(57)【要約】【課題】電気自動車として走行する場合に、２個のモーター・ジェネレーター（Ｍ／Ｇ）をフルに使った駆動を可能にして、より小さい容量のＭ／Ｇで済ませる。【解決手段】３つの回転要素で構成する２個の遊星歯車組２０、３０を備え、各回転要素を個別に、または各回転要素同士を連結し、または連結可能にして４つのメンバーを構成し、共通速度線図の横軸においてこれら４つのメンバーを並べた際に、一方の端から他方に向けて順番に、第１メンバーを第１Ｍ／Ｇ４２と連結し、第２メンバーを出力軸１２と連結し、第３メンバーを構成する互いに連結可能な一方の第２キャリア３８を、静止部４６に固定可能とし、他方の第１リングギヤ２４をエンジン１と連結し、第４メンバーを第２Ｍ／Ｇと連結した。【選択図】図１
2012106712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの動力を受け入れ可能な入力軸と、
出力軸と、
第１サンギヤ、第１リングギヤ、第１キャリアの、３つの回転要素で構成する第１遊星歯車組と、
第２サンギヤ、第２リングギヤ、第２キャリアの、３つの回転要素で構成する第２遊星歯車組と、
第１モーター・ジェネレーターと、
第２モーター・ジェネレーターと、
を備え、
前記第１リングギヤと前記第２キャリアを互いに連結可能にした連結可能メンバーと、
前記第１キャリアと前記第２リングギヤを常時連結した一体メンバーと、
前記第１サンギヤと前記第２サンギヤの２つの独立メンバーと、
から４つのメンバーを構成し、
これら４つのメンバーの回転速度を直線で表すことのできる共通速度線図上において横軸の一端から他端に向かって順番に、第１メンバー、第２メンバー、第３メンバー、第４メンバーを配置し、前記第１メンバーを前記第１サンギヤとして前記第１モーター・ジェネレーターと連結し、前記第２メンバーを前記一体メンバーとして前記出力軸と連結し、前記第４メンバーを前記第２サンギヤとして前記第２モーター・ジェネレーターと連結し、前記第３メンバーを前記連結可能メンバーとして、該連結可能メンバーのうちの前記第２キャリアを静止部に固定可能とし、前記連結可能メンバーのうちの前記第１リングギヤを前記入力軸と連結したことを特徴とする自動車用駆動装置。
【請求項２】
前記第２キャリアを、ワンウエイクラッチを介して静止部に固定可能とし、前記第１リングギヤを静止部に固定可能としたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用駆動装置。
【請求項３】
前記入力軸は、ドッグ歯を有し、該ドッグ歯を機械的手段によって固定することにより、前記第１リングギヤを静止部に固定可能としたことを特徴とする請求項２に記載の自動車用駆動装置。
【請求項４】
前記出力軸を前記入力軸と平行に配置して、前記第１遊星歯車組と前記第２遊星歯車組の一方を前記入力軸と同心上に、前記第１遊星歯車組と前記第２遊星歯車組の他方を前記出力軸と同心上に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車用駆動装置。
【請求項５】
前記第１モーター・ジェネレーターと、前記第２モーター・ジェネレーターとを一体のケースに収納したことを特徴とする請求項４に記載の自動車用駆動装置。
【請求項６】
前記エンジンを停止して、前記第１モーター・ジェネレーターと、前記第２モーター・ジェネレーターのみを動力源として駆動している間に、前記エンジンを予備的に潤滑可能とする油圧ポンプを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動車用駆動装置。
【請求項７】
前記油圧ポンプを前記出力軸で駆動するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の自動車用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電気モーターの２種類の動力源を有する、いわゆるハイブリッド自動車の駆動装置に関し、特にエンジンより入力される動力を、遊星歯車を介して出力軸へ伝達可能で、複数のモーターを備えた自動車用駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の自動車用駆動装置としては、２組の遊星歯車組、２個のモーター・ジェネレーター（以下、Ｍ／Ｇと記す）および遊星歯車組の回転要素同士間の接続関係を切り替える２個の摩擦要素を備え、該摩擦要素を切り替えることにより低速モードと高速モードの２種類の駆動モードを得るようにした例が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，４７８，７０５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、２組の遊星歯車組、２個のＭ／Ｇおよび２個の摩擦要素を備え、低速モードと高速モードの２種類の駆動モードを有する方式とした上記従来の自動車用駆動装置にあっては、バッテリーに蓄えた電力のみを動力源として、いわゆる電気自動車と同じような走行をする場合に、１個のＭ／Ｇでしか駆動することができず、せっかく２個のＭ／Ｇを備えているにもかかわらず、両Ｍ／Ｇを有効活用できず、電気モーターによる強力な駆動力を得ることができないという問題があった。
【０００５】
解決しようとする問題点は、バッテリーの電力のみを動力源として電気自動車と同じ走行をする場合に、１個のＭ／Ｇでしか駆動することができず、大きな駆動力を必要とするには大きな容量のＭ／Ｇが必要となる点である。
本発明の目的は、２個のＭ／Ｇを備えたハイブリッド自動車にあって、電気自動車として走行する場合に２個のＭ／Ｇを使った駆動を可能にし、より小さい容量のＭ／Ｇの適用で済ませることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の自動車用駆動装置は、エンジンからの動力を受け入れ可能な入力軸と、出力軸と、第１サンギヤ、第１リングギヤ、第１キャリアの、３つの回転要素で構成する第１遊星歯車組と、第２サンギヤ、第２リングギヤ、第２キャリアの、３つの回転要素で構成する第２遊星歯車組と、第１モーター・ジェネレーターと、第２モーター・ジェネレーターと、を備え、第１リングギヤと第２キャリアを互いに連結可能にした連結可能メンバーと、第１キャリアと第２リングギヤを常時連結した一体メンバーと、第１サンギヤと第２サンギヤの２つの独立メンバーと、から４つのメンバーを構成し、これら４つのメンバーの回転速度を直線で表すことのできる共通速度線図上において横軸の一端から他端に向かって順番に、第１メンバー、第２メンバー、第３メンバー、第４メンバーを配置し、第１メンバーを第１サンギヤとして第１モーター・ジェネレーターと連結し、第２メンバーを一体メンバーとして出力軸と連結し、第４メンバーを第２サンギヤとして第２モーター・ジェネレーターと連結し、第３メンバーを連結可能メンバーとして、該連結可能メンバーのうちの第２キャリアを静止部に固定可能とし、連結可能メンバーのうちの第１リングギヤを前記入力軸と連結したことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明の自動車用駆動装置は、第３メンバーを構成する二つの回転要素である、一方の第２キャリアを静止部に固定可能とし、他方の第１リングギヤを入力軸と連結した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自動車用駆動装置は、第３メンバーを構成する二つの回転要素である、一方の第２キャリアを静止部に固定可能とし、他方の第１リングギヤを入力軸と連結したため、エンジンで駆動する走行において２つの駆動モードを備えて、走行条件に応じて最適な駆動モードを選択して燃費の良い走行を行うことができるハイブリッド自動車（ＨＶ）でありながら、バッテリーのみを動力源とした電気自動車（ＥＶ）走行において２個のＭ／Ｇで駆動することができる。したがって、２個のＭ／Ｇの合計容量を小さくして、コスト・重量・大きさの面でメリットを出せるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る自動車用駆動装置の主要部を示したスケルトン図である。
【図２】実施例１の自動車用駆動装置における共通速度線図である。
【図３】実施例１の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【図４】実施例１の自動車用駆動装置における他の共通速度線図である。
【図５】実施例１の自動車用駆動装置における他の共通速度線図である。
【図６】実施例１の自動車用駆動装置における他の共通速度線図である。
【図７】実施例１の自動車用駆動装置における他の共通速度線図である。
【図８】実施例１の自動車用駆動装置における他の共通速度線図である。
【図９】本発明の実施例２に係る自動車用駆動装置の主要部を示したスケルトン図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る自動車用駆動装置の主要部を示したスケルトン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る自動車用駆動装置を、各実施例に基づき図とともに説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る自動車用駆動装置における主要部のスケルトン図である。
実施例１の自動車用駆動装置は、エンジン１から駆動される入力軸１０と、入力軸１０と同軸心上に設けられて図示しない車輪側へ駆動力を出力する出力軸１２を備えている。出力軸１２は図示しない差動装置などを介して自動車の車輪を駆動する。
入力軸１０と出力軸１２との間には、第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０の２つの遊星歯車組が配置してある。第１遊星歯車組２０および第２遊星歯車組３０は一般的にシングルピニオン型と呼ばれるもので、それぞれが同様の構成になっている。
【００１２】
すなわち、第１遊星歯車組２０は、第１サンギヤ２２と、第１リングギヤ２４と、第１サンギヤ２２および第１リングギヤ２４に噛み合った複数の第１ピニオン２６を回転自在に軸支する第１キャリア２８と、の３つの回転要素で構成されている。
また、第２遊星歯車組３０は、第２サンギヤ３２と、第２リングギヤ３４と、第２サンギヤ３２および第２リングギヤ３４に噛み合った複数の第２ピニオン３６を回転自在に軸支する第２キャリア３８と、の３つの回転要素で構成されている。
【００１３】
次に、上記各回転要素の本発明におけるメンバー構成および連結関係を説明する。
第１リングギヤ２４と第２キャリア３８とはクラッチ４０によって連結可能であり、本発明の連結可能メンバーを構成する。
第１キャリア２８と第２リングギヤ３４は互いに常時連結されており、これらは本発明の一体メンバーを構成する。
第１サンギヤ２２と第２サンギヤ３２は、それぞれ独立した回転メンバーである。
【００１４】
図２は、各回転メンバーの回転速度の関係を直線で表すことができる共通速度線図であり、後述するＥ−Ｆ−１モードにおける状態を表している。
共通速度線図にあっては、図の縦方向が回転速度を表し、各回転メンバーに対応する縦線がそれぞれ横方向に上記した各遊星歯車組のリングギヤの歯数に対するサンギヤの歯数の比をαとして、αに応じた間隔で割り振って描いてある。
ここで、α１は第１遊星歯車組２０の、α２は第２遊星歯車組３０の、歯数比をそれぞれ表す。
なお、同図中、速度線を太い線で描いてあり、これと各メンバーの縦線との交点（●印で表示）の縦軸方向の高さが、そのメンバーの回転速度を表す。
【００１５】
ここで、共通速度線図の縦線で表した各回転メンバーを横方向左端から順番に、第１メンバー、第２メンバー、第３メンバー、第４メンバーとする。図２の上方に書いた記号、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、それぞれ第１、第２、第３、第４の各回転メンバーを表し、その上に書いた記号は回転要素としてサンギヤはＳ、リングギヤはＲ、キャリアはＣで、それらの後の数字１、２はそれぞれが属する第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０を表し、例えばＳ１、Ｒ１、Ｃ１は、それぞれ第１遊星歯車組２０の第１サンギヤ２２、第１リングギヤ２４、第１キャリア２８を表すようになっている。
【００１６】
本実施例では前述の連結可能メンバーが常に第３メンバーであるように、連結可能メンバーを定義する。
また、第１サンギヤ２２が第１メンバーを構成し、連結された一体メンバーである第１キャリア２８と第２リングギヤ３４が第２メンバーを構成し、第２サンギヤ３２が第４メンバーを構成する。
【００１７】
第１から第４の各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
第１メンバーを構成する第１サンギヤ２２は第１Ｍ／Ｇ４２と常時連結しており、第２メンバーを構成する第１キャリア２８と第２リングギヤ３４は出力軸１２と常時連結しており、第３メンバーを構成する連結可能メンバーのうち、第２遊星歯車組３０側の第２キャリア３８はワンウエイクラッチ４４によりケース（静止部）４６に固定可能であり、第１遊星歯車組２０側の第１リングギヤ２４は入力軸１０と常時連結しており、第４メンバーを構成する第２サンギヤ３２は第２Ｍ／Ｇ４８と常時連結している。
なお、ワンウエイクラッチ４４は、第２キャリア３８をケース４６に固定して第２キャリア３８がエンジン１の回転方向と逆の方向に回転するのを阻止するようになっているもので、本実施例では周知の機械式のものを用いるが、油圧多板式ブレーキで締結・開放制御するようにするものなどでもよい。
【００１８】
さらに入力軸１０にはドッグ歯１０ａが形成されており、ケース４６側の固定装置４６ａをドッグ歯１０ａに噛み合わせることにより入力軸１０および第１リングギヤ２４をケース４６に固定することができるようになっている。
固定装置４６ａとドッグ歯１０ａの詳細の図示は省略するが、一般的な自動変速機におけるパーキングロック機構と同様のものでよい。
また、ドッグ歯１０ａは、入力軸１０に限ることなく、エンジン１に一般的に設けられるフライホイールの外周に形成してもよい。
なお、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８は、入力軸１０、出力軸１２と同軸心上で、かつ、それぞれ第１遊星歯車組２０の下流側、第２遊星歯車組３０の上流側にそれぞれ配置してある。
【００１９】
前述のように、本発明の連結可能メンバーを構成する第１リングギヤ２４と第２キャリア３８とはクラッチ４０によって連結可能であるので、クラッチ４０とワンウエイクラッチ４４の両者が締結した場合には第１リングギヤ２４と第２キャリア３８をケース４６に固定してこれらの一方向の回転を阻止することができ、それに加えて固定装置４６ａをドッグ歯１０ａに噛み合わせた場合にはいずれの回転方向においても第１リングギヤ２４と第２キャリア３８をケース４６に固定することができる。
また、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８とは、モーターとしての駆動とジェネレータとしての発電の、両方の作用ができるようになっている。
【００２０】
次に、図１に示した自動車用駆動装置の作動を、図２および図４乃至図８に示した共通速度線図と、図３に示した作動表を参考にしながら説明する。
図３の作動表において、縦方向にこれから説明する走行モードと各駆動モードを割り当て、横方向には締結要素とＭ／Ｇをそれぞれ割り当ててある。すなわち、固定装置４６ａを「Ｌ」、ワンウエイクラッチ４４を「ＯＷＣ」、クラッチ４０を「Ｃ」、第１Ｍ／Ｇ４２を「Ｍ／Ｇ１」、第２Ｍ／Ｇ４８を「Ｍ／Ｇ２」とした。
【００２１】
また、表中の○印はクラッチ４０とワンウエイクラッチ４４と固定装置４６ａといった締結要素にあっては締結または噛み合いを表し、第１Ｍ／Ｇ４２、第２Ｍ／Ｇ４８にあっては駆動を表し、△印は第１Ｍ／Ｇ４２、第２Ｍ／Ｇ４８において発電を表している。
また、括弧内は締結しているが動力伝達の上で必須ではないことを表す。
【００２２】
なお、図示は省略するが図１に示した自動車用駆動装置は、これを作動させるための油圧ポンプ、バッテリー、各種センサ、コントローラー、アクチュエータなどを備えており、以下の作動はコントローラーの指示に基づいて行われる。
また、以下の説明ではエンジン１の回転方向と同じ方向の回転を「正回転」、その逆を「逆回転」と定義する。
【００２３】
始めに、バッテリーに蓄えた電力のみを動力源として、いわゆる電気自動車（ＥＶ）として走る、ＥＶ走行について説明する。
ＥＶ走行においては、図３の作動表に見るように固定装置４６ａ（Ｌ）が常に噛み合って入力軸１０と第１リングギヤ２４は固定されており、以下に説明するように第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８のいずれでも、あるいは両方で駆動できる。
【００２４】
まず、第１Ｍ／Ｇ４２のみでＥＶ駆動している状態（Ｅ−Ｆ−１モード）における前述の各メンバーの回転速度を表しているのが図２の共通速度線図である。このときの共通速度線図では、第１Ｍ／Ｇ４２と連結された第１サンギヤ２２の回転速度を１とした場合、固定された第１リングギヤ２４の回転速度がゼロの状態であるので、それらを結んだ速度線が第１遊星歯車組２０の速度を表す太い実線である。
前述したように、この太線と第２メンバーの縦線との交点が出力軸１２の回転速度を表し、第２メンバーの第１キャリア２８が減速駆動される。この第２メンバーの縦線との交点は第２リングギヤ３４の回転速度でもあり、第２Ｍ／Ｇ４８の回転速度をゼロとして両者を結んだ太い破線が第２遊星歯車組３０の速度線である。
したがって、Ｅ−Ｆ−１モードの減速比（第１Ｍ／Ｇ４２の回転速度／出力軸１２の回転速度）は（１＋α１）／α１となる。
【００２５】
次に、第２Ｍ／Ｇ４８のみでＥＶ駆動する状態（Ｅ−Ｆ−２モード）では、速度線は図４に示す共通速度線図の太い実線になる。
すなわち、第２キャリア３８がワンウエイクラッチ４４の作用で逆回転方向の回転を阻止されるので、第２Ｍ／Ｇ４８が逆回転方向に駆動する第２サンギヤ３２は第２メンバーの第２リングギヤ３４を逆転減速するので、第２リングギヤ３４は正回転方向に減速駆動される。この減速比（第２Ｍ／Ｇ４２の回転速度／出力軸１２の回転速度）は−１／α２である。
一方、第３メンバーである第１リングギヤ２４と第２キャリア３８の回転速度がともにゼロであるので、第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０が一直線（Ｍ４−Ｍ２間の太い実線をさらにＭ２−Ｍ１間まで一直線に伸ばした線）で表される。このとき、第１Ｍ／Ｇ４２は正回転方向に回転（連れ回り）しているが、Ｅ−Ｆ−２モードでは駆動をしていない。
【００２６】
次に、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両者でＥＶ駆動する状態（Ｅ−Ｆ−３モード）は、作動表における締結はＥ−Ｆ−２モードの場合と同様であるが、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両者で駆動する。
この場合の速度線も、図４と同様に第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０が一直線で表され、実質的にＥ−Ｆ−２モードの場合と同様であるので図示を省略する。
ただし、この場合、速度線はＥ−Ｆ−２モードの場合と同じであっても、第１Ｍ／Ｇ４２、第２Ｍ／Ｇ４８の両方で駆動できるので、より大きなトルクで出力軸１２を駆動することが可能となる。
【００２７】
次に、後進の場合は、図３の作動表のＥ−Ｒで表したように、クラッチ４０を締結する点が前進走行と異なる。この場合もＥ−Ｆ−３モードの場合と同様に第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両者で駆動できるが、これらの回転方向はＥ−Ｆ−３モードの場合の逆になり、速度線は図４において太い破線で書いたようになる。
また、後述のＥ−Ｂモード（エンジン１を駆動していない場合の制動モード）では後進時の説明を省くので、ワンウエイクラッチ４４の作用を説明する。ワンウエイクラッチ４４は後進の駆動では動力伝達に関与しないが、後進の制動時に第２キャリア３８の逆回転方向への回転を阻止する役目を果たす。
そして、制動時も駆動時と同様に第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８のいずれか一方、または両方で発電することができるが、作動表のＥ−Ｒ欄には発電の表記はしていない。
【００２８】
続いて、前進走行中にエンジン１が停止した状態で、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８のいずれも駆動せずに惰行するか、あるいは発電して自動車を制動する作用について説明する。
これらの走行は作動表のＥＢ欄に記載してある。
まず、固定装置４６ａのみが噛み合った状態で第１Ｍ／Ｇ４２にのみ発電させて制動するのがＥ−Ｂ−１モードである。このときの共通速度線図は図５に示すようになり、出力軸１２と連結した第１キャリア２８、第２リングギヤ３４の回転速度が１で、入力軸１０と連結した第１リングギヤ２４の回転速度がゼロである。このとき、第１Ｍ／Ｇ４２は正回転方向に出力軸１２より高い速度で回転しながら発電するが、第２Ｍ／Ｇ４８は回転しない。
速度線は、太い実線が第１遊星歯車組２０を表し、太い破線が第２遊星歯車組３０を表す。
【００２９】
次に、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両方に発電させるＥ−Ｂ−２モードは、固定装置４６ａの噛み合いに加えてクラッチ４０を締結して行う。共通速度線図は図６に示すようになり、第１Ｍ／Ｇ４２の回転速度はＥ−Ｂ−１モードの場合と同様であるが、第２Ｍ／Ｇ４８は逆回転方向に回転して発電するようになる。
したがって、発電による制動効果はＢ−２の方がＢ−１より強くすることができる。
むろん、制動力は発電能力を制御することで自由に変化させることができる。
また、これらで発電した電力はバッテリーに蓄えて、エネルギー回生として次の駆動時に使用することができる。
また、後述するＨＶ走行の状態からエンジン１を停止した場合にも、固定装置４６ａを噛み合わせれば、直ちにＥ−Ｂ−１モードまたはＥ−Ｂ−２モードに移行して制動することができる。
【００３０】
次に、エンジン１を始動して第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両者を駆使して走行するハイブリッド自動車（ＨＶ）として走る、ＨＶ走行について説明する。
ＨＶ走行は、バッテリーの充電量が少なくなった場合の一般走行や、ＥＶ走行では得られない大きな駆動力を要する加速または登坂、および高速走行において用いる。
【００３１】
始めに車両が停止しているか低速で動いている状態でのエンジン１の始動について説明する。
まず、固定装置４６ａの噛み合いを解除する。
続いて第１Ｍ／Ｇ４２に電力を供給して逆回転方向の駆動力を出させると、入力軸１０を介して第１リングギヤ２４と連結されたエンジン１が正回転方向に減速駆動されるので、燃料供給や点火動作などの一般的な方法でエンジン１が始動する。
【００３２】
この際に、出力軸１２と連結した第１キャリア２８に反力として逆回転方向のトルクが作用するので、第２Ｍ／Ｇ４８にも電力を供給して逆回転方向の駆動力を出させると、出力軸１２と連結した第２リングギヤ３４に正回転方向のトルクが作用して第１キャリア２８に作用するトルクと相殺するので、車両が後進方向に駆動されることを防ぐことができる。
このとき、ワンウエイクラッチ４４が自動的に第２キャリア３８の逆回転方向の回転を阻止する。
【００３３】
むろん、第２Ｍ／Ｇ４８による出力トルクが第１キャリア２８に作用するトルクより大きくなるように制御すれば、車両を前進駆動しながらエンジン１を始動することができる。
エンジン１が始動した後のＨ−Ｌモード（ＨＶ走行での低速モード）での駆動は、ワンウエイクラッチ４４が第２キャリア３８の逆回転方向への回転を阻止したままで行われる。エンジン１が出力トルクＴｅで第１リングギヤ２４を正回転方向に駆動すると、第１サンギヤ２２は逆回転方向に回転して第１Ｍ／Ｇ４２に発電させて、その反力で第１キャリア２８が正回転方向のトルクを受けて出力軸１２を駆動する。
【００３４】
一方、第１Ｍ／Ｇ４２が発電した電力は第２Ｍ／Ｇ４８に供給され、これに逆回転方向のトルクを第２サンギヤ３２に出力させる。このとき、第２キャリア３８がワンウエイクラッチ４４によって逆回転方向への回転を阻止されているので、第２リングギヤ３４には正回転方向のトルクが作用して出力軸１２を駆動する。
このＨ−Ｌモードにおける出力軸１２のトルクは、上記したように第２Ｍ／Ｇ４２が第２サンギヤ３２を駆動するトルクをＴ２とすると、Ｔｅ（１＋α１）＋Ｔ２／α２である。
【００３５】
むろん、第１Ｍ／Ｇ４２の発電で得られた電力は、第２Ｍ／Ｇ４８に供給されるだけでなく、一部をバッテリーの充電に振り向けることもできるし、逆に第１Ｍ／Ｇ４２の発電電力にバッテリーの電力（しばらく充電した後など、余力があるときは）を加えて第２Ｍ／Ｇ４８を駆動することもできる。
【００３６】
このようにして自動車の速度が上がっていくと、徐々に第１サンギヤ２２の回転速度が下がってきて、やがてゼロになる。したがって、第１Ｍ／Ｇ４２の発電電力はなくなるので、第２Ｍ／Ｇ４８への電力供給をやめればエンジン１は機械的に第１キャリア２８を駆動することになり、その時の出力軸１２のトルクはＴｅ（１＋α１）の減速・増大になる。
【００３７】
この場合も、バッテリーから若干の電力を第１Ｍ／Ｇ４２に供給して、第１サンギヤ２２に作用する反力トルク−Ｔｅ・α１に耐えて第１Ｍ／Ｇ４２の停止を維持する必要がある。
図７に示した共通速度線図がこの状態を表す。この図の太い実線が第１遊星歯車列組２０の速度線であり、第２遊星歯車組３０の速度線が太い破線である。
【００３８】
このように第２Ｍ／Ｇ４８が第２リングギヤ３４を駆動しない状態にしておいて高速走行に適したＨ−Ｈモード（ＨＶ走行での高速モード）に切り替える。
Ｈ−Ｈモードへの切り替えは、第２Ｍ／Ｇ４８の回転速度を正回転方向へ上げて第２キャリア３８が第１リングギヤ２４と同じ回転速度になるように制御する。このとき、ワンウエイクラッチ４４による第２キャリア３８の固定は自動的に解除される。
そして、クラッチ４０を締結すると、第２キャリア３８、第１リングギヤ２４、入力軸１０が一体になり、エンジン１から駆動されるようになる。この状態がＨ−Ｈモードである。図８に示した共通速度線図において太い実線がＨ−Ｈモードに切り替わった状態を表す。
【００３９】
Ｈ−Ｈモードにおいてはエンジン１が第２キャリア３８を駆動し、そのトルクは第２リングギヤ３４、第１キャリア２８を介して出力軸１２を駆動するトルクと、第２キャリア３８から第２サンギヤ３２を介して第２Ｍ／Ｇ４８を駆動して発電させるトルクに分割される。
第２Ｍ／Ｇ４８の発電により得られた電力を第１Ｍ／Ｇ４２に供給して第１サンギヤ２２に正回転方向のトルクを与えると、第１キャリア２８を正回転方向に駆動する。
一方、その反力として第１リングギヤ２４に逆回転方向のトルクが作用し、このトルクの分だけ入力軸１０が第２キャリア３８を駆動するトルクが減ることになる。
【００４０】
このときの出力軸１２のトルクは、第１Ｍ／Ｇ４２が第１サンギヤ２２を駆動するトルクをＴ１とすると、（Ｔｅ−Ｔ１／α１）／（１＋α２）＋Ｔ１（１＋α１）／α１である。
前述のように、第１Ｍ／Ｇ４２が第１サンギヤ２２から出力軸１２を駆動する反力で入力軸１０が第２キャリア３８を駆動するトルクが減るということは、第２Ｍ／Ｇ４８の発電量が減ることになり、それだけ電気的な動力伝達比率が低くなって機械的な伝達割合が高くなることを意味する。
【００４１】
このＨ−Ｈモードにおいても、第２Ｍ／Ｇ４８の発電によって得られる電力の全てを第１Ｍ／Ｇ４２に供給せず一部をバッテリーの充電あててもいいし、逆に第２Ｍ／Ｇ４８の発電によって得られる電力にバッテリーに蓄えた電力を加えて第１Ｍ／Ｇ４２を駆動することもできる。
【００４２】
Ｈ−Ｈモードの走行で自動車の速度が上昇すると、徐々に第２サンギヤ３２の回転速度が低下して、やがてゼロになって第２Ｍ／Ｇ４８での発電もゼロになる。この状態ではエンジン１の動力は全て機械的に出力軸１２に伝達され、出力軸１２の変速比（入力軸１０の回転速度／出力軸１２の回転速度）は１＋α２の増速になる。図８の共通速度線図において太い破線がこれを表す。
このときも、バッテリーから第２Ｍ／Ｇ４８に若干の電力を供給して第２サンギヤ３２に作用する反力トルクＴｅ・α２に耐えて、第２Ｍ／Ｇ４８の停止を維持する必要がある。
むろん、この場合もバッテリーから第１Ｍ／Ｇ４２に電力を供給してエンジン１の駆動に加勢することもできる。
【００４３】
以上は、ＨＶ走行としてエンジン１と第１Ｍ／Ｇ４２および第２Ｍ／Ｇ４８の作用で出力軸１２を駆動する場合の説明を行ったが、減速する場合や降坂する場合には、前述のＥＢモードでの走行で説明したようにエンジン１を止めて、固定装置４６ａを噛み合わせ、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８に発電させて制動することができる。
また、エンジン１を停止しての減速走行中に、再びエンジン１を始動させる場合は、固定装置４６ａの噛み合いを解除して、自動車の走行速度に応じて以下のように行う。
すなわち、自動車の速度が一定速度より高速の場合は、Ｈ−Ｈモードと同じ締結にして第１Ｍ／Ｇ４２に発電させることで、その反力により第１リングギヤ２４が正回転方向のトルクを得るので入力軸１０を介してエンジン１を回転させて始動する。
【００４４】
また、自動車の走行速度が低い場合はＨ−Ｌモードの場合と同じ締結に切り替えた上で、前述の車両停止状態と同様に、第１Ｍ／Ｇ４２に電力を供給して始動する。
いずれの場合も、エンジン１を回転させる反力トルクで出力軸１２のトルクが変動して違和感が生じないように、第２Ｍ／Ｇ４８に電力を供給して必要なトルクを出させるように制御する。
【００４５】
以上説明したように、本発明の自動車用駆動装置は、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８との両方をフルに活用できることが特徴である。
このため、バッテリーの電力のみを動力源とするＥＶ走行においては、２個の第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８で駆動することができるので、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の合計容量が自動車のＥＶ走行に必要とするパワーを満足すればよい。したがって、ＥＶ走行のために、従来例のような大きな容量のＭ／Ｇを用いなくても十分な駆動力を得ることができる。
【００４６】
また、上述したように、ＥＶ走行は３種類の駆動モードを駆使することができる。
すなわち、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の容量をあえて異なる組み合わせにすると、第１Ｍ／Ｇ４２で駆動する場合と、第２Ｍ／Ｇ４８で駆動する場合と、両者で駆動する場合との、３種類のモーター容量で駆動できるので、重点的に第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の熱効率の高いゾーンで駆動できるように各駆動モードを選択して、より電力消費の少ない走行にすることができる。
一方、制動時などのエネルギー回生においても、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８をフルに発電に用いることができるので、これを生かした効率の高い走行が期待できる。
【００４７】
さらに、エンジン１の動力を用いるＨＶ走行においても、低速のＨ−Ｌモードと高速のＨ−Ｈモードを使い分けて常に機械的な伝達比率を高く維持することができるので、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の発電・駆動の負担が小さいことになる。
【００４８】
このように、従来に比べて第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の容量が小さくて済むので、一般的にコントローラーに含まれるインバーターも含めて製造コスト・重量・大きさを小さくできるメリットがある。したがって、たとえば短距離は主に電気自動車として走行して、バッテリーの電力が少なくなった場合にエンジン１の動力で走行する、いわゆるプラグインハイブリッド自動車と呼ばれる車両等の駆動装置として用いるのに適する。
【００４９】
このようなメリットを出すことができるのは、第３メンバーを構成する回転要素である第１リングギヤ２４と第２キャリア３８をケース４６に固定可能としたからである。
しかも、エンジン１が停止した状態で固定装置４６ａによって機械的に入力軸１０を固定し、一方、第２キャリア３８はワンウエイクラッチ４４の作用で逆回転方向の回転が自動的に阻止（固定）されることとクラッチ４０の締結の組み合わせで、第２キャリア３８を正回転方向にも固定できる。このため、これを固定するために従来例のように多板ブレーキといった手段を用いずに済むので、多板ブレーキを用いて第２キャリア３８を固定する場合に比べて、高速走行において多板ブレーキで生ずる引きずり抵抗を減らす効果があるので、この面でも燃費のさらなる改善が期待できる。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の実施例２の自動車用駆動装置につき説明する。
図９は、本発明の実施例２に係る自動車用駆動装置の主要部のスケルトン図である。
ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【００５１】
実施例２における実施例１との違いはクラッチ４０の配置が異なることであり、クラッチ４０は軸方向でエンジン１と第２Ｍ／Ｇ４８の間に設けてある。
その他の構成は実施例１と同じであるので詳細の説明は省略する。
【００５２】
実施例２の作動については、実施例１と同様であるので詳細の説明は省略する。
実施例２は、クラッチ４０をエンジン１と第２Ｍ／Ｇ４８の間に設けたため、乾式クラッチにすることが容易になることであり、常にスプリングの張力でクラッチ４０を締結しておいて、締結を解除する際に図示しないアクチュエータによって解放する方式に適している。したがって、アクチュエータや油圧クラッチ等で締結を維持しておくことが不要となり、その分、燃費の向上を期待できる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３の自動車用駆動装置につき説明する。
図１０は、本発明の実施例３に係る自動車用駆動装置の主要部のスケルトン図である。ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
【００５４】
実施例３の自動車用駆動装置は、実施例１および実施例２の自動車用駆動装置がフロント・エンジン・リア・ドライブ車用に適した構成であったのに対し、フロント・エンジン・フロント・ドライブ車やリア・エンジン・リア・ドライブ車等に用いるのに適したものである。
【００５５】
実施例３における実施例１との違いは、出力軸１２が入力軸１０と平行に設けられており、第２遊星歯車組３０と第２Ｍ／Ｇ４８が入力軸１０の同軸心上に、第１遊星歯車組２０と第１Ｍ／Ｇ４２が出力軸１２の同軸心上に、それぞれ配置されていることである。
第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０の各回転要素同士の連結関係は実施例１と同様であるが、第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０が離れて配置されているため、第１連結歯車対５２と第２連結歯車対５４が両者の間に介在して動力伝達を行うようにしている。
【００５６】
すなわち、入力軸１０と第１リングギヤ２４とは第１連結歯車対５２を介して、第１キャリア２８と第２リングギヤ３４とは第２連結歯車対５４を介して、それぞれ連結されている。
また、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８とは１個のＭ／Ｇケース５０に収められている。
【００５７】
さらに、出力軸１２は出力歯車１８が一体であるとともに、エンジン１側の端に油圧ポンプ２が設けられ、出力軸１２がこれを駆動するようになっている。油圧ポンプ２はエンジン１の図示しない潤滑回路と吸入管２ａと吐出管２ｂとで結ばれており、後述するようにエンジン１が回転していないＥＶ走行において、予備的にエンジン１を潤滑する機能を有している。
【００５８】
実施例３の作動であるが、上記したように第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０の各回転要素同士の連結関係は実施例１と同様であり、第１、第２、第３、第４の各回転メンバーも実施例１と同様であるので、詳細の説明を省略する。
出力軸１２のトルクは、第１連結歯車対５２と第２連結歯車対５４が介在する分、実施例１とは異なるが基本的に同様である。
【００５９】
ここで、油圧ポンプ２の役割について説明する。
実施例１の作動の部分で説明したように、ＥＶ走行においてはエンジン１が回転しておらず、ＨＶ走行になって初めて始動されて回転する。自動車の運転条件にもよるが、ＥＶ走行を長時間行った後にＨＶ走行に切り替わり、急に高負荷の運転を余儀なくされる場合が考えられ、エンジン１にとって潤滑面で厳しい状態になる可能性がある。
そこで、ＥＶ走行をしている間に出力軸１２で駆動する油圧ポンプ２でエンジン１の潤滑回路にエンジンオイルを循環させて、予備的に潤滑を行っておくことができるようになっている。
【００６０】
図示は省略したが、吐出管２ｂ側に電磁バルブなどを設けて、時々油圧を発生させることも可能である。むろん、エンジン１自体にも図示しない潤滑ポンプを有しているので、油圧ポンプ２はあくまでも補助的な潤滑を行うものである。
むろん、油圧ポンプ２の駆動は出力軸１２に限ることなく、他の回転メンバーで駆動してもよいし、専用の小型モーターで駆動してもよい。大事なことはＥＶ走行をしている間にエンジン１を予備的に潤滑できるようにすることである。
【００６１】
また、実施例３は、汎用型のＭ／Ｇを用いることができるのも特徴である。
すなわち、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８は中空軸等を用いない、最も一般的な形状のＭ／Ｇであるので製造コストを安くすることができる。
さらに、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８とは１個のＭ／Ｇケース５０に収められているので、これらを冷却する水の循環路の形成を考慮すると製造コストを安くすることができる。
実施例３も、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両方をフルに活用できることが特徴であり、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の合計容量が自動車の走行に必要とするパワーを満足すればよい。
【００６２】
また、エンジン１の動力を用いるＨＶ走行においても、機械的な伝達比率を高く維持することができるので、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の発電・駆動の負担が小さい。
このように、従来に比べて第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の容量が小さくて済むので、製造コスト・重量・大きさを小さくできるメリットがあるのは実施例１と同じである。
【００６３】
このようなメリットを出すことができるのは、実施例１で説明したのと同様に、第３メンバーを構成する回転要素である第１リングギヤ２４と第２キャリア３８をケース４６に固定可能としたからである。
しかも、エンジン１が停止した状態で固定装置４６ａによって機械的に入力軸１０を固定し、一方、第２キャリア３８は逆回転方向の回転が自動的にケース４６に固定されることとクラッチ４０の締結の組み合わせで、第２キャリア３８正回転方向にも固定できる。このため、多板ブレーキを用いて第２キャリア３８を固定する場合に比べて、高速走行における引きずり抵抗を減らす効果があるので、燃費の改善が期待できる。
また、実施例１などに比べて駆動装置の軸方向長さも短くすることができ、フロント・エンジン・フロント・ドライブ車やリア・エンジン・リア・ドライブ車等への搭載性に優れる。
【００６４】
以上説明したように、本発明の各実施例に係る自動車用駆動装置は、バッテリーの電力のみで走行するＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両方をフルに活用できることが特徴であり、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の合計容量が自動車の走行に必要とするパワーを満足すればよい。したがって、従来例のような大きな容量のＭ／Ｇを用いなくても十分な駆動力を得ることができる。
【００６５】
また、エンジン１で駆動するＨＶ走行においても、機械的な伝達比率を高く維持することができるので、第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の発電・駆動の負担が小さく、ＥＶ走行と同様に容量が従来に比べて小さくて済むので、インバーターやコントローラーを含めて、製造コスト・重量・大きさの面でメリットを有する。
【００６６】
そして、ＥＶ走行は多様な駆動モードを駆使することができるので、自動車の走行条件に応じて最適な駆動モードを選択することで、重点的にＭ／Ｇの熱効率の高いゾーンを使用した駆動が可能である。
さらに、エンジン１が停止した状態で固定装置４６ａによって機械的に入力軸１０を固定し、一方、第２キャリア３８は逆回転方向の回転が自動的にケース４６に固定されることとクラッチ４０の締結の組み合わせで、第２キャリア３８正回転方向にも固定できる。このため、多板ブレーキを用いて第２キャリア３８を固定する場合に比べて、高速走行における引きずり抵抗を減らす効果があるので、燃費の改善が期待できる。
むろん、前述のように、多板ブレーキを用いて第２キャリア３８を固定可能として、固定装置４６ａを設けなくても、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ４２と第２Ｍ／Ｇ４８の両方をフルに活用できることは言うまでもない。
【００６７】
なお、各実施例の説明において摩擦要素として説明したクラッチ４０は、ドッグクラッチに置き換えても上記各作用は成立する。
また、上記した各実施例は、いずれもシングルピニオン型と呼ばれる遊星歯車組を用いたが、これをダブルピニオン型に置き換えることも可能である。ダブルピニオン型の場合は、共通速度線図において第１メンバー乃至第４メンバーを配置する際に、シングルピニオン型に対してキャリアとリングギヤを入れ替えればよい。
【００６８】
本発明の自動車用駆動装置は、当業者の一般的な知識に基づいて、自動車の走行条件に応じて最適な駆動モードを選択し、Ｍ／Ｇの最も効率の高いゾーンでの駆動を行うことや、ＧＰＳ（全地球測位システム）、カーナビゲーションシステムなどの情報を基に、長い坂道の走行時や高速道路の入り口において、さらには気温が低くて自動車の暖房熱源が足りない場合などに、自動的にＨＶ走行に切り替えるなどの制御面での工夫と合わせた態様で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の自動車用駆動装置は、特に走行コストを重視し、環境負荷の低減を要求される小型乗用車などに適用することができるが、それらに限らず内燃機関および電気モーター・ジェネレーターを利用したさまざまな車両に適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１      エンジン
２      油圧ポンプ
１０    入力軸
１２    出力軸
１８    出力歯車
２０    第１遊星歯車組
２２    第１サンギヤ
２４    第１リングギヤ
２６    第１ピニオン
２８    第１キャリア
３０    第２遊星歯車組
３２    第２サンギヤ
３４    第２リングギヤ
３６    第２ピニオン
３８    第２キャリア
４０    クラッチ
４２    第１Ｍ／Ｇ
４４    ワンウエイクラッチ
４６    ケース
４８    第２Ｍ／Ｇ
５０    Ｍ／Ｇケース
５２    第１連結歯車対
５４    第２連結歯車対
【図１】
2012106712.tif 000003
【図２】
2012106712.tif 000004
【図３】
2012106712.tif 000005
【図４】
2012106712.tif 000006
【図５】
2012106712.tif 000007
【図６】
2012106712.tif 000008
【図７】
2012106712.tif 000009
【図８】
2012106712.tif 000010
【図９】
2012106712.tif 000011
【図１０】
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