転子を有するカップリングモータと、
前記車両の車軸に機械的に接続される第二出力側回転子を有する走行モータと、
前記カップリングモータの前記第一出力側回転子に同期して回転可能に設けられるスリップリングと、
前記スリップリングに接触するブラシと、
前記カップリングモータの前記第一出力側回転子と前記車軸とを機械的に接続又は乖離させるクラッチ機構と、
前記第一出力側回転子の回転を停止させるブレーキ機構と、
前記ブラシの摩耗状態の目安となるブラシ摩耗状態判定値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出される前記ブラシ摩耗状態判定値に基づいて前記クラッチ機構及び前記ブレーキ機構の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ブラシ摩耗状態判定値が所定値以下である時、前記クラッチ機構により前記カップリングモータの前記第一出力側回転子と前記車軸とを機械的に接続させ、
前記ブラシ摩耗状態判定値が所定値を越える時、前記クラッチ機構により前記カップリングモータの前記第一出力側回転子と前記車軸とを乖離させて、前記車軸を前記走行モータの前記第二出力側回転子によってのみ駆動される状態とするとともに、前記ブレーキ機構を作動させて前記第一出力側回転子の回転を停止させる、動力伝達装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ブラシ摩耗状態判定値が所定値を超える時、前記エンジンを駆動して、前記入力側回転子を前記第一出力側回転子に対して相対回転させることにより前記カップリングモータにより発電させて、前記走行モータに発電した電力を供給する動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力伝達装置に関し、特にハイブリッド式の車両の動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両の車軸を駆動するための２個の電動機を有するハイブリッド車両の動力伝達装置が記載されている。そして、そのうち１個の電動機は、エンジンからの動力が伝達される入力側回転子と、入力側回転子との間に生じる回転磁界によって回転することができる出力側回転子とを有する。そして、入力側回転子の回転軸には、入力側回転子の回転導体に電気的に接続するスリップリングが一体回転可能に設けられている。また、スリップリングにはブラシが接触する。従って、ブラシ及びスリップリングを介して、蓄電池及びインバータから入力側回転子の回転導体に電力が供給されたり、また、回転導体で発電された電力が蓄電池に貯められたりする。一方、蓄電池に貯められた電力は、もう１つの電動機を駆動するためにも利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の動力伝達装置では、車両の長時間又は長距離の走行によって電動機のブラシが摩耗してしまった場合、ブラシとスリップリングとの接触が悪くなり、回転子の回転導体と蓄電池との間で電力のやり取りが行われなくなってしまう。従って、入力側回転子と出力側回転子との間に回転磁界が生じず、車両の車軸にトルクが伝達されなくなる。また、ブラシとスリップリングとの接触が悪くなる程度にブラシが摩耗した状態で入力側回転子が回転し続けると、ブラシの摩耗の度合いがさらに大きくなってしまうという問題もあった。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、ブラシが摩耗した場合であっても、ハイブリッド車両を支障なく走行させることができるとともに、ブラシの更なる摩耗を防止することができる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明に係る動力伝達装置は、車両のエンジンに機械的に接続される入力側回転子及び、入力側回転子に相対回転可能に設けられる第一出力側回転子を有するカップリングモータと、車両の車軸に機械的に接続される第二出力側回転子を有する走行モータと、カップリングモータの第一出力側回転子に同期して回転可能に設けられるスリップリングと、スリップリングに接触するブラシと、カップリングモータの第一出力側回転子と車軸とを機械的に接続又は乖離させるクラッチ機構と、第一出力側回転子の回転を停止させるブレーキ機構と、ブラシの摩耗状態の目安となるブラシ摩耗状態判定値を検出する検出部と、検出部によって検出されるブラシ摩耗状態判定値に基づいてクラッチ機構及びブレーキ機構の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、ブラシ摩耗状態判定値が所定値以下である時、クラッチ機構によりカップリングモータの第一出力側回転子と車軸とを機械的に接続させ、ブラシ摩耗状態判定値が所定値を越える時、クラッチ機構によりカップリングモータの第一出力側回転子と車軸とを乖離させて、車軸を走行モータの第二出力側回転子によってのみ駆動される状態とするとともに、ブレーキ機構を作動させて第一出力側回転子の回転を停止させる。
【０００７】
また、この発明に係る動力伝達装置の制御部は、ブラシ摩耗状態判定値が所定値を超える時、エンジンを駆動して、入力側回転子を第一出力側回転子に対して相対回転させることによりカップリングモータにより発電させて、走行モータに発電した電力を供給してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る動力伝達装置によれば、ブラシが摩耗した場合であっても、ハイブリッド車両を支障なく走行させることができるとともに、ブラシの更なる摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る動力伝達装置の概略を示す図である。
【図２】図１に示す動力伝達装置の制御の流れをフローチャートで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態に係る動力伝達装置１００について、図１に基づいて説明する。なお、動力伝達装置１００は、後述するＥＣＵ１、カップリングモータ１０、スリップリング１３、ブラシ１８、走行モータ２０及びクラッチ３４を有するものである。
車両に搭載されるエンジン２にはカップリングモータ１０が接続されている。具体的には、カップリングモータ１０は、エンジン出力軸１４を介してエンジン２に機械的に接続される入力側回転子１２と、入力側回転子１２に対して径方向内側に相対回転可能に設けられる第一出力側回転子１１とを有する。第一出力側回転子１１は、回転子コア１１ａと、回転子コア１１ａに巻回される第一コイル１１ｂとを有する。なお、回転子コア１１ａには図示しない永久磁石が埋め込まれている。さらに、第一出力側回転子１１には第一モータ出力軸１５の一端が接続している。また、第一モータ出力軸１５の他端には、第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂに電気的に接続されるスリップリング１３が設けられている。スリップリング１３は、第一出力側回転子１１及び第一モータ出力軸１５と一体的に回転可能である。また、スリップリング１３にはブラシ１８が接触する。カップリングモータ１０とスリップリング１３との間において、第一モータ出力軸１５には第一モータ出力ギヤ１６が取り付けられている。
【００１１】
第一モータ出力ギヤ１６には第一車軸側ギヤ３３が噛み合う。さらに、第一車軸側ギヤ３３には、中間出力軸３１の一端が接続されている。また、中間出力軸３１の他端には第二車軸側ギヤ３２が設けられる。ここで、中間出力軸３１の端部は第二車軸側ギヤ３２の中央の開口部分を貫通するように設けられているが、第二車軸側ギヤ３２と中間出力軸３１とは直接的には互いに接続していない。従って、第二車軸側ギヤ３２は中間出力軸３１に対して相対回転可能である。また、中間出力軸３１には、第一車軸側ギヤ３３と第二車軸側ギヤ３２との間にクラッチ３４が取り付けられている。また、車両のボディ３の構造の一部が張り出して、クラッチ３４に隣接している。ここで、クラッチ３４は方向Ａに移動することによって第二車軸側ギヤ３２に接続され、方向Ｂに移動することでボディ３に接続される。クラッチ３４が第二車軸側ギヤ３２に接続される場合は、中間出力軸３１及び第一車軸側ギヤ３３と第二車軸側ギヤ３２とは一体となって回転する。すなわち、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とは、第一モータ出力軸１５、第一モータ出力ギヤ１６、第一車軸側ギヤ３３、中間出力軸３１、クラッチ３４、第二車軸側ギヤ３２、車軸駆動ギヤ４及び差動装置５を介して機械的に接続される。一方、クラッチ３４がボディ３に接続される場合は、中間出力軸３１は回転することができないように固定される。従って、第一車軸側ギヤ３３、第一モータ出力ギヤ１６及び第一モータ出力軸１５を介してカップリングモータ１０の第一出力側回転子１１も回転不能に固定される。また、クラッチ３４と第二車軸側ギヤ３２との接続が解除されて、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とは互いに乖離する。
ここで、クラッチ３４はドッグクラッチであり、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とを機械的に接続又は乖離させるクラッチ機構を構成する。さらに、クラッチ３４は、第一出力側回転子１１の回転を停止させるブレーキ機構も構成する。
【００１２】
また、第二車軸側ギヤ３２には、車軸駆動ギヤ４と走行モータ出力ギヤ２３とが噛み合っている。
車軸駆動ギヤ４には、差動装置５を介して一対の車軸６が接続される。また、各々の車軸６には車輪７が取り付けられる。
また、走行モータ出力ギヤ２３には走行モータ２０が接続している。具体的には、走行モータ２０は、走行モータ出力ギヤ２３に走行モータ出力軸２４を介して接続する第二出力側回転子２１と、第二出力側回転子２１の径方向外側に設けられる固定子２２を有する。なお、第二出力側回転子２１は、走行モータ出力ギヤ２３、第二車軸側ギヤ３２、車軸駆動ギヤ４及び差動装置５を介して車軸６に機械的に接続される。また、第二出力側回転子２１には、周方向に沿って図示しない永久磁石が埋め込まれている。固定子２２は、固定子コア２２ａと、固定子コア２２ａに巻回される第二コイル２２ｂとを有する。
【００１３】
また、カップリングモータ１０に取り付けられるスリップリング１３に接触しているブラシ１８には、第一インバータ８ａが電気的に接続される。また、走行モータ２０の固定子２２の第二コイル２２ｂには第二インバータ８ｂが電気的に接続される。さらに、第一インバータ８ａ及び第二インバータ８ｂには蓄電池９が電気的に接続されている。
またさらに、エンジン２、第一インバータ８ａ、第二インバータ８ｂ及びクラッチ３４にはＥＣＵ１が電気的に接続される。
ここで、ＥＣＵ１は検出部及び制御部を構成する。
【００１４】
次に、図１及び図２を参照して、動力伝達装置１００の制御及びこの制御に伴う動力伝達装置１００の動作について説明する。
まず、ＥＣＵ１は車両の総走行距離を計測し検出する。ここで、車両の総走行距離は、ブラシ１８の摩耗状態を認識するための目安となるブラシ摩耗状態判定値となる。
そして、図２のステップＳ１において、ブラシ摩耗状態判定値が所定値以下であるか否かが判断される。具体的には、ブラシ摩耗状態判定値としての総走行距離が所定の距離以内であれば、ブラシ１８の摩耗状態は、ブラシ１８とスリップリング１３とが接触して電力のやり取りが正常に行われる程度の状態であると推測される。一方、総走行距離が所定の距離を越えた場合、ブラシ１８の摩耗状態は、ブラシ１８とスリップリング１３とが接触しづらく電力のやり取りが正常に行われ難い状態と判断される。
【００１５】
そして、車両の総走行距離が所定の距離以下である場合、図２のステップＳ２において、ＥＣＵ１の指令によりクラッチ３４は方向Ａへ移動し、第二車軸側ギヤ３２に接続した状態となる。従って、まず、クラッチ３４と第二車軸側ギヤ３２とが互いに接続した状態における動力伝達装置１００の動作について説明する。
エンジン２が駆動を開始すると、エンジン出力軸１４及びカップリングモータ１０の入力側回転子１２が回転駆動される。そして、入力側回転子１２と第一出力側回転子１１との間に回転数差が生じ、入力側回転子１２の回転数が第一出力側回転子１１の回転数より大きい場合、入力側回転子１２の永久磁石に対向する第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂには、誘導起電力が発生する。すなわち、カップリングモータ１０は回生動作となる。この誘導起電力によって、第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂには誘導電流が発生する。そして、第一コイル１１ｂに発生した電力は、スリップリング１３、ブラシ１８、及び第一インバータ８ａを介して蓄電池９又はスリップリング１３、ブラシ１８、第一インバータ８ａ及び第二インバータ８ｂを介して走行モータ２０に供給される。このとき、第一出力側回転子１１と入力側回転子１２との間には回転磁界が発生し、第一出力側回転子１１は第一モータ出力軸１５及び第一モータ出力ギヤ１６とともに回転駆動される。これにより、第一出力側回転子１１のトルクは第一車軸側ギヤ３３、中間出力軸３１、クラッチ３４、第二車軸側ギヤ３２、車軸駆動ギヤ４及び差動装置５を介して車軸６に伝達され、車軸６及び車輪７は回転駆動される。
エンジン２の動力が、要求されるトルクより大きくなるような低負荷走行時に、エンジン２の熱効率が高くなる動作点でエンジン２が動作させられて、第一コイル１１ｂに発生した電力は第一インバータ８ａを介して蓄電池９に供給される。
エンジン２の動力が、要求されるトルクより小さくなるような高負荷走行時に、エンジン２の熱効率が高くなる動作点でエンジン２が動作させられるとともに、第一コイル１１ｂに発生した電力は第一インバータ８ａ及び第二インバータ８ｂを介して走行モータ２０に供給され、不足するトルクを走行モータ２０の動力により補完することができる。
【００１６】
一方で、入力側回転子１２の回転数が第一出力側回転子１１の回転数より小さい場合、入力側回転子１２から第一出力側回転子１１にトルクを作用させるために、ＥＣＵ１は、第一インバータ８ａに指令を出してブラシ１８及びスリップリング１３を介して第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂに電力を供給する。すなわち、カップリングモータ１０は力行動作となる。このとき、第一出力側回転子１１と入力側回転子１２との間には回転磁界が発生し、第一出力側回転子１１は第一モータ出力軸１５及び第一モータ出力ギヤ１６とともに回転駆動される。これにより、第一出力側回転子１１のトルクは第一車軸側ギヤ３３、中間出力軸３１、クラッチ３４、第二車軸側ギヤ３２、車軸駆動ギヤ４及び差動装置５を介して車軸６に伝達され、車軸６及び車輪７は回転駆動される。
【００１７】
なお、ＥＣＵ１は第二インバータ８ｂに指令を出し、走行モータ２０の固定子２２の第二コイル２２ｂに電力を供給し、走行モータ２０の第二出力側回転子２１を駆動させることができる。具体的には、電力が供給される固定子２２の第二コイル２２ｂと第二出力側回転子２１の永久磁石との間で回転磁界が発生する。そして、この回転磁界によって生じる第二出力側回転子２１のトルクが、走行モータ出力軸２４、走行モータ出力ギヤ２３、第二車軸側ギヤ３２、車軸駆動ギヤ４及び差動装置５を介して、車軸６に伝達される。従って、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１のトルクのみならず走行モータ２０の第二出力側回転子２１のトルクも車軸６に伝達され得る。
【００１８】
次に、車両の総走行距離が所定の距離を越える場合、図２のステップＳ３において、ＥＣＵ１の指令によってクラッチ３４は方向Ｂへ移動し、ボディ３に接続する。
この時、中間出力軸３１と第二車軸側ギヤ３２との接続が解除され、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とは機械的に接続しておらず、互いに乖離された状態となる。また、クラッチ３４がボディ３に接続されることにより、中間出力軸３１は回転不能に固定され、これに伴い、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１及び第一モータ出力軸１５も回転することができなくなる。すなわち、クラッチ３４はカップリングモータ１０の第一出力側回転子１１に対してブレーキとして機能する。
この状態のときに、ＥＣＵ１の指令によりエンジン２が駆動を開始すると、エンジン出力軸１４及びカップリングモータ１０の入力側回転子１２が回転駆動される。第一出力側回転子１１はクラッチ３４により回転不能に固定されているので、入力側回転子１２の回転数が第一出力側回転子１１の回転数より大きい状態となる。よって、入力側回転子１２の永久磁石に対向する第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂには、誘導起電力が発生する。すなわち、カップリングモータ１０は回生動作となる。この誘導起電力によって、第一出力側回転子１１の第一コイル１１ｂには誘導電流が発生する。そして、第一コイル１１ｂに発生した電力は、スリップリング１３、ブラシ１８、及び第一インバータ８ａを介して蓄電池９又はスリップリング１３、ブラシ１８、第一インバータ８ａ及び第二インバータ８ｂを介して走行モータ２０に供給される。すなわち、第一出力側回転子１１をクラッチ３４により回転不能に固定した状態のとき、エンジン２の駆動により蓄電池９を充電したり、第二インバータ８ｂを介して走行モータ２０に電力を供給したりすることができる。従って、走行モータ２０への電力供給を継続することができる。
【００１９】
一方、ＥＣＵ１は第二インバータ８ｂに指令を出し、走行モータ２０の固定子２２の第二コイル２２ｂに電力を供給する。これによって、固定子２２の第二コイル２２ｂと第二出力側回転子２１の永久磁石との間で回転磁界が発生し、第二出力側回転子２１が回転駆動される。従って、走行モータ２０の第二出力側回転子２１の回転によって、第二出力側回転子２１に機械的に接続する車軸６も同時に駆動される。
【００２０】
以上より、この実施の形態１に係る動力伝達装置１００では、ＥＣＵ１がブラシ摩耗状態判定値としての車両の総走行距離に基づいてクラッチ３４の動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ１は、車両の総走行距離が所定の距離以下であり、ブラシ１８の摩耗を気にする必要がない時は、クラッチ３４を方向Ａに移動させた状態に保ち、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とを機械的に接続させる。すなわち、カップリングモータ１０を介して、エンジン２の駆動力の一部が車軸６に直接伝達される。エンジン２の駆動力の全てを発電に用いて、走行モータ２０だけで走行する場合に比べて、エンジン２の動力を電力に変換することなく車軸６に直接伝達される分だけ、エンジン２の駆動力の車軸６への伝達効率は向上する。
一方、総走行距離が所定の距離を越え、ブラシ１８の摩耗が顕著になると推測される時、ＥＣＵ１はクラッチ３４を方向Ｂに移動させ、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とを乖離させる。従って、ＥＣＵ１が、ブラシ１８が摩耗する時期になったことを把握した場合、車軸６の駆動源をカップリングモータ１０及び走行モータ２０から走行モータ２０だけに切り替える。これにより、ブラシ１８が顕著に摩耗していても、走行モータ２０の駆動力によって車両は走行を続けることができる。
また、ＥＣＵ１はクラッチ３４を方向Ｂに移動させることにより、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１及びスリップリング１３の回転を停止させ、ブラシ１８の更なる摩耗を防止することができる。さらに、クラッチ３４により第一出力側回転子１１の回転を停止させた状態で、エンジン２を駆動させることにより、カップリングモータ１０を発電機として動作させることができる。すなわち、入力側回転子１２が第一出力側回転子１１に対して相対回転することにより、第一コイル１１ｂに誘導起電力が発生する。これにより、第一インバータ８ａを介して蓄電池９又は第二インバータ８ｂに電力供給することができる。よって、走行モータ２０だけの車軸６の駆動に切り替えた後、エンジン２の駆動によりカップリングモータ１０を発電機として動作させることにより、蓄電池９の充電率に関わらず走行モータ２０への電力供給を継続することができる。
また、クラッチ３４を方向Ｂに移動させ、カップリングモータ１０の第一出力側回転子１１と車軸６とを乖離させているため、走行モータ２０だけで車軸６を駆動する場合に、中間出力軸３１、第一車軸側ギヤ３３、第一モータ出力ギヤ１６、第一モータ出力軸１５、スリップリング１３及びカップリングモータ１０の走行モータ２０との連れ周りがなくなる。よって、走行モータ２０の動力を効率良く車軸６に伝達することができる。
【００２１】
なお、ブラシ１８の摩耗状態を把握するためには、ブラシ摩耗状態判定値を総走行距離のみならず累積走行時間から判断してもよい。
また、第一モータ出力軸１５に回転数センサを設け、この回転数センサによって検出される第一モータ出力軸１５の総回転数からブラシ摩耗状態判定値を判断することもできる。
【符号の説明】
【００２２】
１  ＥＣＵ（検出部、制御部）、２  エンジン、６  車軸、１０  カップリングモータ、１１  第一出力側回転子、１２  入力側回転子、１３  スリップリング、１８  ブラシ、２０  走行モータ、３４  クラッチ（クラッチ機構、ブレーキ機構）、１００  動力伝達装置。
【図１】
2017019407.tif 000003
【図２】
2017019407.tif 000004