自動車用駆動装置
【課題】ハイブリッド自動車で電気自動車として走行する場合に、２個のＭ／Ｇの同時駆動を可能にして、より小さい容量のＭ／Ｇで済ませる。
【解決手段】入力軸１０と、出力軸１２と、第１サンギヤ２２、第１リングギヤ２４、第１キャリア２８の、３つの回転要素を有する第１遊星歯車２０で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、第１モーター・ジェネレーター５６と、第２モーター・ジェネレーター５８と、を備え、入力軸１０は第１リングギヤ２４と連結するか、または連結可能であり、出力軸１２は第１キャリア２８と連結し、第１モーター・ジェネレーター５６は第１サンギヤ２２と連結し、第２モーター・ジェネレーター５８は、機械的連結・解除手段７０を介して第１キャリア２８と、第１クラッチ６０を介して第１リングギヤ２４と、それぞれ連結可能とした。
【解決手段】入力軸１０と、出力軸１２と、第１サンギヤ２２、第１リングギヤ２４、第１キャリア２８の、３つの回転要素を有する第１遊星歯車２０で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、第１モーター・ジェネレーター５６と、第２モーター・ジェネレーター５８と、を備え、入力軸１０は第１リングギヤ２４と連結するか、または連結可能であり、出力軸１２は第１キャリア２８と連結し、第１モーター・ジェネレーター５６は第１サンギヤ２２と連結し、第２モーター・ジェネレーター５８は、機械的連結・解除手段７０を介して第１キャリア２８と、第１クラッチ６０を介して第１リングギヤ２４と、それぞれ連結可能とした。
【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個のモーター・ジェネレーター（以下、Ｍ／Ｇと記す）、２組の遊星歯車組を備え、電気的無段変速機としてハイブリッド駆動する例が知られている（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個のモーター・ジェネレーター（以下、Ｍ／Ｇと記す）、２組の遊星歯車組を備え、電気的無段変速機としてハイブリッド駆動する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、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、これ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、このため、大きな駆動力を発揮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同時に２個のＭ／Ｇを使った駆動を可能にし、これにより、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つの回転要素を有する第１遊星歯車で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、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、入力軸は第１リングギヤと連結するか、または連結可能であり、出力軸は第１キャリアと連結し、第１モーター・ジェネレーターは第１サンギヤと連結し、第２モーター・ジェネレーターは、機械的連結・解除手段を介して第１キャリアと、第１クラッチを介して第１リングギヤと、それぞれ連結可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動車用駆動装置は、ハイブリッド自動車（ＨＶ）用でありながら、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で同時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すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した拡大断面図である。
【図４】図２のＨ−Ｈ線に沿って切断した断面図である。
【図５】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６】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７】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。
【図８】実施例３の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【図９】本発明の実施例４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】実施例４の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５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１２】実施例５の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
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、該入力軸１０と同軸心上に設けられた出力軸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、第３遊星歯車組４０の３つの遊星歯車組が配置してある。第１遊星歯車組２０と、第２遊星歯車組３０と、第３遊星歯車組４０は、いずれも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。
【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、本発明の動力分割遊星歯車組を構成する。
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、本発明の入力変速歯車群を構成する。
同様に第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、第３サンギヤ４２および第３リングギヤ４４に噛み合った複数の第３ピニオン４６を回転自在に軸支する第３キャリア４８と、の３つの回転要素で構成され、本発明の減速歯車を構成する。
【００１２】
次に、上記各回転要素と他の回転メンバーとの連結関係を説明する。
入力軸１０は、第２キャリア３８と連結している。
第２サンギヤ３２はブレーキ５０によりケース（静止部）５２に固定可能であるとともに、第１ワンウエイクラッチ５４により一方の回転方向にのみにおいて第２リングギヤ３４と連結可能である。また第２リングギヤ３４は第１リングギヤ２４と連結している。
【００１３】
なお、第１ワンウエイクラッチ５４は、第２サンギヤ３２が第１リングギヤ２４に対してエンジン１の回転方向と同じ方向に相対回転するのを係止（係合）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、油圧多板式クラッチで締結・開放制御するものなどでもよい。
したがって、入力軸１０と連結した第２キャリア３８がエンジン１に駆動され、ブレーキ５０が解放されていて第２サンギヤ３２がエンジン１の回転方向と同じ方向回転しようとすると第１ワンウエイクラッチ５４により第１リングギヤ２４に係止され、第２遊星歯車組３０が一体になる。
【００１４】
これとは逆に、第２リングギヤ３４がエンジン１の回転方向と逆の方向に回転しようとした場合も、第２サンギヤ３２との間で第１ワンウエイクラッチ５４が係合して、第２遊星歯車組３０が一体になる。
また、第１ワンウエイクラッチ５４は上記に限らず、第２キャリア３８と第２サンギヤ３２との間、または第２キャリア３８と第２サンギヤ３２との間に設けても同様の機能を果たすことができる。
【００１５】
第１サンギヤ２２は第１Ｍ／Ｇ５６と連結している。
第１キャリア２８は出力軸１２と連結しているとともに、後述するように第３キャリア４８と連結可能である。
第３サンギヤ４２はケース５２に固定されており、第３リングギヤは第２Ｍ／Ｇ５８と連結されている。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８の出力トルクは常に第３遊星歯車組４０によって減速されて第３キャリア４８から出力し、その逆の場合は、第３キャリア４８から入ったトルクにより第３遊星歯車組４０によって増速されて第２Ｍ／Ｇ５８を駆動し発電させる。
【００１６】
第３キャリア３８と第１キャリア２８とは、第２ワンウエイクラッチ７４を介して一方の回転方向にのみにおいて連結されるとともに、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いにより回転方向に関わらず連結可能である。
スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃは本発明の機械的連結・解除手段を構成する。
スリーブ７０は、図示しないフォークにより軸方向に移動できるようになっている。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８のトルクで第３遊星歯車組４０によって減速されて第３キャリア４８から第１キャリア２８を経て出力軸１２を駆動する場合、後述する前進時は第２ワンウエイクラッチ７４を介して駆動し、後進時は互いに噛み合ったスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介して駆動する。
【００１７】
ここで、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除する場合の作動を、図２乃至図４を用いて説明する。
なお、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。
【００１８】
一般にワンウエイクラッチと並行して機械的な噛み合いを設けると、機械的な噛み合いを解除するのに大きな力が必要になるとともに、噛み合いが外れる瞬間に衝撃が生じることがある。
すなわち、対象メンバー間（本実施例では第３キャリア４８−第１キャリア２８間）に作用するトルクを、一方の回転方向はでワンウエイクラッチ（本実施例では第２ワンウエイクラッチ７４）で伝え、他方の回転方向では機械的な噛み合い（本実施例ではスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃ）で伝えると、機械的な噛み合いで伝えた後に対象メンバー間に作用するトルクがなくなっても、ワンウエイクラッチと機械的な噛み合いの両者間にトルクが残留することになる。
【００１９】
このため、機械的な噛み合いを解除する際に、その残留トルクに抗して外す必要があるからである。以下の説明はその解除を容易にするための構成と作用である。
図２は図１のＡ部の断面を示す拡大図であり、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面を示す拡大図である。また、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面を示す図である。
【００２０】
図２において、第１キャリア２８には第２ワンウエイクラッチ７４のスプラグ７４ａが接する外周面２８ｂと、スリーブ７０のスプライン７０ａが噛み合うドッグクラッチ２８ｃが形成されている。
スリーブ７０は、図２に示す位置から軸方向に右側へ移動することにより、スプライン７０ａ、２８ｃ同士が噛み合う。両スプライン７０ａ、２８ｃの先端７０ｂ、２８ｄは傾斜している。
【００２１】
第２ワンウエイクラッチ７４は、第１キャリア２８の外周面２８ｂとアウターリング７４ｂとの間に楔作用をする複数のスプラグ７４ａがあり、第３キャリア４８に対して第１キャリア２８が正回転するのは自由であるが、逆回転するのはスプラグ７４ａの楔作用で阻止する。
すなわち、第３キャリア４８が第１キャリア２８を正回転方向に駆動する場合は楔作用でトルクを伝達し、第１キャリア２８が第３キャリア４８より高速で正回転する場合は楔作用が解除されてフリーになる。
図２、図３に見るように、アウターリング７４ｂの外側に形成されたスプライン歯７４ｃが第３キャリア４８に形成されたスプライン溝４８ｃに係合している。スプライン歯７４ｃとスプライン溝４８ｃとの間にはスプリング７２が挿入されているとともに、回転方向に「Ｄ」で示す回転量の遊びがある。
【００２２】
スプリング７２は板バネである。スプリング７２は、図２に示すリング部７２ａがアウターリング７４ｂに対応したリング状になっている。リング部７２ａの半径方向最外部分からスプライン溝５２ｃとスプライン歯７４ｃの径方向の隙間に外周部分７２ｂが入り込み、図３に見るように外周部分７２ｂの一端側部分から半径方向内側方向に曲げられた舌部７２ｃが、スプライン歯７４ｃをスプライン溝５２ｃの壁面に対し回転量Ｄの遊びを詰める方向の回転方向に押圧するように形成されている。
【００２３】
そのため、舌部７２ｃの弾性でスプライン歯７４ｃがスプライン溝５２ｃの左側（反時計回り方向）へ寄せられている。そして、第２ワンウエイクラッチ７４が第１キャリア２８を駆動する際には、舌部７２ｃをたわませて遊びＤを詰めるようになっている。
【００２４】
図４に示すスプライン７０ａ、２８ｃが噛み合った場合に、第１キャリア２８と第３キャリア４８との間に回転方向に若干の遊び（隙間）が存在するので、両者が噛み合う際や、これを解除する際に第１キャリア２８と第３キャリア４８間で僅かに回転する。この回転量を上述の回転量Ｄに相当する値として「Ｇ」と定義する。
この両者が噛み合った状態で第１キャリア２８と第３キャリア４８間にトルクが作用して、それが正回転方向であれば第２ワンウエイクラッチ７４がトルクを伝達し、逆回転方向になった場合は楔作用を解除する。
【００２５】
このため、正回転方向のトルクが作用して第２ワンウエイクラッチ７４が楔作用によってトルク伝達した後に、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除するには第１キャリア２８が正回転方向に最大、回転量Ｇだけ回転すれば、噛み合いがスムーズに外れることができる。
したがって、回転量Ｄを回転量Ｇより大きく設定しておくことにより、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除する際に、舌部７２ｃの弾性力に打ち勝つだけの力があればよく、衝撃も起きない。
【００２６】
次に、図１に示した自動車用駆動装置の作動を、図５に示した作動表を参考にしながら説明する。
図５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、横方向にはブレーキなどの締結要素とＭ／Ｇをそれぞれ割り当ててある。すなわち、クラッチ６０を「Ｃ」、ブレーキ５０を「Ｂ」、スリーブ７０を「Ｓ」、第１ワンウエイクラッチ５４を「ＯＷＣ１」、第２ワンウエイクラッチ７４を「ＯＷＣ２」、第１Ｍ／Ｇ５６を「Ｍ／Ｇ１」、第２Ｍ／Ｇ５８を「Ｍ／Ｇ２」とした。
【００２７】
表中の○印はクラッチ６０などの締結要素にあっては締結・係合を表し、第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８にあっては駆動を表し、△印は第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８において発電を表している。また、第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８における−印は停止可能であることを表す。
【００２８】
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、必要に応じて油圧ポンプ、バッテリー、各種センサ、コントローラー、アクチュエーターなどを備えており、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。
さらに、各遊星歯車組の歯数比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を、第１遊星歯車組２０にあってはα１、第２遊星歯車組３０にあってはα２、第３遊星歯車組４０にあってはα３とする。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８と連結した第３リングギヤ４４と第３キャリア４８間の変速比（第３リングギヤ４４の回転速度／第３キャリアの回転速度）は（１＋α３）であり、以下、これをＩとする。
【００２９】
始めに、バッテリーに蓄えた電力のみを動力源として、電気自動車（ＥＶ）として走る、ＥＶ走行について説明する。
ＥＶ走行は、前進のＥ−１モード乃至Ｅ−４モードと、後進のＥ−Ｒモードの、計５種類の駆動モードがある。
Ｅ−１モードは、第２Ｍ／Ｇ５８のみを使った駆動である。つまり、第３サンギヤ４２がケース５２に固定され、第３キャリア４８は第２ワンウエイクラッチ７４の楔作用で第１キャリア２８と連結するので、出力軸１２を減速駆動する。
この場合の出力トルクＴｏは、第２Ｍ／Ｇ５８のトルクをＴ２とした場合、Ｔ２・Ｉである。このとき第１Ｍ／Ｇ５６は停止していることができる。
【００３０】
次に、Ｅ−２モードは、ブレーキ５０の締結と、第１ワンウエイクラッチ５４の自動的な締結により行う。これにより、第２遊星歯車組３０は一体になってケース５２に固定されるので、第１Ｍ／Ｇ５６が第１遊星歯車組２０を介して出力軸１２を減速駆動する。
この場合の出力トルクＴｏは、第１Ｍ／Ｇ５６のトルクをＴ１とした場合、Ｔ１（１＋α１）／α１である。このとき第２ワンウエイクラッチ７４の係合は自動的に解除されるので、第２Ｍ／Ｇ５８は停止していることができる。
【００３１】
次に、Ｅ−３モードは、ブレーキ５０を締結し第２ワンウエイクラッチ７４が自動的に係合することで駆動する。この場合、第１ワンウエイクラッチ５４も自動的に締結され、上記のＥ−１モードとＥ−２モードを合わせた駆動になる。したがって、この場合の出力トルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉである。
【００３２】
次に、Ｅ−４モードは、ブレーキ５０を解除してクラッチ６０を締結して駆動する。
これにより、第２Ｍ／Ｇ５８が第３遊星歯車組４０を介して第１リングギヤ２４と連結されるので、出力軸１２は第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とにより協調して駆動されるようになる。この場合の出力トルクＴｏは、Ｔ１＋Ｔ２・Ｉである。
したがって、いずれも減速駆動のＥ−１モード乃至Ｅ−３モードは、低速から中速の走行に適し、Ｅ−４モードは高速走行に適している。特にＥ−１モード乃至Ｅ−３モードは自動車の走行負荷などに応じて自由に切り替えて駆動することができる。
また、Ｅ−１モード乃至Ｅ−３モードは、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の容量を異なるものとした場合、それぞれの単独での駆動と、両方同時の駆動の計３種類の容量のＭ／Ｇで減速駆動できるので、自動車の走行負荷などに応じた最適の駆動モードの選択ができる。
【００３３】
次にＥＶ走行で後進するＥ−Ｒモードについて説明する。
Ｅ−Ｒモードは、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃとを係合することで第３キャリア４８と第１キャリア２８とを連結することにより、第２Ｍ／Ｇ５８による後進駆動が可能である。
Ｅ−Ｒモードの出力軸トルクは、回転方向が異なるがＥ−１モードと同じである。
【００３４】
続いて、前進走行中においてエンジン１が停止した状態で、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８のいずれも駆動せずに惰行するか、あるいはいずれかが発電して自動車を制動する作用について説明する。この走行は作動表のＥＢ欄に記載してある。
【００３５】
ＥＢ走行はＥ−４モードと同じ締結関係であり、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方での発電を行う。この場合の出力軸のトルクも、発電と駆動の違いはあるが、Ｅ−４モードと同様である。Ｂ−１モードは高速走行から低速まで幅広い走行をカバーし、制動力の制御も自由度が高い。
ＥＢ走行で発電した電力は、バッテリーに蓄えて次の加速等に使うことにより、いわゆるエネルギー回生を行って自動車の電力消費を少なくする。
【００３６】
次に、エンジン１を始動してエンジン１と第１Ｍ／Ｇ５６および第２Ｍ／Ｇ５８のいずれかとを併用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、および高速走行等において用いる。
【００３７】
始めにエンジン１の始動について説明する。
自動車が停止中または低速走行中のエンジン１の始動は、ブレーキ５０を締結した上で、第１Ｍ／Ｇ５６に電力を供給して逆回転させる。これにより第１遊星歯車組２０の作用で第１リングギヤ２４と第２リングギヤ３４が正回転し、第２遊星歯車組３０の作用で第２キャリア３８が減速駆動され、これと連結したエンジン１が正回転する。そこで、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。
このエンジン１の始動中に、第１Ｍ／Ｇ５６による駆動で第１キャリア２８に逆回転方向のトルクが作用するので、これによる自動車の後進を防ぐために第２Ｍ／Ｇ５８に正回転方向のトルクを出させる。
むろん、第２Ｍ／Ｇ５８の駆動によるＥ−１モードで前進駆動中に、第１Ｍ／Ｇ５６による駆動でエンジン１を始動することができる。
【００３８】
また、自動車が一定速以上の速度で上記ＥＢ走行中のエンジン１の始動にあっては、第２リングギヤ３４が正回転しているので、ブレーキ５０で第２サンギヤ３２を制動することでエンジン１を減速回転させて行う。このとき、ブレーキ５０は締結（第２サンギヤ３２の固定）ではなく、制動力の付与（第２サンギヤ３２の制動回転）でよい。
【００３９】
エンジン１が始動した後は、自動車の速度等に応じてＨ−１モード（ＨＶ走行での低速モード）乃至Ｈ−２モード（同、中速モード）へ移行する。
【００４０】
はじめに、Ｈ−１モードは第１ワンウエイクラッチ５４と第２ワンウエイクラッチ７４の係合で駆動する。すなわち、エンジン１により入力軸１０が正回転すると、第１ワンウエイクラッチ５４の係合で第２遊星歯車組３０が入力軸１０と一体になって、第１リングギヤ２４を駆動する。
第１リングギヤ２４は第１遊星歯車組２０において出力軸１２と一体の第１キャリア２８を減速駆動するとともに、その反力トルクで第１Ｍ／Ｇ５６を逆回転させ発電させる。すなわち、ここでエンジン１のトルクは第１キャリア２８を機械的に減速駆動するトルクと第１Ｍ／Ｇ５６に発電させるトルクとに分割される。
【００４１】
そして、第１Ｍ／Ｇ５６が発電した電力を第２Ｍ／Ｇ５８に供給してＥ−１モードと同様に第３遊星歯車組４０を介して出力軸１２を減速駆動する。このとき、出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉであり、他方エンジン１のトルクをＴｅとすると、Ｔｏ＝Ｔｅ（１＋α１）＋Ｔ２・Ｉでもある。
Ｈ−１モードにおいて車速が上昇していくと、第１サンギヤ２２とともに第１Ｍ／Ｇ５６がごく低速回転になって発電効率が悪い運転域になるので、そうなる前にＨ−２モードへ切り替える。
【００４２】
Ｈ−２モードは、ブレーキ５０を締結することで駆動する。これにより、Ｈ−１モードにおいて入力軸１０と同じ回転速度であった第１リングギヤ２４が、第２遊星歯車組３０によって増速駆動されるようになる。
したがって、出力軸１２の回転速度を切り替え前と同じとした場合、第１サンギヤ２２と第１Ｍ／Ｇ５６の回転速度が上昇し、上記の発電効率が悪い運転域から脱する結果、動力伝達効率が向上する。
このとき、出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉであり、他方エンジン１のトルクをＴｅとすると、Ｔｏ＝Ｔｅ（１＋α１）／（１＋α２）＋Ｔ２・Ｉでもある。
【００４３】
続いてＨ−３モードは、ブレーキ５０の締結を解除してクラッチ６０を締結する結果、エンジン１により入力軸１０が正回転すると、第１ワンウエイクラッチ５４の作用で、第２遊星歯車組３０が入力軸１０と一体になって第２Ｍ／Ｇ５８および第１リングギヤ２４を駆動するとともに、第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第３キャリア４８と第１キャリア２８が連結されるので、第１遊星歯車組２０も一体になる。
すなわち、入力軸１０と出力軸１２とが機械的に一体に連結され、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とは発電も駆動もする必要はない。
【００４４】
このＨ−３モードの状態で第２Ｍ／Ｇ５８が発電して、その電力を第１Ｍ／Ｇ３６供給して駆動させるとＨ−４モードに切り替わる。
このとき、エンジン１のトルクＴｅは第２Ｍ／Ｇ５８を駆動するトルクと第１リングギヤ２４を駆動するトルクとに分割され、これにより第２Ｍ／Ｇ５８が発電し、その電力を第１Ｍ／Ｇ５６に供給して第１サンギヤ２２を駆動する。したがって、出力軸１２はエンジン１のトルクの一部で駆動される第１リングギヤ２４と第１Ｍ／Ｇ５６とに駆動される。
これにより、入力軸１０の回転速度より出力軸１２の回転速度が速くなるオーバードライブになる。
このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ＋Ｔ１−Ｔ２・Ｉであり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
【００４５】
なお、エンジン１のトルクＴｅのうち、分割されて第１リングギヤ２４を駆動するトルクは、第１Ｍ／Ｇ５６が第１サンギヤ２２を駆動するトルクの反力として第１リングギヤ２４に作用するトルク、Ｔ１／α１である。
Ｈ−４モードにおいて車速が上昇すると、第１Ｍ／Ｇ５６の回転速度が上がって、第１Ｍ／Ｇ５６の駆動効率が悪い運転域になるので、そうなる前にＨ−５モードへ切り替える。
【００４６】
Ｈ−５モードは、クラッチ６０とともにブレーキ５０を締結して駆動する。
その結果、入力軸１０の回転は第２遊星歯車組３０において増速され、第２Ｍ／Ｇ５８と第１リングギヤ２４とを入力軸１０の（１＋α２）倍の回転速度で駆動する。
そして、Ｈ−３モードと同様に第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第３キャリア４８と第１キャリア２８が連結されるので、第１遊星歯車組２０が一体になり、出力軸１２も入力軸１０の（１＋α２）倍の回転速度で回転する機械的なオーバードライブになり、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とは発電も駆動もする必要はない。
出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）である。
【００４７】
このＨ−５モードの状態で第２Ｍ／Ｇ５８が発電して、その電力を第１Ｍ／Ｇ３６供給して駆動させるとＨ−６モードに切り替わる。
Ｈ−６モードは、出力軸１２の回転速度を切り替え前とＨ−５モードと同じとした場合、第２サンギヤ３２と第２Ｍ／Ｇ５８の回転速度が低下し、上記の発電効率が悪い運転域から脱する結果、Ｈ−５モードに比べて動力伝達効率が向上する。
これにより、Ｈ−４モードと同様に、第２Ｍ／Ｇ５８が発電し、その電力を第１Ｍ／Ｇ５６に供給して第１サンギヤ２２を駆動する。したがって、出力軸１２はエンジン１のトルクの一部で駆動される第１リングギヤ２４と第１Ｍ／Ｇ５６とに駆動される。
このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）＋Ｔ１−Ｔ２であり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
Ｈ−６モードの回転速度比はＨ−５モードの１／（１＋α１）より高変速比になる。
【００４８】
以上のＨ−１モード乃至Ｈ−６モードは、機械的な駆動であるＨ−３モードとＨ−５モードを除いて、本発明の動力分割遊星歯車組である第１遊星歯車組２０において、エンジン１のトルクの一部を機械的に、残りを電気的に出力軸１２に伝えて駆動するので、常に機械的な動力伝達比率が高く、したがって動力伝達効率が高い。
それに加えて、上記したように発電効率や駆動効率の悪い運転領域を回避した駆動ができるのが特徴である。
【００４９】
次にＨＶ走行の後進であるＨ−Ｒモードについて説明する。
エンジン１を回転させての後進は、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃとを噛み合わせた上で、ブレーキ５０により第２サンギヤ３２をケース５２に固定して駆動する。
これは、後述するようにＨ−２モードと同様の連結にした駆動である。その場合、第２Ｍ／Ｇ５８の回転方向が逆になるだけで、作動は実質的にＨ−２モードの場合と同様である。
つまり、例えば前進のＨ−１モードと同じ連結関係にして第２Ｍ／Ｇ５８の回転方向を逆にした場合の出力軸１２のトルクは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ２・Ｉであるのに対して、図５のＨ−Ｒモードに書いたようにＨ−２モードと同じ締結にした場合の出力軸１２のトルクは、Ｔｅ（１＋α１）／（１＋α２）−Ｔ２・Ｉとなるので、後進方向の駆動力は後者の方が大きい。
【００５０】
すなわち、エンジン１のトルクのうち機械的に伝達するトルクは常に前進方向のトルクであるので、これを少なくした方が後進駆動トルクを大きく確保できる。
したがって、バッテリーの残量が少ない場合などの後進には、Ｈ−２モードと同様の締結のＨ−Ｒモードが適している。
【００５１】
なお、上記のＨＶ走行は第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８のいずれか一方が発電した電力を他方に供給して駆動する前提で説明したが、これに限ることなく発電した電力の一部をバッテリーの充電にあててもいいし、発電した電力にバッテリーから追加して供給して駆動することもできる。
【００５２】
以上説明したように、本実施例１の自動車用駆動装置は、第１リングギヤ２４をケース５２（静止部）に固定する固定手段として、ブレーキ５０と第１ワンウエイクラッチ５４の同時締結を行うようにした。これによる第１リングギヤ２４の固定で、エンジン１が停止した状態において、第１Ｍ／Ｇ５６が第１遊星歯車組２０を介して出力軸１２を減速駆動可能であるとともに、同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を減速駆動可能とした。
【００５３】
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を、同時駆動を含め、フルに活用できることが特徴である。その結果、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の合計容量が自動車の必要とするモーター容量を満足すればいいので、１個のＭ／Ｇでしか駆動できなかった従来例に比べてＭ／Ｇのトータル容量を減らすことができる。これにより、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
【００５４】
そして、ＥＶ走行では必要に応じて第２Ｍ／Ｇ５８と第１Ｍ／Ｇ５６の両者での駆動が可能であるとともに、第１Ｍ／Ｇ５６のみでの駆動と第２Ｍ／Ｇ５８のみでの駆動を選択できるので、自動車の走行負荷に応じて最適な制御を行うことができる。
特に、低負荷走行のＥ−１モードとＥ−２モードは、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の一方が駆動して他方は停止していることができるので、無駄な連れ回りを回避して、電力消費を少なくする効果もある。
【００５５】
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０とクラッチ６０の２個だけであることが、本実施例の効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
そして、第３遊星歯車組４０が存在して、第２Ｍ／Ｇ５８が出力軸１２を減速駆動可能であるため、低トルク高速回転型の第２Ｍ／Ｇ５８を使うことができるので、そのサイズを小さくすることができる。
【００５６】
さらに、第２遊星歯車組３０による増速作用で、Ｈ−１モードおよびＨ−４モードにおける発電効率や駆動効率が悪化する領域での駆動を回避して、Ｈ−２モード、Ｈ−６モードという駆動を可能にしたので、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
【００５７】
上記したように、ＥＢ走行ではクラッチ６０を締結して第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とで発電しながら制動を行うが、クラッチ６０の締結を解除すると第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を停止させておくことも可能である。
例えばＨＶ走行における高速走行中にアクセルペダルの踏み込みをゆるめて、加速はしないけれども積極的な制動はしたくない場合、エンジン１を停止させて惰行すると、従来例では少なくとも一方のＭ／Ｇが回転するので、それが発電することによって制動に至らないように若干の電力を供給する必要があり、電力を消費することになる。
上記のような制御により第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８が回転しないで済むので、余計な電力消費を抑えられるという効果があり、その分、燃費が向上する。
【００５８】
したがって、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方をフルに活用できることを生かして、たとえば市街地走行などの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。
【実施例２】
【００５９】
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６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。
【００６０】
実施例２における実施例１との違いは、実施例１における第３遊星歯車組４０がないことである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
第２Ｍ／Ｇ５８は第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能であるのは実施例１と同様である。
また、第２Ｍ／Ｇ５８はクラッチ６０を介して第２リングギヤ３４および第１リングギヤ２４と連結可能である。
ブレーキ５０の配置が実施例１と異なるが機能面での相違はない。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００６１】
続いて実施例２の作動を説明する。
実施例２の作動は、図５の作動表を含めて実施例１と同様である。
ただ、第３遊星歯車組４０がないので、前述のように第２Ｍ／Ｇ５８の第１キャリア２８と第２リングギヤ３４および第１リングギヤ２４との連結は、歯車を介さずに直接行われる。したがって、実施例１で説明した出力軸１２のトルクの計算式で、減速比Ｉとしていた部分を１に置き換えればよい。
【００６２】
実施例２の自動車用駆動装置もＥＶ走行において、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方による同時駆動ができることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行速度や負荷に応じて駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０とクラッチ６０の２個だけであることが、本実施例の効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００６３】
また、ＥＢ走行でクラッチ６０の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
実施例２も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。
【実施例３】
【００６４】
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７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。
【００６５】
実施例３における実施例１との違いは、実施例１における第２遊星歯車組３０と第３遊星歯車組４０がないことである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
入力軸１０と第１リングギヤ２４とは第１クラッチ６０により連結可能である。
第２Ｍ／Ｇ５８は、第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能であるのは実施例１と同様である。
また、第２Ｍ／Ｇ５８は第２クラッチ６８を介して第１リングギヤ２４と連結可能である。
【００６６】
また、入力軸１０を機械的に静止部（ケース５２またはエンジン１の本体）に固定可能な固定装置５２ａを設けている。
すなわち入力軸１０にドッグクラッチ１０ａを形成して、これに固定装置５２ａを噛み合わせて入力軸１０を固定するものである。固定装置５２ａは原則としてエンジン１が停止した状態でドッグクラッチ１０ａと係合（噛み合わせ）させるものである。
固定装置５２ａは、後述するようにＥ−Ｒモードにおいて、第１クラッチ６０の締結と組み合わせれば第１リングギヤ２４を固定することができる。
固定装置５２ａは一般的な自動変速機に用いられるパーキングロック機構と同様のものでよく、ドッグクラッチ１０ａは入力軸１０に限らずエンジン１のフライホイールの外周に形成してもよい。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００６７】
続いて実施例３の作動を、図８に示した作動表を参考にしながら説明する。
図８は、第１クラッチ６０を「Ｃ１」、第２クラッチ６８を「Ｃ２」、固定装置５２ａを「Ｌ」、第２ワンウエイクラッチ７４を「ＯＷＣ」とした以外は実施例１の図５と同様である。
【００６８】
はじめに、Ｅ−１モードは第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第２Ｍ／Ｇ５８が直接第１キャリア２４を介して出力軸１２を駆動する。出力軸１２のトルクはＴ２である。
このとき、第１Ｍ／Ｇ５６は停止していることができる。
Ｅ−２モードは、第２クラッチ６８を締結することで、第２Ｍ／Ｇ５８と第１リングギヤ２４が連結されるので、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の協調駆動が行われる。
ただし、第２ワンウエイクラッチ７４があるので、出力軸１２の回転速度は常に第２Ｍ／Ｇ５８と同じか、または高い回転速度である。
【００６９】
Ｅ−Ｒモードは、前述の固定装置５２ａの締結と第１クラッチ６０の締結により、第１リングギヤ２４を固定して、第１Ｍ／Ｇ５６による減速駆動と第２Ｍ／Ｇ５８による駆動で後進する。出力軸１２のトルクは、−｛Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２｝である。
【００７０】
ＥＢ走行は、第３遊星歯車組４０はないので、実施例２と基本的に同様である。
続いてＨＶ走行は、第２遊星歯車組３０、第３遊星歯車組４０がないので、実施例２におけるＨ−２モード、Ｈ−５モード、Ｈ−６モードがない。
したがって、Ｈ−１モードは実施例２と同様であり、Ｈ−２モードは実施例２のＨ−３モードに、Ｈ−３モードは実施例２におけるＨ−４モードと同様である。
【００７１】
実施例３の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
【００７２】
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００７３】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−２モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８の２個だけであることが、本発明の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００７４】
また、ＥＢ走行中に第２クラッチ６８の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
【００７５】
そして、図７で分かるように、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８とは、歯車やワンウエイクラッチのような潤滑を必須とする構成要素と隔離した位置に配置することが可能である。したがって、乾式クラッチにすることが可能であり、これに伴って一般的な自動変速機が備える油圧ポンプを用いないことが容易である。
実施例３も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。
【実施例４】
【００７６】
次に、本発明の実施例４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４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および実施例３と異なる部分を中心に説明し、それら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。
【００７７】
実施例４における実施例１との違いは、実施例１における第２遊星歯車組３０がないことと、第３遊星歯車組４０の連結関係が異なることである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
実施例３と同様に、入力軸１０と第１リングギヤ２４とは第１クラッチ６０により連結可能である。
【００７８】
第２Ｍ／Ｇ５８は第３サンギヤ４２と連結し、第３キャリア４８はケース５２に固定されており、第３リングギヤ４４が第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能になっている。
第３リングギヤ４４はまた、第２クラッチ６８を介して第１リングギヤ２４と連結可能である。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００７９】
続いて実施例４の作動を、図１０に示した作動表を参考にしながら説明する。
図１０の描き方は、実施例３と同様であるが固定装置５２ａの「Ｌ」はない。
Ｅ−１モードは基本的に実施例１と同様であるが、第３遊星歯車組４０の連結関係が異なるので出力軸１２のトルクは異なる。すなわち、第３遊星歯車組４０は第２Ｍ／Ｇ５８のトルクを逆転減速駆動するので、この変速比−１／α３である。
Ｅ−１モードの出力軸１２のトルクは−Ｔ２（−１／α３）＝Ｔ２／α３である。
以下、第２Ｍ／Ｇ５８が駆動するトルクはＴ２／α３である。
同様にＥ−２モードは、実施例１におけるＥ−４モードに相当し、出力軸１２のトルクはＴ１＋Ｔ２／α３である。
また、Ｅ−Ｒモードはスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いにより第２Ｍ／Ｇ５８のみで駆動する。出力軸１２のトルクは−Ｔ２／α３である。
ＥＢ走行は実施例１と同様である。
【００８０】
続くＨＶ走行のＨ−１モードは、基本的に実施例１と同様であり、出力軸１２のトルクはＴｅ（１＋α１）＋Ｔ２／α３であり、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２／α３でもある。
Ｈ−２モードは実施例１のＨ−３モードと同様であり、機械的な直結駆動である。
Ｈ−３モードは、実施例１におけるＨ−４モードと同様であり、オーバードライブである。このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ＋Ｔ１−Ｔ２・α３であり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
Ｈ−Ｒモードは基本的に実施例１と同様であり、出力軸１２のトルクはＴｅ（１＋α１）−Ｔ２／α３である。
【００８１】
実施例４の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００８２】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−２モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８の２個だけであることが、本実施例の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００８３】
また、ＥＢ走行中に第２クラッチ６８の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
そして、実施例３と同様に、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８とは、乾式クラッチにすることが可能であり、油圧ポンプを用いないことが容易である。
実施例４も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。
【実施例５】
【００８４】
次に、本発明の実施例５の自動車用駆動装置につき説明する。
図１１は、本発明の実施例５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。
【００８５】
実施例５における実施例１との違いは、第３リングギヤ４４と第１キャリア２８とを連結可能な第３クラッチ７２を有することである。
すなわち、第３クラッチ７２は第３リングギヤ４４と中間部材７２ａとを連結可能になっていて、中間部材７２ａはスリーブ７０を介して第１キャリア２８と常に連結している。スリーブ７０は、中間部材７２ａと第１キャリア２８の両方に、図示しないスプラインで常に噛み合ったまま軸方向に移動可能であり、図１１で左側へ移動するとドッグクラッチ４８ｃとも噛み合うことができる。
【００８６】
スリーブ７０とドッグクラッチ４８ｃの配置と連結関係が実施例１とやや異なるが、これらは本発明の機械的連結・解除手段を構成する。
その他の連結関係は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
続いて実施例５の作動を、図１１に示した作動表を参考にしながら説明する。
図１１の描き方は、実施例１と同様であるが、第１クラッチ６０を「Ｃ１」第３クラッチ７２を「Ｃ３」とした。
実施例１との作動上の違いは第３クラッチ７２が関係する駆動モードのみであるので、その部分に絞って説明する。
【００８８】
Ｅ−４モードは、第３クラッチ７２を締結することにより、第２Ｍ／Ｇ５８と出力軸１２とが直結される。したがって、出力軸１２のトルクはＴ２である。
Ｈ−７モードは、Ｈ−６モードにおけるブレーキ５０と第１クラッチ６０に加えて第３クラッチ７２を締結することで、入力軸１０と出力軸１２とは機械的に連結される。
すなわち、第２遊星歯車組３０と第３遊星歯車組４０とで増速されて、変速比は１／（１＋α２）（１＋α３）である。
したがって、出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）（１＋α３）である。
【００８９】
実施例５の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００９０】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−３モード、Ｈ−５モード、Ｈ−７モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０、第１クラッチ６０と第３クラッチ７２の３個だけであることが、本実施例の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００９１】
また、ＥＢ走行中に第１クラッチ６０の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
実施例５も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。
【００９２】
以上説明したように、本発明の自動車用駆動装置にあっては、いずれもエンジン１が停止したＥＶ走行で第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両者で出力軸を駆動可能としたことが特徴である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
【００９３】
そして、ＥＶ走行では無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して、電力消費を少なくする効果もある。
したがって、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方をフルに活用できることを生かして、たとえば市街地走行などの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。
【００９４】
また、各実施例は以上の特徴を有しながら摩擦要素の数がいずれも２個または３個と少ないことが特徴である。したがって、制御装置も含めてコストが安くなる。
【００９５】
さらに、上記した各実施例は、第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０などを、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。図示は省略したが、ダブルピニオン型の場合の連結関係は、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。
【００９６】
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】
【００９７】
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】
【００９８】
１ エンジン
１０ 入力軸
１２ 出力軸
２０ 第１遊星歯車組（動力分割遊星歯車組）
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（入力変速歯車群）
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（減速歯車）
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
５０ ブレーキ、（第１締結要素、固定手段）
５２ ケース（静止部）
５２ａ 固定装置（固定手段、機械的連結・解除手段）
５４ 第１ワンウエイクラッチ（第２締結要素、固定手段）
５６ 第１Ｍ／Ｇ
５８ 第２Ｍ／Ｇ
６０ クラッチ（第１締結要素、固定手段）
６８ 第２クラッチ
７０ スリーブ（機械的連結・解除手段）
７２ スプリング
７４ 第２ワンウエイクラッチ
【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個のモーター・ジェネレーター（以下、Ｍ／Ｇと記す）、２組の遊星歯車組を備え、電気的無段変速機としてハイブリッド駆動する例が知られている（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個のモーター・ジェネレーター（以下、Ｍ／Ｇと記す）、２組の遊星歯車組を備え、電気的無段変速機としてハイブリッド駆動する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、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、これ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、このため、大きな駆動力を発揮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同時に２個のＭ／Ｇを使った駆動を可能にし、これにより、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つの回転要素を有する第１遊星歯車で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、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、入力軸は第１リングギヤと連結するか、または連結可能であり、出力軸は第１キャリアと連結し、第１モーター・ジェネレーターは第１サンギヤと連結し、第２モーター・ジェネレーターは、機械的連結・解除手段を介して第１キャリアと、第１クラッチを介して第１リングギヤと、それぞれ連結可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動車用駆動装置は、ハイブリッド自動車（ＨＶ）用でありながら、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で同時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すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した拡大断面図である。
【図４】図２のＨ−Ｈ線に沿って切断した断面図である。
【図５】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６】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７】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。
【図８】実施例３の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【図９】本発明の実施例４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】実施例４の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５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１２】実施例５の自動車用駆動装置における作動表を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
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、該入力軸１０と同軸心上に設けられた出力軸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、第３遊星歯車組４０の３つの遊星歯車組が配置してある。第１遊星歯車組２０と、第２遊星歯車組３０と、第３遊星歯車組４０は、いずれも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。
【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、本発明の動力分割遊星歯車組を構成する。
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、本発明の入力変速歯車群を構成する。
同様に第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、第３サンギヤ４２および第３リングギヤ４４に噛み合った複数の第３ピニオン４６を回転自在に軸支する第３キャリア４８と、の３つの回転要素で構成され、本発明の減速歯車を構成する。
【００１２】
次に、上記各回転要素と他の回転メンバーとの連結関係を説明する。
入力軸１０は、第２キャリア３８と連結している。
第２サンギヤ３２はブレーキ５０によりケース（静止部）５２に固定可能であるとともに、第１ワンウエイクラッチ５４により一方の回転方向にのみにおいて第２リングギヤ３４と連結可能である。また第２リングギヤ３４は第１リングギヤ２４と連結している。
【００１３】
なお、第１ワンウエイクラッチ５４は、第２サンギヤ３２が第１リングギヤ２４に対してエンジン１の回転方向と同じ方向に相対回転するのを係止（係合）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、油圧多板式クラッチで締結・開放制御するものなどでもよい。
したがって、入力軸１０と連結した第２キャリア３８がエンジン１に駆動され、ブレーキ５０が解放されていて第２サンギヤ３２がエンジン１の回転方向と同じ方向回転しようとすると第１ワンウエイクラッチ５４により第１リングギヤ２４に係止され、第２遊星歯車組３０が一体になる。
【００１４】
これとは逆に、第２リングギヤ３４がエンジン１の回転方向と逆の方向に回転しようとした場合も、第２サンギヤ３２との間で第１ワンウエイクラッチ５４が係合して、第２遊星歯車組３０が一体になる。
また、第１ワンウエイクラッチ５４は上記に限らず、第２キャリア３８と第２サンギヤ３２との間、または第２キャリア３８と第２サンギヤ３２との間に設けても同様の機能を果たすことができる。
【００１５】
第１サンギヤ２２は第１Ｍ／Ｇ５６と連結している。
第１キャリア２８は出力軸１２と連結しているとともに、後述するように第３キャリア４８と連結可能である。
第３サンギヤ４２はケース５２に固定されており、第３リングギヤは第２Ｍ／Ｇ５８と連結されている。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８の出力トルクは常に第３遊星歯車組４０によって減速されて第３キャリア４８から出力し、その逆の場合は、第３キャリア４８から入ったトルクにより第３遊星歯車組４０によって増速されて第２Ｍ／Ｇ５８を駆動し発電させる。
【００１６】
第３キャリア３８と第１キャリア２８とは、第２ワンウエイクラッチ７４を介して一方の回転方向にのみにおいて連結されるとともに、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いにより回転方向に関わらず連結可能である。
スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃは本発明の機械的連結・解除手段を構成する。
スリーブ７０は、図示しないフォークにより軸方向に移動できるようになっている。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８のトルクで第３遊星歯車組４０によって減速されて第３キャリア４８から第１キャリア２８を経て出力軸１２を駆動する場合、後述する前進時は第２ワンウエイクラッチ７４を介して駆動し、後進時は互いに噛み合ったスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介して駆動する。
【００１７】
ここで、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除する場合の作動を、図２乃至図４を用いて説明する。
なお、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。
【００１８】
一般にワンウエイクラッチと並行して機械的な噛み合いを設けると、機械的な噛み合いを解除するのに大きな力が必要になるとともに、噛み合いが外れる瞬間に衝撃が生じることがある。
すなわち、対象メンバー間（本実施例では第３キャリア４８−第１キャリア２８間）に作用するトルクを、一方の回転方向はでワンウエイクラッチ（本実施例では第２ワンウエイクラッチ７４）で伝え、他方の回転方向では機械的な噛み合い（本実施例ではスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃ）で伝えると、機械的な噛み合いで伝えた後に対象メンバー間に作用するトルクがなくなっても、ワンウエイクラッチと機械的な噛み合いの両者間にトルクが残留することになる。
【００１９】
このため、機械的な噛み合いを解除する際に、その残留トルクに抗して外す必要があるからである。以下の説明はその解除を容易にするための構成と作用である。
図２は図１のＡ部の断面を示す拡大図であり、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面を示す拡大図である。また、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面を示す図である。
【００２０】
図２において、第１キャリア２８には第２ワンウエイクラッチ７４のスプラグ７４ａが接する外周面２８ｂと、スリーブ７０のスプライン７０ａが噛み合うドッグクラッチ２８ｃが形成されている。
スリーブ７０は、図２に示す位置から軸方向に右側へ移動することにより、スプライン７０ａ、２８ｃ同士が噛み合う。両スプライン７０ａ、２８ｃの先端７０ｂ、２８ｄは傾斜している。
【００２１】
第２ワンウエイクラッチ７４は、第１キャリア２８の外周面２８ｂとアウターリング７４ｂとの間に楔作用をする複数のスプラグ７４ａがあり、第３キャリア４８に対して第１キャリア２８が正回転するのは自由であるが、逆回転するのはスプラグ７４ａの楔作用で阻止する。
すなわち、第３キャリア４８が第１キャリア２８を正回転方向に駆動する場合は楔作用でトルクを伝達し、第１キャリア２８が第３キャリア４８より高速で正回転する場合は楔作用が解除されてフリーになる。
図２、図３に見るように、アウターリング７４ｂの外側に形成されたスプライン歯７４ｃが第３キャリア４８に形成されたスプライン溝４８ｃに係合している。スプライン歯７４ｃとスプライン溝４８ｃとの間にはスプリング７２が挿入されているとともに、回転方向に「Ｄ」で示す回転量の遊びがある。
【００２２】
スプリング７２は板バネである。スプリング７２は、図２に示すリング部７２ａがアウターリング７４ｂに対応したリング状になっている。リング部７２ａの半径方向最外部分からスプライン溝５２ｃとスプライン歯７４ｃの径方向の隙間に外周部分７２ｂが入り込み、図３に見るように外周部分７２ｂの一端側部分から半径方向内側方向に曲げられた舌部７２ｃが、スプライン歯７４ｃをスプライン溝５２ｃの壁面に対し回転量Ｄの遊びを詰める方向の回転方向に押圧するように形成されている。
【００２３】
そのため、舌部７２ｃの弾性でスプライン歯７４ｃがスプライン溝５２ｃの左側（反時計回り方向）へ寄せられている。そして、第２ワンウエイクラッチ７４が第１キャリア２８を駆動する際には、舌部７２ｃをたわませて遊びＤを詰めるようになっている。
【００２４】
図４に示すスプライン７０ａ、２８ｃが噛み合った場合に、第１キャリア２８と第３キャリア４８との間に回転方向に若干の遊び（隙間）が存在するので、両者が噛み合う際や、これを解除する際に第１キャリア２８と第３キャリア４８間で僅かに回転する。この回転量を上述の回転量Ｄに相当する値として「Ｇ」と定義する。
この両者が噛み合った状態で第１キャリア２８と第３キャリア４８間にトルクが作用して、それが正回転方向であれば第２ワンウエイクラッチ７４がトルクを伝達し、逆回転方向になった場合は楔作用を解除する。
【００２５】
このため、正回転方向のトルクが作用して第２ワンウエイクラッチ７４が楔作用によってトルク伝達した後に、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除するには第１キャリア２８が正回転方向に最大、回転量Ｇだけ回転すれば、噛み合いがスムーズに外れることができる。
したがって、回転量Ｄを回転量Ｇより大きく設定しておくことにより、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いを解除する際に、舌部７２ｃの弾性力に打ち勝つだけの力があればよく、衝撃も起きない。
【００２６】
次に、図１に示した自動車用駆動装置の作動を、図５に示した作動表を参考にしながら説明する。
図５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、横方向にはブレーキなどの締結要素とＭ／Ｇをそれぞれ割り当ててある。すなわち、クラッチ６０を「Ｃ」、ブレーキ５０を「Ｂ」、スリーブ７０を「Ｓ」、第１ワンウエイクラッチ５４を「ＯＷＣ１」、第２ワンウエイクラッチ７４を「ＯＷＣ２」、第１Ｍ／Ｇ５６を「Ｍ／Ｇ１」、第２Ｍ／Ｇ５８を「Ｍ／Ｇ２」とした。
【００２７】
表中の○印はクラッチ６０などの締結要素にあっては締結・係合を表し、第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８にあっては駆動を表し、△印は第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８において発電を表している。また、第１Ｍ／Ｇ５６、第２Ｍ／Ｇ５８における−印は停止可能であることを表す。
【００２８】
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、必要に応じて油圧ポンプ、バッテリー、各種センサ、コントローラー、アクチュエーターなどを備えており、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。
さらに、各遊星歯車組の歯数比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）を、第１遊星歯車組２０にあってはα１、第２遊星歯車組３０にあってはα２、第３遊星歯車組４０にあってはα３とする。
したがって、第２Ｍ／Ｇ５８と連結した第３リングギヤ４４と第３キャリア４８間の変速比（第３リングギヤ４４の回転速度／第３キャリアの回転速度）は（１＋α３）であり、以下、これをＩとする。
【００２９】
始めに、バッテリーに蓄えた電力のみを動力源として、電気自動車（ＥＶ）として走る、ＥＶ走行について説明する。
ＥＶ走行は、前進のＥ−１モード乃至Ｅ−４モードと、後進のＥ−Ｒモードの、計５種類の駆動モードがある。
Ｅ−１モードは、第２Ｍ／Ｇ５８のみを使った駆動である。つまり、第３サンギヤ４２がケース５２に固定され、第３キャリア４８は第２ワンウエイクラッチ７４の楔作用で第１キャリア２８と連結するので、出力軸１２を減速駆動する。
この場合の出力トルクＴｏは、第２Ｍ／Ｇ５８のトルクをＴ２とした場合、Ｔ２・Ｉである。このとき第１Ｍ／Ｇ５６は停止していることができる。
【００３０】
次に、Ｅ−２モードは、ブレーキ５０の締結と、第１ワンウエイクラッチ５４の自動的な締結により行う。これにより、第２遊星歯車組３０は一体になってケース５２に固定されるので、第１Ｍ／Ｇ５６が第１遊星歯車組２０を介して出力軸１２を減速駆動する。
この場合の出力トルクＴｏは、第１Ｍ／Ｇ５６のトルクをＴ１とした場合、Ｔ１（１＋α１）／α１である。このとき第２ワンウエイクラッチ７４の係合は自動的に解除されるので、第２Ｍ／Ｇ５８は停止していることができる。
【００３１】
次に、Ｅ−３モードは、ブレーキ５０を締結し第２ワンウエイクラッチ７４が自動的に係合することで駆動する。この場合、第１ワンウエイクラッチ５４も自動的に締結され、上記のＥ−１モードとＥ−２モードを合わせた駆動になる。したがって、この場合の出力トルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉである。
【００３２】
次に、Ｅ−４モードは、ブレーキ５０を解除してクラッチ６０を締結して駆動する。
これにより、第２Ｍ／Ｇ５８が第３遊星歯車組４０を介して第１リングギヤ２４と連結されるので、出力軸１２は第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とにより協調して駆動されるようになる。この場合の出力トルクＴｏは、Ｔ１＋Ｔ２・Ｉである。
したがって、いずれも減速駆動のＥ−１モード乃至Ｅ−３モードは、低速から中速の走行に適し、Ｅ−４モードは高速走行に適している。特にＥ−１モード乃至Ｅ−３モードは自動車の走行負荷などに応じて自由に切り替えて駆動することができる。
また、Ｅ−１モード乃至Ｅ−３モードは、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の容量を異なるものとした場合、それぞれの単独での駆動と、両方同時の駆動の計３種類の容量のＭ／Ｇで減速駆動できるので、自動車の走行負荷などに応じた最適の駆動モードの選択ができる。
【００３３】
次にＥＶ走行で後進するＥ−Ｒモードについて説明する。
Ｅ−Ｒモードは、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃとを係合することで第３キャリア４８と第１キャリア２８とを連結することにより、第２Ｍ／Ｇ５８による後進駆動が可能である。
Ｅ−Ｒモードの出力軸トルクは、回転方向が異なるがＥ−１モードと同じである。
【００３４】
続いて、前進走行中においてエンジン１が停止した状態で、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８のいずれも駆動せずに惰行するか、あるいはいずれかが発電して自動車を制動する作用について説明する。この走行は作動表のＥＢ欄に記載してある。
【００３５】
ＥＢ走行はＥ−４モードと同じ締結関係であり、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方での発電を行う。この場合の出力軸のトルクも、発電と駆動の違いはあるが、Ｅ−４モードと同様である。Ｂ−１モードは高速走行から低速まで幅広い走行をカバーし、制動力の制御も自由度が高い。
ＥＢ走行で発電した電力は、バッテリーに蓄えて次の加速等に使うことにより、いわゆるエネルギー回生を行って自動車の電力消費を少なくする。
【００３６】
次に、エンジン１を始動してエンジン１と第１Ｍ／Ｇ５６および第２Ｍ／Ｇ５８のいずれかとを併用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、および高速走行等において用いる。
【００３７】
始めにエンジン１の始動について説明する。
自動車が停止中または低速走行中のエンジン１の始動は、ブレーキ５０を締結した上で、第１Ｍ／Ｇ５６に電力を供給して逆回転させる。これにより第１遊星歯車組２０の作用で第１リングギヤ２４と第２リングギヤ３４が正回転し、第２遊星歯車組３０の作用で第２キャリア３８が減速駆動され、これと連結したエンジン１が正回転する。そこで、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。
このエンジン１の始動中に、第１Ｍ／Ｇ５６による駆動で第１キャリア２８に逆回転方向のトルクが作用するので、これによる自動車の後進を防ぐために第２Ｍ／Ｇ５８に正回転方向のトルクを出させる。
むろん、第２Ｍ／Ｇ５８の駆動によるＥ−１モードで前進駆動中に、第１Ｍ／Ｇ５６による駆動でエンジン１を始動することができる。
【００３８】
また、自動車が一定速以上の速度で上記ＥＢ走行中のエンジン１の始動にあっては、第２リングギヤ３４が正回転しているので、ブレーキ５０で第２サンギヤ３２を制動することでエンジン１を減速回転させて行う。このとき、ブレーキ５０は締結（第２サンギヤ３２の固定）ではなく、制動力の付与（第２サンギヤ３２の制動回転）でよい。
【００３９】
エンジン１が始動した後は、自動車の速度等に応じてＨ−１モード（ＨＶ走行での低速モード）乃至Ｈ−２モード（同、中速モード）へ移行する。
【００４０】
はじめに、Ｈ−１モードは第１ワンウエイクラッチ５４と第２ワンウエイクラッチ７４の係合で駆動する。すなわち、エンジン１により入力軸１０が正回転すると、第１ワンウエイクラッチ５４の係合で第２遊星歯車組３０が入力軸１０と一体になって、第１リングギヤ２４を駆動する。
第１リングギヤ２４は第１遊星歯車組２０において出力軸１２と一体の第１キャリア２８を減速駆動するとともに、その反力トルクで第１Ｍ／Ｇ５６を逆回転させ発電させる。すなわち、ここでエンジン１のトルクは第１キャリア２８を機械的に減速駆動するトルクと第１Ｍ／Ｇ５６に発電させるトルクとに分割される。
【００４１】
そして、第１Ｍ／Ｇ５６が発電した電力を第２Ｍ／Ｇ５８に供給してＥ−１モードと同様に第３遊星歯車組４０を介して出力軸１２を減速駆動する。このとき、出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉであり、他方エンジン１のトルクをＴｅとすると、Ｔｏ＝Ｔｅ（１＋α１）＋Ｔ２・Ｉでもある。
Ｈ−１モードにおいて車速が上昇していくと、第１サンギヤ２２とともに第１Ｍ／Ｇ５６がごく低速回転になって発電効率が悪い運転域になるので、そうなる前にＨ−２モードへ切り替える。
【００４２】
Ｈ−２モードは、ブレーキ５０を締結することで駆動する。これにより、Ｈ−１モードにおいて入力軸１０と同じ回転速度であった第１リングギヤ２４が、第２遊星歯車組３０によって増速駆動されるようになる。
したがって、出力軸１２の回転速度を切り替え前と同じとした場合、第１サンギヤ２２と第１Ｍ／Ｇ５６の回転速度が上昇し、上記の発電効率が悪い運転域から脱する結果、動力伝達効率が向上する。
このとき、出力軸１２のトルクＴｏは、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２・Ｉであり、他方エンジン１のトルクをＴｅとすると、Ｔｏ＝Ｔｅ（１＋α１）／（１＋α２）＋Ｔ２・Ｉでもある。
【００４３】
続いてＨ−３モードは、ブレーキ５０の締結を解除してクラッチ６０を締結する結果、エンジン１により入力軸１０が正回転すると、第１ワンウエイクラッチ５４の作用で、第２遊星歯車組３０が入力軸１０と一体になって第２Ｍ／Ｇ５８および第１リングギヤ２４を駆動するとともに、第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第３キャリア４８と第１キャリア２８が連結されるので、第１遊星歯車組２０も一体になる。
すなわち、入力軸１０と出力軸１２とが機械的に一体に連結され、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とは発電も駆動もする必要はない。
【００４４】
このＨ−３モードの状態で第２Ｍ／Ｇ５８が発電して、その電力を第１Ｍ／Ｇ３６供給して駆動させるとＨ−４モードに切り替わる。
このとき、エンジン１のトルクＴｅは第２Ｍ／Ｇ５８を駆動するトルクと第１リングギヤ２４を駆動するトルクとに分割され、これにより第２Ｍ／Ｇ５８が発電し、その電力を第１Ｍ／Ｇ５６に供給して第１サンギヤ２２を駆動する。したがって、出力軸１２はエンジン１のトルクの一部で駆動される第１リングギヤ２４と第１Ｍ／Ｇ５６とに駆動される。
これにより、入力軸１０の回転速度より出力軸１２の回転速度が速くなるオーバードライブになる。
このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ＋Ｔ１−Ｔ２・Ｉであり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
【００４５】
なお、エンジン１のトルクＴｅのうち、分割されて第１リングギヤ２４を駆動するトルクは、第１Ｍ／Ｇ５６が第１サンギヤ２２を駆動するトルクの反力として第１リングギヤ２４に作用するトルク、Ｔ１／α１である。
Ｈ−４モードにおいて車速が上昇すると、第１Ｍ／Ｇ５６の回転速度が上がって、第１Ｍ／Ｇ５６の駆動効率が悪い運転域になるので、そうなる前にＨ−５モードへ切り替える。
【００４６】
Ｈ−５モードは、クラッチ６０とともにブレーキ５０を締結して駆動する。
その結果、入力軸１０の回転は第２遊星歯車組３０において増速され、第２Ｍ／Ｇ５８と第１リングギヤ２４とを入力軸１０の（１＋α２）倍の回転速度で駆動する。
そして、Ｈ−３モードと同様に第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第３キャリア４８と第１キャリア２８が連結されるので、第１遊星歯車組２０が一体になり、出力軸１２も入力軸１０の（１＋α２）倍の回転速度で回転する機械的なオーバードライブになり、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とは発電も駆動もする必要はない。
出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）である。
【００４７】
このＨ−５モードの状態で第２Ｍ／Ｇ５８が発電して、その電力を第１Ｍ／Ｇ３６供給して駆動させるとＨ−６モードに切り替わる。
Ｈ−６モードは、出力軸１２の回転速度を切り替え前とＨ−５モードと同じとした場合、第２サンギヤ３２と第２Ｍ／Ｇ５８の回転速度が低下し、上記の発電効率が悪い運転域から脱する結果、Ｈ−５モードに比べて動力伝達効率が向上する。
これにより、Ｈ−４モードと同様に、第２Ｍ／Ｇ５８が発電し、その電力を第１Ｍ／Ｇ５６に供給して第１サンギヤ２２を駆動する。したがって、出力軸１２はエンジン１のトルクの一部で駆動される第１リングギヤ２４と第１Ｍ／Ｇ５６とに駆動される。
このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）＋Ｔ１−Ｔ２であり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
Ｈ−６モードの回転速度比はＨ−５モードの１／（１＋α１）より高変速比になる。
【００４８】
以上のＨ−１モード乃至Ｈ−６モードは、機械的な駆動であるＨ−３モードとＨ−５モードを除いて、本発明の動力分割遊星歯車組である第１遊星歯車組２０において、エンジン１のトルクの一部を機械的に、残りを電気的に出力軸１２に伝えて駆動するので、常に機械的な動力伝達比率が高く、したがって動力伝達効率が高い。
それに加えて、上記したように発電効率や駆動効率の悪い運転領域を回避した駆動ができるのが特徴である。
【００４９】
次にＨＶ走行の後進であるＨ−Ｒモードについて説明する。
エンジン１を回転させての後進は、スリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃとを噛み合わせた上で、ブレーキ５０により第２サンギヤ３２をケース５２に固定して駆動する。
これは、後述するようにＨ−２モードと同様の連結にした駆動である。その場合、第２Ｍ／Ｇ５８の回転方向が逆になるだけで、作動は実質的にＨ−２モードの場合と同様である。
つまり、例えば前進のＨ−１モードと同じ連結関係にして第２Ｍ／Ｇ５８の回転方向を逆にした場合の出力軸１２のトルクは、Ｔｅ（１＋α１）−Ｔ２・Ｉであるのに対して、図５のＨ−Ｒモードに書いたようにＨ−２モードと同じ締結にした場合の出力軸１２のトルクは、Ｔｅ（１＋α１）／（１＋α２）−Ｔ２・Ｉとなるので、後進方向の駆動力は後者の方が大きい。
【００５０】
すなわち、エンジン１のトルクのうち機械的に伝達するトルクは常に前進方向のトルクであるので、これを少なくした方が後進駆動トルクを大きく確保できる。
したがって、バッテリーの残量が少ない場合などの後進には、Ｈ−２モードと同様の締結のＨ−Ｒモードが適している。
【００５１】
なお、上記のＨＶ走行は第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８のいずれか一方が発電した電力を他方に供給して駆動する前提で説明したが、これに限ることなく発電した電力の一部をバッテリーの充電にあててもいいし、発電した電力にバッテリーから追加して供給して駆動することもできる。
【００５２】
以上説明したように、本実施例１の自動車用駆動装置は、第１リングギヤ２４をケース５２（静止部）に固定する固定手段として、ブレーキ５０と第１ワンウエイクラッチ５４の同時締結を行うようにした。これによる第１リングギヤ２４の固定で、エンジン１が停止した状態において、第１Ｍ／Ｇ５６が第１遊星歯車組２０を介して出力軸１２を減速駆動可能であるとともに、同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を減速駆動可能とした。
【００５３】
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を、同時駆動を含め、フルに活用できることが特徴である。その結果、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の合計容量が自動車の必要とするモーター容量を満足すればいいので、１個のＭ／Ｇでしか駆動できなかった従来例に比べてＭ／Ｇのトータル容量を減らすことができる。これにより、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
【００５４】
そして、ＥＶ走行では必要に応じて第２Ｍ／Ｇ５８と第１Ｍ／Ｇ５６の両者での駆動が可能であるとともに、第１Ｍ／Ｇ５６のみでの駆動と第２Ｍ／Ｇ５８のみでの駆動を選択できるので、自動車の走行負荷に応じて最適な制御を行うことができる。
特に、低負荷走行のＥ−１モードとＥ−２モードは、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の一方が駆動して他方は停止していることができるので、無駄な連れ回りを回避して、電力消費を少なくする効果もある。
【００５５】
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０とクラッチ６０の２個だけであることが、本実施例の効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
そして、第３遊星歯車組４０が存在して、第２Ｍ／Ｇ５８が出力軸１２を減速駆動可能であるため、低トルク高速回転型の第２Ｍ／Ｇ５８を使うことができるので、そのサイズを小さくすることができる。
【００５６】
さらに、第２遊星歯車組３０による増速作用で、Ｈ−１モードおよびＨ−４モードにおける発電効率や駆動効率が悪化する領域での駆動を回避して、Ｈ−２モード、Ｈ−６モードという駆動を可能にしたので、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
【００５７】
上記したように、ＥＢ走行ではクラッチ６０を締結して第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８とで発電しながら制動を行うが、クラッチ６０の締結を解除すると第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を停止させておくことも可能である。
例えばＨＶ走行における高速走行中にアクセルペダルの踏み込みをゆるめて、加速はしないけれども積極的な制動はしたくない場合、エンジン１を停止させて惰行すると、従来例では少なくとも一方のＭ／Ｇが回転するので、それが発電することによって制動に至らないように若干の電力を供給する必要があり、電力を消費することになる。
上記のような制御により第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８が回転しないで済むので、余計な電力消費を抑えられるという効果があり、その分、燃費が向上する。
【００５８】
したがって、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方をフルに活用できることを生かして、たとえば市街地走行などの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。
【実施例２】
【００５９】
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６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。
【００６０】
実施例２における実施例１との違いは、実施例１における第３遊星歯車組４０がないことである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
第２Ｍ／Ｇ５８は第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能であるのは実施例１と同様である。
また、第２Ｍ／Ｇ５８はクラッチ６０を介して第２リングギヤ３４および第１リングギヤ２４と連結可能である。
ブレーキ５０の配置が実施例１と異なるが機能面での相違はない。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００６１】
続いて実施例２の作動を説明する。
実施例２の作動は、図５の作動表を含めて実施例１と同様である。
ただ、第３遊星歯車組４０がないので、前述のように第２Ｍ／Ｇ５８の第１キャリア２８と第２リングギヤ３４および第１リングギヤ２４との連結は、歯車を介さずに直接行われる。したがって、実施例１で説明した出力軸１２のトルクの計算式で、減速比Ｉとしていた部分を１に置き換えればよい。
【００６２】
実施例２の自動車用駆動装置もＥＶ走行において、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方による同時駆動ができることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行速度や負荷に応じて駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０とクラッチ６０の２個だけであることが、本実施例の効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００６３】
また、ＥＢ走行でクラッチ６０の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
実施例２も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。
【実施例３】
【００６４】
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７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。
【００６５】
実施例３における実施例１との違いは、実施例１における第２遊星歯車組３０と第３遊星歯車組４０がないことである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
入力軸１０と第１リングギヤ２４とは第１クラッチ６０により連結可能である。
第２Ｍ／Ｇ５８は、第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能であるのは実施例１と同様である。
また、第２Ｍ／Ｇ５８は第２クラッチ６８を介して第１リングギヤ２４と連結可能である。
【００６６】
また、入力軸１０を機械的に静止部（ケース５２またはエンジン１の本体）に固定可能な固定装置５２ａを設けている。
すなわち入力軸１０にドッグクラッチ１０ａを形成して、これに固定装置５２ａを噛み合わせて入力軸１０を固定するものである。固定装置５２ａは原則としてエンジン１が停止した状態でドッグクラッチ１０ａと係合（噛み合わせ）させるものである。
固定装置５２ａは、後述するようにＥ−Ｒモードにおいて、第１クラッチ６０の締結と組み合わせれば第１リングギヤ２４を固定することができる。
固定装置５２ａは一般的な自動変速機に用いられるパーキングロック機構と同様のものでよく、ドッグクラッチ１０ａは入力軸１０に限らずエンジン１のフライホイールの外周に形成してもよい。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００６７】
続いて実施例３の作動を、図８に示した作動表を参考にしながら説明する。
図８は、第１クラッチ６０を「Ｃ１」、第２クラッチ６８を「Ｃ２」、固定装置５２ａを「Ｌ」、第２ワンウエイクラッチ７４を「ＯＷＣ」とした以外は実施例１の図５と同様である。
【００６８】
はじめに、Ｅ−１モードは第２ワンウエイクラッチ７４の作用で第２Ｍ／Ｇ５８が直接第１キャリア２４を介して出力軸１２を駆動する。出力軸１２のトルクはＴ２である。
このとき、第１Ｍ／Ｇ５６は停止していることができる。
Ｅ−２モードは、第２クラッチ６８を締結することで、第２Ｍ／Ｇ５８と第１リングギヤ２４が連結されるので、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の協調駆動が行われる。
ただし、第２ワンウエイクラッチ７４があるので、出力軸１２の回転速度は常に第２Ｍ／Ｇ５８と同じか、または高い回転速度である。
【００６９】
Ｅ−Ｒモードは、前述の固定装置５２ａの締結と第１クラッチ６０の締結により、第１リングギヤ２４を固定して、第１Ｍ／Ｇ５６による減速駆動と第２Ｍ／Ｇ５８による駆動で後進する。出力軸１２のトルクは、−｛Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２｝である。
【００７０】
ＥＢ走行は、第３遊星歯車組４０はないので、実施例２と基本的に同様である。
続いてＨＶ走行は、第２遊星歯車組３０、第３遊星歯車組４０がないので、実施例２におけるＨ−２モード、Ｈ−５モード、Ｈ−６モードがない。
したがって、Ｈ−１モードは実施例２と同様であり、Ｈ−２モードは実施例２のＨ−３モードに、Ｈ−３モードは実施例２におけるＨ−４モードと同様である。
【００７１】
実施例３の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
【００７２】
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００７３】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−２モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８の２個だけであることが、本発明の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００７４】
また、ＥＢ走行中に第２クラッチ６８の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
【００７５】
そして、図７で分かるように、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８とは、歯車やワンウエイクラッチのような潤滑を必須とする構成要素と隔離した位置に配置することが可能である。したがって、乾式クラッチにすることが可能であり、これに伴って一般的な自動変速機が備える油圧ポンプを用いないことが容易である。
実施例３も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。
【実施例４】
【００７６】
次に、本発明の実施例４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４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および実施例３と異なる部分を中心に説明し、それら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。
【００７７】
実施例４における実施例１との違いは、実施例１における第２遊星歯車組３０がないことと、第３遊星歯車組４０の連結関係が異なることである。
各回転メンバーの連結関係は次のようになっている。
実施例３と同様に、入力軸１０と第１リングギヤ２４とは第１クラッチ６０により連結可能である。
【００７８】
第２Ｍ／Ｇ５８は第３サンギヤ４２と連結し、第３キャリア４８はケース５２に固定されており、第３リングギヤ４４が第２ワンウエイクラッチ７４を介して第１キャリア２８と連結可能であり、これと並行してスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃを介しての連結が可能になっている。
第３リングギヤ４４はまた、第２クラッチ６８を介して第１リングギヤ２４と連結可能である。
その他の連結関係は実施例１と同様である。
【００７９】
続いて実施例４の作動を、図１０に示した作動表を参考にしながら説明する。
図１０の描き方は、実施例３と同様であるが固定装置５２ａの「Ｌ」はない。
Ｅ−１モードは基本的に実施例１と同様であるが、第３遊星歯車組４０の連結関係が異なるので出力軸１２のトルクは異なる。すなわち、第３遊星歯車組４０は第２Ｍ／Ｇ５８のトルクを逆転減速駆動するので、この変速比−１／α３である。
Ｅ−１モードの出力軸１２のトルクは−Ｔ２（−１／α３）＝Ｔ２／α３である。
以下、第２Ｍ／Ｇ５８が駆動するトルクはＴ２／α３である。
同様にＥ−２モードは、実施例１におけるＥ−４モードに相当し、出力軸１２のトルクはＴ１＋Ｔ２／α３である。
また、Ｅ−Ｒモードはスリーブ７０とドッグクラッチ２８ｃの噛み合いにより第２Ｍ／Ｇ５８のみで駆動する。出力軸１２のトルクは−Ｔ２／α３である。
ＥＢ走行は実施例１と同様である。
【００８０】
続くＨＶ走行のＨ−１モードは、基本的に実施例１と同様であり、出力軸１２のトルクはＴｅ（１＋α１）＋Ｔ２／α３であり、Ｔ１（１＋α１）／α１＋Ｔ２／α３でもある。
Ｈ−２モードは実施例１のＨ−３モードと同様であり、機械的な直結駆動である。
Ｈ−３モードは、実施例１におけるＨ−４モードと同様であり、オーバードライブである。このとき、出力軸１２のトルクはＴｅ＋Ｔ１−Ｔ２・α３であり、Ｔ１（１＋α１）／α１でもある。
Ｈ−Ｒモードは基本的に実施例１と同様であり、出力軸１２のトルクはＴｅ（１＋α１）−Ｔ２／α３である。
【００８１】
実施例４の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００８２】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−２モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８の２個だけであることが、本実施例の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００８３】
また、ＥＢ走行中に第２クラッチ６８の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
そして、実施例３と同様に、第１クラッチ６０と第２クラッチ６８とは、乾式クラッチにすることが可能であり、油圧ポンプを用いないことが容易である。
実施例４も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。
【実施例５】
【００８４】
次に、本発明の実施例５の自動車用駆動装置につき説明する。
図１１は、本発明の実施例５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。
【００８５】
実施例５における実施例１との違いは、第３リングギヤ４４と第１キャリア２８とを連結可能な第３クラッチ７２を有することである。
すなわち、第３クラッチ７２は第３リングギヤ４４と中間部材７２ａとを連結可能になっていて、中間部材７２ａはスリーブ７０を介して第１キャリア２８と常に連結している。スリーブ７０は、中間部材７２ａと第１キャリア２８の両方に、図示しないスプラインで常に噛み合ったまま軸方向に移動可能であり、図１１で左側へ移動するとドッグクラッチ４８ｃとも噛み合うことができる。
【００８６】
スリーブ７０とドッグクラッチ４８ｃの配置と連結関係が実施例１とやや異なるが、これらは本発明の機械的連結・解除手段を構成する。
その他の連結関係は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
続いて実施例５の作動を、図１１に示した作動表を参考にしながら説明する。
図１１の描き方は、実施例１と同様であるが、第１クラッチ６０を「Ｃ１」第３クラッチ７２を「Ｃ３」とした。
実施例１との作動上の違いは第３クラッチ７２が関係する駆動モードのみであるので、その部分に絞って説明する。
【００８８】
Ｅ−４モードは、第３クラッチ７２を締結することにより、第２Ｍ／Ｇ５８と出力軸１２とが直結される。したがって、出力軸１２のトルクはＴ２である。
Ｈ−７モードは、Ｈ−６モードにおけるブレーキ５０と第１クラッチ６０に加えて第３クラッチ７２を締結することで、入力軸１０と出力軸１２とは機械的に連結される。
すなわち、第２遊星歯車組３０と第３遊星歯車組４０とで増速されて、変速比は１／（１＋α２）（１＋α３）である。
したがって、出力軸１２のトルクはＴｅ／（１＋α２）（１＋α３）である。
【００８９】
実施例５の自動車用駆動装置も、第１Ｍ／Ｇ５６と同時に第２Ｍ／Ｇ５８も出力軸１２を駆動可能とした。
したがって、ＥＶ走行において第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を活用できることが特徴である点は実施例１と同様である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
そして、ＥＶ走行では自動車の走行負荷に応じて最適な駆動モードを選択して走行できるとともに、無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して電力消費を少なくする効果もある。
【００９０】
さらに、ＨＶ走行では、Ｈ−３モード、Ｈ−５モード、Ｈ−７モードにおいて機械的な駆動を可能にするなど、動力伝達効率を高く維持するとともに駆動モードの選択自由度が高まり、燃費の向上が期待できる。
また、上記の機能を得るための摩擦要素としては、ブレーキ５０、第１クラッチ６０と第３クラッチ７２の３個だけであることが、本実施例の大きな効果である。これは、第２ワンウエイクラッチ７４と並列にスリーブ７０、ドッグクラッチ２８ｃを設けたことによるものである。
【００９１】
また、ＥＢ走行中に第１クラッチ６０の締結を解除すると、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方を回転させないことが可能である点も実施例１と同様である。
実施例５も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。
【００９２】
以上説明したように、本発明の自動車用駆動装置にあっては、いずれもエンジン１が停止したＥＶ走行で第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両者で出力軸を駆動可能としたことが特徴である。
その結果、２個のＭ／Ｇ５６、５８の合計容量を小さくして、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コスト・重量・大きさの面でメリットを出すことが可能となる。
【００９３】
そして、ＥＶ走行では無駄なＭ／Ｇの連れ回りを回避して、電力消費を少なくする効果もある。
したがって、第１Ｍ／Ｇ５６と第２Ｍ／Ｇ５８の両方をフルに活用できることを生かして、たとえば市街地走行などの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。
【００９４】
また、各実施例は以上の特徴を有しながら摩擦要素の数がいずれも２個または３個と少ないことが特徴である。したがって、制御装置も含めてコストが安くなる。
【００９５】
さらに、上記した各実施例は、第１遊星歯車組２０、第２遊星歯車組３０などを、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。図示は省略したが、ダブルピニオン型の場合の連結関係は、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。
【００９６】
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】
【００９７】
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】
【００９８】
１ エンジン
１０ 入力軸
１２ 出力軸
２０ 第１遊星歯車組（動力分割遊星歯車組）
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（入力変速歯車群）
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（減速歯車）
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
５０ ブレーキ、（第１締結要素、固定手段）
５２ ケース（静止部）
５２ａ 固定装置（固定手段、機械的連結・解除手段）
５４ 第１ワンウエイクラッチ（第２締結要素、固定手段）
５６ 第１Ｍ／Ｇ
５８ 第２Ｍ／Ｇ
６０ クラッチ（第１締結要素、固定手段）
６８ 第２クラッチ
７０ スリーブ（機械的連結・解除手段）
７２ スプリング
７４ 第２ワンウエイクラッチ
【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つの回転要素を有する第１遊星歯車で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、
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、
前記入力軸は前記第１リングギヤと連結するか、または連結可能であり、
前記出力軸は前記第１キャリアと連結し、
前記第１モーター・ジェネレーターは前記第１サンギヤと連結し、
前記第２モーター・ジェネレーターは、機械的連結・解除手段を介して前記第１キャリアと、第１クラッチを介して前記第１リングギヤと、それぞれ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】
前記入力軸と前記第１リングギヤとの連結は、第２サンギヤ、第２リングギヤ、第２キャリアの、３つの回転要素を有する第２遊星歯車で構成され、増速駆動が可能な入力歯車群を介して行われる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２モーター・ジェネレーターは、第３サンギヤ、第３リングギヤ、第３キャリアの、３つの回転要素を有する第３遊星歯車で構成され、減速駆動が可能な減速歯車と前記機械的連結・解除手段とを介して前記出力軸に連結可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用駆動装置。
【請求項４】
前記第２モーター・ジェネレーターは前記第３リングギヤと連結し、前記第３キャリアは前記機械的連結・解除手段を介して前記出力軸と連結可能であり、前記第３キャリアをケースに固定するか、または固定したことを特徴とする請求項３に記載の自動車用駆動装置。
【請求項５】
前記第３リングギヤと前記出力軸とを連結可能と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つの回転要素を有する第１遊星歯車で構成され、動力分割が可能な動力分割遊星歯車組と、
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、
前記入力軸は前記第１リングギヤと連結するか、または連結可能であり、
前記出力軸は前記第１キャリアと連結し、
前記第１モーター・ジェネレーターは前記第１サンギヤと連結し、
前記第２モーター・ジェネレーターは、機械的連結・解除手段を介して前記第１キャリアと、第１クラッチを介して前記第１リングギヤと、それぞれ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】
前記入力軸と前記第１リングギヤとの連結は、第２サンギヤ、第２リングギヤ、第２キャリアの、３つの回転要素を有する第２遊星歯車で構成され、増速駆動が可能な入力歯車群を介して行われる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２モーター・ジェネレーターは、第３サンギヤ、第３リングギヤ、第３キャリアの、３つの回転要素を有する第３遊星歯車で構成され、減速駆動が可能な減速歯車と前記機械的連結・解除手段とを介して前記出力軸に連結可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用駆動装置。
【請求項４】
前記第２モーター・ジェネレーターは前記第３リングギヤと連結し、前記第３キャリアは前記機械的連結・解除手段を介して前記出力軸と連結可能であり、前記第３キャリアをケースに固定するか、または固定したことを特徴とする請求項３に記載の自動車用駆動装置。
【請求項５】
前記第３リングギヤと前記出力軸とを連結可能と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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１２３１８（Ｐ２０１３−１１２３１８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３１９１（Ｐ２０１１−２６３１９１）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（３９３０１１８２１）有限会社ファインメック (13)
【出願人】（５９４００８６２６）協和合金株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（３９３０１１８２１）有限会社ファインメック (13)
【出願人】（５９４００８６２６）協和合金株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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