JP2009120039A - 動力出力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】径方向へ装置の大型化を抑制できる動力出力装置を提供する。
【解決手段】内燃機関3と、第1モータ・ジェネレータ5と、出力軸6と、減速機構9と、動力分配機構7と、第2モータ・ジェネレータ8とが同軸上に配置されている。動力分配機構7は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、各回転要素を共線図上に配置したときに、中央に位置するリングギアR1に内燃機関3が連結され、リングギアR1との距離が短い方のキャリアC1に第1モータ・ジェネレータ5が減速機構9を介して連結され、かつ残りのサンギアS1に出力軸6及び第2モータ・ジェネレータ8が連結されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両に搭載することができる動力出力装置に関する。
この種の動力出力装置が搭載された車両として、内燃機関、発電機、電動機及びシングルピニオン型遊星歯車機構を備え、内燃機関が遊星歯車機構のキャリアに、発電機が二つの歯車を介して遊星歯車機構のリングギアに、電動機が他の二つの歯車を介して遊星歯車機構のサンギアにそれぞれ連結され、かつ内燃機関、遊星歯車機構及び駆動輪に動力を出力するための出力軸のそれぞれが同軸上に配置されたものがある(特許文献1)。また、この特許文献1には、内燃機関、発電機、電動機及びダブルピニオン型遊星歯車機構を備え、内燃機関が遊星歯車機構のリングギアに、発電機が二つの歯車を介して遊星歯車機構のキャリアに、電動機が他の二つの歯車を介して遊星歯車機構のサンギアにそれぞれ連結され、かつ内燃機関、遊星歯車機構及び出力軸のそれぞれが同軸上に配置された車両も開示されている。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜5が存在する。
特開昭50−30223号公報(第4図、第5図) 特開2005−98337号公報 特開2003−104072号公報 特開平10−58990号公報 特開2005−119573号公報
特許文献1に開示された装置は、二つの歯車を介して発電機や電動機が遊星歯車機構の回転要素に連結されていて、遊星歯車機構や出力軸等と同軸に配置されていない。このため、装置が径方向に大型化するおそれがある。
そこで、本発明は、径方向へ装置の大型化を抑制できる動力出力装置を提供することを目的とする。
本発明の動力出力装置は、内燃機関と、第1電動機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、前記第1電動機の回転を減速する減速機構と、前記内燃機関の動力を前記第1電動機及び前記出力部材へ分配できる動力分配機構と、前記出力部材側に動力を出力できる第2電動機とが同軸上に配置された動力出力装置であって、前記動力分配機構は、相互に差動回転する3つの回転要素を持つ遊星歯車機構として構成されるとともに、前記3つの回転要素を共線図上に配置したときに、中央に位置する第1回転要素に前記内燃機関が連結され、前記第1回転要素との距離が短い方の第2回転要素に前記第1電動機が前記減速機構を介して連結され、かつ残りの第3回転要素に前記出力部材及び前記第2電動機が連結されていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
この発明によれば、第1電動機、出力部材、減速機構、動力分配機構及び第2電動機のそれぞれが同軸上に配置されているため、装置が径方向に大型化することを抑制できる。また、内燃機関から出力部材へ到るギア比(エンジン直達ギア比)をハイギアードにできるので、車両の高速巡航時における動力循環が低減する。これにより、動力の伝達効率及び燃費が向上する。エンジン直達ギア比がハイギアードになると第1電動機側に対する内燃機関からの反力(エンジン反力)が大きくなるが、第1電動機は減速機構にて減速されて第2回転要素に連結されるから、第1電動機を第2回転要素に直結する場合に比べて、第1電動機の体格及び損失の増加を低減することができる。
本発明の動力出力装置の一態様において、前記第3回転要素と前記出力部材とが連結される高速モードと、前記第2回転要素と前記出力部材とが連結される低速モードとを切り替えることができるモード切替手段を更に備えてもよい(請求項2)。この態様によれば、高速モードと低速モードとを適宜切り替えることができる。これにより低車速、高負荷での電気動力伝達量が減少して伝達効率が向上する。例えば、前記モード切替手段は、車速及び負荷に関する所定基準よりも低車速かつ高負荷の状態で前記低速モードへ切り替えてもよい(請求項3)。
また、この態様において、前記減速機構は、複数の変速比を選択的に設定できるように構成されるとともに、前記低速モードへ切り替えられている際に前記複数の変速比の中からいずれかの変速比を選択し、かつ前記高速モードへ切り替えられている際に前記複数の変速比の中からハイギア側の変速比を選択してもよい(請求項4)。この場合、低速モード時は複数の変速比の中から変速比が選ばれるので第1電動機の最大トルク、回転速度(回転数)を低減しつつ駆動力が向上する。一方、高速モード時は第1電動機は比較的低トルクなのでローギア側の変速比を使う必要がない。また、低速モード時の高車速側でハイギア側の変速比を選択することにより、低速モードから高速モードへ切り替える際に変速比を維持したままでよい。このため、変速ショックを伴わずにモードを切り替えることができる。
低速モード及び高速モード間の切り替えは適宜のタイミングで実施されてもよいが、例えば、前記モード切替手段は、前記動力分配機構の前記第1回転要素、前記第2回転要素及び前記第3回転要素のそれぞれの回転速度差が所定範囲内に収まっている時に同期して、前記高速モードと前記低速モードとを切り替えてもよい(請求項5)。モード切替時のショックを抑えることができる。この態様において、前記モード切替手段は、前記動力分配機構の前記第1回転要素、前記第2回転要素及び前記第3回転要素のそれぞれの回転速度が一致した時に同期して前記高速モードと前記低速モードとを切り替えてもよい(請求項6)。この場合は、モード切替時のショックを更に抑えることができる。
本発明の動力出力装置の一態様において、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、前記動力分配機構は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてリングギアが、前記第2回転要素としてキャリアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられていてもよい(請求項7)。また、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、前記動力分配機構は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてリングギアが、前記第2回転要素としてキャリアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、かつ前記モード切替手段は、前記サンギアと前記出力部材とを連結することにより前記高速モードを実現する第1の状態と、前記キャリアと前記出力部材とを連結することにより前記低速モードを実現する第2の状態とを切り替える切替機構を備えてもよい(請求項8)。これらの態様によれば、内燃機関から離れる方向に向かって、第1電動機、減速機構、動力分配機構、第2電動機の順番で配置されるため、内燃機関から離れるに従って狭まるFR車両のフロアトンネルに適合させ易く、FR車両への車両搭載性に優れている。
本発明の動力出力装置の一態様において、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第2電動機、前記動力分配機構、前記減速機構、前記第1電動機の順番で配置されており、前記動力分配機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられてもよい(請求項9)。また、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第2電動機、前記動力分配機構、前記減速機構、前記第1電動機の順番で配置されており、前記動力分配機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、かつ前記モード切替手段は、前記サンギアと前記出力部材とを連結することにより前記高速モードを実現する第1の状態と、前記リングギアと前記出力部材とを連結することにより前記低速モードを実現する第2の状態とを切り替える切替機構を備えてもよい(請求項10)。これらの態様によれば、内燃機関から離れる方向に向かって、第2電動機、動力分配機構、減速機構、第1電動機の順番で配置されるため、これらの並び方向に関する寸法増大を抑制できる。そのため、同方向に関する寸法増大への制約が厳しいFF車両へ適用させ易く、FF車両への車両搭載性に優れている。
本発明の一態様において、前記動力分配機構は、前記第1電動機と前記第2電動機との間に配置されるとともに、前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、前記第1電動機と前記第2電動機との間に配置されたオイルポンプと、前記キャリアの動力を利用して前記オイルポンプを駆動できるオイルポンプ駆動機構とを更に備え、前記オイルポンプ駆動機構は、前記サンギアの外周側に配置され、かつ前記第2電動機の側に向かって前記キャリアの回転軸線方向に延びていてもよい(請求項11)。第1電動機と第2電動機との間にオイルポンプを配置した場合、第1電動機の回転を減速する減速機構とオイルポンプとが干渉するおそれがある。この態様によれば、オイルポンプ駆動機構がサンギアの外周側に配置され、かつ第2電動機の側に向かってキャリアの回転軸線方向に延びているため、オイルポンプを動力分配機構と第2電動機との間に配置でき、オイルポンプと減速機構との干渉を回避できる。これにより、装置の径方向への大型化を抑制しつつオイルポンプを第1電動機と第2電動機との間に配置できる。
この態様においては、前記動力分配機構及び前記減速機構のそれぞれは、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されてもよい(請求項12)。この場合には、ピニオンの数を削減することができ、コンパクトで低コストかつ低損失の動力出力装置を提供できる。
また、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、前記動力分配機構は、前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられてもよい(請求項13)。この場合、内燃機関から離れる方向に向かって、第1電動機、減速機構、動力分配機構、第2電動機の順番で配置されるため、内燃機関から離れるに従って狭まるFR車両のフロアトンネルに適合させ易く、FR車両への車両搭載性に優れている。
また、前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のリングギアとが一体化されており、一体化された前記二つのリングギアの間から半径方向内側に延びて前記動力分配機構と前記減速機構との間に介在するフランジを更に備えてもよい(請求項14)。この場合、フランジが動力分配機構と減速機構との間に介在しているため、これらの機構からのスラスト荷重をオイルポンプ駆動機構や減速機構との干渉を回避しながらフランジにて受け止めることができる。
また、前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のリングギアとが一体化され、これらのリングギアのそれぞれが互いにねじれ角が反対向きに形成されたはす歯歯車として構成されてもよい(請求項15)。この場合には、各リングギアのねじれ角が反対向きであることにより、動力分配機構及び減速機構のそれぞれのスラスト荷重の一部をキャンセルできるため、スラスト荷重を低減することができる。
また、前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のキャリアとが一体回転するように連結され、かつ前記減速機構のリングギアが回転不能に固定されてもよい(請求項16)。この場合には、スラスト荷重を受けるためのフランジを動力分配機構と減速機構との間に配置する必要がないので全長を短くすることができ、車両搭載性が更に向上する。
本発明の動力出力装置の一態様においては、前記第2電動機と前記出力部材との間に介在する変速部と、前記変速部を前記出力部材から選択的に切り離すクラッチを更に備えてもよい(請求項17)。このクラッチにて出力部材から変速部を適時に切り離すことにより、第2電動機及びその変速部による損失を低減することができる。
本発明の動力出力装置の一態様においては、前記第1電動機を制動できるブレーキを更に備えてもよい(請求項18)。第1電動機の作動が不要の場合にブレーキにて第1電動機を制動することにより、第1電動機の付随する損失を低減することができる。
以上説明したように、本発明によれば、第1電動機、出力部材、減速機構、動力分配機構及び第2電動機のそれぞれが同軸上に配置されているため、装置が径方向に大型化することを抑制できる。また、エンジン直達ギア比をハイギアードにできるので、車両の高速巡航時における動力循環が低減する。これにより、動力の伝達効率及び燃費が向上する。エンジン直達ギア比がハイギアードになる結果、第1電動機側に対するエンジン反力が大きくなるが、第1電動機は減速機構にて減速されて第2回転要素に連結されるから、第1電動機を第2回転要素に直結する場合に比べて、第1電動機の体格及び損失の増加を低減することができる。
(第1の形態)
図1は本発明の一形態に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示している。車両1はいわゆるハイブリッド車両として構成されている。即ち、ハイブリッド車は内燃機関を走行用の駆動力源として備えるとともに、モータ・ジェネレータ等の電動機を他の走行用の駆動力源として備えた車両である。そして、ハイブリッド車は、内燃機関をできるだけ効率の良い状態で運転する一方で、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を他の駆動力源にて補い、かつ車両減速時等にエネルギの回生を行うことにより、内燃機関のエミッション悪化の防止と燃費性能の向上とを実現できるように構成されている。
車両1にはその走行のために動力出力装置2Aが設けられている。動力出力装置2Aは、内燃機関3と、その内燃機関3から出力された動力を伝達する伝達軸4と、第1電動機としての第1モータ・ジェネレータ5と、車両1の駆動輪11に動力を出力するための出力部材としての出力軸6と、内燃機関3の動力を第1モータ・ジェネレータ5及び出力軸6へ分配できる動力分配機構7と、出力軸6側に動力を出力できる第2電動機としての第2モータ・ジェネレータ8と、第1モータ・ジェネレータ5と動力分配機構7との間に介在し第1モータ・ジェネレータ5の回転を減速する減速機構9と、第2モータ・ジェネレータ8と出力軸6との間に介在し第2モータ・ジェネレータ8の回転を変速する変速部10とを備えている。そして、内燃機関3、第1モータ・ジェネレータ5、出力軸6、減速機構9、動力分配機構7及び第2モータ・ジェネレータ8のそれぞれは同軸上、かつ内燃機関3から離れる方向(図1の右方向)に向かって、第1モータ・ジェネレータ5、減速機構9、動力分配機構7、第2モータ・ジェネレータ8の順番で配置されている。
内燃機関3は火花点火型の多気筒内燃機関として構成されている。内燃機関3の動力は不図示のクランク軸を介して伝達軸4に出力される。第1モータ・ジェネレータ5は電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成されている。第1モータ・ジェネレータ5には不図示のインバータを介して不図示のバッテリが電気的に接続されていて、そのインバータを制御することにより第1モータ・ジェネレータ5の出力トルク又は回生トルクを適宜設定するようになっている。第1モータ・ジェネレータ5は、伝達軸4と同軸上に回転可能に設けられたロータ5aと、そのロータ5aの外周側に位置するステータ5bとを有する。ステータ5bはケーシング12に固定されており回転しないようになっている。第2モータ・ジェネレータ8も第1モータ・ジェネレータ5と同様の構成を有している。即ち、第2モータ・ジェネレータ8は、伝達軸4(出力軸6)と同軸上に回転可能に設けられたロータ8aと、ロータ8aの外周側に位置するようにしてケーシング12に固定されたステータ8bとを有している。また、第2モータ・ジェネレータ8は不図示のインバータを介して不図示のバッテリが電気的に接続されている。
動力分配機構7はダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。即ち、動力分配機構7は外歯歯車であるサンギアS1と、そのサンギアS1に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアR1と、サンギアS1に噛み合うピニオン15及びリングギアR1に噛み合うピニオン16を相互に噛み合わせた状態で自転かつ公転自在に保持するキャリアC1とを有し、これらの3つの回転要素の間に差動作用を生じさせる周知の歯車機構である。この形態では、内燃機関3(伝達軸4)がリングギアR1に、第1モータ・ジェネレータ5が減速機構9を介してキャリアC1に、出力軸6がサンギアS1にそれぞれ連結されている。
減速機構9は、例えば3つの回転要素を持つ遊星歯車機構として構成することができる。この場合、3つの回転要素の中のいずれか一つが第1モータ・ジェネレータ5のロータ5aに、残りの回転要素の一方が動力分配機構7のキャリアC1に、残りの回転要素の他方が回転不能にケーシング12に固定されることにより、第1モータ・ジェネレータ5の回転を減速する機能を実現できる。変速部10も、減速機構9と同様にして遊星歯車機構として構成することができる。
図2は動力出力装置2Aの共線図の一例を示している。なお、共線図とは遊星歯車機構等の差動機構の各回転要素をギア比(速比)に基づく間隔で配列したときに各回転要素の回転速度(回転数)を直線で表すことができる周知のものである。また、図2において、「Eng」は内燃機関3を、「MG1」は第1モータ・ジェネレータ5を、「MG2」は第2モータ・ジェネレータ8をそれぞれ示す(以下の共線図においても同じ)。図2に示すように、動力分配機構7はダブルピニオン型の遊星歯車機構であるので、その3つの回転要素は共線図上に、キャリアC1、リングギアR1、サンギアS1の順番で並ぶ。この形態では、これらの回転要素のうち、中央に位置する第1回転要素であるリングギアR1に内燃機関3が連結され、リングギアR1との距離が近い方の第2回転要素であるキャリアC1に第1モータ・ジェネレータ5が減速機構9を介して連結され、残りの第3回転要素であるサンギアS1に出力軸6及び第2モータ・ジェネレータ8が連結されている。
図1及び図2に示した動力出力装置2Aによれば、第1モータ・ジェネレータ5、出力軸6、減速機構9、動力分配機構7及び第2モータ・ジェネレータ8のそれぞれが同軸上に配置されているため、装置が径方向に大型化することを抑制できる。また、図2から明らかなように、内燃機関3から出力軸6へ到るギア比(エンジン直達ギア比)をハイギアードにできるので、車両1の高速巡航時における動力循環が低減する。これにより、動力の伝達効率及び燃費が向上する。また、エンジン直達ギア比がハイギアードになると第1モータ・ジェネレータ5側に対する内燃機関3からの反力(エンジン反力)が大きくなるが、第1モータ・ジェネレータ5は減速機構9にて減速されて、動力分配機構7のキャリアC1に連結されるから、第1モータ・ジェネレータ5をキャリアC1に直結する場合に比べて、第1モータ・ジェネレータ5の体格及び損失の増加を低減することができる。更に、動力出力装置2Aは、内燃機関3から離れる方向に向かって、第1モータ・ジェネレータ5、減速機構9、動力分配機構7、第2モータ・ジェネレータ8の順番で配置されるため、内燃機関3から離れるに従って狭まるFR車両のフロアトンネルに適合させ易く、FR車両への車両搭載性に優れている。
(第2の形態)
次に、本発明の第2の形態を図3〜図8を参照して説明する。なお、以下の説明では、第1の形態と共通する構成には図面に同一符号を付して説明を省略する。図3は第2の形態に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示している。図3に示す動力出力装置2Bは動力伝達経路を変更するための切替機構20を更に備えている。また、第1モータ・ジェネレータ5の回転を減速する減速機構21は、少なくとも高低2つの変速比を選択的に設定できるように構成されている。減速機構21の具体的な機構は周知の機構と同様であるのでその機構の図示を省略する。第2モータ・ジェネレータ8のロータ8aは動力分配機構7のサンギアS1に変速を伴わずに連結されている。
切替機構20は動力分配機構7の第3回転要素であるサンギアS1と出力軸6とを連結する高速モードと、動力分配機構7の第2回転要素であるキャリアC1と出力軸6とを連結する低速モードとを切り替えることができる。図4は低速モード時の共線図の一例を示している。この図からも明らかなように、キャリアC1と出力軸6とが切替機構20にて連結されている。高速モード時の共線図は第1の形態の共線図である図2と同じである。つまり、この形態では、出力軸6の連結状態を図4の状態と図2の状態との間で切り替えることができる。
このような切り替えを実現するため、切替機構20は、サンギアS1と出力軸6とを連結できる図3の位置aと、キャリアC1と出力軸6とを連結できる図3の位置bとの間で軸線方向に移動できるスリーブ22を備えている。詳細な図示を省略するが、スリーブ22は両位置a、bにおいて相手方部材の外周面に形成された外側スプラインに噛み合うことができる内側スプラインが内周面に形成されている。即ち、切替機構20は噛み合い式クラッチとして構成されている。スリーブ22の移動はアクチュエータ23にて駆動され、そのアクチュエータ23の動作は車両1の動作制御を行うコンピュータとして構成された制御装置24にて制御される。図示を略したが、制御装置24はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺装置を備えている。制御装置24はアクチュエータ23の動作制御の他に、各種センサからの情報を参照して内燃機関3、第1モータ・ジェネレータ5、減速機構21及び第2モータ・ジェネレータ8のそれぞれの動作制御を行っている。なお、以下においては制御装置24が行う制御のうち本発明と関連する制御に限定して説明する。
高速モード及び低速モード間の切替は適宜の条件で実施してよいが、制御装置24は車両1の車速及び負荷に関する所定基準よりも低車速かつ高負荷の状態で低速モードへ切り替え、その他の状態で高速モードへ切り替えている。その制御を実現するため、制御装置24には車両1の車速に応じた信号を出力する車速センサ25と、車両1の負荷に相関するアクセルペダル(不図示)の操作量に応じた信号を出力するアクセル位置センサ26とがそれぞれ接続されている。
図5は制御装置24が行うモード切替制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムは制御装置24のROMに保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。まず、ステップS1においては、車両1の運転状態として車速及び負荷を取得する。これらの取得は車速センサ25及びアクセル位置センサ26からの信号に基づいて行われる。次に、ステップS2において、車速及び負荷が低速モードに切り替えるための所定基準に対して低車速かつ高負荷であるか否かを判定する。低車速かつ高負荷の場合にはステップS3に進み、スリーブ22の位置を位置a(図3)へ移動するようにアクチュエータ23を操作することにより低速モードへ切り替える。一方、低車速かつ高負荷でない場合はステップS4に進み、スリーブ22の位置を位置b(図3)へ移動するようにアクチュエータ23を操作することにより高速モードへ切り替える。
低速モード及び高速モード間のモードの切り替えは、動力分配機構7の第1回転要素であるリングギアR1、第2回転要素であるキャリアC1及び第3回転要素であるサンギアS1のそれぞれの回転速度差が所定範囲内に収まっている時に同期して行われる。図6はモードの切替時の共線図の一例を示している。この図から明らかなように、動力出力装置2Bは、動力分配機構7の各回転要素の回転速度が一致したときにモードの切り替えが同期して行われる。各回転要素の回転速度を一致させるために制御装置24は第1モータ・ジェネレータ5及び第2モータ・ジェネレータ8の動作を制御している。このような制御が実行されることで、ショックが緩和されて滑らかなモードの切り替えが実現されている。
図5に戻り、ステップS5では、車速及び負荷に応じた変速比が選択されるように減速機構21を制御して今回のルーチンを終了する。低速モードでは、車速が高い場合はハイギア側の変速比が、車速が低い場合はローギア側の変速比がそれぞれ選択されるようになっている。ステップS6では、ハイギア側の変速比が選択されるように減速機構21が制御されて、今回のルーチンを終了する。なお、各モードの切り替えにおいては、頻繁にモード切り替えが行われることを防止するため、二つの閾値を用いてモードの切り替えにヒステリシスを設けることも可能である。
図7は動力出力装置2Bの伝達効率と出力軸6の回転速度に対する内燃機関3の回転速度の比iとの関係を示し、図8は動力出力装置2Bの第1モータ・ジェネレータ5及び第2モータ・ジェネレータ8のトルクと出力軸6の回転速度に対する内燃機関3の回転速度の比iとの関係を示している。これらの図中の破線はモードを切り替えない場合の伝達効率及びトルクを示す。また、比iは内燃機関3の回転速度が一定であれば出力軸6の回転速度が大きいほど小さくなる。つまり、比iは車両1の車速が高くなるほど小さくなる変数である。
これらの図から理解できるように、動力出力装置2Bによれば、低車速、高負荷では低速モードへ切り替えられることにより、電気動力伝達量が減少して伝達効率が向上する。更に、低速モード時には、高車速側でハイギア側の変速比が低車速側でローギア側の変速比が選ばれるので第1モータ・ジェネレータ5の最大トルク、回転速度(回転数)を低減しつつ駆動力が向上する。一方、高速モード時は第1モータ・ジェネレータ5は比較的低トルクなためハイギア側の変速比が選択される。また、低速モード時の高車速側でハイギア側の変速比が選択されるから、低速モードから高速モードへ切り替える際に変速比を維持したままでよい。このため、変速ショックを伴わずにモードを切り替えることができる。また、第1の形態と同様に、動力出力装置2Bは、内燃機関3から離れる方向に向かって、第1モータ・ジェネレータ5、減速機構21、動力分配機構7、第2モータ・ジェネレータ8の順番で配置されるため、内燃機関3から離れるに従って狭まるFR車両のフロアトンネルに適合させ易くFR車両への車両搭載性に優れている。
なお、第2の形態においては、切替機構20、アクチュエータ23及び制御装置24の組み合わせにより、本発明に係るモード切替手段が構成される。
(第3の形態)
次に、本発明の第3の形態を図9〜図11を参照して説明する。なお、以下の説明では、第1の形態と共通する構成には図面に同一符号を付して説明を省略する。図9は第3の形態に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示し、図10は図9の動力出力装置の部分断面を模式的に示している。また、図11は第3の形態の動力出力装置の共線図の一例を示している。
これらの図に示すように、動力出力装置2Cの減速機構31及び動力分配機構32のそれぞれはいわゆるシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。そのため、ピニオンの数を削減でき、コンパクトで低コストかつ低損失にできる。減速機構31は外歯歯車であるサンギアS31と、そのサンギアS31と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR31と、これらサンギアS31及びリングギR31のそれぞれに噛み合うピニオン33を自転かつ公転自在に保持するキャリアC31とを有し、そのキャリアC31は回転不能な状態でケーシング12に固定されている。第1モータ・ジェネレータ5のロータ5aはサンギアS31に連結されている。一方、動力分配機構32は外歯歯車であるサンギアS32と、そのサンギアS32と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR32と、これらサンギアS32及びリングギアR32のそれぞれに噛み合うピニオン34を自転かつ公転自在に保持するキャリアC32とを有している。減速機構31のリングギアR31と動力分配機構32のリングギアR32とは一体化されており、図10に示すように、これらリングギアR31、R32の間から半径方向内側に延びて減速機構31と動力分配機構32との間に介在するフランジ35が更に設けられている。フランジ35は減速機構31のキャリアC31と動力分配機構32のキャリアC32とに対して直接接触しないように、これらの間にスラストベアリング36、36が介在している。
また、動力出力装置2Cには、第1モータ・ジェネレータ5と第2モータ・ジェネレータ8との間に配置されたオイルポンプ37と、動力分配機構32のキャリアC32の動力を利用してオイルポンプ37を駆動できるオイルポンプ駆動機構38とが設けられている。図10に示すように、オイルポンプ37はケーシング12に固定されたハウジング37aとそのハウジング37a内に回転可能に収容されたロータ37bとを備えている。オイルポンプ駆動機構38は動力分配機構32のサンギアS32の外周側に配置されている。オイルポンプ駆動機構38は第2モータ・ジェネレータ8の側に向かってキャリアC32の回転軸線方向に延びてオイルポンプ37のロータ39に結合された駆動軸39と、その駆動軸39に対してキャリアC32の回転を伝達する回転伝達機構40とを備えている。回転伝達機構40はキャリアC32と一体回転する駆動ギア40aと、その駆動ギア40aに噛み合って駆動軸39に結合された被駆動ギア40bとを有するギア列として構成される。なお、ギア列の代わりにベルト又はチェーン等の伝達手段にて回転伝達機構40を構成してもよい。
図11の共線図から明らかなように、動力分配機構32はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されているため、リングギアR32、キャリアC32、サンギアS32の順番で共線図上に配置される。そして、これら3つの回転要素のうち、中央に位置する第1回転要素であるキャリアC32には内燃機関3が連結され、キャリアC32との距離が短い方の第2回転要素であるリングギアR32には第1モータ・ジェネレータ5が減速機構31を介して連結され、残りの第3回転要素であるサンギアS32には第2モータ・ジェネレータ8及び出力軸6が連結されている。これにより、動力出力装置2Cは第1の形態と同等の効果を発揮することができる。
更に、図10に示したように、オイルポンプ駆動機構38がサンギアS32の外周側に配置され、かつ第2モータ・ジェネレータ8の側に向かってキャリアC32の回転軸線方向に延びているため、オイルポンプ38を動力分配機構32と第2モータ・ジェネレータ8との間に配置でき、オイルポンプ37と減速機構31との干渉を回避できる。これにより、装置の径方向への大型化を抑制しつつオイルポンプ37を第1モータ・ジェネレータ5と第2モータ・ジェネレータ8との間に配置できる。よって、限られたスペースを有効に活用することができる。また、第1の形態と同様に、動力出力装置2Cは、内燃機関3から離れる方向に向かって、第1モータ・ジェネレータ5、減速機構31、動力分配機構32、第2モータ・ジェネレータ8の順番で配置されるため、内燃機関3から離れるに従って狭まるFR車両のフロアトンネルに適合させ易くFR車両への車両搭載性に優れている。更に、減速機構31と動力分配機構32との間にフランジ35が介在するため、これらの機構からのスラスト荷重をオイルポンプ駆動機構38や減速機構31との干渉を回避しながらフランジ35にて受け止めることができる。なお、一体化された各リングギアR31、R32を互いにねじれ角が反対向きに形成されたはす歯歯車として構成してもよい。この場合には、各リングギアR31、R32のねじれ角が反対向きであることにより、動力分配機構32及び減速機構31のそれぞれのスラスト荷重の一部をキャンセルできるため、スラスト荷重を低減することができる。
本発明は以上の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述した動力分配機構及び減速機構の構成は一例にすぎず、これらを機構学上等価な別形態に変更することも可能である。また、動力分配機構及び減速機構の各回転要素に対する接続関係も別形態に変更することも可能である。例えば、上記の各形態を以下に説明する変形例に変更することによって本発明を実施することもできる。なお、以下の説明では、上記の各形態と共通する構成には図面に同一符号を付して説明を省略する。
図12は第1の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示している。図12の動力出力装置2Dは減速機構45及び動力分配機構46を備えており、これらの機構45、46はそれぞれシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。また、動力出力装置2Dには、出力部材として出力ギア47が設けられており、その出力ギア47を介して動力が駆動輪11に出力される。
減速機構45は外歯歯車であるサンギアS41と、そのサンギアS41と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR41と、これらサンギアS41及びリングギR41のそれぞれに噛み合うピニオン48を自転かつ公転自在に保持するキャリアC41とを有し、そのキャリアC41は回転不能な状態でケーシング12に固定されている。また、動力分配機構46は外歯歯車であるサンギアS42と、そのサンギアS42と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR42と、これらサンギアS42及びリングギアR42のそれぞれに噛み合うピニオン49を自転かつ公転自在に保持するキャリアC42とを有している。減速機構45のリングギアR41と動力分配機構46のリングギアR42とは一体化されている。
図13は図12の動力出力装置2Dの共線図の一例を示している。図13から明らかなように、動力分配機構46はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されているため、リングギアR42、キャリアC42、サンギアS42の順番で共線図上に配置される。そして、これら3つの回転要素のうち、中央に位置する第1回転要素であるキャリアC42には内燃機関3が連結され、キャリアC42との距離が短い方の第2回転要素であるリングギアR42には第1モータ・ジェネレータ5が減速機構45を介して連結され、残りの第3回転要素であるサンギアS42には第2モータ・ジェネレータ8及び出力ギア47が連結されている。これにより、動力出力装置2Dは第1の形態と同等の効果を発揮することができる。
更に、図12に示したように、動力出力装置2Dは、内燃機関3から離れる方向に向かって、第2モータ・ジェネレータ8、動力分配機構46、減速機構45、第1モータ・ジェネレータ5の順番でこれらが配置されているので、これらの並び方向に関する寸法増大を抑制できる。そのため、同方向に関する寸法増大への制約が厳しいFF車両へ適用させ易く、FF車両への車両搭載性に優れている。
図14は第2の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示している。この図において、図12の変形例と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。図14の動力出力装置2Eは出力部材としての出力軸51への動力伝達経路を変更できる切替機構50を有しており、その切替機構50は動力分配機構46の第3回転要素であるサンギアS42と出力軸51とを連結する高速モードと、動力分配機構46の第2回転要素であるキャリアC42と出力軸51とを連結する低速モードとを切り替えることができる。切替機構50は一対のクラッチ52、53を備えており、一方のクラッチ52はサンギアS42と出力軸51とを断続し、他方のクラッチ53はキャリアC42と出力軸51とを断続する。従って、クラッチ52を係合状態にし、かつクラッチ53を解放状態にすることにより高速モードへ切り替えることができ、逆にクラッチ52を解放状態にし、かつクラッチ53を係合状態にすることにより低速モードへ切り替えることができる。
これらのクラッチ52、53の動作は制御装置24にて行うことができ、その制御装置24が図5の制御ルーチンを実行することにより、第2の形態と同一の効果を発揮できる。図14の形態の場合、切替機構50及び制御装置24の組み合わせにより、本発明に係るモード切替手段が構成される。
図15は第3の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示し、図16は図15の動力出力装置の部分断面を模式的に示している。これらの図において、第3の形態と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。これらの図に示した動力出力装置2Fは減速機構61及び動力分配機構62を備えており、これらの機構61、62はそれぞれシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。減速機構61は外歯歯車であるサンギアS61と、そのサンギアS61と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR61と、これらサンギアS61及びリングギR61のそれぞれに噛み合うピニオン63を自転かつ公転自在に保持するキャリアC61とを有し、リングギアR61は回転不能な状態でケーシング12に固定されている。第1モータ・ジェネレータ5のロータ5aはサンギアS61に連結されている。一方、動力分配機構62は外歯歯車であるサンギアS62と、そのサンギアS62と同軸上に配置された内歯歯車であるリングギアR62と、これらサンギアS62及びリングギアR62のそれぞれに噛み合うピニオン64を自転かつ公転自在に保持するキャリアC62とを有している。減速機構61のキャリアC61と動力分配機構62のリングギアR62とは一体回転するように連結されている。
図17は図15の動力出力装置2Fの共線図の一例を示している。図17から明らかなように、動力分配機構62はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されているため、リングギアR62、キャリアC62、サンギアS62の順番で共線図上に配置される。そして、これら3つの回転要素のうち、中央に位置する第1回転要素であるキャリアC62には内燃機関3が連結され、キャリアC62との距離が短い方の第2回転要素であるリングギアR62には第1モータ・ジェネレータ5が減速機構61を介して連結され、残りの第3回転要素であるサンギアS62には第2モータ・ジェネレータ8及び出力軸6が連結されている。これにより、動力出力装置2Fは第3の形態と同等の効果を発揮することができる。更に、減速機構61のキャリアC61と動力分配機構62のリングギアR62とは一体回転するように連結されているため、第3の形態のようにスラスト荷重を受けるためのフランジを動力分配機構62と減速機構61との間に配置する必要がないので、全長を短くすることができ、車両搭載性が更に向上する。
図1、図9及び図15に示した形態のように、第2モータ・ジェネレータ8と出力軸6との間に変速部10を介在させる形態の場合、その変速部10を出力軸6から選択的に切り離すことができるように変更してもよい。図18は、その変形例に係る動力出力装置が組み込まれた車両の概略を示している。なお、ここでは、図9の形態を基礎としたものを説明し、図9の形態と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。動力出力装置2Gは変速部10を出力軸6から選択的に切り離すことができるクラッチ70を備えている。第2モータ・ジェネレータ8が無負荷状態のときにクラッチ70を解放状態として変速部10を出力軸6から切り離すことにより、変速部10及び第2モータ・ジェネレータ8が出力軸6と連れ回ることを防止できるため、第2モータ・ジェネレータ8及び変速部10による損失を低減することができる。
また、図19に示すように、図18の動力出力装置2Gに第1モータ・ジェネレータ5を制動できるブレーキ80を追加することもできる。この場合、ブレーキ80を係合状態とすることにより、減速機構31のリングギアR31と動力分配機構32のリングギアR32とが共に回転不能に固定される。その結果、内燃機関3の動力が出力軸6にのみ伝達される直結段を形成することができる。従って、図19の形態により、ブレーキ80を係合状態とし、かつクラッチ70にて変速部10を出力軸6から切り離すことにより、第1モータ・ジェネレータ5に付随する損失をも抑制できるため、高速走行時における損失を可能な限り低減することができる。
本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の概略を示した図。 図1に示した動力出力装置の共線図の一例を示した図。 第2の形態に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示した図。 低速モード時の共線図の一例を示した図。 モード切替制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 モードの切替時の共線図の一例を示した図。 図3に示した動力出力装置の伝達効率と出力軸の回転速度に対する内燃機関の回転速度の比iとの関係を示した図。 図3に示した動力出力装置の第1モータ・ジェネレータ及び第2モータ・ジェネレータのトルクと出力軸の回転速度に対する内燃機関の回転速度の比iとの関係を示した図。 第3の形態に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示した図。 図9の動力出力装置の部分断面を模式的に示した図。 第3の形態の動力出力装置の共線図の一例を示した図。 第1の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示した図。 図12に示した動力出力装置の共線図の一例を示した図。 第2の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示した図。 第3の形態の変形例に係る動力出力装置が適用された車両の概略を示した図。 図15の動力出力装置の部分断面を模式的に示した図。 図15の動力出力装置の共線図の一例を示した図。 図1、図9及び図15に示した動力出力装置の変速部を出力軸から選択的に切り離すことができるように変更した変形例を示した図。 図18の動力出力装置の変形例を示した図。
符号の説明
1 車両
2A〜2G 動力出力装置
3 内燃機関
5 第1モータ・ジェネレータ(第1電動機)
6 出力軸(出力部材)
7 動力分配機構
8 第2モータ・ジェネレータ(第2電動機)
9 減速機構
10 変速部
11 駆動輪
20 切替機構
21 減速機構
23 アクチュエータ
24 制御装置
31 減速機構
32 動力分配機構
35 フランジ
37 オイルポンプ
38 オイルポンプ駆動機構
45 減速機構
46 動力分配機構
47 出力ギア(出力部材)
50 切替機構
51 出力軸(出力部材)
52 クラッチ
53 クラッチ
61 減速機構
62 動力分配機構
70 クラッチ
80 ブレーキ

Claims (18)

  1. 内燃機関と、第1電動機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、前記第1電動機の回転を減速する減速機構と、前記内燃機関の動力を前記第1電動機及び前記出力部材へ分配できる動力分配機構と、前記出力部材側に動力を出力できる第2電動機とが同軸上に配置された動力出力装置であって、
    前記動力分配機構は、相互に差動回転する3つの回転要素を持つ遊星歯車機構として構成されるとともに、前記3つの回転要素を共線図上に配置したときに、中央に位置する第1回転要素に前記内燃機関が連結され、前記第1回転要素との距離が短い方の第2回転要素に前記第1電動機が前記減速機構を介して連結され、かつ残りの第3回転要素に前記出力部材及び前記第2電動機が連結されていることを特徴とする動力出力装置。
  2. 前記第3回転要素と前記出力部材とが連結される高速モードと、前記第2回転要素と前記出力部材とが連結される低速モードとを切り替えることができるモード切替手段を更に備える請求項1に記載の動力出力装置。
  3. 前記モード切替手段は、車速及び負荷に関する所定基準よりも低車速かつ高負荷の状態で前記低速モードへ切り替える請求項2に記載の動力出力装置。
  4. 前記減速機構は、複数の変速比を選択的に設定できるように構成されるとともに、前記低速モードへ切り替えられている際に前記複数の変速比の中からいずれかの変速比を選択し、かつ前記高速モードへ切り替えられている際に前記複数の変速比の中からハイギア側の変速比を選択する請求項2又は3に記載の動力出力装置。
  5. 前記モード切替手段は、前記動力分配機構の前記第1回転要素、前記第2回転要素及び前記第3回転要素のそれぞれの回転速度差が所定範囲内に収まっている時に同期して、前記高速モードと前記低速モードとを切り替える請求項2〜4のいずれか一項に記載の動力出力装置。
  6. 前記モード切替手段は、前記動力分配機構の前記第1回転要素、前記第2回転要素及び前記第3回転要素のそれぞれの回転速度が一致した時に同期して前記高速モードと前記低速モードとを切り替える請求項5に記載の動力出力装置。
  7. 前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、
    前記動力分配機構は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてリングギアが、前記第2回転要素としてキャリアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられている請求項1に記載の動力出力装置。
  8. 前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、
    前記動力分配機構は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてリングギアが、前記第2回転要素としてキャリアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、かつ
    前記モード切替手段は、前記サンギアと前記出力部材とを連結することにより前記高速モードを実現する第1の状態と、前記キャリアと前記出力部材とを連結することにより前記低速モードを実現する第2の状態とを切り替える切替機構を備える、請求項2〜6のいずれか一項に記載の動力出力装置。
  9. 前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第2電動機、前記動力分配機構、前記減速機構、前記第1電動機の順番で配置されており、
    前記動力分配機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられている請求項1に記載の動力出力装置。
  10. 前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第2電動機、前記動力分配機構、前記減速機構、前記第1電動機の順番で配置されており、
    前記動力分配機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成され、かつ前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、かつ
    前記モード切替手段は、前記サンギアと前記出力部材とを連結することにより前記高速モードを実現する第1の状態と、前記リングギアと前記出力部材とを連結することにより前記低速モードを実現する第2の状態とを切り替える切替機構を備える、請求項2〜6のいずれか一項に記載の動力出力装置。
  11. 前記動力分配機構は、前記第1電動機と前記第2電動機との間に配置されるとともに、前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられており、
    前記第1電動機と前記第2電動機との間に配置されたオイルポンプと、前記キャリアの動力を利用して前記オイルポンプを駆動できるオイルポンプ駆動機構とを更に備え、
    前記オイルポンプ駆動機構は、前記サンギアの外周側に配置され、かつ前記第2電動機の側に向かって前記キャリアの回転軸線方向に延びている請求項1〜6のいずれか一項に記載の動力出力装置。
  12. 前記動力分配機構及び前記減速機構のそれぞれは、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている請求項11に記載の動力出力装置。
  13. 前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構及び前記第2電動機は、前記内燃機関から離れる方向に向かって、前記第1電動機、前記減速機構、前記動力分配機構、前記第2電動機の順番で配置されており、
    前記動力分配機構は、前記第1回転要素としてキャリアが、前記第2回転要素としてリングギアが、前記第3回転要素としてサンギアがそれぞれ設けられている請求項12に記載の動力出力装置。
  14. 前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のリングギアとが一体化されており、
    一体化された前記二つのリングギアの間から半径方向内側に延びて前記動力分配機構と前記減速機構との間に介在するフランジを更に備える請求項13に記載の動力出力装置。
  15. 前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のリングギアとが一体化され、これらのリングギアのそれぞれが互いにねじれ角が反対向きに形成されたはす歯歯車として構成されている請求13に記載の動力出力装置。
  16. 前記動力分配機構のリングギアと前記減速機構のキャリアとが一体回転するように連結され、かつ前記減速機構のリングギアが回転不能に固定されている請求項13に記載の動力出力装置。
  17. 前記第2電動機と前記出力部材との間に介在する変速部と、前記変速部を前記出力部材から選択的に切り離すクラッチを更に備える請求項1〜16のいずれか一項に記載の動力出力装置。
  18. 前記第1電動機を制動できるブレーキを更に備える請求項1〜17のいずれか一項に記載の動力出力装置。
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