(57)【要約】【課題】ハイブリッド駆動装置の在来の自動変速機との積換えを可能とする。【解決手段】ハイブリッド駆動装置は、エンジンＥＧに連結される入力軸１０と同軸上に軸方向に並べて、第１及び第２の２つの電動機Ｇ，Ｍと、トルクスプリット装置Ｐとを備える。第１の電動機Ｇを第２の電動機Ｍより大径で軸方向寸法が短い電動機とし、入力軸がエンジンに連結される側に第１の電動機を配置し、それより後方に第２の電動機を配置した。これにより、駆動装置の外形が在来の自動変速機と同様となり、積換えが可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連結される入力軸と同軸上に軸方向に並べて、第１及び第２の２つの電動機と、トルクスプリット装置とを配したハイブリッド駆動装置において、
前記第１の電動機は、前記第２の電動機に対して大径で軸方向寸法が短い電動機とされ、
前記トルクスプリット装置は、４要素のスプリット装置とされ、
前記入力軸がエンジンに連結される側に、第１の電動機が配置され、それより後方に第２の電動機が配置されたことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
【請求項２】
前記トルクスプリット装置は、前記第１の電動機と第２の電動機の間に配置された、請求項１記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項３】
前記トルクスプリット装置は、前記第２の電動機の後方に配置された、請求項１記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項４】
前記トルクスプリット装置は、前記入力軸、第１の電動機、第２の電動機及び出力手段に連結されたラビニョ形プラネタリギヤセットで構成された、請求項１、２又は３記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項５】
前記ラビニョ形プラネタリギヤセットは、第１のサンギヤと、第２のサンギヤと、リングギヤと、第１のサンギヤ及びリングギヤに噛合うロングピニオンギヤを支持するとともに第２のサンギヤ及びロングピニオンに噛合うショートピニオンギヤを支持するキャリヤとからなる、請求項４記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項６】
前記入力軸は、前記キャリヤに連結され、前記第１の電動機は、前記第１のサンギヤに連結され、前記第２の電動機は、前記第２のサンギヤに連結され、前記出力手段は、前記リングギヤに連結された、請求項５記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項７】
前記出力手段は、前記入力軸と同軸配置の出力軸である、請求項４、５又は６記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項８】
前記第１の電動機と第２の電動機は、少なくとも一部において径方向に重合する、請求項１又は３記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項９】
前記トルクスプリット装置は、少なくとも一部において前記第１の電動機と径方向に重合する、請求項２記載のハイブリッド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の燃焼機関（本明細書において、エンジンという）に連結されるハイブリッド駆動装置に関し、特に、２つの電動機を内蔵するスプリット形駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車用の駆動装置において、エンジンに連結する入力軸と同軸上に２つの電動機（本明細書において、モータ、モータジェネレータ又はジェネレータを総称して電動機という。）と遊星歯車を配置し、入力軸と第１の電動機とを遊星歯車を介して出力手段に駆動連結し、更に第２の電動機を直接出力手段に連結した構成のスプリット形駆動装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３４３９７号公報（第２−３頁、図９）
【０００４】
上記の駆動装置は、大きな駆動力を必要とする運転状態では、３要素の遊星歯車の要素中の入力軸に連結された要素（キャリア）にエンジントルクを入力し、第１の電動機に連結された要素（サンギヤ）により反力を支持させることで、残りの要素（リングギヤ）に連結された出力手段にエンジントルクを伝達させながら、第２の電動機の出力トルクにより駆動力を補助することで車両を走行させる駆動形式を採る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように３要素の遊星歯車をスプリット装置とし、第２の電動機を直接出力手段に連結した構成の駆動装置では、遊星歯車において設定可能なギヤ比と、エンジン出力トルクが回転数の変化に対して概ね一定であることとの関係から、エンジンによる駆動力を大幅に上回る駆動力を要する走行状態では、不足分の駆動力を第２の電動機の出力トルクで補助することになる。こうした大きな駆動力の補助に対応可能な電動機は、出力トルクの大きなもの、すなわち車両への搭載性から外径を制約されるとすれば、軸方向寸法の大きなものとならざるを得ない。
【０００６】
また、このように第２の電動機に大きなトルク出力をさせる状態では、そのエネルギ源としての電力の多くの部分を第１の電動機の発電力に依存することになるので、エネルギ変換としてみると、第１の電動機による機械的エネルギを電気的エネルギに変換し、電気的エネルギを第２の電動機に供給して再度機械的エネルギとするエネルギ変換を生じさせていることになり、エネルギロスによる効率の低下は免れない。
【０００７】
そこで、上記特許文献の提案に係る発明では、遊星歯車を４要素のラビニョ形の遊星歯車とし、第２の電動機を遊星歯車の１要素と出力手段が連結された要素にクラッチを介して適宜係脱自在とすることで上記の問題点に対処している。
【０００８】
本発明は、前記のようなハイブリッド駆動装置において、エンジンに連結する入力軸と同軸上に２つの電動機と遊星歯車を配置する構成を踏襲しながら、トルクコンバータと多段変速機構を組み合わせた在来の自動変速機との積換えを可能とすることを主たる目的とする。更に本発明は、ハイブリッド駆動装置の効率を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンに連結される入力軸と同軸上に軸方向に並べて、第１及び第２の２つの電動機と、トルクスプリット装置とを配したハイブリッド駆動装置において、前記第１の電動機は、前記第２の電動機に対して大径で軸方向寸法が短い電動機とされ、前記トルクスプリット装置は、４要素のスプリット装置とされ、前記入力軸がエンジンに連結される側に、第１の電動機が配置され、それより後方に第２の電動機が配置されたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成において、前記トルクスプリット装置は、前記第１の電動機と第２の電動機の間に配置された構成としてもよいし、前記第２の電動機の後方に配置された構成としてもよい。
【００１１】
上記いずれの構成を採る場合も、前記トルクスプリット装置は、前記入力軸、第１の電動機、第２の電動機及び出力手段に連結されたラビニョ形プラネタリギヤセットで構成されるのが有効である。この場合、前記ラビニョ形プラネタリギヤセットは、第１のサンギヤと、第２のサンギヤと、リングギヤと、第１のサンギヤ及びリングギヤに噛合うロングピニオンギヤを支持するとともに第２のサンギヤ及びロングピニオンに噛合うショートピニオンギヤを支持するキャリヤとからなる構成とするのが有効である。この場合、前記入力軸は、前記キャリヤに連結され、前記第１の電動機は、前記第１のサンギヤに連結され、前記第２の電動機は、前記第２のサンギヤに連結され、前記出力手段は、前記リングギヤに連結された構成が望ましい。
【００１２】
上記の構成において、前記出力手段は、前記入力軸と同軸配置の出力軸とすることができる。また、上記の構成中、トルクスプリット装置を、前記第１の電動機と第２の電動機の間に配置したものでは、前記トルクスプリット装置は、少なくとも一部において前記第１の電動機と径方向に重合する配置が有効である。また、前記トルクスプリット装置を、前記第２の電動機の後方に配置したものでは、前記第１の電動機と第２の電動機は、少なくとも一部において径方向に重合する配置が有効である。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
前記請求項１〜３に記載の構成では、ハイブリッド駆動装置のエンジンとの連結側に大径かつ短尺の第１の電動機が位置し、それより小径かつ長尺の第２の電動機とトルクスプリット装置が後方に位置する配置となるため、車両への搭載上、在来の自動変速機において、トルクコンバータが位置するスペースに第１の電動機を位置させ、多段変速機構が位置するスペースに第２の電動機とトルクスプリット装置を位置させる配置となり、これによりＦＲ車用とＦＦ車用とを問わず、スプリット形ハイブリッド駆動装置と在来の自動変速機との積換えをが容易に可能となる。
【００１４】
次に、請求項４〜６に記載の構成では、２つの電動機とトルクスプリット装置を１軸上に配した外形寸法の小さな駆動装置で、ラビニョ形プラネタリギヤセットの採用により電動機を低容量化することができるため、ハイブリッド駆動装置の特に軸方向寸法の短縮によるコンパクト化が可能となる。また、トルクスプリット装置を２つのシンプルプラネタリギヤセットの組み合わせで構成する場合に比べて、プラネタリギヤの要素間を連結する部材をなくせる分だけトルクスプリット装置の軸方向寸法を短くすることができるため、４要素のトルクスプリット装置を用いることに伴う軸方向寸法の増加を最小限に抑えることができる。
【００１５】
次に、請求項７に記載の構成では、上記各効果を達成するＦＲ車用のハイブリッド駆動装置を実現することができる。
【００１６】
また、請求項８又は９に記載の構成では、ハイブリッド駆動装置の軸長が一層短縮される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態のハイブリッド駆動装置を軸方向断面で示す。この駆動装置は、エンジン縦置きのＦＲ車への適用を意図するもので、クランク軸のみを図示するエンジンＥＧに連結される入力軸１０と同軸上に軸方向に並べて、第１及び第２の２つの電動機Ｇ，Ｍと、トルクスプリット装置Ｐとが配置されている。第１の電動機Ｇは、第２の電動機Ｍに対して大径で軸方向寸法が短い電動機とされ、トルクスプリット装置Ｐは、４要素のスプリット装置とされ、入力軸１０がエンジンＥＧに連結される側に、第１の電動機Ｇが配置され、それより後方に第２の電動機Ｍが配置され、トルクスプリット装置Ｐは、第１の電動機Ｇと第２の電動機Ｍの間に配置されている。
【００１８】
トルクスプリット装置Ｐは、入力軸１０、第１の電動機Ｇ、第２の電動機Ｍ及び出力手段１１に連結されたラビニョ形プラネタリギヤセットで構成され、ラビニョ形プラネタリギヤセットＰは、第１のサンギヤ２１と、第２のサンギヤ２２と、リングギヤ２３と、第１のサンギヤ２１及びリングギヤ２３に噛合うロングピニオンギヤ２４を支持するとともに第２のサンギヤ２２及びロングピニオン２４に噛合うショートピニオンギヤ２５を支持するキャリヤ２６とからなる。そして、入力軸１０は、キャリヤ２６に連結され、第１の電動機Ｇは、第１のサンギヤ２１に連結され、第２の電動機Ｍは、第２のサンギヤ２２に連結され、出力手段１１は、リングギヤ２３に連結されている。この場合の出力手段１１は、入力軸１０と同軸配置の出力軸とされている。
【００１９】
更に、上記各要素の詳細な構成を説明する。この駆動装置は、相互に連結された４つのケ−ス部分からなる駆動装置ケ−スＣ内に収容されており、エンジンＥＧへの連結側（以下、この側を前として位置関係を説明する。）から順に、第１のケ−ス部分としての前側が開放された短筒状のフロントハウジングＣ１には、捩れダンパー付のフライホイールＦが収容され、第２のケース部分としての前後側ともに開放され径差を有するフロントケースＣ２には、センタサポ−トＣ２ｓを挟んで大径な前側に第１の電動機Ｇが収容され、小径な後側にプラネタリギヤセットＰが収容され、第３のケース部分としての後側が開放された筒状のリヤケースＣ３には、第２の電動機Ｍが収容され、リヤケースＣ３の後部開口側が第４のケース部分であるエクステンションハウジングＣ４で閉じられている。
【００２０】
主としてジェネレータとして使用される相対的に大径かつ小軸長の第１の電動機Ｇは、そのステータ３１をフロントケースＣ２の大径部内周面に回り止め固定され、中空のロータ軸３０の前端がフロントハウジングＣ１の後壁にべアリングを介して支持され、後端がセンタサポートＣ２ａにべアリングを介して支持されている。
【００２１】
プラネタリギヤセットＰの第１のサンギヤ２１は、前方に延びる中空延長軸をロータ軸３０の内周にスプライン連結され、この連結部の内周側とギヤ内周側を、その内周を貫通する入力軸１０にそれぞれブッシュを介して支持されている。第２のサンギヤ２２は、ロータ軸４０の前端外周部にスプライン連結されたフランジ状連結部材に相対回転不能に連結されたドラム状連結部材の前端に固定支持されている。キャリア２６は、入力軸１０の後端に緊密なスプライン連結で支持されている。そして、リングギヤ２３は、その内周を出力軸１１の前端に一体形成されたフランジ部の外周にスプライン係合で連結支持されている。出力軸１１は、その前端を入力軸１０との軸の嵌め合いで入力軸１０を介してケースＣに支持され、後部をベアリングを介してエクステンションハウジングＣ４に支持されている。
【００２２】
主としてモータとして使用される相対的に小径かつ長軸長の第２の電動機Ｍは、そのステータ４１をリヤケースＣ３の内周面に回り止め固定され、中空のロータ軸４０の前部がリヤケースＣ３の前壁にべアリングを介して支持され、後端がエクステンションハウジングＣ４にべアリングを介して支持されている。
【００２３】
なお、この形態では、センタサポートＣ２ａが前方に湾曲した形状とされ、トルクスプリット装置Ｐは、一部において第１の電動機Ｇと径方向に重合する配置とされ、駆動装置の軸長の短縮が図られている。
【００２４】
こうした構成からなる駆動装置は、図２にトルクスプリット装置による連結関係をギヤ比配分を考慮してレバーとして示すように、第１の電動機Ｇは第１のサンギヤ２１に、エンジンＥＧは入力軸１０を介してキャリア２６に、出力手段１１（図にＯＵＴと表記）はリングギヤ２３に、また第２の電動機Ｍは第２のサンギヤ２２にそれぞれ連結した関係となる。一方、車両走行に要する駆動力は、図３に示すように、車速の増加につれて変動幅、最大値ともに減少する特性となる。そこで、図３に▲２▼で示す高速最大駆動力を概ねエンジン出力トルクのみで発生させるギヤ比設定をした場合、エンジントルクは図に破線で示すように回転数に関わりなく概ね一定となるから、冒頭に挙げた３要素のトルクスプリット装置では、低速側での駆動力の不足分は全て第２の電動機の出力トルクで補うことになり、図に▲１▼で示す低速最大駆動力に見合う大トルク出力の大形の電動機を必要とすることになる。また、このときのエネルギロスも冒頭に述べた理由で大きくなる。
【００２５】
これに対して、図２に示すような４要素のトルクスプリット装置の場合、図２の右側に▲２▼として示す高速最大駆動力状態では、従来の３要素のトルクスプリット装置によると同様に、キャリア２６へのエンジントルクＴＥＧ入力に対して、第１の電動機ＧのトルクＴＧ  出力を第１のサンギヤ２１による反力支持に用いることで、例えば第１のサンギヤ２１固定でリングギヤ２３にオーバドライブ状態の駆動力を出力させる運転形態を用い、低速最大駆動力状態では、図２の中央に▲１▼として示すように、キャリア２６へのエンジントルクＴＥＧ入力に対して、第２の電動機ＭのトルクＴＭ  出力を第２のサンギヤ２２による反力支持に用いることで、例えば第２のサンギヤ２２固定でリングギヤ２３にアンダドライブ状態の駆動力を出力させる運転形態を用いることで、ギヤ比による減速分の増幅されたトルクＴＯＵＴ  を出力させることができる。このように４要素のトルクスプリット装置を用いる本形態の駆動装置では、２つの電動機を専ら反力支持に用いることで、全車速域及び全駆動負荷域を通じてエンジントルクＴＥＧによる車両走行が可能となる。この場合の反力支持のためのトルクは、トルクスプリット装置を構成するプラネタリギヤセットＰのギヤ比の設定により、在来の３要素のトルクスプリット装置による第２の電動機のアシストトルクより十分低くすることができる。そして、このことが電動機の小形化につながり、ひいては駆動装置のコンパクト化とエネルギロスの低減につながる。
【００２６】
次の図４は、本発明の第２実施形態を図１と同様の断面で示す。この第２実施形態は、先の第１実施形態に対してプラネタリギヤセットＰと第２のモータＭの位置を入れ替えたものである。この入れ替えに伴い、ケースＣの構造が一部変更され、第２のモータＭと第２のサンギヤ２２の連結構成は単純化されている。その余の構成については、実質的に第１実施形態と同様であるので、相当する部材に同様の参照符号を付して説明に代え、以下変更点のみを説明する。
【００２７】
この第２実施形態では、リヤケースＣ３は、第２の電動機Ｍのロータ軸を支持するリヤサポートとして機能する後壁を備えるごく短尺な筒状とされ、エクステンションハウジングＣ４が、プラネタリギヤセットＰを収容すべく長尺化されている。第２の電動機Ｍのロータ軸４０前端は、フロントケースＣ２のセンタサポートＣ２ａにベアリングを介して支持され、ロータ軸４０の後部が、リヤケースＣ３の後壁に同様にベアリングを介して支持されている。ロータ軸４０の後部は延長され、延長部に第２のサンギヤ２２が一体形成されている。更に、出力軸１１の前端がベアリングを介してエクステンションハウジングＣ４に支持されている。また、この形態では、第１の電動機Ｇと第２の電動機Ｍが、一部において径方向に重合する配置とされている。
【００２８】
本形態の場合、特に、フロントケースＣ２内に集約的に２つの電動機を収容することができるため、電気配線の引き回しも集約させることができ、例えば、電動機制御のためのインバータ等の制御ユニットを駆動装置と一体化させる場合に、制御ユニットの集約も可能となる。
【００２９】
以上、本発明を２つの実施形態に基づき詳説したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。例えば、本発明はエンジン横置き式の車両へのトランスアクスル構成の駆動装置として具体化することができ、その場合、出力手段は、入力軸と平行するカウンタ軸に動力を伝達する歯車とすることができるし、入力軸と平行する軸にチェーンを介して動力を伝達するスプロケットとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したハイブリッド駆動装置の第１実施形態の軸方向断面図である。
【図２】第１実施形態の４要素トルクスプリット装置の連結関係と作用を示すトルク線図である。
【図３】第１実施形態の駆動装置の車速と駆動力の関係を示す駆動特性図である。
【図４】第２実施形態のハイブリッド駆動装置の軸方向断面図である。
【符号の説明】
Ｇ  第１の電動機
Ｍ  第２の電動機
Ｐ  ラビニョ形プラネタリギヤセット（トルクスプリット装置）
Ｃ  駆動装置ケ−ス
１０  入力軸
１１  出力軸（出力手段）
２１  第１のサンギヤ
２２  第２のサンギヤ
２３  リングギヤ
２４  ロングピニオンギヤ
２５  ショートピニオンギヤ
２６  キャリヤ
【図１】
2004330848.tif 000003
【図２】
2004330848.tif 000004
【図３】
2004330848.tif 000005
【図４】
2004330848.tif 000006