专利名称：混合驱动装置以及搭载该装置的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搭载在汽车上的混合驱动装置以及搭载了该混合驱动装置的汽车，详细讲是涉及驱动(助力)用电动机的输出构成。
背景技术：
以往，作为混合驱动装置，将发动机的输出由行星齿轮机构分配给控制用电动机和行驶输出侧，通过让该电动机主要作为发电机进行控制，可以无级控制上述行星齿轮机构的输出力矩，进一步根据需要将其它驱动(助力)用电动机的力矩与上述行星齿轮机构输出力矩合成后向输出轴输出，即所谓的机械分配方式(分离型或者双电动机型)，将这样的装置搭载在汽车(登录商标名为プリゥス)上以供实用。
上述机械分配方式的混合驱动装置，例如在特开平8-183347号公报中所示那样，虽然采用了FF(前置发动机Front Engine，前轮驱动FrontDrive)用的装置，也可以考虑采用FR型。该FR型的混合驱动装置的一例如图9所示。
搭载混合驱动装置的汽车1，如图9所示，在车体2的前方、大约前轮3、3之间的部分上，让其曲轴处在前后方向上配置汽油发动机等内燃发动机5，进一步在该发动机5的后方，邻接配置上述双电动机型的混合驱动装置6。该混合驱动装置6与上述曲轴在轴方向大致对齐排列，从发动机侧依次配置第1电动机(控制用电动机)7、动力分配用行星齿轮机构9、第2电动机(驱动用电动机)10。
上述混合驱动装置6，在由发动机曲轴的后方凸出部所构成的输出轴5a上通过减震装置8连接输入轴12，在该输入轴的外径侧上，同轴配置第1电动机7。该第1电动机7，由交流永磁同步电动机(无刷DC电动机)构成，具有固定在壳体上的定子13、在该定子的内径侧相距给定空隙可以自由转动支撑的转子15。
上述动力分配用行星齿轮机构9，由在上述输入轴12上同轴配置的单排行星齿轮机构构成，具有与上述输入轴12连接并且支撑多个行星小齿轮P1的行星架CR1、与上述转子15连接的太阳轮S1、成为行驶输出部的内齿圈R1。该内齿圈R1，与和上述输入轴12在同一轴线上的、向后方延伸的输出轴16连接。
第2电动机10，同样是无刷DC电动机，并且由比上述电动机7大型的电动机构成，同轴配置在上述输出轴16上并且配置在其外径侧，具有固定在壳体上的定子17、在其内径侧相距给定空隙可以自由转动支撑的转子19。
上述输出轴16，从上述壳体凸出并进一步向后方延伸，通过挠性联轴节20以及周知的传动轴21(图中虽然未示出，但实际上包括万向节、中心轴承等)与差速装置22连接，然后从该差速装置通过左右驱动轴231、23r向后车轮25、25传递。
搭载本混合驱动装置6的FR型汽车1，发动机5的输出通过减震装置8以及输入轴12后向动力分配用行星齿轮机构9的行星架CR1传递。在由该行星齿轮机构9将上述发动机输出从其太阳轮S1向第1电动机(控制用电动机)7、从内齿圈R1向行驶用轴16分配传递。在此，通过控制上述第1电动机7，对向输出轴16的输出力矩以及转动进行无级调节后输出。然后，在起步时等需要大力矩时，对第2电动机(驱动用电动机)10进行驱动，该电动机力矩辅助上述输出轴16的力矩，向传动轴21传递，然后通过差速装置22以及左右驱动轴23l、23r向后车轮25传递。
此外，上述第2电动机10，以上述第1电动机7的发电作为能量，并且当该发电能量不足时，也使用由作为上述专用发电机作用的第1电动机7所积蓄的蓄电池所输出的能量进行驱动，而在制动作用时，作为再生发电机作用。
上述混合驱动装置6，一般通过控制第1电动机7，动力分配用行星齿轮机构9，保持比较高的传动比(超速驱动状态)，发动机5，被控制成在高效下排气比较少的状态(一般沿最佳燃料效率特性运行)，当要求起步时等的加速时，专门由第2电动机(驱动用电动机)10输出来对应。因此，该混合驱动装置，虽然由于高能效可以获得能提高燃料效率以及减少排气等的优异效果，但由于车辆重量以及所要求的加速性能等，就规定了第2电动机(驱动用电动机)10的尺寸。
为此，在搭载了车辆重量重并且要求给定加速性能的排气量的大型发动机的汽车上，要应用上述混合驱动装置时，上述第2电动机(驱动用电动机)的尺寸变大，在车辆搭载性上、特别是在FR型车辆上的搭载性上有可能出现问题。
为此，本发明的目的在于提供一种通过在驱动用电动机和输出部之间介入变速装置，可以满足上述车辆的给定要求并且让该电动机小型化、以此解决上述课题的混合驱动装置以及搭载该装置的汽车。
发明内容
本发明之1的混合驱动装置，是在将内燃发动机5的输出传递给输出部16、21、并且将第2(驱动用)电动机10…的输出向该输出部输入的混合驱动装置61～64中，其特征是，包括第1(控制用)电动机7、和动力分配用行星齿轮机构9，上述动力分配用行星齿轮机构9，具有传递内燃发动机5的输出的第1转动元件CR1、与上述第1电动机7连动的第2转动元件S1、与上述输出部16连动的第3转动元件R1，(这样，将例如输入到上述第1转动元件CR1的上述内燃发动机5的输出，通过控制与所述第2转动元件S1连动的控制用电动机7，进行无级变速后向所述第3转动元件R1输出)，在上述第2电动机10…和上述输出部16之间介入变速装置30…。
此外，上述输出部，混合驱动装置6…的输出轴16显然包含与该输出轴连动并向驱动车轮传递动力的传动轴等动力传递系。另外，上述变速装置，优选介入到第2电动机和传动轴等输出部之间的动力传递路径(例如输出轴)中。
本发明之2，是在本发明之1所述的混合驱动装置中，上述变速装置，是由传动路径不同的多个变速档构成的自动变速装置301～305。
本发明之3，是在本发明之2所述的混合驱动装置中，上述变速装置，是输出由不同减速比构成的多个变速转动的自动变速装置301～305。
本发明之4，是在本发明之1～3中任意一项所述的混合驱动装置中，上述变速装置301～304，具有配置在同一轴上的行星齿轮单元。
本发明之5，是在本发明之4所述的混合驱动装置中，上述行星齿轮单元是拉维略型(参见301、303、304)。
本发明之6(例如参见图7，以下到本发明之13为止均相同)，是在本发明之4或5所述的混合驱动装置中，上述变速装置303，具有至少2个摩擦接合元件B2、B1，并通过选择这些摩擦接合元件的动作，切换上述行星齿轮单元的传动路径。
本发明之7，是在本发明之6所述的混合驱动装置中，上述变速装置303，被收容在壳体35、36内，上述摩擦接合元件，是介入在上述行星齿轮单元的不同2元件R2、S2和上述壳体35、36之间的第2制动器B2以及第1制动器B1，这些制动器B2、B 1以包围行星齿轮单元PU的外径侧的方式进行配置。
本发明之8，是在本发明之7所述的混合驱动装置中，上述壳体，是收容上述第2电动机101的电动机壳体35、和延伸壳体36，在接合H上述电动机壳体的后端面和上述延伸壳体的前端面的壳体空间G内收容所述变速装置303，在上述电动机壳体35中配置上述第1以及第2制动器的任意一方B1，而在上述延伸壳体36内配置上述第1以及第2制动器的任意另一方B2。
本发明之9，是在本发明之7或8所述的混合驱动装置中，在上述壳体的支撑部35b…上配置使上述第2和第1制动器B2、B1动作的机构(例如油压机构)49、52。
本发明之10，是在本发明之9所述的混合驱动装置中，上述电动机壳体35，具有安装了支撑上述第2电动机101的转子19的轴承37的、作为上述支撑部的隔壁35b，在该隔壁上，在轴方向上与上述轴承37部分重叠配置上述机构(例如油压机构)49。
本发明之11，是在本发明之10所述的混合驱动装置中，上述机构是油压机构49、52，由配置在上述电动机壳体35的隔壁35b上的油压机构49使其动作的上述第1制动器B1，具有大力矩容量的结构，在上述延伸壳体36的上述支撑部上配置的油压结构52，具有双活塞结构55、56、57，并且由该油压机构52使其动作的上述第2制动器B2，和上述第1制动器B1相比，具有小力矩容量的结构。
本发明之12，是在本发明之7～11中任意一项所述的混合驱动装置中，上述行星齿轮单元PU，具有支撑长小齿轮P2和短小齿轮P3的共用行星架CR，上述长小齿轮P2具有大直径齿轮P2a和小直径齿轮P2b，上述短小齿轮P3与上述小直径齿轮P2b、第1太阳轮S2以及第1内齿圈R2啮合，上述大直径齿轮P2a与第2太阳轮S3啮合，上述第1太阳轮S2与上述电动机101的转子19连接，上述共用行星架CR2与上述输出部16连接，上述第1内齿圈R2与上述第2制动器B2连接，上述第2太阳轮S3与上述第1制动器B1连接。
本发明之13，是在本发明之12所述的混合驱动装置中，上述第1制动器B1，配置在上述第2太阳轮S3以及上述大直径齿轮P2a的外径侧上。
本发明之14的汽车，包括内燃发动机5、驱动车轮25、本发明之1～13中任意一项所述的混合驱动装置61～64，将上述输出部16的输出传递给上述驱动车轮25。
本发明之15的汽车，包括内燃发动机5、驱动车轮25、混合驱动装置61～64，上述混合驱动装置，包括第1(控制用)电动机7、动力分配用行星齿轮机构9、第2(驱动用)电动机101、变速装置301～305，由上述动力分配用行星齿轮机构9，控制上述第1电动机7，将上述内燃发动机的输出向输出部16输出，进一步，由上述变速装置301～304将上述第2电动机101的输出变速成多个变速档后向该输出部输入，并且该输出部16与上述驱动车轮25连动。
本发明之16，是在本发明之14或15所述的汽车中，在车体的前方部分上，使其曲轴5a向上述车体的前后方向地配置上述内燃发动机5，在上述内燃发动机5的后部分上，在同一轴上，并且从该内燃发动机依次向后方配置上述第1电动机7、上述动力分配用行星齿轮机构9、上述第2电动机101、上述变速装置301～305，与上述输出部16连动的驱动车轮是后车轮25。
此外，上述的符号，仅仅是用于与附图对照，这些对本发明的构成没有任何影响。
(发明效果)依据本发明之1的发明，由于第2电动机的输出、通过变速装置变速后传递给输出部，所以上述第2电动机，在输出部低转动时使变速装置处在低速档侧向输出轴输出大力矩，在高转动时使变速装置处在高速档侧输出高转速，在不需要使该第2电动机大型化的情况下可以确保力矩以及转速。进一步，上述变速装置，由于配置在上述第2电动机和输出部之间，所以通过该变速装置的变速，对内燃发动机以及将该内燃发动机的输出无级变速后传递给输出部的装置的控制不会有任何影响，可以在不需要复杂的控制的情况下容易进行对于以高效率降低燃料消耗率、并且排出排气少的合适状态下保持内燃发动机的控制。
进一步，由于由动力分配用行星齿轮机构以及第1电动机、将内燃发动机的输出无级变速后向输出部输出，因此可以使内燃发动机在保持合适的状态下将输出轴的转动无级变速，由专用的第2电动机补足驱动力的不足，即使小型装置，也能以最佳燃料效率特性控制内燃发动机，并且伴随上述第2电动机的小型化，可以提供小型并且具有高燃效特性的混合驱动装置。
依据本发明之2，由于变速装置由多档的自动变速装置构成，因此可以按适当状态切换变速装置，获得驱动用电动机的高效率的输出。
依据本发明之3，由于自动变速装置输出多级减速转动，因此可以与电动机、特别是无刷DC电动机的特性对应，获得适当的输出特性。
依据本发明之4，由于变速装置由配置在同一轴上的行星齿轮单元构成，因此可以获得紧凑的构成，获得适当的齿轮比。
依据本发明之5，由于行星齿轮单元由拉维略型构成，因此可以实现变速装置的小型化，并且通过使长(共用)小齿轮具有齿数不同的阶梯等，可以容易获得所希望的齿轮比。
依据本发明之6，由于变速装置选择至少2个摩擦接合元件动作，可以容易、可靠并且快速获得所希望的齿轮比。
依据本发明之7，由于将第1以及第2制动器以在与壳体之间包围行星齿轮的方式进行配置，因此可以实现变速装置的紧凑化、特别是在轴方向上实现紧凑的构成。
依据本发明之8，由于变速装置被收容连接在电动机壳体和延伸壳体的壳体空间中，并且将第1以及第2制动器分别配置在电动机壳体和延伸壳体中，因此可以在将各制动器组装在电动机壳体或者延伸壳体中之后，通过将这些连接成一体的壳体，容易进行组装。
依据本发明之9，由于在壳体的支撑部上配置制动器用机构，因此可以合理地将变速装置配置在壳体空间内，紧凑构成变速装置。
依据本发明之10，由于在分隔电动机壳体的电动机收容部和变速装置收容部的隔壁上安装轴承，并可以正确支撑电动机的转子，也可以通过上述轴承高精度可靠地支撑从动力分配用行星齿轮的第3转动元件延伸的输出部，另外，由于在隔壁上、在轴方向上部分重叠配置上述轴承和机构，因此不需要该机构用的特别空间，可以紧凑构成。
依据本发明之11，由上述紧凑配置的油压机构驱动的第1制动器，例如对于制动板张数多、力矩容量大的装置，即使上述油压机构的按压力小，也可以确保所希望的制动力，并且配置在具有空间余量的延伸壳体中的油压机构具有双活塞结构，可以获得大的按压力，例如即使采用制动板张数少的小型第2制动器，也可以确保所希望的制动力，整体上可以形成平衡的合理布局，特别是在越到后方越窄小的FR型变速器中可以获得合理的布局，并且紧凑构成。
依据本发明之12，采用支撑包括具有大直径齿轮和小直径齿轮的长小齿轮以及短小齿轮的共用行星架的行星齿轮单元，可以紧凑构成并且获得所希望的齿轮比。
依据本发明之13，由于将第1制动器配置在第2太阳轮以及长小齿轮的大直径齿轮的外径侧上，因此在没有内齿圈的空间中合理配置力矩容量大的大型的第1制动器，可以在整体上实现紧凑化。
依据本发明之14，将上述混合驱动装置搭载在汽车上，可以提高燃料效率特性优异并且排气少的汽车。
依据本发明之15，利用具有第1电动机、动力分配用行星齿轮机构、第2电动机的混合驱动装置，可具有紧凑的构成、优异的燃效以及排气特性，进一步将第2电动机的输出通过变速装置传递给输出部，因此可以让该第2电动机小型化，在小型化的同时，可以在内燃发动机保持在适当的状态下获得汽车所要求的动力特性，并且不仅对上述变速装置的变速，而且可以容易并且正确控制该内燃发动机。
依据本发明之16，将混合驱动装置配置在同一轴上，并且伴随利用变速装置使第2电动机小型化，可以将本混合驱动装置在FR型汽车中适用，可以将具有上述优异的燃效以及排气特性的混合驱动装置、在搭载了大排气量的内燃发动机的汽车中适用，可以实现适用范围的扩大。
图1表示本发明实施例1的平俯视图。
图2表示本发明实施例2的平俯视图。
图3表示本发明实施例3的平俯视图。
图4表示本发明实施例4的平俯视图。
图5表示本发明的驱动力相对于车速的变化的混合驱动力曲线。
图6表示动力分配用行星齿轮机构的速度线图，(a)表示现有技术的情况，(b)表示在输出轴的后游配置了变速装置的情况。
图7表示依据实施例3的变速装置的具体化的截面图。
图8表示具有采用油压机构以外的机构的变速装置的混合驱动装置的概略图。
图9表示将依据本发明的技术的混合驱动装置搭载在FR车轮上的一例的俯视图。
图中11～14-汽车，2-车体，3-前轮，5-内燃发动机，61～64-混合驱动装置，7-第1电动机(控制用电动机)，9-动力分配用行星齿轮机构，101-第2电动机(驱动用电动机)，15、19-转子，16-输出部(输出轴)，21-输出部(传动轴)，25-驱动车轮，301～305-(自动)变速装置，35-壳体(电动机外壳)，35b-隔壁，36-壳体(延伸壳体)，49-第1制动器用油压机构，52-第2制动器用油压机构，55、56、57-双活塞结构，PU-行星齿轮单元，G-壳体空间，H-接合部，CR1-第1转动元件，S1-第2转动元件，R1-第3转动元件，S2-第1太阳轮，S3-第2太阳轮，R2-第1内齿圈，CR2-公共行星架，P2-长小齿轮，P2a-大直径齿轮，P2b-小直径齿轮，P3-短小齿轮，B1-第1制动器，B2-第2制动器。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施例。图1表示搭载了本发明的混合驱动装置的FR型汽车(实施例1)的概略俯视图，11表示搭载了混合驱动装置61的FR型汽车。该汽车11的车体2，悬架在左右前轮3、3以及左右后车轮25、25上，在该车体2的前方部分，让曲轴处在前后方向上通过橡胶座架搭载内燃发动机5。
混合驱动装置61，与上述相同，从上述发动机5侧与曲轴对齐排列在同一轴上，依次配置第1电动机(控制用电动机)7、动力分配用行星齿轮机构9、第2电动机(驱动用电动机)101，进一步在此基础上在该第2电动机101的后侧配置自动变速装置等的变速装置301。该混合驱动装置61，被收容在将分离的各壳体组装成一体的壳体中，该一体壳体29固定在上述发动机5上，并且包括收容上述第1以及第2电动机7、101的第1以及第2电动机收容部、收容动力分配用行星齿轮机构9以及变速装置301的各收容部，进一步，上述两电动机收容部由隔壁所区分，并且各转子轴由具有这些隔壁两端支撑的结构，可自由转动地支撑。
在由发动机5的曲轴的后方凸出部所构成的输出轴5a上，通过减震装置8连接混合驱动装置61的输入轴12，与该曲轴处在同一轴上的输入轴12的外径侧同轴配置第1电动机7。该第1电动机7，同样由无刷DC电动机构成，具有固定在上述一体壳体29上的定子13、在该定子的内径侧相距给定空隙并可以自由转动支撑的转子15。上述动力分配用行星齿轮机构9，由在上述输入轴12上同轴配置的单排行星齿轮构成，具有与上述输入轴12连接并且支撑多个行星小齿轮P1的行星架(第1转动元件)CR1、与上述转子15连接的太阳轮(第2转动元件)S1、成为行驶输出部的内齿圈(第3转动元件)R1。该内齿圈R1，与和上述输入轴12在同一轴线上的、向后方延伸的输出轴(部)16连接。
第2电动机101，同样由无刷DC电动机构成，具有固定在上述一体壳体29上的定子17、在其内径侧相距给定空隙并可以自由转动地被支撑的转子19，该转子19，固定在可相对转动地套嵌在上述输出轴16的套筒(中间)轴32上，上述套筒轴是上述变速装置301的输入轴。此外，该变速装置301的输出部与上述输出轴16连接，因此，第2电动机101，通过变速装置301与输出轴16连接。
本变速装置301，由1个双行星单排行星齿轮、和具有与该行星齿轮机构共用的小齿轮以及太阳轮的行星齿轮机构构成，即由所谓的拉维略型行星齿轮单元构成，包括设置在上述套筒轴31上的第1太阳轮S2、连接在输出轴16上内齿圈R2、支撑分别与太阳轮S2以及内齿圈R2啮合的双小齿轮P2、P3的行星架CR2、与由作为共用小齿轮的长小齿轮构成的上述小齿轮P2啮合的第2太阳轮S3。进一步，上述行星架CR2连接在第2制动器B2上，另外，第2太阳轮S3连接在第1制动器B1上，该变速装置301按照减速比不同的2档减速进行切换。
此外，和图8所示的相同，在图1中，20表示挠性联轴节，21表示传动轴，22表示差速齿轮，传动轴20等是从输出轴16传递至驱动车轮的动作传递系，与上述输出轴16一起构成输出部。另外，第1电动机(控制用电动机)7，专起发电机的作用，通过控制其发电量，由动力分配用行星齿轮机构9将内燃发动机5的输出无级变速后传递给输出轴。另外，第2电动机(驱动用电动机)101，主要辅助汽车的驱动力而起着驱动电动机作用，在制动时等作为发电机作用，将车辆惯性力再生成电能量。
搭载了本混合驱动装置61的汽车11，同样，将内燃发动机5的输出通过减震装置8以及输入轴12传递给动力分配用行星齿轮机构9，由该行星齿轮机构分配给第1电动机(控制用电动机)7和输出轴16，然后通过控制该第1电动机7，对输出轴16的输出转动进行无级调节。这时，上述内燃发动机5，沿着燃料消耗少并且排气少、发动机燃烧效率高的最佳燃料效率曲线进行控制。
另一方面，第2电动机(驱动用电动机)101的转子19的输出，通过套筒(中间)轴31传递给变速装置301，然后由该变速装置301变速成减速2档后向输出轴16传递。然后，在从上述内燃发动机5通过动力分配用行星齿轮机构9分配给输出轴16的动力上，附加上从上述第2电动机101通过变速装置301变速后的动力，进一步该输出轴16的动力，通过挠性联轴节20、传动轴21以及差速齿轮22传递给左右的驱动轴231、23r，驱动左右后车轮25、25。
上述变速装置301，将从第2电动机101的输出、通过套筒轴31传递给第2太阳轮S2。在低速档状态下，挂接第2制动器B2，并且释放第1制动器B1，因此行星架CR2处于固定状态，第2太阳轮S3处于自由转动状态，上述第1太阳轮S2的转动，通过小齿轮P2、P3被大大减速，并传递给内齿圈R2，该内齿圈R2的转动传递给输出轴16。
另外，在上述变速装置301的高速档状态下，挂接第1制动器B1，并且第2制动器B2处于释放状态，因此第2太阳轮S3处于固定状态。在该状态下，第1太阳轮S2的转动，传递给短小齿轮P3，并且长小齿轮P2与处于停止状态的第2太阳轮S3啮合，行星架CR2以限制的给定转动进行公转，并向内齿圈R2传递小的减速比而传递转动。该比较小地减速后的内齿圈R2的转动，被传递给输出轴16。
直流并激绕组电动机等的用于混合驱动装置中的电动机，特别是无刷DC电动机，虽然力矩随着转速的增加而降低，但即使转速在给定值以下也不会增加力矩，而成恒定的最大力矩值。即，最大力矩和最高转速等的输出特性，由总磁场、绕组数等电动机的大小所确定。另外，蓄电池的输出、第1电动机7的发电输出，由热性能对转速的输出限制。
另一方面，由上述第1电动机7控制的动力分配用行星齿轮机构9，通常设定成相当于比较高的齿轮比(超速驱动)，并且将从内燃发动机5向输出轴16输出的驱动力(力矩)控制成大致恒定。因此，在汽车起步时等需要大驱动力(力矩)时，大部分的必要驱动力，主要依赖于第2电动机(驱动用电动机)101。
然后，如上所述，第2电动机101的输出，如上所述，由变速装置301切换成减速比不同的2档后向输出轴16输出，所以在起步时等需要大驱动力时，变速装置301处于低速档状态，由第2电动机101大减速后向输出轴16传递，以该电动机的最大力矩值以上的力矩(驱动力)附加在输出轴16上，另外，在高速行驶的正常行驶状态下，变速装置301切换到高速档状态，第2电动机101的(最大)转速与汽车的(最高)速度对应。这样，不会让第2电动机101变得大型化，并且将内燃发动机5的输出维持在最佳燃料效率曲线等适当的输出上，并可以确保汽车所需要的驱动力以及车速。
下面，沿图5更具体进行说明。图5表示使从内燃发动机5向输出轴16传递的驱动力、在变速装置301处于低速档状态以及高速档状态下的第2电动机101向输出轴16传递的驱动力(如果乘以驱动车轮半径则成为力矩，驱动力和力矩实质上相同)的变化、与车速关联的驱动力曲线。控制内燃发动机5以及动力分配用行星齿轮机构9的传动比的第1电动机7，使从内燃发动机传递给输出轴的最大驱动力线A相对于各车速大致恒定(在低速区域变化)地进行控制。在变速装置301处于高速档状态下的第2电动机101，向输出轴16输出的最大驱动力由线B表示，同样，在低速档状态下的第2电动机101的最大驱动力由线C表示。然后，将上述高速档状态的电动机驱动力线B和内燃发动机驱动力线A合成后，成为高速档状态驱动力线D(D1、D2)，将上述低速档状态的电动机驱动力线C和内燃发动机驱动力线A合成后，成为低速档状态驱动力线E(E1、E2)。
图5表明，发动机驱动力线A，按照发动机输出沿最佳燃料效率曲线等，成为最佳输出特性那样对内燃发动机5以及第1电动机7进行控制，并且在低速区域，保持在变速装置301处于低速档状态的低速档状态驱动力线E1，而在高速区域，在X附近切换成高速档状态，保持在高速档状态驱动力线D2。此外，高速档状态驱动力线的低速区域部分D1以及低速档状态驱动力线的高速区域部分E2，通常不使用。这样，混合驱动装置61的输出轴16，在低速区域，低速档状态驱动力线E1成为最大驱动力曲线，例如现有技术的自动变速器(AT)的1速、2速以及3速大致在该范围，然后在X附近，从低速档状态圆滑地切换到高速档状态，在高速区域，高速档状态驱动力线D2成为最大驱动力曲线，例如自动变速器的4速、5速以及6速在该范围。
即，和只有电动机与自动变速器的所有变速档对应的情况相比，通过采用变速装置301，可以实现第2电动机101的小型化。
这时，变速装置301，只是将第2电动机101的输出进行变速，对内燃发动机5以及动力分配用行星齿轮机构9的控制没有影响，这些内燃发动机5以及动力分配用行星齿轮机构9，和不采用变速装置301的现有技术的装置(需要大型的第2电动机)同样控制即可。即，如图6(a)所示，输出轴16的转速NO，由第1电动机(控制用电动机)7的转速NM和发动机5的转速NE唯一确定，这一点，现有技术的装置和本发明的装置是相同的。
此外，也可以考虑将第2电动机101的转子19连接在输出轴16上，在该输出轴的传动后游侧配置变速装置，对整体进行变速的情况。这时，如图6(b)所示，例如，当变速装置处于高速档状态时，如果将发动机设定成沿最佳燃料效率曲线进行输出，则上述输出轴后游侧的变速装置切换成低速档状态，变速装置输入转速N1从N11提高到N12，这时由于对第1电动机7的转速进行瞬时跟踪控制是困难的，所以发动机转速NE从NE1上升到NE2，偏离了最佳燃料效率曲线。另外，为了让发动机转速NE返回到最佳燃料效率曲线NE1上，需要让第1电动机7的转速NM从NM1下降到NM2，进行复杂的控制。
下面，沿图2到图4，对将变速装置一部分变更后的其它实施例进行说明。此外，在这些其它实施例中，由于除了变速装置以外和上述(第1)实施例相同，故采用相同的符号，并省略其说明。
图2所示的混合驱动装置62的变速装置302(实施例2)，由将相互的行星架和内齿圈连接的2个单排行星齿轮构成，在作为所述变速装置的输入轴的套筒轴31上，连接第1太阳轮S2，相互连接的第1行星架CR2和第2内齿圈R3与输出轴16连接。进一步，相互连接的第1内齿圈R2和第2行星架CR3与第2制动器B2连接，另外，第2太阳轮S3连接在第1制动器B1上。
本变速装置302，进行不同变速比的2档变速，在低速档状态下，挂接第2制动器B2，并且第1制动器B1处于释放状态。在该状态下，第2电动机(驱动用电动机)101的输出通过套筒轴31传递给第2太阳轮S2，根据上述第2制动器B2使内齿圈R2处于停止状态，使第1行星架CR2减速转动，该大减速后的转动被传递给输出轴16。此外，该第1行星架CR2的转动，虽然向第2内齿圈R3传递，但通过处于停止状态的第2行星架CR3的小齿轮P2，只是让太阳轮S3空转，没有传动关系。
在高速档状态下，挂接第1制动器B1，并且第2制动器B2处于释放状态。在该状态下，第2太阳轮S3处于停止状态，从第2电动机101向第1太阳轮S2的转动，通过第1行星架CR2以及第1内齿圈R2分别向第2内齿圈R3以及第2行星架CR3传递，然后，由于上述第2太阳轮S3处于停止状态，一体连接的第2内齿圈R3以及第1行星架CR2减速转动，该减速转动被输出给输出轴16。
图3表示实施例3，混合驱动装置63的变速装置303，是和上述实施例1(图1)相同的拉维略型，本变速装置303，长小齿轮P2具有由不同齿数构成分段形状，与第2太阳轮S3啮合的部分P2a是大直径齿轮，与短小齿轮P3啮合的部分P2b是小直径齿轮。另外，相对于在上述实施例中将行星架CR2连接在第2制动器B2上并将内齿圈R2连接在输出轴16上，而在本变速装置303中，将内齿圈R2连接在第2制动器B2上并将行星架CR2连接在输出轴16上。
本变速装置303，进行不同变速比的2档变速，在低速档状态下，挂接第2制动器B2，并且第1制动器B1处于释放状态。在该状态下，从第2电动机(驱动用电动机)101通过套筒轴31向第1太阳轮S2传递的输出，根据由第2制动器B2停止的内齿圈R2，通过短小齿轮P3向行星架CR2传递减速转动，并且该大减速后的转动传递给输出轴16。
在高速档状态下，挂接第1制动器B1，并且释放第2制动器B2。在该状态下，第1太阳轮S2的转动，向短小齿轮P3传递，并且长小齿轮P2与处于停止状态的第2太阳轮S3啮合，行星架CR2减速转动，该小减速比的减速转动被输出给输出轴16。
此外，上述带阶梯的长小齿轮P2的各部分P2a、P2b的齿数，是根据所需要的减速确定的设计事项，也可以采用没有阶梯的小齿轮。
图4表示实施例4，该混合驱动装置64的变速装置304，是和上述实施例3的变速装置303(参见图3)相同的拉维略型行星齿轮机构，其不同点在于在第2太阳轮S3和行星架CR2之间介入了离合器C。
本变速装置304，在低速档状态以及在高速档状态下和上述变速装置303(图3)同样，挂接第2制动器B2，并且释放第1制动器B1，获得大减速比的低速档(Lo)，通过挂接第1制动器B1，并且释放第2制动器B2，获得小减速比的高速档(Hi)。此外，在低速档状态以及在高速档状态下，释放离合器C。
本变速装置304，进一步增加直接连接状态，获得3档的变速比。在直接连接状态下，第2以及第1制动器B2、B1均被释放，并挂接离合器C。在该状态下，通过将第2太阳轮S3和行星架CR2连接，阻止小齿轮P2、P3的自转，因此，从第2电动机101向第1太阳轮S1传递的转动，直接向行星架CR2传递，该一体(直接连接)转动传递给输出轴16。
图7表示将依据上述图3所示实施例3的变速装置303具体化的截面图。本变速装置303，由1个双行星单排行星齿轮机构(S2、R2、CR2)、和具有与该行星齿轮机构共用的长小齿轮P2的共用的行星架CR2以及太阳轮S3的行星齿轮机构构成，即由所谓的拉维略型行星齿轮单元PU构成，并且上述长小齿轮P2，具有齿数不同的分段形状。即，上述双行星齿轮机构，由第1太阳轮S2、第1内齿圈R2、以及支撑短小齿轮P3和长小齿轮P2的共用行星架CR2构成，短小齿轮P3与太阳轮S2以及内齿圈R2啮合，而长小齿轮P2的小直径齿轮P2b与上述短小齿轮P3啮合。上述长小齿轮P2的大直径齿轮P2a与第2太阳轮S3啮合。
然后，在第2电动机101的转子19上，在通过花键连接的套筒(中间)轴31上一体形成上述第1太阳轮S2，在该中间轴31上通过衬套可自由转动地支撑上述第2太阳轮S3。共用行星架CR2，由其后侧板一体固定在输出轴16上，该输出轴在前端侧具有中空部16a，在该中空部16a上，与从动力分配用行星齿轮机构9的内齿圈R1延伸的连接输出轴161花键连接。
上述变速装置302，被收容在将收容第2电动机101的壳体35的后部部分35a和延伸壳体36连接的壳体空间G内。在上述电动机壳体35的隔壁35b上，通过球轴承37可自由转动地支撑着转子19的后端部(前端部分也是同样被支撑)，在该轴承部分上，通过该转子19、套筒轴31以及衬套支撑上述连接输出轴161。上述输出轴16，通过相隔给定间距的2个球轴承39、40可自由转动地被支撑在上述延伸壳体36的基座部36a上。
在从上述第3太阳轮S3的前端部分通过行星架CR2的前端侧向外径方向延伸的轮毂41的外周面、和上述电动机壳体后部35a的内周花键之间，介入由多张盘以及摩擦板(制动板)构成的第1制动器B1。另外，在内齿圈R2的外周面和延伸壳体36的内周面花键之间，同样地介入由湿式多板制动器构成第2制动器B2。因此，电动机壳体35和延伸壳体36之间的接合面H，配置在上述第1制动器B1和第2制动器B2之间。另外，位于第2电动机侧(前侧)的第1制动器B1，和位于后侧的第2制动器B2相比，具有更多的盘以及摩擦板，只需小的按压力就可具有大的力矩容量。
然后，在上述第1制动器B1用的轮毂41的连接盘41a和内齿圈R2的支撑盘42之间，配置有上述共用行星架CR2，在其后端侧上配置支撑在上述球轴承39上的输出转速检测用的驻车位43。在该驻车位43、和由卡环止脱支撑在套筒轴31上的环45之间介入多个止推轴承，将上述拉维略型行星齿轮单元PU在轴方向定位后进行配置，并且在包围该行星齿轮单元的外径侧上配置所述第2以及第1制动器B2、B1，在上述空间G内收容变速装置303。这时，第1制动器B1，配置在第2太阳轮S3以及长小齿轮的大直径齿轮P2a的外径侧上，并与其部分重叠。
在上述电动机壳体隔壁35b中的球轴承37的前侧上，在轴方向上并排配置检测转子19的转动位置的分解器(转动位置检测装置)47。在该壳体隔壁35b上的上述球轴承37的外径侧上，配置上述第1制动器B1用的油压机构49。该机构由在上述隔壁上形成的环状凹槽49b、和在该凹槽中油密封状嵌接的活塞49a构成，该活塞49a，在其轴方向上凸出的部分可以与上述制动器B1的盘挡接，另外，在固定在上述隔壁上的座套之间压缩设置着复位弹簧50。此外，上述机构49和球轴承37在轴方向上交叠配置。
另外，在延伸壳体36的后部分，即收容轮毂部36a和上述变速装置的壳体部之间的部分上，配置在第2制动器B2用的油压机构52。该机构具有在上述壳体上形成的凹槽53、和油密封状嵌接在该凹槽中的双活塞。该双活塞，由在上述凹槽的底部构成的气缸底部上配置的第1小齿轮55、其一端与该底部挡接的反力板56、以该反力板作为气缸底部并且在内径部分上与上述第1活塞55可以挡接的第2活塞57所构成。另外，在固定在上述轮毂部36a上的座套和第2活塞57之间，具有收缩设置的复位弹簧59。
因此，该双活塞，以第1活塞55的受压面积、和第2活塞的受压面积之和作为受压面积，即使在径方向上为小结构，也可以向第2制动器B2作用大的按压力。这样，第2制动器B2和第1制动器B1相比，即使采用制动板数较少而在轴方向上紧凑的结构，但通过由上述双活塞构成的油压机构52形成的大按压力，也可以确保所需要的力矩容量。相反，第1制动器B1，即使具有配置在电动机壳体隔壁35b上的紧凑结构的油压机构49，但通过制动板数多的制动器结构，也可以确保所需要的力矩容量。显然，上述双活塞，即使是单活塞也是相同的。
图8表式由油压机构以外的机构操作变速装置的实施例。此外，第1电动机7、动作分配用行星齿轮机构9、第2电动机101，由于和前面的实例案相同，其概略图相同，并且采用相同的符号，在此省略其说明。另外，变速装置30…，虽然可以是任何形式的装置，但在此表示和实施例3(303)相同的行星齿轮单元PU。
变速装置305的行星齿轮单元PU，具有支撑长小齿轮P2以及短小齿轮P3的共用行星CR，上述长小齿轮P2具有大直径齿轮P2a和小直径齿轮P2b，上述短小齿轮P3与上述小直径齿轮P2b、第1太阳轮S2以及第1内齿圈R2啮合，上述大直径齿轮P2a与第2太阳轮S3啮合。上述第1太阳轮S2通过套筒轴31连接在上述电动机101的转子19上，上述共用行星架CR2连接在上述输出轴16上，上述第1内齿圈R2连接在第2制动器B2上，上述第2太阳轮S3连接在第1制动器B1上。
第2制动器B2，包括在内齿圈R2上一体形成的外周花键70、壳体(延伸壳体)36上形成的内周花键71、具有与这两个花键连接的花键的套筒72。第1制动器B1也相同，包括在与第2太阳轮S3一体的轮毂41上形成的外周花键73、在壳体(电动机壳体)35上形成的内周花键75、具有与这两个花键连接的花键的套筒76。然后，通过电动机构或者手动操作使上述套筒72或者76在轴方向上移动，与外周花键70或者73离合，构成所谓的啮合式(爪型)制动器。
即，使套筒72接合在两花键70、72上，并且使套筒76处于脱离内周花键73的状态并挂接第2制动器B2且释放第1制动器B1的低速档状态。另外，通过电动机构等使套筒72、76移动，使套筒72与外周花键70脱离，并且使套筒76处于两花键73、75接合的状态并挂接第1制动器B1且释放第2制动器B2的状态。
此外，第2以及第1制动器B2、B1，并不限定于上述啮合式，也可以是上述实施例中所示的湿式多板制动器等摩擦接合元件，这时，也可以是采用滚珠丝杠机构以及电动机的电动机构，或者其它机构。
此外，上述变速装置，并不限定于上述实施例，当然也可以采用其它2档、3档或者3档以上档数的自动变速装置或者具有增速档(O/D)的自动变速装置，进一步也可以采用无级变速装置(CVT)。变速装置的输出并不限定于输出轴16，也可以与从该输出轴到驱动车轮的动力传递系中的机构连接。
另外，在上述实施例中，虽然是对将混合驱动装置搭载在FR(前置发动机后轮驱动)型汽车上的情况进行了说明，但并不限定于此，混合驱动装置，对于在FF(前置发动机前轮驱动)型汽车搭载用装置中，显然也可以同样适用。
权利要求
1.一种混合驱动装置，是在将内燃发动机的输出传递给输出部、并且将第2电动机的输出向该输出部输入的混合驱动装置中，其特征是，包括第1电动机、和动力分配用行星齿轮机构，所述动力分配用行星齿轮机构，具有传递内燃发动机的输出的第1转动元件、与所述第1电动机连动的第2转动元件、与所述输出部连动的第3转动元件，在所述第2电动机和所述输出部之间介入变速装置。
2.根据权利要求1所述的混合驱动装置，其特征是，所述变速装置，是由传动路径不同的多个变速档构成的自动变速装置。
3.根据权利要求2所述的混合驱动装置，其特征是，所述变速装置，是输出由不同减速比构成的多级减速转动的自动变速装置。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的混合驱动装置，其特征是，所述变速装置，具有配置在同一轴上的行星齿轮单元。
5.根据权利要求4所述的混合驱动装置，其特征是，所述行星齿轮单元是拉维略型。
6.根据权利要求4或5所述的混合驱动装置，其特征是，所述变速装置，具有至少2个摩擦接合元件，通过选择这些摩擦接合元件的动作，切换所述行星齿轮单元的传动路径。
7.根据权利要求6所述的混合驱动装置，其特征是，所述变速装置，被收容在壳体内，所述摩擦接合元件，是介入在所述行星齿轮单元的不同的2元件和所述壳体之间的第2制动器以及第1制动器，将这些制动器以包围所述行星齿轮单元的外径侧的方式进行位置。
8.根据权利要求7所述的混合驱动装置，其特征是，所述壳体，是收容所述第2电动机的电动机壳体和延伸壳体，在连接所述电动机壳体的后端面和所述延伸壳体的前端面的壳体空间内，收容所述变速装置，在所述电动机壳体中配置所述第1以及第2制动器的任意一方，而在所述延伸壳体内配置所述第1以及第2制动器的任意另一方。
9.根据权利要求7或8所述的混合驱动装置，其特征是，在所述壳体的支撑部上，配置使所述第2或第1制动器动作的机构。
10.根据权利要求9所述的混合驱动装置，其特征是，所述电动机壳体，具有安装了支撑所述第2电动机的转子的轴承的、作为所述支撑部的隔壁，在所述隔壁上在轴方向上与所述轴承部分重叠配置所述机构。
11.根据权利要求10所述的混合驱动装置，其特征是，所述机构是油压机构，由配置在所述电动机壳体的隔壁上的油压机构使其动作的所述第1制动器，具有大力矩容量的结构，在所述延伸壳体的所述支撑部上配置的油压结构具有双活塞结构，并且由该油压机构使其动作的所述第2制动器，与所述第1制动器相比，具有小力矩容量的结构。
12.根据权利要求7～11中任意一项所述的混合驱动装置，其特征是，所述行星齿轮单元具有支撑长小齿轮和短小齿轮的共用行星架，所述长小齿轮具有大直径齿轮和小直径齿轮，所述短小齿轮与所述小直径齿轮、第1太阳轮以及第1内齿圈啮合，所述大直径齿轮与第2太阳轮啮合，所述第1太阳轮与所述电动机的转子连接，所述共用行星架与所述输出部连接，所述第1内齿圈与所述第2制动器连接，所述第2太阳轮与所述第1制动器连接。
13.根据权利要求12所述的混合驱动装置，其特征是，所述第1制动器，配置在所述第2太阳轮以及所述大直径齿轮的外径侧。
14.一种汽车，其特征是，包括内燃发动机、驱动车轮、权利要求1～13中任意一项所述的混合驱动装置，将所述输出部的输出传递给所述驱动车轮。
15.一种汽车，其特征是，包括内燃发动机、驱动车轮、混合驱动装置，所述混合驱动装置，包括第1电动机、动力分配用行星齿轮机构、第2电动机、变速装置，由所述动力分配用行星齿轮机构，控制所述第1电动机、将所述内燃发动机的输出向输出部输出，进一步，由所述变速装置将所述第2电动机的输出变速成多个变速档后向该输出部输入，并且该输出部与所述驱动车轮连动。
16.根据权利要求14或15所述的汽车，其特征是，在车体的前方部分上，使其曲轴向所述车体的前后方向配置所述内燃发动机，在所述内燃发动机的后部分上，在同一轴上并且从该内燃发动机依次向后方配置所述第1电动机、所述动力分配用行星齿轮机构、所述第2电动机、所述变速装置，与所述输出部连动的驱动车轮是后车轮。
全文摘要
一种混合驱动装置以及搭载该装置的汽车，所述混合驱动装置，将内燃发动机(5)的输出通过对控制用电动机(7)进行控制，由动力分配用行星齿轮机构(9)进行无级变速后向输出轴(16)传递。驱动用电动机(101)的输出，由自动变速装置(301)变速成2档减速转动后向输出轴(16)输入。变速装置(301)，在低车速时进行大的减速，获得所希望的力矩，而在高车速时进行小的减速，获得所希望的转速。这种混合驱动装置，作为辅助于驱动用电动机的输出而向驱动车轮传动的混合驱动装置，当汽车要求驱动力大的情况下，可以解决大型化、车辆搭载性差的问题。
文档编号F16H57/023GK1482020SQ0315236
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年8月2日
发明者和久田聪, 久, 表贤司, 犬塚武, 雅, 尾崎和久, 藏, 俊, 塚本一雅, 利, 山口幸藏, 洋, 足立昌俊, 本池一利, 小嵨昌洋 申请人:爱信艾达株式会社, 丰田自动车株式会社