JPWO2014184852A1 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

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茂 奥脇
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陽明 白村
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Abstract

駆動装置（１０Ａ）は、リングギヤ（Ｒ）が内燃機関（１１）と接続され、サンギヤ（Ｓ）が第１ＭＧ（１２）と接続され、キャリア（Ｃ）がカウンタ軸１５と動力伝達可能に接続された動力分割機構（２０）と、サンギヤ（Ｓ）とリングギヤ（Ｒ）とを連結可能なクラッチ機構（２４）とを備えている。内燃機関（１１）、第１ＭＧ（１２）、動力分割機構（２０）、及びクラッチ機構（２４）が、同一の軸線Ａｘ１上に配置されている。クラッチ機構（２４）は、第１ＭＧ（１２）及び動力分割機構（２０）を挟んで内燃機関（１１）と反対の側に配置されている。

Description

本発明は、内燃機関の出力をモータ・ジェネレータと出力部材とに分割可能な動力分割機構を備えたハイブリッド車両用駆動装置に関する。
動力分割機構としてシングルピニオン型の遊星歯車機構を備え、その遊星歯車機構のリングギヤに内燃機関が接続され、サンギヤにモータ・ジェネレータが接続され、キャリアに変速機の入力軸が接続されたハイブリッド車両用の駆動装置が知られている。また、このような駆動装置において、クラッチ機構でサンギヤとリングギヤとを連結することにより、内燃機関の出力を変速機にそのまま出力可能な装置が知られている（特許文献１参照）。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、３が存在する。
特開平０９−１５８９９７号公報 特開２００１−２２４１０４号公報 国際公開２０１２／１３１２１８号
特許文献１の装置では、動力分割機構を変速機と接続させるため、内燃機関の出力軸と変速機の入力軸とが同一軸線上に配置されている。そのため、サンギヤとリングギヤとを連結するためのクラッチがモータ・ジェネレータと遊星歯車機構との間に配置されている。この場合、クラッチをリングギヤと同じ外径にする必要があるため、装置が大型化するおそれがある。
そこで、本発明は、クラッチ機構を小型化でき、車両への搭載性を向上させることが可能なハイブリッド車両用駆動装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の駆動装置は、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、共線図上において前記第１回転要素と前記第２回転要素の間に前記第３回転要素が配置され、前記第１回転要素が前記内燃機関と接続され、前記第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、前記第３回転要素が前記出力部材と動力伝達可能に接続された動力分割機構と、前記出力部材に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結される係合状態と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との連結を解除する解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、を備え、前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、前記動力分割機構、及び前記クラッチ機構が、同一軸線上に配置され、前記クラッチ機構は、前記第１モータ・ジェネレータ及び前記動力分割機構を挟んで前記内燃機関と反対の側に配置されている。
本発明の第１の駆動装置では、クラッチ機構が第１モータ・ジェネレータ及び動力分割機構を挟んで内燃機関と反対の側に配置される。すなわち、クラッチ機構がこの軸線の最も端に配置される。そのため、クラッチ機構の外径を小さくできる。これによりクラッチ機構を小型化できるので、駆動装置を小型化できる。そのため、車両への搭載性を向上させることができる。
本発明の第２の駆動装置は、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、共線図上において前記第１回転要素と前記第２回転要素の間に前記第３回転要素が配置され、前記第１回転要素が前記内燃機関と接続され、前記第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、前記第３回転要素が前記出力部材と動力伝達可能に接続された動力分割機構と、前記出力部材に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結される係合状態と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との連結を解除する解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、を備え、前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、前記動力分割機構、及び前記クラッチ機構が、同一軸線上に配置され、前記動力分割機構が、前記内燃機関と前記第１モータ・ジェネレータとの間に配置され、前記クラッチ機構が、前記内燃機関と前記動力分割機構の間に配置されている。
本発明の第２の駆動装置では、内燃機関と動力分割機構との間にクラッチ機構が配置される。この場合、内燃機関と第１回転要素とを接続する部材にクラッチ機構を設けることができるので、クラッチ機構の外径を第１回転要素の外径まで大きくする必要がない。そのため、クラッチ機構の外径を小さくできる。これにより駆動装置を小型化できるので、車両への搭載性を向上させることができる。
本発明の第１又は第２の駆動装置の一形態において、前記第２モータ・ジェネレータは、前記クラッチ機構が配置されている軸線とは別の軸線上に配置されていてもよい。また、前記出力部材は、前記クラッチ機構が配置されている軸線とは別の軸線上に配置されていてもよい。このように第２モータ・ジェネレータ又は出力部材を、クラッチ機構が配置される軸線とは別の軸線上に配置することにより、駆動装置の軸線方向の長さを短縮できる。そのため、駆動装置をさらに小型化できる。また、車両への搭載性をさらに向上させることができる。
本発明の第１の形態に係る駆動装置を概略的に示す図。 駆動装置の共線図の一例を示す図。 サンギヤとキャリアとの間にクラッチ機構を設けた駆動装置の一部を概略的に示す図。 キャリアとリングギヤとの間にクラッチ機構を設けた駆動装置の一部を概略的に示す図。 本発明の第２の形態に係る駆動装置を概略的に示す図。 本発明の第３の形態に係る駆動装置を概略的に示す図。
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る駆動装置のスケルトン図を示している。この駆動装置１０Ａは、ハイブリッド車両１に搭載されるものであり、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１１と、第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）１２と、第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）１３とを備えている。エンジン１１は、ハイブリッド車両に搭載される周知の火花点火式内燃機関である。そのため、詳細な説明を省略する。
第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。第１ＭＧ１２は、ロータ軸１２ａと一体回転するロータ１２ｂと、ロータ１２ｂの外周に同軸に配置されてケース（不図示）に固定されたステータ１２ｃとを備えている。第２ＭＧ１３も同様に、ロータ軸１３ａと一体回転するロータ１３ｂと、ロータ１３ｂの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ１３ｃとを備えている。
エンジン１１の出力軸１１ａ及び第１ＭＧ１２のロータ軸１２ａは、動力分割機構２０と接続されている。動力分割機構２０には、車両１の駆動輪２に動力を出力するための出力部１４も接続されている。出力部１４は、出力部材としてのカウンタ軸１５と、カウンタ軸１５と一体に回転する出力ギヤ１６とを備えている。出力ギヤ１６は、デファレンシャル機構１７のケースに設けられたリングギヤ１７ａと噛み合っている。デファレンシャル機構１７は、リングギヤ１７ａに伝達された動力を左右の駆動輪２に分配する周知の機構である。
動力分割機構２０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構２１を備えている。遊星歯車機構２１は、外歯歯車であるサンギヤＳと、サンギヤＳに対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギヤＲと、これらのギヤＳ、Ｒに噛み合うピニオンギヤＰを自転可能かつサンギヤＳの周囲を公転可能に保持するキャリアＣとを備えている。この図に示すようにサンギヤＳは、第１ＭＧ１２のロータ軸１２ａと一体回転するように連結されている。リングギヤＲは、エンジン１１の出力軸１１ａと一体回転するように連結されている。キャリアＣは、第１ドライブギヤ２２と一体回転するように連結されている。この第１ドライブギヤ２２は、カウンタ軸１５に設けられた第１ドリブンギヤ２３と噛み合っている。
この図に示すようにサンギヤＳは、クラッチ機構２４を介してリングギヤＲと接続されている。クラッチ機構２４は、サンギヤＳとリングギヤＲとを連結する係合状態と、サンギヤＳとリングギヤＲとの連結を解除する解放状態とに切り替えることができる。このクラッチ機構２４には周知の摩擦クラッチが用いられる。
この図に示すように、エンジン１１、動力分割機構２０、第１ＭＧ１２、及びクラッチ機構２４は、同一の軸線Ａｘ１上に配置されている。そして、動力分割機構２０は、エンジン１１と第１ＭＧ１２との間に配置されている。クラッチ機構２４は、動力分割機構２０及び第１ＭＧ１２を挟んでエンジン１１と反対の側に配置されている。そのため、この図に示すようにクラッチ機構２４は、軸線Ａｘ１の最も端に配置されている。
第２ＭＧ１３のロータ軸１３ａには、第２ドライブギヤ２５が設けられている。この第２ドライブギヤ２５は、カウンタ軸１５に設けられた第２ドリブンギヤ２６と噛み合っている。この図に示すように第２ＭＧ１３は、クラッチ機構２４が配置されている軸線Ａｘ１とは別の軸線Ａｘ２上に配置されている。また、カウンタ軸１５は、軸線Ａｘ１及び軸線Ａｘ２とは別の軸線Ａｘ３上に配置されている。
図２は、駆動装置１０Ａの共線図の一例を示している。なお、図中の「ＥＮＧ」はエンジン１１を示している。「ＯＵＴ」は第１ドライブギヤ２２を示している。「ＭＧ１」は第１ＭＧ１２を示している。「Ｓ」はサンギヤＳを示し、「Ｒ」はリングギヤＲを示し、「Ｃ」はキャリアＣを示している。「ρ」はキャリアＣとリングギヤＲとの間の変速比を示している。サンギヤＳとキャリアＣとの間の変速比を「１」とした場合に、変速比ρには１より小さい値が設定される。この変速比ρはプラネタリ比とも呼ばれる。
図中の実線Ｌ１は、クラッチ機構２４を解放状態にした場合の各回転要素の関係を示している。この場合には、サンギヤＳ、リングギヤＲ、及びキャリアＣが別々に回転可能できる。そのため、第１ＭＧ１２の回転数を変化させることにより、エンジン１１の回転数と第１ドライブギヤ２２の回転数との比を連続的に変更できる。
図中の破線Ｌ２は、クラッチ機構２４を係合状態にした場合の各回転要素の関係を示している。サンギヤＳとリングギヤＲとが連結されると、サンギヤＳ、リングギヤＲ、及びキャリアＣが一体に回転する。そのため、エンジン１１の回転数と第１ドライブギヤ２２の回転数との比が１に固定される。
以下の（１）式は、クラッチ機構２４を係合状態にしたときのクラッチ機構２４のトルク分担比を示している。なお、この式の「Ｔｅ」はエンジン１１のトルクを示し、「Ｔｍｇ」は第１ＭＧ１２のトルクを示している。また、「ρ」は上述したプラネタリ比を示している。
Figure 2014184852
比較例として、図３に示すようにサンギヤＳとキャリアＣとの間にクラッチ機構２４を設けた場合のトルク分担比を（２）式に示す。また、同様に比較例として、図４に示すようにキャリアＣとリングギヤＲとの間のクラッチ機構２４を設けた場合のトルク分担比を（３）式に示す。なお、図３及び図４において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
Figure 2014184852
これらの式から明らかなように、クラッチ機構２４をサンギヤＳとリングギヤＲとの間に設ける場合が最もトルク分担比が小さくなる。
以上に説明したように、第１の形態の駆動装置１０Ａでは、クラッチ機構２４を動力分割機構２０及び第１ＭＧ１２を挟んでエンジン１１と反対の側に配置したので、クラッチ機構２４の外径を小さくできる。これによりクラッチ機構２４を小型化できるので、駆動装置１０Ａを小型化できる。そのため、車両１への搭載性を向上させることができる。
また、この駆動装置１０Ａでは、第２ＭＧ１３が軸線Ａｘ２上に配置され、カウンタ軸１５が軸線Ａｘ３上に配置されている。このように第２ＭＧ１３及びカウンタ軸１５をクラッチ機構２４が配置される軸線Ａｘ１とは別の軸線上に配置することにより、駆動装置１０Ａの軸線方向の長さを短縮できる。そのため、車両１への搭載性をさらに向上させることができる。
なお、この形態では、リングギヤＲが本発明の第１回転要素に対応する。サンギヤＳが本発明の第２回転要素に対応する。キャリアＣが本発明の第３回転要素に対応する。
（第２の形態）
図５は、本発明の第２の形態に係る駆動装置１０Ｂを概略的に示している。なお、この図において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この形態では、クラッチ機構２４の代わりにドグクラッチ機構３０が設けられている。それ以外は、第１の形態と同じである。
ドグクラッチ機構３０は、サンギヤＳと一体に回転する第１係合部材３１と、リングギヤＲと一体に回転する第２係合部材３２とを備えている。これら係合部材３１、３２の外周にはスリーブ３３が設けられている。スリーブ３３は、軸線Ａｘ１の方向に移動可能なように第１係合部材３１に支持されている。また、スリーブ３３は、第１係合部材３１のみと係合する解放位置と、第１係合部材３１及び第２係合部材３２の両方と係合する係合位置とに移動可能に設けられている。なお、この図において軸線Ａｘ１の上側にはスリーブ３３が解放位置にある状態と示し、軸線Ａｘ１の下側にはスリーブ３３が係合位置にある状態を示した。
この図に示すようにドグクラッチ機構３０も、第１の形態のクラッチ機構２４と同様に、動力分割機構２０及び第１ＭＧ１２を挟んでエンジン１１と反対の側に配置されている。そのため、この図に示すようにドグクラッチ機構３０は、軸線Ａｘ１の最も端に配置されている。
この駆動装置１０Ｂでは、スリーブ３３を係合位置に動かすことにより、サンギヤＳとリングギヤＲとを連結できる。一方、スリーブ３３を解放位置に動かすことにより、サンギヤＳとリングギヤＲとの連結を解放できる。そのため、この形態でも共線図は図２が参照される。
以上に説明したように、この形態の駆動装置１０Ｂも、ドグクラッチ機構３０が動力分割機構２０及び第１ＭＧ１２を挟んでエンジン１１と反対の側に配置される。そのため、クラッチ機構２４を小型化できる。また、この形態でも、第２ＭＧ１３及びカウンタ軸１５をクラッチ機構２４が配置される軸線Ａｘ１とは別の軸線上に配置する。そのため、駆動装置１０Ｂの軸線方向の長さを短縮できる。したがって、駆動装置１０Ｂを小型化できる。また、車両１への搭載性を向上させることができる。
（第３の形態）
図６は、本発明の第３の形態に係る駆動装置１０Ｃを概略的に示している。なお、図６において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この形態では、クラッチ機構２４の代わりにクラッチ機構４０が設けられている点が異なる。それ以外の部分は、第１の形態と同じである。
この図に示すようにクラッチ機構４０はエンジン１１と動力分割機構２０との間に配置されている。クラッチ機構４０には、周知の摩擦クラッチが用いられる。この図に示すようにエンジン１１の出力軸１１ａとリングギヤＲとは接続部材４１で接続されている。また、この図に示すように第１ＭＧ１２の出力軸１２ａが動力分割機構２０とエンジン１１との間まで延長されている。クラッチ機構４０は、接続部材４１と出力軸１２ａとの間に介在している。
このクラッチ機構４０は、接続部材４１と出力軸１２ａとを連結する係合状態と、接続部材４１と出力軸１２ａとの連結を解除する解放状態とに切り替えることができる。接続部材４１はリングギヤＲと連結されている。出力軸１２ａはサンギヤＳと連結されている。そのため、クラッチ機構４０を係合状態に切り替えた場合には、サンギヤＳとリングギヤＲとが連結される。一方、クラッチ機構４０を解放状態に切り替えた場合には、サンギヤＳとリングギヤＲとの連結が解除される。そのため、この形態でも共線図は図２が参照される。
第３の形態の駆動装置１０Ｃでは、エンジン１１と動力分割機構２０との間にクラッチ機構４０を配置したので、図６に示すようにクラッチ機構４０の外径をリングギヤＲの外径まで大きくする必要がない。そのため、クラッチ機構４０の外径を小さくできる。また、この形態でも、第２ＭＧ１３及びカウンタ軸１５をクラッチ機構２４が配置される軸線Ａｘ１とは別の軸線上に配置する。そのため、駆動装置１０Ｃの軸線方向の長さを短縮できる。したがって、駆動装置１０Ｃを小型化できる。また、車両１への搭載性を向上させることができる。
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の駆動装置に設けられる遊星歯車機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限定されない。本発明の駆動装置では、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用してもよい。ただし、この場合には各形態におけるリングギヤとキャリアの接続先が適宜に変更される。

Claims (4)

  1. 内燃機関と、
    第１モータ・ジェネレータと、
    駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、
    相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、共線図上において前記第１回転要素と前記第２回転要素の間に前記第３回転要素が配置され、前記第１回転要素が前記内燃機関と接続され、前記第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、前記第３回転要素が前記出力部材と動力伝達可能に接続された動力分割機構と、
    前記出力部材に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、
    前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結される係合状態と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との連結を解除する解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、を備え、
    前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、前記動力分割機構、及び前記クラッチ機構が、同一軸線上に配置され、
    前記クラッチ機構は、前記第１モータ・ジェネレータ及び前記動力分割機構を挟んで前記内燃機関と反対の側に配置されているハイブリッド車両用駆動装置。
  2. 内燃機関と、
    第１モータ・ジェネレータと、
    駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、
    相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、共線図上において前記第１回転要素と前記第２回転要素の間に前記第３回転要素が配置され、前記第１回転要素が前記内燃機関と接続され、前記第２回転要素が前記第１モータ・ジェネレータと接続され、前記第３回転要素が前記出力部材と動力伝達可能に接続された動力分割機構と、
    前記出力部材に動力を出力可能な第２モータ・ジェネレータと、
    前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結される係合状態と、前記第１回転要素と前記第２回転要素との連結を解除する解放状態とに切り替え可能なクラッチ機構と、を備え、
    前記内燃機関、前記第１モータ・ジェネレータ、前記動力分割機構、及び前記クラッチ機構が、同一軸線上に配置され、
    前記動力分割機構が、前記内燃機関と前記第１モータ・ジェネレータとの間に配置され、
    前記クラッチ機構が、前記内燃機関と前記動力分割機構の間に配置されているハイブリッド車両用駆動装置。
  3. 前記第２モータ・ジェネレータは、前記クラッチ機構が配置されている軸線とは別の軸線上に配置されている請求項１又は２に記載の駆動装置。
  4. 前記出力部材は、前記クラッチ機構が配置されている軸線とは別の軸線上に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
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