JP2019189146A - ハイブリッド型トランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとモータの双方のうちの一方のみの動力による運転時において、不使用の動力源を機械的に切り離すことを可能とするハイブリッド型トランスミッションを提供する。【解決手段】エンジンからの動力が入力される第１入力軸１２と、第１入力軸１２を介して入力された動力を出力する出力軸３２へ伝達するエンジン系変速手段３６と、エンジン系変速手段３６に備えられ、エンジンの動力によって得られる油圧により作動圧を得る油圧クラッチと、モータ２６からの動力が入力される第２入力軸２４と、第２入力軸２４を介して入力された動力を出力軸３２へ伝達するモータ系変速手段３８と、モータ系変速手段３８に備えられる噛み合いクラッチ４２と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、トランスミッションに係り、特に、エンジン駆動による車両の進行と、モータによる車両の進行の切り替えを可能としたハイブリッド型のトランスミッションに関する。

近年、エンジンとモータの双方の駆動系を持つ、いわゆるハイブリッド型の車両は、様々なタイプのものが研究、開発されてきている。例えば特許文献１に開示されている鉄道車両は、駆動手段としてディーゼルエンジンとモータを備えるものであるが、それぞれを別々の車軸を駆動するように配置している。そして、低速運転時にモータを主体とした運転を行い、中高速運転時には、ディーゼルエンジンを主体とした運転を行うように構成している。また、特許文献１に開示されている車両では、減速時にはモータを発電機として活用し、ディーゼルエンジンは、モータによる運転中であってもアイドリング状態を維持する事が記載されている。

これに対し、特許文献２に開示されている技術は、モータによる運転時には、エンジンを停止することも可能とする点が示されている。特許文献２に開示されているハイブリッド型の車両は、モータのみを稼働させた状態での運転や、エンジンのみを稼働させた状態での運転の他、エンジンでの車両運転時にモータの駆動力によるアシスト、および制動時におけるモータによるエネルギの回収（回生エネルギの取得）を可能としている。

特開２０００−３５０３０８号公報 特開２０１０−２４１３９０号公報

特許文献２に開示されている車両によれば、エンジンによる運転の他、モータのみの動力による運転も可能となる。しかし、特許文献１、２に開示されている車両はいずれも、モータの動力伝達系統を出力軸から切り離すことができない。このため、エンジンによる運転時にモータが駆動していない場合、意図しているか、していないかを問わず、モータは、実質的に抵抗として働き、エンジンの出力をロスしていることとなる。

本発明では、エンジンとモータの双方のうちの一方のみの動力による運転時において、不使用の動力源を機械的に切り離すことを可能とするハイブリッド型トランスミッションを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るハイブリッド型トランスミッションは、エンジンからの動力が入力される第１入力軸と、前記第１入力軸を介して入力された動力を出力する出力軸へ伝達するエンジン系変速手段と、前記エンジン系変速手段に備えられ、前記エンジンの動力によって得られる油圧により作動圧を得る油圧クラッチと、モータからの動力が入力される第２入力軸と、前記第２入力軸を介して入力された動力を前記出力軸へ伝達するモータ系変速手段と、前記モータ系変速手段に備えられる噛み合いクラッチと、を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するハイブリッド型トランスミッションにおいて、前記噛み合いクラッチは、エア圧によって作動可能な構成とすると良い。このような特徴を有する事により、エンジンを停止させ、油圧を得られない場合であっても、噛み合いクラッチを作動させ、モータによる動力を出力軸へ伝達することが可能となる。

また、上記のような特徴を有するハイブリッド型トランスミッションにおいて、前記噛み合いクラッチは、手動動作によって作動可能な構成とすることもできる。このような特徴を有する事により、エンジンを停止させ、油圧を得られない場合に加え、十分なエア圧の供給が得られない場合であっても、噛み合いクラッチを作動させ、モータによる動力を出力軸へ伝達することが可能となる。

さらに、上記のような特徴を有するハイブリッド型トランスミッションにおいて、前記噛み合いクラッチは、前記エンジンの動力を前記モータに伝達する動力伝達系を構成する切替ポジションを備えるようにしても良い。このような特徴を有することにより、エンジンを動力とした運転時には、意図的に、モータをジェネレータとして働かせ、発電を行うことも可能となる。

上記のような特徴を有するハイブリッド型トランスミッションによれば、エンジンとモータの双方のうちの一方のみの動力による運転時において、不使用の動力源を機械的に切り離すことが可能となる。よって、エンジンの動力による運転を行っている際に、モータが抵抗となり、出力ロスを招かないようにすることができる。

第１実施形態に係るトランスミッションの構成を示す模式図である。 実施形態に係るトランスミッションにおける回転軸の配置関係を説明するための模式図である。 第２実施形態に係るトランスミッションの構成を示す模式図である。

以下、本発明のハイブリッド型トランスミッションに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係るハイブリッド型トランスミッションを構成する上で好適な形態の一部であり、その効果を奏する限りにおいて、構成の一部を変更した場合であっても、本発明の一部とみなすことができる。

［第１実施形態］
まず、図１を参照して、第１実施形態に係るハイブリッド型トランスミッションについて説明する。本実施形態に係るハイブリッド型トランスミッション（以下、単にトランスミッション１０と称す）は、第１入力軸１２と第２入力軸２４、出力軸３２、エンジン系変速手段３６、及びモータ系変速手段３８を基本として構成されている。

第１入力軸１２は、エンジン（例えばディーゼルエンジン）からの動力が入力される軸であり、入力側には、カップリング１４が備えられている。カップリング１４は、エンジンの出力軸からの動力を伝達する回転軸１６と、第１入力軸１２との間に介在される継手である。図１に示すように、カップリング１４を流体継手とすることで、油圧により、第１入力軸１２に入力される動力の回転数やトルクの調節を行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る第１入力軸１２には、ポンプ駆動用のギア２０の他、エンジン系変速手段３６を構成するバックギア３６ａ１と、伝達ギア３６ａ２を有する油圧クラッチ３６ａが備えられている。なお、ポンプ駆動用のギア２０とは、第１入力軸１２の回転に伴い回転し、油圧ポンプ２２の駆動軸２２ａを回転させるための要素である。油圧ポンプ２２は、エンジン系変速手段３６を構成する油圧クラッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃを稼働させる作動油を供給する他、各摺動部に潤滑油を供給する役割を担う。

第２入力軸２４は、モータ２６からの動力が入力される軸であり、カップリング２８を介してモータ２６の回転軸２６ａと接続される。第２入力軸２４は、駆動モード選択軸４０を含むモータ系変速手段３８へ、モータ２６の動力を伝達する要素である。第２入力軸２４には、駆動モード選択軸４０に動力を伝達するためのギア３０が備えられている。駆動モード選択軸４０には、噛み合いクラッチ４２を備え、後段のギア４４，４６への動力の伝達、切り離しを可能な構成としている。

本実施形態に係る噛み合いクラッチ４２は、シフター部にエアシリンダ４８を備える構成とされている。このような構成とすることで、噛み合いクラッチ４２は、エア圧により、噛み合い状態と切離状態との切り替えを行うことが可能となる。なお、シフター部には、噛み合いクラッチ４２の状態切替を手動で行うための切替レバー５０も備えられている。このような構成とすることで、噛み合いクラッチ４２の状態切替を行うためのエア圧が充分に確保できない場合であっても、噛み合いクラッチ４２の状態切替を行うことが可能となる。

出力軸３２は、エンジン系変速手段３６またはモータ系変速手段３８を介して回転数、およびトルクが変換された動力の出力を行う役割を担う回転軸である。本実施形態の場合、エンジン系変速手段３６およびモータ系変速手段３８と出力軸３２との間に、共通する変速軸３４が介在されている。

エンジン系変速手段３６は、第１入力軸１２と出力軸３２（変速軸３４）の間に介在される変速手段であり、複数の回転軸と複数のギア、および油圧クラッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃを介して動力の伝達、回転数、トルクの変換、および回転方向の変更を行う要素である。

本実施形態の場合、油圧クラッチ３６ａを構成する伝達ギア３６ａ２は、フロントギア３６ｂ１を備えた油圧クラッチ３６ｂを構成する伝達ギア３６ｂ２に噛み合い、第１入力軸１２の動力を油圧クラッチ３６ｂの回転軸に伝達するように構成されている。

本実施形態に係るトランスミッション１０は、図２に示すように、出力軸３２を取り囲むようにエンジン系変速手段３６を構成する回転軸と、モータ系変速手段３８を構成する回転軸が、それぞれ配置されている。そして、バックギア３６ａ１とフロントギア３６ｂ１は共に、油圧クラッチ３６ｃを構成する伝達ギア３６ｃ１に噛み合い、油圧クラッチ３６ａと油圧クラッチ３６ｂのいずれかの稼働により、伝達される動力の回転方向を変化させることが可能に構成されている。

モータ系変速手段３８は、第２入力軸２４と出力軸３２（変速軸３４）の間に介在される変速手段であり、複数の回転軸と複数のギアを有し、回転数、およびトルクの変換を行う要素である。上述したように、本実施形態に係るトランスミッション１０は、出力軸３２を囲むようにエンジン系変速手段３６と、モータ系変速手段３８が配置されており、それぞれ別個の動力伝達系統を備えている。そして、油圧クラッチ３６ａ，３６ｂ、および噛み合いクラッチ４２の切り替え稼働により、動力の回転方向や、伝達系統の切り替えが可能となる。

このような構成のトランスミッション１０では、エンジン駆動時には、油圧ポンプ２２によって得られる油圧をエンジン系変速手段３６に備えられた油圧クラッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃに作動油として供給することで、動力の伝達を可能にしている。なお、油圧ポンプ２２は、各摺動部に対して潤滑油を供給する役割も担う。

一方、エンジンを停止させ、モータ２６により駆動を行う際には、エア圧により噛み合いクラッチ４２を作動させ、モータ系変速手段３８を介して、モータ２６の動力を出力軸３２に伝達する構成としている。なお、噛み合いクラッチ４２を作動させるためのエア圧は、エンジン駆動時に図示しないコンプレッサを作動させて貯留しておけば良い。ここで、エンジン停止時における摺動部の潤滑油は、モータ２６の回転軸２６ａに備えられたギア３０から動力を得る潤滑ポンプ１８によってまかなわれるように構成されている。油圧クラッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃの作動油を供給する必要の無い潤滑ポンプ１８は、油圧ポンプ２２に比べ、小さな容量のポンプとすることができる。

［効果］
このような構成のトランスミッション１０によれば、エンジンを停止した状態であっても、動力の伝達経路の切り替えを行い、モータ２６による駆動が可能となる。また、エンジンによる駆動時には、出力軸３２に対してモータ２６の動力伝達系統を切り離すことができるため、モータ２６が抵抗となり、大きな出力ロスを生じさせることも避けることができる。

また、モータ２６による駆動時には、エンジンを完全に停止させることができるため、排気ガスの排出が無い。よって、トンネル等の通気性の悪い空間を進行する場合であっても、当該空間を汚染することなく進むことが可能となる。このため、このような空間内で作業員が外部作業を行う場合であっても、作業員が排気ガスを吸引するといった事態を避けることができるようになる。

また、このような構成のトランスミッション１０を鉄道車両に搭載した場合には、エンジンによる動力が得られなくなった場合であっても、車両を移動させ、軌道からの退避を図ることが可能となる。よって、車両故障によって生じる後続車両への影響を小さなものとすることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、図３を参照して、本発明のハイブリッド型トランスミッションに係る第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係るトランスミッション１０Ａの殆どの構成は、上述した第１実施形態に係るトランスミッション１０と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に同一符号を附して詳細な説明を省略することとする。

本実施形態に係るトランスミッション１０Ａと、第１実施形態に係るトランスミッション１０とでは、駆動モード選択軸４０の構成が異なる。第１実施形態に係るトランスミッション１０における駆動モード選択軸４０は、２ポジションの切り替えを可能とする噛み合いクラッチ４２により、モータ系変速手段３８の後段ギア４４，４６への接続と、切り離しとを可能な構成とされていた。これに対し、本実施形態に係る駆動モード選択軸４０には、３ポジションの切り替えを可能とする噛み合いクラッチ４２Ａが備えられている。

本実施形態の噛み合いクラッチ４２ａは、モータ２６の動力を出力軸３２へ伝達するためのポジション（モータ駆動ポジション）と、モータ２６を駆動系から切り離すポジション（エンジン駆動ポジション）、およびエンジンの動力をモータ２６へ伝達するためのポジション（ジェネレーションポジション）の切り替えを可能としている。

エンジンの動力をモータ２６へ伝達するためのポジションは、第１入力軸１２から油圧ポンプ２２への動力伝達を行うギア２０の動力を、駆動モード選択軸４０へ伝達することを可能にするものである。このようなポジションを選択することで意図的に、モータ２６をジェネレータとして働かせることもできるようになる。

その他の構成、作用、効果については、上述した第１実施形態に係るトランスミッション１０と同様である。

１０，１０Ａ………トランスミッション、１２………第１入力軸、１４………カップリング、１６………回転軸、１８………潤滑ポンプ、２０………ギア、２２………油圧ポンプ、２２ａ………駆動軸、２４………第２入力軸、２６………モータ、２６ａ………回転軸、２８………カップリング、３０………ギア、３２………出力軸、３４………変速軸、３６………エンジン系変速手段、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ………油圧クラッチ、３６ａ１………バックギア、３６ａ２………伝達ギア、３６ｂ１………フロントギア、３６ｂ２………伝達ギア、３６ｃ１………伝達ギア、３８………モータ系変速手段、４０………駆動モード選択軸、４２………噛み合いクラッチ、４４，４６………ギア、４８………エアシリンダ、５０………切替レバー。

Claims (4)

1. エンジンからの動力が入力される第１入力軸と、
   前記第１入力軸を介して入力された動力を出力する出力軸へ伝達するエンジン系変速手段と、
   前記エンジン系変速手段に備えられ、前記エンジンの動力によって得られる油圧により作動圧を得る油圧クラッチと、
   モータからの動力が入力される第２入力軸と、
   前記第２入力軸を介して入力された動力を前記出力軸へ伝達するモータ系変速手段と、
   前記モータ系変速手段に備えられる噛み合いクラッチと、を有することを特徴とするハイブリッド型トランスミッション。
2. 前記噛み合いクラッチは、エア圧によって作動可能な構成としていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型トランスミッション。
3. 前記噛み合いクラッチは、手動動作によって作動可能な構成としていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型トランスミッション。
4. 前記噛み合いクラッチは、前記エンジンの動力を前記モータに伝達する動力伝達系を構成する切替ポジションを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド型トランスミッション。

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