JP2000094973A - 変速装置およびそれを用いたハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンを常に最高効率点で運転でき、さらに
全変速領域においてエンジン出力を高効率で伝達できる
駆動装置を備えたハイブリッド車を提供する。 【解決手段】エンジンと複数のモータを用いて車両を駆
動するハイブリッド車において、前記ハイブリッド車
は、モータと遊星ギアから構成される変速手段を複数有
しており、前記複数の変速手段は、前記遊星ギアのサン
ギアとリングギアとプラネタリキャリアのうち、一つの
ギアがかみ合うように直列に接続され、少なくとも１組
の前記変速手段を前記モータにより制御し、前記エンジ
ンの回転速度を変速して車輪を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを用いた変
速装置とそれを搭載したハイブリッド車に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド車の従来技術としては、特
開平7−135701 号公報や特開平7−336810号公報に開示
されたものがある。特開平7−135701 号公報のハイブリ
ッド車では、エンジンと、第１モータと、エンジンの出
力軸に接続された第２モータと、第１，第２，第３の回
転要素からなるギアユニットを有し、エンジンおよび第
２モータの回転が第１の回転要素に入力され、第１モー
タの回転が第２の回転要素に入力され、ギアユニットの
出力軸に伝達される回転が第３の回転要素から出力され
るので、エンジンを常に最大効率点で駆動することがで
きるという利点がある。さらに、特開平7−336810 号公
報のハイブリッド車では、エンジンとモータとの間の出
力軸にトルク調整手段を介装し、前記トルク調整手段
は、通常走行時にはエンジンの出力をジェネレータとモ
ータ側出力軸に伝達し、さらに、大トルク必要時にはジ
ェネレータの発電を停止し、出力トルクを増加させるの
で、車両の低速走行時に要求された急加速にも対応可能
で、さらには装置の小型化，軽量化を図ることも可能と
なる。

【０００３】また、変速機を複数有する変速装置の従来
技術としては、特開昭57−47054 号公報に開示されたも
のがある。特開昭57−47054 号公報の変速装置は、複数
組の差動遊星歯車部と、前記差動遊星歯車部の１回転要
素に接続され且つ被動機に動力を付与する複数の可変速
型電動機と、前記可変速型電動機を被動機の所望の速度
範囲に応じて切換える切換手段とから構成されているの
で、被動機の広い範囲の速度変動に対応した滑り損失の
ない高効率運転が可能であるといった特徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち特
開平7−135701 号公報では、エンジンの回転数を増速さ
せる変速動作においては、エンジンの出力で第２モータ
を発電動作させ、発電された電力を用いて第１モータを
駆動し変速を行うので、エンジンの出力を効率的に利用
することができる。しかしながら、エンジンの回転数を
減速させる変速動作においては、エンジンと第２モータ
の出力の一部で第１モータを発電動作させ、その発電さ
れた電力を用いて第２モータを駆動し変速を行うことに
なり、第１モータと第２モータとの間でエネルギを授受
するループができ、そのループでの損失分だけエネルギ
の伝達効率が低下することが考えられる。

【０００５】さらに、特開平7−336810 号公報では、エ
ンジンの回転数を減速させる変速動作においては、エン
ジンの出力でジェネレータを発電動作させ、発電された
電力を用いてモータを駆動するので、エンジンの出力を
効率的に利用することができる。しかしながら、エンジ
ンの回転数を増速させる変速動作においては、ジェネレ
ータを電動機動作させてエンジン回転数を増速させ、エ
ンジンとジェネレータの出力の一部でモータを発電動作
させる。よってこの場合でもジェネレータとモータとの
間でエネルギを授受するループができ、そのループでの
損失分だけエネルギの伝達効率が低下することが考えら
れる。

【０００６】以上のように、従来のハイブリッド車の駆
動システムでは、変速機の全動作領域に対して高い伝達
効率で運転することは難しいといえる。

【０００７】また、特開昭57−47054 号公報では、変速
機の全動作領域に対して高い伝達効率で運転することが
可能であるが、ポンプやファンなどを対象にしており複
数の可変速型電動機すべてに対して変速制御を行うの
で、電動機の一つがエンジンであり、そのエンジンを一
定回転で運転するハイブリッド車は対象外ということに
なる。すなわち、ハイブリッド車に必要となるエンジン
を常に最高効率点で運転できる構成にはなっていない。

【０００８】そこで、本発明の目的は、エンジンを常に
最高効率点で運転でき、さらに全変速領域においてエン
ジン出力を高効率で伝達できる駆動装置を備えたハイブ
リッド車を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、エンジンと
複数のモータを用いて車両を駆動するハイブリッド車に
おいて、前記ハイブリッド車は、前記モータと遊星ギア
から構成される変速手段を複数有しており、前記複数の
変速手段は前記遊星ギアのサンギアとリングギアとプラ
ネタリキャリアのうち、一つのギアがかみ合うように直
列に接続され、少なくとも１組の前記変速手段を前記モ
ータにより制御し、前記エンジンの回転速度を変速して
車輪を駆動することにより達成される。さらに前記変速
手段は、前記遊星ギアのサンギアとリングギアとプラネ
タリキャリアのうち、一つのギアに前記モータの回転軸
が接続されており、前記エンジンの出力軸と車輪の回転
軸との間に２組み直列に配置され、前記エンジンの出力
軸はエンジン側の変速手段を構成する遊星ギアのサンギ
アとリングギアとプラネタリキャリアのうち、前記モー
タの軸が接続されていない一つのギアに接続され、車輪
の回転軸は車輪側の変速手段を構成する遊星ギアのサン
ギアとリングギアとプラネタリキャリアのうち、前記モ
ータの軸が接続されていない一つのギアに接続され、さ
らに前記変速手段が入力軸と出力軸を機械的に固定する
締結手段を備えることにより上記目的は達成される。

【００１０】また、上記変速手段の動作としては、前記
エンジンの回転数を減速させる変速動作では、前記締結
手段により前記車輪側の変速手段の入力軸と出力軸を固
定し、前記エンジン側の変速手段により変速を行う。そ
れに対して前記エンジンの回転数を増速させる変速動作
では、前記締結手段により前記エンジン側の変速手段の
入力軸と出力軸を固定し、前記車輪側の変速手段により
変速を行うようにする。

【００１１】さらに、前記エンジンの回転数で直接前記
車輪を駆動する場合は、前記締結手段により前記エンジ
ン側および前記車輪側双方の変速手段の入力軸と出力軸
を固定して駆動することにより上記目的は達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照し説明する。

【００１３】まず、図１を用いて本発明の第１の実施例
を説明する。図１は変速手段を２組み直列に接続した場
合の構成例を示す図である。以下、変速手段は２組ある
ものとして説明を行うが、本発明の目的を満たすもので
あれば、この変速手段の個数は限定されない。図１にお
けるハイブリッド車は、基本的にはエンジン１の出力を
デファレンシャルギア２を介して車輪３に伝達し駆動す
る。その際、トルクの不足分をモータ４あるいは５によ
って補助する。その他ハイブリッド車においては、排
気，効率等を考慮して発進・極低速時にはモータ４ある
いは５のみによって駆動する場合もある。このうち、エ
ンジン１の出力により車輪３を駆動する場合は、変速機
６あるいは７によりエンジン１の回転数の変速を行い、
エンジン１を最高効率動作点となるように制御する。

【００１４】ここで、変速機６および７の構成及び動作
について説明する。変速機６および７では以下説明する
ギアの接続例以外にも構成はいくつか存在するが、ここ
ではその中の一例を説明する。まず、変速機６は遊星ギ
アのプラネタリキャリア８を入力としてエンジン１の出
力軸が接続されており、サンギア９にはモータ４の回転
軸が接続されている。変速機６の出力はリングギア１０
であり、変速機７の入力であるリングギア１１にかみ合
うように配置されている。また、変速機６では入力軸と
出力であるリングギア１０とを機械的に固定できるよう
な締結手段１２が備わっている。さらに、変速機７では
サンギア１３にモータ５の回転軸が接続されている。変
速機７の出力はプラネタリキャリア１４であり、車輪３
の回転軸１５が接続されている。また、変速機７には変
速機６と同様に、入力であるリングギア１１と出力であ
るプラネタリキャリア１４とを機械的に固定できるよう
な締結手段１６が備わっている。

【００１５】以上が本実施例での変速手段の構成であ
り、２組の変速機６および７に接続しているモータ４お
よび５を制御することによりエンジン１の回転数を変速
させて車輪３を駆動する。

【００１６】次に本実施例の変速手段の動作を説明す
る。まず、図２に示すようにエンジン１の動作点（Ｔ
１，Ｎ１）から車輪の動作点（Ｔ２，Ｎ２）に変速（増
速）する場合の動作を図３を用いて説明する。この場合
では、図３に示すように締結手段１２を締結、締結手段
１６を開放し、車輪側の変速機７により変速を行う。こ
こでは、締結手段１２を締結しているので、エンジン１
の回転数Ｎ１は直接車輪側の変速機７の入力であるリン
グギア１１に伝えられる。車輪側の変速機７では、締結
手段１６を開放しており、サンギア１３に接続している
モータ５を駆動し、モータ５の回転数とリングギア１１
の回転数によりプラネタリキャリア１４の回転速度がＮ
２となるように変速動作を行う。この時、変速機６のモ
ータ４はエンジン１の回転により発電動作し、その発電
によって得られた電力は電力変換器２０および２１を介
してモータ５の駆動に用いられる。また、エンジン１の
出力だけでは所望のトルクが得られない場合には、バッ
テリー等から構成される電力貯蔵装置２２の電力を用
い、モータ５より車輪３の回転軸１５に対してトルクの
アシストを行う。

【００１７】続いて、図４に示すようにエンジン１の動
作点（Ｔ３，Ｎ３）から車輪３の動作点（Ｔ４，Ｎ４）
に変速（減速）する場合の動作を図５を用いて説明す
る。この場合は、図５に示すように締結手段１２を開
放、締結手段１６を締結し、エンジン側の変速機６によ
り変速を行う。まず、締結手段１６を締結しているので
変速機７の入力であるリングギア１１およびそれにかみ
合っている変速機６の出力であるリングギア１０の回転
数は車輪３の回転軸１５の回転数Ｎ４となる。また、エ
ンジン１の回転数はＮ３で一定であるので、変速機６の
サンギア９の回転数はリングギア１０の回転数Ｎ４とエ
ンジン１の回転軸が接続されているプラネタリキャリア
８の回転数Ｎ３の差分によって決まる。よって、変速機
６では、モータ４をリングギア１０とプラネタリキャリ
ア８の回転数の差分によって決まる回転数で発電駆動さ
せることによりエンジン１の回転数を減速側へ変速す
る。ここで、モータ４によって発電された電力は電力変
換器２０および２１を介してモータ５の駆動に用いられ
る。また、エンジン１の出力だけでは所望のトルクが得
られない場合には、バッテリー等から構成される電力貯
蔵装置２２の電力を用い、モータ５より車輪３の回転軸
１５に対してトルクのアシストを行う。

【００１８】また、エンジン１の回転数を変速なしで駆
動する場合は、図６に示すように２つの締結手段１２お
よび１６を共に締結させ、エンジン１の出力を直接車輪
３に伝達する。さらに、モータ４および５を駆動もしく
は発電動作させ、車輪３に伝達するトルクの大きさを調
整する。

【００１９】以上のように、本発明の変速装置では、エ
ンジンの回転数を増速させる変速動作、あるいは減速さ
せる変速動作、さらには無変速のすべての場合におい
て、エンジンを常に高効率動作点で運転でき、さらには
エンジンの出力を無駄なく効率的に車輪に伝達すること
ができる。さらに、モータによるトルクアシストも可能
なので、燃費もさらに向上し、排気ガスもクリーンにな
る。表１に増速，減速，無変速の各モードでの各要素の
動作内容を示しておく。

【００２０】

【表１】

【００２１】ハイブリッド車では上記動作の他、エンジ
ンを停止させてモータのみで駆動させるモードがある。
このモードにおける変速手段の動作を図７を用いて説明
する。まず、エンジン１の回転を止めるために締結手段
２５によりエンジンの出力軸が回転しないように固定す
る。ハイブリッド車においてモータのみで駆動する場合
は低速時，高負荷の場合が多いので、モータ４および５
を併用する。変速機６では、エンジン１の出力軸が固定
されているのでプラネタリキャリア８が固定ギアとな
る。よって、モータ４の回転数がサンギア９とリングギ
ア１０の歯数比によって決まる回転数に変速され、変速
機７の入力であるリングギア１１に伝達される。さら
に、変速機７ではリングギア１１の回転数とモータ５の
回転軸が接続されているサンギア１３の回転数により変
速が行われ車輪３を駆動する。また、締結手段１６を締
結することによりモータ４のみによる車両の駆動も可能
であり、あるいは締結手段１２を締結することにより変
速機７のリングギア１１を固定としたモータ５のみによ
る車両の駆動も可能となる。

【００２２】次に、車両停止時に電力貯蔵装置２２を充
電する場合における変速手段の動作を図８を用いて説明
する。まず、締結手段２６を締結し、車輪軸１５の回転
を止める。そして、締結手段１６を締結しエンジン１を
駆動することにより、変速機６のリングギア１０を固定
としたモータ４の発電動作を行うことができる。また、
大きな電力での充電が必要とされる場合には、締結手段
２６および締結手段１２を締結してエンジン１を駆動す
る。そのようにすれば、モータ４はエンジン１の回転数
で発電動作を行い、それに加えてモータ５は変速機７の
プラネタリキャリア１４を固定としてリングギア１１の
回転による発電動作を行うことができる。

【００２３】以上のように、本発明の変速装置ではハイ
ブリッド車に必要なモータのみによる車両の駆動や、車
両停止時のバッテリー充電などの各動作モードにも対応
できるようになっている。

【００２４】次に、変速装置の配置に関する実施例を説
明する。本発明ではモータや遊星ギアなどいくつかの要
素を組み合わせて目的を達成しているが、各構成要素の
適当なレイアウトにより小型化が図れる。ここでは、２
組の変速手段を配置する場合の構成を説明する。まず、
図９にはモータを一体に配置する構成例を示す。図９に
示すように本実施例ではモータ４，５を同軸上に背向か
いの位置関係となるように配置しているので、モータの
筐体等を一体に設置することができる。よって、モータ
に取り付けるエンコーダ等のセンサも筐体を一体化する
ことが可能となり、さらにはモータの冷却構造も簡素化
も図れる。本実施例では２組の変速機６，７のリングギ
ア１０，１１をかみ合わせるギア３０を新たに設けるこ
とになる。

【００２５】また、レイアウトに関する第２の実施例と
して、図１０に遊星ギアのサンギアを一体化する構成例
を示す。本実施例の場合、今までの実施例で説明した構
成に対し、遊星ギアの個々のギアの入出力関係が異なる
が、動作原理は同一である。本実施例においては変速機
６の出力がサンギア９に、変速機７の入力がサンギア１
３となっており、サンギア９とサンギア１３とを連結す
る軸が一体化されている。

【００２６】さらに図１０に示すように、モータ４，５
を中空構造として変速機６の入力軸と変速機７の出力軸
を中空部分に配置している。以上のように配置すること
により、軸配置に要するスペースを省略することが可能
となる。

【００２７】さらに、レイアウトに関する第３の実施例
として、図１１に遊星ギアのリングギアを一体化する構
成例を示す。本実施例の場合、変速機６，７のリングギ
ア１０，１１が一体化されている。また、リングギアを
一体化しているために、変速機６，７のプラネタリキャ
リア８，１４は中空型になっており、それぞれ中空部分
にはモータ４，５の回転軸が配置されている。以上のよ
うに配置することにより、遊星ギアをコンパクトに纏め
ることができるので変速手段の小型化が望める。

【００２８】以上、モータと遊星ギアで構成される複数
の変速手段を直列接続したハイブリッド車の実施例につ
いて説明したが、本発明に用いられるモータは交流モー
タでも直流モータでもどちらでも構わない。さらに、変
速手段を構成するモータおよび遊星ギアはハイブリッド
車の使用目的に応じて設計されるので、容量，大きさ等
は場合によって異なるが、同一仕様のものを用いること
により、生産性の向上が望める。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、モータと遊星ギアから
構成される複数の変速手段を直列に接続し、エンジンの
回転数を変速するので、エンジンを常に最高効率点で運
転でき、さらに全変速領域においてエンジンの出力を高
効率で伝達できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変速手段を２組み直列に接続した場合の構成例
を示す図である。

【図２】エンジンの動作点（Ｔ１，Ｎ１）から車輪の動
作点（Ｔ２，Ｎ２）に変速（増速）する場合のＮ−Ｔ曲
線である。

【図３】増速側に変速する場合の動作を示す図である。

【図４】エンジンの動作点（Ｔ３，Ｎ３）から車輪の動
作点（Ｔ４，Ｎ４）に変速（減速）する場合のＮ−Ｔ曲
線である。

【図５】減速側に変速する場合の動作を示す図である。

【図６】エンジンの回転数を無変速で駆動する場合の動
作を示す図である。

【図７】エンジンを停止させてモータのみで車両を駆動
する場合の動作を示す図である。

【図８】車両停止時に電力貯蔵装置を充電する場合の動
作を示す図である。

【図９】モータを一体に配置する構成例を示す図であ
る。

【図１０】遊星ギアのサンギアを一体に配置する構成例
を示す図である。

【図１１】遊星ギアのリングギアを一体に配置する構成
例を示す図である。

【符号の説明】

１…エンジン、３…車輪、４，５…モータ、６，７…変
速機、８，１４…プラネタリキャリア、９，１３…サン
ギア、１０，１１…リングギア、１２，１６…締結手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 7/747 Ｈ０２Ｐ 7/747 (72)発明者 櫻井 芳美 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 正木 良三 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3D039 AA00 AB27 AC39 AC74 AD54 3G093 AA04 AA07 AA16 CA07 CA10 CB01 EA03 EB03 EC02 FA12 FB05 3J028 EA27 EB33 EB62 EB63 FA06 FC02 5H115 PA11 PG04 PI16 PI22 PI29 PU01 PU24 PU25 PU28 RB08 RB11 RE02 SE05 SE08 5H572 AA02 BB02 CC04 DD01 EE04 FF01 FF03 PP01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンと複数のモータを用いて車両を駆
   動するハイブリッド車において、 前記ハイブリッド車は、前記モータと遊星ギアから構成
   される変速手段を複数有しており、前記複数の変速手段
   は、前記遊星ギアのサンギアとリングギアとプラネタリ
   キャリアのうち、一つのギアがかみ合うように直列に接
   続され、少なくとも１組の前記変速手段を前記モータで
   制御することにより、前記エンジンの回転速度を変速し
   て車輪を駆動することを特徴とするハイブリッド車。
2. 【請求項２】請求項１において、前記変速手段は、前記
   遊星ギアのサンギアとリングギアとプラネタリキャリア
   のうち、一つのギアに前記モータの回転軸が接続されて
   おり、 前記エンジンの出力軸と車輪の回転軸との間に２組み直
   列に配置され、前記エンジンの出力軸はエンジン側の変
   速手段を構成する遊星ギアのサンギアとリングギアとプ
   ラネタリキャリアのうち、前記モータの軸が接続されて
   いない一つのギアに接続され、車輪の回転軸は車輪側の
   変速手段を構成する遊星ギアのサンギアとリングギアと
   プラネタリキャリアのうち、前記モータの軸が接続され
   ていない一つのギアに接続されることを特徴とするハイ
   ブリッド車。
3. 【請求項３】請求項２において、前記変速手段は、入力
   軸と出力軸を機械的に固定する締結手段を備えているこ
   とを特徴とするハイブリッド車。
4. 【請求項４】請求項２において、前記エンジンの出力軸
   および前記車輪の回転軸の少なくとも一方には回転速度
   をゼロに固定する締結手段を備えていることを特徴とす
   るハイブリッド車。
5. 【請求項５】請求項３において、前記エンジンの回転数
   を減速させる変速動作においては、前記締結手段により
   前記車輪側の変速手段の入力軸と出力軸を締結し、前記
   エンジン側の変速手段により変速動作を行うことを特徴
   とするハイブリッド車。
6. 【請求項６】請求項３において、前記エンジンの回転数
   を増速させる変速動作においては、前記締結手段により
   前記エンジン側の変速手段の入力軸と出力軸を締結し、
   前記車輪側の変速手段により変速動作を行うことを特徴
   とするハイブリッド車。
7. 【請求項７】請求項３において、前記エンジンの回転数
   で直接前記車輪を駆動する場合においては、前記締結手
   段により前記エンジン側および前記車輪側双方の変速手
   段の入力軸と出力軸を締結して駆動することを特徴とす
   るハイブリッド車。
8. 【請求項８】請求項２において、前記２組の変速手段
   は、２つの前記モータを同軸上に、かつ互いに背向かい
   の位置関係となるように一体化して配置することを特徴
   とするハイブリッド車。
9. 【請求項９】請求項２において、前記２組の変速手段
   は、２つの前記遊星ギアのサンギアを一つの軸で接続
   し、前記サンギアを一体化して配置することを特徴とす
   るハイブリッド車。
10. 【請求項１０】請求項２において、前記２組の変速手段
    は、２つの前記遊星ギアのリングギアを一体化して配置
    することを特徴とするハイブリッド車。