(57)【要約】【課題】  複数の遊星歯車組とモータを備えた駆動装置において、機械的な動力伝達比率を高くして、動力伝達効率の高い自動車用駆動装置を提供すること。【解決手段】  入力軸１０と出力軸１２との間に設けた３組の遊星歯車組２０、３０、４０と、３個のモータ５２、５４、５６とを備え、第１および第２遊星歯車組２０、３０の回転メンバーにて、入力メンバー、第１出力メンバー、第２出力メンバー、第１反力メンバー、第２反力メンバーを構成し、第３遊星歯車組４０の回転メンバーを駆動メンバー、第２出力メンバー、第３反力メンバーとし、入力軸１０と入力メンバーを、出力軸１２と第１出力メンバー、第２出力メンバー、第３出力メンバーを、第１モータ５２と第１反力メンバーを、第２モータ５４と第２反力メンバーを、第３モータ５６と駆動メンバーを、それぞれ連結し、第３反力メンバーをケース６０に固定可能かつ第１反力メンバーと連結可能とした。【選択図】図１
2009001130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
第１モータと、
第２モータと、
第３モータと、
前記エンジンに連結される入力軸と、
出力軸と、
前記入力軸と前記出力軸との間に設けられた第１遊星歯車組、第２遊星歯車組、第３遊星歯車組と、を備え、
前記第１遊星歯車組および前記第２遊星歯車組の回転メンバー同士を連結して、入力メンバー、第１出力メンバー、第２出力メンバー、第１反力メンバー、第２反力メンバーを構成し、
前記第３遊星歯車組の回転メンバーを、駆動メンバー、第３出力メンバー、第３反力メンバーとし、
前記入力軸を前記入力メンバーに連結し、
前記出力軸を前記第１出力メンバーおよび前記第２出力メンバーおよび前記第３出力メンバーに連結し、
前記第１モータを前記第１反力メンバーに連結し、
前記第２モータを前記第２反力メンバーに連結し、
前記第３モータを前記駆動メンバーに連結し、
前記第３反力メンバーを静止部に固定可能とするとともに前記第１反力メンバーに連結可能と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１遊星歯車組は第１サンギヤ、第１リングギヤ、該第１リングギヤおよび第１サンギヤに噛み合った第１ピニオン、該第１ピニオンを回転自在に軸支する第１キャリアを有し、前記第２遊星歯車組は第２サンギヤ、第２リングギヤ、該第２リングギヤに噛み合った第２アウターピニオン、該第２アウターピニオンおよび前記第２サンギヤに噛み合った第２インナーピニオン、該第２インナーピニオンおよび前記第２アウターピニオンを回転自在に軸支する第２キャリアを有し、
前記第１リングギヤが前記入力メンバーを、前記第１キャリアが前記第１出力メンバーを、前記第２リングギヤが前記第２出力メンバーを、前記第１サンギヤと前記第２サンギヤが連結して前記第１反力メンバーを、前記第２キャリアが前記第２反力メンバーを、それぞれ構成し、
前記第３遊星歯車組は第３サンギヤ、第３リングギヤ、該第３リングギヤおよび第３サンギヤに噛み合った第３ピニオン、該第３ピニオンを回転自在に軸支する第３キャリアを有し、前記第３サンギヤが前記駆動メンバーを、前記第３キャリアが前記第３出力メンバーを、前記第３リングギヤが前記第３反力メンバーを、それぞれ構成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】
前記第１遊星歯車組および前記第２遊星歯車組は、共通の第１サンギヤおよび第１キャリアと、該第１キャリアはロングピニオンとこれに噛み合ったショートピニオンを軸支し、前記ロングピニオンと噛み合った第１リングギヤと、前記ショートピニオンと噛み合った第２リングギヤと、を有し、
前記第１リングギヤが前記入力メンバーを、前記第１キャリアが前記第１出力メンバーおよび前記第２出力メンバーを、前記第１サンギヤが前記第１反力メンバーを、前記第２リングギヤが前記第２反力メンバーを、それぞれ構成し、
前記第３遊星歯車組は第３サンギヤ、第３リングギヤ、該第３リングギヤおよび第３サンギヤに噛み合った第３ピニオン、該第３ピニオンを回転自在に軸支する第３キャリアを有し、前記第３サンギヤが前記駆動メンバーを、前記第３キャリアが前記第３出力メンバーを、前記第３リングギヤが前記第３反力メンバーを、それぞれ構成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４】
前記第１遊星歯車組は第１サンギヤ、第１リングギヤ、該第１リングギヤおよび第１サンギヤに噛み合った第１ピニオン、該第１ピニオンを回転自在に軸支する第１キャリアを有し、前記第２遊星歯車組は第２サンギヤ、第２リングギヤ、該第２リングギヤに噛み合ったアウターピニオンと、該アウターピニオンおよび前記第２サンギヤと噛み合ったインナーピニオンと、これらアウターピニオンおよびインナーピニオンを回転自在に軸支する第２キャリアを有し、
前記第１リングギヤが前記入力メンバーを、前記第１キャリアが前記第１出力メンバーを、前記第２サンギヤが前記第２出力メンバーを、前記第１サンギヤと前記第２キャリアが連結して前記第１反力メンバーを、前記第２リングギヤが前記第２反力メンバーを、それぞれ構成し、
前記第３遊星歯車組は第３サンギヤ、第３リングギヤ、該第３リングギヤおよび第３サンギヤに噛み合った第３ピニオン、該第３ピニオンを回転自在に軸支する第３キャリアを有し、前記第３サンギヤが前記駆動メンバーを、前記第３キャリアが前記第２出力メンバーを、前記第３リングギヤが前記第３反力メンバーを、それぞれ構成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５】
前記第１遊星歯車組、前記第２遊星歯車組、前記第３遊星歯車組に加えて、第４サンギヤ、第４リングギヤ、該第４リングギヤに噛み合ったアウターピニオンと、該アウターピニオンおよび前記第４サンギヤと噛み合ったインナーピニオンと、これらアウターピニオンおよびインナーピニオンを回転自在に軸支する第４キャリアを有する第４遊星歯車組を備え、前記第４リングギヤが前記第２反力メンバーと連結し、前記第４キャリアが前記第３反力メンバーと連結し、前記第４サンギヤが前記第２モータと連結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６】
前記第３遊星歯車組の前記第３ピニオンは第３リヤサンギヤおよび第３フロントサンギヤと噛み合っており、
前記第２出力メンバーの前記第２サンギヤは前記第３フロントサンギヤと連結することにより、前記第３遊星歯車組を介して前記出力軸と連結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。
【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との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駆動力を、複数のモータと複数の遊星歯車組とを介して出力軸へ伝達し、複数の駆動モード間での切り替えが可能な自動車用駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンより入力される駆動力を、複数のモータと複数の遊星歯車組とを介して出力軸へ伝達し、第１モード、第２モードといった駆動モードの切り替えを行う自動車用駆動装置としては、２セットの遊星歯車組と２個のモータとを用いたものがある（特許文献１を参照）。
【０００３】
しかし、上記従来の自動車用駆動装置は、モータが必要とするトルクを低くすることはできるが、モータの必要とする出力（パワー）を低くすることが困難であり、その結果インバータなどの制御系を含めた電気容量が大きくなって、製造コストが高いという問題があった。
すなわち、特許文献１中の参照番号を付しながら説明すると、エンジン１４からの入力トルクは一方の遊星歯車組４０によって減速されて出力軸１８を駆動して機械的に動力伝達を行い、その際の反力トルクにより発電して電気的に動力を伝達している。
【０００４】
このため、エンジンで駆動する第１モードにおける機械的に伝達する動力の比率が一方の遊星歯車組４０の歯数比でのみ決まるが、その値が特に低速度比域において低いので、その分、電気的な動力伝達比率が高くなり、発電および駆動を行う２個のモータ２６、２８の出力（パワー）を大きくせざるを得ず、これに伴ってこれらを制御するインバータ等の電気容量も大きくなるので、製造コストが高くなる。
【特許文献１】米国特許第６，４７８，７０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、モータの必要とする出力を低くすることが困難なため、制御系を含めた製造コストが高い点である。
本発明の目的は、複数の遊星歯車組および複数のモータを備えた駆動装置において、モータの必要とする出力を低くでき、併せてインバータ等の制御系を含めた製造コストを安くすることができる自動車用駆動装置を提供することにある。
【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、エンジンと、第１モータと、第２モータと、第３モータと、入力軸と出力軸との間に設けられた第１遊星歯車組、第２遊星歯車組、第３遊星歯車組と、を備え、第１遊星歯車組および第２遊星歯車組の回転メンバー同士を連結して、入力メンバー、第１出力メンバー、第２出力メンバー、第１反力メンバー、第２反力メンバーを構成し、第３遊星歯車組の回転メンバーを、駆動メンバー、第３出力メンバー、第３反力メンバーとし、入力軸を入力メンバーに連結し、出力軸を第１出力メンバーおよび第２出力メンバーおよび第３出力メンバーに連結し、第１モータを第１反力メンバーに連結し、第２モータを第２反力メンバーに連結し、第３モータを駆動メンバーに連結し、第３反力メンバーを静止部に固定可能とするとともに第１反力メンバーに連結可能とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動車用駆動装置は、上記のように構成したため、特に低速度比域における機械的な動力伝達比率が高くなることによって、モータの必要とする出力を下げることができるので、モータ等の小型・軽量化とともにそれらの制御系の装置を含めた製造コストを安くすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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】
【０００９】
図１は、第１実施例の自動車用駆動装置のスケルトン図である。なお、図１は入力軸１０および出力軸１２の軸心から上側半分のスケルトンを描いてある。
図１に示した第１実施例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、車輪側へ駆動力を出力する出力軸１２とが同じ軸心で配置されている。
【００１０】
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、第３遊星歯車組４０の３つの遊星歯車組が配置してあり、これら第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０および第３遊星歯車組４０は一般的にシングルピニオン型と呼ばれるものであり、それぞれが同じ構成になっている。
【００１１】
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と、第１ピニオン２６を回転自在に軸支する第１キャリア２８とで構成されている。
同様に、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、複数の第２ピニオン３６と、第２キャリア３８とで構成されており、第３遊星歯車組４０は、第３サンギヤ４２と、第３リングギヤ４４と、複数の第３ピニオン４６と、第３キャリア４８とで構成されている。
【００１２】
ここで、第１リングギヤ２４は本発明の入力メンバーを、第１キャリア２８は本発明の第１出力メンバーを、第２リングギヤ３４は本発明の第２出力メンバーを、第２サンギヤ３２と連結された第１サンギヤ２２は本発明の第１反力メンバーを、第２キャリア３８は本発明の第２反力メンバーを、第３サンギヤ４２は本発明の駆動メンバーを、第３キャリア４８は本発明の第３出力メンバーを、第３リングギヤ４４は本発明の第３反力メンバーを、それぞれ構成する。
【００１３】
次に、各メンバーの連結関係を説明する。
入力メンバーとしての第１リングギヤ２４は入力軸１０に、第１出力メンバーとしての第１キャリア２８、第２出力メンバーとしての第２リングギヤ３４および第３出力メンバーとしての第３キャリア４８は出力軸１２に、第１反力メンバーとしての第１サンギヤ２２は第１モータ５２に、第２反力メンバーとしての第２キャリア３８は第２モータ５４に、駆動メンバーとしての第３サンギヤ４２は第３モータ５６に、それぞれ連結されている。
【００１４】
第３反力メンバーとしての第３リングギヤ４４はブレーキ５８によりケース（静止部）６０に固定可能である一方、クラッチ６２により第１反力メンバーとしての第１サンギヤ２２および第１モータ５２に連結可能である。
【００１５】
次に、図１に示した第１の実施例の作動を説明する。
なお、以下の各実施例に共通するが、第１、第２、第３モータ５２、５４、５６は、いずれも駆動モータとしての機能と発電機としての機能を有し、それぞれ切り替え可能である。
また、第１、第２、第３の各遊星歯車組２０、３０、４０における、リングギヤの歯数Nｒに対するサンギヤの歯数Nｓの比（Ｎｓ／Ｎｒ）を、第１遊星歯車組２０はα１、第２遊星歯車組３０はα２、第３遊星歯車組４０はα３、として、またエンジン１の出力トルクをＴｅ、第１モータ５２、第２モータ５４、第３モータ５６の発電または駆動のトルクを、第１モータ５２はＴ１、第２モータ５４はＴ２、第３モータ５６はＴ３、出力軸１２のトルクはＴｏとしてそれぞれ定義する。
【００１６】
図１に示した第１の実施例において、各歯数比をそれぞれ、α１は０．４５、α２は０．５５、α３は０．６０とした場合について説明する。
また、回転方向に関しては、エンジン１の回転方向を正回転とし、その逆方向の回転を逆回転として説明する。
【００１７】
まず、第１モードにおける発進とその後の加速について説明する。
最初に、発進するには、ブレーキ５８を締結して第３リングギヤ４４をケース６０に固定する。
エンジン１が停止した状態にあっては、図示しないコントローラーを介して、図示しないバッテリーから供給される電力で、第３モータ５６が第３遊星歯車組４０を介して出力軸１２を駆動することにより、発進とそれに続く加速を行う。このとき、出力軸１２のトルクＴｏはＴ３（１＋α３）／α３になる。上記の歯数比においてはＴ３の２．６６７倍である。
エンジン１が停止した状態での走行中は、第３モータ５６の回転速度に比例した回転速度で第１モータ５２および第２モータ５４も回転するが、両者は空転するだけである。
【００１８】
この加速中にエンジン１を始動する場合は、空転している第１モータ５２にバッテリーから電力して逆回転方向に駆動することにより、第１遊星歯車組２０を介してエンジン１を正回転させて点火することにより行う。
この際、第１キャリア３８にも反力が作用して、それが逆回転方向のトルクで出力軸１２を駆動するので、その分だけ第３モータ５６のトルクを瞬間的に増やす制御を行い、自動車の加速感が損なわれないようにすることが望ましい。
【００１９】
エンジン１が始動したら、直ちに第２モータ５４に発電させる。これにより第１キャリア３８および第２リングギヤ３４にはエンジン１の駆動トルクで正回転方向にトルクが作用し、それが出力軸１２を加速方向に駆動する。
【００２０】
このように、入力軸１０が第１遊星歯車組２０および第２遊星歯車組３０を介して出力軸１２を駆動するトルクはエンジン１から機械的に動力伝達されるので、自動車は第３モータ５６による電気的な駆動に加えて機械的にも駆動され、無段階に速度比（出力軸１２の回転速度／入力軸１０の回転速度）が変化しながら加速する。
この際に第１モータ５２が発電した電力は、コントローラーを経由して第３モータ５６に供給するか、または、それに加えてバッテリーを充電することができる。
【００２１】
第１モードにおける出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔｅ（１＋α１＋α１／α２）＋Ｔ３（１＋α３）／α３になる。
上記の歯数比においてＴｏはＴｅの２．２６８倍とＴ３の２．６６７倍の和になる。
このときに、第２モータ５４の発電トルクはＴｅ（α１＋α１／α２）であり、上記の歯数比においてはＴｅの１．２６８倍になる。
バッテリーから電力を供給せずにエンジン１からのパワーを伝達する場合は、第２モータ５４の発電電力と第３モータ５６の消費電力がバランスするようにＴ３が定まり、エンジン１の出力と自動車の負荷に応じて無段階に速度比が変化しながら加速していく。
【００２２】
自動車が速度を増し、速度比が変化していくと、やがて第２モータ５４の回転速度が０になって、エンジン１の動力は全て機械的に出力軸１２に伝達されるようになる。このときの速度比は、α２／（α２＋α１・α２＋α１）になる。上記の歯数比においては０．４４１である。
【００２３】
つまり、第１モードにおける前述の機械的に動力伝達する比率は、図２に示すように速度比とともに上昇し、第２モータ５４の回転速度が０になった時点で１００％になる。
なお、図２は横軸を速度比、縦軸を機械的動力伝達比率として変化を表しており、エンジン１のパワーのみで駆動する場合について表す。
実線が本発明の例であり破線は従来例の第１モード示すが、従来例の第２モードは後述する本発明の第３モードと同じになる。
むろん、第１モードにおいて第２モータ５４が停止して発電しなくなっても、上記の機械的な駆動に加えて、バッテリーに蓄えた電力を第３モータ５６に供給して駆動することで、電気的に加勢することも可能である。
【００２４】
そして、第２モータ５４の回転速度が０になった時点から、第１モータ５２に発電させることで第２モードに切り替わる。第１モータ５２が発電した電力は第２モータ５４に供給され、第２モータ５４は正回転方向の駆動を行う。
この第１モードから第２モードへの切り替えは単に電気的な発電と駆動の切り替えなので、いわゆる変速ショックのような問題は起きない。
第２モードにおいてエンジン１のみによる駆動の場合は、出力軸トルクＴｏは、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２になる。
【００２５】
バッテリーから電力を供給せずにエンジン１のパワーのみを伝達する場合は、第１モータ５２の発電電力と第２モータ５４の消費電力がバランスするようにＴ１とＴ２が定まり、エンジン１の出力と自動車の負荷に応じて無段階に速度比が変化しながら加速していく。
【００２６】
このとき第１サンギヤ２２にはＴｅ・α１のトルクが逆回転方向に作用し、第２サンギヤ３２にはＴ２・α２／（１＋α２）のトルクが正回転方向に作用するので、第１モータ５２の発電トルクは相殺されてＴｅ・α１−Ｔ２・α２／（１＋α２）になる。
したがって、第２モードにおいては、エンジン１のトルクは第１遊星歯車組２０を介して機械的に伝達される一方、エンジン１による第１モータ５２の発電によって第２モータ５４が駆動する。
【００２７】
第２モードにおいては、前述の第１サンギヤ２２、第２サンギヤ３２間の相殺により、エンジン１のパワーに対して第１モータ５２の発電パワーは小さくなるので、その分だけ電気的な動力伝達比率が減り機械的な動力伝達比率が増すことになる。
むろん、第２モードにおいても、バッテリーに蓄えた電力を第３モータ５６に供給して駆動することで、電気的に加勢することも可能である。
【００２８】
自動車が速度を増し、速度比が変化していくと、やがて第１モータ５２の回転速度が０になって、エンジン１の動力は全て機械的に出力軸１２に伝達されるようになる。このときの速度比は、１／（１＋α１）になる。上記の歯数比においては０．６９０である。
【００２９】
つまり、第２モードにおける前述の機械的に動力伝達する比率は、図２に示すように上記の速度比α２／（α２＋α１・α２＋α１）での１００％をピークに、速度比とともに一旦は低下するものの再び上昇して、第１モータ５２の回転速度が０になった時点で１００％になる。
むろん、第１モータ５２が停止して発電しなくなっても、上記の機械的な駆動に加えて、バッテリーに蓄えた電力を第３モータ５６に供給して駆動することで、電気的に加勢することも可能である。
【００３０】
第１モータ５２の回転速度が０になった際に、クラッチ６２を接続するとともにブレーキ５８の締結を解除することで第３モードに切り替わる。
このとき、第１モータ５２の回転速度が０になっているので、クラッチ６２は回転していないもの同士を接続することになり、ブレーキ５８も解除した時点では第１モータ５２との間で回転差はないので、切り替えに伴うショックや摩擦による発熱および摩耗の恐れはない。
【００３１】
第３モードに切り替わると、エンジン１の動力は第１および第３遊星歯車組２０、４０を介して機械的に伝達される一方、第３モータ５６が発電して第１モータ５２および第２モータ５４に電力を供給し、第１、第２モータ５２、５４のどちらか、あるいは両者が電気的に駆動するように変化する。
第３モードにおける出力トルクＴｏは、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３になる。
第３モータ５６が発電するトルクは出力トルクＴｏを減殺する作用になるので、Ｔ３は負の値になる。
【００３２】
第３モードにおいて、第１、および第３の各遊星歯車組２０、４０を介して機械的に動力を伝達する比率は、図２に示すように上記の速度比１／（１＋α１）での１００％から速度比とともに徐々に低下するが、途中から上昇に転じ、やがて第３モータ５６が停止したときに再び１００％になるように変化する。
第２モータ５４が停止したときの速度比は、１＋α１・α３であり、上記の歯数比では１．２７０になる。
【００３３】
バッテリーから電力を供給せずにエンジン１のパワーのみを伝達する場合は、第３モータ５６の発電電力と第１、第２モータ５２、５４の消費電力がバランスするようにＴ１、Ｔ２、Ｔ３が定まり、エンジン１の出力と自動車の負荷に応じて無段階に速度比が変化しながら加速していく。
むろん、第３モータ５６が停止して発電しなくなっても、上記の機械的な駆動に加えて、バッテリーに蓄えた電力を第１、第２モータ５２、５４に供給することにより電気的に加勢することも可能である。
【００３４】
以上で説明したように、バッテリーに蓄えた電力を供給しての駆動を除いて、前進時におけるエンジン１が出力軸１２を駆動する動力のうち、機械的に伝達する比率は、図２に示すように変化する。
図２において、実線で示した第１実施例の第１モード、第２モードと破線で示した従来例の第１モードとの間における違いが分かる。
【００３５】
すなわち、従来例では、図２の破線で示した第１モードと、本発明第１実施例の第３モード相当が第２モードとなった２つのモードしかないため、機械的伝達比率は特に低速度比域での差が大きいと言える。
【００３６】
一般に動力伝達効率は、モータによる発電・駆動による電気的な伝達より、歯車を使った機械的な伝達の方が高いので、機械的な動力伝達比率が高いことはトータルの動力伝達効率が高いことを意味する。
また、モータの数が３個になるものの、機械的な動力伝達比率が高い分、モータや制御機器などの容量を小さくして小型化でき、重量や製造コストの面での不利をカバーすることができる。
【００３７】
以上は自動車を加速する場合について説明したが、逆にいわゆるエンジンブレーキのように出力軸１２側から入力軸１０を駆動する場合には、第１、第２、第３モータ５２、５４、５６の発電と駆動の関係が加速の場合と逆になるが上記と同様に第１モード、第２モード、第３モードに切り替えて駆動することができる。
【００３８】
また、走行中にエンジン１を停止して、自動車の運動エネルギで第１モータ５２や第２モータ５４または第３モータ５６に発電させ、この電力でバッテリーを充電し、次の加速の際にこの電力を用いて駆動する、いわゆるエネルギ回生により自動車の燃費を向上することもできる。
【００３９】
次に後進について説明する。
エンジン１が停止状態で後進する場合は、前進と同様にブレーキ５８を締結して動力伝達を行うが、第３モータ５６を逆転方向に駆動する。
このとき、出力軸１２のトルクＴｏの、Ｔ３に対する倍率は前進と同じである。
【００４０】
エンジン１を回転させての後進は、前進の第２モードにやや似た駆動を行う。
すなわち、第１モータ５２に発電させてその電力を第３モータに供給して逆回転方向に駆動させる。
このときの出力軸１２のトルクＴｏは、前進の第２モードと同じであるが、Ｔ３は負の値になってＴｅ（１＋α１）−Ｔ３（１＋α３）／α３になる。
上記した歯数比にあってはＴｅの１．４５倍とＴ３の２．６６７倍の差である。
【００４１】
したがって、エンジン１を回転させての前進の第１モードにおける駆動よりトルクが減ることになるが、極低速域にあっては動力を伝達するために要する発電のためのエンジン１のトルクＴｅが小さくて済むので、自動車を登坂させるに十分なトルクを得ることは容易である。
【実施例２】
【００４２】
図３は、第２実施例の自動車用駆動装置を表すスケルトン図である。
ここでは、第１の実施例と異なる部分を中心に説明し、第１の実施例と実質的に同じ部分については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００４３】
まず、第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０と第３遊星歯車組４０の構成と連結関係が第１の実施例と一部が異なる。
すなわち、第１遊星歯車組２０と第２遊星歯車組３０はいわゆる複合型の構成になっており、キャリア２８およびサンギヤ２２が両遊星歯車組２０、３０で共通になっている。そして、第１ピニオン２６は第１サンギヤ２２および第１リングギヤ２４と噛み合い、第２ピニオン３６は第１ピニオン２６および第２リングギヤ３４と噛み合っている。
【００４４】
第１リングギヤ２４が本発明の入力メンバーを、第１キャリア２８が本発明の第１出力メンバーと第２出力メンバーを兼ねて、第１サンギヤ２２が本発明の第１反力メンバーを、第２リングギヤ３４が本発明の第２反力メンバーを、それぞれ構成している。
なお、第３遊星歯車組４０は、下流側に移されて配置が第１の実施例と異なるが構成および連結関係は同じである。
【００４５】
続いて第２の実施例の作動について説明する。ここでも第１の実施例と実質的に同じ部分については説明を省略する。
まず、第１遊星歯車組２０の歯数比α１は第１の実施例と同じ第１リングギヤ２４に対する第１サンギヤ２２の歯数であるが、第２遊星歯車組３０の歯数比α２は第２リングギヤ３４に対する第１サンギヤ２２の歯数である。
α３は第１の実施例と同じである。
以下の説明では、α１を０．４５に、α２を０．３５５に、α３を０．６に、それぞれ設定した場合について説明する。
【００４６】
発進および加速に関する作動は第１の実施例と同じであるが、各駆動モードにおける速度比および出力軸１２のトルクは以下のようになる。
エンジン１が回転している第１モードにおける出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔｅ｛（α１＋α２）／α２｝＋Ｔ３（１＋α３）／α３になる。上記の歯数比においては、Ｔｅの２．２６８倍とＴ２の２．６６７倍の和である。
【００４７】
本実施例でも第１モードにおいて、第２モータ５４の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になり、第２モードに切り替えるが、このときの速度比はα２／（α１＋α２）になり、上記の歯数比においては、０．４４１である。
エンジン１のみで駆動する第２モードにおける出力トルクＴｏは、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２である。
【００４８】
第２モードにおいて、第１モータ５２の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１＋α１）であり、上記の歯数比では０．７になる。
第１モータ５２の回転速度が０になった時点でブレーキ５８とクラッチ６２の締結を切り替えることで第３モードに切り替える点も第１の実施例と同じであり、力トルクＴｏも同様である。
【００４９】
第３モードにおいて、第３モータ５６の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１−α１・α３）であり、上記の歯数比では１．３７になる。
次に、エンジン１で駆動する後進における出力トルクＴｏは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ３（１＋α３）／α３となり、上記した歯数比にあってはＴｅの１．４５倍とＴ３の２．６６７倍の差である。
【００５０】
詳細の説明は省略するが、本実施例においてもバッテリーに蓄えた電力を供給しての駆動を除いて、前進時におけるエンジン１が出力軸１２を駆動する動力のうち、機械的に伝達する比率は、具体的な数値はやや異なるものの図２に示した、第１の実施例と同じように変化する。
したがって、従来例よりも動力伝達効率が高いとともにモータや制御機器などの容量を小さくして小型化を図ることができる。
【実施例３】
【００５１】
図４は、第３の実施例の自動車用駆動装置を表すスケルトン図である。
ここでは、第１の実施例と異なる部分を中心に説明し、第１の実施例と実質的に同じ部分については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００５２】
まず、第１遊星歯車組２０および第２遊星歯車組３０の構成と連結関係が第１の実施例と異なる。
すなわち、第２遊星歯車組３０はダブルピニオン型と呼ばれるものであり、第２リングギヤ３４と噛み合った第２アウターピニオン３６ａ、該第２アウターピニオン３６ａおよび第２サンギヤ３２と噛み合った第２インナーピニオン３６ｂと、これらを回転自在に支持する第２キャリア３８からなっている。
【００５３】
第１リングギヤ２４が本発明の入力メンバーを、第１キャリア２８が本発明の第１出力メンバーを、第２サンギヤ３２が本発明の第２出力メンバーを、第１サンギヤ２２が本発明の第１反力メンバーを、第２リングギヤ３４が本発明の第２反力メンバーを、それぞれ構成している。
なお、第３遊星歯車組４０は、下流側に移されて配置が第１の実施例と異なるが構成および連結関係は同じである。
【００５４】
続いて第３の実施例の作動について説明する。ここでも第１の実施例と実質的に同じ部分については説明を省略する。
以下の説明では、α１、α２、α３を全て０．５に設定した場合について説明する。
発進および加速に関する作動は第１の実施例と同じであるが、各駆動モードにおける速度比および出力軸１２のトルクは以下のようになる。
【００５５】
エンジン１が回転している第１モードにおける出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔｅ｛（１＋α１−α２）／（１−α２）｝＋Ｔ３（１＋α３）／α３になる。上記の歯数比においては、Ｔｅの２倍とＴ２の３倍の和である。
本実施例でも第１モードにおいて、第２モータ５４の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になり、第２モードに切り替えるが、このときの速度比は（１−α２）／（１＋α１−α２）になり、上記の歯数比においては、０．５である。
【００５６】
エンジン１のみで駆動する第２モードにおける出力トルクＴｏは、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２になる。
第２モードにおいて、第１モータ５２の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１＋α１）であり、上記の歯数比では０．６６７になる。
第１モータ５２の回転速度が０になった時点でブレーキ５８とクラッチ６２の締結を切り替えることで第３モードに切り替える点も第１の実施例と同じであり、出力トルクＴｏも同様である。
【００５７】
第３モードにおいて、第３モータ５６の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１−α１・α３）であり、上記の歯数比では１．３３３になる。
次に、エンジン１で駆動する後進における出力トルクＴｏは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ３（１＋α３）／α３であり、上記した歯数比にあってはＴｅの１．５倍とＴ３の３倍の差である。
【００５８】
詳細の説明は省略するが、本実施例においてもバッテリーに蓄えた電力を供給しての駆動を除いて、前進時におけるエンジン１が出力軸１２を駆動する動力のうち、機械的に伝達する比率は、具体的な数値はやや異なるものの図２に示した、第１の実施例と同じように変化する。
したがって、従来例よりも動力伝達効率が高いとともにモータや制御機器などの容量を小さくして小型化を図ることができる。
【実施例４】
【００５９】
図５は、第４実施例の自動車用駆動装置を表すスケルトン図である。
ここでは、第１の実施例と異なる部分を中心に説明し、第１の実施例と実質的に同じ部分については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００６０】
まず、第４実施例の自動車用駆動装置では、第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０、第３遊星歯車組４０に、第４遊星歯車組７０が加わって４組構成になっている点が第１の実施例と異なる。
すなわち、第４遊星歯車組７０は第１遊星歯車組２０と第３遊星歯車組３０の間に配置されたダブルピニオン型であり、第４リングギヤ７４と噛み合った第４アウターピニオン７６ａ、該第４アウターピニオン７６ａおよび第４サンギヤ７２と噛み合った第４インナーピニオン７６ｂと、これらを回転自在に支持する第４キャリア７８からなっている。
【００６１】
第１リングギヤ２４が本発明の入力メンバーを、第１キャリア２８が本発明の第１出力メンバーを、第２リングギヤ３４が本発明の第２出力メンバーを、第１サンギヤ２２が本発明の第１反力メンバーを、第２キャリア３８が本発明の第２反力メンバーを、それぞれ構成している点は第１の実施例と同じであるが、第２反力メンバーの第２キャリア３８と第２モータ５４との間に前述の第４遊星歯車組７０が介在している。
すなわち、第２キャリア３８は第４リングギヤ７４と連結され、第２モータ５４は第４サンギヤ７２と連結される一方、第４キャリア７８は第３リングギヤ４４と連結されている。
第３遊星歯車組４０は、配置が第１の実施例と異なるが構成および連結関係は同じである。
【００６２】
続いて第４の実施例の作動について説明する。ここでも第１の実施例と実質的に同じ部分については説明を省略する。
以下の説明では、α１を０．５、α２を０．３３３、α３を０．５、α４を０．５に設定した場合について説明する。
なお、α４は第４遊星歯車組７０における第４リングギヤ７４の歯数に対する第４サンギヤ７２の歯数の比である。
【００６３】
まず、上記のような構成であるため、本発明の第３反力メンバーである第３リングギヤ４４がブレーキ５８でケース６０に固定された場合には、第２反力メンバーである第２キャリア３８に作用するトルクは第４遊星歯車組７０によって増速されて第２モータ５４に伝わる。この増速比は１／α４であり、上記歯数比においては２である。
したがって、本実施例の第１モードおよび第２モードにおいて同じ条件で比較すると、第１の実施例に比べて第２モータ５４に作用するトルクが小さくなる。
【００６４】
発進および加速に関する作動は、第４遊星歯車組７０が加わったことを除いて第１の実施例と基本的に同じであるが、各駆動モードにおける速度比および出力軸１２のトルクは以下のようになる。
第１モードにおける出力軸１２のトルクＴｏは第１の実施例と同じで、Ｔｅ（１＋α１＋α１／α２）＋Ｔ３（１＋α３）／α３になる。
上記の歯数比においてＴｏはＴｅの３倍とＴ３の３倍の和になる。
ただし、第２モータ５４の発電トルクは第１の実施例より小さくなり、Ｔｅ・α４（α１＋α１／α２）である。
【００６５】
第２モードに切り替える速度比は第１の実施例と同じα２／（α２＋α１・α２＋α１）であり、上記の歯数比においては０．３３３になる。
エンジン１のみで駆動する第２モードにおける出力トルクＴｏは第４遊星歯車組７０の作用で、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２／α４になる。上記の歯数比においてＴｏはＴｅ＋Ｔ１＋Ｔ２の２倍である。
【００６６】
第２モードにおいて、第１モータ５２の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であり、その際の速度比は、１／（１＋α１）になる。上記の歯数比では０．６６７になる。
第１モータ５２の回転速度が０になった時点でブレーキ５８とクラッチ６２の締結を切り替えることで第３モードに切り替える点も第１の実施例と同じであり、出力トルクＴｏも同様である。
【００６７】
第３モードにおいて、第３モータ５６の回転速度が０になって機械的な伝達率が１００％になる速度比は第１の実施例と同様に１／（１−α１・α３）であり、上記の歯数比では１．３３３になる。
次に、エンジン１で駆動する後進における出力トルクＴｏは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ３（１＋α３）／α３で、これも第１の実施例と同様である。
【００６８】
詳細の説明は省略するが、本実施例においてもバッテリーに蓄えた電力を供給した駆動を除いて、前進時におけるエンジン１が出力軸１２を駆動する動力のうち、機械的に伝達する比率は、具体的な数値はやや異なるものの図２に示した、第１の実施例と同じように変化する。
また、第４遊星歯車組７０を追加したことにより、同じ出力軸１２のトルクを得るのに第２モータ５４のトルクが小さくて済むので、第２モータ５４をより小型化することが可能になる。
本実施例も、従来例よりも動力伝達効率が高いとともにモータや制御機器などの容量を小さくして小型化を図ることができる。
【実施例５】
【００６９】
図６は、第５の実施例の自動車用駆動装置を表すスケルトン図である。
本実施例は第３の実施例を基にしたものであり、ここでは、第１の実施例および第３の実施例と異なる部分を中心に説明し、これらと実質的に同じ部分については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００７０】
まず、第５の実施例の自動車用駆動装置では、第３遊星歯車組４０が第１の実施例および第３の実施例と異なっている。すなわち、第３遊星歯車組４０では、この第３ピニオン４６が第３リヤサンギヤ４２ａと第３フロントサンギヤ４２ｂとに噛み合っており、さらに第３の実施例に対して第３フロントサンギヤ４２ｂが追加されている。
第１リングギヤ２４が本発明の入力メンバーを、第１キャリア２８が本発明の第１出力メンバーを、第２サンギヤ３２が本発明の第２出力メンバーを、第１サンギヤ２２が本発明の第１反力メンバーを、第２リングギヤ３４が本発明の第２反力メンバーを、それぞれ構成しているが、第２出力メンバーの第２サンギヤ３２は出力軸１２とは直接連結せずに第３フロントサンギヤ４２ｂと連結しているのが第３の実施例と異なる。
【００７１】
そのため、ブレーキ５８が締結して第３リングギヤ４４がケース６０に固定された第１モードおよび第２モードにおいて、第２サンギヤ３２のトルクは第３遊星歯車組４０を介して出力軸１２を減速駆動することになり、その減速比は（１＋α３）／α３になる。
【００７２】
続いて第５の実施例の作動について説明する。ここでも第１および第３の実施例と実質的に同じ部分については説明を省略する。
以下の説明では、α１、α２、α３を全て０．５に設定した場合について説明する。
発進および加速に関する作動は第１の実施例と同じであるが、各駆動モードにおける速度比および出力軸１２のトルクは以下のようになる。
【００７３】
エンジン１が回転している第１モードにおける出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔｅ〔１＋α１＋｛α１・α２（１＋α３）｝／｛α３（１−α２）｝〕＋Ｔ３（１＋α３）／α３になる。上記の歯数比においては、Ｔｅの３倍とＴ２の３倍の和である。
本実施例でも第１モードにおいて、第２モータ５４の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になり、第２モードに切り替えるが、このときの速度比は｛α３（１＋α１）（１−α２）＋α１・α２（１＋α３）｝／｛α３（１＋α３）｝になり、上記の歯数比においては、０．３３３である。
【００７４】
第２モードにおける出力トルクＴｏは、Ｔｅ＋Ｔ１＋Ｔ２である。
第２モードにおいて、第１モータ５２の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１＋α１）であり、上記の歯数比では０．６６７になる。
【００７５】
第１モータ５２の回転速度が０になった時点でブレーキ５８とクラッチ６２の締結を切り替えることで第３モードに切り替える点も第１の実施例と同じであり、出力トルクＴｏも同様である。
【００７６】
第３モードにおいて、第３モータ５６の回転速度が０になった時点で機械的な伝達率が１００％になる点も第１の実施例と同様であるが、その際の速度比は、１／（１−α１・α３）であり、上記の歯数比では１．３３３になる。
次に、エンジン１で駆動する後進における出力トルクＴｏは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ３（１＋α３）／α３であり、上記した歯数比にあってはＴｅの１．５倍とＴ３の３倍の差である。
【００７７】
詳細の説明は省略するが、本実施例においてもバッテリーに蓄えた電力を供給しての駆動を除いて、前進時におけるエンジン１が出力軸１２を駆動する動力のうち、機械的に伝達する比率は、具体的な数値はやや異なるものの図２に示した、第１の実施例と同じように変化する。
したがって、従来例よりも動力伝達効率が高いとともにモータや制御機器などの容量を小さくして小型化を図ることができる。
【００７８】
以上、説明したように、本発明の上記各実施例の自動車用駆動装置は、特に前進の第１モードおよび第２モードにおける低速度比域おいて機械的な伝達率が高い。
そのため、第１モータ５２、第２モータ５４、第３モータ５６の容量（出力）を小さくできるので、これらを小型化することで、所要スペースや重量を減らすことができるとともに製造コストを安くすることができる。
また、第１モータ５２、第２モータ５４の発電ならびに駆動電力が減るので、インバータ等の制御装置などの電気容量が小さくなってこれらの製造コストを安くすることができる。
【００７９】
さらに、電気的な伝達よりも機械的な伝達の方が一般に伝達効率が良いので、機械的な伝達比率が高い低速度比域を多用する加速での動力伝達効率が高くなり、特に都市部の走行頻度が高い場合に燃費が向上するというメリットもある。
【００８０】
以上の各実施例は、単にブレーキ５８、クラッチ６２と説明したが、平板の摩擦板を用いた多板ブレーキまたはクラッチであってもいいことは無論のこと、円錐摩擦面を有する摩擦ブレーキまたはクラッチであってもいいし、ドグ歯を有する噛み合い式の固定または連結手段であっても構わない。
【００８１】
また、ブレーキ５８をスプリングの張力で締結しておいて、第１モードにおける少なくとも第２モータ５４のみで駆動する場合に、ブレーキ５８を締結するための油圧等を必要としない構造にすることもできる。その場合、第３モードに切り替える際に油圧等の力でブレーキ５８の締結を解除する。
【００８２】
本発明は、当業者の一般的な知識に基づいて、各遊星歯車組やブレーキ、クラッチ、モータなどの軸方向の配置を変更することや、エンジン１と入力軸１０との間にダンパーを設けるなどの改良を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
特に低速度比域における機械的な動力伝達比率がアップすることによって、モータの必要とする出力を下げられるので、制御系を含めた製造コストを安くすることができるとともに、重量の低減も可能になり、また、都市部などにおける加減速の頻度の高い走行における動力伝達効率が向上することで、燃費の向上も期待できるので、省エネルギや環境汚染防止に役立つことから、乗用車、トラック、バスを問わず幅広い車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の自動車用駆動装置のスケルトン図である。（実施例１）
【図２】実施例１の機械的な伝達比率を示す図である。
【図３】本発明の実施例２のスケルトン図である。（実施例２）
【図４】本発明の実施例３のスケルトン図である。（実施例３）
【図５】本発明の実施例４のスケルトン図である。（実施例４）
【図６】本発明の実施例５のスケルトン図である。（実施例５）
【符号の説明】
【００８５】
１      エンジン
１０    入力軸
１２    出力軸
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    第３遊星歯車組
４２    第３サンギヤ
４４    第３リングギヤ
４６    第３ピニオン
４８    第３キャリア
５２    第１モータ
５４    第２モータ
５６    ブレーキ
５８    ケース
６０    クラッチ
７０    第４遊星歯車組
７２    第４サンギヤ
７４    第４リングギヤ
７６    第４ピニオン
７８    第４キャリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009001130.tif 000005
【図４】
2009001130.tif 000006
【図５】
2009001130.tif 000007
【図６】
2009001130.tif 000008