上記の特許文献1に記載されている変速機では、二つのモータ・ジェネレータおよび三組の遊星歯車機構ならびに出力軸が、エンジンの軸線方向に並んで配置されているので、前置きエンジン・後輪駆動車におけるように、エンジンからその軸線の延長方向に動力を伝達して出力する構成の場合には有利である。しかしながら、エンジンを含む全長が長くなるので、エンジンを車両の幅方向に向けて配置する車両のように、エンジンの軸線方向での空間長さに制限がある場合には、車両への搭載が制限されるなど、いわゆる車載性が悪化する可能性がある。
また、上述した各特許文献に記載された装置では、クラッチやブレーキを設けているものの、エンジンや各モータ・ジェネレータが連結されている相手部材は変化することがなく、遊星歯車機構を介した動力の伝達経路を変更する構成であるから、いわゆる運転モードを変更できても、動力の伝達効率を向上させて燃費を更に向上させる点で改善の余地があった。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車載性に優れ、また動力伝達効率を改善できるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つ以上の回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記切換機構は、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記内燃機関が連結された回転要素、前記出力部材が連結された回転要素、第1の前記電動機が連結された回転要素、第2の前記電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードと、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記第1の電動機が連結された回転要素、前記内燃機関が連結された回転要素、前記出力部材が連結された回転要素、前記第2の電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードとに切り換える機構を含むことを特徴とするものである。
請求項2の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて四つ以上の回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記切換機構は、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記内燃機関が連結された回転要素、前記出力部材および前記第1の電動機が連結された回転要素、前記第2の電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードと、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記第1の電動機が連結された回転要素、前記内燃機関が連結された回転要素、前記出力部材が連結された回転要素、前記第2の電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードとに切り換える機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項3の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、第1サンギヤと、該第1サンギヤに対して同心円状に配置された第1リングギヤと、これら第1サンギヤと第1リングギヤとに噛合するピニオンギヤを保持する第1キャリヤとを有する第1シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記第2の電動機に連結された第2サンギヤと、前記第1キャリヤおよび前記内燃機関に連結されかつ前記第2サンギヤに対して同心円状に配置された第2リングギヤと、これら第2サンギヤと第2リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持しかつ前記第1リングギヤに連結された第2キャリヤとを有する第2シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記複合遊星歯車機構と同一軸線上に、前記第2サンギヤおよび前記第2の電動機に連結された第3サンギヤと、前記第1リングギヤおよび第2キャリヤに連結された第3リングギヤと、これら第3サンギヤと第3リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持する第3キャリヤとを有する第3シングルピニオン型遊星歯車機構とから構成され、前記第1の電動機がその中心軸線を前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行にして配置されるとともに、前記第1の電動機と同一軸線上に配置されたギヤと前記第1サンギヤに連結されたギヤとからなる第1ギヤ対と、前記第1の電動機と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第3キャリヤに連結されたギヤとからなる第2ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第1ギヤ対と第2ギヤ対とを前記第1の電動機に選択的に連結するように構成され、さらに前記第3リングギヤと前記出力部材とを連結する第1伝動機構が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である。
請求項4の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、第4サンギヤと、該第4サンギヤに対して同心円状に配置された第4リングギヤと、これら第4サンギヤと第4リングギヤとに噛合したピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合している他のピニオンギヤと、該他のピニオンギヤと前記ピニオンギヤとを保持する第4キャリヤと、前記他のピニオンギヤに噛合しかつ前記第2の電動機に連結された第5サンギヤと、該第5サンギヤに対して同心円状に配置されかつ前記他のピニオンギヤに噛合しさらに前記内燃機関に連結された第5リングギヤとを有し、前記第1の電動機がその中心軸線を前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行にして配置されるとともに、前記第1の電動機と同一軸線上に配置されたギヤと前記第4リングギヤに連結されたギヤとからなる第3ギヤ対と、前記第1の電動機と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第4サンギヤに連結されたギヤとからなる第4ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第3ギヤ対と第4ギヤ対とを前記第1の電動機に選択的に連結するように構成され、さらに前記第4キャリヤと前記出力部材とを連結する第2伝動機構が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である。
請求項5の発明は、請求項1,3,4のいずれかの発明において、前記複合遊星歯車機構は五つの回転要素を有し、それらの回転要素のうちの三つの回転要素が前記内燃機関と出力部材と第2の電動機とに個別に連結され、かつ前記切換機構は、前記第1の電動機を他の二つの回転要素に選択的に連結する機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項6の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて四つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、第6サンギヤと、該第6サンギヤに対して同心円状に配置された第6リングギヤと、これら第6サンギヤと第6リングギヤとに噛合するピニオンギヤを保持する第6キャリヤとを有する第4シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記第2の電動機に連結された第7サンギヤと、前記第6キャリヤおよび前記内燃機関に連結されかつ前記第7サンギヤに対して同心円状に配置された第7リングギヤと、これら第7サンギヤと第7リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持しかつ前記第6リングギヤに連結された第7キャリヤとを有する第5シングルピニオン型遊星歯車機構とから構成され、前記第1の電動機がその中心軸線を前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行にして配置されるとともに、前記第1の電動機と同一軸線上に配置されたギヤと前記第6サンギヤに連結されたギヤとからなる第5ギヤ対と、前記第1の電動機と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第7サンギヤに連結されたギヤとからなる第6ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第5ギヤ対と第6ギヤ対とを前記第1の電動機に選択的に連結するように構成され、さらに前記第6キャリヤと前記出力部材とを連結する第3伝動機構が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である。
請求項7の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて四つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、第8サンギヤと、該第8サンギヤに隣接しかつ同一軸線上に配置されるとともに前記第2の電動機に連結された第9サンギヤと、前記第8サンギヤに噛合したピニオンギヤと、該ピニオンギヤと前記第9サンギヤとに噛合している他のピニオンギヤと、該他のピニオンギヤに噛合しかつ前記第9サンギヤに対して同心円状に配置されるとともに前記内燃機関に連結された第8リングギヤとを有し、前記第1の電動機がその中心軸線を前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行にして配置されるとともに、前記第1の電動機と同一軸線上に配置されたギヤと前記第8キャリヤに連結されたギヤとからなる第7ギヤ対と、前記第1の電動機と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第8サンギヤに連結されたギヤとからなる第8ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第7ギヤ対と第8ギヤ対とを前記第1の電動機に選択的に連結するように構成され、さらに前記第8キャリヤと前記出力部材とを連結する第4伝動機構が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である。
請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれかの発明において、前記切換機構は、前記いずれか二つの回転要素との間でトルクを伝達する変速比の互いに異なるギヤ対を選択して、該選択されたギヤ対を前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかに連結する機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項9の発明は、請求項1ないし8のいずれかの発明において、前記第2の電動機の回転数がゼロもしくはゼロに近い回転数になったときに前記切換機構を切換動作させる手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項10の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つ以上の回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記切換機構は、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記第1の電動機が連結された回転要素、前記内燃機関が連結された回転要素、前記出力部材が連結された回転要素、前記第2の電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードと、前記複合遊星歯車機構についての共線図上で各回転要素が、前記第1の電動機が連結された回転要素、前記出力部材が連結された回転要素、前記内燃機関が連結された回転要素、前記第2の電動機が連結された回転要素が順に並ぶ運転モードとに切り換える機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項11の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、前記第1の電動機に連結された第10サンギヤと、該第10サンギヤに対して同心円状に配置された第10リングギヤと、これら第10サンギヤと第10リングギヤとに噛合するピニオンギヤを保持する第10キャリヤとを有する第6シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記第2の電動機に連結された第11サンギヤと、前記第10キャリヤに連結されかつ前記第11サンギヤに対して同心円状に配置された第11リングギヤと、これら第11サンギヤと第11リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持しかつ前記第10リングギヤに連結された第11キャリヤとを有する第7シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記複合遊星歯車機構と同一軸線上に、前記第11サンギヤおよび前記第2の電動機に連結された第12サンギヤと、前記第10リングギヤおよび第11キャリヤに連結された第12リングギヤと、これら第12サンギヤと第12リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持する第12キャリヤとを有する第8シングルピニオン型遊星歯車機構とから構成され、前記内燃機関が前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されるとともに、前記内燃機関と同一軸線上に配置されたギヤと前記第10キャリヤおよび第11リングギヤに連結されたギヤとからなる第9ギヤ対と、前記内燃機関と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第12キャリヤに連結されたギヤとからなる第10ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第9ギヤ対と第10ギヤ対とを前記内燃機関に選択的に連結するように構成され、さらに前記第12リングギヤと前記出力部材とを連結する第5伝動機構が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である。
請求項12の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、前記第1の電動機に連結された第13サンギヤと、該第13サンギヤに対して同心円状に配置された第13リングギヤと、これら第13サンギヤと第13リングギヤとに噛合したピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合している他のピニオンギヤと、該他のピニオンギヤと前記ピニオンギヤとを保持する第13キャリヤと、前記他のピニオンギヤに噛合しかつ前記第2の電動機に連結された第14サンギヤと、該第14サンギヤに対して同心円状に配置されかつ前記他のピニオンギヤに噛合した第14リングギヤとを有し、前記内燃機関が前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されるとともに、前記内燃機関と同一軸線上に配置されたギヤと前記第13リングギヤに連結されたギヤとからなる第11ギヤ対と、前記内燃機関と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第14リングギヤに連結されたギヤとからなる第12ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第11ギヤ対と第12ギヤ対とを前記内燃機関に選択的に連結するように構成され、さらに前記第13キャリヤと前記出力部材とを連結する第6伝動機構が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である。
請求項13の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、前記第1の電動機に連結された第15サンギヤと、該第15サンギヤに対して同心円状に配置された第15リングギヤと、これら第15サンギヤと第15リングギヤとに噛合するピニオンギヤを保持する第15キャリヤとを有する第9シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記第2の電動機に連結された第16サンギヤと、前記第15キャリヤに連結されかつ前記第16サンギヤに対して同心円状に配置された第16リングギヤと、これら第16サンギヤと第16リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持しかつ前記第15リングギヤおよび前記内燃機関に連結された第16キャリヤとを有する第10シングルピニオン型遊星歯車機構と、前記複合遊星歯車機構と同一軸線上に、前記第16サンギヤおよび前記第2の電動機に連結された第17サンギヤと、前記第15リングギヤおよび第16キャリヤに連結された第17リングギヤと、これら第17サンギヤと第17リングギヤとに噛合したピニオンギヤを保持する第17キャリヤとを有する第11シングルピニオン型遊星歯車機構とから構成され、前記出力部材が前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されるとともに、前記出力部材と同一軸線上に配置されたギヤと前記第15キャリヤおよび第16リングギヤに連結されたギヤとからなる第13ギヤ対と、前記出力部材と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第17キャリヤに連結されたギヤとからなる第14ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第13ギヤ対と第14ギヤ対とを前記出力部材に選択的に連結するように構成されていることを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項14の発明は、内燃機関と、発電機能のある少なくとも二つの電動機と、前記内燃機関の出力した動力をいずれか前記電動機と出力部材とに分配する差動作用のある分配機構とを有するハイブリッド駆動装置において、前記分配機構は、少なくとも二組の遊星歯車機構における回転要素同士もしくは回転部材同士を連結もしくは共有させて五つの回転要素を備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかを、いずれか二つの回転要素に切り換えて連結する切換機構が、前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されており、前記複合遊星歯車機構が、前記第1の電動機に連結された第18サンギヤと、該第18サンギヤに対して同心円状に配置された第18リングギヤと、これら第18サンギヤと第18リングギヤとに噛合したピニオンギヤと、該ピニオンギヤに噛合している他のピニオンギヤと、該他のピニオンギヤと前記ピニオンギヤとを保持しかつ前記内燃機関に連結された第18キャリヤと、前記他のピニオンギヤに噛合しかつ前記第2の電動機に連結された第19サンギヤと、該第19サンギヤに対して同心円状に配置されかつ前記他のピニオンギヤに噛合した第19リングギヤとを有し、前記出力部材が前記複合遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されるとともに、前記出力部材と同一軸線上に配置されたギヤと前記第18リングギヤに連結されたギヤとからなる第15ギヤ対と、前記出力部材と同一軸線上に配置された他のギヤと前記第19リングギヤに連結されたギヤとからなる第16ギヤ対とが設けられ、前記切換機構は、これら第15ギヤ対と第16ギヤ対とを前記出力部材に選択的に連結するように構成されていることを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項15の発明は、請求項10,11,12のいずれかの発明において、前記複合遊星歯車機構は五つの回転要素を有し、それらの回転要素のうちの三つの回転要素が前記第1の電動機と出力部材と第2の電動機とに個別に連結され、かつ前記切換機構は、前記内燃機関を他の二つの回転要素に選択的に連結する機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項16の発明は、請求項10,13,14のいずれかの発明において、前記複合遊星歯車機構は五つの回転要素を有し、それらの回転要素のうちの三つの回転要素が前記第1の電動機と内燃機関と第2の電動機とに個別に連結され、かつ前記切換機構は、前記出力部材を他の二つの回転要素に選択的に連結する機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項17の発明は、請求項10ないし16のいずれかの発明において、前記切換機構は、前記いずれか二つの回転要素との間でトルクを伝達する変速比の互いに異なるギヤ対を選択して、該選択されたギヤ対を前記内燃機関およびいずれかの電動機ならびに出力部材のいずれかに連結する機構を含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項18の発明は、請求項10ないし17のいずれかの発明において、前記第1の電動機の回転数がゼロもしくはゼロに近い回転数になったときに前記切換機構を切換動作させる手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置である。
請求項1の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、二つの運転モードを設定できることにより、低車速状態および高車速状態のいずれにおいても、各電動機の仕事量を抑制して全体としての動力伝達効率を向上させることができる。
請求項2の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる四要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、二つの運転モードを設定できることにより、低車速状態および高車速状態のいずれにおいても、各電動機の仕事量を抑制して全体としての動力伝達効率を向上させることができる。
請求項3の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、第1および第2のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードと、第2および第3のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードとを設定でき、その結果、動力の伝達効率を向上させることができ、また全体としての軸長を短くして車載性を向上させることができる。
請求項4の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、分配機構をなす複合遊星歯車機構としてラビニョ型遊星歯車機構もしくはこれにリングギヤを追加した構成の機構を採用できるので、分配機構だけでなくハイブリッド駆動装置の全体をコンパクト化することができる。
請求項5の発明によれば、請求項1,3,4のいずれかの発明による効果に加えて、第1の電動機を分配機構や出力部材に対してその軸線を平行にして配置し、全体としていわゆる多軸構造とすることが容易になる。そのため、同一軸線方向に配列される部材の数が少なくなり、それに伴って全長を短くすることができるので、例えばエンジンを横置きするタイプのいわゆるFF車などに対する車載性が向上する。
請求項6の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる四要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、分配機構をなす複合遊星歯車機構が、キャリヤとリングギヤとを相互に連結した二組のシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成されているので、ハイブリッド駆動装置の全体としての構成がコンパクト化され、また軸線方向に配列される部材が少なくなって車載性を向上させることができる。
請求項7の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる四要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、分配機構をなす複合遊星歯車機構がラビニョ型遊星歯車機構によって構成されているので、分配機構だけでなくハイブリッド駆動装置の全体をコンパクト化することができる。
請求項8の発明によれば、請求項1ないし7のいずれかの発明による効果に加えて、切換機構を動作させてトルクを伝達する回転要素を、前記二つの回転要素のうちの一方から他方に変更すると、それに伴ってトルク伝達経路における変速比が変化するから、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。
請求項9の発明によれば、請求項1ないし8のいずれかの発明による効果に加えて、第2の電動機の回転数をゼロの状態、もしくはゼロに近い回転数の状態では、切換機構によって連結されていた部材と、新たに連結される部材との回転数とがほぼ等しくなる。したがって、この状態で切換機構を切換動作させることにより、回転数の急激な変化が回避され、ショックを防止もしくは抑制することができる。
請求項10の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、二つの運転モードを設定できることにより、低車速状態および高車速状態のいずれにおいても、各電動機の仕事量を抑制して全体としての動力伝達効率を向上させることができる。
請求項11の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、第6および第7のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードと、第7および第8のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードとを設定でき、その結果、動力の伝達効率を向上させることができ、また全体としての軸長を短くして車載性を向上させることができる。
請求項12の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、分配機構をなす複合遊星歯車機構としてラビニョ型遊星歯車機構もしくはこれにリングギヤを追加した構成の機構を採用できるので、分配機構だけでなくハイブリッド駆動装置の全体をコンパクト化することができる。
請求項13の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、第9および第10のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードと、第10および第11のシングルピニオン型遊星歯車機構が分配機構としての複合遊星歯車機構を構成した運転モードとを設定でき、その結果、動力の伝達効率を向上させることができ、また全体としての軸長を短くして車載性を向上させることができる。
請求項14の発明によれば、差動作用のある分配機構が、いわゆる五要素以上の複合遊星歯車機構によって構成され、内燃機関の動力がこの分配機構によっていずれかの電動機と出力部材とに分配される。この分配機構におけるいずれかの二つの回転要素に、内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかを選択的に連結する切換機構が設けられており、しかもその切換機構が分配機構を構成している複合遊星歯車機構の中心軸線と平行な軸線上に配置されているので、分配機構の半径方向で外側に配置する部材が増え、その結果、全長が短くなって車両に対する搭載性すなわち車載性が向上する。また、分配機構のいずれか二つの回転要素に内燃機関といずれかの電動機と出力部材とのいずれかが選択的に連結されるので、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。また、分配機構をなす複合遊星歯車機構としてラビニョ型遊星歯車機構もしくはこれにリングギヤを追加した構成の機構を採用できるので、分配機構だけでなくハイブリッド駆動装置の全体をコンパクト化することができる。
請求項15の発明によれば、請求項10,11,12のいずれかの発明による効果に加えて、内燃機関を分配機構や出力部材に対してその軸線を平行にして配置し、全体としていわゆる多軸構造とすることが容易になる。そのため、同一軸線方向に配列される部材の数が少なくなり、それに伴って全長を短くすることができるので、例えばエンジンを横置きするタイプのいわゆるFF車などに対する車載性が向上する。また、電動機の回転数がゼロとなる駆動状態すなわち電力への変換を伴わない動力の伝達状態を四つ設定することができるので、動力の伝達効率を更に向上させることができる。
請求項16の発明によれば、請求項10,13,14のいずれかの発明による効果に加えて、出力部材を分配機構や第1の電動機に対してその軸線を平行にして配置し、全体としていわゆる多軸構造とすることが容易になる。そのため、同一軸線方向に配列される部材の数が少なくなり、それに伴って全長を短くすることができるので、例えばエンジンを横置きするタイプのいわゆるFF車などに対する車載性が向上する。また、電動機の回転数がゼロとなる駆動状態すなわち電力への変換を伴わない動力の伝達状態を四つ設定することができるので、動力の伝達効率を更に向上させることができる。
請求項17の発明によれば、請求項10ないし16のいずれかの発明による効果に加えて、切換機構を動作させてトルクを伝達する回転要素を、前記二つの回転要素のうちの一方から他方に変更すると、それに伴ってトルク伝達経路における変速比が変化するから、動力の伝達の形態もしくは経路が多様化され、それに伴って動力伝達効率を向上させることができる。
請求項18の発明によれば、請求項10ないし17のいずれかの発明による効果に加えて、第1の電動機の回転数をゼロの状態、もしくはゼロに近い回転数の状態では、切換機構によって連結されていた部材と、新たに連結される部材との回転数とがほぼ等しくなる。したがって、この状態で切換機構を切換動作させることにより、回転数の急激な変化が回避され、ショックを防止もしくは抑制することができる。
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。この発明のハイブリッド駆動装置は、内燃機関(エンジン)ENGと、発電機能のある二つの電動機(モータ・ジェネレータ)MG1,MG2とを動力源とし、そのエンジンENGの出力を、いわゆる四要素以上の複合遊星歯車機構によっていずれかの電動機MG1,MG2と出力部材とに分配するように構成されている。また、全長を短くするためにエンジンENGやいずれかの電動機MG1,MG2あるいは出力部材を互いに平行に配置して構成されている。さらに複数の運転モードを設定可能とするとともに、その切り換えをスムースに行えるようにするために、切り換えの前後で変速比が異なるように構成されている。
図1は、その一例を模式的に示しており、ここに示すハイブリッド駆動装置は、分配機構1である複合遊星歯車機構として、ラビニョ型遊星歯車機構にリングギヤを追加した構成の遊星歯車機構を採用し、かつ二つの電動機MG1,MG2のうちの一方の電動機(以下、仮に第1の電動機と記す)MG1を、分配機構の中心軸線に対して平行に配置した例である。
すなわち、ラビニョ型遊星歯車機構は、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせた機構に類似する複合遊星歯車機構であって、互いに隣接して配置された二つのサンギヤ4S,5Sを有しており、一方のサンギヤ4Sに対して同心円状にリングギヤ4Rが配置され、これらのサンギヤ4Sとリングギヤ4Rとの両方に噛合したピニオンギヤP1が設けられている。このピニオンギヤP1の他のピニオンギヤP2が噛み合っており、該他のピニオンギヤP2はこれが噛み合っている前記ピニオンギヤP1からその軸線方向に延びていて、その延長部分に他方のサンギヤ5Sが噛み合っている。さらに、このサンギヤ5Sと同心円状に他のリングギヤ5Rが配置され、このリングギヤ5Rが前記他方のピニオンギヤP2に噛み合っている。そして、これらのピニオンギヤP1,P2がキャリヤ4Cによって自転かつ公転自在に保持されている。したがって、一方のサンギヤ4Sとリングギヤ4Rとの間、および他方のサンギヤ5Sとリングギヤ5Rとの間では、それぞれシングルピ二オン型遊星歯車機構が構成され、これに対して一方のサンギヤ4Sと他方のリングギヤ5Rとの間、および他方のサンギヤ5Sと一方のリングギヤ4Rとの間では、それぞれダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。
なお、前記一方のサンギヤ4Sがこの発明の第4サンギヤに相当し、一方のリングギヤ4Rがこの発明の第4リングギヤに相当し、他方のサンギヤ5Sがこの発明の第5サンギヤに相当し、他方のリングギヤ5Rがこの発明の第5リングギヤに相当し、キャリヤ4Cがこの発明の第4キャリヤに相当する。
前記他方のリングギヤ5RにエンジンENGが連結されている。このリングギヤ5RとエンジンENGとは直接連結してもよいが、これに替えて、トルクコンバータや発進クラッチなどの伝動手段を介して連結してもよい。また、上記のラビニョ型遊星歯車機構を挟んでエンジンENGとは反対側に、前記二つの電動機MG1,MG2のうちの他方の電動機(以下、仮に第2の電動機と記す)MG2が、ラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線と同一軸線上に配置されている。そして、この第2の電動機MG2(より詳しくそのロータ)が前記他方のサンギヤ5Sに連結され、両者の間でトルクを伝達できるようになっている。したがって、前記他方のリングギヤ5Rが入力要素となり、また前記他方のサンギヤ5Sが反力要素となっている。
さらに、出力部材である出力軸2が、上記のラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されている。そして、前記キャリヤ4Cとこの出力軸2とが、伝動機構3によってトルク伝達可能に連結されている。この伝動機構3としては、歯車機構や巻き掛け伝動機構などの各種の機構を採用することができ、図1には一対の歯車からなる機構を示してある。したがって、前記キャリヤ4Cがラビニョ型遊星歯車機構における出力要素となっている。なお、伝動機構3がこの発明の第2伝動機構に相当している。
またさらに、前記第1の電動機MG1が、第2の電動機MG2の外周側に配置されている。すなわち、第1の電動機MG1はその中心軸線をラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線に対して平行にして配置されている。この第1の電動機MG1のロータ軸Rsは、前記一方のリングギヤ4Rの外周側にまで延びており、このロータ軸Rsには、歯数(もしくは径)の異なる二つのギヤ4,5が回転自在に取り付けられている。小径のギヤ4は、前記リングギヤ4Rの外周側に位置しており、そのリングギヤ4Rの外周部に設けられたギヤ6に噛み合っている。したがってこれらのギヤ4,6がこの発明の第3ギヤ対に相当している。また、ロータ軸Rs上の大径のギヤ5が、ラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線と同一の軸線上に配置されたギヤ7に噛合している。そして、このギヤ7が、中空軸を介して前記一方のサンギヤ4Sに連結されている。したがって、これらのギヤ5,7がこの発明の第4ギヤ対に相当している。そして、ロータ軸Rs側からトルクを伝達するとした場合の変速比は、図1に示す構成では、第3ギヤ対に相当するギヤ4,6で相対的に大きく、第4ギヤ対に相当するギヤ5,7で相対的に小さくなっている。
ロータ軸Rsに対して各ギヤ4,5を選択的に連結する切換機構8が、ロータ軸Rs上に設けられている。この切換機構8は、噛み合いクラッチや摩擦クラッチなどの選択的にトルク伝達できる機構であって、一例としてシンクロナイザー(同期連結機構)を採用することができる。図1にその例を模式的に示してあり、ロータ軸Rsと一体のハブにスプライン嵌合しているスリーブ9を軸線方向に移動させることにより、ロータ軸Rs上のいずれかのギヤ4,5に係合していずれかのギヤ4,5(すなわちいずれかのギヤ対)をロータ軸Rsにトルク伝達可能に連結するように構成されている。すなわち、切換機構8は、前記一方のリングギヤ4Rとサンギヤ4Sとに、第1の電動機MG1を選択的に連結するようになっている。
つぎに、図1に示すハイブリッド駆動装置の作用について説明する。上記の切換機構8におけるスリーブ9を図1の右方向(すなわちロー側(Sl側))に移動させて、ロータ軸Rsにギヤ4を連結すると、第1の電動機MG1からリングギヤ4Rに向けた伝達経路での変速比が相対的に大きくなる。すなわち、第1の電動機MG1が一定の動力を出力している場合、その回転数が大きくなり、またリングギヤ4Rに伝達されるトルクが大きくなる。この状態が運転モードとしての低速(Lo)モードである。また反対に、スリーブ9を図1の左方向(すなわちハイ側(Sh側))に移動させて、ロータ軸Rsに他方のギヤ5を連結すると、第1の電動機MG1からサンギヤ4Sに向けた伝達経路での変速比が相対的に小さくなる。すなわち、第1の電動機MG1が一定の動力を出力している場合、その回転数が小さくなり、またサンギヤ4Sに伝達されるトルクが小さくなる。この状態が運転モードとしての高速(Hi)モードである。これら、各運転モードと切換機構8の動作状態とを図2に図表としてまとめて示してある。なお、図2で「〇」印はトルク伝達可能な係合状態を示し、「×」印はトルクを伝達しない解放状態を示す。
上述したように分配機構を構成しているラビニョ型遊星歯車機構は、二つのサンギヤ4S,5Sと、二つのリングギヤ4R,5Rと、キャリヤ4Cとの合計五つの回転要素を備え、それらのうち他方のリングギヤ5Rが入力要素、他方のサンギヤ5Sが反力要素、キャリヤ4Cが出力要素となり、さらに一方のリングギヤ4Rとサンギヤ4Sとが、他の入力要素もしくは反力要素となる。低速モードでは、第1の電動機MG1がリングギヤ4Rに連結されるので、低速モードで走行している状態での上記分配機構(ラビニョ型遊星歯車機構)についての共線図は、図3の(A)に示すようになる。共線図は、各回転要素の相対位置を、遊星歯車機構のギヤ比(サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比)に基づいて直線で示し、かつその直線上に回転数を採って示す線図であり、図1に示す構成で低速モードが設定されている場合には、エンジンENGに連結されている入力要素である他方のリングギヤ5R、出力軸2に連結されている出力要素であるキャリヤ4C、第1の電動機MG1が連結されている一方のリングギヤ4R、第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sが順に並んだ共線図となる。
低速モードにおいて、入力要素である前記他方のリングギヤ5Rに正回転方向のトルクを与えるとともに、反力要素である前記他方のサンギヤ5Sに正回転方向のトルクを与えると、出力要素であるキャリヤ4Cが回転する。その場合、車速が未だ遅ければ、反力要素である前記他方のサンギヤ5Sが逆回転するので、その場合には第2の電動機MG2を発電機として機能させてサンギヤ5Sの逆回転を抑えるように、正回転方向のトルクを与える。
その第2の電動機MG2で発生させた電力を第1の電動機MG1に供給して第1の電動機MG1をモータとして機能させて逆回転させる。前述したように第1の電動機MG1をリングギヤ4Rに連結している一対のギヤ4,6は、いわゆる平行ギヤであるから、第1の電動機MG1が逆回転することによりリングギヤ4Rには、正回転方向のトルクが与えられる。そして、このリングギヤ4Rは、共線図上で、出力要素であるキャリヤ4Cと反力要素である前記他方のサンギヤ5Sとの間に位置するので、このリングギヤ4Rに正回転方向のトルクが与えられることにより、出力要素であるキャリヤ4Cにおける正回転方向のトルクが増大させられる。すなわち、第1の電動機MG1によってトルクアシストが行われる。したがって、この状態では、出力軸2に対する動力の伝達として、機械的な動力の伝達と電力変換を伴う動力の伝達との両方が生じることになる。
エンジン回転数を例えば燃費が最適な回転数に維持するように運転し、その過程で車速が次第に増大すると、それに伴って反力要素である前記他方のサンギヤ5Sの回転数がゼロに近づく。そして、その回転数がほぼゼロになると、第1電動機MG1の回転数に、ロータ軸Rs上の他方のギヤ5とこれに噛み合うギヤ7とのギヤ比を掛けた回転数と、ラビニョ型遊星歯車機構におけるギヤ比に基づいて決まる前記一方のサンギヤ4Sの回転数とが一致する。言い換えれば、第2の電動機MG2の回転数がほぼゼロの場合に、第1の電動機MG1の回転数が前記一方のサンギヤ4Sの回転数に同期するように、各ギヤ4,6のギヤ比(変速比)および各ギヤ5,7のギヤ比(変速比)が設定されている。このいわゆる同期状態を図3の(B)に示してある。
この同期状態で前記切換機構8を切換動作させる。すなわち、スリーブ9を図1の左側に移動させて他方のギヤ5に係合させ、これをロータ軸Rsに連結する。その場合、回転数が同期しているので、運転モードの切り換えに伴って回転数やトルクの急激な変化やそれに起因して慣性トルクが発生するなどのことがない。また、第2の電動機MG2が発電を行っていないことにより第1の電動機MG1がトルクを出力していないので、運転モードの切り換えの前後で電動機MG1,MG2のトルクが急変することがない。したがって、上記のハイブリッド駆動装置では、運転モードの切り換えに伴うショックやいわゆるガタ打ち音を防止もしくは抑制することができる。
上記のようにして切換動作を行うと、第1の電動機MG1に連結された一方のサンギヤ4Sが反力要素となり、また第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sが、いわゆるトルクアシストのための他の入力要素となる。その状態を図3の(C)に記載してあり、図1に示す構成で高速モードが設定されている場合には、第1の電動機MG1が連結されている反力要素である前記一方のサンギヤ4S、エンジンENGに連結されている入力要素である他方のリングギヤ5R、出力軸2に連結されている出力要素であるキャリヤ4C、第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sが順に並んだ共線図となる。この高速モードでは、エンジンENGから前記他方のリングギヤ5Rに正回転方向のトルクを与え、かつ反力要素である前記一方のサンギヤ4Sに逆回転方向のトルク(反力トルク)を与えると、出力軸2に連結されている出力要素であるキャリヤ4Cに正回転方向のトルクが現れる。
反力要素である前記一方のサンギヤ4Sが正回転している状態では、これに連結されている第1の電動機MG1が逆回転しているから、そのサンギヤ4Sに逆回転方向のトルクを与えるためには、第1の電動機MG1を発電機として機能させる。そして、この第1の電動機MG1で発生させた電力を第2の電動機MG2に供給することにより、第2の電動機MG2がモータとして機能し、正回転する。この第2の電動機MG2から出力されたトルクが前記他方のサンギヤ5Sに与えられ、これがラビニョ型遊星歯車機構のギヤ比に応じてキャリヤ4Cおよび出力軸2に伝達されるから、それに応じて駆動トルクが増大する。すなわち、いわゆる電気パスによる動力の伝達が行われる。
車速が更に増大すると、すなわち出力要素であるキャリヤ4Cの回転数が更に増大すると、前記一方のサンギヤ4Sの回転数が次第に低下し、ついにはゼロの状態になる。この状態では、そのサンギヤ4Sに連結されている第1の電動機MG1の回転数もゼロになる。したがって、電力変換を伴う動力の伝達すなわち電気パスによる動力の伝達が生じず、機械的な動力伝達のみが生じるので、この状態での動力伝達損失が回避もしくは抑制される。
上記のハイブリッド駆動装置を搭載した車両が発進した後、所定の車速に至って同期状態になると、上述のように、低速モードから高速モードに切り換えられる。反対に高速走行状態から車速が次第に低下し、その結果、上記の同期状態になると、高速モードから低速モードに切り換えられる。このような運転モードの切り換えは、同期状態を判定して行えばよく、その切換制御の例を示せば、図4のとおりである。図4はその制御例を説明するためのフローチャートであり、走行状態で先ず同期状態になっているか否かが判断される(ステップS1)。これは、車速やエンジン回転数、各電動機MG1,MG2の回転数などに基づいて行うことができる。このステップS1で否定的に判断された場合には特に制御を行うことなくこのルーチンを抜ける。これに対してステップS1で肯定的に判断された場合には、運転モードを切り換え(ステップS2)、リターンする。その運転モードの切り換えは、例えば、前述したスリーブ9に適宜のアクチュエータ(図示せず)を連結しておき、そのアクチュエータを電子制御装置(図示せず)からの指令信号で動作させればよい。したがって、これらのステップS1,S2の機能的手段が、この発明の「切換機構を切換動作させる手段」に相当する。
上記の低速モードおよび高速モードでの動力の理論伝達効率を図5に示してある。図5において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示している。なお、図5の横軸は、エンジン回転数と出力回転数との比である。図5に示すように、低車速であることにより出力回転数に対してエンジン回転数が相対的に大きい状態では、低速モードを設定することにより、第2の電動機MG2の回転数を小さくしてその発電量を少なくし、かつその電力を利用した第1の電動機MG1の出力が少なくなるので、いわゆる電気パスによる動力伝達が抑制され、その結果、全体としての動力伝達効率が高くなる。上述した同期状態では、低速モードと高速モードとのいずれであっても、電気パスによる動力伝達が生じないので、理論伝達効率が高くなる。その後、高速モードでは、車速が増大しても、発電機として機能する第1の電動機MG1の回転数を小さくし、発電量を抑制するので、この場合であっても電気パスによる動力伝達が少なくなる。そのため、全体としての理論伝達効率が高くなる。
一方、上述したハイブリッド駆動装置では、分配機構がラビニョ型遊星歯車機構もしくはこれにリングギヤを追加した遊星歯車機構によって構成されているので、分配機構のみならずハイブリッド駆動装置の全体としての構成がコンパクトなものとなる。特に第1の電動機MG1および出力軸2を、分配機構や第2の電動機MG2の中心軸線に対して平行に配置したので、軸線方向に直列に並ぶ部材の数が少なくなり、その結果、全長が短縮化される。そのため、エンジンや変速機構を車両の幅方向に向けて搭載するいわゆる横置きエンジンタイプの車両に対する搭載が容易になり、いわゆる車載性が向上する。
上述した図1に示すハイブリッド駆動装置とほぼ同様に動作させることのできる他のハイブリッド駆動装置の例を図6に示してある。この図6に示す例は、分配機構1を三組のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13によって構成した例である。すなわち、これらのシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13は、それぞれ、サンギヤ1S,2S,3Sと、そのサンギヤ1S,2S,3Sに対して同心円状に配置されたリングギヤ1R,2R,3Rと、そのサンギヤ1S,2S,3Sおよびリンクギヤ1R,2R,3Rに噛み合っているピニオンギヤを自転および公転自在に保持しているキャリヤ1C,2C,3Cとを備えている。これらのシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13のうち第1シングルピニオン型遊星歯車機構11と第2シングルピニオン型遊星歯車機構12とが同一軸線上に互いに隣接して配置されており、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のキャリヤ1Cと第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のリングギヤ2Rとが連結されるとともに、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のリングギヤ1Rと第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のキャリヤ2Cとが互いに連結されている。すなわち、第1および第2のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12は、いわゆるC−R・C−R係合されている。
さらに、第3シングルピニオン型遊星歯車機構13は、前記第1および第2のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12を挟んでエンジンENGとは反対側に、かつ同一軸線上に配置されている。この第3シングルピニオン型遊星歯車機構13のリングギヤ3Rが、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のリングギヤ1Rおよび第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のキャリヤ2Cに中空軸を介して連結されている。
上記の互いに連結されている第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のキャリヤ1Cと第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のリングギヤ2Rとが、エンジンENGに直接、もしくは前述した適宜の伝動手段を介して連結されている。したがって、これらのキャリヤ1Cおよびリングギヤ2Rとが入力要素となっている。また、上記の各遊星歯車機構11,12,13を挟んでエンジンENGとは反対側に第2の電動機MG2が、各遊星歯車機構11,12,13と同一軸線上に配置されている。そして、この第2の電動機MG2(より詳しくはロータ)が第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のサンギヤ2Sと第3シングルピニオン型遊星歯車機構13のサンギヤ3Sとに一体となって回転するように連結されている。したがって、これらのサンギヤ2S,3Sが、選択的に反力要素もしくは他の入力要素となるように構成されている。
さらに、出力部材である出力軸2が、上記の各シングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13の中心軸線と平行に配置されている。そして、互いに連結されている前記リングギヤ1Rおよびキャリヤ2Cならびにリングギヤ3Rとこの出力軸2とが、伝動機構14によってトルク伝達可能に連結されている。より具体的には、前記中空軸と出力軸2とが伝動機構14によって連結されている。この伝動機構14としては、歯車機構や巻き掛け伝動機構などの各種の機構を採用することができ、図6には一対の歯車からなる機構を示してある。したがって、互いに連結されている前記リングギヤ1Rおよびキャリヤ2Cならびにリングギヤ3Rが分配機構である複合遊星歯車機構における出力要素となっている。なお、伝動機構14がこの発明の第1伝動機構に相当している。
またさらに、第1の電動機MG1が、第2の電動機MG2の外周側に配置されている。すなわち、第1の電動機MG1はその中心軸線を各シングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13の中心軸線に対して平行にして配置されている。この第1の電動機MG1のロータ軸Rsには、歯数(もしくは径)の異なる二つのギヤ15,16が回転自在に取り付けられている。大径のギヤ15は、前記第1シングルピニオン型遊星歯車機構11側に位置しており、そのサンギヤ1Sに取り付けたギヤ17に噛み合っている。したがってこれらのギヤ15,17がこの発明の第1ギヤ対に相当している。また、ロータ軸Rs上の小径のギヤ16が、前記第3シングルピニオン型遊星歯車機構13のキャリヤ3Cに取り付けたギヤ18に噛合している。したがって、これらのギヤ16,18がこの発明の第2ギヤ対に相当している。そして、ロータ軸Rs側からトルクを伝達するとした場合の変速比は、図6に示す構成では、第1ギヤ対に相当するギヤ15,17で相対的に小さく、第2ギヤ対に相当するギヤ16,18で相対的に大きくなっている。
ロータ軸Rs上に設けられている上記の各ギヤ15,16をロータ軸Rsに選択的に連結する切換機構8が、ロータ軸Rsと同一の軸線上に配置されている。この切換機構8は、前述した図1に示すものと同様の構成であって、スリーブ9を軸線方向に移動させることにより、いずれかのギヤ15,16に係合してこれをロータ軸Rsにトルク伝達可能に連結するようになっている。
図6に示す構成のハイブリッド駆動装置では、スリーブ9を図6の左側に移動させて小径のギヤ16をロータ軸Rsに連結することにより低速モードが設定される。その場合、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12と第3シングルピニオン型遊星歯車機構13とが分配機構として機能する。また反対に、スリーブ9を図6の右側に移動させて大径のギヤ15をロータ軸Rsに連結することにより高速モードが設定される。その場合、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11と第2シングルピニオン型遊星歯車機構12とが分配機構として機能する。
このようにして設定される各運転モードでの動作は、前述した図1に示す構成のハイブリッド駆動装置と同様であり、低車速状態および高車速状態のいずれにおいても、いわゆる電気パスによる動力伝達を抑制して動力伝達効率を向上させ、ひいては車両の燃費を改善することができる。また、各ギヤ対を構成するギヤ15,17の変速比、およびギヤ16,18の変速比は、第2の電動機MG2の回転数をほぼゼロにした状態で、第1の電動機MG1の回転数が同期回転数となるように設定されており、したがって前述した図1に示すハイブリッド駆動装置と同様に、同期状態で運転モードを切り換えることにより、ショックやガタ打ち音などを防止もしくは抑制することができる。そして、いわゆる多軸構造となって、軸線方向に直列する部材が少なくなり、その結果、車載性が向上することは上記の図1に示す例と同様である。
上述した各例は、エンジンENGや各電動機MG1,MG2あるいは出力軸2に連結される回転要素が五つのいわゆる五要素複合遊星歯車機構によって分配機構を構成した例であるが、この発明では、回転要素が四つの四要素複合遊星歯車機構によって分配機構を構成することもできる。その例を図7に示してあり、ここに示すハイブリッド駆動装置は、前述した図1に示す構成における一方のリングギヤ4Rを取り除き、それに伴って第3ギヤ対を構成していたギヤ6をキャリヤ4Cに一体的に取り付け、他の構成は図1と同様に構成したものである。したがって、図7において、図1と同様の構成については図1と同様の符号を付してその説明を省略する。
この図7に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、前記一方のサンギヤ4Sがこの発明の第8サンギヤに相当し、他方のサンギヤ5Sがこの発明の第9サンギヤに相当し、他方のリングギヤ5Rがこの発明の第8リングギヤに相当し、キャリヤ4Cがこの発明の第8キャリヤに相当する。また、キャリヤ4Cに第1の電動機MG1を連結する一対のギヤ4,6がこの発明の第7ギヤ対に相当し、一方のサンギヤ4Sに第1の電動機MG1を連結する一対のギヤ5,7がこの発明の第8ギヤ対に相当する。さらに、キャリヤ4Cを出力軸2に連結する伝動機構3がこの発明の第4伝動機構に相当する。
また、図8に示すハイブリッド駆動装置は、前述した図6に示す構成における第3シングルピニオン型遊星歯車機構13を取り除き、それに伴って第2ギヤ対を構成していたギヤ18を、出力軸2に伝動機構を介して連結される中空軸、すなわち第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のリングギヤ1Rおよび第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のキャリヤ2Cに一体回転するように取り付け、他の構成は図6と同様に構成したものである。したがって、図8において、図6と同様の構成については図6と同様の符号を付してその説明を省略する。
この図8に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、前記第1シングルピニオン型遊星歯車機構11がこの発明の第4シングルピニオン型遊星歯車機構に相当し、第2シングルピニオン型遊星歯車機構がこの発明の第5シングルピニオン型遊星歯車機構に相当する。また、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のサンギヤ1Sに第1の電動機MG1を連結する一対のギヤ15,17がこの発明の第5ギヤ対に相当し、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のリングギヤ1Rおよび第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のキャリヤ2Cに第1の電動機MG1を連結する一対のギヤ16,18がこの発明の第6ギヤ対に相当する。さらに、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のリングギヤ1Rおよび第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のキャリヤ2Cを出力軸2に連結する伝動機構14がこの発明の第3伝動機構に相当する。
これら図7および図8に示すハイブリッド駆動装置は、図1および図6に示すハイブリッド駆動装置がいわゆる五要素複合遊星歯車機構によって分配機構を構成しているのに対して、その回転要素の一つを省いた四要素複合遊星歯車機構によって分配機構を構成したものであるから、その動作状態を示す共線図は、前述した図3に示す共線図のうち前記一方のリングギヤ5Rに相当する線を省いた共線図となる。そして、低速モードと高速モードとの二つの運転モードを、前述した図1および図6に示すハイブリッド駆動装置と同様に設定できるとともに、その中間の状態である同期状態を設定することができる。これら低速モード、同期状態、高速モードでの各共線図を図9の(A),(B),(C)に示してある。さらに、エンジン回転数と出力回転数との比に応じた理論伝達効率を図10に示してある。なお、図10において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示していることは、前述した図5と同様である。
したがって図7および図8に示すハイブリッド駆動装置の各運転モードでの動作は、前述した図1あるいは図6に示す構成のハイブリッド駆動装置と同様であり、低車速状態および高車速状態のいずれにおいても、いわゆる電気パスによる動力伝達を抑制して動力伝達効率を向上させ、ひいては車両の燃費を改善することができる。また、各ギヤ対を構成するギヤ15,17の変速比、およびギヤ16,18の変速比は、第2の電動機MG2の回転数をほぼゼロにした状態で、第1の電動機MG1の回転数が同期回転数となるように設定されており、したがって前述した図1あるいは図6に示すハイブリッド駆動装置と同様に、同期状態で運転モードを切り換えることにより、ショックやガタ打ち音などを防止もしくは抑制することができる。そして、いわゆる多軸構造となって、軸線方向に直列する部材が少なくなり、その結果、車載性が向上することは上記の図1あるいは図6に示す例と同様である。
上述した各具体例は、第1の電動機MG1を連結する回転要素を切り換えることにより、反力要素あるいは他の入力要素を変更するように構成した例であるが、この発明では、各電動機MG1,MG2が連結される回転要素は変更せずに、エンジンENGのトルクが入力される入力要素を変更するように構成することもできる。その一例を図11に示してある。この図11に示す例では、分配機構を前述した図1に示す複合遊星歯車機構によって構成し、この複合遊星歯車機構と同一軸線上に第1の電動機MG1が配置されるとともに、この第1の電動機MG1(より詳しくはロータ)が、一方のサンギヤ4Sに中空軸を介して連結されている。これに対して、第1の電動機MG1の外周側に第2の電動機MG2が平行に配置されており、この第2の電動機MG2が他方のサンギヤ5Sに連結されている。すなわちこのサンギヤ5Sと一体のサンギヤ軸が前記中空軸をその軸線方向に貫通するように延びており、そのサンギヤ軸と第2の電動機MG2のロータ軸とがギヤ対19などの伝動手段を介して連結されている。
エンジンENGからトルクが伝達される入力軸20が、分配機構を構成しているラビニョ型遊星歯車機構の外周側に、そのラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置されている。この入力軸20に、相対的に小径のギヤ21と相対的に大径のギヤ22とが回転自在に取り付けられている。その小径のギヤ21が、ラビニョ型遊星歯車機構における他方のリングギヤ5Rと一体のギヤ23に噛み合っていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ21,23がこの発明の第12ギヤ対に相当している。また、大径のギヤ22が、ラビニョ型遊星歯車機構における前記一方のリングギヤ4Rと一体のギヤ24に噛み合っていていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ22,24がこの発明の第11ギヤ対に相当している。
入力軸20上に設けられている上記の各ギヤ21,22を入力軸20に選択的に連結する切換機構8が、入力軸20と同一の軸線上に配置されている。この切換機構8は、前述した図1あるいは図7に示すものと同様の構成であって、スリーブ9を軸線方向に移動させることにより、いずれかのギヤ21,22に係合してこれを入力軸20にトルク伝達可能に連結するようになっている。図11に示す他の構成は、図1あるいは図7に示す構成と同様であり、したがって図1あるいは図7と同様の構成については図11に同様の符号を付してその説明を省略する。
この図11に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、前記一方のサンギヤ4Sがこの発明の第13サンギヤに相当し、他方のサンギヤ5Sがこの発明の第14サンギヤに相当し、前記一方のリングギヤ4Rがこの発明の第13リングギヤに相当し、他方のリングギヤ5Rがこの発明の第14リングギヤに相当し、キャリヤ4Cがこの発明の第13キャリヤに相当する。また、キャリヤ4Cを出力軸2に連結する伝動機構3がこの発明の第6伝動機構に相当する。
また、図12に示すハイブリッド駆動装置は、前述した図6に示す三組のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13によって分配機構を構成するとともに、エンジンENGからトルクの伝達される入力軸20を設け、この入力軸20をいずれか二つの回転要素に選択的に連結するように構成したものである。したがって、第1の電動機MG1は、ギヤ対25などの伝動手段によって第1シングルピニオン型遊星歯車機構11におけるサンギヤ1Sに連結されている。
さらに、エンジンENGからトルクが伝達される入力軸20が、分配機構を構成している各シングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13の外周側に、その中心軸線と平行に配置されている。この入力軸20に、相対的に小径のギヤ26と相対的に大径のギヤ27とが回転自在に取り付けられている。その小径のギヤ26が、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のリングギヤ2Rもしくはこれに連結されている第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のキャリヤ1Cと一体のギヤ28に噛み合っていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ26,28がこの発明の第9ギヤ対に相当している。また、大径のギヤ27が、第3シングルピニオン型遊星歯車機構13におけるキャリヤ3Cと一体のギヤ29に噛み合っていていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ27,29がこの発明の第10ギヤ対に相当している。
入力軸20上に設けられている上記の各ギヤ26,27を入力軸20に選択的に連結する切換機構8が、入力軸20と同一の軸線上に配置されている。この切換機構8は、前述した図6に示すものと同様の構成であって、スリーブ9を軸線方向に移動させることにより、いずれかのギヤ26,27に係合してこれを入力軸20にトルク伝達可能に連結するようになっている。図12に示す他の構成は、図6に示す構成と同様であり、したがって図6と同様の構成については図12に図6と同様の符号を付してその説明を省略する。
この図12に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11がこの発明の第6シングルピニオン型遊星歯車機構に相当し、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12がこの発明の第7シングルピニオン型遊星歯車機構に相当し、第3シングルピニオン型遊星歯車機構13がこの発明の第8シングルピニオン型遊星歯車機構に相当する。さらに、互いに連結されている第1シングルピニオン型遊星歯車機構11におけるリングギヤ1Rおよび第2シングルピニオン型遊星歯車機構12におけるキャリヤ2Cならびに第3シングルピニオン型遊星歯車機構13におけるリングギヤ3Rを出力軸2に連結する伝動機構3がこの発明の第5伝動機構に相当する。
これら図11および図12に示すハイブリッド駆動装置では、スリーブ9を図11および図12の右側に移動させて、入力軸20を変速比が相対的に大きい一対のギヤ21,23もしくはギヤ26,28に連結することにより低速モードが設定され、また反対にスリーブ9を図11および図12の左側に移動させて、入力軸20を変速比が相対的に小さい一対のギヤ22,24もしくはギヤ27,29に連結することにより高速モードが設定される。各運転モードでの共線図を、図11のハイブリッド駆動装置について示せば、図13の(A)、(B)、(C)のとおりである。
低速モードでは、入力軸20から変速比の大きい一対のギヤ21,23を介して他方のリングギヤ5Rに、エンジンENGのトルクが伝達されるから、共線図には、第1の電動機MG1が連結されて他の入力要素となる一方のサンギヤ4S、エンジンENGからトルクが伝達される他方のリングギヤ5R、出力軸2に連結されているキャリヤ4C、第2の電動機MG2が連結されて反力要素として機能する他のサンギヤ5Sが、ここに挙げた順に並ぶ。
低速モードでは、入力軸20のトルクが、前記一対のギヤ21,23の変速比に応じて増大させられて他方のリングギヤ5Rに伝達され、したがってそのリングギヤ5Rの回転方向は入力軸20の回転方向に対して反対となる。この状態では、キャリヤ4Cに出力軸2側からその回転を止めるように負荷が掛かっているので、第1の電動機MG1が連結されているサンギヤ4Sが前記リングギヤ5Rと同方向に回転しようとし、また第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sが前記リングギヤ5Rとは反対方向に回転しようとする。そこで、いずれか一方の電動機MG1,MG2を発電機として機能させることにより、ラビニョ型遊星歯車機構に反力トルクを与え、それに伴って発生した電力を他方の電動機MG2,MG1に供給してこれをモータとして機能させる。その結果、出力部材であるキャリヤ4Cには、入力軸20からギヤなどの機械的手段で伝達されるトルクと、各電動機MG1,MG2により電力変換を伴って伝達されるトルクとを合算したトルクが現れ、これが伝動機構3を介して出力軸2に出力される。
エンジンENGを例えば燃費が最良の回転数で運転している状態で車速が次第に増大すると、キャリヤ4Cの回転数の増大に応じて、第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sの回転数が次第に増大する。すなわち、そのサンギヤ5Sが入力要素である前記他方のリングギヤ5Rとは反対方向に回転している場合には、その回転数がゼロに向けて次第に低下する。そして、そのサンギヤ5Sの回転数すなわち第2の電動機MG2の回転数がゼロになると、電力変換を伴う動力の伝達、言い換えるといわゆる電気パスによる動力の伝達が生じずに、機械的手段で動力が伝達されるので、摩擦損失などを考慮しない理論伝達効率は100%になる。
この過程では、第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sは、キャリヤ4Cと同方向に回転しており、したがって第1の電動機MG1を発電機として機能させ、かつその電力を第2の電動機MG2に供給して第2の電動機MG2をモータとして機能させることにより、エンジンENGから出力軸2に対していわゆる電気パスを伴う動力の伝達が行われる。そして、第1の電動機MG1の回転数が次第に低下し、ついにはゼロになると、発電が行われないので、電気パスによる動力の伝達が生じず、全ての動力が機械的手段によって伝達されることにより、理論伝達効率が100%になる。
図11に示す例では、第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sの回転方向が反転し、その回転数がゼロの状態より僅かに大きくなった状態で同期するように、各ギヤ対の変速比が設定されている。その同期とは、入力軸20の回転数と高速モードを設定するための大径のギヤ22の回転数とが一致することであり、その状態を図13の(B)に共線図で示してある。この状態でスリーブ9を低速モードの位置Slから高速モードの位置Shに移動させて、大径のギヤ22を入力軸20に連結すると、低速モードから高速モードに切り換えられる。その場合、運転モードの切り換えに伴って、いずれかの回転要素もしくは回転部材の回転数が急激に変化するなどのことはないので、ショックが防止もしくは抑制される。
こうして設定された高速モードでは、第2の電動機MG2を発電機として機能させ、その回転数が低下するように制御する。それに伴って第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sには、その回転方向が出力要素であるキャリヤ4Cの回転方向と同じになるようにトルクが作用する。そのため、運転モードを高速モードに切り換えた直後に前記一方のサンギヤ4Sおよびこれに連結されている第1の電動機MG1の回転数がゼロになり、その状態では、電気パスによる動力の伝達が生じず、理論伝達効率が100%になる。
その後、第2の電動機MG2およびこれが連結されている他方のサンギヤ5Sの回転数が低下するのに従って出力要素であるキャリヤ4Cおよびこれに連結されている出力軸2の回転数が増大する。その過程で第2の電動機MG2の回転数がゼロになると発電が生じなくなり、したがってこの状態では、電気パスによる動力の伝達が行われず、全ての動力が機械的手段で入力軸20から出力軸2に伝達されるので、理論伝達効率が100%になる。
車速が低下して高速モードから低速モードに切り替わる場合には、上述した動作とは逆の順序で動作する。また、図12に示す構成のハイブリッド駆動装置であっても、エンジンENGもしくは入力軸20が連結される回転要素が上記の例とは異なるものの、図11に示す構成のハイブリッド駆動装置と同様に動作する。したがって図11および図12に示す各ハイブリッド駆動装置では、低速モードおよび高速モードのそれぞれで、理論伝達効率が100%になる運転状態が四つあり、これを図で示せば、図14のとおりである。なお、図14において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示していることは、前述した図5および図10と同様である。
そして、電気パスで動力を伝達する場合であっても、車速に応じた運転状態を選択することにより、いずれか一方の電動機MG1,MG2による発電量、およびその電力を利用した他方の電動機MG2,MG1の駆動量を抑制することができ、それに伴って電力変換に伴う損失を抑制できるから、全体としての動力伝達効率を向上させることができる。また、車載性を向上させることができることは、前述した各具体例と同様である。
なお、図11に示すハイブリッド駆動装置および図12に示すハイブリッド駆動装置においても、第1の電動機MG1の回転数がゼロの状態で、入力軸20の回転数と入力軸20に取り付けてある各ギヤ21,22,26,27の回転数とが同期するように各ギヤ対の変速比を設定することができる。このように構成した場合の共線図を図15に示してある。図15の(B)が同期状態を示しており、この状態で前記スリーブ9を移動させて運転モードを切り換える。したがって、運転モードの切り換えに伴って回転数の急激な変化が生じないうえに、第1の電動機MG1がトルクを出力していないので、ショックやガタ打ち音を悪化させることなく、運転モードを切り換えることができる。
また、図16にエンジン回転数と出力回転数との比に応じた理論伝達効率を示してある。なお、図16において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示していることは、前述した図5および図10ならびに図14と同様である。第1の電動機MG1の回転数がゼロの状態で同期するように構成した場合、低速モードで理論効率が100%の運転点と高速モードで理論効率が100%の運転点とが重なるので、理論効率が100%になる運転点は三つになるが、それ以外の運転状態での電気パスにより伝達される動力を少なくすることができるので、全体としての動力伝達効率を向上させることができる。
さらにこの発明では、出力部材を、分配機構を構成する複合遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素に選択的に連結するように構成することもできる。その一例を図17に示してある。ここに示すハイブリッド駆動装置は、図1に示す五つの回転要素を備えたラビニョ型遊星歯車機構によって分配機構を構成した例であり、第1の電動機MG1(より詳しくはロータ)がギヤ対30などの伝動手段および中空軸を介して、一方のサンギヤ4Sに連結されている。また、エンジンENGがキャリヤ4Cに直接もしくは間接的に連結されている。
そして、分配機構を構成しているラビニョ型遊星歯車機構の中心軸線と平行に配置した出力軸2に、相対的に小径のギヤ31と相対的に大径のギヤ32とが回転自在に取り付けられている。その小径のギヤ31が、ラビニョ型遊星歯車機構における他方のリングギヤ5Rと一体のギヤ33に噛み合っていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ31,33がこの発明の第16ギヤ対に相当している。また、大径のギヤ32が、ラビニョ型遊星歯車機構における前記一方のリングギヤ4Rと一体のギヤ34に噛み合っていていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ32,34がこの発明の第15ギヤ対に相当している。なお、図17に示す構成では、上記の小径のギヤ31および大径のギヤ32が、分配機構を構成しているラビニョ型遊星歯車機構に対して出力側に配置されているから、小径のギヤ31を介して出力軸2に動力を出力する場合に高速モードとなり、また大径のギヤ32を介して出力軸2に動力を出力する場合に低速モードとなる。
出力軸2上に設けられている上記の各ギヤ31,32を出力軸2に選択的に連結する切換機構8が、出力軸2と同一の軸線上に配置されている。この切換機構8は、前述した図1あるいは図7もしくは図11に示すものと同様の構成であって、スリーブ9を軸線方向に移動させることにより、いずれかのギヤ31,32に係合してこれを出力軸2にトルク伝達可能に連結するようになっている。図17に示す他の構成は、図1あるいは図7に示す構成と同様であり、したがって図1あるいは図7と同様の構成については図17に図1あるいは図7と同様の符号を付してその説明を省略する。
この図17に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、前記一方のサンギヤ4Sがこの発明の第18サンギヤに相当し、他方のサンギヤ5Sがこの発明の第19サンギヤに相当し、前記一方のリングギヤ4Rがこの発明の第18リングギヤに相当し、他方のリングギヤ5Rがこの発明の第19リングギヤに相当し、キャリヤ4Cがこの発明の第18キャリヤに相当する。
また、図18に示すハイブリッド駆動装置は、前述した図6に示す三組のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13によって分配機構を構成するとともに、出力軸2をこの分配機構における二つの回転要素に選択的に連結するように構成したものである。したがって、第1の電動機MG1は、ギヤ対35などの伝動手段によって第1シングルピニオン型遊星歯車機構11におけるサンギヤ1Sに連結されている。また、エンジンENGは、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12におけるキャリヤ2Cに直接、もしくは間接的に連結されている。
出力軸2は上記の三組のシングルピニオン型遊星歯車機構11,12,13の中心軸線と平行に配置されており、この出力軸2に、相対的に小径のギヤ36と相対的に大径のギヤ37とが回転自在に取り付けられている。その小径のギヤ36が、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12のリングギヤ2Rもしくはこれに連結されている第1シングルピニオン型遊星歯車機構11のキャリヤ1Cと一体のギヤ38に噛み合っていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ36,38がこの発明の第13ギヤ対に相当している。また、大径のギヤ37が、第3シングルピニオン型遊星歯車機構13におけるキャリヤ3Cと一体のギヤ39に噛み合っていていわゆる平行ギヤを構成している。これらの一対のギヤ37,39がこの発明の第14ギヤ対に相当している。なお、図18に示す構成では、上記の小径のギヤ36および大径のギヤ37が、分配機構を構成しているラビニョ型遊星歯車機構に対して出力側に配置されているから、小径のギヤ36を介して出力軸2に動力を出力する場合に高速モードとなり、また大径のギヤ37を介して出力軸2に動力を出力する場合に低速モードとなる。
出力軸2上に設けられている上記の各ギヤ36,37を出力軸2に選択的に連結する切換機構8が、出力軸2と同一の軸線上に配置されている。この切換機構8は、前述した図6に示すものと同様の構成であって、スリーブ9を軸線方向に移動させることにより、いずれかのギヤ36,37に係合してこれを出力軸2にトルク伝達可能に連結するようになっている。図18に示す他の構成は、図6に示す構成と同様であり、したがって図6と同様の構成については図18に図6と同様の符号を付してその説明を省略する。
この図18に示す構成と特許請求の範囲に記載されたこの発明との関係を説明すると、第1シングルピニオン型遊星歯車機構11がこの発明の第9シングルピニオン型遊星歯車機構に相当し、第2シングルピニオン型遊星歯車機構12がこの発明の第10シングルピニオン型遊星歯車機構に相当し、第3シングルピニオン型遊星歯車機構13がこの発明の第11シングルピニオン型遊星歯車機構に相当する。
これら図17および図18に示すハイブリッド駆動装置では、スリーブ9を図17および図18における左側の低速モードの位置Slに移動させて、出力軸2を変速比が相対的に大きい一対のギヤ32,34もしくはギヤ37,39に連結することにより低速モードが設定され、また反対にスリーブ9を図17および図18における右側の高速モードの位置Shに移動させて、出力軸2を変速比が相対的に小さい一対のギヤ31,33もしくはギヤ36,38に連結することにより高速モードが設定される。各運転モードでの共線図を、図17のハイブリッド駆動装置について示せば、図19の(A)、(B)、(C)のとおりである。
低速モードでは、エンジンENGからのトルクがキャリヤ4Cに伝達されるから、共線図には、図19の(A)に示すように、第1の電動機MG1が連結されて反力要素となる一方のサンギヤ4S、エンジンENGからトルクが伝達されるキャリヤ4C、出力軸2に一対のギヤ32,34を介して連結される一方のリングギヤ4R、第2の電動機MG2が連結されて他の入力要素となる他のサンギヤ5Sが、ここに挙げた順に並ぶ。
低速モードでは、キャリヤ4CにエンジンENGからトルクを入力した場合、前記一方のリングギヤ4Rに出力軸2からの負荷が掛かっているので、第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sにはキャリヤ4Cと同方向のトルクが作用し、また第2の電動機MG2が連結されている他方サンギヤ5Sには、キャリヤ4Cとは反対方向のトルクが作用する。そこで、第1の電動機MG1を発電機として機能させて、前記一方のサンギヤ4Sの回転を抑制する方向に反力トルクを与えると、出力軸2が連結されている一方のリングギヤ4Rに、キャリヤ4Cと同方向のトルクが現れ、これが前記一対のギヤ32,34を介して出力軸2に伝達され、前進走行する駆動力となる。
そして、第1の電動機MG1で生じた電力を第2の電動機MG2に供給して、第2の電動機MG2をモータとして機能させ、これが連結されている前記他方のサンギヤ5Sにキャリヤ4Cと同方向のトルクを与える。そのトルクは、ラビニョ型遊星歯車機構におけるギヤ比に応じて、出力軸2が連結されている前記一方のリングギヤ4Rに伝達される。その結果、出力軸2には、ギヤなどの機械的手段を介して動力が伝達される一方、各電動機MG1,MG2による電気パスを介して動力が伝達され、これらの動力に基づくトルクが駆動トルクとなる。
発進直後では、第2の電動機MG2が連結されている前記他方のサンギヤ5Sがキャリヤ4Cとは反対方向に回転するが、エンジンENGを例えば燃費が最良の回転数で運転している状態で車速が次第に増大すると、そのサンギヤ5Sの回転数がゼロになる。その時点では、電力変換を伴う動力の伝達、言い換えるといわゆる電気パスによる動力の伝達が生じずに、機械的手段で動力が伝達されるので、摩擦損失などを考慮しない理論伝達効率は100%になる。
低速モードで車速が更に増大する過程では、第2の電動機MG2が連結されている他方のサンギヤ5Sは、入力要素であるキャリヤ4Cと同方向に回転しており、したがって第1の電動機MG1を発電機として機能させ、かつその電力を第2の電動機MG2に供給して第2の電動機MG2をモータとして機能させることにより、エンジンENGから出力軸2に対していわゆる電気パスを伴う動力の伝達が行われる。そして、第1の電動機MG1の回転数が次第に低下し、ついにはゼロになると、発電が行われないので、電気パスによる動力の伝達が生じず、この状態では、全ての動力が機械的手段によって伝達されることにより、理論伝達効率が100%になる。
図17に示す例では、第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sの回転方向が反転し、その回転数がゼロの状態より僅かに大きくなった状態で同期するように、各ギヤ対の変速比が設定されている。その同期とは、出力軸2の回転数と高速モードを設定するための小径のギヤ31の回転数とが一致することであり、その状態を図19の(B)に共線図で示してある。この状態でスリーブ9を低速モードの位置Slから高速モードの位置Shに移動させて、小径のギヤ31を出力軸2に連結すると、低速モードから高速モードに切り換えられる。その場合、運転モードの切り換えに伴って、いずれかの回転要素もしくは回転部材の回転数が急激に変化するなどのことはないので、ショックが防止もしくは抑制される。
こうして設定された高速モードでは、第2の電動機MG2を発電機として機能させ、その回転数が低下するように制御する。それに伴って第1の電動機MG1が連結されている一方のサンギヤ4Sには、その回転方向が出力要素であるキャリヤ4Cの回転方向と同じになるようにトルクが作用する。そのため、運転モードを高速モードに切り換えた直後に前記一方のサンギヤ4Sおよびこれに連結されている第1の電動機MG1の回転数がゼロになり、その状態では、電気パスによる動力の伝達が生じず、理論伝達効率が100%になる。
その後、第2の電動機MG2およびこれが連結されている他方のサンギヤ5Sの回転数が低下するのに従って出力要素であるキャリヤ4Cおよびこれに連結されている出力軸2の回転数が増大する。その過程で第2の電動機MG2の回転数がゼロになると発電が生じなくなり、したがってこの状態では、電気パスによる動力の伝達が行われず、全ての動力が機械的手段でエンジンENGから出力軸2に伝達されるので、理論伝達効率が100%になる。
車速が低下して高速モードから低速モードに切り替わる場合には、上述した動作とは逆の順序で動作する。また、図18に示す構成のハイブリッド駆動装置であっても、出力軸2が連結される回転要素が上記の例とは異なるものの、図17に示す構成のハイブリッド駆動装置と同様に動作する。したがって図17および図18に示す各ハイブリッド駆動装置では、低速モードおよび高速モードのそれぞれで、理論伝達効率が100%になる運転状態が四つあり、これを図で示せば、図20のとおりである。なお、図20において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示していることは、前述した図5および図10ならびに図14と同様である。
そして、電気パスで動力を伝達する場合であっても、車速に応じた運転状態を選択することにより、いずれか一方の電動機MG1,MG2による発電量、およびその電力を利用した他方の電動機MG2,MG1の駆動量を抑制することができ、それに伴って電力変換に伴う損失を抑制できるから、全体としての動力伝達効率を向上させることができる。また、車載性を向上させることができることは、前述した各具体例と同様である。
なお、図17に示すハイブリッド駆動装置および図18に示すハイブリッド駆動装置においても、第1の電動機MG1の回転数がゼロの状態で、出力軸2の回転数と出力軸2に取り付けてある各ギヤ31,32,36,37の回転数とが同期するように各ギヤ対の変速比を設定することができる。このように構成した場合の共線図を図21に示してある。図21の(B)が同期状態を示しており、この状態で前記スリーブ9を移動させて運転モードを切り換える。したがって、運転モードの切り換えに伴って回転数の急激な変化が生じないうえに、第1の電動機MG1がトルクを出力していないので、ショックやガタ打ち音を悪化させることなく、運転モードを切り換えることができる。
また、図22にエンジン回転数と出力回転数との比に応じた理論伝達効率を示してある。なお、図22において「Lo」の符号を付してある線が低速モードでの伝達効率を示し、「Hi」の符号を付してある線が高速モードでの伝達効率を示していることは、前述した図5および図10ならびに図14および図20と同様である。第1の電動機MG1の回転数がゼロの状態で同期するように構成した場合、低速モードで理論効率が100%の運転点と高速モードで理論効率が100%の運転点とが重なるので、理論効率が100%になる運転点は三つになるが、それ以外の運転状態での電気パスにより伝達される動力を少なくすることができるので、全体としての動力伝達効率を向上させることができる。
なお、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、差動作用のある分配機構は、シングルピニオン型遊星歯車機構に替えてダブルピニオン型遊星歯車機構を使用して構成してもよい。また、この発明の出力部材は、上記の出力軸以外に出力ギヤとしてもよく、あるいは巻き掛け伝動機構の一部を構成する部材であってもよい。
1…分配機構、 2…出力軸、 3,14…伝動機構、 4,5,6,7,15,16,17,18,21,22,23,24,26,27,28,29,31,32,33,34,36,37,38,39…ギヤ、 8…切換機構、 11,12,13…シングルピニオン型遊星歯車機構、 19,25,30,35…ギヤ対、 20…入力軸、 1S,2S,3S,4S,5S…サンギヤ、 1R,2R,3R,4R,5R…リングギヤ、 1C,2C,3C,4C…キャリヤ、 P1…ピニオンギヤ、 P2…他のピニオンギヤ、 ENG…内燃機関(エンジン)、 MG1,MG2…電動機(モータ・ジェネレータ)、 Rs…ロータ軸, Sh…高速モードの位置、 Sl…低速モードの位置。