(57)【要約】【課題】多様な走行モードを設定でき、かつ小型化の容易な動力出力装置を提供する。【解決手段】第１電動機２との間でトルクを伝達する第１要素、第２電動機３との間でトルクを伝達する第２要素、内燃機関１との間でトルクを伝達する第３要素を備え、これら第１ないし第３の要素が互いに差動回転する動力分割機構４と、入力要素と出力要素と固定要素とを備え、かつ入力要素および出力要素ならびに固定要素が互いに差動回転可能な変速用差動機構１５と、前記第１要素に対する連結相手部材を変更する動力分割切替機構９と、前記入力要素に対する連結相手部材を変更する入力切替機構１７と、前記駆動軸１６に対する連結相手部材を変更する出力切替機構１８とを備えている。【選択図】  図１
2009051262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置において、
第１電動機との間でトルクを伝達する第１要素、および第２電動機との間でトルクを伝達する第２要素、ならびに内燃機関との間でトルクを伝達する第３要素を備えるとともに、これら第１ないし第３の要素が互いに差動回転する動力分割機構と、
入力要素と出力要素と固定要素とを備えるとともにこれら入力要素および出力要素ならびに固定要素が互いに差動回転可能な変速用差動機構と、
前記第１電動機と前記第１要素とを連結した状態と、その連結を解除した状態と、前記第１電動機および前記第１要素との回転を止める状態とに切り替えられる動力分割切替機構と、
少なくとも、前記第２要素と前記入力要素とを連結した状態と、前記第２要素および前記入力要素ならびに前記第１電動機の三者を連結した状態と、前記第１電動機と前記入力要素とを連結した状態とに切り替えられる入力切替機構と、
前記出力要素と前記駆動軸とを連結した状態と、前記第２要素および前記出力要素ならびに前記駆動軸の三者を連結した状態とに切り替えられる出力切替機構と
を備えていることを特徴とする動力出力装置。
【請求項２】
前記動力分割切替機構は、前記第１電動機と前記第１要素とを連結した状態を設定する位置と、その連結を解除した状態を設定する位置と、前記第１電動機および前記第１要素との回転を止める状態を設定する位置とに選択的に移動させられる係合用可動部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の動力出力装置。
【請求項３】
前記入力切替機構は、前記第２要素と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記入力要素ならびに前記第１電動機の三者を連結した状態を設定する位置と、前記第１電動機と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、これらの連結を解除した状態を設定する位置とに選択的に移動させられる入力切替用可動部材を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記出力切替機構は、前記出力要素と前記駆動軸とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記出力要素ならびに前記駆動軸の三者を連結した状態を設定する位置との少なくとも二位置に選択的に移動させられる出力切替用可動部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項５】
前記動力分割切替機構と前記入力切替機構と前記出力切替機構とは、噛み合い式の係合装置によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項６】
前記動力分割切替機構と入力切替機構と出力切替機構との動作状態に応じて、前記各電動機の動力の入出力状態が異なる複数の走行モードを設定可能であって、前記動力分割切替機構および入力切替機構ならびに出力切替機構のうちのいずれか一つの動作状態が変化することにより前記走行モードが切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項７】
前記動力分割機構は、前記第１要素としての外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車である前記第３要素としてのリングギヤと、前記サンギヤに噛み合っているピニオンギヤおよび該ピニオンギヤと前記リングギヤとに噛み合っている他のピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持する前記第２要素としてのキャリヤとを有するダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、
前記変速用差動機構は、前記入力要素としての外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車であって所定の固定部に固定された前記固定要素としてのリングギヤと、前記入力用である前記サンギヤに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持する前記出力要素としてのキャリヤとを有するシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項８】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して第１走行モードを設定する第１モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項９】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との連結を解除して前記第１要素を自由回転可能な状態とし、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結することにより前記第２電動機の出力する動力を減速して前記駆動軸に伝達するＥＶ走行モードを設定する第１ＥＶ走行モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１０】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との連結を解除して前記第１要素を自由回転可能な状態とし、前記入力切替機構により前記第２要素と前記第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結することにより前記第１電動機と第２電動機との少なくともいずれか一方が出力する動力を前記駆動軸に伝達するＥＶ走行モードを設定する第２ＥＶ走行モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１１】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して前記内燃機関の動力で後進走行する第１後進モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１２】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との回転を止め、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第１内燃機関直結モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１３】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結する第２内燃機関直結モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１４】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して第２走行モードを設定する第２モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１５】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結し、かつ前記第１電動機を動力源とする他のＥＶ走行モードを設定する第３ＥＶ走行モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１６】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記出力要素と前記駆動軸との三者を連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第３内燃機関直結モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１７】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構による前記連結のいずれをも解除し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記駆動軸とを連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第３走行モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１８】
前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との回転を止め、前記入力切替機構による前記連結のいずれをも解除し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記出力要素と前記駆動軸との三者を連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第４内燃機関直結モード設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の動力出力装置。
【請求項１９】
前記入力切替機構は、軸線方向に前後動可能な第１環状部材を含み、その第１環状部材の外周部に前記入力要素と一体の第１係合部材が常時係合し、前記第１電動機と一体の第２係合部材および前記第２要素に一体の第３係合部材が前記環状部材の内周側に軸線方向に並んで配置され、前記第１環状部材が軸線方向に移動することにより前記第２係合部材と第３係合部材とに選択的に係合するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の動力出力装置。
【請求項２０】
前記出力切替用可動部材は、軸線方向に前後動可能な第２環状部材を含み、その第２環状部材の外周部に前記駆動軸と一体の第４係合部材が常時係合し、前記出力要素に一体の第５係合部材および前記第２要素に一体の第６係合部材が前記第２環状部材の内周側に軸線方向に並んで配置され、前記第２環状部材が軸線方向に移動することにより前記第５係合部材と第６係合部材とに選択的に係合するように構成されていることを特徴とする請求項４ないし１９のいずれかに記載の動力出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関や電動機などの動力装置から出力した動力を駆動軸に出力する動力出力装置に関し、特に内燃機関とモータ・ジェネレータなどの少なくとも二つの電動機とを備え、ハイブリッド車に適する動力出力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置では、内燃機関と電動機とから動力を出力し、もしくは内燃機関に替えて電動機を使用するだけではなく、内燃機関を最適燃費で運転するように電動機によって内燃機関の回転数を制御することも行われている。例えば、内燃機関の出力した動力を差動機構によって電動機と出力軸側とに分割し、電動機が発電機として機能することによる反力によって、出力軸側のトルクを増大し、その発電した電力を走行のために利用している。このような構成では、内燃機関の出力した動力を電力に変換することになるので、その変換量が増大すると、動力変化に伴う損失が増大することがあるので、運転状態に応じて駆動装置による動力の伝達状態すなわち運転モード（もしくは走行モード）を変更することが、従来、行われている。
【０００３】
その一例が特許文献１に記載されている。その構成を簡単に説明すると、特許文献１に記載された装置は、エンジンが連結された入力要素、および第１のモータ・ジェネレータが連結された反力要素、ならびに第２のモータ・ジェネレータが連結された出力要素を備えた差動作用のある動力分配機構と、出力部材を前記出力要素と反力要素とに選択的に連結する二つのクラッチとを有している。したがって、特許文献１に記載されている装置は、動力分配機構によってエンジントルクを増幅して出力部材に出力し、また変速比を連続的に変化させるモードと、いずれかのモータ・ジェネレータを動力源として走行するモードとが可能である。
【０００４】
上述した特許文献１に記載された装置によれば、二つのクラッチの係合・解放の状態に応じて走行モード（あるいは運転モード）が変化するので、アクセル開度や車速などの車両の走行状態に応じて二つのクラッチを適宜に係合・解放させることにより、エンジンやモータ・ジェネレータの回転数あるいは動力伝達効率を良好なものにすることができる。しかしながら、車両の走行状態は多様であり、いずれかのモードを設定したとしても動力循環が生じたり、電力変換を伴う動力伝達の割合が増大するなど、燃費の向上のためには、未だ改善すべき余地がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、動力分割のバランスあるいは動力の分割の仕方であるモードを多様化でき、しかも全体としての構成を小型化することの容易な動力出力装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置において、第１電動機との間でトルクを伝達する第１要素、および第２電動機との間でトルクを伝達する第２要素、ならびに内燃機関との間でトルクを伝達する第３要素を備えるとともに、これら第１ないし第３の要素が互いに差動回転する動力分割機構と、入力要素と出力要素と固定要素とを備えるとともにこれら入力要素および出力要素ならびに固定要素が互いに差動回転可能な変速用差動機構と、前記第１電動機と前記第１要素とを連結した状態と、その連結を解除した状態と、前記第１電動機および前記第１要素との回転を止める状態とに切り替えられる動力分割切替機構と、少なくとも、前記第２要素と前記入力要素とを連結した状態と、前記第２要素および前記入力要素ならびに前記第１電動機の三者を連結した状態と、前記第１電動機と前記入力要素とを連結した状態とに切り替えられる入力切替機構と、前記出力要素と前記駆動軸とを連結した状態と、前記第２要素および前記出力要素ならびに前記駆動軸の三者を連結した状態とに切り替えられる出力切替機構とを備えているものである。
【０００８】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構は、前記第１電動機と前記第１要素とを連結した状態を設定する位置と、その連結を解除した状態を設定する位置と、前記第１電動機および前記第１要素との回転を止める状態を設定する位置とに選択的に移動させられる係合用可動部材を備えている。
【０００９】
この発明は、好ましくは、前記入力切替機構は、前記第２要素と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記入力要素ならびに前記第１電動機の三者を連結した状態を設定する位置と、前記第１電動機と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、これらの連結を解除した状態を設定する位置とに選択的に移動させられる入力切替用可動部材を備えている。
【００１０】
この発明は、好ましくは、前記出力切替機構は、前記出力要素と前記駆動軸とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記出力要素ならびに前記駆動軸の三者を連結した状態を設定する位置とに選択的に移動させられる出力切替用可動部材を備えている。
【００１１】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構と前記入力切替機構と前記出力切替機構とは、噛み合い式の係合装置によって構成されている。
【００１２】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構と入力切替機構と出力切替機構との動作状態に応じて、前記各電動機の動力の入出力状態が異なる複数の走行モードを設定可能であって、前記動力分割切替機構および入力切替機構ならびに出力切替機構のうちのいずれか一つの動作状態が変化することにより前記走行モードが切り替わるように構成されている。
【００１３】
この発明は、好ましくは、前記動力分割機構は、前記第１要素としての外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車である前記第３要素としてのリングギヤと、前記サンギヤに噛み合っているピニオンギヤおよび該ピニオンギヤと前記リングギヤとに噛み合っている他のピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持する前記第２要素としてのキャリヤとを有するダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、前記変速用差動機構は、前記入力要素としての外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車であって所定の固定部に固定された前記固定要素としてのリングギヤと、前記入力用である前記サンギヤに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持する前記出力要素としてのキャリヤとを有するシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成されている。
【００１４】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して第１走行モードを設定する第１モード設定手段を更に備えている。
【００１５】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との連結を解除して前記第１要素を自由回転可能な状態とし、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結することにより前記第２電動機の出力する動力を減速して前記駆動軸に伝達するＥＶ走行モードを設定する第１ＥＶ走行モード設定手段を更に備えている。
【００１６】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との連結を解除して前記第１要素を自由回転可能な状態とし、前記入力切替機構により前記第２要素と前記第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結することにより前記第１電動機と第２電動機との少なくともいずれか一方が出力する動力を前記駆動軸に伝達するＥＶ走行モードを設定する第２ＥＶ走行モード設定手段を更に備えている。
【００１７】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して前記内燃機関の動力で後進走行する第１後進モード設定手段を更に備えている。
【００１８】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との回転を止め、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第１内燃機関直結モード設定手段を更に備えている。
【００１９】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結する第２内燃機関直結モード設定手段を更に備えている
【００２０】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して第２走行モードを設定する第２モード設定手段を更に備えている。
【００２１】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結し、かつ第１電動機を動力源とする他のＥＶ走行モードを設定する第３ＥＶ走行モード設定手段を更に備えている。
【００２２】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と第１電動機と前記入力要素との三者を連結し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記出力要素と前記駆動軸との三者を連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第２内燃機関直結モード設定手段を更に備えている。
【００２３】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構による前記連結を解除して前記第２要素を自由回転可能な状態とし、前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記出力要素と前記駆動軸との三者を連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第３内燃機関直結モード設定手段を更に備えている。
【００２４】
この発明は、好ましくは、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機との回転を止め、前記入力切替機構による前記連結を解除して前記第２要素を自由回転可能な状態とし、前記第１電動機と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記第２要素と前記出力要素と前記駆動軸との三者を連結して前記内燃機関を前記駆動軸に機械的に連結する第４内燃機関直結モード設定手段を更に備えている。
【００２５】
この発明は、好ましくは、前記入力切替機構は、軸線方向に前後動可能な第１環状部材を含み、その第１環状部材の外周部に前記入力要素と一体の第１係合部材が常時係合し、前記第１電動機と一体の第２係合部材および前記第２要素に一体の第３係合部材が前記環状部材の内周側に軸線方向に並んで配置され、前記第１環状部材が軸線方向に移動することにより前記第２係合部材と第３係合部材とに選択的に係合するように構成されている。
【００２６】
この発明は、好ましくは、前記出力切替用可動部材は、軸線方向に前後動可能な第２環状部材を含み、その第２環状部材の外周部に前記駆動軸と一体の第４係合部材が常時係合し、前記出力要素と一体の第５係合部材および前記第２要素に一体の第６係合部材が前記第２環状部材の内周側に軸線方向に並んで配置され、前記第２環状部材が軸線方向に移動することにより前記第５係合部材と第６係合部材とに選択的に係合するように構成されている。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、内燃機関が連結されている動力分割機構に対して第１電動機と第２電動機とを、動力分割切替機構によって、選択的に反力発生手段として連結することができ、また内燃機関を駆動軸に機械的に直結した状態を設定することができるので、内燃機関が出力した動力分割のバランスあるいは動力の分割の仕方を多様に変化させることができる。そのため、いずれかの電動機の回転数が過大になったり、それに伴って動力変換を伴う動力の伝達量が増大して動力伝達効率が低下することを防止もしくは抑制することができる。また、変速用差動機構に対する入出力を切り替える入力切替機構および出力切替機構を設けたことにより、変速のための機構の構成をコンパクトなものとし、それに伴って全体として構成を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明に係る動力出力装置は駆動軸に動力を出力するように構成された装置であって、内燃機関の動力を第１電動機または第２電動機と駆動軸側とに分割する動力分割機構と、駆動軸に出力する動力を変速する変速用差動機構とを備えている。この発明の動力出力装置は、車両に搭載して用いることができるが、これに限られないのであって、他の一般的な動力機械における動力源として用いることもできる。また、その内燃機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンが典型的な例であるが、ガスを燃料としたエンジンやエタノールなどのアルコール類を燃料としたエンジンであってもよい。さらに、各電動機は、電力を機械的な動力に変化して出力するモータに限らず、発電機能を備えたモータ・ジェネレータであってもよい。
【００２９】
この発明における動力分割機構は、相互に差動回転する第１ないし第３の要素を備えており、第１要素は第１電動機との間でトルクを伝達し、第２要素は第２電動機との間でトルクを伝達し、第３要素は内燃機関との間でトルクを伝達するようになっている。したがって、動力分割機構は、シングルピニオン型やダブルピニオン型の遊星歯車機構によって構成することができ、あるいは遊星ローラ機構によって構成することができ、さらに他の適宜の差動機構によって構成することができる。その第１要素と第１電動機との動作状態を切り替える動力分割切替機構が設けられており、これは、第１電動機と第１要素とを連結した状態と、その連結を解除した状態と、第１電動機および第１要素の回転を止める状態とに切り替えるように構成されている。
【００３０】
また、変速用差動機構は、互いに差動回転する入力要素と出力要素と固定要素とを備えている。したがって、変速用差動機構は、シングルピニオン型やダブルピニオン型の遊星歯車機構によって構成することができ、あるいは遊星ローラ機構によって構成することができ、さらに他の適宜の差動機構によって構成することができる。この変速用差動機構には前記動力分割機構や第１電動機から動力が入力されるようになっており、その入力切替を行うための入力切替機構が設けられている。これは、動力分割切替機構における第２要素と入力要素とを連結した状態と、第２要素および入力要素ならびに第１電動機の三者を連結した状態と、第１電動機と入力要素とを連結した状態との少なくとも三つの状態に切り替えるように構成されている。
【００３１】
さらに、出力切替機構を備えている。これは、前記駆動軸に対する連結の状態を切り替えるように構成された機構であり、変速用差動機構における出力要素と駆動軸とを連結した状態と、動力分割切替機構における第２要素および前記出力要素ならびに駆動軸の三者を連結した状態とに切り替えるように構成されている。
【００３２】
上記の動力分割機構は、好ましくは、係合用可動部材を三位置に選択的に移動させて上記の三つの状態に切り替えるように構成される。その三位置は、前記第１電動機と前記第１要素とを連結した状態を設定する位置と、その連結を解除した状態を設定する位置と、前記第１電動機および前記第１要素との回転を止める状態を設定する位置である。このような構成であれば、係合用可動部材を三つの位置のいずれかに選択的に移動させることにより、動力分割機構の動作状態すなわち動力分割のバランスもしくは動力の分割の仕方を変更することができ、したがって動力分割切替機構の構成を簡素化でき、ひいては装置の全体としての構成を小型化することができる。
【００３３】
また、上記の入力切替機構は、好ましくは、入力切替用可動部材を四位置に選択的に移動させることにより、上記の四つの状態に切り替えるように構成される。その四つの位置は、前記第２要素と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記入力要素ならびに前記第１電動機の三者を連結した状態を設定する位置と、前記第１電動機と前記入力要素とを連結した状態を設定する位置と、これらの連結を解除した状態を設定する位置である。このように構成であれば、入力切替用可動部材を四つの位置のいずれかに選択的に移動させることにより、変速用差動機構の動作状態すなわち変速状態を変更することができ、したがって入力切替機構の構成を簡素化でき、ひいては装置の全体としての構成を小型化することができる。
【００３４】
さらに、上記の出力切替機構は、好ましくは、出力切替用可動部材を二つの位置に選択的に移動させることにより、上記の二つの状態に切り替えるように構成される。その二つの位置は、前記出力要素と前記駆動軸とを連結した状態を設定する位置と、前記第２要素および前記出力要素ならびに前記駆動軸の三者を連結した状態を設定する位置である。このような構成であれば、出力切替用可動部材を上記の二つの位置に選択的に移動させることにより、駆動軸に対する連結状態を切り替えることができるので、出力切替機構の構成を簡素化でき、ひいては装置の全体としての構成を小型化することができる。
【００３５】
上記の動力分割切替機構および入力切替機構ならびに出力切替機構は、ドグクラッチなどの噛み合い式の係合装置によって構成されていることが好ましい。このような構成では、係合状態を維持するための動力を必要としないので、動力損失を低減することができ、また湿式多板式の係合装置と比較した場合、高圧オイルポンプなどの圧力源を不要にすることができる。
【００３６】
この発明は、上述した構成に加えて、前記動力分割切替機構と入力切替機構と出力切替機構との動作状態に応じて、前記各電動機の動力の入出力状態が異なる複数の走行モードを設定可能であって、前記動力分割切替機構および入力切替機構ならびに出力切替機構のうちのいずれか一つの動作状態が変化することにより前記走行モードが切り替わるように構成されていることが好ましい。このような構成であれば、一つの切替機構の切替動作によって走行モードを変更できるので、走行モードの変更をスムースに行うことができ、また走行モードの変更応答性を向上させることができる。
【００３７】
上述した動力分割機構は、好ましくは、ダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成し、その場合、サンギヤに第１電動機が連結され、キャリヤに第２電動機が連結され、リングギヤに内燃機関が連結される。また、変速用差動機構は、好ましくは、シングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、その場合、サンギヤが入力要素とされ、リングギヤが固定され、キャリヤが出力要素とされる。したがって、リングギヤを選択的に固定する必要がないので、その固定のためのクラッチなどの係合機構を不要にすることができ、またその係合機構のためのスペースをリングギヤの外周側に確保する必要がないので装置の全体としての構成（特に外径）を小さくすることができる。
【００３８】
この発明の好ましい実施の形態では、前記動力分割切替機構により前記第１要素と前記第１電動機とを連結し、前記入力切替機構により前記第２要素と前記入力要素とを連結し、前記出力切替機構により前記出力要素と前記駆動軸とを連結して第１走行モードを設定するように構成される。したがって、動力分割機構による実質的な変速比をいわゆるロー側に設定して電動機の出力を低減でき、併せて変速用差動機構が減速機として機能するので、車両に搭載して使用した場合には、動力性能や登坂性能を向上させることができる。
【００３９】
また、この発明の好ましい他の実施の形態では、第２電動機を動力源とする第１ＥＶ走行モードが設定される。これは、第２電動機が出力するトルクを、減速機として機能する変速用差動機構を介して駆動軸に出力する走行モードであり、したがって車両に搭載して使用した場合には、大きい駆動トルクを得ることができ、車両としての動力性能あるいは登坂性能を向上させることができる。
【００４０】
この発明の好ましい更に他の実施の形態では、第１および第２の電動機を変速用差動機構に連結し、かつその変速用差動機構における出力要素を駆動軸に連結するので、これらの電動機によるエネルギ回生やいずれかの電動機の動力で走行する第２ＥＶ走行モードが可能になる。また、各電動機を効率のよい動作点で動作させることが可能であるから、回生効率やモータ走行でのエネルギ効率を向上させることができる。
【００４１】
この発明のまた更に他の好ましい実施の形態では、内燃機関の動力で後進走行する第１後進モードが設定される。これは、動力分割機構を反転減速機として機能させて、内燃機関の出力した動力を反転かつ減速して出力し、かつその動力を変速用差動機構で更に減速するので、後進走行のためのトルクとして遜色のないトルクを得ることができる。
【００４２】
この発明の他の好ましい実施の形態では、動力分割切替機構および入力切替機構ならびに出力切替機構を適宜に動作させることにより、第１内燃機関直結モードが設定される。この第１内燃機関直結モードでは、内燃機関と駆動軸とが機械的に連結され、しかも変速比を大きくすることができる。したがって、高負荷が予想される大きい変速比の領域で電力変換を伴わずに駆動軸に動力を伝達でき、その結果、電動機やその制御回路などの電気機器の熱性能上有利になり、また車両がスタックした場合の脱出性能や急坂道登坂性能あるいはトーイング性能を向上させることができる。
【００４３】
さらに、この発明の好ましい実施の形態では、第２内燃機関直結モードを設定するように構成することができる。この第２内燃機関直結モードは、動力分割機構の全体が一体となって回転するように動力分割切替機構を動作させ、その動力分割機構から出力されたトルクを変速用差動機構によって減速して駆動軸に出力するモードである。したがって、内燃機関と駆動軸とが機械的に連結され、しかも変速比を大きくすることができるので、高負荷が予想される大きい変速比の領域で電力変換を伴わずに駆動軸に動力を伝達でき、その結果、電動機やその制御回路などの電気機器の熱性能上有利になり、また車両がスタックした場合の脱出性能や急坂道登坂性能あるいはトーイング性能を向上させることができる。
【００４４】
また更にこの発明の好ましい実施の形態では、第２走行モードを設定するように構成することができる。この第２走行モードでは、動力分割機構における第１要素の回転数を第１電動機で制御することにより内燃機関の回転数を制御でき、併せて第２電動機によって動力分割機構から出力するトルクを補助（アシスト）することができ、こうして動力分割機構から出力されるトルクを変速用差動機構によって減速して駆動軸に出力することができる。したがって第２電動機の出力トルクを相対的に小さくしても必要十分な駆動力を得ることが可能であり、またモード切替に伴うトルクの段差が小さくなるので、切替ショックの防止もしくは抑制に有利になる。
【００４５】
この発明に好ましい他の実施の形態では、第３のＥＶ走行モードを設定するように構成することができる。この走行モードでは、第１電動機が動力分割機構の第１要素と変速用差動機構における入力要素とに連結され、その変速用差動機構の出力要素から駆動軸に出力される。したがって、動力出力装置の全体としての変速比を増大させるように走行モードを変更する過程で、第１電動機および／または第２電動機によって駆動トルクを補完できるので、切替ショックを防止もしくは抑制することが容易になる。
【００４６】
この発明の好ましい実施の形態では第３内燃機関直結モードを設定するように構成することができる。この第３内燃機関直結モードは、動力分割機構の全体が一体となって回転するように設定され、またその動力分割機構の第２要素が駆動軸に実質的に直結される。したがって、車両に搭載した場合、高車速・高負荷時に電力変換を伴わずに動力を伝達できるので、動力の伝達効率を向上させることができる。その結果、電動機やその制御回路などの電気機器の熱性能上有利になり、また車両がスタックした場合の脱出性能や急坂道登坂性能あるいはトーイング性能を向上させることができる。
【００４７】
また、この発明の好ましい実施の形態では、第３走行モードを設定するように構成することができる。この第３走行モードでは、内燃機関が出力した動力が第１電動機と駆動軸とに分割され、第１電動機が反力トルクを与えることにより、駆動軸に伝達されるトルクが内燃機関の出力したトルクに対して増幅され、また第２電動機がトルクを補助するので、動力の伝達効率が向上する。特に、第２電動機が出力した動力を適宜の減速機を介して動力分割機構の第２要素に伝達するように構成することにより、高車速が想定される小さい変速比領域での動力伝達効率を向上させることができる。
【００４８】
この発明の好ましい更に他の実施の形態では、第４内燃機関直結モードを設定するように構成することができる。この第４内燃機関直結モードでは、動力分割機構を増速機構として機能させることが可能であり、そのために高車速定常走行時に電力変換を伴わない動力伝達を行って動力損失を低減でき、ひいては燃費を向上させることができる。
【００４９】
なお、前述した入力切替機構は、この発明の好ましい実施の形態では、変速用差動機構の入力要素と回転方向で一体に形成され、軸線方向に移動することにより、第１電動機あるいは前記第２要素に選択的に連結される入力切替用可動部材を備えた構成とすることができる。このように構成すれば、入力切替用可動部材の必要ストローク量を短くすることができる。
【００５０】
また、前述した出力切替用可動部材は、この発明の好ましい実施の形態では、前記駆動軸と回転方向で一体化され、軸線方向に移動することにより前記出力要素あるいは前記第２要素に選択的に連結される構成とすることができる。このように構成すれば、出力切替用可動部材の必要ストローク量を短くすることができる。
【００５１】
上述した各好ましい実施の形態を含む具体例を以下に示す。図１はこの発明の一具体例を示す図であって、内燃機関（以下、エンジンと記す）１とこの発明の電動機に相当する二つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１、ＭＧ２）２，３とが動力装置として設けられている。そのエンジン１は、動力分割機構４に連結され、また二つのモータ・ジェネレータ２，３は、その動力分割機構４に対して反力を与え、あるいは出力するトルクをアシストするように、動力分割機構４との間でトルクを伝達するようになっている。なお、エンジン１と動力分割機構４との間に、ダンパーやトルクコンバータ（それぞれ図示せず）を介在させてもよい。
【００５２】
動力分割機構４は、図１に示す例では、ダブルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、動力分割機構４は、外歯歯車であるサンギヤＳｍと、このサンギヤＳｍに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤＲｍと、サンギヤＳｍに噛み合っているピニオンギヤおよび該ピニオンギヤとリングギヤＲｍとに噛み合っている他のピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持するキャリヤＣｍとを回転要素とし、これら三つの回転要素が相互に差動回転するよう構成された差動歯車機構である。そのリングギヤＲｍにエンジン１から動力が伝達されるようになっており、したがってリングギヤＲｍがこの発明の第３要素に相当している。また、サンギヤＳｍが一方のモータ・ジェネレータ（以下、第１モータ・ジェネレータと記す）２に連結されるように構成されており、したがってサンギヤＳｍがこの発明の第１要素に相当している。さらに、キャリヤＣｍが他方のモータ・ジェネレータ（以下、第２モータ・ジェネレータと記す）３との間でトルクを伝達するように構成されており、したがってキャリヤＣｍがこの発明の第２要素に相当している。
【００５３】
各モータ・ジェネレータ２，３および動力分割機構４は、エンジン１の動力を入力するべく前記リングギヤＲｍに連結された入力軸５と同一の軸線上に配列されており、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３は動力分割機構４よりもエンジン１側に配置されている。そして、第２モータ・ジェネレータ３と動力分割機構４との間に、減速機構６が設けられている。この減速機構６は、第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクを増幅して動力分割機構４に伝達するためのものであり、したがって変速比もしくは減速比が“１”より大きい歯車機構もしくはローラ機構などによって構成されている。図１に示す例では、減速機構６は入力軸５の外周側に入力軸５と同一軸線上に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。このシングルピニオン型の遊星歯車機構は、外歯歯車であるサンギヤＳｆと、そのサンギヤＳｆに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤＲｆと、これらサンギヤＳｆおよびリングギヤＲｆに噛み合っているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤＣｆとを回転要素とし、これら三つの回転要素が相互に差動回転する歯車機構である。なお、これらのギヤをローラに置き換えた機構が遊星ローラ機構である。
【００５４】
第２モータ・ジェネレータ３（より詳しくは、そのロータ）がサンギヤＳｆに連結されている。したがってサンギヤＳｆが入力要素となっている。また、キャリヤＣｆは、ケーシング（図示せず）などの固定部７に連結されて固定されている。したがってキャリヤＣｆが固定要素となっている。さらにリングギヤＲｆが、動力分割機構４におけるキャリヤＣｍに連結され、出力要素となっている。したがって、サンギヤＳｆの歯数とリングギヤＲｆの歯数との比であるギヤ比を“ρ”（＜１）とすると、リングギヤＲｆはそのギヤ比に応じて減速されて回転し、そのトルクはサンギヤＳｆに入力されたトルクをギヤ比ρに応じて増大させたものとなる。
【００５５】
前述した動力分割機構４の中心部を貫通しかつ前記入力軸５と同一軸線上に配置された中間軸８が設けられている。この中間軸８は動力分割機構４から動力を出力するためのものであって、入力軸５の延長軸線上に配置されており、その外周側に第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２が同軸上に配置されている。その第１モータ・ジェネレータ２（より詳しくは、そのロータ）と動力分割機構４における第１要素であるサンギヤＳｍとを選択的に連結し、またこれらを選択的に固定する動力分割切替機構９が設けられている。この動力分割切替機構９は、要は、相手部材を切り替えて連結するクラッチ機構であり、摩擦クラッチや噛み合い式のクラッチなど適宜の構成のものを使用することができる。
【００５６】
図１および図２には、噛み合い式のクラッチ（ドグクラッチ）の例を示してある。その構造を説明すると、サンギヤＳｍと一体のサンギヤハブ１０と第１モータ・ジェネレータ２のロータと一体のモータハブ１１とが、軸線方向に並んでかつ隣接して配置されており、それぞれのハブ１０，１１の外周部にスプラインが形成されている。また、これらのハブ１０，１１の外周側に、この発明における係合用可動部材に相当するスリーブ１２が、軸線方向に前後動できるように配置されている。そのスリーブ１２の内周面には、各ハブ１０，１１のスプラインに係合するスプラインが形成されており、その軸線方向での長さは、各ハブ１０，１１のスプラインに同時に係合する長さに設定されている。さらに、スリーブ１２の外周側には、ケーシングなどの固定部７に一体化されている固定スプライン１３が設けられており、この固定スプライン１３に係合するスプラインがスリーブ１２の外周面に形成されている。なお、固定スプライン１３の位置は、スリーブ１２が各ハブ１０，１１の両方に係合している状態で、スリーブ１２の外周側のスプラインに係合する位置に設定されている。
【００５７】
上記のスリーブ１２を軸線方向の三つの位置に移動させるアクチュエータ１４が設けられている。このアクチュエータ１４は、電動シリンダや流体圧シリンダなどの直線的な動作を行うアクチュエータや回転運動を軸線方向の直線的な動作に変化するリンク機構を有するアクチュエータなど適宜の構成のものであって、スリーブ１２を軸線方向の三位置に選択的に移動させて保持するようになっている。それらの三つの位置を図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示してある。
【００５８】
第１の位置（以下、Ｌ位置と記すことがある。）はいわゆるニュートラル位置であって、図２の（ａ）に示すように各ハブ１０，１１および固定スプライン１３のいずれも連結されていない位置であり、スリーブ１２はサンギヤハブ１０のみに係合している。したがってサンギヤＳｍはいわゆるフリーな状態になる。
【００５９】
第２の位置（以下、Ｎ位置と記すことがある。）は、スリーブ１２をモータハブ１１側に移動させた位置であって、図２の（ｂ）に示すように、サンギヤハブ１０とモータハブ１１との両方に係合させた位置である。したがって、サンギヤＳｍと第１モータ・ジェネレータ２とがトルク伝達可能に連結される。
【００６０】
第３の位置（以下、Ｒ位置と記すことがある。）はスリーブ１２を更に軸線方向に移動させた位置であって、図２の（ｃ）に示すように、各ハブ１０，１１および固定スプライン１３の三者にスリーブ１２が係合する位置である。したがって、サンギヤＳｍおよび第１モータ・ジェネレータ２が固定部に連結されてその回転が止められる。図３には、これら三つの位置におけるサンギヤＳｍの状態あるいは連結相手部材をまとめて示してある。
【００６１】
上記の第１モータ・ジェネレータ２を挟んで動力分割機構４とは軸線方向で反対側には、変速用差動機構１５が同一軸線上に配置されている。この変速用差動機構１５は、駆動軸１６に出力する動力を変速するためのものであって、入力回転数と出力回転数との比を複数に変化させることができるように構成されている。したがって変速用差動機構１５は遊星歯車機構や遊星ローラ機構などの差動作用のある機構によって構成することができ、図１にはシングルピニオン型は遊星歯車機構によって構成した例を示してある。シングルピニオン型遊星歯車機構の従来知られている構成のものであって、前述した減速機構６を構成しているものと同様に、サンギヤＳｒと、リングギヤＲｒと、キャリヤＣｒとを回転要素とし、これらの回転要素が相互に差動回転するように構成されている。そして、リングギヤＲｒがケーシングなどの固定部７に取り付けられていて固定要素となっている。また、キャリヤＣｒは駆動軸１６に選択的に連結されるように構成され、出力要素となっている。そして、サンギヤＳｒが入力要素となっている。なお、駆動軸１６は、前述した中間軸８の延長線上に配置されている。
【００６２】
一組の遊星歯車機構からなる変速用差動機構１５によって多様な変速状態（変速段もしくは走行モード）を設定するために、入力切替機構１７と出力切替機構１８とが設けられている。入力切替機構１７は、変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒの連結相手部材を切り替えるための機構であり、摩擦クラッチや噛み合い式のクラッチなど適宜の構成のものを使用することができる。図１および図４には、噛み合い式のクラッチ（ドグクラッチ）によって入力切替機構１７を構成した例を示してある。その構造を説明すると、前記中間軸８に一体化されている入力ハブ１９を中央にして、その図での左側（第１モータ・ジェネレータ２側）に第１モータ・ジェネレータ２のロータに一体化されているモータハブ２０が隣接して配置され、またこれとは反対の図での右側（変速用差動機構１５側）に変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒに一体化されているサンギヤハブ２１が隣接して配置されている。これらのハブ１９，２０，２１は同一の外径であって、それぞれの外周部にスプラインが形成されている。これらのハブ１９，２０，２１を外周側に覆うように筒状のスリーブ２２が配置されている。このスリーブ２２は、この発明における入力切替用可動部材に相当するものであって、アクチュエータ２３によって軸線方向に前後動できるように構成され、また内周面の軸線方向に離隔した二箇所に、前記各ハブ１９，２０，２１のスプラインに係合するスプラインが形成されている。そのスプラインの間隔およびそれぞれの長さは、スリーブ２２の位置に応じて、連結状態を以下のように切り替える間隔および長さに設定されている。なお、そのアクチュエータ２３としては前述した動力分割切替機構９におけるアクチュエータ１４と同様の構成とすることができる。
【００６３】
スリーブ２２はアクチュエータ２３によって軸線方向における四位置に移動させられるようになっており、図４にはそれらの各位置を示してある。図４の（ａ）はスリーブ２２を最も第１モータ・ジェネレータ２側に寄った位置すなわち図での左側の位置（以下、ＬＬ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２２の内周面に形成された一方のスプラインが、入力ハブ１９とサンギヤハブ２１とに係合し、中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３が変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結される。図４の（ｂ）は、スリーブ２２をＬＬ位置より変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｌ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２２の内周面に形成された一方のスプラインが入力ハブ１９とサンギヤハブ２１とに係合することに加えて、他方のスプラインがモータハブ２０に係合する。したがって変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒが、第１モータ・ジェネレータ２と中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３とに連結される。
【００６４】
図４の（ｃ）は、スリーブ２２を更に変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｎ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２２の内周面に形成された一方のスプラインがサンギヤハブ２１のみに係合し、かつ他方のスプラインがモータハブ２０に係合する。したがって変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒが第１モータ・ジェネレータ２に連結される。さらに、図４の（ｄ）は、スリーブ２２を最も変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｒ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２２の内周面に形成された一方のスプラインがサンギヤハブ２１のみに係合し、かつ他方のスプラインがモータハブ２０から外れる。したがって変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒは、第２モータ・ジェネレータ３および第１モータ・ジェネレータ２のいずれにも連結されず、いわゆるフリーな状態になる。図５には、これら四つの位置におけるサンギヤＳｒの状態あるいは連結相手部材をまとめて示してある。
【００６５】
一方、出力切替機構１８は、駆動軸１６の連結相手部材を切り替えるための機構であり、摩擦クラッチや噛み合い式のクラッチなど適宜の構成のものを使用することができる。図１および図６には、噛み合い式のクラッチ（ドグクラッチ）によって出力切替機構１８を構成した例を示してある。その構造を説明すると、駆動軸１６に駆動軸ハブ２４が一体に設けられており、その駆動軸ハブ２４と同一軸線上に、中間軸８に一体の出力ハブ２５と、変速用差動機構１５における出力要素であるキャリヤＣｒに一体のキャリヤハブ２６とが並んで配置されている。これらのハブ２４，２５，２６は同一の外径であって、それぞれの外周部にスプラインが形成されている。これらのハブ２４，２５，２６の外周側を覆うように筒状のスリーブ２７が配置されている。このスリーブ２７は、この発明における出力切替用可動部材に相当するものであって、アクチュエータ２８によって軸線方向に前後動できるように構成され、また内周面の軸線方向に離隔した二箇所に、前記各ハブ２４，２５，２６のスプラインに係合するスプラインが形成されている。そのスプラインの間隔およびそれぞれの長さは、スリーブ２７の位置に応じて、連結状態を以下のように切り替える間隔および長さに設定されている。なお、そのアクチュエータ２８としては前述した動力分割切替機構９におけるアクチュエータ１４や入力切替機構１７におけるアクチュエータ２３と同様の構成とすることができる。
【００６６】
スリーブ２７はアクチュエータ２８によって軸線方向における二つの位置に移動させられるようになっており、図６にはそれらの各位置を示してある。図６の（ａ）はスリーブ２７を変速用差動機構１５側に寄った位置すなわち図での左側の位置（以下、Ｎ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２７の内周面に形成された一方のスプラインが、駆動軸ハブ２４に係合し、また他方のスプラインがキャリヤハブ２６に係合し、したがってキャリヤＣｒが駆動軸１６に連結される。図６の（ｂ）は、スリーブ２７を図の右側すなわち駆動軸１６側の位置（以下、Ｒ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ２７の内周面に形成された一方のスプラインが駆動軸ハブ２４に係合したまま、他方のスプラインがキャリヤハブ２６と出力ハブ２５とに係合する。したがって駆動軸１６が中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３に連結されるとともに変速用差動機構１５における出力要素であるキャリヤＣｒに連結される。図７には、これら二つの位置における駆動軸１６の連結相手部材をまとめて示してある。
【００６７】
前述した各モータ・ジェネレータ２，３はインバータなどのコントローラ２９を介してバッテリーなどの蓄電装置３０に接続されており、そのコントローラ２９によって制御されて電動機あるいは発電機として動作するように構成されている。さらに、これらのモータ・ジェネレータ２，３の出力トルクや発電量（すなわち反力トルク）の制御、各切替機構９，１７，１８を動作させることによる走行モードの制御などを行うための電子制御装置（ＥＣＵ）３１が設けられている。この電子制御装置３１はマイクロコンピュータを主体にして構成されたものであって、車速や要求駆動力、蓄電装置３０の充電量（ＳＯＣ）などの入力データおよび予め記憶しているデータを利用して演算を行い、その演算の結果を各モータ・ジェネレータ２，３を制御するための指令信号として前記コントローラ２９に出力し、またいずれかの切替機構９，１７，１８を動作させて所定の走行モードあるいは変速段を設定する指令信号を出力するように構成されている。
【００６８】
上記の動力出力装置は、車両に搭載することにより、各種の走行モードあるいは変速段を設定することができる。図８は前述した各切替機構９，１７，１８の動作状態すなわち各スリーブ１２，２２，２７の動作位置と、それに応じて設定される走行モードあるいは変速段をまとめて示しており、図８には各スリーブ１２，２２，２７の動作位置を「○」印で示してある。以下、各変速段（走行モード）について説明する。
【００６９】
先ず、エンジン１を駆動してこれを動力源とし、かつエンジン回転数と駆動軸１６の回転数との比が大きくなる第１速（１ｓｔ）でのエンジン走行（ＥＮＧ走行）モードについて説明する。この走行モードでは、動力分割切替機構９におけるスリーブ１２をＮ位置に移動させて動力分割機構４におけるサンギヤＳｍに第１モータ・ジェネレータ２を連結し、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２をＬＬ位置に移動させて変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３を連結し、さらに出力切替機構１８のスリーブ２７をＮ位置に移動させて駆動軸１６にキャリヤＣｒを連結する。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図９にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図１０に示してある。
【００７０】
図１０に示すように、動力分割機構４では、リングギヤＲｍにエンジン１から動力が入力され、これがキャリヤＣｍとサンギヤＳｍとに分配される。これに対して第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能するように制御され、サンギヤＳｍに反力を与える。さらに、第１モータ・ジェネレータ２で発生した電力は第２モータ・ジェネレータ３に供給され、第２モータ・ジェネレータ３が電動機として機能して動力を出力する。したがってキャリヤＣｍにはエンジン１から入力されたトルクと第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクと第２モータ・ジェネレータ３が出力しかつ減速機構６で増幅されたトルクとを合成したトルクが現れる。そのキャリヤＣｍのトルクは中間軸８および入力切替機構１７を介して変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに伝達される。この変速用差動機構１５は、リングギヤＲｒが固定されかつキャリヤＣｒが駆動軸１６に連結されてこれが出力要素となっているので、減速機として機能し、サンギヤＳｒに入力されたトルクが増大させられて駆動軸１６から出力される。なおこの場合、図１０に示すように、第１モータ・ジェネレータ２の回転数に応じてエンジン１の回転数が変化するので、エンジン１の運転点が最適燃費点となるように第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を制御できる。
【００７１】
このように第１速のエンジン走行状態では、動力分割機構４から出力したトルクを変速用差動機構１５で減速して駆動軸１６に出力するから、所定の駆動トルクを得るための第１モータ・ジェネレータ２の出力を、変速用差動機構１５で減速しない場合に比較して小さくすることができる。そのため、動力出力装置の全体としての最大駆動力を従来になく向上させることができる。言い換えれば、駆動トルクを増大させることができるので、車両としての動力性能や登坂性能を向上させることができる。
【００７２】
つぎに、第２モータ・ジェネレータ３を動力源とし、かつその回転数と駆動軸１６の回転数との比が大きくなる第１速（１ｓｔ）でのモータ走行（ＥＶ走行）モードについて説明する。この走行モードは、動力分割切替機構９におけるスリーブ１２をＬ位置に移動させて動力分割機構４におけるサンギヤＳｍと第１モータ・ジェネレータ２との連結を解いてサンギヤＳｍをいわゆるフリーな状態とし、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２をＬＬ位置に移動させて変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３を連結し、さらに出力切替機構１８のスリーブ２７をＮ位置に移動させて駆動軸１６にキャリヤＣｒを連結する。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図１１にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図１２に示してある。
【００７３】
この走行モードでは、動力分割機構４における一つの回転要素であるサンギヤＳｍが自由に回転してしまうので、動力分割機構４は差動作用あるいは変速作用を行うことがなく、したがって減速機構６で増幅された第２モータ・ジェネレータ３のトルクがそのまま中間軸８および入力切替機構１７を介して変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに伝達される。そして、変速用差動機構１５は、上述した第１速でのエンジン走行の場合と同様に減速機として機能するので、駆動軸１６にはサンギヤＳｒに伝達されたトルクを増幅したトルクが出力される。
【００７４】
このように第１速のＥＶ走行状態では、第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクが減速機構６および変速用差動機構１５の両方によって増大させられて駆動軸１６に伝達されるので、大きい駆動トルクを得ることができる。言い換えれば、所定の駆動トルクを得るための第２モータ・ジェネレータ３の出力を、変速用差動機構１５で減速しない場合に比較して小さくすることができる。そのため、動力出力装置の全体としての最大駆動力を従来になく向上させることができ、また車両としての動力性能や登坂性能を向上させることができる。
【００７５】
なお、第１速のＥＶ走行状態を設定している状態で、車両の走行慣性トルクを駆動軸１６側から第２モータ・ジェネレータ３に伝達すれば、第２モータ・ジェネレータ３を発電機として機能させることができる。すなわち、エネルギ回生を第２モータ・ジェネレータ３によって行うことができる。この状態を図８に「回生１」として示してある。
【００７６】
また、第１速のＥＶ走行状態を設定している状態で、第２モータ・ジェネレータ３を前進走行の場合とは反対方向に回転させれば、駆動軸１６のトルクの方向が前進走行の場合とは反対になり、後進状態を設定することができる。この状態を図８に「Ｒｅｖ  ＥＶ」として示してある。
【００７７】
第１速でエネルギ回生を行う場合、第２モータ・ジェネレータ３だけでなく、第１モータ・ジェネレータ２をも発電機として機能させることができる。その状態を図８には「回生２」として示してあり、この場合は、入力切替機構１７のスリーブ２２を前述したＬＬ位置ではなく、Ｌ位置に移動させて、三つのハブ１９，２０，２１を互いに連結する。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２および第２モータ・ジェネレータ３を変速用差動機構１５の入力要素であるサンギヤＳｒに連結する。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図１３にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図１４に示してある。このように制御することにより、車両の走行慣性トルクを各モータ・ジェネレータ２，３に伝達してこれらのモータ・ジェネレータ２，３によって発電させることができる。なお、この「回生２」の状態で各モータ・ジェネレータ２，３を正転力行させれば、二つのモータ・ジェネレータ２，３を動力源として前進走行することができる。図８にはこの状態を「ＥＶ走行２」として示してある。また、逆転力行させれば、二つのモータ・ジェネレータ２，３を動力源として後進走行することができる。このように二つのモータ・ジェネレータ２，３を使用して走行あるいは回生する場合、各モータ・ジェネレータ２，３の力行もしくは回生状態を適宜に設定して動作点を選択できるので、力行あるいは回生の効率を向上させることができる。
【００７８】
なお、第１速でエンジン走行する場合、エンジン回転数に対して第１モータ・ジェネレータ２の回転数を高回転数にすれば、第２要素であるキャリヤＣｍがエンジン１とは反対方向に回転する。その状態を図８に「Ｒｅｖ  ＥＮＧ」として示し、また図１５に共線図で示してある。すなわち、動力分割機構４におけるキャリヤＣｍがエンジン１とは反対方向に回転すると、これに連結されている変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒが逆回転するので、キャリヤＣｒおよびこれに連結されている駆動軸１６が逆回転し、後進（Ｒｅｖ）状態を設定することができる。なお、第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能し、その電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されてこれが電動機として機能し、その第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクが減速機構６で増幅された後、キャリヤＣｍに付加される。この走行モードでは、動力分割機構４および変速用差動機構１５の両方が減速機として機能するので、所定の後進駆動トルクを得るためのモータ・ジェネレータ２，３の出力を相対的に小さくすることができる。言い換えれば、後進駆動トルクを増大させることができるので、車両としての後進走行性能を確保することができる。
【００７９】
つぎに第１速でのエンジン直結モード（ＥＮＧ直結）について説明する。この発明でエンジン直結モードとは、エンジン１が出力した動力を、電力への変換を伴わずに駆動軸１６に伝達する駆動状態であり、動力分割機構４におけるサンギヤＣｍを固定し、かつそのキャリヤＣｍを中間軸８を介して変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結することにより設定される。すなわち、図８に「ＥＮＧ直結  ＭＧ１ロック」として示してあるように、動力分割切替機構９におけるスリーブ１２がＲ位置に移動させられて、サンギヤＳｍおよび第１モータ・ジェネレータ２が共に固定され、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２がＬＬ位置に移動させられて中間軸８と変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒとが連結され、さらに出力切替機構１８におけるスリーブ２７がＮ位置に移動させられて変速用差動機構１５におけるキャリヤＣｒが駆動軸１６に連結される。この状態を図１６にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図１７に示してある。
【００８０】
図１７に示すように、動力分割機構４では第１モータ・ジェネレータ２と共にサンギヤＳｍが固定されているので、エンジン１から入力されたトルクによってリングギヤＲｍが回転させられることにより、キャリヤＣｍがリングギヤＲｍよりも高速で回転する。したがって、動力分割機構４は増速機として機能する。そのキャリヤＣｍは中間軸８および入力切替機構１７を介して変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結されているので、動力分割機構４から出力されたトルクは変速用差動機構１５によって増幅されて駆動軸１６に出力される。この場合、前記第１モータ・ジェネレータ２は固定されており、したがって第１モータ・ジェネレータ２から第２モータ・ジェネレータ３への電力の供給は行われない。すなわち、エンジン１が出力した動力が電力に変換されずに、歯車などの機械的な手段で駆動軸１６に伝達される。そのため、摩擦などの不可避的な損失を無視すれば、動力伝達効率は１００％になり、車両としての燃費を向上させることができる。また、エンジン１が出力した動力を電力に変換しないので、前述したコントローラ２９などの電気機器に対する負荷が低減され、熱性能上有利になるので、車両がスタックした場合の脱出性能や急坂路の登坂性能、あるいはトーイング性能を向上させることができる。
【００８１】
前述した第１速のエンジン走行状態で発進する場合、エンジン回転数に対して第１モータ・ジェネレータ２の回転数を相対的に高回転数に設定することにより、キャリヤＣｍの回転を止めておくことができ、その状態から第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクを次第に増大させてその回転数を低下させると、キャリヤＣｍの回転数が次第に増大して車両が発進する。車速の増大に伴ってキャリヤＣｍの回転数が次第に増大すると、第１モータ・ジェネレータ２の回転数が次第に低下し、その過程でサンギヤＳｍの回転数とキャリヤＣｍの回転数とリングギヤＲｍの回転数とが一致する。すなわち、動力分割機構４が回転同期する。
【００８２】
この状態では、入力切替機構１７におけるサンギヤハブ２０と入力ハブ１９との回転数が一致するので、そのスリーブ２２がＬＬ位置からＬ位置に移動させられ、変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒが、切替ショックを生じることなく、第１および第２のモータ・ジェネレータ２，３の両方に連結される。この状態が図８に「１ｓｔ−２ｎｄ  ＥＮＧ直結」として示してある状態である。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図１８にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図１９に示してある。この状態では、動力分割機構４におけるサンギヤＳｍとキャリヤＣｍとが互いに連結されるので、動力分割機構４の全体が一体となって回転し、したがって、エンジン１が出力した動力は、そのまま変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに伝達され、そのキャリヤＣｒから駆動軸１６に出力される。すなわち、この状態でもいわゆるエンジン直結状態になって電力への変換を伴うことなく、駆動軸１６にエンジン１からの動力が伝達される。
【００８３】
つぎに第２速でエンジン１によって走行する場合について説明する。この状態は図８に「２ｎｄ  ＥＮＧ走行」として示してあり、この走行モードは、動力分割切替機構９におけるスリーブ１２をＮ位置に移動させて動力分割機構４におけるサンギヤＳｍに第１モータ・ジェネレータ２を連結し、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２をＮ位置に移動させて変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに第１モータ・ジェネレータ２を連結し、さらに出力切替機構１８のスリーブ２７をＮ位置に移動させて駆動軸１６にキャリヤＣｒを連結することにより設定される。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図２０にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図２１に示してある。
【００８４】
図２１に示すように、動力分割機構４では、リングギヤＲｍにエンジン１から動力が入力され、これがキャリヤＣｍとサンギヤＳｍとに分配される。これに対して第２モータ・ジェネレータ３は発電機として機能するように制御され、キャリヤＣｍに反力を与える。さらに、第２モータ・ジェネレータ３で発生した電力は第１モータ・ジェネレータ２に供給され、第１モータ・ジェネレータ２が電動機として機能して動力を出力する。したがってサンギヤＳｍにはエンジン１から入力されたトルクと第２モータ・ジェネレータ３による反力トルクと第１モータ・ジェネレータ２が出力したトルクとを合成したトルクが現れる。そのサンギヤＳｍのトルクは第１モータ・ジェネレータ２のロータおよび入力切替機構１７を介して変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに伝達される。この変速用差動機構１５は、リングギヤＲｒが固定されかつキャリヤＣｒが駆動軸１６に連結されてこれが出力要素となっているので、減速機として機能し、サンギヤＳｒに入力されたトルクが増大させられて駆動軸１６から出力される。なおこの場合、図２１に示すように、第２モータ・ジェネレータ３の回転数に応じてエンジン１の回転数が変化するので、エンジン１の運転点が最適燃費点となるように第２モータ・ジェネレータ３によってエンジン回転数を制御できる。
【００８５】
これを第１速でのエンジン走行の場合と対比すると、第１速モードでは、第１モータ・ジェネレータ２がいわゆる反力手段となり、かつ第２モータ・ジェネレータ３がトルクアシスト手段となっていたのに対して、第２速モードでは、それぞれのモータ・ジェネレータ２，３の機能が入れ替わり、第１モータ・ジェネレータ２がトルクアシスト手段となり、第２モータ・ジェネレータ３が反力手段となる。そのため、エンジン１が出力した動力の分割の割合あるいはバランスが変化する。この発明におけるモードの変更は、このようなエンジン１が出力した動力の分割の割合あるいはバランスの変更を伴う動力伝達状態の変更を含んでいる。
【００８６】
このように第２速のエンジン走行状態では、エンジン１が出力した動力を動力分割機構４で増速してそのサンギヤＳｍから出力するように設定でき、またその場合、前記減速機構６での減速比と動力分割機構４を構成している遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤＳｍの歯数とリングギヤＲｍの歯数との比）のバランスをとることにより、第２モータ・ジェネレータ３の出力を小さくしても、通常必要とする駆動力を得ることができる。すなわち、電力変換を伴う動力の伝達割合を小さくできるので、動力損失を低減し、車両の全体としての燃費を向上させることができる。また、第１速モードと第２速モードとのトルクの段差が小さく、特に上述した「ＥＮＧ直結」の状態を経由してモードを切り替えることによりトルク段差が殆どなくなり、したがってショックのない連続的なモード切替を行うことができる。
【００８７】
なお、上記の第２速を設定している状態で、エンジン１を停止するとともに、第１モータ・ジェネレータ２の動力で走行することができ、また車両の有する運動エネルギを第１モータ・ジェネレータ２によって回生することができる。この状態を図８に「２ｎｄ  回生」として示してあり、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図２２に示してある。この走行モードでは、変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに第１モータ・ジェネレータ２が入力切替機構１７を介して連結されているので、第１モータ・ジェネレータ２が出力した動力は、変速用差動機構１５によって減速されてキャリヤＣｒから駆動軸１６に出力される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２を小型化することができる。なお、第１モータ・ジェネレータ２は動力分割機構４におけるサンギヤＳｍにも連結されているが、動力分割機構４のキャリヤＣｍが第２モータ・ジェネレータ３と共にフリーな状態になっているので、動力分割機構４が特に作用を行うことはない。また、回生時には、車両の有する慣性エネルギによって第１モータ・ジェネレータ２が回転させられて発電を行う。なお、その場合、第２モータ・ジェネレータ３も発電機として機能させてエネルギ回生を行ってもよい。
【００８８】
第２速でＥＶ走行を行い、あるいは回生を行っている状態で、要求駆動力の増大あるいは車速の低下などによって第１速にモードを切り替える場合がある。その切替は以下のようにして実行される。先ず、動力分割切替機構８におけるスリーブ１２が前述したＮ位置からＬ位置に移動させれる。したがって、第１モータ・ジェネレータ２と動力分割機構４のサンギヤＳｍとの連結が解除される。この状態でも、第１モータ・ジェネレータ２は変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに連結されているので、ＥＶ走行やエネルギ回生を行うことができる。つぎに入力切替機構１７のスリーブ２２がＮ位置からＬ位置に移動させられ、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３との両方が変速用差動機構１５のサンギヤＳｒに連結される。その場合、第２モータ・ジェネレータ３の回転数を制御して、入力ハブ１９の回転数を第１モータ・ジェネレータ２の回転数に一致させておくことが好ましい。さらに、入力切替機構１７のスリーブ２２をＬ位置からＬＬ位置に移動させて第２モータ・ジェネレータ３のみを変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結する。こうして図８に「回生１」として示してある連結状態すなわち走行モードに切り替える。このように切替制御することにより、ショックを生じることなく低速側の走行モードに切り替えることができる。
【００８９】
第２速と、これより高車速側のモードである第３速との間で切替を行う場合、これら第２速と第３速とに共通のエンジン直結（ＥＮＧ直結）モードを設定する。これは、図８に「２ｎｄ−３ｒｄ  ＥＮＧ直結」として示してある状態であり、その各切替機構９，１７，１８の動作状態を図２３にスケルトン図で示し、さらにこのモードでの動力分割機構４および変速用差動機構１５の動作状態を図２４に共線図で示してある。
【００９０】
この走行モードでは、動力分割切替機構８におけるスリーブ１２が前述したＮ位置に移動させられて第１モータ・ジェネレータ２が動力分割機構４のサンギヤＳｍに連結され、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２が前述したＮ位置に移動させられて第１モータ・ジェネレータ２が変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結される。これら動力分割切替機構８および入力切替機構１７の動作状態は、第２速のモードでの動作状態と同じである。これに対して、出力切替機構１８におけるスリーブ２７が前述したＲ位置に移動させられて、駆動軸１６が中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３に連結されるとともに変速用差動機構１５におけるキャリヤＣｒに連結される。したがって、動力分割機構４と変速用差動機構１５とは、それぞれのサンギヤＳｍ，Ｓｒ同士、およびキャリヤＣｍ，Ｃｒ同士が連結されるので、いわゆる四要素の複合遊星歯車機構を構成する。しかも変速用差動機構１５のリングギヤＲｒが固定された状態で動力分割機構４のリングギヤＲｍにエンジン１の動力が入力されるので、エンジン１が出力した動力は、上記の複合遊星歯車機構のギヤ比で決まる減速比に応じて減速されて駆動軸１６に出力される。したがって、エンジン１から駆動軸１６への動力の伝達は、全て機械的な手段によって行われ、電力への変換を伴わない。そのため、全体としての変速比が相対的に小さい高車速域での高負荷時に効率のよい動力伝達を行って燃費を向上させることができ、また動力出力装置の全体としての変速比が相対的に小さいので、エンジン回転数の増大を抑制して燃費の良い走行を行うことができる。また、エンジン１が出力した動力を電力に変換しないので、前述したコントローラ２９などの電気機器に対する負荷が低減され、熱性能上有利になるので、車両がスタックした場合の脱出性能や急坂路の登坂性能、あるいは高車速時のトーイング性能を向上させることができる。
【００９１】
さらに第３速でエンジン１によって走行する場合について説明する。この状態は図８に「３ｒｄ  ＥＮＧ走行」として示してあり、この走行モードでは、動力分割切替機構９におけるスリーブ１２をＮ位置に移動させて動力分割機構４におけるサンギヤＳｍに第１モータ・ジェネレータ２を連結し、また出力切替機構１８のスリーブ２７をＮ位置に移動させて駆動軸１６にキャリヤＣｒを連結する。これは、第２速と第３速とに共通の「ＥＮＧ直結」モードと同様である。これに対して、入力切替機構１７におけるスリーブ２２をＮ位置からＲ位置に移動させて変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに対する連結を解いてサンギヤＳｒをフリー状態にする。この走行モードを設定した場合の各切替機構９，１７，１８による連結状態を図２５にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図２６に示してある。
【００９２】
図２６に示すように、動力分割機構４では、リングギヤＲｍにエンジン１から動力が入力され、これがキャリヤＣｍとサンギヤＳｍとに分配される。これに対して第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能するように制御され、サンギヤＳｍに反力を与える。さらに、第１モータ・ジェネレータ２で発生した電力は第２モータ・ジェネレータ３に供給され、第２モータ・ジェネレータ３が電動機として機能して動力を出力する。したがってキャリヤＣｍのトルクは、エンジン１から入力されたトルクと第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクと第２モータ・ジェネレータ３が出力しかつ減速機構６で増幅されたトルクとを合成したトルクになる。そのキャリヤＣｍのトルクは中間軸８および出力切替機構１８を介して駆動軸１６に伝達される。その場合、変速用差動機構１５はそのサンギヤＳｒがいわゆるフリー状態であるから特に変速作用は行わない。言い換えれば、動力分割機構４から駆動軸１６に直接動力が出力される。なおこの場合、前述した第１速でのエンジン走行の場合と同様に、第１モータ・ジェネレータ２の回転数に応じてエンジン１の回転数が変化するので、エンジン１の運転点が最適燃費点となるように第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を制御できる。
【００９３】
この第３速でエンジン走行する場合、図２６から判るように、第１モータ・ジェネレータ２が動力分割機構４に対する反力手段となり、第２速では第２モータ・ジェネレータ３が反力手段となっていたのと比較して、反力手段およびトルクアシスト手段が入れ替わっている。そのために、第３速で反力を発生する第１モータ・ジェネレータ２の回転数が相対的に低回転数になり、電力変換を伴って伝達される動力の割合が抑制される。その結果、高車速が想定される小さい変速比（動力出力装置の全体としての変速比）の領域における動力循環が防止もしくは抑制されて動力の伝達効率が向上し、ひいては車両の燃費を向上させることができる。
【００９４】
なお、第３速でエンジン走行が可能な状態では、動力源としてのエンジン１および反力手段としての第１モータ・ジェネレータ２が連結されている動力分割機構４が、実質的に直接、駆動軸１６に連結され、さらにその動力分割機構４から出力されるトルクを第２モータ・ジェネレータ３でアシストするようになっている。したがって、エンジン１を停止させ、もしくはアイドリング状態に制御して減速する場合、駆動軸１６から入力される車両の慣性力によって少なくとも一方のモータ・ジェネレータ２，３を回転させて発電させることができる。すなわち、エネルギ回生を行うことができる。この状態を図８には「３ｒｄ  回生」として示してある。
【００９５】
さらに、上記の動力出力装置では第３速モードでのエンジン直結状態を構成することができる。この走行モードは、図８に「３ｒｄ  ＥＮＧ直結」として示してあるように、動力分割切替機構８におけるスリーブ１２を前述したＲ位置に移動して第１モータ・ジェネレータ２と動力分割機構４におけるサンギヤＳｍとを固定部７に連結して固定し、また入力切替機構１７におけるスリーブ２２を前述したＲ位置に移動させて変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒをいわゆるフリー状態とし、さらに出力切替機構１８におけるスリーブ２７を前述したＲ位置に移動させて駆動軸１６を変速用差動機構１５のキャリヤＣｒに連結するとともに中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３に連結することにより設定される。この状態を図２７にスケルトン図で示し、また動力分割機構４および変速用差動機構１５についての共線図を図２８に示してある。
【００９６】
図２８に示すように、動力分割機構４では第１モータ・ジェネレータ２と共にサンギヤＳｍが固定されているので、エンジン１から入力されたトルクによってリングギヤＲｍが回転させられることにより、キャリヤＣｍがリングギヤＲｍよりも高速で回転する。したがって、動力分割機構４は増速機として機能する。そのキャリヤＣｍは中間軸８および入力切替機構１７を介して変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結されているので、動力分割機構４から出力されたトルクは変速用差動機構１５によって増幅されて駆動軸１６に出力される。この場合、前記第１モータ・ジェネレータ２は固定されており、したがって第１モータ・ジェネレータ２から第２モータ・ジェネレータ３への電力の供給は行われない。すなわち、エンジン１が出力した動力が電力に変換されずに、歯車などの機械的な手段で駆動軸１６に伝達される。そのため、摩擦などの不可避的な損失を無視すれば、動力伝達効率は１００％になり、車両としての燃費を向上させることができる。特に、この第３速エンジン直結状態での変速比（動力出力装置の全体としての変速比）は、他の走行モードよりも小さくなるので、高速定常走行時にこの走行モードを設定することにより、高速定常走行時の燃費を向上させることができる。また、エンジン１が出力した動力を電力に変換しないので、前述したコントローラ２９などの電気機器に対する負荷が低減され、熱性能上有利になる。
【００９７】
上記のようにこの発明に係る動力出力装置によれば、第１速ないし第３速の走行モードおよびそれぞれの走行モードでのエンジン走行状態やＥＶ走行状態さらには回生状態を設定することができるから、車両に搭載した場合には、アクセル開度で代表される要求駆動力や車速あるいは入力軸５の回転数などの走行状態に応じた走行モードを設定して動力伝達効率の良好な運転を行うことができる。そのため、車両としての燃費を向上させ、また動力性能あるいは走行性能を良好なものにすることができる。さらに、前述した第１速ないし第３速の走行モードを設定する変速用差動機構１５として一組の遊星歯車機構もしくは遊星ローラ機構を使用すればよく、その結果、必要部品数を少なくして全体としての構成を小型化することができる。
【００９８】
なお、上述した第１速ないし第３速の各モードおよびそれぞれのモードでのエンジン走行状態やＥＶ走行状態あるいは回生状態などは、電子制御装置が、入力されるデータや予め記憶しているデータを利用して、予め定められたプログラムに従って演算を行い、その演算結果を指令信号としてエンジン１やコントローラ２９、各切替機構９，１７，１８に出力することにより実行される。その走行モードを設定するための機能的手段がこの発明における各モード設定手段に相当する。より具体的には、前述した第１速でエンジン走行するモードを設定する機能的手段あるいは第１速でエンジン後進（Ｒｅｖ）走行するモードを設定する機能的手段が、この発明の第１走行モード設定手段に相当する。また、前述した第１速でのＥＶ走行１のモードあるいは第１速での回生１あるいは回生２のモードを設定する機能的手段が、この発明の第１ＥＶ走行モード設定手段に相当する。さらに、前述した第１速でのＥＶ走行２のモードを設定する機能的手段が、この発明の第２ＥＶ走行モード設定手段に相当する。またさらに、前述した第１速でのエンジン直結（ＥＶ直結）のモードを設定する機能的手段が、この発明の第１内燃機関直結モード設定手段に相当する。また、第１速と第２速とに共通のエンジン直結（ＥＮＧ直結）モードを設定する機能的手段が、この発明の第２内燃機関直結モード設定手段に相当する。そしてまた、前述した第２速でエンジン走行するモードを設定する機能的手段が、この発明の第２走行モード設定手段に相当する。さらにまた、前述した第２速でエネルギ回生するモードを設定する機能的手段が、この発明の第３ＥＶ走行モード設定手段に相当する。また、第２速と第３速とに共通のエンジン直結（ＥＮＧ直結）モードを設定する機能的手段が、この発明の第３内燃機関直結モード設定手段に相当する。さらに、前述した第３速でエンジン走行する走行モードを設定する機能的手段が、この発明の第３走行モード設定手段に相当する。そして、前述した第３速でエンジン直結（ＥＮＧ直結）モードを設定する機能的手段が、この発明の第４内燃機関直結モード設定手段に相当する。
【００９９】
ここで上述した第１速ないし第３速のモードでエンジン走行する場合の変速比（動力出力装置の全体としての変速比）ｉと動力伝達効率との関係を示せば図２９のとおりである。なお、図２９において、「１ｓｔ」、「２ｎｄ」、「３ｒｄ」のそれぞれは、第１速、第２速、第３速を示し、また「◆」印は電力への変換を伴わない動力伝達状態であるエンジン直結状態を示す。
【０１００】
ところで、前述した第３速モードでは、中間軸８を駆動軸１６に連結して動力を出力するので、変速用差動機構１５は動力の伝達には実質的に関与しない。したがって図１に示す例では、第３速で変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒをいわゆるフリー状態として、変速用差動機構１５が供回りしないように構成してあるが、変速用差動機構１５の供回りが特には支障にならない場合には、第３速において変速用差動機構１５の入力要素を第１モータ・ジェネレータ２に連結するように構成してもよい。このような構成であれば、入力切替機構１７のスリーブ２２を移動させる位置を相対的に少なくすることができる。その例を図３０に示してある。
【０１０１】
図３０において、中間軸８を介して動力分割機構４のキャリヤＣｍに連結されている入力ハブ１９と、第１モータ・ジェネレータ２に連結されているモータハブ２０とが、同一軸線上にかつ互いに隣接して配置されている。これら入力ハブ１９とモータハブ２０との外周側に、変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒに連結れているサンギヤハブ２１が配置されている。このサンギヤハブ２１は内周面にスプラインが形成された円筒状の部材である。そして、入力ハブ１９およびモータハブ２０の外周面とサンギヤハブ２１の内周面との間に、軸線方向に前後動可能な円筒状の部材であるスリーブ３２が配置されている。このスリーブ３２は前述したアクチュエータ２３によって軸線方向に前後動させられるものであって、その内周面には入力ハブ１９およびモータハブ２０のそれぞれに形成されているスプラインに係合するスプラインが形成されるとともに、外周面にはサンギヤハブ２１に係合するスプラインが形成されている。そして、そのスリーブ３２の長さおよびそのスプラインの長さは、スリーブ３２の位置に応じて、連結状態を以下のように切り替える間隔および長さに設定されている。なお、図３０に示すスリーブ３２がこの発明第１環状部材に相当し、サンギヤハブ２１が第１係合部材に相当し、モータハブ２０が第２係合部材に相当し、入力ハブ１９が第３係合部材に相当している。
【０１０２】
図３０の（ａ）はスリーブ３２を最も第１モータ・ジェネレータ２側に寄った位置すなわち図での左側の位置（以下、Ｌ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３２の内周面に形成されたスプラインが、モータハブ２０に係合するとともに外周面に形成されたスプラインがサンギヤハブ２１に係合し、変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒが第１モータ・ジェネレータ２に連結される。図３０の（ｂ）は、スリーブ３２をＬ位置より変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｎ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３２の内周面に形成されたスプラインが入力ハブ１９とモータハブ２０との両方に係合し、また外周面に形成されたスプラインがサンギヤハブ２１に係合する。したがって変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒが、第１モータ・ジェネレータ２と中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３とに連結される。
【０１０３】
図３０の（ｃ）は、スリーブ３２を更に変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｒ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３２の内周面に形成されたスプラインが入力ハブ１９のみに係合し、かつ外周面に形成されたスプラインがサンギヤハブ２１に係合する。したがって変速用差動機構１５における入力要素であるサンギヤＳｒが中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３に連結される。図３１には、これら三つの位置におけるサンギヤＳｒの連結相手部材をまとめて示してある。
【０１０４】
したがって、入力切替機構１７を図３０に示すように構成すれば、この発明の入力切替用可動部材に相当するスリーブ３２を軸線方向の三つの位置に移動させればよいので、そのストロークを相対的に短くすることができる。その結果、アクチュエータ２３の構成を簡素化できるうえに、動力出力装置の全体としての軸長を短縮することができる。
【０１０５】
なお、出力切替機構１８を図３０に示す入力切替機構１７と同様な構成とすることができる。図３２にはその例を示してあり、中間軸８を介して動力分割機構４のキャリヤＣｍに連結されている出力ハブ２５と、変速用差動機構１５のキャリヤＣｒに連結されているキャリヤハブ２６とが、同一軸線上にかつ互いに隣接して配置されている。これら出力ハブ２５とキャリヤハブ２６との外周側に、駆動軸１６に一体化されている駆動軸ハブ２４が配置されている。この駆動軸ハブ２４は内周面にスプラインが形成された円筒状の部材である。そして、出力ハブ２５およびキャリヤハブ２６の外周面と駆動軸ハブ２４の内周面との間に、軸線方向に前後動可能な円筒状の部材であるスリーブ３３が配置されている。このスリーブ３３は前述したアクチュエータ２８によって軸線方向に前後動させられるものであって、その内周面には出力ハブ２５およびキャリヤハブ２６のそれぞれに形成されているスプラインに係合するスプラインが形成されるとともに、外周面には駆動軸ハブ２４に係合するスプラインが形成されている。そして、そのスリーブ３３の長さおよびそのスプラインの長さは、スリーブ３３の位置に応じて、連結状態を以下のように切り替える間隔および長さに設定されている。なお、図３２に示すスリーブ３３がこの発明の第２環状部材に相当し、駆動軸ハブ２４がこの発明の第４係合部材に相当し、キャリヤハブ２６がこの発明の第５係合部材に相当し、出力ハブ２５がこの発明の第６係合部材に相当している。
【０１０６】
図３２の（ａ）はスリーブ３３を最も変速用差動機構１５側に寄った位置すなわち図での左側の位置（以下、Ｌ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３３の内周面に形成されたスプラインが、キャリヤハブ２６に係合するとともに外周面に形成されたスプラインが駆動軸ハブ２４に係合し、駆動軸１６が変速用差動機構１５のキャリヤＣｒに連結される。図３２の（ｂ）は、スリーブ３３をＬ位置より駆動軸１６側の位置（以下、Ｎ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３３の内周面に形成されたスプラインが中間軸８に一体の出力ハブ２５とキャリヤハブ２６との両方に係合し、また外周面に形成されたスプラインが駆動軸ハブ２４に係合する。したがって駆動軸１６が、変速用差動機構１５のキャリヤＣｒと中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３とに連結される。
【０１０７】
図３２の（ｃ）は、スリーブ３３を更に変速用差動機構１５側の位置（以下、Ｒ位置と記すことがある）に移動させた状態を示しており、この状態では、スリーブ３３の内周面に形成されたスプラインが出力ハブ２５のみに係合し、かつ外周面に形成されたスプラインが駆動軸ハブ２４に係合する。したがって駆動軸１６が中間軸８を介して第２モータ・ジェネレータ３に連結される。図３３には、これら三つの位置における駆動軸１６の連結相手部材をまとめて示してある。
【０１０８】
したがって、入力切替機構１７を図３０に示すように構成すれば、この発明の入力切替用可動部材に相当するスリーブ３２を軸線方向の三つの位置に移動させればよいので、そのストロークを相対的に短くすることができる。その結果、アクチュエータ２３の構成を簡素化できるうえに、動力出力装置の全体としての軸長を短縮することができる。
【０１０９】
入力切替機構１７を上述した図３０に示すように構成し、かつ出力切替機構１８を図３２に示すように構成し、他の構成は図１に示す構成と同様とした場合の各走行モードを設定するための各切替機構９，１７，１８の動作状態を図３４にまとめて示してある。この図３４において、前述した図８に示す動作状態と異なるのは「３ｒｄ」のモードである。すなわち、前述した図１に示すように構成した場合には、第３速で、変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒをいわゆるフリー状態するのに対して、入力切替機構１７を図３０に示す構成とし、かつ出力切替機構１８を図３２に示す構成とした場合には、第３速で、変速用差動機構１５におけるサンギヤＳｒは第１モータ・ジェネレータ２に連結される。したがって、変速用差動機構１５は第３速でいわゆる連れ回りするが、動力の伝達には関与しない。
【０１１０】
以上説明したように、この発明の動力出力装置によれば、変速用差動機構１５を一組の遊星歯車機構や遊星ローラ機構などの差動機構によって構成して、より多様な走行モードを設定することができるから、走行状態に合わせて適宜の走行モードを設定して動力伝達効率を向上させ、ひいては車両の燃費を向上させることができ、しかも必要とする機構の数を少なくして全体としての構成をコンパクトなものとし、それに伴って車載性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】この発明に係る動力出力装置の一例を模式的に示すスケルトン図である。
【図２】その動力分割機構の一例を模式的に示すスケルトン図である。
【図３】そのスリーブの動作位置と動力分割機構におけるサンギヤの連結相手部材とをまとめて示す図表である。
【図４】その入力切替機構の一例を模式的に示すスケルトン図である。
【図５】そのスリーブの動作位置と変速用差動機構におけるサンギヤの連結相手部材とをまとめて示す図表である。
【図６】その出力切替機構の一例を模式的に示すスケルトン図である。
【図７】そのスリーブの動作位置と駆動軸に対する連結相手部材とをまとめて示す図表である。
【図８】各走行モードを設定するための各切替機構におけるスリーブの動作位置をまとめて示す図表である。
【図９】第１速でのエンジン走行状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図１０】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図１１】第１速で電動機の動力で走行するＥＶ走行状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図１２】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図１３】第１速で電動機の動力で走行する他のＥＶ走行状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図１４】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図１５】前記ＥＶ走行状態で後進走行する状態における動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図１６】第１速でのエンジン直結状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図１７】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図１８】第１速と第２速とに共通のエンジン直結状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図１９】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２０】第２速でのエンジン走行状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図２１】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２２】第２速で電動機の動力で走行するＥＶ走行状態での動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２３】第２速と第３速とに共通のエンジン直結状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図２４】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２５】第３速でのエンジン走行状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図２６】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２７】第３速でのエンジン直結状態を模式的に示すスケルトン図である。
【図２８】その走行モードでの動力分割機構および変速用差動機構についての共線図である。
【図２９】第１速ないし第３速における動力出力装置の全体としての変速比と動力伝達効率との関係を示す線図である。
【図３０】入力切替機構の他の例を模式的に示すスケルトン図である。
【図３１】そのスリーブの動作位置と変速用差動機構におけるサンギヤの連結相手部材とをまとめて示す図表である。
【図３２】出力切替機構の他の例を模式的に示すスケルトン図である。
【図３３】そのスリーブの動作位置と駆動軸に対する連結相手部材とをまとめて示す図表である。
【図３４】入力切替機構を図３０に示すように構成し、かつ出力切替機構を図３２に示すよう構成した例で、各走行モードを設定するための各切替機構におけるスリーブの動作位置をまとめて示す図表である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…エンジン、  ２，３…モータ・ジェネレータ、  ４…動力分割機構、  ５…入力軸、  ６…減速機構、  ７…固定部、  ８…中間軸、  ９…動力分割切替機構、  １０…サンギヤハブ、  １１…モータハブ、  １２…スリーブ、  １３…固定スプライン、  １４…アクチュエータ、  １５…変速用差動機構、  １６…駆動軸、  １７…入力切替機構、  １８…出力切替機構、  １９…入力ハブ、  ２０…モータハブ、  ２１…サンギヤハブ、  ２２…スリーブ、  ２３…アクチュエータ、  ２４…駆動軸ハブ、  ２５…出力ハブ、  ２６…キャリヤハブ、  ２７…スリーブ、  ２８…アクチュエータ、  ２９…コントローラ、  ３０…蓄電装置、  ３１…電子制御装置（ＥＣＵ）、  ３２，３３…スリーブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009051262.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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