JP3958881B2 - 自動車用駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン(内燃機関)と電気モーターの2種類の動力源を有する、いわゆるハイブリッド自動車の駆動装置に関し、特にエンジンより入力される駆動力を、2組の遊星歯車を介して出力軸へ伝達可能で、複数のモーターを備えた自動車用駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンより入力される駆動力を、遊星歯車を介して出力軸へ伝達可能で、複数のモーターを備えた自動車用駆動装置としては、社団法人自動車技術会発行の『自動車技術』1998年1月号17頁の図5に記載のようなものが知られている。
【0003】
しかし、上記の従来例にあっては、エンジンで駆動して走行する際にその動力の一部で発電し、その電力によってモーターで車軸を補助駆動する構成であり、電気的に動力伝達する比率が高いため、発電してモーターで出力させる過程でのロスが大きい。
【0004】
すなわち動力を電気に変えて伝達するルートの動力伝達効率は、一般に歯車などの機械的伝達に比べて劣る。このため、エンジンに高い負荷がかかる駆動状態で走行するような場合に、電気ルートでの動力伝達比率が高まって燃費を悪化させる要因になり、ハイブリッド自動車の良さを一部損なうという問題がある。また、エンジンの出力が車軸へ機械的に伝達されるトルクが小さいため、加速力や登坂能力が低いという問題がある。
【0005】
そこで本発明者は、自動車が市街地を走行する際の定常走行や、走行負荷が大きい加速や登坂などの運転状態において、電気ルートの動力伝達比率を減らしてエンジンの動力を機械的に効率よく車軸に伝えるようにして、一層の燃費向上を図るとともに、機械的に伝達するトルクを増大することにより、大きな駆動力を得て加速力や登坂能力を向上させることを目的として、特願平10−169115号および特願平10−183222号にて出願している。
【0006】
これら2件の発明による駆動装置は、従来例と同様にエンジンの動力を、遊星歯車を介して出力軸に伝達する過程で発電可能な複数のモーターを用いて無段階な変速を行うとともに、高い動力伝達効率および大きな駆動力を得ている。すなわち、特願平10−169115号出願の発明においては、出力軸と連結した第1モーターを設け、遊星歯車は、この回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備え、メンバーAおよびメンバーBと第2モーターを2個のクラッチによりそれぞれ別個にまたは同時に連結可能に構成するとともに、第3モーターとメンバーAとを連結した。
【0007】
また、特願平10−183222号出願の発明においては、基本構成は特願平10−169115号出願と同様であるが、第1モーターは2個のクラッチを介して出力軸およびメンバーBとそれぞれ別個にまたは同時に連結可能に構成するとともに、第2モーターをメンバーAと連結した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の本発明者が出願した駆動装置にあっては、いずれも遊星歯車が回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備え、複数の発電可能なモーターを駆使することにより、高い動力伝達効率と、特に低速域において駆動力を大きくすることができる特徴を持っている。しかし、特に大型商用車などに用いる際に出力軸と連結可能な第1モーターが大きなトルクを必要とし、また2組の遊星歯車を直列に配置したため駆動装置が軸方向に長くなってしまうなど、改善の余地があった。
【0009】
そこで本発明は、駆動装置の軸方向長さを短くして車両への搭載性を高めるとともに、低速トルクが比較的小さな汎用性の高い一般的な形状のモーターを用いて成り立たせることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、第1サンギヤと第1リングギヤとこれらに噛み合う第1ピニヨンを支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車、第2サンギヤと第2リングギヤとこれらに噛み合う第2ピニヨンを支持する第2キャリアとを有する第2遊星歯車を介して、エンジンより入力軸に入力される駆動力を出力軸へ伝達可能で、第1および第2遊星歯車が、これらの回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、回転メンバーのうち増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備えるとともに、出力軸およびメンバーBと選択的に連結可能な第1モーターと、メンバーAと連結した第2モーターを有し、第1遊星歯車および第2遊星歯車を、A軸および該A軸と平行なB軸にそれぞれ別個に配置したことを特徴とする。
【0011】
請求項2に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、A軸心上に第1遊星歯車を、B上軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1キャリアを入力軸に連結し、第1リングギヤと第2キャリアとを第1歯車対を介して連結するとともに出力軸とも連結する一方、第1サンギヤを第2歯車対を介して第2サンギヤに連結し、第2リングギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたことを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、A軸心上に第1遊星歯車を、B軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1リングギヤを第1歯車対を介して第2キャリアに連結するとともに出力軸にも連結し、第1キャリアを第2歯車対を介して第2リングギヤに連結するとともに入力軸にも連結し、第2サンギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたことを特徴とする
【0013】
【作用】
請求項1に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、第1サンギヤと第1リングギヤとこれらに噛み合う第1ピニヨンを支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車、第2サンギヤと第2リングギヤとこれらに噛み合う第2ピニヨンを支持する第2キャリアとを有する第2遊星歯車を介して、エンジンより入力軸に入力される駆動力を出力軸へ伝達可能で、第1および第2遊星歯車が、これらの回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、回転メンバーのうち増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備えるとともに、出力軸およびメンバーBと選択的に連結可能な第1モーターと、メンバーAと連結した第2モーターを有し、第1遊星歯車および第2遊星歯車を、A軸および該A軸と平行なB軸にそれぞれ別個に配置したため、両モーターの制御による無段階な変速を行うとともに、メンバーAを固定することで機械的伝達の減速駆動を行い、メンバーBを固定することで機械的伝達の増速駆動を行う。
【0014】
また、請求項2に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、A軸心上に第1遊星歯車を、B上軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1キャリアを入力軸に連結し、第1リングギヤと第2キャリアとを第1歯車対を介して連結するとともに出力軸とも連結する一方、第1サンギヤを第2歯車対を介して第2サンギヤに連結し、第2リングギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたため、両モーターの制御による無段階な変速を行うとともに、メンバーAを固定することで機械的伝達の減速駆動を行い、メンバーBを固定することで機械的伝達の増速駆動を行う。
【0015】
また、請求項3に記載の本発明の自動車用駆動装置にあっては、A軸心上に第1遊星歯車を、B軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1リングギヤを第1歯車対を介して第2キャリアに連結するとともに出力軸にも連結し、第1キャリアを第2歯車対を介して第2リングギヤに連結するとともに入力軸にも連結し、第2サンギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたため、両モーターの制御による無段階な変速を行うとともに、メンバーAを固定することで機械的伝達の減速駆動を行い、メンバーBを固定することで機械的伝達の増速駆動を行う。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の自動車用駆動装置における主要部のスケルトン図である。また、図1の右側から見た各軸の配置を図8に示す。第1遊星歯車10は、第1サンギヤ12と、第1リングギヤ14と、第1キャリア16および、該第1キャリア16に軸支され第1サンギヤ12および第1リングギヤ14と噛み合う第1ピニヨン18から構成されている。第2遊星歯車20は、第2サンギヤ22と、第2リングギヤ24と、第2キャリア26および、該第2キャリア26に軸支され第2サンギヤ22および第2リングギヤ24と噛み合う第2ピニヨン28から構成されている。
【0017】
エンジン30は入力軸32を介して第1キャリア16と連結するとともに、入力軸32はブロッキングギヤ34と一体になっており、該ブロッキングギヤ34はケース36に係止されたロックボール38を噛み合わせることで入力軸32をケース36に固定することができる。出力軸40は、第1リングギヤ14と一体になっているとともに、第1歯車対42a、42bを介して第2キャリア26と連結されている。第1サンギヤ12は第2歯車対44a、44bを介して第2サンギヤ22と連結されている。
【0018】
第1モーター46は第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50、第1歯車対42a、42bを介して出力軸40と連結可能であるとともに、第2クラッチ52および第4歯車54、第2歯車対44a、44bを介して第1サンギヤ12および第2サンギヤ22とも連結可能である。第2モーター56は第5歯車対58a、58bを介して第2リングギヤと連結している。図1において第5歯車対58aと58bは離れて描いてあるが、両者は噛み合っている。
【0019】
ここで、図8に示した各軸の位置関係を説明する。入力軸32、第1遊星歯車10、出力軸40はA軸に配置され、第2遊星歯車20はA軸の上に位置するB軸に配置される。第1モーター46、第2モーター56はA軸およびB軸の中間両脇のC軸、D軸にそれぞれ配置される。
【0020】
第2リングギヤ24は、第2モーター56により電気的に固定することができ、固定すると後述するように入力軸32から出力軸40へ定まった減速比で機械的な動力伝達ができる。上記第2リングギヤ24は、固定することで機械的に減速駆動を可能にする本発明のメンバーAを構成する。
【0021】
第1サンギヤ12は第2クラッチ52を接続した場合に第1モーターにより電気的に固定することができ、固定すると後述するように入力軸32から出力軸40へ定まった増速比で機械的な動力伝達ができる。上記第1サンギヤ12は、固定することで機械的に増速駆動を可能にする本発明のメンバーBを構成する。
【0022】
第1モーター46、第2モーター56は、それぞれ回転方向を正転・逆転に切り替えられるとともに、モーターとしての機能と発電機としての機能を有しており、図示しないコントローラーからの指令で任意に切り替えることができる。
【0023】
図1に示す駆動装置を搭載した自動車は、エンジン30と、第1モーター46、第2モーター56の2種類の動力源を有するので、いわゆるハイブリッド自動車を構成する。
【0024】
次に、上記構成の駆動装置の作動について説明する。以下の説明で『正回転』とは、出力軸40が駆動する自動車を前進させる回転方向の回転を言い、『逆回転』とはその逆方向の回転を言う。
【0025】
はじめに、図示しないバッテリーから供給される電力による発進と加速を説明する。通常、自動車が発進する際はエンジン30は停止している。まず、第1クラッチ50を接続するとともにコントローラーを介してバッテリーから第1モーター46に正回転する方向に電流を流すと、第1モーター46は第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50、第1歯車対42a、42bを介して出力軸40を駆動する。第1モーター46の出力トルクは第3歯車対48a、48bおよび第1歯車対42a、42bで減速されて大きなトルクとなって、出力軸40と連結された図示しない車輪を駆動するので自動車は発進し加速を始める。
【0026】
この際、エンジン30が停止しているため、入力軸32と連結された第1キャリア16は回転せず、第1サンギヤ12および第2サンギヤ22は逆回転し、第2リングギヤ24および第2モーター56は正回転するが、いずれもトルクを伝達せず空転するのみである。このように、第1モーター46のみで駆動する状態を第1駆動モードと呼ぶ。
【0027】
次に、さらに駆動力を強くするためにエンジン30を始動させる際の作動を説明する。この場合は、第1モーター46での駆動に加えて正回転している第2モーター56に発電させることで、第2リングギヤ24に逆回転方向のトルクが作用して第1キャリア16は正回転方向に駆動され、入力軸32を介してエンジン30を正回転させる。ここでエンジン30に燃料を供給したり図示しない点火回路を接続するなどの制御を行うとエンジン30が始動する。
【0028】
エンジン30が始動して駆動を始めると、以下のように動力伝達が行われる。エンジン30の動力は第1キャリア16に入って第1遊星歯車10でトルク分割され、一部は第1リングギヤ14を通って出力軸40を駆動し、残りのトルクは第1サンギヤ12から第2歯車対44a、44bを介して第2サンギヤ22へ伝えられ、第2ピニヨン28を介して第2リングギヤ24を逆回転させる。ここで、直ちに第2リングギヤ24とともに逆回転する第2モーター56を発電機に切り替えて発電させ、第1クラッチ50を接続した状態の第1モーター46に電力を供給する。
【0029】
第2モーター56が逆回転しながら発電することで、出力軸40と連結された第2キャリア26に正回転方向のトルクが作用するので、入力軸32から第1遊星歯車10、第2遊星歯車20を介して出力軸40へ機械的に伝達されるトルクは以下のようになる。すなわち、第1リングギヤ14の歯数に対する第1サンギヤ12の歯数の比をα1とし、第2リングギヤ24の歯数に対する第2サンギヤ22の歯数の比をα2とし、第1歯車対42aから42bへの変速比をi1、第2歯車対44aから44bへの変速比をi2とすると、(α1・i1・i2+α2+α1・α2)/(α2+α1・α2)倍に増大されたトルクが機械的に伝達される。
【0030】
実際に出力軸40を駆動するトルクは、上記の機械的伝達分に第1モーター46の出力トルクが加算される。すなわち、第1モーター46の出力トルクをT1とし、第3歯車対48aから48bへの変速比をi3とすると、T1・i3・i1が加算される。したがって、バッテリーから第1モーター46に電力を供給し続ければ、第1モーター46はバッテリーからの電力と、第2モーター56が発電した電力とで駆動することになり、出力軸40を駆動する動力源はエンジン30とバッテリーになる。
【0031】
ここで、バッテリーからの電力供給をやめると、第1モーター46は第2モーター56が発電した電力のみで駆動することになり、出力軸40が第1遊星歯車10、第2遊星歯車20を介して機械的に動力伝達されるトルクも含めて動力源はエンジン30だけになる。このように、第2モーター56が逆回転で発電しながら、第1モーター46で駆動する状態を第2駆動モードと呼ぶ。
【0032】
この第2駆動モードにおける入力軸32の回転数と出力軸40の回転数の比(変速比)は、入力軸32に入るエンジン30のトルクの大きさと、自動車を駆動する出力軸40のトルク(負荷)の大きさ、およびバッテリーから第1モーター46に供給される電力とで自動的に決まる。また、第2モーター56が発電する電力もそれらに応じて変化する。
【0033】
すなわち、自動車が低速でエンジン30のトルクが大きく出力軸40の負荷が大きい場合は、入力軸32の回転数が出力軸40の回転数より大幅に高く、徐々に自動車の速度が上昇して出力軸40の負荷が小さくなると、入力軸32の回転数が一定であっても出力軸40の回転数が上昇するように無段階に変化する。と、同時に第2モーター56の回転数は下降する。
【0034】
そして、さらに車速が上昇したりエンジン30の回転数が下降したりすると、第2リングギヤ24とともに第2モーター56の回転数がさらに下がり、やがて停止するに至る。第2リングギヤ24が停止するためには、バッテリーから第2モーター56に正回転方向のトルクを発生させるように電力を供給して電気的に固定する必要がある。通常、モーターは回転数が0の状態で最も大きなトルクを出す特性を持つので、第2リングギヤ24を固定するのに要する電力はわずかである。
【0035】
このようにして、第2モーター56とともに第2リングギヤ24が停止すると、入力軸32の回転数と出力軸40の回転数の比(変速比:出力軸回転数/入力軸回転数)は、前述のトルク比の逆数、(α2+α1・α2)/(α1・i1・i2+α2+α1・α2)になり、定まった減速比の機械的な動力伝達になる。上記第2リングギヤ24は、固定することで減速駆動を可能にする本発明のメンバーAである。このように、定まった減速比の機械的な動力伝達の状態を第3駆動モードと呼ぶ。
【0036】
尚、第3駆動モードにおいても、バッテリーから第1モーター46に電力を供給して機械的伝達の動力に加勢することが可能であるし、逆に機械的な駆動をしながら第1モーター46に発電させてバッテリーを充電することもできる。
【0037】
次に、第4駆動モードへの移行を説明する。第3駆動モードにおいて、第2モーター56が第2リングギヤ24の固定を維持したまま、バッテリーから第1モーター46に電力の供給をやめ、第2クラッチ52を接続するとともに第1クラッチ50の接続を解除する。この際、前述のα1、α2、i1、i2、i3および第4歯車54と第2歯車対44bとの歯数比を適切に設定することで、第3駆動モードにおいて両クラッチ50、52を同時に接続することが可能であり、滑りを起こさずに第1クラッチ50と第2クラッチ52との間の切替ができる。第2クラッチ52を接続すると直ちに第1モーター46に発電させて第2モーター56に正回転方向の電力を供給するように制御する。
【0038】
この場合、バッテリーから第2モーター56へ電力供給することもできる。第2モーター56は供給された電力により第5歯車対58a、58bを介して第2リングギヤ24を駆動する。第2リングギヤ24は出力軸40と連結された第2キャリア26を駆動し、その反力トルクが第2サンギヤ22に作用する。したがって、第1サンギヤ12に作用するエンジン30からの入力トルクの一部が第2歯車対44a、44bを介して第2サンギヤ22に伝えられが、このエンジン30からの入力トルクの一部と前記第2サンギヤ22に作用する反力トルクとの差のトルクで、第4歯車54および第2クラッチ52を介して第1モーター46を駆動し発電する。
【0039】
この際、第1キャリア16から第1リングギヤ14へ機械的に伝達されるトルクは、エンジン30から入力するトルクの1/(1+α1)になる。すなわち、出力軸40に機械的に伝達されるトルクは入力軸32へ入るエンジン30のトルクより小さくなるが、出力軸40にはさらに第2モーター56のトルクが加算される。すなわち第2モーター56のトルクをT2とした場合、T2・i1・(1+α2)が加算される。
【0040】
この場合も、入力軸32の回転数と出力軸40の回転数の比(変速比)は、入力軸32に入るエンジン30のトルクの大きさと、自動車を駆動する出力軸40のトルク(負荷)の大きさ、およびバッテリーから第2モーター56に供給される電力とで自動的に決まり、変速比は無段階に変化する。また、第1モーター46が発電する電力もそれらに応じて変化する。
【0041】
例えば、バッテリーから第2モーター56へ供給する電力を増やして、前記第2サンギヤ22に作用する反力トルクとエンジン30から第1サンギヤ12に作用するトルクが同じになると、互いにトルクが相殺されて第1モーター46を駆動するトルクは0になり、第1モーター46は回転するが発電しない。このように、第1モーター46が発電するか否かを問わず、第1モーター46が回転しながら第2モーター56が第2リングギヤ24を駆動する状態を第4駆動モードと呼ぶ。
【0042】
自動車の速度が上昇したりエンジン30の回転数が下がると、第1サンギヤ12および第2サンギヤ22の回転数が下がり、やがて停止するに至る。この際、バッテリーから第1モーター46に逆回転方向のトルクを出すように電力供給して、電気的に第1サンギヤ12を固定する。第1サンギヤ12を固定すると、変速比は(1+α1)になり、入力軸32から出力軸40へ定まった変速比で増速駆動される。上記第1サンギヤ12は、固定することで増速駆動を可能とする本発明のメンバーBを構成する。また、このように第1サンギヤ12が固定され、定まった変速比で機械的に増速駆動される状態を第5駆動モードと呼ぶ。
【0043】
第5駆動モードにおいても、バッテリーから第2モーター56に電力を供給して機械的な動力伝達に加勢することが可能であるし、逆に機械的な増速駆動をしながら第2モーター56に発電させてバッテリーを充電することもできる。
【0044】
次に、自動車の速度を徐々に下げる場合、および制動する場合について説明する。まず、第4または第5駆動モードでの高速走行中にあっては、運転者が自動車のスロットルペダルを解放して減速したり、ブレーキペダルを踏んで制動する場合には、直ちに上記の駆動をやめてエンジン30への燃料供給を停止し、第2モーター56に発電させて減速する。発電した電力はバッテリーの充電に使う。この際、大型商用車等に用いられるエンジンの排気ブレーキを併用しつつ、第2クラッチ52を接続したまま第1モーター46にも発電させ、制動力を上げることができる。
【0045】
また、低速走行中においては、第2クラッチ52の接続を解除するとともに第1クラッチ50を接続してエンジン30を停止し、第1モーター46に発電させることで減速することができる。発電した電力はバッテリーの充電に使う。この際、ロックポール38でブロッキングギヤ34を固定し、入力軸32が回転しないようにすることで、第1モーター46に加えて第2モーター56にも発電させて減速度を上げることもできる。
【0046】
したがって、第2モーター56および第1モーター46の発電量を適切に制御することにより、適度な減速や制動を行うとともに、従来は摩擦ブレーキで熱に変えて捨てていた自動車の運動エネルギーの一部を電気に変えてバッテリーに蓄え、いわゆるエネルギー回生を行うことができる。エネルギー回生でバッテリーに蓄えた電力は、次に自動車を加速する際に使うことで自動車の燃料消費を少なくする効果が得られる。
【0047】
次に、自動車を後進させる場合について説明する。エンジン30を停止した状態での後進は、前進の第1駆動モードと同様に第1クラッチ50を接続し、バッテリーからの電力供給で第1モーター56を逆回転させることで発進から加速を行うことができる。
【0048】
この場合、ロックポール38でブロッキングギヤ34を固定し、入力軸32が回転しないようにすることで、第1モーター46に加えて第2モーター56にも電力を供給して加勢させ、後進駆動力を上げることができる。
【0049】
次に、エンジン30が回転している状態で、発電しながら後進する場合を説明する。この場合も、前進の第2駆動モードと同様に第2リングギヤ24を介して第2モーター56に発電させて、その電力を第1モーター46に供給して逆回転方向に駆動して後進することができる。但し、第1リングギヤ14には前進の第2駆動モードと同様に機械的に前進方向のトルクが作用するので、前述の第1モーター46のみによる後進より駆動力は小さくなる。
【0050】
以上のように、図1の実施形態にあっては、第1モーター46と出力軸40および第1サンギヤ12との連結関係と、第1モーター46の駆動や発電、第2リングギヤ24と連結された第2モーター56の駆動や発電、さらにはメンバーAまたはBの固定などの制御により、前述の第1駆動モードから第5駆動モードまでの多様な駆動モードを選択して、自動車を走行させることができる。
【0051】
特に、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能であるのが特徴である。また、図1および図8に示すように、A軸、B軸、C軸、D軸の4軸構成とし2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。
【0052】
本実施形態にあっては、第1モーター46と出力軸40との間に、第1歯車対42a、42bおよび第3歯車対48a、48bの、2対の歯車が設けてあるため、第1モーター46から出力軸40へ大きな減速比(i1・i3)で連結することができるので、第1駆動モード乃至第3駆動モードにおいて大きな駆動力を発揮することができ、特に大型のトラックやバス等に適した駆動装置が得られる。
【0053】
次に、図2は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。また、図9は図2を右側から見た各軸の配置を示す。はじめに、図1の実施形態との違いを説明する。2組の遊星歯車10と20とを有し、それぞれをA軸およびB軸上に配置したことは図1の実施形態と同じであるが、C軸上に配置した第1モーター46は第2クラッチ52と第4歯車54を介して第1サンギヤ12と、第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50を介して出力軸40と、それぞれ連結可能であり、B軸上に配置された第2モーター56は第2リングギヤ24と一体的に連結されている。
【0054】
したがって、A軸、B軸、C軸の3軸構成になるが、入力軸32および出力軸40と両遊星歯車10,20ならびに両モーター46,56との連結関係は図1の実施形態と同様であり、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能であることも同じである。
【0055】
詳細な説明は省略するが、本実施形態においても、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。
【0056】
次に、図3は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。また、図3の右側から見た各軸の配置は図2の実施形態と同じで図9になる。図3の実施形態は、入力軸32および出力軸40と両遊星歯車10,20ならびに両モーター46,56との連結関係が、図1および図2の実施形態と異なる。すなわち、出力軸40は第1リングギヤ14と一体的に連結されるとともに、第1歯車対42a、42bを介して第2キャリア26と連結され、第1キャリア16は入力軸32と一体的に連結されるとともに、第2歯車対44a、44bを介して第2リングギヤ24とも連結されている。
【0057】
第2サンギヤ22はメンバーAを構成し、第2モーター56と連結され、第1サンギヤ12はメンバーBを構成する。第1モーター46とメンバーBの第1サンギヤ12とは第2クラッチ52と第4歯車対54a、54bで連結可能であり、第1モーター46と出力軸40との連結関係は図2の実施形態と同じである。
【0058】
詳細な説明は省略するが、メンバーA、メンバーBおよび両モーター46,56などの作用は図1の実施形態と同じであり、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能である。
【0059】
また、本実施形態においても、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。
【0060】
次に、図4は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。本実施形態は後述するように2軸構成であるので軸の配置図は省略する。すなわち、エンジン30、入力軸32、第1遊星歯車10、第2クラッチ52、第1モーター46がA軸上に配置され、出力軸40、第2遊星歯車20、第1クラッチ50、第2モーター56がB軸上に配置される。
【0061】
また、第1モーター46は第2クラッチ52を介して第1サンギヤ12と連結可能であり、第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50を介して出力軸40とも連結可能である。さらに、第2リングギヤ14は第2モーター56と連結しているので、以上の連結関係は介在する歯車が一部異なるが、図1および図2の実施形態と同様である。
【0062】
したがって、本実施形態においても、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能であり、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。また、前述のように主要な構成部品がA軸、B軸の2軸上に配置され、出力軸40が入力軸32と平行な前記B軸に設けられているので、前輪駆動の乗用車に適した構成である。
【0063】
次に、図5は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。本実施形態も図4の実施形態と同様に2軸構成であるので軸の配置図は省略する。すなわち、図4の実施形態と同様に、エンジン30、入力軸32、第1遊星歯車10、第2クラッチ52、第1モーター46がA軸上に配置され、出力軸40、第2遊星歯車20、第1クラッチ50、第2モーター56がB軸上に配置される。
【0064】
また、第1モーター46は第2クラッチ52を介して第1サンギヤ12と連結可能であり、第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50を介して出力軸40とも連結可能であり、第2サンギヤ22は第2モーター56と連結している。
【0065】
以上の各要素の連結関係は、介在する歯車構成が一部異なるが図3の実施形態と同様であり、第2サンギヤ22がメンバーAを、第1サンギヤ12がメンバーBを、それぞれ構成している。したがって、詳細な説明は省略するが、メンバーA、メンバーBおよび両モーター46,56などの作用は図1の実施形態と同じであり、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能である。
【0066】
本実施形態においても、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。また、図4の実施形態と同様に、主要な構成部品がA軸、B軸の2軸上に配置され、出力軸40が入力軸32と平行な前記B軸に設けられているので、前輪駆動の乗用車に適した構成である。
【0067】
次に、図6は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。本実施形態は図5の実施形態における入力軸(A軸)と第2遊星歯車20を設けたB軸との中間にC軸を配置した3軸構成であり、軸の配置図は省略する。
【0068】
すなわち、第1キャリア16と第2リングギヤ24とを連結する第2歯車は44a、44b、44cの3枚となり、歯車44bはC軸上の出力軸40に回転自在に支持される。出力軸40と第1リングギヤ14および第2キャリア26とは、第1歯車42a、42b、42cの3枚で連結されている。第1モーター46はメンバーBの第1サンギヤ12と第2クラッチ52を介して連結可能であるとともに、第3歯車対48a、48bおよび第1クラッチ50を介して出力軸40とも連結可能である。また、第2モーター56はメンバーAの第2サンギヤ22と一体的に連結されている。
【0069】
以上の各要素の連結関係は、介在する歯車構成が一部異なるが図5の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略するが、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能である。
【0070】
本実施形態においても、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。また、図4、図5の実施形態に比べて第1モーター46と第2モーター56との軸間距離を大きくとれるので、直径の大きなモーターを用いるのに適しており、2組の遊星歯車10および20を軸方向にオーバーラップした位置に設けることとあいまって全長の短い駆動装置を得ることができる。
【0071】
次に、図7は、本発明の自動車用駆動装置における他の実施形態を表すスケルトン図である。本実施形態は図6の実施形態と同様に、第1遊星歯車10を設けたA軸と第2遊星歯車20を設けたB軸との中間にC軸を配置した3軸構成であり、軸の配置図は省略する。
【0072】
入力軸32および出力軸40は、ともにC軸上に配置されている。すなわち、第1キャリア16と第2リングギヤ24とを連結する第2歯車は44a、44b、44cの3枚であり、中間の44bが入力軸32と一体的に連結されている。他の連結関係は図6の実施形態と同じである。
【0073】
以上の各要素の連結関係は、介在する歯車構成が一部異なるが図5の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略するが、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能である。
【0074】
本実施形態においても、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。また、図6の実施形態と同様に、第1モーター46と第2モーター56との軸間距離を大きくとれるので、直径の大きなモーターを用いるのに適しており、全長の短い駆動装置を得ることができる。
【0075】
以上のように、本発明の各実施形態にあっては、いずれの実施形態においてもメンバーA、メンバーBおよび両モーター46,56などの作用は図1の実施形態と同じであり、車速0の発進から第5駆動モードまで無段階に変速できるとともに、減速、増速の2種類の定まった変速比の機械的な動力伝達が可能である。また、2組の遊星歯車10および20をそれぞれ別個の軸上に配置し、両者を軸方向にオーバーラップした位置に設けることで駆動装置の全長を短くするとともに、第1モーター46および第2モーター56は汎用性が高い一般的な形状のモーターを使用することができる。
【0076】
また、図1、図2、図3および図7に示した実施形態は、入力軸32と出力軸40とが同じ軸心上にあるのでエンジン30を自動車の前方に配置した後輪駆動車に適しており、一般的な変速機とほぼ同じ位置に配置することが可能である。
【0077】
本発明の自動車用駆動装置は、当業者の一般的な知識に基づいて、各モーターに過大なトルクが作用しないように、図1、図2、図4の実施形態において第1サンギヤと第2サンギヤの間に一定のトルクで滑るようなトルク制限クラッチを設けることや、第1、第2クラッチにワンウエイクラッチの機能を持たせるなどの変更や改良を加えた態様で実施することができる。
【0078】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明の自動車用駆動装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1) 請求項1に記載の本発明の自動車用駆動装置によれば、第1サンギヤと第1リングギヤとこれらに噛み合う第1ピニヨンを支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車、第2サンギヤと第2リングギヤとこれらに噛み合う第2ピニヨンを支持する第2キャリアとを有する第2遊星歯車を介して、エンジンより入力軸に入力される駆動力を出力軸へ伝達可能で、第1および第2遊星歯車が、これらの回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、回転メンバーのうち増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備えるとともに、出力軸およびメンバーBと選択的に連結可能な第1モーターと、メンバーAと連結した第2モーターを有し、第1遊星歯車および第2遊星歯車を、A軸および該A軸と平行なB軸にそれぞれ別個に配置したため、両遊星歯車を軸方向にオーバーラップさせて配置することで駆動装置の全長を短くするとともに、汎用性の高い一般的な形状のモーターを使用することが可能になる。
【0079】
(2) 請求項2に記載の本発明の自動車用駆動装置によれば、A軸心上に第1遊星歯車を、B上軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1キャリアを入力軸に連結し、第1リングギヤと第2キャリアとを第1歯車対を介して連結するとともに出力軸とも連結する一方、第1サンギヤを第2歯車対を介して第2サンギヤに連結し、第2リングギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたため、両遊星歯車を軸方向にオーバーラップさせて配置することで駆動装置の全長を短くし、汎用性の高い一般的な形状のモーターを使用することが可能になるとともに、第1モーターと出力軸のとの間の減速比を大きくして、特に第1駆動モード乃至第3駆動モードにおける駆動力を大きくすることができる。
【0080】
(3) 請求項3に記載の本発明の自動車用駆動装置によれば、A軸心上に第1遊星歯車を、B軸心上に第2遊星歯車を配置して、第1リングギヤを第1歯車対を介して第2キャリアに連結するとともに出力軸にも連結し、第1キャリアを第2歯車対を介して第2リングギヤに連結するとともに入力軸にも連結し、第2サンギヤをメンバーA、第1サンギヤをメンバーBとしたため、軸数が3軸で構成できて歯車の数も少なく、しかも駆動装置の全長を短くし、汎用性の高い一般的な形状のモーターを使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車用駆動装置のスケルトン図である。
【図2】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図3】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図4】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図5】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図6】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図7】本発明の自動車用駆動装置における、他の実施形態のスケルトン図である。
【図6】図1の右側から見た各軸の配置を示す図である。
【図7】図2および図3の右側から見た各軸の配置を示す図である。
【符号の説明】
10:第1遊星歯車
12:第1サンギヤ
14:第1リングギヤ
16:第1キャリア
18:第1ピニヨン
20:第2遊星歯車
22:第2サンギヤ
24:第2リングギヤ
26:第2キャリア
28:第2ピニヨン
30:エンジン
32:入力軸
34:ブロッキングギヤ
36:ケース
38:ロックポール
40:出力軸
42a、42b、42c:第1歯車対、第1歯車
44a、44b、44c:第2歯車対、第2歯車
46:第1モーター
48a、48b:第3歯車対
50:第1クラッチ
52:第2クラッチ
54、54a、54b:第4歯車、第4歯車対
56:第2モーター
58a、58b:第5歯車対
Claims (3)
- 第1サンギヤと第1リングギヤとこれらに噛み合う第1ピニヨンを支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車、第2サンギヤと第2リングギヤとこれらに噛み合う第2ピニヨンを支持する第2キャリアとを有する第2遊星歯車を介して、エンジンより入力軸に入力される駆動力を出力軸へ伝達可能で、前記第1および第2遊星歯車が、これらの回転メンバーのうち減速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーAと、前記回転メンバーのうち増速駆動を得るべくケースに固定可能なメンバーBとを備えるとともに、前記出力軸および前記メンバーBと選択的に連結可能な第1モーターと、前記メンバーAと連結した第2モーターを有し、前記第1遊星歯車および第2遊星歯車を、A軸および該A軸と平行なB軸にそれぞれ別個に配置したことを特徴とする自動車用駆動装置。
- 前記A軸心上に前記第1遊星歯車を、前記B上軸心上に前記第2遊星歯車を配置して、前記第1キャリアを前記入力軸に連結し、前記第1リングギヤと前記第2キャリアとを第1歯車対を介して連結するとともに前記出力軸とも連結する一方、前記第1サンギヤを第2歯車対を介して前記第2サンギヤに連結し、前記第2リングギヤを前記メンバーA、前記第1サンギヤを前記メンバーBとしたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用駆動装置。
- 前記A軸心上に前記第1遊星歯車を、前記B軸心上に前記第2遊星歯車を配置して、前記第1リングギヤを第1歯車対を介して前記第2キャリアに連結するとともに前記出力軸にも連結し、前記第1キャリアを第2歯車対を介して前記第2リングギヤに連結するとともに前記入力軸にも連結し、前記第2サンギヤを前記メンバーA、前記第1サンギヤを前記メンバーBとしたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用駆動装置。
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