JP2001097058A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

ハイブリッド駆動装置

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JP2001097058A JP27626599A JP27626599A JP2001097058A JP 2001097058 A JP2001097058 A JP 2001097058A JP 27626599 A JP27626599 A JP 27626599A JP 27626599 A JP27626599 A JP 27626599A JP 2001097058 A JP2001097058 A JP 2001097058A
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康己 川端
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英治 山田
Tetsuya Miura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速巡航時に所定の回転数、トルクを得るた
めに動力循環を行うハイブリッド駆動装置において、登
坂性能を損なうことなく高速巡航時のエネルギーロスを
低減する。 【解決手段】 エンジン12から動力分配機構16を介
してカウンタシャフト30へ動力を伝達する第1動力伝
達装置20と、第2モータジェネレータ18からカウン
タシャフト30へ動力を伝達する第2動力伝達装置22
とを別々に設け、それ等の変速比を適宜設定することに
より、登坂性能を損なうことなく高速巡航時のエネルギ
ーロスを低減した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンおよびモー
タジェネレータを動力源として備えているハイブリッド
駆動装置に係り、特に、登坂性能を損なうことなく高速
巡航時のエネルギーロスを低減したハイブリッド駆動装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車などの車両の駆動装置として、
(a) 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、第1モー
タジェネレータと、前記エンジンの出力を前記第1モー
タジェネレータおよび出力部材に分配する動力分配機構
と、電気エネルギーで作動する第2モータジェネレータ
と、を第1軸線上に備えている一方、(b) その第1軸線
と略平行な第2軸線上に中間軸が配設され、前記出力部
材および前記第2モータジェネレータの出力を、その中
間軸を介して駆動輪側へ伝達するハイブリッド駆動装置
が知られている。特開平9−226393号公報に記載
されているハイブリッド駆動装置はその一例で、第2モ
ータジェネレータは出力部材に連結され、共通の動力伝
達装置を介して中間軸との間で動力伝達が行われるよう
になっており、中間軸から差動歯車装置を介して左右の
駆動輪に動力が分配されるようになっている。
【0003】このようなハイブリッド駆動装置において
は、例えば図4の(a) に示すように、高速巡航時にはエ
ンジン動作点Aを最適燃費線L1に沿って制御し、第2
モータジェネレータMG2により発電するとともに、そ
の電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1を作
動させることにより、所望のトルクおよび回転数が得ら
れるようになっている。図中のB点は、エンジンから中
間軸までの間の動力分配機構や動力伝達装置による機械
的な変速に伴って等出力線L2に沿って変化した動作点
で、C点は第1モータジェネレータMG1による増速に
伴って変化した動作点で、D点は第2モータジェネレー
タMG2による発電に伴うトルク低下によって変化した
動作点である。点Dの動作点は、歯車装置による減速前
のものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、第2モータ
ジェネレータMG2により発電するとともに、その電気
エネルギーで第1モータジェネレータMG1を作動させ
て動力を発生させる場合、その間のエネルギー変換効率
によるエネルギーロス、言い換えれば燃費の低下が避け
られないため、そのようなモータジェネレータMG1、
MG2による動力循環(電気パス)をできるだけ小さく
することが望ましい。このため、例えば図4の(b) に示
すように、エンジンから中間軸までの間の動力分配機構
や動力伝達装置による機械的な変速比を小さくする(増
速の割合を大きくする)ことが考えられるが、大きなト
ルクを必要とする登坂性能が低下する。
【0005】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、登坂性能を損なうこ
となく高速巡航時のエネルギーロスを低減することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第1発明は、(a) 燃料の燃焼によって作動するエ
ンジンと、第1モータジェネレータと、前記エンジンの
出力を前記第1モータジェネレータおよび出力部材に分
配する動力分配機構と、電気エネルギーで作動する第2
モータジェネレータと、を第1軸線上に備えている一
方、(b) その第1軸線と略平行な第2軸線上に中間軸が
配設され、前記出力部材および前記第2モータジェネレ
ータの出力を、その中間軸を介して駆動輪側へ伝達する
ハイブリッド駆動装置において、(c) 前記出力部材と前
記中間軸との間で動力伝達を行う第1動力伝達装置と、
前記第2モータジェネレータと前記中間軸との間で動力
伝達を行う第2動力伝達装置とが、別々に設けられてい
ることを特徴とする。
【0007】第2発明は、第1発明のハイブリッド駆動
装置において、(a) 前記第1動力伝達装置は、前記出力
部材に設けられた第1ドライブギヤ、および前記中間軸
に設けられてその第1ドライブギヤと噛み合わされた第
1ドリブンギヤにて構成されている一方、(b) 前記第2
動力伝達装置は、前記出力部材に設けられた第2ドライ
ブギヤ、および前記中間軸に設けられてその第2ドライ
ブギヤと噛み合わされた第2ドリブンギヤにて構成され
ており、(c) 前記第1ドリブンギヤおよび前記第2ドリ
ブンギヤは、共通の嵌合部を介して前記中間軸に相対回
転不能に取り付けられていることを特徴とする。
【0008】
【発明の効果】このようなハイブリッド駆動装置におい
ては、出力部材と中間軸との間で動力伝達を行う第1動
力伝達装置と、第2モータジェネレータと中間軸との間
で動力伝達を行う第2動力伝達装置とが、別々に設けら
れているため、第1動力伝達装置の変速比(入力側回転
速度/出力側回転速度)を従来よりも小さくすることに
より、高速巡航時に例えば前記図4(b) と同様に第1モ
ータジェネレータおよび第2モータジェネレータによる
動力循環を小さくしてエネルギーロスを低減できる一
方、第2動力伝達装置の変速比を従来よりも大きくすれ
ば、第2モータジェネレータから中間軸へ伝達されるト
ルクが大きくなり、第1動力伝達装置の変速比の減少に
伴うエンジン側のトルク低下に拘らず所望のトルクが得
られて所定の登坂性能を確保できる。
【0009】このようにエンジンから中間軸へ動力を伝
達する第1動力伝達装置と、第2モータジェネレータか
ら中間軸へ動力を伝達する第2動力伝達装置とが、別々
に設けられているため、それ等の変速比を適宜設定する
ことにより、登坂性能を損なうことなく高速巡航時のエ
ネルギーロスを低減することができる。
【0010】第2発明では、一対の第1ドリブンギヤお
よび第2ドリブンギヤが、共通の嵌合部を介して中間軸
に取り付けられるようになっているため、部品点数が少
なくなるとともに、中間軸の軸方向寸法を短くしてコン
パクトに構成できる。
【0011】
【発明の実施の形態】ここで、第1モータジェネレータ
および第2モータジェネレータは、運転状態に応じて電
動モータやジェネレータとして使用されるもので、例え
ば定常的にその両方で使用されるように構成される。第
1モータジェネレータは、例えばアンダードライブ時に
ジェネレータとして用いられ、エンジンにより動力分配
機構を介して回転駆動されることにより発生した電気エ
ネルギーをバッテリー等の蓄電装置に充電したり第2モ
ータジェネレータに供給したりする一方、オーバードラ
イブ時には電動モータとして使用され、出力部材に回転
力を付加する。また、第1モータジェネレータでエンジ
ンを始動することもできる。一方、第2モータジェネレ
ータは、例えばオーバードライブ時にジェネレータとし
て用いられ、発生した電気エネルギーを第1モータジェ
ネレータに供給する一方、アンダードライブ時に電動モ
ータとして用いられ、エンジンと共に車両等の動力源と
して用いられる。また、第2モータジェネレータを用い
て回生制動を行うこともできる。
【0012】本発明のハイブリッド駆動装置は、高速巡
航時に図4に示すようにエンジンを最適燃費線上で作動
させつつ、第2モータジェネレータで発電した電気エネ
ルギーで第1モータジェネレータを作動させて、所定の
回転数、トルクを得るように動力循環を行うことが望ま
しいが、エンジンと共に第2モータジェネレータを電動
モータとして作動させて所望する回転数、トルクを得る
ことも可能であるなど、種々の使用態様を採用できる。
【0013】本発明の好適な実施態様は、(a) 燃料の燃
焼によって作動するエンジンと、(b) サンギヤおよびキ
ャリアの一方が前記エンジンに連結されるとともにリン
グギヤが出力部材に連結された遊星歯車式動力分配機構
と、(c) 前記サンギヤおよびキャリアの他方に連結され
た第1モータジェネレータと、(d) 電気エネルギーで作
動する第2モータジェネレータと、を第1軸線上に備え
て構成される。遊星歯車式動力分配機構のサンギヤおよ
びキャリアは、エンジンおよび第1モータジェネレータ
の一方および他方に連結されれば良いが、サンギヤを第
1モータジェネレータに連結し、キャリアをエンジンに
連結する方が、エンジン回転を低下できるためエンジン
等の損失を低減できて望ましい。遊星歯車式動力分配機
構とエンジンや第1モータジェネレータとの間を連結遮
断するクラッチや、サンギヤ,キャリア,およびリング
ギヤのうちの2つを連結遮断するクラッチなどを必要に
応じて設けることにより、ニュートラル状態を設定した
りエンジン出力を有効に伝達したりすることが可能とな
る。
【0014】上記第1軸線上における配設形態は、例え
ばエンジン、第1モータジェネレータ、動力分配機構、
出力部材、および第2モータジェネレータの順番で配設
され、出力部材と第2モータジェネレータとの間におい
て出力部材側に第1動力伝達装置、第2モータジェネレ
ータ側に第2動力伝達装置を配置することが望ましい。
中間軸は、例えば第1モータジェネレータと第2モータ
ジェネレータとの間の位置に配設され、軸方向において
動力分配機構と略同じ位置に出力歯車を設けて、第1軸
線と略平行な第3軸線上に設けられた差動歯車装置の入
力歯車と噛み合わせることが望ましい。
【0015】エンジンと動力分配機構との間には、エン
ジンの回転変動を吸収するために、例えばスプリングや
ゴム等の弾性部材によるダンパ装置を配設することが望
ましい。差動歯車装置は、例えば傘歯車式のものが好適
に用いられるが、遊星歯車式の差動歯車装置を用いるこ
ともできる。
【0016】第1動力伝達装置、第2動力伝達装置とし
ては、第2発明のようにドライブギヤおよびドリブンギ
ヤから成るものが好適に用いられるが、3つ以上の歯車
を組み合わせたものや、スプロケットおよびチェーンな
どを用いることもできる。
【0017】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例であるハイ
ブリッド駆動装置10の具体的構成を示す展開断面図
で、図2は図1のギヤトレーン部分を拡大して示す図
で、図3は骨子図である。このハイブリッド駆動装置1
0はFF車両用、すなわち車両の幅方向と略平行に配置
される横置きのもので、燃料の燃焼によって作動する内
燃機関などのエンジン12と、第1モータジェネレータ
14と、動力分配機構16と、第2モータジェネレータ
18と、第1動力伝達装置20と、第2動力伝達装置2
2とを備えている。動力分配機構16は、機械的に力を
合成したり分配したりするもので、シングルピニオン型
の遊星歯車装置にて構成されており、エンジン12に連
結されたキャリア16cと、第1モータジェネレータ1
4のロータ14rに連結されたサンギヤ16sと、第1
動力伝達装置20の第1ドライブギヤ20aに連結され
たリングギヤ16rとを備えており、主としてエンジン
12から伝達された動力を第1モータジェネレータ14
および第1ドライブギヤ20aに分配する。リングギヤ
16rには、メカニカルパーキング装置用のパーキング
ギヤ17が一体に設けられている。なお、エンジン12
の出力は、回転変動やトルク変動等を抑制するためのフ
ライホイール24およびスプリング、ゴム等の弾性部材
または粘性体等によるダンパ装置26を介して動力分配
機構16に伝達される。
【0018】第1モータジェネレータ14および第2モ
ータジェネレータ18は、何れも運転状態に応じて定常
的に電動モータおよびジェネレータとして使用される。
例えば、エンジン回転数よりリングギヤ16rの回転数
の方が低いアンダードライブ時には、第1モータジェネ
レータ14はジェネレータとして用いられ、エンジン1
2により動力分配機構16を介して回転駆動されること
により発生した電気エネルギーをバッテリー等の蓄電装
置に充電したり第2モータジェネレータ18に供給した
りする一方、第2モータジェネレータ18は電動モータ
として作動させられ、エンジン12と共に車両等の動力
源として用いられる。また、エンジン回転数よりリング
ギヤ16rの回転数の方が高いオーバードライブ時に
は、第2モータジェネレータ18はジェネレータとして
使用され、発生した電気エネルギーを第1モータジェネ
レータ14に供給する一方、第1モータジェネレータ1
4は電動モータとして使用され、第2モータジェネレー
タ18から供給される電気エネルギーで作動させられ
る。この他、第1モータジェネレータ14を用いてエン
ジン12を始動したり、第2モータジェネレータ18を
用いて回生制動を行ったりするようになっている。第2
モータジェネレータ18のロータ18rは、第2動力伝
達装置22の第2ドライブギヤ22aに連結されてい
る。また、大トルクを必要とする第2モータジェネレー
タ18は、第1モータジェネレータ14よりも大型(大
径)で全長短縮に寄与している。
【0019】前記第1ドライブギヤ20a、第2ドライ
ブギヤ22aは、それぞれカウンタシャフト30に設け
られた第1ドリブンギヤ20b、第2ドリブンギヤ22
bと噛み合わされており、それぞれ所定の変速比で変速
して動力伝達が行われる。カウンタシャフト30には出
力歯車32が設けられ、傘歯車式の差動歯車装置34の
入力歯車である大径のリングギヤ36と噛み合わされて
おり、そのリングギヤ36が減速回転させられるととも
に、一対の出力軸38、40を経て左右の駆動輪(前
輪)42、44に動力が分配される。カウンタシャフト
30は中間軸に相当する。
【0020】前記エンジン12、フライホイール24,
ダンパ装置26、第1モータジェネレータ14、動力分
配機構16、第1動力伝達装置20、第2動力伝達装置
22、および第2モータジェネレータ18は、その順番
で略水平な第1軸線O1 上に軸方向に並んで互いに隣接
して配設されている。第1モータジェネレータ14、動
力分配機構16、第1動力伝達装置20、第2動力伝達
装置22の軸心を挿通して相対回転可能に入力シャフト
46が配設され、第1モータジェネレータ14側の端部
には前記ダンパ装置26の内周側部材が相対回転不能に
スプライン嵌合されているとともに、中間部には動力分
配機構16のキャリア16cが一体に固設されて、サン
ギヤ16sおよびリングギヤ16rの双方と噛み合わさ
れた複数のプラネタリギヤをそれぞれ回転可能に支持し
ている。
【0021】入力シャフト46の他端部には、第2モー
タジェネレータ18のロータ18rに一体に設けられた
円筒部48が相対回転可能に嵌合され、その円筒部48
に第2ドライブギヤ22aがスプライン嵌合により相対
回転不能に配設されているとともに、第1ドライブギヤ
20aがベアリングを介して相対回転可能に配設されて
いる。第1ドライブギヤ20aの軸方向の両側にはスラ
ストベアリングが配設され、円筒部48の先端部に螺合
されたナット50により、両ドライブギヤ20a、22
aが相対回転可能に円筒部48に保持されている。第1
ドライブギヤ20aは、連結部材52を介してリングギ
ヤ16rに一体的に連結されており、その連結部材52
によって出力部材が構成されている。
【0022】カウンタシャフト30は、第1軸線O1
平行な第2軸線O2 上に配設されており、軸方向におい
て前記第1モータジェネレータ14と第2モータジェネ
レータ18との間の位置において、それぞれモータサポ
ート54、第2モータハウジング56に配設されたベア
リング58、60により軸心まわりの回転可能且つ軸方
向の移動不能に支持されている。第1モータジェネレー
タ14および第2モータジェネレータ18は、何れもコ
イルエンドを小さくするために集中巻とされており、軸
方向長さを所定の範囲内に維持しつつ両者間にカウンタ
シャフト30を配設して、第1軸線O1 と第2軸線O2
の離間距離を小さくするようになっている。カウンタシ
ャフト30にはまた、軸方向において動力分配機構16
と略同じ位置に出力歯車32が一体に設けられており、
その出力歯車32とベアリング60との間において、第
2ドリブンギヤ22bが相対回転不能にスプライン嵌合
されているとともに、その嵌合部22cに第1ドリブン
ギヤ20bが圧入等により一体的に固設されている。
【0023】差動歯車装置34は、一対の出力軸38、
40の軸心が前記第1軸線O1 、第2軸線O2 と平行な
第3軸線O3 上に位置する姿勢で配設されており、小径
の第1モータジェネレータ14と略同じ位置に、差動用
の歯車機構を収容しているデフケース62が位置させら
れている。デフケース62は、第1モータハウジング6
4および第2モータハウジング56により、一対のベア
リングを介して第3軸線O3 まわりの回転可能に支持さ
れている。図1では、第1軸線O1 、第2軸線O2 、第
3軸線O3 が共通の平面(紙面)内に示されているが、
実際には、第2軸線O2 、第3軸線O3 は第1軸線O1
まわりにおいて異なる位置に配置されていて、第1軸線
1 と第3軸線O3 の離間距離は図1の場合よりも短
い。
【0024】第1モータハウジング64は、前記モータ
サポート54と共に第1モータジェネレータ14のハウ
ジングを構成しており、ロータ14rを回転可能に支持
している。エンジン12側へ突き出している入力シャフ
ト46と第1モータハウジング64との間は、オイルシ
ールによって液密にシールされている。第2モータハウ
ジング56は、モータカバー66と共に第2モータジェ
ネレータ18のハウジングを構成している。
【0025】このような本実施例のハイブリッド駆動装
置10においては、動力分配機構16からカウンタシャ
フト30に動力伝達する第1動力伝達装置20と、第2
モータジェネレータ18からカウンタシャフト30に動
力伝達する第2動力伝達装置22とが、別々に設けられ
ているため、第1動力伝達装置20の変速比(入力側回
転速度/出力側回転速度)を従来よりも小さくすること
により、高速巡航時に例えば前記図4(b) と同様に第1
モータジェネレータ(MG1)14および第2モータジ
ェネレータ(MG2)18による動力循環を小さくして
エネルギーロスを低減できる一方、第2動力伝達装置2
2の変速比を従来よりも大きくすれば、第2モータジェ
ネレータ18からカウンタシャフト30へ伝達されるト
ルクが大きくなり、第1動力伝達装置20の変速比の減
少に伴うエンジン12側のトルク低下に拘らず所望のト
ルクが得られて所定の登坂性能を確保できる。
【0026】このようにエンジン12からカウンタシャ
フト30へ動力を伝達する第1動力伝達装置20と、第
2モータジェネレータ18からカウンタシャフト30へ
動力を伝達する第2動力伝達装置22とが、別々に設け
られているため、それ等の変速比を適宜設定することに
より、登坂性能を損なうことなく高速巡航時のエネルギ
ーロスを低減することができる。
【0027】また、一対の第1ドリブンギヤ20bおよ
び第2ドリブンギヤ22bが、共通の嵌合部22cを介
してカウンタシャフト30に取り付けられるようになっ
ているため、部品点数が少なくなるとともに、カウンタ
シャフト30の軸方向寸法を短くしてコンパクトに構成
できる。特に、本実施例ではパーキングギヤ17が動力
分配機構16のリングギヤ16rに設けられているた
め、カウンタシャフト30の長さ寸法を一層短くできる
一方、第1モータジェネレータ14、第2モータジェネ
レータ18のコイルエンドが何れも集中巻とされている
ため、装置全体の軸方向寸法を所定の範囲内に維持しつ
つカウンタシャフト30をそれ等の第1モータジェネレ
ータ14と第2モータジェネレータ18との間に配置す
ることが可能で、第1軸線O1 と第2軸線O2 との間の
軸間距離を小さくしてコンパクトに構成できるのであ
る。
【0028】また、第1動力伝達装置20、第2動力伝
達装置22のドライブギヤ20a、22aは、スラスト
ベアリングを挟んでナット50により共締めされて、第
2モータジェネレータ18のロータ18rに一体に設け
られた円筒部48に配設されているため、この点でも装
置全体の軸方向寸法の増大が抑制されて所定の範囲内に
維持される。
【0029】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、これはあくまでも一具体例であり、
本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加
えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるハイブリッド駆動装置
の具体的構成を示す展開断面図である。
【図2】図1のハイブリッド駆動装置のギヤトレーン部
分を拡大して示す断面図である。
【図3】図1のハイブリッド駆動装置の概略構成を説明
する骨子図である。
【図4】高速巡航時に所定の回転数、トルクを得るため
に行われる動力循環を説明する図で、(b) は(a) に比較
してギヤトレーン部分の変速比を小さくした場合であ
る。
【符号の説明】
10:ハイブリッド駆動装置 12:エンジン 1
4:第1モータジェネレータ 16:動力分配機構
18:第2モータジェネレータ 20:第1動力伝
達装置 20a:第1ドライブギヤ 20b:第1
ドリブンギヤ22:第2動力伝達装置 22a:第2
ドライブギヤ 22b:第2ドリブンギヤ 22
c:嵌合部 30:カウンタシャフト(中間軸)
52:連結部材(出力部材) O1 :第1軸線 O
2 :第2軸線
フロントページの続き (72)発明者 山田 英治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 三浦 徹也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3D039 AA01 AA03 AB01 AB27 AC21 AC23 AC24 AD11 5H115 PA12 PG04 PI16 PI29 PU01 PU22 PU24 PU28 QE04 QI04 RE13 SE04 SE07 UI32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料の燃焼によって作動するエンジン
    と、第1モータジェネレータと、前記エンジンの出力を
    前記第1モータジェネレータおよび出力部材に分配する
    動力分配機構と、電気エネルギーで作動する第2モータ
    ジェネレータと、を第1軸線上に備えている一方、 該第1軸線と略平行な第2軸線上に中間軸が配設され、
    前記出力部材および前記第2モータジェネレータの出力
    を、該中間軸を介して駆動輪側へ伝達するハイブリッド
    駆動装置において、 前記出力部材と前記中間軸との間で動力伝達を行う第1
    動力伝達装置と、前記第2モータジェネレータと前記中
    間軸との間で動力伝達を行う第2動力伝達装置とが、別
    々に設けられていることを特徴とするハイブリッド駆動
    装置。
  2. 【請求項2】 前記第1動力伝達装置は、前記出力部材
    に設けられた第1ドライブギヤ、および前記中間軸に設
    けられて該第1ドライブギヤと噛み合わされた第1ドリ
    ブンギヤにて構成されている一方、 前記第2動力伝達装置は、前記出力部材に設けられた第
    2ドライブギヤ、および前記中間軸に設けられて該第2
    ドライブギヤと噛み合わされた第2ドリブンギヤにて構
    成されており、 前記第1ドリブンギヤおよび前記第2ドリブンギヤは、
    共通の嵌合部を介して前記中間軸に相対回転不能に取り
    付けられていることを特徴とする請求項1に記載のハイ
    ブリッド駆動装置。
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