ハイブリッド電気車両用の動力伝達機構
本発明は、エンジンと、第一モータと、第二モータと、変速装置と、を備えたハイブリッド電気車両用の動力伝達機構において、前記変速装置は、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とを有する２つの遊星歯車列からなる遊星歯車装置を有し、前記エンジンは、前記遊星歯車装置の一方の側部に配置され、前記第一モータ及び前記第二モータは、遊星歯車装置の他方の側部に配置され、前記第一遊星歯車列は、小型太陽歯車と、遊星キャリアと、短形遊星歯車と、外側輪歯車と、を有し、前記第二遊星歯車列は、大型太陽歯車と、長形遊星歯車と、前記第一遊星歯車列と共用される前記遊星キャリアと、を有し、前記長形遊星歯車は前記短形遊星歯車と前記大型太陽歯車とにそれぞれ噛み合うことを特徴とするハイブリッド電気車両用の動力伝達機構に係る。本発明による動力伝達機構は、コンパクトな構造と動力源に対する緩和された要求を有し、複数の制御モードを実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気車両用の動力伝達機構に関し、特に、ハイブリッド電気車両に使用される動力伝達機構であって、２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置を使用して電源同士を連結する動力伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー不足、公環境への意識の高まり、およびより厳しくなる政府の規制により、環境に優しい電気車両や燃料電池車両が出現している。しかしながら、様々な技術上の制約により、この種の車両を短期間で広く普及させることは困難である。したがって、現在では、技術的に比較的成熟したハイブリッド電気車両が比較的に望まれる選択肢となっている。
【０００３】
省エネで環境に優しい新しいタイプの車両として、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）が、技術及び市場の面からブームとなっている。ハイブリッド電気車両が、従来の内燃機関車両や純粋な電気車両から最も大きく異なる点は、動力伝達機構である。
【０００４】
対応する構成及びＨＥＶのハイブリッド構成において、動力連結システムがＨＥＶの複数の電源を結合しており、これにより複数の電源間における合理的な動力分配と、駆動軸への電力伝達が実現されている。したがって、動力連結システムの性能はＨＥＶの全体的な性能が設計上の要求に達するか否かに直接するため、動力連結システムはＨＥＶの開発において重要な役割を果たすとともに、ＨＥＶにおける最も主要な部分である。
【０００５】
遊星歯車装置は、種々の自由度と入力／出力の柔軟な制御性に特徴があり、またコンパクトな構造と小さい体積を有するとともに大きい変速域を有するため、ハイブリッド電気車両にますます用いられるようになっている。これは、最近のハイブリッド電気車両の動力装置の開発の趨勢でもある。
【０００６】
トヨタ自動車株式会社は、１９９７年に初代ハイブリッド電気車両であるプリウスを発表し、さらに２００６年には、ハイブリッド構造のハイブリッド動力伝達機構ＴＨＳを依然として採用する最新の３代目電気機械ハイブリッド動力伝達機構を搭載したプリウスを発表している。ここでは、遊星歯車システムがエンジンからの出力動力を再分配しており、エンジン負荷のバランスを合理的に保つという目的を達成している。
【０００７】
図１に、トヨタ自動車株式会社のハイブリッド電気自動車であるプリウス用の動力伝達機構の構造原理図を示す。この動力伝達機構は、エンジンＥと、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、単一の遊星歯車列等からなる遊星歯車装置を有する動力連結システムと、を備えている。この動力伝達機構において、エンジンＥは、衝撃吸収ダンパを介して、単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置の遊星キャリアａに接続しており、動力を遊星歯車ｂを介して外側輪歯車ｃと太陽歯車ｄとに伝達する。外側輪歯車ｃは出力軸に接続されており、この出力軸はモータＭＧ２の回転子に減速歯車セットｅを介して接続している。太陽歯車ｄはモータＭＧ１の回転子に接続している。出力軸は、チェーン駆動システムｆと、主減速機ｇと、差動装置ｈとを介して、車輪に動力を伝達する。システムは、エンジンＥのトルクの大部分を出力軸に直接伝達し、且つこのトルクのごく一部を電力生成のためにモータＭＧ１に伝達する。モータＭＧ１により生成された電気エネルギは、バッテリ充電のために使用されるか、或いは指令に従って駆動力を高めるようにモータＭＧ２の駆動に使用される。この構造により、モータＭＧ１のトルクと回転速度とを調整することで、常にエンジンは効率域か低排出域にあることが可能となる。さらに、遊星歯車装置の様々な要素の回転速度を調整することで、遊星歯車装置は無段変速機と同様に動作することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の動力伝達機構の２つのモータＭＧ１とＭＧ２は、単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置の両側に配置されるとともに、冷却システムのセットを共用しているため、このモータ冷却システムの配置が複雑になり、モータシステムの統合レベルが低い。また、遊星歯車装置の両側の駆動軸の長さが等しくないため、ノーズキャビンの配置が容易でなくなっている。しかも、モータＭＧ１とエンジンＥとが、遊星歯車装置の同じ側に平行に配置されている。モータＭＧ１の最適動作温度は摂氏６０度であり、エンジンＥの最適動作温度は摂氏９０度であるが、モータＭＧ１とエンジンＥとの間隔が狭いため、モータＭＧ１はエンジンＥの熱放射の影響を受けてすぐに熱しやすく、対応するモータ冷却システムがしばしば高負荷動作状態となって、車両全体の効率性が影響を受けてしまう。
【０００９】
上記の動力伝達機構は単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置を採用しているので、その減速比域は小さい。このため、モータの回転速度の広い変動域、特にモータの大きいトルクが要求される。したがって、製造精度、回転速度／トルク性及びモータの動的バランスに対する要求が非常に厳しいものとなっている。適切な減速比を得るために、出力軸用の減速装置は、チェーン駆動システムｆと主減速機ｇとを含む多段駆動構成要素を採用しているが、このためにますますシステムが複雑になり、配置空間に関するシステムへの要求が高くなってしまう。
【００１０】
中国特許公開公報第１０１１４９０９４号（ＣＮ１０１１４９０９４Ａ）は、２つの遊星歯車列からなる遊星歯車システムに基づくハイブリッド駆動装置を開示しており、このハイブリッド駆動装置は、内燃機関と、モータと、動力出力部と、前側及び後側の遊星歯車列と、を備えている。前側の遊星歯車装置の遊星キャリアが後側の遊星歯車装置の輪歯車に接続され、前側及び後側の両遊星歯車装置の太陽歯車が、モータ軸に共通に接続されている。エンジンは、クラッチを介して輪歯車又は前側の遊星歯車装置の遊星キャリアに選択的に接続されており、後側の遊星歯車装置の遊星キャリアは出力部に接続されている。ハイブリッド駆動装置の前側及び後側遊星歯車装置が平行に配置されているため、このハイブリッド駆動装置は比較的大きい形状寸法を有し、その構造は十分にコンパクトではない。２つの入力軸と１つのモータしか存在しないため、モータの制御に対する要求は高い。
【００１１】
したがって、当分野において、ハイブリッド電気車両の動力伝達機構、特に、その動力源連結構造又は駆動装置を改良する必要性が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】中国特許公開公報第１０１１４９０９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来のハイブリッド動力伝達機構に存在する、遊星歯車装置の小さい減速比域、コンパクトでない構造、モータ性能に対する高い要求、モータの低い統合レベル、複雑な冷却システム等の不利点のうちの少なくとも１以上を解消し、これに対応して、コンパクトな構造、高い駆動効率、大きい減速比域、モータのトルクなどの性能に対する要求緩和、冷却システムの単純で容易な制御性等の利点のうち少なくとも１以上を有する、ハイブリッド電気車両用の動力伝達機構を提供する。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、エンジンと、第一モータと、第二モータと、変速装置と、を備えたハイブリッド電気車両用の動力伝達機構において、前記変速装置は、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とを有する２つの遊星歯車列からなる遊星歯車装置を有し、前記エンジンは、前記遊星歯車装置の一方の側部に配置され、前記第一モータ及び前記第二モータは、遊星歯車装置の他方の側部に配置され、前記第一遊星歯車列は、小型太陽歯車と、遊星キャリアと、短形遊星歯車と、外側輪歯車と、を有し、前記第二遊星歯車列は、大型太陽歯車と、長形遊星歯車と、前記第一遊星歯車列と共用される前記遊星キャリアと、を有し、前記長形遊星歯車は前記短形遊星歯車と前記大型太陽歯車とにそれぞれ噛み合い、前記大型太陽歯車のスピンドルは、小型太陽歯車のスピンドルに回転可能にスリーブ接続され、前記エンジンのクランクシャフトは前記遊星キャリアに接続され、前記外側輪歯車は動力を出力し、前記小型太陽歯車のスピンドルは前記第一モータの回転子に接続され、前記小型太陽歯車のスピンドルの延長部は、選択的に前記小型太陽歯車のスピンドルをロックするように、第二ロックアップ・クラッチの一方の側部に接続され、前記大型太陽歯車のスピンドルは、前記第二モータの回転子に接続され、前記遊星キャリアは、選択的に前記遊星キャリアをロックするように、第一ロックアップ・クラッチの一方の側部に接続されている、ことを特徴とするハイブリッド電気車両用の動力伝達機構に係る。
【００１６】
本発明における第一モータは電気生成を目的として主に使用され、第二モータは走行のために主に使用される。本発明に採用される２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置はラビニョ式（Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ）変速機構から発展したものである。３つの入力軸と１つの出力軸とを有する４軸システムとして、本システムは通常の単一の遊星歯車列からなる３軸駆動システムより多くの制御モードを有する。したがって、第一モータ及び第二モータのトルクを制御することによって、容易にエンジンを最適な動作状態にしてその効率を良くするとともにその排出を低くすることができる。これによりシステムの駆動効率が向上し、排出を抑えるとともに省エネルギを実現する。現行のラビニョ式変速機構と比較して、本発明は第二モータに接続している遊星歯車列の駆動比を低減させるものであるため、第二モータの回転速度とトルクに対する要求が緩和される。したがって、第二モータの製造難易度やコストが効果的に低くなる。さらに、２つの遊星歯車列を有する駆動機構を用いることによりシステムの減速比が増すため、主減速機の構造が単純になる。また、２つの遊星歯車列は一体に統合されているため、構造が非常に単純になり、これにより寸法が著しく小さくなって、空間配置が容易になる。
【００１７】
本発明は、改良されたラビニョ式変速機構を採用しているため、小型太陽歯車と太陽歯車とにそれぞれ接続された第一モータ及び第二モータを、２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置の片側に、エンジンのクランクシャフトから離間させて配置することができるため、エンジンの熱放射による第一モータ及び第二モータへの影響を回避することができる。また、第一モータと第二モータの統合が容易になり、モータ冷却システムの構造と制御が効果的に単純化される。さらに、駆動装置の効率性が向上する一方、遊星歯車装置の両側における駆動軸の長さを近似したものとできるため、ノーズキャビンの配置に有利である。
【００１８】
好適には、前記第一モータと前記第二モータとは一体に統合されている。第一モータと第二モータが一体に統合されているため、その冷却システムの構造が単純化されるばかりでなく、冷却システムの制御が容易となる一方、第一モータ及び第二モータの信頼性と安定性の向上が容易となる。
【００１９】
好適には、前記短形遊星歯車と前記長形遊星歯車の個数は、それぞれ３又は４であり、前記短形遊星歯車と前記長形遊星歯車は周方向に等間隔で配置されている。これにより、遊星歯車列全体の負荷を均一にすることが容易となる。
【００２０】
好適には、前記外側輪歯車は、歯車装置変速機構として機能する主減速機に接続されている。これにより、駆動装置全体の構造をさらにコンパクトなものとすることができる。
【００２１】
好適には、前記第一ロックアップ・クラッチの他方の側部は、前記遊星歯車装置と、前記第一モータと、前記第二モータと、を囲む筐体に接続されており、前記第二ロックアップ・クラッチの他方の側部は筐体に接続されている。
【００２２】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が始動するとき、前記第一ロックアップ・クラッチは前記遊星キャリアをロックするように係合されて、これにより前記エンジンの前記クランクシャフトがロックされるとともに、前記第二モータは走行状態となって車両が始動する。
【００２３】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が純電気走行モードにあるとき、前記第一ロックアップ・クラッチは前記エンジンをロックするように係合されるとともに、前記ハイブリッド電気車両を推進させるために前記第二モータは動力源として動作して車両を走行させる。
【００２４】
好適には、前記ハイブリッド電気車両がハイブリッド走行モードにあるとき、前記エンジンが所望の動作領域にある間に、前記エンジンと、前記第一モータと、前記第二モータとは協働してトルクを出力し、このとき前記第一モータは電気生成のために必要に応じて使用されるかロックされるとともに、前記第二モータは補助動力を提供するように使用される。
【００２５】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が駐車及び充電モードにあるとき、前記外側輪歯車がロックされるとともに、バッテリを充電するように前記エンジンが前記第一モータ及び／又は第二モータを駆動する。
【００２６】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が再生制動モードにあるとき、前記エンジンがロックされるとともに、前記外側輪歯車が動力入力部として機能して、前記第一モータと前記第二モータを電気を生成するように駆動する。
【発明の効果】
【００２７】
したがって、本発明は、下記の有利な効果を有し得る。すなわち、（１）改良されたラビニョ式遊星歯車駆動機構を採用しているため、第二モータの設計及び製造に関するシステムへの要求を緩和することができる。（２）２つのモータを制御してエンジンを常に最適な動作領域において動作させることにより、駆動効率を向上させるともに排出を低減することができる。（３）クラッチによって第一モータをロックするので、第一モータを回転速度ゼロ付近で動作させることがなく、これによりシステムの効率性を向上させることができる。（４）純電気走行モードにおいて、ロックアップ・クラッチによりエンジンをロックするので、エンジンが逆方向に回転することが回避されるとともに、システムの制御が単純になる。（５）２つのモータが、遊星歯車列の片側にエンジンから離間して配置されるとともに一体に統合されているため、モータ冷却装置の構造と制御を単純化することができ、これによりシステムの効率性が向上する。
【００２８】
本発明の他の望ましい特性及び特徴は添付図面を考慮し、且つ以下の説明を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、トヨタ自動車株式会社のプリウスのハイブリッド動力伝達機構の構造原理図である。
【図２】図２は、本発明によるハイブリッド電気車両用の動力伝達機構の構造原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であって、用途や使用の制限を意図するものではない。更に、本発明は、上記の「発明の技術分野」、「背景技術」及び「発明の概要」或いは以下の説明に記載されるか示唆されるいかなる理論にも拘束されることを意図するものではない。
【００３１】
図２は、本発明の好適な実施形態による２つの遊星歯車列を備えた４軸ハイブリッド動力装置を示している。図２に示す実施形態において、本発明のハイブリッド動力伝達機構は、主として、エンジン１と、第一モータ２及び第二モータ３と、これらの動力源を一体に連結する２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置５と、を備えている。筐体２０が、遊星歯車装置５と、第一モータ２及び第二モータ３と、他の関連する構成部品とを囲んでいてもよい。
【００３２】
図２の実施形態において、エンジン１は遊星歯車装置５の左側に配置されており、第一モータ２及び第二モータ３は遊星歯車装置５の右側に配置されている。勿論、特定の適用のニーズにしたがって、このような配置は可変である。例えば、エンジン１が遊星歯車装置５の右側に配置され、第一モータ２及び第二モータ３が遊星歯車装置５の左側に配置される。
【００３３】
２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置５は、ラビニョ式（Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ）遊星歯車機構から発展させたものでもよく、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とからなる。第一遊星歯車列は、小型太陽歯車６と、遊星キャリア７と、遊星キャリア７に設けられた短形遊星歯車８と、外側輪歯車９と、を備えている。短形遊星歯車８は、小型太陽歯車６と外側輪歯車９とにそれぞれ噛み合う。力のバランスのために、短形遊星歯車８の個数は３又は４であり、これらの短形遊星歯車８は等間隔で周方向に配置されている。しかしながら、他の実施形態においては、必要に応じて短形遊星歯車８の個数や配置は異なるように設定することができる。エンジンのクランクシャフト１２は、ひとつの衝撃緩衝ダンパ１５及び関連の軸を介して、遊星キャリア７に接続されている。外側輪歯車９は、歯車装置からなる主減速機４を介して、差動装置の歯車１６に接続可能である。
【００３４】
主減速機４は、外側輪歯車９と衝撃緩衝ダンパ１５との間に配置されるとともに外側輪歯車９に接続された主減速歯車１７と、主減速歯車１７の近傍に配置されるとともにこれと噛み合う主減速入力歯車１８と、主減速入力歯車１８に同軸上に接続された主減速出力歯車１９と、を備えている。主減速出力歯車１９は差動歯車１６と噛み合って動力を出力する。第一遊星歯車列の小型太陽歯車のスピンドルは、２つの遊星歯車列５の右側に配置された第一モータの回転子に接続されており、このスピンドルの延長部は第二ロックアップ・クラッチ１４の一方の側部に接続されている。第二ロックアップ・クラッチ１４の他方の側部は筐体２０に接続されている。第二ロックアップ・クラッチ１４は、小型太陽歯車を筐体２０に堅固に接続するように、選択的に係合可能になされている。
【００３５】
遊星歯車装置５の第二遊星歯車列は、小型太陽歯車６のスピンドルに回転可能にスリーブ接続された大型太陽歯車１０と、第一遊星歯車列の遊星キャリア７に配置された長形遊星歯車１１と、を備えている。長形遊星歯車１１は、短形遊星歯車８及び大型太陽歯車１０と噛み合うが、外側輪歯車９とは噛み合わない。短形遊星歯車８と同様に、３又は４個の長形遊星歯車１１が等間隔で周方向に配置可能である。しかしながら、他の実施形態においては、必要に応じて長形遊星歯車１１の個数や配置は異なるように設定することができる。大型太陽歯車１０のスピンドルは、第一モータ２と遊星歯車装置５との間に配置された第二モータ３の回転子に接続されている。短形遊星歯車８を搭載するための遊星キャリア７上の短形遊星歯車のスピンドルは、第一ロックアップ・クラッチ１３の一方の側部に、その右側延長端において接続されている。第一ロックアップ・クラッチ１３の他方の側部は筐体２０に固定されている。第一ロックアップ・クラッチ１３が遊星キャリア７をロックするよう選択的に係合されると、これに接続されたエンジン１がロックされる。当然ながら、本動力伝達機構は他の構成部品も含むことができ、例えば、外側輪歯車９をロックするためのロックアップ・クラッチ等を含み得るが、ここでは詳細は述べない。
【００３６】
遊星歯車装置５の右側に配置された第一モータ２及び第二モータ３の両者は、実質的に一体に統合することができ、一台の冷却システムセットを共用している。これにより、その製造ばかりでなく、冷却システムの制御も容易となる。他の配置と比較すると、冷却システムの構造は単純化されており、エンジンによる高温の影響を受けないため、効率性が増す。
【００３７】
本発明の動力源の変速機において採用された２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置によって、無段変速が実現できる。エンジン１と第二モータ３及び第一モータ２からなるこれら３つの動力源により入力されたトルクは、本発明の変速機により連結された後に出力部に伝達され、次いで差動装置２１に主減速機４を介して伝達され、最終的に車輪に伝達される。したがって、実際の使用において、動作モードの異なる組み合わせ及び３つの動力源に接続された３つの入力部の状態によって、様々な出力モードが生成され得る。以下に、車両が、始動モード、走行モード、逆走モード、及び駐車モードの４つの典型的なモードにあるときの、典型的な動作及び対応する動力源すなわち入力部の動力伝達ルーチンを説明する。
【００３８】
［始動状態］
始動時には、電気始動が主に用いられる。エンジン１が逆回転しないように、第一ロックアップ・クラッチ１３がエンジン１をロックするように用いられる。第二モータ３は走行モードにあり、そのトルクが大型太陽歯車１０、長形遊星歯車１１、短形遊星歯車８、外側輪歯車９、主減速機４及び差動装置２１を介して、車輪に伝達される。これにより、車両が始動するように駆動される。一方、短形遊星歯車８は、アイドリングになるよう小型太陽歯車６を駆動する。さらに、バッテリーが充電不足の場合には、電気機械ハイブリッドモードが採用され、第一モータ２をロックするよう第二ロックアップ・クラッチ１４が使用されるとともに、第一ロックアップ・クラッチ１３が解放される。このとき、第二モータ３のトルクが、大型太陽歯車１０、長形遊星歯車１１、短形遊星歯車８、外側輪歯車９、主減速機４及び差動装置２１を介して車輪に伝達され、車両が始動するように駆動される。同時に、バッテリがエンジン１によって充電されるように、短形遊星歯車８が遊星キャリア７を駆動し、これにより、衝撃吸収ダンパ１７を介してエンジン１が回転して始動する。
【００３９】
［走行状態］
純電気走行モードが採用されると、エンジン１が第一ロックアップ・クラッチ１３によりロックされて、車両の加速と速度とを制御するように、第二モータ３のトルクと回転速度とを変化させることにより出力部のトルクと回転速度とが可変となる。本発明の動力伝達機構が純電気走行モードにある場合、エンジンのクランクシャフトの逆回転を避けるとともに純電気走行におけるシステム制御の複雑性を低減するように、遊星キャリア７に配置された第一ロックアップ・クラッチ１３が、遊星キャリア７とこれに接続されたエンジンのクランクシャフト１２とをロックする。
【００４０】
電気機械ハイブリッドモードが採用されると、エンジン１が始動され、第二ロックアップ・クラッチ１４が解放可能となるとともに、第一モータ２が電気生成状態に切り替えられる。第一モータ２及び第二モータ３のトルクを調整することにより、出力が加速される。また、電気を生成してバッテリを充電するために、エンジン１のトルクの一部が、小型太陽歯車６を介して第一モータ２に伝達される。これにより、エンジン１を所望の動作領域に維持することが可能となり、燃料効率が向上する。車両が電気機械ハイブリッドモードにおいて高速で走行する場合、第二ロックアップ・クラッチ１４を用いて第一モータ２をロックすることができ、これによりエンジンの全トルクが確実に出力部に伝達されて伝達効率が向上する。このとき、エンジン１が省エネのために常に最適な動作状態に確実にあるように、第二モータ３は補助動力として機能する。
【００４１】
車両が高速で走行する場合、第一モータ２の回転速度は回転速度ゼロに制御されてエンジンの動力出力を調整する必要がある。このため、第一モータ２の効率は非常に低く、システムの出力動力と動力とは常に変動させなければならず、また、ある程度のヒステリシスが存在する。これらは全て制御の難易度を上げるものであるため、本発明では、第一モータ２のスピンドルに配置された第二ロックアップ・クラッチ１４によって第一モータ２をロックすることで第一モータ２を回転速度ゼロ付近で動作させることはしない。これにより、車両全体の伝達効率が著しく向上する。
【００４２】
［逆行状態］
第一ロックアップ・クラッチ１３を用いてエンジン１をロックするとともに、第二モータ３を適宜制御して逆行動作させるように第二モータ３の回転方向を変えることにより、車両は逆行する。
【００４３】
［駐車及び充電状態］
車両が駐車状態にあるとき、車両の駐車ロック装置が動力伝達機構の出力部をロックするため、外側輪歯車９はこのときロック状態にある。バッテリを充電する必要がある場合、第一モータ２及び第二モータ３の両方を同時に電気生成状態とすることができる。エンジン１のトルクは、遊星キャリア７を介して第一モータ２及び第二モータ３にそれぞれ伝達され、これによりバッテリ充電用の電気が生成される。
【００４４】
［再生制動状態］
車両が惰行運転状態になると、車両の慣性トルクは、差動装置２１と主減速機４を介して外側輪歯車９に伝達される。このとき、外側輪歯車９は動力入力部として働き、バッテリ充電用の電気生成のためにこのトルクを第一モータ２及び第二モータ３に戻るよう供給する。これによりエネルギが得られて車両の燃料経済性が向上する。
【００４５】
上記に列挙されたものは、通常用いられる本発明の動作モードのほんのいくつかの動作様式である。本発明においては、２つのロックアップ・クラッチと組み合わされた２つの遊星歯車列を有する４軸変速機構が採用されており、これにより同一の動作原理の下で複数の入力と出力とが操作モードと状態との複数の組み合わせを有し得る。本発明の教示に基づく動作モードや制御方法は、いずれも本発明の範囲を逸脱するものではないであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気車両用の動力伝達機構に関し、特に、ハイブリッド電気車両に使用される動力伝達機構であって、２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置を使用して電源同士を連結する動力伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー不足、公環境への意識の高まり、およびより厳しくなる政府の規制により、環境に優しい電気車両や燃料電池車両が出現している。しかしながら、様々な技術上の制約により、この種の車両を短期間で広く普及させることは困難である。したがって、現在では、技術的に比較的成熟したハイブリッド電気車両が比較的に望まれる選択肢となっている。
【０００３】
省エネで環境に優しい新しいタイプの車両として、ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）が、技術及び市場の面からブームとなっている。ハイブリッド電気車両が、従来の内燃機関車両や純粋な電気車両から最も大きく異なる点は、動力伝達機構である。
【０００４】
対応する構成及びＨＥＶのハイブリッド構成において、動力連結システムがＨＥＶの複数の電源を結合しており、これにより複数の電源間における合理的な動力分配と、駆動軸への電力伝達が実現されている。したがって、動力連結システムの性能はＨＥＶの全体的な性能が設計上の要求に達するか否かに直接するため、動力連結システムはＨＥＶの開発において重要な役割を果たすとともに、ＨＥＶにおける最も主要な部分である。
【０００５】
遊星歯車装置は、種々の自由度と入力／出力の柔軟な制御性に特徴があり、またコンパクトな構造と小さい体積を有するとともに大きい変速域を有するため、ハイブリッド電気車両にますます用いられるようになっている。これは、最近のハイブリッド電気車両の動力装置の開発の趨勢でもある。
【０００６】
トヨタ自動車株式会社は、１９９７年に初代ハイブリッド電気車両であるプリウスを発表し、さらに２００６年には、ハイブリッド構造のハイブリッド動力伝達機構ＴＨＳを依然として採用する最新の３代目電気機械ハイブリッド動力伝達機構を搭載したプリウスを発表している。ここでは、遊星歯車システムがエンジンからの出力動力を再分配しており、エンジン負荷のバランスを合理的に保つという目的を達成している。
【０００７】
図１に、トヨタ自動車株式会社のハイブリッド電気自動車であるプリウス用の動力伝達機構の構造原理図を示す。この動力伝達機構は、エンジンＥと、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、単一の遊星歯車列等からなる遊星歯車装置を有する動力連結システムと、を備えている。この動力伝達機構において、エンジンＥは、衝撃吸収ダンパを介して、単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置の遊星キャリアａに接続しており、動力を遊星歯車ｂを介して外側輪歯車ｃと太陽歯車ｄとに伝達する。外側輪歯車ｃは出力軸に接続されており、この出力軸はモータＭＧ２の回転子に減速歯車セットｅを介して接続している。太陽歯車ｄはモータＭＧ１の回転子に接続している。出力軸は、チェーン駆動システムｆと、主減速機ｇと、差動装置ｈとを介して、車輪に動力を伝達する。システムは、エンジンＥのトルクの大部分を出力軸に直接伝達し、且つこのトルクのごく一部を電力生成のためにモータＭＧ１に伝達する。モータＭＧ１により生成された電気エネルギは、バッテリ充電のために使用されるか、或いは指令に従って駆動力を高めるようにモータＭＧ２の駆動に使用される。この構造により、モータＭＧ１のトルクと回転速度とを調整することで、常にエンジンは効率域か低排出域にあることが可能となる。さらに、遊星歯車装置の様々な要素の回転速度を調整することで、遊星歯車装置は無段変速機と同様に動作することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の動力伝達機構の２つのモータＭＧ１とＭＧ２は、単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置の両側に配置されるとともに、冷却システムのセットを共用しているため、このモータ冷却システムの配置が複雑になり、モータシステムの統合レベルが低い。また、遊星歯車装置の両側の駆動軸の長さが等しくないため、ノーズキャビンの配置が容易でなくなっている。しかも、モータＭＧ１とエンジンＥとが、遊星歯車装置の同じ側に平行に配置されている。モータＭＧ１の最適動作温度は摂氏６０度であり、エンジンＥの最適動作温度は摂氏９０度であるが、モータＭＧ１とエンジンＥとの間隔が狭いため、モータＭＧ１はエンジンＥの熱放射の影響を受けてすぐに熱しやすく、対応するモータ冷却システムがしばしば高負荷動作状態となって、車両全体の効率性が影響を受けてしまう。
【０００９】
上記の動力伝達機構は単一の遊星歯車列からなる遊星歯車装置を採用しているので、その減速比域は小さい。このため、モータの回転速度の広い変動域、特にモータの大きいトルクが要求される。したがって、製造精度、回転速度／トルク性及びモータの動的バランスに対する要求が非常に厳しいものとなっている。適切な減速比を得るために、出力軸用の減速装置は、チェーン駆動システムｆと主減速機ｇとを含む多段駆動構成要素を採用しているが、このためにますますシステムが複雑になり、配置空間に関するシステムへの要求が高くなってしまう。
【００１０】
中国特許公開公報第１０１１４９０９４号（ＣＮ１０１１４９０９４Ａ）は、２つの遊星歯車列からなる遊星歯車システムに基づくハイブリッド駆動装置を開示しており、このハイブリッド駆動装置は、内燃機関と、モータと、動力出力部と、前側及び後側の遊星歯車列と、を備えている。前側の遊星歯車装置の遊星キャリアが後側の遊星歯車装置の輪歯車に接続され、前側及び後側の両遊星歯車装置の太陽歯車が、モータ軸に共通に接続されている。エンジンは、クラッチを介して輪歯車又は前側の遊星歯車装置の遊星キャリアに選択的に接続されており、後側の遊星歯車装置の遊星キャリアは出力部に接続されている。ハイブリッド駆動装置の前側及び後側遊星歯車装置が平行に配置されているため、このハイブリッド駆動装置は比較的大きい形状寸法を有し、その構造は十分にコンパクトではない。２つの入力軸と１つのモータしか存在しないため、モータの制御に対する要求は高い。
【００１１】
したがって、当分野において、ハイブリッド電気車両の動力伝達機構、特に、その動力源連結構造又は駆動装置を改良する必要性が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】中国特許公開公報第１０１１４９０９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来のハイブリッド動力伝達機構に存在する、遊星歯車装置の小さい減速比域、コンパクトでない構造、モータ性能に対する高い要求、モータの低い統合レベル、複雑な冷却システム等の不利点のうちの少なくとも１以上を解消し、これに対応して、コンパクトな構造、高い駆動効率、大きい減速比域、モータのトルクなどの性能に対する要求緩和、冷却システムの単純で容易な制御性等の利点のうち少なくとも１以上を有する、ハイブリッド電気車両用の動力伝達機構を提供する。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、エンジンと、第一モータと、第二モータと、変速装置と、を備えたハイブリッド電気車両用の動力伝達機構において、前記変速装置は、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とを有する２つの遊星歯車列からなる遊星歯車装置を有し、前記エンジンは、前記遊星歯車装置の一方の側部に配置され、前記第一モータ及び前記第二モータは、遊星歯車装置の他方の側部に配置され、前記第一遊星歯車列は、小型太陽歯車と、遊星キャリアと、短形遊星歯車と、外側輪歯車と、を有し、前記第二遊星歯車列は、大型太陽歯車と、長形遊星歯車と、前記第一遊星歯車列と共用される前記遊星キャリアと、を有し、前記長形遊星歯車は前記短形遊星歯車と前記大型太陽歯車とにそれぞれ噛み合い、前記大型太陽歯車のスピンドルは、小型太陽歯車のスピンドルに回転可能にスリーブ接続され、前記エンジンのクランクシャフトは前記遊星キャリアに接続され、前記外側輪歯車は動力を出力し、前記小型太陽歯車のスピンドルは前記第一モータの回転子に接続され、前記小型太陽歯車のスピンドルの延長部は、選択的に前記小型太陽歯車のスピンドルをロックするように、第二ロックアップ・クラッチの一方の側部に接続され、前記大型太陽歯車のスピンドルは、前記第二モータの回転子に接続され、前記遊星キャリアは、選択的に前記遊星キャリアをロックするように、第一ロックアップ・クラッチの一方の側部に接続されている、ことを特徴とするハイブリッド電気車両用の動力伝達機構に係る。
【００１６】
本発明における第一モータは電気生成を目的として主に使用され、第二モータは走行のために主に使用される。本発明に採用される２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置はラビニョ式（Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ）変速機構から発展したものである。３つの入力軸と１つの出力軸とを有する４軸システムとして、本システムは通常の単一の遊星歯車列からなる３軸駆動システムより多くの制御モードを有する。したがって、第一モータ及び第二モータのトルクを制御することによって、容易にエンジンを最適な動作状態にしてその効率を良くするとともにその排出を低くすることができる。これによりシステムの駆動効率が向上し、排出を抑えるとともに省エネルギを実現する。現行のラビニョ式変速機構と比較して、本発明は第二モータに接続している遊星歯車列の駆動比を低減させるものであるため、第二モータの回転速度とトルクに対する要求が緩和される。したがって、第二モータの製造難易度やコストが効果的に低くなる。さらに、２つの遊星歯車列を有する駆動機構を用いることによりシステムの減速比が増すため、主減速機の構造が単純になる。また、２つの遊星歯車列は一体に統合されているため、構造が非常に単純になり、これにより寸法が著しく小さくなって、空間配置が容易になる。
【００１７】
本発明は、改良されたラビニョ式変速機構を採用しているため、小型太陽歯車と太陽歯車とにそれぞれ接続された第一モータ及び第二モータを、２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置の片側に、エンジンのクランクシャフトから離間させて配置することができるため、エンジンの熱放射による第一モータ及び第二モータへの影響を回避することができる。また、第一モータと第二モータの統合が容易になり、モータ冷却システムの構造と制御が効果的に単純化される。さらに、駆動装置の効率性が向上する一方、遊星歯車装置の両側における駆動軸の長さを近似したものとできるため、ノーズキャビンの配置に有利である。
【００１８】
好適には、前記第一モータと前記第二モータとは一体に統合されている。第一モータと第二モータが一体に統合されているため、その冷却システムの構造が単純化されるばかりでなく、冷却システムの制御が容易となる一方、第一モータ及び第二モータの信頼性と安定性の向上が容易となる。
【００１９】
好適には、前記短形遊星歯車と前記長形遊星歯車の個数は、それぞれ３又は４であり、前記短形遊星歯車と前記長形遊星歯車は周方向に等間隔で配置されている。これにより、遊星歯車列全体の負荷を均一にすることが容易となる。
【００２０】
好適には、前記外側輪歯車は、歯車装置変速機構として機能する主減速機に接続されている。これにより、駆動装置全体の構造をさらにコンパクトなものとすることができる。
【００２１】
好適には、前記第一ロックアップ・クラッチの他方の側部は、前記遊星歯車装置と、前記第一モータと、前記第二モータと、を囲む筐体に接続されており、前記第二ロックアップ・クラッチの他方の側部は筐体に接続されている。
【００２２】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が始動するとき、前記第一ロックアップ・クラッチは前記遊星キャリアをロックするように係合されて、これにより前記エンジンの前記クランクシャフトがロックされるとともに、前記第二モータは走行状態となって車両が始動する。
【００２３】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が純電気走行モードにあるとき、前記第一ロックアップ・クラッチは前記エンジンをロックするように係合されるとともに、前記ハイブリッド電気車両を推進させるために前記第二モータは動力源として動作して車両を走行させる。
【００２４】
好適には、前記ハイブリッド電気車両がハイブリッド走行モードにあるとき、前記エンジンが所望の動作領域にある間に、前記エンジンと、前記第一モータと、前記第二モータとは協働してトルクを出力し、このとき前記第一モータは電気生成のために必要に応じて使用されるかロックされるとともに、前記第二モータは補助動力を提供するように使用される。
【００２５】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が駐車及び充電モードにあるとき、前記外側輪歯車がロックされるとともに、バッテリを充電するように前記エンジンが前記第一モータ及び／又は第二モータを駆動する。
【００２６】
好適には、前記ハイブリッド電気車両が再生制動モードにあるとき、前記エンジンがロックされるとともに、前記外側輪歯車が動力入力部として機能して、前記第一モータと前記第二モータを電気を生成するように駆動する。
【発明の効果】
【００２７】
したがって、本発明は、下記の有利な効果を有し得る。すなわち、（１）改良されたラビニョ式遊星歯車駆動機構を採用しているため、第二モータの設計及び製造に関するシステムへの要求を緩和することができる。（２）２つのモータを制御してエンジンを常に最適な動作領域において動作させることにより、駆動効率を向上させるともに排出を低減することができる。（３）クラッチによって第一モータをロックするので、第一モータを回転速度ゼロ付近で動作させることがなく、これによりシステムの効率性を向上させることができる。（４）純電気走行モードにおいて、ロックアップ・クラッチによりエンジンをロックするので、エンジンが逆方向に回転することが回避されるとともに、システムの制御が単純になる。（５）２つのモータが、遊星歯車列の片側にエンジンから離間して配置されるとともに一体に統合されているため、モータ冷却装置の構造と制御を単純化することができ、これによりシステムの効率性が向上する。
【００２８】
本発明の他の望ましい特性及び特徴は添付図面を考慮し、且つ以下の説明を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、トヨタ自動車株式会社のプリウスのハイブリッド動力伝達機構の構造原理図である。
【図２】図２は、本発明によるハイブリッド電気車両用の動力伝達機構の構造原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であって、用途や使用の制限を意図するものではない。更に、本発明は、上記の「発明の技術分野」、「背景技術」及び「発明の概要」或いは以下の説明に記載されるか示唆されるいかなる理論にも拘束されることを意図するものではない。
【００３１】
図２は、本発明の好適な実施形態による２つの遊星歯車列を備えた４軸ハイブリッド動力装置を示している。図２に示す実施形態において、本発明のハイブリッド動力伝達機構は、主として、エンジン１と、第一モータ２及び第二モータ３と、これらの動力源を一体に連結する２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置５と、を備えている。筐体２０が、遊星歯車装置５と、第一モータ２及び第二モータ３と、他の関連する構成部品とを囲んでいてもよい。
【００３２】
図２の実施形態において、エンジン１は遊星歯車装置５の左側に配置されており、第一モータ２及び第二モータ３は遊星歯車装置５の右側に配置されている。勿論、特定の適用のニーズにしたがって、このような配置は可変である。例えば、エンジン１が遊星歯車装置５の右側に配置され、第一モータ２及び第二モータ３が遊星歯車装置５の左側に配置される。
【００３３】
２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置５は、ラビニョ式（Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ）遊星歯車機構から発展させたものでもよく、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とからなる。第一遊星歯車列は、小型太陽歯車６と、遊星キャリア７と、遊星キャリア７に設けられた短形遊星歯車８と、外側輪歯車９と、を備えている。短形遊星歯車８は、小型太陽歯車６と外側輪歯車９とにそれぞれ噛み合う。力のバランスのために、短形遊星歯車８の個数は３又は４であり、これらの短形遊星歯車８は等間隔で周方向に配置されている。しかしながら、他の実施形態においては、必要に応じて短形遊星歯車８の個数や配置は異なるように設定することができる。エンジンのクランクシャフト１２は、ひとつの衝撃緩衝ダンパ１５及び関連の軸を介して、遊星キャリア７に接続されている。外側輪歯車９は、歯車装置からなる主減速機４を介して、差動装置の歯車１６に接続可能である。
【００３４】
主減速機４は、外側輪歯車９と衝撃緩衝ダンパ１５との間に配置されるとともに外側輪歯車９に接続された主減速歯車１７と、主減速歯車１７の近傍に配置されるとともにこれと噛み合う主減速入力歯車１８と、主減速入力歯車１８に同軸上に接続された主減速出力歯車１９と、を備えている。主減速出力歯車１９は差動歯車１６と噛み合って動力を出力する。第一遊星歯車列の小型太陽歯車のスピンドルは、２つの遊星歯車列５の右側に配置された第一モータの回転子に接続されており、このスピンドルの延長部は第二ロックアップ・クラッチ１４の一方の側部に接続されている。第二ロックアップ・クラッチ１４の他方の側部は筐体２０に接続されている。第二ロックアップ・クラッチ１４は、小型太陽歯車を筐体２０に堅固に接続するように、選択的に係合可能になされている。
【００３５】
遊星歯車装置５の第二遊星歯車列は、小型太陽歯車６のスピンドルに回転可能にスリーブ接続された大型太陽歯車１０と、第一遊星歯車列の遊星キャリア７に配置された長形遊星歯車１１と、を備えている。長形遊星歯車１１は、短形遊星歯車８及び大型太陽歯車１０と噛み合うが、外側輪歯車９とは噛み合わない。短形遊星歯車８と同様に、３又は４個の長形遊星歯車１１が等間隔で周方向に配置可能である。しかしながら、他の実施形態においては、必要に応じて長形遊星歯車１１の個数や配置は異なるように設定することができる。大型太陽歯車１０のスピンドルは、第一モータ２と遊星歯車装置５との間に配置された第二モータ３の回転子に接続されている。短形遊星歯車８を搭載するための遊星キャリア７上の短形遊星歯車のスピンドルは、第一ロックアップ・クラッチ１３の一方の側部に、その右側延長端において接続されている。第一ロックアップ・クラッチ１３の他方の側部は筐体２０に固定されている。第一ロックアップ・クラッチ１３が遊星キャリア７をロックするよう選択的に係合されると、これに接続されたエンジン１がロックされる。当然ながら、本動力伝達機構は他の構成部品も含むことができ、例えば、外側輪歯車９をロックするためのロックアップ・クラッチ等を含み得るが、ここでは詳細は述べない。
【００３６】
遊星歯車装置５の右側に配置された第一モータ２及び第二モータ３の両者は、実質的に一体に統合することができ、一台の冷却システムセットを共用している。これにより、その製造ばかりでなく、冷却システムの制御も容易となる。他の配置と比較すると、冷却システムの構造は単純化されており、エンジンによる高温の影響を受けないため、効率性が増す。
【００３７】
本発明の動力源の変速機において採用された２つの遊星歯車列を有する遊星歯車装置によって、無段変速が実現できる。エンジン１と第二モータ３及び第一モータ２からなるこれら３つの動力源により入力されたトルクは、本発明の変速機により連結された後に出力部に伝達され、次いで差動装置２１に主減速機４を介して伝達され、最終的に車輪に伝達される。したがって、実際の使用において、動作モードの異なる組み合わせ及び３つの動力源に接続された３つの入力部の状態によって、様々な出力モードが生成され得る。以下に、車両が、始動モード、走行モード、逆走モード、及び駐車モードの４つの典型的なモードにあるときの、典型的な動作及び対応する動力源すなわち入力部の動力伝達ルーチンを説明する。
【００３８】
［始動状態］
始動時には、電気始動が主に用いられる。エンジン１が逆回転しないように、第一ロックアップ・クラッチ１３がエンジン１をロックするように用いられる。第二モータ３は走行モードにあり、そのトルクが大型太陽歯車１０、長形遊星歯車１１、短形遊星歯車８、外側輪歯車９、主減速機４及び差動装置２１を介して、車輪に伝達される。これにより、車両が始動するように駆動される。一方、短形遊星歯車８は、アイドリングになるよう小型太陽歯車６を駆動する。さらに、バッテリーが充電不足の場合には、電気機械ハイブリッドモードが採用され、第一モータ２をロックするよう第二ロックアップ・クラッチ１４が使用されるとともに、第一ロックアップ・クラッチ１３が解放される。このとき、第二モータ３のトルクが、大型太陽歯車１０、長形遊星歯車１１、短形遊星歯車８、外側輪歯車９、主減速機４及び差動装置２１を介して車輪に伝達され、車両が始動するように駆動される。同時に、バッテリがエンジン１によって充電されるように、短形遊星歯車８が遊星キャリア７を駆動し、これにより、衝撃吸収ダンパ１７を介してエンジン１が回転して始動する。
【００３９】
［走行状態］
純電気走行モードが採用されると、エンジン１が第一ロックアップ・クラッチ１３によりロックされて、車両の加速と速度とを制御するように、第二モータ３のトルクと回転速度とを変化させることにより出力部のトルクと回転速度とが可変となる。本発明の動力伝達機構が純電気走行モードにある場合、エンジンのクランクシャフトの逆回転を避けるとともに純電気走行におけるシステム制御の複雑性を低減するように、遊星キャリア７に配置された第一ロックアップ・クラッチ１３が、遊星キャリア７とこれに接続されたエンジンのクランクシャフト１２とをロックする。
【００４０】
電気機械ハイブリッドモードが採用されると、エンジン１が始動され、第二ロックアップ・クラッチ１４が解放可能となるとともに、第一モータ２が電気生成状態に切り替えられる。第一モータ２及び第二モータ３のトルクを調整することにより、出力が加速される。また、電気を生成してバッテリを充電するために、エンジン１のトルクの一部が、小型太陽歯車６を介して第一モータ２に伝達される。これにより、エンジン１を所望の動作領域に維持することが可能となり、燃料効率が向上する。車両が電気機械ハイブリッドモードにおいて高速で走行する場合、第二ロックアップ・クラッチ１４を用いて第一モータ２をロックすることができ、これによりエンジンの全トルクが確実に出力部に伝達されて伝達効率が向上する。このとき、エンジン１が省エネのために常に最適な動作状態に確実にあるように、第二モータ３は補助動力として機能する。
【００４１】
車両が高速で走行する場合、第一モータ２の回転速度は回転速度ゼロに制御されてエンジンの動力出力を調整する必要がある。このため、第一モータ２の効率は非常に低く、システムの出力動力と動力とは常に変動させなければならず、また、ある程度のヒステリシスが存在する。これらは全て制御の難易度を上げるものであるため、本発明では、第一モータ２のスピンドルに配置された第二ロックアップ・クラッチ１４によって第一モータ２をロックすることで第一モータ２を回転速度ゼロ付近で動作させることはしない。これにより、車両全体の伝達効率が著しく向上する。
【００４２】
［逆行状態］
第一ロックアップ・クラッチ１３を用いてエンジン１をロックするとともに、第二モータ３を適宜制御して逆行動作させるように第二モータ３の回転方向を変えることにより、車両は逆行する。
【００４３】
［駐車及び充電状態］
車両が駐車状態にあるとき、車両の駐車ロック装置が動力伝達機構の出力部をロックするため、外側輪歯車９はこのときロック状態にある。バッテリを充電する必要がある場合、第一モータ２及び第二モータ３の両方を同時に電気生成状態とすることができる。エンジン１のトルクは、遊星キャリア７を介して第一モータ２及び第二モータ３にそれぞれ伝達され、これによりバッテリ充電用の電気が生成される。
【００４４】
［再生制動状態］
車両が惰行運転状態になると、車両の慣性トルクは、差動装置２１と主減速機４を介して外側輪歯車９に伝達される。このとき、外側輪歯車９は動力入力部として働き、バッテリ充電用の電気生成のためにこのトルクを第一モータ２及び第二モータ３に戻るよう供給する。これによりエネルギが得られて車両の燃料経済性が向上する。
【００４５】
上記に列挙されたものは、通常用いられる本発明の動作モードのほんのいくつかの動作様式である。本発明においては、２つのロックアップ・クラッチと組み合わされた２つの遊星歯車列を有する４軸変速機構が採用されており、これにより同一の動作原理の下で複数の入力と出力とが操作モードと状態との複数の組み合わせを有し得る。本発明の教示に基づく動作モードや制御方法は、いずれも本発明の範囲を逸脱するものではないであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１）と、第一モータ（２）と、第二モータ（３）と、変速装置と、を備えたハイブリッド電気車両用の動力伝達機構において、
前記変速装置は、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とを有する２つの遊星歯車列からなる遊星歯車装置（５）を有し、
前記エンジン（１）は、前記遊星歯車装置（５）の一方の側部に配置され、
前記第一モータ（２）及び前記第二モータ（３）は、遊星歯車装置（５）の他方の側部に配置され、
前記第一遊星歯車列は、小型太陽歯車（６）と、遊星キャリア（７）と、短形遊星歯車（８）と、外側輪歯車（９）と、を有し、
前記第二遊星歯車列は、大型太陽歯車（１０）と、長形遊星歯車（１１）と、前記第一遊星歯車列と共用される前記遊星キャリア（７）と、を有し、
前記長形遊星歯車（１１）は前記短形遊星歯車（８）と前記大型太陽歯車（１０）とにそれぞれ噛み合い、
前記大型太陽歯車（１０）のスピンドルは、小型太陽歯車（６）のスピンドルに回転可能にスリーブ接続され、
前記エンジン（１）のクランクシャフト（１２）は前記遊星キャリア（７）に接続され、
前記外側輪歯車（９）は動力を出力し、
前記小型太陽歯車（６）のスピンドルは前記第一モータの回転子に接続され、
前記小型太陽歯車（６）のスピンドルの延長部は、選択的に前記小型太陽歯車（６）のスピンドルをロックするように、第二ロックアップ・クラッチ（１４）の一方の側部に接続され、
前記大型太陽歯車（１０）のスピンドルは、前記第二モータの回転子に接続され、
前記遊星キャリア（７）は、選択的に前記遊星キャリア（７）をロックするように、第一ロックアップ・クラッチ（１３）の一方の側部に接続されている、
ことを特徴とするハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項２】
前記第一モータ（２）と前記第二モータ（３）とは一体に統合されていることを特徴とする、
請求項１に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項３】
前記短形遊星歯車（８）と前記長形遊星歯車（１１）の個数は、それぞれ３又は４であり、前記短形遊星歯車（８）と前記長形遊星歯車（１１）は周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項４】
前記外側輪歯車（９）は、歯車装置変速機構として機能する主減速機（４）に接続されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項５】
前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）の他方の側部は、前記遊星歯車装置（５）と、前記第一モータ（２）と、前記第二モータ（３）と、を囲む筐体（２０）に接続されており、前記第二ロックアップ・クラッチ（１４）の他方の側部は筐体（２０）に接続されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項６】
前記ハイブリッド電気車両が始動するとき、前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）は前記遊星キャリア（７）をロックするように係合されて、これにより前記エンジン（１）の前記クランクシャフト（１２）がロックされるとともに、前記第二モータ（３）は走行状態となって車両が始動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項７】
前記ハイブリッド電気車両が純電気走行モードにあるとき、前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）は前記エンジン（１）をロックするように係合されるとともに、前記第二モータ（３）は動力源として動作して車両を走行させることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項８】
前記ハイブリッド電気車両がハイブリッド走行モードにあるとき、前記エンジン（１）が所望の動作領域にある間に、前記エンジン（１）と、前記第一モータ（２）と、前記第二モータ（３）とは協働してトルクを出力し、このとき前記第一モータ（２）は電気生成のために使用されるかロックされるとともに、前記第二モータ（３）は補助動力を提供するように使用されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項９】
前記ハイブリッド電気車両が駐車及び充電状態にあるとき、前記外側輪歯車（９）がロックされるとともに、バッテリを充電するように前記エンジン（１）が前記第一モータ（２）及び／又は第二モータ（３）を駆動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項１０】
前記ハイブリッド電気車両が再生制動状態にあるとき、前記エンジン（１）がロックされるとともに、前記外側輪歯車（９）が動力入力部として機能して、前記第一モータ（２）と前記第二モータ（３）を電気を生成するように駆動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項１】
エンジン（１）と、第一モータ（２）と、第二モータ（３）と、変速装置と、を備えたハイブリッド電気車両用の動力伝達機構において、
前記変速装置は、第一遊星歯車列と第二遊星歯車列とを有する２つの遊星歯車列からなる遊星歯車装置（５）を有し、
前記エンジン（１）は、前記遊星歯車装置（５）の一方の側部に配置され、
前記第一モータ（２）及び前記第二モータ（３）は、遊星歯車装置（５）の他方の側部に配置され、
前記第一遊星歯車列は、小型太陽歯車（６）と、遊星キャリア（７）と、短形遊星歯車（８）と、外側輪歯車（９）と、を有し、
前記第二遊星歯車列は、大型太陽歯車（１０）と、長形遊星歯車（１１）と、前記第一遊星歯車列と共用される前記遊星キャリア（７）と、を有し、
前記長形遊星歯車（１１）は前記短形遊星歯車（８）と前記大型太陽歯車（１０）とにそれぞれ噛み合い、
前記大型太陽歯車（１０）のスピンドルは、小型太陽歯車（６）のスピンドルに回転可能にスリーブ接続され、
前記エンジン（１）のクランクシャフト（１２）は前記遊星キャリア（７）に接続され、
前記外側輪歯車（９）は動力を出力し、
前記小型太陽歯車（６）のスピンドルは前記第一モータの回転子に接続され、
前記小型太陽歯車（６）のスピンドルの延長部は、選択的に前記小型太陽歯車（６）のスピンドルをロックするように、第二ロックアップ・クラッチ（１４）の一方の側部に接続され、
前記大型太陽歯車（１０）のスピンドルは、前記第二モータの回転子に接続され、
前記遊星キャリア（７）は、選択的に前記遊星キャリア（７）をロックするように、第一ロックアップ・クラッチ（１３）の一方の側部に接続されている、
ことを特徴とするハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項２】
前記第一モータ（２）と前記第二モータ（３）とは一体に統合されていることを特徴とする、
請求項１に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項３】
前記短形遊星歯車（８）と前記長形遊星歯車（１１）の個数は、それぞれ３又は４であり、前記短形遊星歯車（８）と前記長形遊星歯車（１１）は周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項４】
前記外側輪歯車（９）は、歯車装置変速機構として機能する主減速機（４）に接続されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項５】
前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）の他方の側部は、前記遊星歯車装置（５）と、前記第一モータ（２）と、前記第二モータ（３）と、を囲む筐体（２０）に接続されており、前記第二ロックアップ・クラッチ（１４）の他方の側部は筐体（２０）に接続されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項６】
前記ハイブリッド電気車両が始動するとき、前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）は前記遊星キャリア（７）をロックするように係合されて、これにより前記エンジン（１）の前記クランクシャフト（１２）がロックされるとともに、前記第二モータ（３）は走行状態となって車両が始動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項７】
前記ハイブリッド電気車両が純電気走行モードにあるとき、前記第一ロックアップ・クラッチ（１３）は前記エンジン（１）をロックするように係合されるとともに、前記第二モータ（３）は動力源として動作して車両を走行させることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項８】
前記ハイブリッド電気車両がハイブリッド走行モードにあるとき、前記エンジン（１）が所望の動作領域にある間に、前記エンジン（１）と、前記第一モータ（２）と、前記第二モータ（３）とは協働してトルクを出力し、このとき前記第一モータ（２）は電気生成のために使用されるかロックされるとともに、前記第二モータ（３）は補助動力を提供するように使用されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項９】
前記ハイブリッド電気車両が駐車及び充電状態にあるとき、前記外側輪歯車（９）がロックされるとともに、バッテリを充電するように前記エンジン（１）が前記第一モータ（２）及び／又は第二モータ（３）を駆動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【請求項１０】
前記ハイブリッド電気車両が再生制動状態にあるとき、前記エンジン（１）がロックされるとともに、前記外側輪歯車（９）が動力入力部として機能して、前記第一モータ（２）と前記第二モータ（３）を電気を生成するように駆動することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のハイブリッド電気車両用の動力伝達機構。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１３−５０２３４６（Ｐ２０１３−５０２３４６Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５８５３（Ｐ２０１２−５２５８５３）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／００１２８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２９４０
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５１２０４３７３９）上海華普国▲潤▼汽車有限公司 (2)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＭＡＰＬＥ ＧＵＯＲＵＮ ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【出願人】（５０７３６２５１３）浙江吉利控股集団有限公司 (3)
【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＧＥＥＬＹ ＨＯＬＤＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／００１２８３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２９４０
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５１２０４３７３９）上海華普国▲潤▼汽車有限公司 (2)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＭＡＰＬＥ ＧＵＯＲＵＮ ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【出願人】（５０７３６２５１３）浙江吉利控股集団有限公司 (3)
【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＧＥＥＬＹ ＨＯＬＤＩＮＧ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]