JP2017193311A

JP2017193311A - 動力装置

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Publication number: JP2017193311A
Application number: JP2016086278A
Authority: JP
Inventors: 中井　英雄; Hideo Nakai; 英雄中井; 守屋　一成; Kazunari Moriya; 一成守屋; 博光鈴木; Hiromitsu Suzuki; 伊藤　嘉昭; Yoshiaki Ito; 嘉昭伊藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】複数の、また異種の原動機を備えるハイブリッド動力装置において、使用する原動機の組み合わせを多様に変更可能な車両等の動力装置を提供する。【解決手段】動力装置１０において、遊星歯車機構１８のサンギア２４に第１回転電機１２が、リングギア３０に第２回転電機１４が、キャリア３８に内燃機関１６が接続されている。第１継断機構Ｃ１を切断状態にすると、第１、第２回転電機１２，１４、内燃機関１６は、遊星歯車機構１８により定まる速度関係をもって運転され、内燃機関１６の動力は、遊星歯車機構１８により車両を駆動する動力と第１回転電機１２を駆動する動力とに分割される。このとき、第１回転電機１２は発電機として機能し、第２回転電機１４は車両を駆動する電動機として機能する。第１継断機構Ｃ１を接続すると、第１、第２回転電機１２，１４、内燃機関１６の動力により車両を駆動することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、動力装置に関し、特に異種の原動機を組み合わせて用いたハイブリッド動力装置に関する。

車両等の移動体を駆動する動力装置として、異種の原動機を組み合わせたハイブリッド動力装置が知られている。組み合わされる原動機としては、例えば、オットー機関やディーゼル機関などの内燃機関および回転電機が挙げられる。なお、「回転電機」の語句は、電動機、発電機、および電動機と発電機の双方に機能する電気機器の総称として用いる。下記特許文献１には、遊星歯車機構の３要素に各々接続された２機の回転電機および１機の内燃機関を有する動力装置が開示されている。

特開２０１４−４６８６０号公報

複数の、また異種の原動機を備える動力装置において、そのときの状況に合わせて使用する原動機の組み合わせを変更することで、より効率のよい運転が可能になる。本発明は、より多くの原動機の組み合わせを実現可能な動力装置を提供することを目的とする。

本発明に係る動力装置は、サン要素、リング要素およびキャリア要素を有する遊星歯車機構を介して接続される第１回転電機、第２回転電機および内燃機関を有する。リング要素には、動力装置の出力軸および第２回転電機のロータ軸が接続され、キャリア要素には、キャリア要素のキャリア軸を介して内燃機関の出力軸が接続され、サン要素には、サン要素のサンギア軸を介して第１回転電機のロータ軸が接続される。さらに、動力装置は、キャリア軸とサンギア軸を、これらが所定の速度比で接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第１継断機構を有する。

第１継断機構によりキャリア軸とサンギア軸が拘束されると、サンギア軸に接続された第１回転電機の出力をリング要素に伝えることが可能となる。これにより、第２回転電機の出力と共に、第１回転電機の出力も動力装置の出力とすることができる。

また、動力装置が、キャリア軸と内燃機関の出力軸とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第２継断機構を有するようにできる。第２継断機構によってキャリア軸と内燃機関の出力軸が切断された状態とすることにより、内燃機関を使用していないときにその出力軸が回転しないようにすることができる。

また、動力装置が、サンギア軸と第１回転電機のロータ軸とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第３継断機構を有するようにできる。第３継断機構は、第３継断機構と第１継断機構が共に接続された状態となったときに、キャリア軸とサンギア軸を、第１回転電機のロータ軸を介して接続するものである。第３継断機構によってサンギア軸と第１回転電機のロータ軸とが切断された状態にすることにより、第１回転電機を使用していないときそのロータ軸が回転しないようにすることができる。

また、動力装置が、サンギア軸と第１回転電機のロータ軸とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第４継断機構を有するようにできる。第４継断機構は、第４継断機構の状態にかかわらず、第１継断機構を接続された状態とすることによりキャリア軸とサンギア軸が接続されるようにするものである。

さらに、動力装置が、キャリア軸と動力装置の出力軸との間で遊星歯車機構を含む主伝達経路に並列に配置された副伝達経路と、キャリア軸と副伝達経路とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第５継断機構とを有するようにできる。副伝達経路を設けたことにより、遊星歯車機構を介さずに内燃機関の出力を動力装置の出力軸に伝えることができる。

さらにまた、キャリア軸と第１回転電機のロータ軸とが、キャリア軸に対して第１回転電機のロータ軸の回転速度が速くなる速度変換機構を介して接続されるようにできる。第１回転電機を高い速度で使用することができ、効率が高くなる。

本発明によれば、複数の、また異種の原動機を備えた動力装置において、使用する原動機の組み合わせを様々に変更することができる。

本発明に係る動力装置１０の構成を模式的に示す図である。動力装置１０の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置５０の構成を模式的に示す図である。本発明に係る動力装置５４の構成を模式的に示す図である。動力装置５４の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置５６の構成を模式的に示す図である。動力装置５６，５８の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置５８の構成を模式的に示す図である。本発明に係る動力装置６０の構成を模式的に示す図である。動力装置６０，６４の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置６４の構成を模式的に示す図である。本発明に係る動力装置６６の構成を模式的に示す図である。動力装置６６，６８の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置６８の構成を模式的に示す図である。本発明に係る動力装置７０の構成を模式的に示す図である。動力装置７０の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置７４の構成を模式的に示す図である。動力装置７４の動作モードの説明図である。本発明に係る動力装置７６の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、自動車等の車両を駆動する動力装置１０の概略構成を示す模式図である。動力装置は、車両を駆動するための原動機として第１回転電機１２、第２回転電機１４および内燃機関１６を有し、さらに遊星歯車機構１８を有する。第１回転電機１２、第２回転電機１４および内燃機関１６は、遊星歯車機構１８の３要素（サン要素、キャリア要素、リング要素）に各々接続されている。第１回転電機１２の出力軸であるロータ軸２０が、サンギア軸２２を介してサンギア２４に接続されている。動力装置１０においては、ロータ軸２０とサンギア軸２２は一体となっている。サンギア２４は、サンギア軸２２と同軸に設けられた外歯歯車である。第２回転電機１４の出力軸であるロータ軸２６は、動力伝達機構２８を介して内歯歯車であるリングギア３０に接続されている。第２回転電機のロータ軸２６は、動力装置１０の出力軸３２と一体となっている。動力伝達機構２８は、ギア列、ベルト、チェーン等を用いて構成することができる。内燃機関１６の出力軸３４は、キャリア軸３６を介してプラネタリキャリア３８に接続されている。プラネタリキャリア３８は、複数のプラネタリピニオン４０を回動可能に支持し、各プラネタリピニオン４０は、サンギア２４とリングギア３０と噛み合っている。サンギア軸２２は中空管形状であり、中空管の内部空間をキャリア軸３６が貫き、サンギア軸２２とキャリア軸３６は二重の軸を構成する。動力装置の出力軸３２は、差動装置を含む最終減速機４２を介して駆動輪４４に接続されている。３機の原動機の回転速度は、遊星歯車機構１８の各要素間のギア比により定まる所定の関係を有し、２機の回転速度が定まると、残りの１個の回転速度が自ずと決定する。

動力装置１０は、さらに、サンギア軸２２とキャリア軸３６とを、これらが一体に接続された状態と、切断された状態とに切り換えることができる第１継断機構Ｃ１を有する。第１継断機構Ｃ１によって、サンギア軸２２とキャリア軸３６が接続された状態となると、これらは一体となって回転する。サンギア軸２２とキャリア軸３６が切り離された状態では、これらの軸は、前述のように遊星歯車機構１８のギア比により定まる３要素の速度関係をもって回転する。第１継断機構Ｃ１は、例えば手動変速機等に用いられる同期噛合機構や、湿式または乾式の単板または多板クラッチにより実現することができる。

次に、動力装置１０の動作について説明する。動力装置１０は、第１継断機構Ｃ１の切り換えにより、図２に示すように、２つの動作モードで動作可能である。図２中の使用原動機について、ＭＧ１は第１回転電機１２、ＭＧ２は第２回転電機１４、ＥＮＧは内燃機関１６を表す。

第１の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が切断された状態のモードである。第１の動作モードは、シリーズハイブリッド車両（以下、シリーズＨＶと記す。）とパラレルハイブリッド車両（以下、パラレルＨＶと記す。）の双方の動作が組み合わされるモードである。この動作モードでは、内燃機関１６の動力が、遊星歯車機構１８によって第１回転電機１２を駆動するための動力と車両を駆動するための動力とに分割される。第１回転電機１２を駆動して発電を行い、発電された電力を第２回転電機１４に供給して、第２回転電機１４によっても車両を駆動する。内燃機関１６により第１回転電機１２を駆動して発電し、発電された電力を第２回転電機１４に供給して車両を駆動する点で、動力装置１０は、シリーズＨＶの動力装置として機能している。一方、内燃機関１６の動力は遊星歯車機構１８、動力伝達機構２８を介して動力装置の出力軸３２に送られ、第２回転電機１４の動力と共に車両を駆動する点で、パラレルＨＶの動力装置として機能する。

第１の動作モードでは、低速走行時など内燃機関の効率が悪いとき、また車両の駆動に要する力が小さいときなどは、内燃機関１６を停止し、第２回転電機１４のみで車両を駆動し走行することができる。また、車両の制動時には、第２回転電機１４を発電機として機能させて回生制動を行い、このとき発電された電力は車載のバッテリに充電する。また、第１回転電機１２により発電された電力を車載のバッテリに充電することもできる。

第１の動作モードにおいて、第２回転電機１４と内燃機関１６により車両を駆動する際、遊星歯車機構１８の残り一つの要素を拘束するために、第１回転電機１２に電力を供給して第１回転電機１２を車速及び内燃機間の速度に対応した速度で回転させる必要がある。このとき、第１回転電機１２に供給される電力は、車両の駆動する動力として有効に利用することができない。遊星歯車機構１８の３要素のうち２要素の相対運動を拘束することにより、第１回転電機１２が接続される要素を拘束するための電力消費を抑えることができる。これを実現するのが、第２の動作モードである。

第２の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が接続された状態のモードである。第１継断機構Ｃ１を接続することによりサンギア軸２２とキャリア軸３６が一体となり、サンギア２４とプラネタリキャリア３８、更にリングギア３０が一体となって回転する。これにより、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。内燃機関１６のみ、また内燃機関１６と第２回転電機１４により車両を駆動する場合、第１回転電機１２に電力を供給する必要がなく、その分の電力消費を抑えることができる。

図３は、本発明に係る他の動力装置５０の概略構成を示す図である。動力装置１０と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。動力装置５０においては、第１継断機構Ｃ１と第１回転電機のロータ軸２０と間に速度変換機構５２が設けられている。速度変換機構５２は、例えば遊星歯車機構を用いて実現することができる。遊星歯車機構を採用した速度変換機構５２のサンギアは第１回転電機のロータ軸２０上に設けられ、キャリアが第１継断機構Ｃ１を介してキャリア軸３６に接続され、リングギアが固定されている。速度変換機構５２が介在することにより、第１継断機構Ｃ１が接続状態となったときにサンギア軸２２とキャリア軸３６が速度変換機構５２により定まる速度比で拘束される。このとき、サンギア軸２２がより高い回転速度になるように速度変換機構５２を構成することが好ましい。一般的に、内燃機関の常用回転速度よりも回転電機の常用回転速度の方が高く、速度変換機構５２を設けることで、第１回転電機１２の回転速度を内燃機関１６の回転速度より高い状態で運転することができる。第１回転電機１２の回転速度を高くすることができれば、同じトルクを発生する第１回転電機１２は小形のもので済む。

前述の動力装置１０では、第１継断機構Ｃ１が接続されたとき、サンギア軸２２とキャリア軸３６が速度比１で回転するのに対し、動力装置５０では、速度変換機構５２により定まる速度比でサンギア軸２２とキャリア軸３６が回転する。動力装置５０の各運転モードは、動力装置１０と同様であり、説明を省略する。

図４は、本発明に係る他の動力装置５４の概略構成を示す図である。前述の動力装置１０，５０と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。動力装置５４は、内燃機関の出力軸３４とキャリア軸３６を、これらが接続された状態と切断された状態に切り換えることができる第２継断機構Ｃ２を有する。第２継断機構Ｃ２によって、内燃機関の出力軸３４とキャリア軸３６が接続された状態となると、これらは一体となって回転する。また、第２継断機構Ｃ２が切断された状態では、内燃機関１６は、遊星歯車機構１８から切り離される。内燃機関１６を遊星歯車機構１８から切り離すことにより、第２回転電機１４で車両を駆動するときに、内燃機関１６に回転が伝わらず、引きずりによる損失が抑制される。第１継断機構Ｃ１は、例えば手動変速機等に用いられる同期噛合機構や、湿式または乾式の単板または多板クラッチにより実現することができる。また、動力装置５４にも、速度変換機構、例えば図３に示した遊星歯車機構として構成された速度変換機構５２を設けることができる。

次に、動力装置５４の動作について説明する。動力装置５４は、第１継断機構Ｃ１および第２継断機構Ｃ２の切り換えにより、図５に示すように、４つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１継断機構Ｃ１および第２継断機構Ｃ２が共に切断された状態のモードである。第１の動作モードでは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動する電気自動車（以下、ＥＶと記す。）として動作するモードである。第２継断機構Ｃ２が切断されているので、第２回転電機１４の回転に伴って内燃機関の出力軸３４が回転することがなく引きずりによる損失が抑制される。

第２の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が切断され、第２継断機構Ｃ２が接続された状態のモードである。第２の動作モードでは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作する。この動作については、前述したので説明を省略する。

第３の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が接続され、第２継断機構Ｃ２が切断された状態のモードである。第１継断機構Ｃ１が接続状態となることにより、サンギア軸２２とキャリア軸３６が一体となって回転する。これにより、第１回転電機１２の動力を動力装置の出力軸３２に伝えることができる。第３の動作モードでは、第１回転電機１２と第２の回転電機１４のいずれか一方、または双方の動力により車両を駆動することができる。第２継断機構Ｃ２が切断されているので、内燃機関１６による引きずり損失を抑えることができる。

第４のモードは、第１継断機構Ｃ１と第２継断機構Ｃ２が共に接続された状態のモードである。この状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図６は、本発明に係る他の動力装置５６の概略構成を示す図である。前述の動力装置１０，５０，５４と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。動力装置５６は、サンギア軸２２と第１回転電機のロータ軸２０とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換えることができる第３継断機構Ｃ３を有する。第３継断機構Ｃ３によって、サンギア軸２２と第１回転電機のロータ軸２０が接続された状態となると、これらは一体となって回転する。また、第３継断機構Ｃ３が切断された状態では、第１回転電機１２を遊星歯車機構１８から切り離すことができる。このとき、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２を接続状態とすれば、動力装置の出力軸３２の回転とは関係なく、内燃機関１６によって第１回転電機１２を駆動し、発電を行うことができる。また、第１および第３継断機構Ｃ１，Ｃ３を共に接続状態とすれば、第１回転電機のロータ軸２０を介してサンギア軸２２とキャリア軸３６が接続される。

次に、動力装置５６の動作について説明する。動力装置５６は、第１〜第３継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の切り換えにより、図７に示すように、５つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１、第２および第３継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がいずれも切断された状態のモードである。第１の動作モードは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。第１の動作モードでは、第２回転電機１４の回転に伴って、第１回転電機のロータ軸２０および内燃機関の出力軸３４が回転することがなく、これらの引きずりによる損失が抑制される。また、第１回転電機１２が回転しないので、逆起電力の発生も抑えられる。

第２の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が切断され、第２および第３継断機構Ｃ２，Ｃ３が接続された状態のモードである。第２の動作モードでは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作するモードである。この動作については、前述したので説明を省略する。

第３の動作モードは、第１および第３継断機構Ｃ１，Ｃ３が接続され、第２継断機構Ｃ２が切断された状態のモードである。この状態は、動力装置５４の第３の動作モードと同じ状態であり、その動作については、前述したので説明を省略する。

第４の動作モードは、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２が接続され、第３継断機構Ｃ３が切断された状態のモードである。第３継断機構Ｃ３が切断されているため、サンギア２４は拘束を受けない。このため、遊星歯車機構１８は、第１回転電機１２および内燃機関１６の動力を動力装置の出力軸３２に伝達しない。一方、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２が接続されているため、内燃機関の出力軸３４と第１回転電機のロータ軸２０が結合される。よって、内燃機関１６により第１回転電機１２を駆動して発電を行うことができる。内燃機関１６の動力は、第１回転電機１２の発電にのみ用いられ、車両の駆動には用いられない。第１回転電機１２により発電された電力は第２回転電機１４に供給される。よって、この第４の動作モードは、シリーズＨＶとして動作するモードである。また、第１回転電機１２により発電された電力を車載のバッテリに充電することもできる。

第５のモードは、第１、第２および第３継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がいずれも接続された状態のモードである。この状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図８は、本発明に係る他の動力装置５８の概略構成を示す図である。動力装置５８は、前述の動力装置５６に、速度変換機構５２を追加して設けたものである。速度変換機構５２については前述しており、その説明は省略する。また、動作モードは、動力装置５６と同様である。

図９は、本発明に係る他の動力装置６０の概略構成を示す図である。前述の動力装置１０，５０，５４，５６，５８と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。動力装置６０においては、サンギア軸２２と第１回転電機１２のロータ軸６２とが二重管として設けられている。ロータ軸６２は中空管であり、その内側をサンギア軸２２が貫いて延びている。さらに、動力装置６０は、これらのサンギア軸２２と第１回転電機のロータ軸６２とを、これらが接続された状態と、切断された状態とに切り換えることができる第４継断機構Ｃ４を有する。第４継断機構Ｃ４を切断状態とすると、第１回転電機１２は、遊星歯車機構１８および内燃機関１６から切り離された状態となる。また、サンギア軸２２とキャリア軸３６の接続／切断状態は、第４継断機構Ｃ４の状態にかかわらず、第１継断機構Ｃ１の状態により制御される。

次に、動力装置６０の動作について説明する。動力装置６０は、第１〜第３継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の切り換えにより、図１０に示すように、４つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１継断機構Ｃ１および第４継断機構Ｃ４が共に切断された状態のモードである。第１の動作モードでは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動する電気自動車（ＥＶ）として動作するモードである。第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が切断されているため、第１回転電機のロータ軸６２および内燃機関の出力軸３４は、第２回転電機１４の回転に伴って回転することがなく、第１回転電機１２および内燃機関１６の引きずりによる損失が抑制される。また、第１回転電機１２が回転しないので逆起電力の発生も抑えられる。

第２の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が切断され、第４継断機構Ｃ４が接続された状態のモードである。第２の動作モードでは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作するモードである。この動作については、前述したので説明を省略する。

第３の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が接続され、第４継断機構Ｃ４が切断された状態のモードである。第１継断機構Ｃ１が接続状態となることにより、サンギア軸２２とキャリア軸３６が一体となって回転する。これにより、内燃機関１６の動力を動力装置の出力軸３２に伝えることができる。第３の動作モードでは、第２の回転電機１４と内燃機関１６のいずれか一方、または双方の動力により車両を駆動することができる。第４継断機構Ｃ４が切断されているので、第１回転電機１２による引きずり損失を抑えることができる。

第４のモードは、第１継断機構Ｃ１と第４継断機構Ｃ４が共に接続された状態のモードである。この状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図１１は、本発明に係る他の動力装置６４の概略構成を示す図である。動力装置６４は、前述の動力装置６０に、速度変換機構５２を追加して設けたものである。速度変換機構５２については前述しており、その説明は省略する。また、動作モードは、動力装置６０と同様である。

図１２は、本発明に係る他の動力装置６６の概略構成を示す図である。前述の動力装置１０，５０，５４，５６，５８，６０，６４と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。動力装置６６は、動力装置６０に対してさらに、内燃機関の出力軸３４とキャリア軸３６とを、これらが接続された状態と切断された状態に切り換えることができる第２継断機構Ｃ２を有する。第２継断機構Ｃ２によって、内燃機関の出力軸３４とキャリア軸３６が接続された状態となると、これらは一体となって回転する。また、第２継断機構Ｃ２が切断された状態では、内燃機関１６は、遊星歯車機構１８から切り離される。内燃機関１６を遊星歯車機構１８から切り離すことにより、第１回転電機１２と第２回転電機１４の一方または双方の動力で車両を駆動するときに、内燃機関１６に回転が伝わらず、引きずりによる損失が抑制される。

次に、動力装置６６の動作について説明する。動力装置６６は、第１、第２および第４継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の切り換えにより、図１３に示すように、５つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１、第２および第４継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４がいずれも切断された状態のモードである。第１の動作モードでは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。第１の動作モードでは、第１回転電機のロータ軸６２および内燃機関の出力軸３４は、第２回転電機１４の回転に伴って回転することがなく、第１回転電機１２および内燃機関１６の引きずりによる損失が抑制される。第１回転電機１２が回転しないので逆起電力の発生も抑えられる。

第２の動作モードは、第１継断機構Ｃ１が切断され、第２および第４継断機構Ｃ２，Ｃ４が接続された状態のモードである。第２の動作モードでは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作するモードである。この動作については、前述したので説明を省略する。

第３の動作モードは、第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が接続され、第２継断機構Ｃ２が切断された状態のモードである。第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が接続状態となることにより、サンギア軸２２、キャリア軸３６および第１回転電機のロータ軸６２が一体となって回転する。これにより、第１回転電機１２の動力を動力装置の出力軸３２に伝えることができる。第３の動作モードでは、第１回転電機１２と第２回転電機１４のいずれか一方、または双方の動力により車両を駆動することができる。第２継断機構Ｃ２が切断されているので、内燃機関１６による引きずり損失を抑えることができる。

第４の動作モードは、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２が共に接続され、第４継断機構Ｃ４が切断された状態のモードである。この状態は、動力装置６０の第３の動作モードの状態と同様であり、第１回転電機１２と内燃機関１６の一方または双方の動力を用いて車両を駆動することができるパラレルＨＶとして動作するモードである。

第５の動作モードは、第１、第２および第４継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４がいずれも接続された状態のモードである。この状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図１４は、本発明に係る他の動力装置６８の概略構成を示す図である。動力装置６８は、前述の動力装置６６に、速度変換機構５２を追加して設けたものである。速度変換機構５２については前述しており、その説明は省略する。また、動作モードは、動力装置６６と同様である。

図１５は、本発明に係る他の動力装置７０の概略構成を示す図である。動力装置７０は、前述した動力装置５８に新たな構成を追加したものである。動力装置５８を始め前述した各動力装置において、第１回転電機１２および内燃機関１６の動力は、遊星歯車機構１８および動力伝達機構２８を経由して動力装置の出力軸３２に伝達される。この経路を主伝達経路と記す。一方、動力装置７０には、主伝達経路と並行して内燃機関１６の動力を動力装置の出力軸３２に伝達する副伝達経路７２が追加して設けられている。さらに、動力装置７０は、キャリア軸３６上に設けられ、キャリア軸３６と副伝達経路７２を、これらが接続された状態または切断された状態に切り換えることができる第５継断機構Ｃ５を有する。主伝達経路と副伝達経路７２は、キャリア軸３６と動力装置の出力軸３２との間で並列に配置されている。副伝達経路７２は、ギア列、ベルト、チェーンのいずれか、またはこれらのいくつかを組み合わせて構成することができる。

次に、動力装置７０の動作について説明する。動力装置７０は、第１、第２、第３および第５継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５の切り換えにより、図１６に示すように、６つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１、第２、第３および第５継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５がいずれも切断された状態のモードである。第１の動作モードは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。第１の動作モードでは、第１回転電機のロータ軸６２および内燃機関の出力軸３４は、第２回転電機１４の回転に伴って回転することがないので引きずりによる損失が抑制される。また、第１回転電機１２が回転しないので逆起電力の発生を抑えられる。

第２の動作モードは、第１および第３継断機構Ｃ１，Ｃ３が切断され、第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が接続された状態のモードである。第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が接続されていることにより、内燃機関１６の動力は副伝達経路７２を介して動力装置の出力軸３２に伝達される。一方、第１および第３継断機構Ｃ１，Ｃ３が切断されているため、サンギア２４は拘束されず、遊星歯車機構１８は動力伝達を行わない。したがって、内燃機関１６の動力は専ら副伝達経路７２を介して動力装置の出力軸３２に伝達される。このように、第２の動作モードは、第２回転電機１４と内燃機関１６の一方または双方の動力で車両を駆動することができ、パラレルＨＶとして動作するモードである。

第３の動作モードは、第１および第５継断機構Ｃ１，Ｃ５が切断され、第２および第３継断機構Ｃ２，Ｃ３が接続された状態のモードである。この第３の動作モードでは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作するモードである。この動作については、前述したので説明を省略する。

第４の動作モードは、第１および第３継断機構Ｃ１，Ｃ３が接続され、第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が切断された状態のモードである。この第４の動作モードは、動力装置５４の第３の動作モードと同じ状態であり、第１および第２回転電機１２，１４の一方または双方の動力で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。

第５の動作モードは、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２が接続され、第３および第５継断機構Ｃ３，Ｃ５が切断された状態のモードである。この第５の動作モードは、動力装置５６の第４の動作モードと同じ状態であり、内燃機関１６で第１回転電機１２を駆動して発電し、発電された電力を第２回転電機１４に供給して車両を駆動するシリーズＨＶとして動作するモードである。第１回転電機１２で発電した電力を車載されたバッテリに充電することもできる。

第６の動作モードは、第１、第２および第３継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が接続され、第５継断機構Ｃ５が切断された状態のモードである。この第６の動作モードの状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図１７は、本発明に係る他の動力装置７４の概略構成を示す図である。動力装置７４は、前述した動力装置６８に新たな構成を追加したものである。動力装置６８を始め前述した各動力装置において、第１回転電機１２および内燃機関１６の動力は、遊星歯車機構１８および動力伝達機構２８を経由して動力装置の出力軸３２に伝達される。この経路を主伝達経路と記す。一方、動力装置７４には、主伝達経路と並行して内燃機関１６の動力を動力装置の出力軸３２に伝達する副伝達経路７２が追加して設けられている。さらに、動力装置７０は、キャリア軸３６上に設けられ、キャリア軸３６と副伝達経路７２を、これらが接続された状態または切断された状態に切り換えることができる第５継断機構Ｃ５を有する。主伝達経路と副伝達経路７２は、キャリア軸３６と動力装置の出力軸３２との間で並列に配置されている。副伝達経路７２は、ギア列、ベルト、チェーンのいずれか、またはこれらのいくつかを組み合わせて構成することができる。

次に、動力装置７４の動作について説明する。動力装置７４は、第１、第２、第４および第５継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５の切り換えにより、図１８に示すように、６つの動作モードで動作可能である。

第１の動作モードは、第１、第２、第４および第５継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５がいずれも切断された状態のモードである。第１の動作モードは、第２回転電機１４の動力で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。第１回転電機のロータ軸６２および内燃機関の出力軸３４が回転しないので引きずりによる損失が抑制される。また、第１回転電機１２が回転しないので逆起電力の発生を抑えられる。

第２の動作モードは、第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が切断され、第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が接続された状態のモードである。第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が接続されていることにより、内燃機関１６の動力は副伝達経路７２を介して動力装置の出力軸３２に伝達される。一方、第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が切断されているため、サンギア２４は拘束されず、遊星歯車機構１８は動力伝達を行わない。したがって、内燃機関１６の動力は専ら副伝達経路７２を介して動力装置の出力軸３２に伝達される。このように、第２の動作モードは、第２回転電機１４と内燃機関１６の一方または双方の動力で車両を駆動することができ、パラレルＨＶとして動作するモードである。

第３の動作モードは、第１および第５継断機構Ｃ１，Ｃ５が切断され、第２および第４継断機構Ｃ２，Ｃ４が接続された状態のモードである。この第３の動作モードは、動力装置１０の第１の動作モードと同様、シリーズＨＶとパラレルＨＶの動作が組み合わされたシリーズ／パラレルＨＶとして動作するモードである。この動作については、前述したので説明を省略する。

第４の動作モードは、第１および第４継断機構Ｃ１，Ｃ４が接続され、第２および第５継断機構Ｃ２，Ｃ５が切断された状態のモードである。この第４の動作モードの各継断機構の状態は、動力装置５４の第３の動作モードと同じ状態であり、第１および第２回転電機１２，１４の一方または双方で車両を駆動するＥＶとして動作するモードである。

第５の動作モードは、第１および第２継断機構Ｃ１，Ｃ２が接続され、第４および第５継断機構Ｃ４，Ｃ５が切断された状態のモードである。この第５の動作モードの状態は、動力装置６６の第４の動作モードと同じ状態であり、内燃機関１６と第２回転電機１４の一方または双方の動力により走行を行うパラレルＨＶとして動作するモードである。

第６の動作モードは、第１、第２および第４継断機構Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が接続され、第５継断機構Ｃ５が切断された状態のモードである。この第６の動作モードの各継断機構の状態は、動力装置１０の第２の動作モードの状態と同様であり、内燃機関１６、第１回転電機１２および第２回転電機１４のうち１機の動力、またはいずれか２機の動力、または３機の動力を用いて車両を駆動することができる。

図１９は、本発明に係る他の動力装置７６の概略構成を示す図である。動力装置７６は、動力装置５６の第２継断機構Ｃ２を直列に配置された２個の継断機構Ｃ２-1、Ｃ２-2に置き換えたものである。一方の継断機構Ｃ２-1は同期噛合機構による継断機構であり、他方の継断機構Ｃ２-2は、乾式単板クラッチを用いた継断機構である。回転速度の差が大きい場合の接続は、同期噛合機構では容量が不足し、十分に同期できずにショックが大きくなる場合、または接続できない場合がありえる。そこで、速度差が大きくなる可能性がある内燃機関１６の接続には、より速度差を吸収しやすい乾式単板クラッチを用いる。上述した他の動力装置の第２継断機構Ｃ２についても、同様に二つの継断機構を組み合わせることができる。

１０動力装置、１２第１回転電機、１４第２回転電機、１６内燃機関、１８遊星歯車機構、２０ロータ軸（第１回転電機）、２２サンギア軸、２４サンギア
２６ロータ軸（第２回転電機）、２８動力伝達機構、３０リングギア、３２出力軸（動力装置）、３４出力軸（内燃機関）、３６キャリア軸、３８プラネタリキャリア、４０プラネタリピニオン、４２最終減速機、４４駆動輪、５０動力装置、５２速度変換機構、５４動力装置、５６動力装置、５８動力装置、６０動力装置、６２ロータ軸（第１回転電機）、６４動力装置、６６動力装置、６８動力装置、７０動力装置、７２副伝達経路、７４動力装置、７６動力装置、Ｃ１第１継断機構、Ｃ２第２継断機構、Ｃ３第３継断機構、Ｃ４第４継断機構、Ｃ５第５継断機構。

Claims

サン要素、リング要素およびキャリヤ要素を有する遊星歯車機構を介して接続される第１回転電機、第２回転電機および内燃機関を有する動力装置であって、
リング要素には、動力装置の出力軸および第２回転電機のロータ軸が接続され、
キャリア要素には、キャリア要素のキャリア軸を介して内燃機関の出力軸が接続され、
サン要素には、サン要素のサンギア軸を介して第１回転電機のロータ軸が接続され、
さらに、キャリア軸とサンギア軸を所定の速度比で接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第１継断機構を有する、動力装置。
請求項１に記載の動力装置であって、キャリア軸と内燃機関の出力軸とを接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第２継断機構を有する、動力装置。
請求項１または２に記載の動力装置であって、サンギア軸と第１回転電機のロータ軸とを接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第３継断機構を有し、キャリア軸とサンギア軸は、第１継断機構および第３継断機構を接続された状態とすることにより第１回転電機のロータ軸を介して接続される、動力装置。
請求項１または２に記載の動力装置であって、サンギア軸と第１回転電機のロータ軸とを接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第４継断機構を有し、キャリア軸とサンギア軸は、第４継断機構の状態にかかわらず、第１継断機構を接続された状態とすることにより接続される、動力装置。
請求項３または４に記載の動力装置であって、
キャリア軸と動力装置の出力軸との間で、前記遊星歯車機構を含む主伝達経路に並列に配置された副伝達経路と、
キャリア軸と副伝達経路とを接続された状態と切断された状態に切り換え可能な第５継断機構を有する、動力装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の動力装置であって、キャリア軸と第１回転電機のロータ軸とは、キャリア軸に対して第１回転電機のロータ軸の回転速度が速くなる速度変換機構を介して接続される、動力装置。