JP5725197B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両用駆動装置に関する。

従来、ハイブリッド車両用駆動装置が知られている。例えば、特許文献１には、エンジンと、一対の電動発電機ユニットと、一対の歯車装置とを有するハイブリッド電気自動車用動力伝達装置が開示されている。

米国特許出願公開第２００８／００５３７２３号明細書

ハイブリッド車両の効率を向上させることについて、なお改良の余地がある。例えば、ハイブリッド車両用駆動装置の減速比と伝達効率との対応関係を高い自由度で設定できれば、ハイブリッド車両の効率の向上を図ることができる。

本発明の目的は、ハイブリッド車両の効率を向上させることができるハイブリッド車両用駆動装置を提供することである。

本発明のハイブリッド車両用駆動装置は、第一遊星歯車機構と、第二遊星歯車機構と、クラッチとを備え、前記第一遊星歯車機構のサンギアは第一回転電機に、キャリアは駆動輪に、リングギアはエンジンにそれぞれ接続され、前記第二遊星歯車機構のサンギアは第二回転電機に、キャリアは前記クラッチを介して前記第一遊星歯車機構のリングギアおよび前記エンジンに、リングギアは前記駆動輪にそれぞれ接続されていることを特徴とする。

上記ハイブリッド車両用駆動装置において、更に、前記第一遊星歯車機構のリングギアと前記エンジンとを断接する第二クラッチと、前記第二遊星歯車機構のキャリアの回転を係合することにより規制するブレーキと、を備えることが好ましい。

上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記クラッチ、前記第二クラッチおよび前記ブレーキをそれぞれ係合あるいは開放することで走行用の複数のモードに切り替え可能であり、前記クラッチおよび前記ブレーキを係合し、かつ前記第二クラッチを開放することで、モード５による走行を実現することが好ましい。

上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記クラッチ、前記第二クラッチおよび前記ブレーキをそれぞれ係合あるいは開放することで走行用の複数のモードに切り替え可能であり、前記エンジンを停止して前記第一回転電機あるいは前記第二回転電機の少なくともいずれか一方を動力源としてハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行として、前記クラッチおよび前記第二クラッチを開放し、前記ブレーキを係合するモード３、前記第二クラッチおよび前記ブレーキを開放し、前記クラッチを係合するモード４、前記第二クラッチを開放し、前記クラッチおよび前記ブレーキを係合するモード５、の３つのモードを選択的に実現可能であることが好ましい。

上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記エンジンの回転軸と同軸上に、前記エンジンに近い側から順に、前記第二クラッチ、前記第一回転電機、前記第一遊星歯車機構、前記クラッチ、前記第二遊星歯車機構、前記ブレーキ、前記第二回転電機が配置されていることが好ましい。

本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、第一遊星歯車機構と、第二遊星歯車機構と、クラッチとを備える。第一遊星歯車機構のサンギアは第一回転電機に、キャリアは駆動輪に、リングギアはエンジンにそれぞれ接続され、第二遊星歯車機構のサンギアは第二回転電機に、キャリアはクラッチを介して第一遊星歯車機構のリングギアおよびエンジンに、リングギアは駆動輪にそれぞれ接続されている。本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、ハイブリッド車両の効率を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。 図２は、第１実施形態の各走行モードの係合表を示す図である。 図３は、ＨＶ−１モード時の共線図である。 図４は、ＨＶ−２モード時の共線図である。 図５は、第１実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。 図６は、ＥＶ−１モード時の共線図である。 図７は、ＥＶ−２モード時の共線図である。 図８は、ＥＶ−３モード時の共線図である。 図９は、回転電機の損失の大きさを示す概念図である。 図１０は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。

以下に、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１から図９を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、ハイブリッド車両用駆動装置に関する。図１は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図、図２は、第１実施形態の各走行モードの係合表を示す図である。

図１に示すように、ハイブリッド車両１００は、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、ハイブリッド車両用駆動装置１−１を備えている。本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、第一遊星歯車機構１０と、第二遊星歯車機構２０と、第一クラッチＣＬ１と、第二クラッチＣＬ０と、ブレーキＢ１とを備えている。本実施形態のハイブリッドシステムは、ハイブリッド車両用駆動装置１−１と、エンジン１と、第一回転電機ＭＧ１と、第二回転電機ＭＧ２と、ＥＣＵ３０とを含んでいる。

第一クラッチＣＬ１は、第一遊星歯車機構１０のリングギアである第一リングギア１３およびエンジン１と、第二遊星歯車機構２０のキャリアである第二キャリア２４とを断接するクラッチ装置である。ブレーキＢ１は、第二キャリア２４の回転を係合することにより規制することができる。

第一遊星歯車機構１０のサンギアである第一サンギア１１は、第一回転電機ＭＧ１に接続され、第一遊星歯車機構１０のキャリアである第一キャリア１４は、ハイブリッド車両１００の駆動輪に接続され、第一リングギア１３は、エンジン１に接続されている。第二遊星歯車機構２０のサンギアである第二サンギア２１は、第二回転電機ＭＧ２に接続され、第二キャリア２４は、第一クラッチＣＬ１を介して第一リングギア１３およびエンジン１に接続され、第二遊星歯車機構２０のリングギアである第二リングギア２３は、ハイブリッド車両１００の駆動輪に接続されている。なお、第一キャリア１４および第二リングギア２３は、直接駆動輪に接続されていなくてもよく、例えば差動機構や出力軸を介して駆動輪に接続されていてもよい。

エンジン１は、燃料の燃焼エネルギーを回転運動に変換して回転軸２に出力する。回転軸２は、例えば、ハイブリッド車両１００の車幅方向に延在している。本明細書において、特に記載しない限り、「軸方向」とは回転軸２の軸方向を示すものとする。

第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

第一回転電機ＭＧ１は、ステータ４１およびロータ４２を有する。ロータ４２は、第一サンギア１１と同軸上に配置され、かつ第一サンギア１１と接続されており、第一サンギア１１と一体回転する。第二回転電機ＭＧ２は、ステータ４３およびロータ４４を有する。ロータ４４は、第二サンギア２１と同軸上に配置され、かつ第二サンギア２１と接続されており、第二サンギア２１と一体回転する。

第一遊星歯車機構１０および第二遊星歯車機構２０は、それぞれ回転軸２と同軸上に配置されており、軸方向において互いに対向している。第一遊星歯車機構１０は、第二遊星歯車機構２０よりも軸方向のエンジン側に配置されている。第一回転電機ＭＧ１は、第一遊星歯車機構１０よりも軸方向のエンジン側に配置され、第二回転電機ＭＧ２は、第二遊星歯車機構２０よりも軸方向のエンジン側と反対側に配置されている。つまり、第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とは、第一遊星歯車機構１０および第二遊星歯車機構２０を挟んで軸方向において互いに対向している。エンジン１の回転軸２と同軸上には、エンジン１に近い側から順に、第二クラッチＣＬ０、第一回転電機ＭＧ１、第一遊星歯車機構１０、第一クラッチＣＬ１、第二遊星歯車機構２０、ブレーキＢ１、第二回転電機ＭＧ２が配置されている。なお、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２、各遊星歯車機構１０，２０、各クラッチＣＬ０，ＣＬ１およびブレーキＢ１の軸方向における並び順は、これに限定されるものではない。

第一遊星歯車機構１０は、シングルピニオン式であり、第一サンギア１１、第一ピニオンギア１２、第一リングギア１３および第一キャリア１４を有する。第一サンギア１１は、回転軸２と同軸上に配置されている。第一リングギア１３は、第一サンギア１１と同軸上であってかつ第一サンギア１１の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギア１２は、第一サンギア１１と第一リングギア１３との間に配置されており、第一サンギア１１および第一リングギア１３とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギア１２は、第一キャリア１４によって回転自在に支持されている。第一キャリア１４は、回転軸２と同軸上に回転自在に支持されている。従って、第一ピニオンギア１２は、第一キャリア１４と共にエンジン１の回転軸２の中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつ第一キャリア１４によって支持されて第一ピニオンギア１２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。

第二遊星歯車機構２０は、シングルピニオン式であり、第二サンギア２１、第二ピニオンギア２２、第二リングギア２３および第二キャリア２４を有する。第二サンギア２１は、回転軸２と同軸上に配置されている。第二リングギア２３は、第二サンギア２１と同軸上であってかつ第二サンギア２１の径方向外側に配置されている。第二ピニオンギア２２は、第二サンギア２１と第二リングギア２３との間に配置されており、第二サンギア２１および第二リングギア２３とそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギア２２は、第二キャリア２４によって回転自在に支持されている。第二キャリア２４は、回転軸２と同軸上に回転自在に支持されている。従って、第二ピニオンギア２２は、第二キャリア２４と共に回転軸２の中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつ第二キャリア２４によって支持されて第二ピニオンギア２２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。

第二キャリア２４は、第一クラッチＣＬ１を介して第一リングギア１３およびエンジン１と接続されている。第一クラッチＣＬ１は、第二キャリア２４と、第一リングギア１３およびエンジン１とを断接する。第一クラッチＣＬ１は、係合することで第一リングギア１３およびエンジン１と第二キャリア２４との相対回転を規制し、第一リングギア１３とエンジン１と第二キャリア２４とを一体回転させることが可能である。一方、第一クラッチＣＬ１は、開放することでエンジン１および第一リングギア１３と第二キャリア２４とを切断し、エンジン１および第一リングギア１３と第二キャリア２４とが互いに独立して回転できる状態とすることができる。

第二クラッチＣＬ０は、エンジン１と第一リングギア１３とを断接するクラッチ装置である。本実施形態の第二クラッチＣＬ０は、エンジン１の回転軸２に配置される。第二クラッチＣＬ０は、係合することで回転軸２におけるエンジン１側と第一リングギア１３側との相対回転を規制し、第一リングギア１３とエンジン１とを一体回転させることが可能である。一方、第二クラッチＣＬ０は、開放することでエンジン１と第一リングギア１３とを切断し、エンジン１と第一リングギア１３とが互いに独立して回転できる状態とすることができる。

ブレーキＢ１は、第二キャリア２４の回転を規制することができる。ブレーキＢ１は、第二キャリア２４側の係合要素と、車体側の係合要素とが係合することで第二キャリア２４の回転を規制し、第二キャリア２４の回転を停止させることができる。一方、ブレーキＢ１は、開放することで第二キャリア２４の回転を許容することができる。

第一クラッチＣＬ１、第二クラッチＣＬ０およびブレーキＢ１は、例えば、ドグ歯噛合い式のものとすることができるが、これに限らず、摩擦係合式等であってもよい。各クラッチＣＬ０,ＣＬ１を駆動するアクチュエータやブレーキＢ１を駆動するアクチュエータは、電磁力によるものや油圧によるもの、その他の公知のものを使用することができる。ドグ歯噛合い式の場合、湿式摩擦材による摩擦係合式よりも非係合時の引き摺り損失が小さく、高効率化が可能である。また、ドグ歯用のアクチュエータとして電磁式を用いる場合、クラッチＣＬ０，ＣＬ１やブレーキＢ１のための油圧回路が不要となり、Ｔ／Ａの簡略化、軽量化が可能となる。なお、油圧式のアクチュエータを採用する場合、油圧源としてエンジンの回転によって駆動される機械式のオイルポンプや電動オイルポンプを用いることができる。

クラッチＣＬ０，ＣＬ１およびブレーキＢ１は、リターンスプリング等の付勢力に抗してアクチュエータの駆動力によって開放するものであっても、付勢力に抗してアクチュエータの駆動力によって係合するものであってもよい。

第一キャリア１４と第二リングギア２３とは、一体回転可能に連結されている。本実施形態では、第二リングギア２３は、円筒形の回転体３の内周面に形成された内歯歯車である。また、第一キャリア１４は、回転体３と接続されており、回転体３と一体回転する。つまり、第一キャリア１４と第二リングギア２３とは、回転体３を介して互いに接続されており、一体回転する。回転体３の外周面には、出力ギア６が形成されている。出力ギア６は、差動機構等を介してハイブリッド車両１００の出力軸と連結されている。出力ギア６は、エンジン１、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から遊星歯車機構１０，２０を介して伝達される動力を駆動輪に対して出力する出力部である。エンジン１、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２から出力ギア６に伝達された動力は、出力軸を介してハイブリッド車両１００の駆動輪に伝達される。また、路面から駆動輪に対して入力される動力は、出力軸を介して出力ギア６からハイブリッド車両用駆動装置１−１に伝達される。

ＥＣＵ３０は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ３０は、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２とそれぞれ接続されており、エンジン１、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を制御することができる。また、ＥＣＵ３０は、第一クラッチＣＬ１、第二クラッチＣＬ０およびブレーキＢ１の開放／係合を制御することができる。クラッチＣＬ１，ＣＬ０およびブレーキＢ１の油圧源として電動オイルポンプが設けられる場合、ＥＣＵ３０は、電動オイルポンプを制御することができる。

ハイブリッド車両１００では、ハイブリッド走行あるいはＥＶ走行を選択的に実行可能である。ハイブリッド走行とは、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２のうち少なくともエンジン１を動力源としてハイブリッド車両１００を走行させる走行モードである。ハイブリッド走行では、エンジン１に加えて、更に第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の少なくとも一方を動力源としてもよく、第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の一方を動力源とし、他方をエンジン１の反力受けとして機能させてもよい。その他、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、後述するモードに応じて適宜モータあるいは発電機として機能してもよく、無負荷の状態で空転することもできる。

ＥＶ走行は、エンジン１を停止し、第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の少なくともいずれか一方を動力源として走行する走行モードである。なお、ＥＶ走行において、走行状況やバッテリの充電状態等に応じて第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の少なくともいずれか一方に発電を行わせるようにしてもよく、第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の少なくともいずれか一方を空転させるようにしてもよい。

本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、図２に示すように、第一クラッチＣＬ１、第二クラッチＣＬ０およびブレーキＢ１の係合／開放の組合せに応じて、５つのモードが実現可能である。図２において、ＣＬ１，ＣＬ０の欄の丸記号は、それぞれクラッチＣＬ１，ＣＬ０の係合を示し、ＣＬ１，ＣＬ０の欄が空欄の場合、当該クラッチの開放を示す。また、Ｂ１の欄の丸記号は、ブレーキＢ１の係合を示し、Ｂ１の欄が空欄の場合、ブレーキＢ１の開放を示す。

（ＨＶ−１モード）
第一クラッチＣＬ１を開放し、第二クラッチＣＬ０およびブレーキＢ１を係合した場合、モード１（走行モード１）が実現され、モード１による走行が可能となる。本実施形態では、以下のＨＶ−１モードがモード１に対応する。ＨＶ−１モードは、ハイブリッド車両用駆動装置１−１を電気トルコン＋ＭＧ２減速モードとして走行するＨＶ走行モードである。図３は、ＨＶ−１モード時の共線図である。図３を含む各共線図において、Ｓ１は第一サンギア１１、Ｃ１は第一キャリア１４、Ｒ１は第一リングギア１３を示し、Ｓ２は第二サンギア２１、Ｃ２は第二キャリア２４、Ｒ２は第二リングギア２３を示す。また、ＥＮＧはエンジン１、ＯＵＴは出力ギア６を示す。ハイブリッド車両１００が前進するときの第一キャリア１４および第二リングギア２３の回転方向を正方向とし、正方向の回転方向のトルク（図では上向き矢印）を正のトルクとする。

第一遊星歯車機構１０および第二遊星歯車機構２０の各回転要素の共線図における並び順は、第一サンギア１１（Ｓ１）、第一キャリア１４（Ｃ１）および第二リングギア２３（Ｒ２）、第一リングギア１３（Ｒ１）および第二キャリア２４（Ｃ２）、第二サンギア２１（Ｓ２）の順である。

ＨＶ−１モードでは第一クラッチＣＬ１が開放されていることから第一リングギア１３（Ｒ１）と第二キャリア２４（Ｃ２）とが相対回転可能であり、ブレーキＢ１が係合していることから第二キャリア２４の回転が規制される。また、第二クラッチＣＬ０が係合されていることから、第一リングギア１３とエンジン１とが接続されており、エンジン１の出力トルクは第一リングギア１３に伝達される。

ＨＶ−１モードでは、第一遊星歯車機構１０は、パワースプリットするトルク分割プラネタリとして機能する。第一遊星歯車機構１０および第一回転電機ＭＧ１は、第一回転電機ＭＧ１が発生する反力を調節することによってエンジン１から出力ギア６に伝達されるトルクを可変とする電気トルコンとして機能することができる。また、第二遊星歯車機構２０は、第二回転電機ＭＧ２の回転を減速して出力ギア６に伝達する減速プラネタリとして機能する。

第二遊星歯車機構２０において、第二サンギア２１の回転方向と第二リングギア２３の回転方向とは逆方向となる。第二回転電機ＭＧ２は、負のトルクを発生することによりハイブリッド車両１００に前進方向の駆動力を発生させることができ、正のトルクを発生させることで、ハイブリッド車両１００に後進方向（および減速方向）の駆動力を発生させることができる。

（ＨＶ−２モード）
ブレーキＢ１を開放し、第一クラッチＣＬ１および第二クラッチＣＬ０を係合した場合、モード２（走行モード２）が実現され、モード２による走行が可能となる。本実施形態では、以下のＨＶ−２モードがモード２に対応する。ＨＶ−２モードは、４要素プラネタリに第一回転電機ＭＧ１、出力ギア６、エンジン１、第二回転電機ＭＧ２の順に結合した複合スプリットモードである。以下に図４および図５を参照して説明するように、ＨＶ−２モードは、ハイギア側およびローギア側にそれぞれメカニカルポイントを持つシステムとなり、広い減速比の範囲で伝達効率が向上するという利点がある。ここで、メカニカルポイントとは、機械伝達ポイントであり、電気パスがゼロの高効率動作点である。図４は、ＨＶ−２モード時の共線図、図５は、第１実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。

ＨＶ−２モード時は、第一リングギア１３と第二キャリア２４とが一体回転する１つの回転要素として動作し、第一キャリア１４と第二リングギア２３とが一体回転する１つの回転要素として動作する。従って、第一遊星歯車機構１０および第二遊星歯車機構２０は、全体として４要素のプラネタリとして機能する。

第一遊星歯車機構１０および第二遊星歯車機構２０からなる４要素プラネタリの共線図は、図４に示すように、直線上に第一回転電機ＭＧ１の回転数、出力ギア６の回転数、エンジン１の回転数および第二回転電機ＭＧ２の回転数がこの順番で並ぶものとなる。

ＨＶ−２モードでは、第一クラッチＣＬ１が係合して第一リングギア１３と第二キャリア２４とを連結している。このため、エンジン１の出力する動力に対して、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２のいずれによっても反力を受けることができる。エンジン１の反力を第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の一方または両方でトルクを分担して受けることが可能となり、効率の良い動作点で動作させたり、熱によるトルク制限等の制約を緩和したりすることが可能となる。よって、ハイブリッド車両１００の高効率化が可能となる。例えば、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２のうち、効率良く動作できる方の回転電機によって優先的に反力を受けるようにすれば、効率の向上を図ることができる。また、いずれか一方の回転電機において熱によるトルク制限がなされた場合に、他方の回転電機の回生（あるいは出力）によってアシストすることで、必要な反力を満足させることが可能となる。

図５を参照して説明するように、ＨＶ−２モードでは、ローギア側だけでなくハイギア側にもメカニカルポイントが存在するため、ハイギア動作時の伝達効率が向上するという利点がある。図５において、横軸は減速比、縦軸は理論伝達効率を示す。ここで、減速比γは、遊星歯車機構１０，２０の出力トルクと入力トルクとの比（変速比）であり、下記式（１）に示すものである。
減速比γ ＝ 出力トルク／エンジントルク …（１）
横軸において、左側が減速比の小さいハイギア側であり、右側が減速比の大きいローギア側となる。

理論伝達効率は、遊星歯車機構１０，２０に入力される動力が電気パスを介さずに機械的な伝達によって全て出力ギア６に伝達される場合に最大効率１．０となる。図５において、破線２０１は、ＨＶ−１モード時の伝達効率線を示し、実線２０２は、ＨＶ−２モード時の伝達効率線を示す。ＨＶ−１モード時の伝達効率線２０１は、減速比γ１において最大効率となる。減速比γ１は、第一回転電機ＭＧ１（第一サンギア１１）の回転数が０となる減速比である。このため、第一回転電機ＭＧ１によって反力を受けることによる電気パスは０であり、機械的な動力の伝達のみによってエンジン１あるいは第二回転電機ＭＧ２から出力ギア６に動力を伝達することができる動作点となる。この減速比γ１は、アンダードライブ側の減速比、すなわち１よりも大きな減速比である。本明細書では、この減速比γ１を「第一機械伝達減速比γ１」とも記載する。ＨＶ−１モード時の伝達効率２０１は、減速比γが第一機械伝達減速比γ１よりもローギア側の値となるに従い緩やかに低下する。また、ＨＶ−１モード時の伝達効率２０１は、減速比γが第一機械伝達減速比γ１よりもハイギア側の値となるに従い大きく低下する。

ＨＶ−２モード時の伝達効率線２０２は、第一機械伝達減速比γ１に加えて、減速比γ２にメカニカルポイントを有する。ＨＶ−２モードでは、第一機械伝達減速比γ１において第一回転電機ＭＧ１の回転数が０となり、この状態で第一回転電機ＭＧ１によって反力を受けることによりメカニカルポイントを実現することができる。また、減速比γ２において、第二回転電機ＭＧ２の回転数が０となり、この状態で第二回転電機ＭＧ２によって反力を受けることによりメカニカルポイントを実現することができる。この減速比γ２を「第二機械伝達減速比γ２」とも記載する。

ＨＶ−２モード時の伝達効率（２０２）は、第一機械伝達減速比γ１よりもローギア側の領域では、減速比の増加に応じてＨＶ−１モード時の伝達効率（２０１）よりも大きく低下する。また、ＨＶ−２モード時の伝達効率線２０２は、第一機械伝達減速比γ１と第二機械伝達減速比γ２との間の減速比の領域では低効率側に湾曲している。この領域では、ＨＶ−２モード時の伝達効率がＨＶ−１モード時の伝達効率よりも高効率である。ＨＶ−２モード時の伝達効率（２０２）は、第二機械伝達減速比γ２よりもハイギア側の領域では減速比の減少に従って低下する。

このように、ＨＶ−２モードは、第一機械伝達減速比γ１に加えて第一機械伝達減速比γ１よりもハイギア側の第二機械伝達減速比γ２にメカニカルポイントを有することで、ハイギア動作時の伝達効率の向上を実現できる。これにより、高速走行時の伝達効率向上による燃費の向上を図ることが可能となる。第二機械伝達減速比γ２は、オーバードライブ側の減速比、すなわち１よりも小さな減速比である。アンダードライブ側に第一機械伝達減速比γ１、オーバードライブ側に第二機械伝達減速比γ２があることで、広い運転領域において伝達効率を向上させることができる。

また、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１では、第一機械伝達減速比γ１と第二機械伝達減速比γ２とを互いに独立して設定することが可能である。第一機械伝達減速比γ１は、下記式（２）で表される。
γ１ ＝ １＋ρ１ …（２）
ここで、第一プラネタリ比ρ１は、第一遊星歯車機構１０に係るギア比であり、（第一サンギア１１の歯数）／（第一リングギア１３の歯数）である。第一プラネタリ比ρ１は、図４に示すように、第一サンギア１１と第一キャリア１４とのギア比を１としたときの第一キャリア１４と第一リングギア１３とのギア比である。第一プラネタリ比ρ１は、ＨＶ−１モードにおけるエンジン１から出力ギア６への直達動力とエンジン１から第一回転電機ＭＧ１への伝達動力との割合を決定する。

第二機械伝達減速比γ２は、下記式（３）で表される。
γ２ ＝ １／（１＋ρ２） …（３）
ここで、第二プラネタリ比ρ２は、第二遊星歯車機構２０に係るギア比であり、（第二サンギア２１の歯数）／（第二リングギア２３の歯数）である。第二プラネタリ比ρ２は、図４に示すように、第二サンギア２１と第二キャリア２４とのギア比を１としたときの第二キャリア２４と第二リングギア２３とのギア比である。第二プラネタリ比ρ２は、第二回転電機ＭＧ２から出力ギア６への減速比を決定する。

上記式（２）から、第一機械伝達減速比γ１は、第二プラネタリ比ρ２にかかわらず第一プラネタリ比ρ１によって決まる。また、上記式（３）から、第二機械伝達減速比γ２は、第一プラネタリ比ρ１にかかわらず第二プラネタリ比ρ２によって決まる。従って、第一遊星歯車機構１０のギア比を変更することで第二機械伝達減速比γ２に影響することなく第一機械伝達減速比γ１を変更することができる。一方、第二遊星歯車機構２０のギア比を変更することで第一機械伝達減速比γ１に影響することなく第二機械伝達減速比γ２を変更することができる。

このように、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、第一機械伝達減速比γ１と第二機械伝達減速比γ２とを互いに独立して設定することが可能であり、メカニカルポイントの設定の自由度が高い。言い換えると、ハイブリッド車両用駆動装置１−１は、減速比と伝達効率との対応関係を高い自由度で設定することができる。第一機械伝達減速比γ１および第二機械伝達減速比γ２をそれぞれ狙いの減速比に任意に設定することができ、ハイブリッドシステムの効率向上に有利である。

本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、ハイブリッド走行時にＨＶ−１モードとＨＶ−２モードとを適宜切り替えることにより、伝達効率の向上を図ることができる。例えば、第一機械伝達減速比γ１よりもローギア側の減速比の領域ではＨＶ−１モードを選択し、第一機械伝達減速比γ１よりもハイギア側の減速比の領域ではＨＶ−２モードを選択することで、ローギア領域からハイギア領域まで広い減速比の領域で伝達効率を向上させることができる。

（ＥＶ−１モード）
第一クラッチＣＬ１および第二クラッチＣＬ０を開放し、ブレーキＢ１を係合した場合、モード３（走行モード３）が実現され、モード３による走行が可能となる。本実施形態では、以下のＥＶ−１モードがモード３に対応する。ＥＶ−１モードは、エンジン１を停止し、第二回転電機ＭＧ２を動力源として走行するＥＶ走行モードである。図６は、ＥＶ−１モード時の共線図である。

ＥＶ−１モードでは、第一クラッチＣＬ１が開放されていることから、第一リングギア１３と第二キャリア２４とが相対回転可能である。また、第二クラッチＣＬ０が開放されていることから、エンジン１と第一リングギア１３とが切り離されている。つまり、第一リングギア１３は、空転可能な状態である。第一遊星歯車機構１０では、第一キャリア１４は出力ギア６と共に回転し、第一リングギア１３は空転し、第一サンギア１１は回転を停止した状態となる。すなわち、第一回転電機ＭＧ１は第一サンギア１１と共に停止した状態となり、エンジン１は第一リングギア１３から切り離されていることで停止した状態となる。ＥＶ−１モードでは、第一回転電機ＭＧ１が停止していることから、第一回転電機ＭＧ１の引き摺り損失が発生しない。

第二遊星歯車機構２０では、ブレーキＢ１が係合していることで第二キャリア２４の回転が停止する。第二回転電機ＭＧ２は、負のトルクを発生して負回転することにより、出力ギア６を正回転させ、ハイブリッド車両１００を前進走行させることができる。また、第二遊星歯車機構２０は、第二回転電機ＭＧ２の回転を減速して出力ギア６に伝達する減速プラネタリとして機能する。ＥＶ−１モードでは、バッテリの充電状態が満充電の場合など、回生が許容されない場合に、第二回転電機ＭＧ２を空転させることにより、大きな慣性量としてハイブリッド車両１００に減速度を付与することが可能である。

（ＥＶ−２モード）
第一クラッチＣＬ１を係合し、第二クラッチＣＬ０およびブレーキＢ１を開放した場合、モード４（走行モード４）が実現され、モード４による走行が可能となる。本実施形態では、以下のＥＶ−２モードがモード４に対応する。ＥＶ−２モードは、エンジン１を停止し、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２で分割して要求トルクを出力してＥＶ走行するスプリットモードである。図７は、ＥＶ−２モード時の共線図である。ＥＶ−２モードでは、第一クラッチＣＬ１が係合し、かつブレーキＢ１が開放することで、第一リングギア１３と第二キャリア２４とが一体回転する。これにより、共線図上において、第一回転電機ＭＧ１の回転数と、出力ギア６の回転数と、第二回転電機ＭＧ２の回転数とが直線上に並ぶ。また、第二クラッチＣＬ０が開放していることから、エンジン回転数は０となる。

ＥＶ−２モードでは、第一回転電機ＭＧ１が分担するトルクと、第二回転電機ＭＧ２が分担するトルクとの割合は、遊星歯車機構１０，２０のギア比によって決定される。言い換えると、第一プラネタリ比ρ１および第二プラネタリ比ρ２が決まると、要求トルクのうち第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２が分担すべきトルクが決まる。一方、ＥＶ−２モードでは、ブレーキＢ１が開放されていることから、第一回転電機ＭＧ１の回転数および第二回転電機ＭＧ２の回転数を調節することができる。従って、例えば、第一回転電機ＭＧ１における損失と第二回転電機ＭＧ２における損失とを合わせた損失を低減するような低損失の動作点を選択することができる。また、ＥＶ−２モードでは、バッテリの充電状態が満充電の場合など、回生が許容されない場合に、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２を同時に空転させることにより、大きな慣性量としてハイブリッド車両１００に減速度を付与することが可能である。

（ＥＶ−３モード）
第一クラッチＣＬ１およびブレーキＢ１を係合し、第二クラッチＣＬ０を開放した場合、モード５（走行モード５）が実現され、モード５による走行が可能となる。本実施形態では、以下のＥＶ−３モードがモード５に対応する。ＥＶ−３モードは、エンジン１を停止し、第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の少なくともいずれか一方を動力源としてハイブリッド車両１００を走行させるＥＶ走行モードである。図８は、ＥＶ−３モード時の共線図である。ＥＶ−３モードでは、第一クラッチＣＬ１およびブレーキＢ１が係合していることで、第一リングギア１３および第二キャリア２４が共に回転を規制され、回転数が０となる。また、第一クラッチＣＬ１が係合していることで、共線図上において、第一回転電機ＭＧ１の回転数と、出力ギア６の回転数と、第二回転電機ＭＧ２の回転数とが直線上に並ぶ。また、第二クラッチＣＬ０が開放していることから、エンジン回転数は０となる。

ＥＶ−３モードでは、第一リングギア１３および第二キャリア２４の回転数が０に固定される。このことから、出力ギア６の回転数に応じて第一回転電機ＭＧ１の回転数および第二回転電機ＭＧ２の回転数がそれぞれ決まる。言い換えると、共線図上で第一回転電機ＭＧ１の回転数を示す点、出力ギア６の回転数を示す点および第二回転電機ＭＧ２の回転数を示す点を結ぶ線分Ａ５は、エンジン回転数＝０の点を通り、かつ出力ギア６の回転数の増減に応じてその傾きが変化する。

ＥＶ−３モードでは、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転数を任意に変化させることはできないが、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを任意に決定することが可能である。第一リングギア１３および第二キャリア２４が固定されていることで、これらを反力受けとして第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２がそれぞれ出力ギア６に対してトルクを伝達することができる。従って、第一回転電機ＭＧ１の出力トルクのみでハイブリッド車両１００を走行させることも、第二回転電機ＭＧ２の出力トルクのみでハイブリッド車両１００を走行させることも可能である。ＥＶ−３モードは、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２の分担トルクを任意に決定することが可能であるため、ハイブリッド車両用駆動装置１−１の損失低減を図ることができる。

図９は、回転電機の損失の大きさを示す概念図である。図９の横軸は回転電機の回転数、縦軸は回転電機のトルクをそれぞれ示す。曲線３０１，３０２，３０３，３０４は、それぞれ損失の大きさが等しい動作点を結んだものである。図９に示すように、回転電機の損失は、トルクの増加および回転数の増加に従って大きくなる。回転電機の損失に与えるトルクの変化の影響度合いと回転数の変化の影響度合いとは異なる。回転数の変化に対する損失の感度は小さく、トルクの変化に対する損失の感度は大きい。つまり、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の制御において、回転数の調節よりもトルクの調節の方が損失に大きな影響を与える。

ＥＶ−３モードは、回転数を任意に調節することはできないものの、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のトルクを調節することが可能である。従って、ＥＶ−３モードでは、損失を低減することができる各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを選択し、低損失の動作点で各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を動作させることができる。

本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、ＥＶ走行時に、ＥＶ−１モード、ＥＶ−２モードあるいはＥＶ−３モードのいずれかを選択的に実現することができる。例えば、高車速時にＥＶ−２モードを選択するようにすれば、第一回転電機ＭＧ１の回転数と第二回転電機ＭＧ２の回転数を適宜調節することにより、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転数が過大となることを抑制し、損失を低減することができる。

また、高要求トルクの走行時にＥＶ−３モードを選択するようにすれば、ＥＶ−２モードのようなギア比ρ１，ρ２によるトルク配分の制約なく各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力トルクを決定することができる。従って、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２のそれぞれに許容可能な最大トルクを出力させることができる。つまり、ＥＶ−３モードを備える本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、ＥＶ走行において出力可能な最大トルクの向上を実現することができ、ＥＶ走行可能な運転領域を高負荷側に拡大させることができる。

また、ＥＶ−３モードを使用することにより、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に要求する最大出力トルクを抑制することが可能である。ハイブリッド車両１００の要求トルクに対して各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に負荷を分散することで、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力可能な最大トルクを抑制することができる。よって、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の小型化が可能となる。また、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の熱発生を低減させることや、インバータに要求される性能を低減させることが可能である。

また、ＥＶ−３モードでは、クラッチＣＬ０，ＣＬ１およびブレーキＢ１の引き摺りがないため、伝達効率の向上が可能である。

このように、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、運転条件に応じて適宜高効率なＥＶ走行モードを選択することが可能である。これにより、損失低減による燃費の向上を図ることができ、ハイブリッド車両１００の航続距離の延長を図ることができる。

本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の大型化を抑制しつつ高負荷領域におけるＥＶ走行を可能とし、また損失低減による航続距離の延長を可能とするものであるため、プラグインハイブリッド車両など、ＥＶ走行を行う割合が高いハイブリッド車両に好適である。

本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１は、第一クラッチＣＬ１、第二クラッチＣＬ０、ブレーキＢ１という少ない係合要素を係合あるいは開放することによってモード１からモード５の５つの走行モードに切り替えることができる。

また、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１では、第一回転電機ＭＧ１と第一遊星歯車機構１０とが隣接して配置され、第二回転電機ＭＧ２と第二遊星歯車機構２０とが隣接して配置され、かつ第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とは、遊星歯車機構１０，２０を挟んで軸方向の異なる側に配置されている。これにより、遊星歯車機構１０，２０の回転要素同士を接続する接続部材や、遊星歯車機構１０，２０の各回転要素とエンジン１、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２とを接続する接続部材が互いに錯綜することが抑制される。

例えば、エンジン１の回転軸２、第一回転電機ＭＧ１の回転軸、第二回転電機ＭＧ２の回転軸等を遊星歯車機構１０，２０の径方向外側へ迂回させるような配置をする必要がない。こうした迂回配置では、円筒形状の回転軸を遊星歯車機構１０，２０の径方向外側に配置することとなり、遊星歯車機構１０，２０内の潤滑油の排出が困難となる虞があるが、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１であれば、このような問題を回避できる。

ハイブリッド車両用駆動装置１−１では、最外径に出力ギア６が配置されるため、多軸構成必須のＦＦ構造のハイブリッド車両１００に適用しやすい。回転数が高くなる回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転軸が回転中心に近い位置に配置される。よって、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転軸に発生する遠心力が低減され、強度上有利である。

［第２実施形態］
図１０を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−２において、上記第１実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１と異なる点は、軸方向のエンジン１側と反対側にトルクが出力される点である。図１０は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示すスケルトン図である。

エンジン１の回転軸２と同軸上に、エンジン１に近い側から順に、第二クラッチＣＬ０、第一遊星歯車機構１０、第一クラッチＣＬ１、第二遊星歯車機構２０、ブレーキＢ１、第二回転電機ＭＧ２、第一回転電機ＭＧ１が配置されている。上記第１実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１と同様に、第一サンギア１１は第一回転電機ＭＧ１に、第一キャリア１４は駆動輪に、第一リングギア１３はエンジン１にそれぞれ接続されている。また、第二サンギア２１は第二回転電機ＭＧ２に、第二キャリア２４は第一クラッチＣＬ１を介して第一リングギア１３およびエンジン１に、第二リングギア２３は第一キャリア１４を介して駆動輪にそれぞれ接続されている。

第二回転電機ＭＧ２のロータ４４の回転軸４４ａは、第二サンギア２１に接続されている。回転軸４４ａは、中空であり、エンジン１の回転軸２と同軸上に回転自在に支持されている。第一回転電機ＭＧ１のロータ４２の回転軸４２ａは、第一サンギア１１に接続されている。回転軸４２ａは、回転軸４４ａの半径方向内側に配置されており、かつエンジン１の回転軸２と同軸上に回転自在に支持されている。回転軸４２ａは、中空である。

伝達軸１５は、第一回転電機ＭＧ１の回転軸４２ａの半径方向内側に配置されており、かつエンジン１の回転軸２と同軸上に回転自在に支持されている。本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−２では、伝達軸１５が、エンジン１、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から遊星歯車機構１０，２０を介して伝達される動力を駆動輪に対して出力する出力部である。伝達軸１５は、軸方向の一端側が第一キャリア１４と接続され、他端側が差動機構等を介して駆動輪と接続されている。伝達軸１５は、第一遊星歯車機構１０の径方向内側の位置から第一回転電機ＭＧ１よりもエンジン１側と反対側の位置まで軸方向に延在している。

ハイブリッド車両用駆動装置１−２は、上記第１実施形態のハイブリッド車両用駆動装置１−１と同様に、各クラッチＣＬ０，ＣＬ１およびブレーキＢ１の係合／開放を切り替えることにより、モード１からモード５の各走行モードを実現することができる。ハイブリッド車両用駆動装置１−２は、例えば、ＦＲ式のハイブリッド車両１００に搭載されてもよい。

上記の各実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実施することができる。

１−１，１−２ ハイブリッド車両用駆動装置
１ エンジン
１０ 第一遊星歯車機構
１１ 第一サンギア
１３ 第一リングギア
１４ 第一キャリア
２０ 第二遊星歯車機構
２１ 第二サンギア
２３ 第二リングギア
２４ 第二キャリア
Ｂ１ ブレーキ
ＣＬ０ 第二クラッチ
ＣＬ１ 第一クラッチ（クラッチ）
ＭＧ１ 第一回転電機
ＭＧ２ 第二回転電機
γ１ 第一機械伝達減速比
γ２ 第二機械伝達減速比

Claims (3)

1. 第一遊星歯車機構と、
   第二遊星歯車機構と、
   第一クラッチと
   前記第一遊星歯車機構のリングギアとエンジンとを断接する第二クラッチと、
   前記第二遊星歯車機構のキャリアの回転を係合することにより規制するブレーキと、
   を備え、
   前記第一遊星歯車機構のサンギアは第一回転電機に、キャリアは駆動輪に、リングギアは前記エンジンにそれぞれ接続され、
   前記第二遊星歯車機構のサンギアは第二回転電機に、キャリアは前記第一クラッチを介して前記第一遊星歯車機構のリングギアおよび前記エンジンに、リングギアは前記駆動輪にそれぞれ接続され、
   前記エンジン、前記第一回転電機あるいは前記第二回転電機のうち、少なくとも前記エンジンを動力源としてハイブリッド車両を走行させるハイブリッド走行用のモードとして、前記第一クラッチを開放し、前記第二クラッチおよび前記ブレーキを係合するモード１を実現可能である
   ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
2. 前記第一クラッチ、前記第二クラッチおよび前記ブレーキをそれぞれ係合あるいは開放することで走行用の複数のモードに切り替え可能であり、
   前記ハイブリッド走行用のモードとして、前記モード１、ならびに前記ブレーキを開放し、前記第一クラッチおよび前記第二クラッチを係合するモード２、の２つのモード、
   前記エンジンを停止して前記第一回転電機あるいは前記第二回転電機の少なくともいずれか一方を動力源として前記ハイブリッド車両を走行させるＥＶ走行用のモードとして、前記第一クラッチおよび前記第二クラッチを開放し、前記ブレーキを係合するモード３、前記第二クラッチおよび前記ブレーキを開放し、前記第一クラッチを係合するモード４、ならびに前記第二クラッチを開放し、前記第一クラッチおよび前記ブレーキを係合するモード５、の３つのモード、
   の計５つのモードを選択的に実現可能である
   請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
3. 前記エンジンの回転軸と同軸上に、前記エンジンに近い側から順に、前記第二クラッチ、前記第一回転電機、前記第一遊星歯車機構、前記第一クラッチ、前記第二遊星歯車機構、前記ブレーキ、前記第二回転電機が配置されている
   請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置。

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