(57)【要約】【課題】  車両への搭載性が良好で小型の動力出力装置を提供する。【解決手段】  モータ４２の回転軸４５とデファレンシャルギヤ６８を介して動力を出力する駆動軸としての後輪２６ａ，２６ｂの車軸とを同一の回転中心軸４１とすると共に変速機５０の入力軸としてサンギヤ５２の回転中心や変速機５０の出力軸としてのキャリア５５の回転中心である回転中心軸４８と回転中心軸４１とを水平かつ平行になるようモータ４２とデファレンシャルギヤ６８と変速機５０とを配置し、回転中心軸４１と回転中心軸４８とが車両のフロアに対して平行に且つ車両の進行方向に対して直交するように車両に搭載する。これにより、動力出力装置の軸方向の長さを短くすることができると共に動力出力装置４０の車両の鉛直方向に対する大きさ（高さ）を低くすることができ、乗員室や荷物室のスペースを大きく採ることができる。【選択図】        図２
2006082748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動軸と同軸上に回転子が配置された電動機と、
前記駆動軸とは異なる回転中心軸を入力軸および出力軸として前記電動機からの動力を変速して前記駆動軸に伝達する変速伝達手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項２】
前記変速伝達手段は、前記入力軸および前記出力軸が前記駆動軸と平行に配置されてなる手段である請求項１記載の動力出力装置。
【請求項３】
前記変速伝達手段は、変位可能な所定部材の変位量を調整することにより変更される複数の変速段をもって前記電動機からの動力を前記駆動軸に変速して伝達する手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記変速伝達手段は、遊星歯車機構を有し、前記所定部材を第１の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素の一つをケースに固定して第１の変速段とし、前記所定部材を第２の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素のうちのいずれか二つを連結して第２の変速段とし、前記所定部材を第３の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素の一つを解放して前記電動機を前記車軸側から切り離す手段である請求項３記載の動力出力装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置を前記駆動軸と前記変速伝達手段の入力軸および出力軸の回転中心軸とに交差する直線が車両フロアと略平行となるよう搭載してなる自動車。
【請求項６】
前記動力出力装置は、前記車両フロアと略平行な上面を有するケースを備える請求項５記載の自動車。
【請求項７】
前記駆動軸に連結された車軸とは異なる車軸に走行用の駆動力を出力可能な駆動力源を搭載する請求項５または６記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車に関し、詳しくは、車軸に連結された駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載する自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の動力出力装置としては、デファレンシャルギヤ機構に接続された駆動軸とは異なる回転中心軸に回転子が取り付けられた電動機と、この電動機の回転軸と駆動軸とは異なる回転中心軸を有し電動機と駆動軸とを連結するカウンタギヤ機構とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車両に搭載される動力出力装置は、車両の限られたスペースに配置することを考えるとできる限り小型であることが好ましく、配置の自由度や車両の空力特性を考慮すれば車両に搭載したときに垂直方向の厚みが小さいことが好ましい。こうした課題は車両を４輪駆動車とするために、前後の車軸のうちの一方に走行用の駆動力を出力する内燃機関などの駆動力源の他に他方の車軸に補佐的に走行用の駆動力を出力する動力出力装置にも当然に成立する。
【０００４】
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、装置の小型化を図ることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、車両への搭載性が良好な装置とすることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の動力出力装置は、
車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、
前記駆動軸と同軸上に回転子が配置された電動機と、
前記駆動軸とは異なる回転中心軸を入力軸および出力軸として前記電動機からの動力を変速して前記駆動軸に伝達する変速伝達手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の動力出力装置では、電動機の回転子が車軸に連結された駆動軸と同軸上となるよう配置すると共に電動機からの動力を変速して駆動軸に伝達する変速伝達手段の入力軸および出力軸を駆動軸とは異なる回転中心軸となるよう配置する。これにより、すべてを同軸上に配置するものに比して軸方向の長さを短くすることができ、すべてを異なる軸上に配置するものに比して回転軸に直交する方向の長さを短くすることができる。即ち、装置をコンパクトなものとすることができ、車両への搭載性の向上を図ることができる。ここで、駆動軸には、車軸に連結された軸が含まれる他、車軸自体も含まれる。なお、変速伝達手段は、入力軸および出力軸が駆動軸と平行に配置されてなる手段であるものとすることもできる。
【０００８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記変速伝達手段は、変位可能な所定部材の変位量を調整することにより変更される複数の変速段をもって前記電動機からの動力を前記駆動軸に変速して伝達する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定部材の変位量を調整するだけで変速段を変更することができる。したがって、装置を簡易な構成とすることができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記変速伝達手段は、遊星歯車機構を有し、前記所定部材を第１の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素の一つをケースに固定して第１の変速段とし、前記所定部材を第２の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素のうちのいずれか二つを連結して第２の変速段とし、前記所定部材を第３の変位量とすることにより前記遊星歯車機構の３つの回転要素の一つを解放して前記電動機を前記車軸側から切り離す手段であるものとすることもできる。
【０００９】
本発明の自動車は、
上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な動力出力装置であって、前記駆動軸と同軸上に回転子が配置された電動機と、前記駆動軸とは異なる回転中心軸を入力軸および出力軸として前記電動機からの動力を変速して前記駆動軸に伝達する変速伝達手段と、を備える動力出力装置を、前記駆動軸と前記変速伝達手段の入力軸および出力軸の回転中心軸とに交差する直線が車両フロアと略平行となるよう搭載してなることを要旨とする。
【００１０】
この本発明の自動車では、駆動軸と変速伝達手段の入力軸および出力軸の回転中心軸とに交差する直線が車両フロアと略平行となるよう動力出力装置を搭載するから、動力出力装置の二つの軸が車両フロアに略平行となるよう配置されることになり、こうした二つの軸が車両フロアに平行に配置されないものに比して、動力出力装置を搭載したときの車両フロアからの動力出力装置の厚みを薄くすることができる。この結果、車両の乗員室や荷物室の床を低くすることができる。
【００１１】
こうした本発明の自動車において、前記動力出力装置は、前記車両フロアと略平行な上面を有するケースを備えるものとすることともできる。こうすれば、搭載性を更に良好なものとすることができる。
【００１２】
また、本発明の自動車において、前記駆動軸に連結された車軸とは異なる車軸に走行用の駆動力を出力可能な駆動力源を搭載するものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン３２と、エンジン３２からの動力を変速してデファレンシャルギヤ２２を介して前輪２４ａ，２４ｂに伝達するオートマチックトランスミッション３４と、エンジン３２からの動力の一部を用いて発電する発電機３８と、モータ４２と変速機５０とデファレンシャルギヤ６８とから構成されモータ４２からの動力を変速機５０により変速しデファレンシャルギヤ６８を介して後輪２６ａ，２６ｂに出力する動力出力装置４０と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１５】
エンジン３２はガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料や水素燃料などにより動力を出力する通常の内燃機関として抗せされており、オートマチックトランスミッション３４はトルクコンバータと複数の遊星歯車機構とブレーキやクラッチなどから構成される有段式の通常の自動変速装置として構成されている。エンジン３２とオートマチックトランスミッション３４は、共にエンジン変速機用電子制御ユニット（以下、ＥＧＡＴＥＣＵという）３６により駆動制御されている。
【００１６】
発電機３８は、例えば同期発電機として構成されており、インバータ３９ａにより駆動する。発電機３８により発電された電力は、インバータ３９ａを介してバッテリ３７を充放電したり、モータ４２を駆動するインバータ３９ｂを介してモータ４２に供給される。
【００１７】
図２は動力出力装置４０の構成の概略を示す構成図であり、図３は動力出力装置４０の構成の概略を模式的に示す構成図である。動力出力装置４０は、ロータ４３とステータ４４とからなる同期発電電動機として構成されたモータ４２と、このモータ４２からの動力を変速するプラネタリギヤ５１を中心として構成された変速機５０と、変速機５０により変速された動力を後輪２６ａ，２６ｂに伝達するデファレンシャルギヤ６８とにより構成されている。図２から解るように、モータ４２のロータ４３の回転中心軸４１は、デファレンシャルギヤ６８の出力側である後輪２６ａ，２６ｂの車軸の回転中心軸に一致しており、変速機５０は、その回転中心軸４８がモータ４２のロータ４３の回転中心軸４１に対して水平かつ平行になるよう配置されている。即ち、回転中心軸４１と回転中心軸４８は、車両のフロアに対して平行になるように且つ車両の進行方向に対して直行するように配置されているのである。
【００１８】
モータ４２の回転軸４５は、後輪２６ａ，２６ｂの車軸が貫通する中空軸として構成されており、伝達ギヤ４６を介してプラネタリギヤ５１のサンギヤ５２に連結されている。プラネタリギヤ５１の複数のピニオンギヤ５４を回転自在に連結するキャリア５５は、連絡ギヤ６４を介してデファレンシャルギヤ６８に連結されている。したがって、変速機５０の入力軸としてはサンギヤ５２の回転軸が相当し、変速機５０の出力軸としてはキャリア５５の回転軸が相当する。上述の回転中心軸４８はこの入力軸としてのサンギヤ５２や出力軸としてのキャリア５５の回転中心軸を意味する。プラネタリギヤ５１のリングギヤ５３は、スリーブ６０を介してキー５６に連結されている。キー５６には、ケースに取り付けられたケース側固定部５８と連結可能なリングギヤ側固定部５６ａと、伝達ギヤ４６に取り付けられた連絡部材５９の伝達ギヤ側固定部５９ａに連結可能なサンギヤ側固定部５６ｂとが形成されている。キー５６は、シフトフォーク５７を介してアクチュエータ６２に取り付けられており、アクチュエータ６２がシフトフォーク５７を図中左右に移動させることにより、図中左右に移動する。
【００１９】
図４にニュートラルの状態のときの変速機５０の一部を示し、図５にＨｉギヤの状態のときの変速機５０の一部を示し、図６にＬｏギヤの状態のときの変速機５０の一部を示す。図４に示すように、キー５６のリングギヤ側固定部５６ａがケースのケース側固定部５８と連結しないようにすると共にサンギヤ側固定部５６ｂが伝達ギヤ４６側の伝達ギヤ側固定部５９ａに連結しないようにすることにより、リングギヤ５３を解放し、ニュートラルを形成する。また、図５に示すように、シフトフォーク５７を介してアクチュエータ６２により図４の状態からキー５６を図中左方向に移動させることにより、キー５６のサンギヤ側固定部５６ｂと伝達ギヤ４６側の伝達ギヤ側固定部５９ａと連結し、リングギヤ５３を伝達ギヤ４６を介してサンギヤ５２に連結する。このとき、プラネタリギヤ５１は、一体の回転体として回転する。したがって、Ｈｉギヤのギヤ比は、１：１となる。さらに、図６に示すように、シフトフォーク５７を介してアクチュエータ６２により図４の状態からキー５６を図中右方向に移動させることにより、キー５６のリングギヤ側固定部５６ａとケースのケース側固定部５８と連結し、リングギヤ５３をケースに固定する。このとき、プラネタリギヤ５１は、サンギヤ５２の動力を減速してキャリア５５に出力する減速ギヤとして作用する。プラネタリギヤ５１のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を用いれば、Ｌｏギヤのギヤ比は（１＋ρ）：ρとなる。
【００２０】
図７は、動力出力装置４０を収納するケース６５を回転中心軸４１、４８に沿って横から見た外観図である。図示するように、動力出力装置４０は、回転中心軸４１と回転中心軸４８とが略水平に配置された車両のフロアに対して平行に且つ車両の進行方向に対して直行するように車両に搭載されているから、動力出力装置４０を収納するケース６５の上面も車両のフロアと略水平なものとなる。したがって、動力出力装置４０およびそのケース６５の車両の鉛直方向に対する大きさ（高さ）を低くすることができ、乗員室や荷物室のスペースを大きく採ることができる。
【００２１】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、インバータ３９ａに取り付けられた図示しない電流センサからの発電機３８の相電流やインバータ３９ｂに取り付けられた図示しない電流センサからのモータ４２の相電流，イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖ，モータ４２のロータ４３の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからの回転位置などが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機５０への変速制御信号やインバータ３９ａやインバータ３９ｂのスイッチング素子をスイッチングするためのスイッチング制御信号などが出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、ＥＧＡＴＥＣＵ３６と通信ポートを介して接続されており、ＥＧＡＴＥＣＵ３６と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるシフトレバー８１の操作やアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，車速センサ８８からの車速Ｖに基づいて、エンジン３２からの動力を前輪２４ａ，２４ｂに出力すると共にモータ４２からの動力を後輪２６ａ，２６ｂに出力して走行する４輪駆動走行（４ＷＤ走行）と、モータ４２の駆動を停止し、エンジン３２からの動力を前輪２４ａ，２４ｂに出力するだけで走行する２輪駆動走行（２ＷＤ走行）とを切り替えて走行する。４ＷＤ走行のときには、更に、変速機５０をＬｏギヤの状態として走行したり、変速機５０をＨｉギヤの状態として走行したりする。
【００２３】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０に搭載した動力出力装置４０によれば、モータ４２の回転軸４５とデファレンシャルギヤ６８を介して動力を出力する駆動軸としての後輪２６ａ，２６ｂの車軸とを同一の回転中心軸４１とすると共に変速機５０の入力軸としてサンギヤ５２の回転中心や変速機５０の出力軸としてのキャリア５５の回転中心である回転中心軸４８と回転中心軸４１とを水平かつ平行になるようモータ４２とデファレンシャルギヤ６８と変速機５０とを配置することにより、モータと変速機とデファレンシャルギヤのすべてを同軸上に配置するものに比して軸方向の長さを短くすることができ、モータと変速機とデファレンシャルギヤのすべてを異なる軸上に配置するものに比して回転軸に直交する方向の長さを短くすることができる。この結果、動力出力装置４０をコンパクトなものとすることができ、車両への搭載性の向上を図ることができる。しかも、回転中心軸４１と回転中心軸４８とが車両のフロアに対して平行に且つ車両の進行方向に対して直行するように車両に搭載されているから、動力出力装置４０を収納するケース６５の上面を車両のフロアと略水平にすることができる。したがって、動力出力装置４０およびそのケース６５の車両の鉛直方向に対する大きさ（高さ）を低くすることができ、乗員室や荷物室のスペースを大きく採ることができる。
【００２４】
また、実施例のハイブリッド自動車２０に搭載した動力出力装置４０によれば、キー５６を図２〜図６中左右方向に直線移動させることにより、変速機５０をＨｉギヤの状態とＬｏギヤの状態とニュートラルの状態に切り替えることができる。即ち、動力出力装置４０の変速機５０の変速段の変更を簡易な構成で容易に行なうことができる。
【００２５】
実施例のハイブリッド自動車２０の動力出力装置４０では、変速機５０をＨｉギヤの状態とＬｏギヤの状態とニュートラルの状態とに切り替えることができるよう構成したが、変速機５０をＨｉギヤの状態とＬｏギヤの状態とにだけ切り替えることができるよう構成するものとしてもよいし、変速機５０を３段以上の複数段に切り替えることができるよう構成するものとしてもよい。
【００２６】
実施例のハイブリッド自動車２０の動力出力装置４０では、変速機５０をＨｉギヤの状態とするのにキー５６により伝達ギヤ４６を介してサンギヤ５２とリングギヤ５３とが連結されるように構成したが、プラネタリギヤ５１はサンギヤ５２とリングギヤ５３とキャリア５５の３つの回転要素のうちいずれかを連結することにより一体の回転体となるから、Ｈｉギヤの状態とする際にサンギヤ５２とキャリア５５とが連結されるようにしてもよいし、リングギヤ５３とキャリア５５とが連結されるようにしてもよい。
【００２７】
実施例のハイブリッド自動車２０の動力出力装置４０では、アクチュエータ６２によりキー５６を図２〜図６中左右方向に直線移動させることにより、変速機５０をＨｉギヤの状態とＬｏギヤの状態とニュートラルの状態に切り替えるものとしたが、アクチュエータによる部材の直線移動によって変速機のギヤの状態を切り替えるものであれば、他の構成としてもよい。
【００２８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン３２とオートマチックトランスミッション３４とからなる駆動源からの動力を前輪２４ａ，２４ｂに出力するよう構成したが、前輪２４ａ，２４ｂに動力を出力する駆動源はエンジン３２に限られず、エンジンとモータとからなるハイブリッドシステムでもよく、燃料電池と燃料電池からの電力で駆動するモータとからなる燃料電池システムでもよく、如何なる駆動源としてもよい。
【００２９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、前輪２４ａ，２４ｂに動力を出力するエンジン３２とオートマチックトランスミッション３４とからなる前輪用の駆動力装置と後輪２６ａ，２６ｂに動力を出力する動力出力装置４０とを搭載するものとしたが、動力出力装置４０だけを搭載し、前輪用の駆動力装置を搭載しないものとしてもよい。この場合、動力出力装置４０を前輪側に取り付けるものとしても差し支えない。
【００３０】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、自動車製造産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】動力出力装置４０の構成の概略を示す構成図である。
【図３】動力出力装置４０の構成の概略を模式的に示す構成図である。
【図４】ニュートラルの状態のときの変速機５０の一部を示す説明図である。
【図５】Ｈｉギヤの状態のときの変速機５０の一部を示す説明図である。
【図６】Ｌｏギヤの状態のときの変速機５０の一部を示す説明図である。
【図７】動力出力装置４０を収納するケース６５を回転中心軸４１、４８に沿って横から見た外観図である。
【符号の説明】
【００３３】
２０  ハイブリッド自動車、２２  デファレンシャルギヤ、２４ａ，２４ｂ  前輪、２６ａ，２６ｂ  後輪、３２  エンジン、３４  オートマチックトランスミッション、３６  ＥＧＡＴＥＣＵ、３８  発電機、３９ａ，３９ｂ  インバータ、４０  動力出力装置、４１，４８  回転中心軸、４２  モータ、４３  ロータ、４４  ステータ、４５  回転軸、４６  伝達ギヤ、５０  変速機、５１  プラネタリギヤ、５２  サンギヤ、５３  リングギヤ、５４  ピニオンギヤ、５５  キャリア、５６  キー、５６ａ  リングギヤ側固定部、５６ｂ  サンギヤ側固定部、５７  シフトフォーク、５８  ケース側固定部、５９  連絡部材、５９ａ  伝達ギヤ側固定部、６０  スリーブ、６２  アクチュエータ、６４  連絡ギヤ、６５  ケース、６８  デファレンシャルギヤ、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  イグニッションスイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ。
【図１】
2006082748.tif 000003
【図２】
2006082748.tif 000004
【図３】
2006082748.tif 000005
【図４】
2006082748.tif 000006
【図５】
2006082748.tif 000007
【図６】
2006082748.tif 000008
【図７】
2006082748.tif 000009