JP2005291439A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、かつ、エネルギーロスの少ない車両駆動装置を提供する。
【解決手段】 車両駆動装置１０は、シフト切換機構６０を含む。シフト切換機構６０は、パーキングギヤ６１と、パーキングギヤの回転を停止させるためのポール６２と、カム６６と、ギヤ６３と、ギヤ６３を停止状態に固定するためのポール６４と、カム６８と、２つのカムを動かすためのモータ６９とを含む。ポール６４は、高速走行時に燃費を改善する場合にカム６８によって押込まれギヤ６３を停止状態に固定する。つまり、パーキングロックを行なわせるためのモータ６９を高速走行時の燃費向上用のギヤのロックにも用いる。これにより、高速走行用のギヤをロックさせるためのアクチュエータを省略することができる。また、クラッチやブレーキなどを用いないので摩擦による損失も少ない、したがって簡易な構成で高速走行時における燃費向上を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、動力伝達装置に関し、より特定的には、ハイブリッド車両の動力伝達装置に関する。

低公害、低燃費を実現するために、内燃機関としてのエンジンとバッテリによる電気エネルギーで駆動するモータとを併用したハイブリッド車両が提供されている。

大きく分類すると、ハイブリッド車両の駆動装置は、シリーズ（直列）式とパラレル（並列）式の駆動方式がある。シリーズ式は、エンジンで発電機を駆動してその発生電力でモータを駆動する。つまり、車輪を駆動するのはシリーズ式の場合はモータのみである。

一方パラレル式は、エンジンとモータとを並列に配置し、主にエンジンで車輪を駆動しモータはエンジンの補助を行なう。モータの補助によりエンジンの負担が軽減され、また車両はエンジンの能力を超える駆動能力を得ることができる。

これらの中間的な方式について特開平９−１１７０１０号公報（特許文献１）に開示されている。この開示された技術では、内燃機関であるエンジンと電気エネルギーによって回転運動を行なう２つのモータジェネレータとがプラネタリギヤユニット（遊星歯車機構）を用いて接続されている。モータジェネレータは、電気エネルギーが与えられモータとして動作するだけでなく、回転エネルギーが与えられて発電機として電気エネルギーを出力することも可能である。

プラネタリギヤユニットのサンギヤは第１のモータジェネレータに接続され、リングギヤは第２のモータジェネレータに接続される。そしてリングギヤとサンギヤとはピニオンギヤを間に介して噛み合っている。このピニオンギヤを支持するキャリヤがエンジン出力軸に接続されている。

そして基本的には、エンジンが最高効率領域で駆動するように回転数が定められ、このエンジンの回転数を維持できるように、車速に応じて回転するリングギヤに対して、サンギヤに接続されているモータジェネレータの回転数を制御する。このサンギヤに接続されているモータジェネレータの回転数を制御するには、モータジェネレータで発生される電力を制御すればよい。

しかしながら、車速をある一定値以上に上げて高速低負荷走行すると、エンジン回転数を所定の回転数に維持したままでは、サンギヤに接続された第１のモータジェネレータは回転数が負回転となる。このため、エンジントルクと駆動力とのバランスを保つために、サンギヤに接続された第１のモータジェネレータは力行動作を行ない、一方、リングギヤに接続された第２のモータジェネレータは発電動作を行なう。このような動作モードは動力循環モードと呼ばれ、燃費が悪くなる。

そこで、高速走行の場合にはサンギヤを回転数０に固定し、エンジン回転数を最高効率領域を超えてさらに上昇させる。このため、特開平９−１１７０１０号公報には、サンギヤに接続されたモータジェネレータを固定するためのブレーキを設けることが開示されている。
特開平９−１１７０１０号公報 特開２００２−３２３１２７号公報

しかし、サンギヤに接続されたモータジェネレータを固定するためにブレーキを設けた場合、このブレーキは通常油圧で駆動される。このため新たに油圧制御回路が必要となる。

また、ブレーキやクラッチのような油圧駆動の固定手段でギヤの回転を固定しようとすると、固定させている間油圧を加え続ける必要があり、また摩擦によるエネルギーロスも生ずる。

この発明は、簡易な構成で、かつ、エネルギーロスの少ない車両用動力伝達装置を提供することを目的とする。

この発明は、要約すると、動力伝達装置であって、車輪の回転に連動して回転する第１の回転軸と、内燃機関の出力軸に結合された第２の回転軸と、第１、第２の回転軸の回転数に応じて回転が定まる第３の回転軸とを有する遊星歯車機構と、電気的制御により走行レンジの切換を行なうシフト切換機構とを備える。シフト切換機構は、第１の回転軸の回転を固定する第１の固定手段と、第３の回転軸の回転を固定する第２の固定手段と、第１の固定手段を作用させ第２の固定手段を非作用にさせる第１の状態と、第１の固定手段を非作用にさせ第２の固定手段を作用させる第２の状態と、第１、第２の固定手段のいずれも非作用にさせる第３の状態を選択する状態選択機構と、状態選択機構を電気的制御に応じて作動させる駆動手段とを含む。

好ましくは、駆動手段は、出力伝達部材を有するアクチュエータを含み、第３の状態が選択される出力伝達部材の位置を基準とすると、出力伝達部材が所定方向に変位すると状態選択機構に第１の状態を選択させ、所定方向と逆方向に変位すると状態選択機構に第２の状態を選択させる。

好ましくは、遊星歯車機構は、第４の回転軸をさらに有し、シフト切換機構は、第４の回転軸の回転を固定する第３の固定手段をさらに含み、状態選択機構は、第１〜第３の状態において第３の固定手段を非作用にさせ、第１、第２の固定手段を非作用にさせ第３の固定手段を作用させる第４の状態をさらに選択可能であり、第２の状態と第４の状態では、第１の回転軸と第２の回転軸との間の回転比が変化する。

より好ましくは、駆動手段は、出力伝達部材を有するアクチュエータを含み、第３の状態が選択される出力伝達部材の位置を基準とすると、出力伝達部材が所定方向に変位すると状態選択機構に第１の状態を選択させ、所定方向と逆方向に変位すると状態選択機構に第２、第４の状態を選択させ、第２、第４の状態の選択は、車輪駆動の負荷状況に応じて行なわれる。

さらに好ましくは、アクチュエータは、モータであり、出力伝達部材は、モータの回転軸であり、所定方向の変位は、正回転であり、所定方向と逆方向の変位は、逆回転である。

より好ましくは、第２の固定手段は、３の回転軸に取付けられた第１のロック用ギヤと、第１のロック用ギヤを停止状態に固定する第１のポールとを含み、第３の固定手段は、４の回転軸に取付けられた第２のロック用ギヤと、第２のロック用ギヤを停止状態に固定する第２のポールとを含み、状態選択機構は、軸方向に移動可能なロッドと、ロッドに取付けられ、第２、第３の固定手段にそれぞれ作用する第１、第２のカムとを含み、第１、第２のカムのいずれか一方は、ロッドが一方向に移動すると対応するポールを次第に対応するロックギヤに近接させ、ロッドがさらに一方向に移動すると対応するポールを対応するロックギヤから次第に遠ざけるような形状を有する。

好ましくは、動力伝達装置は、ハイブリッド車に用いられ、第１の回転軸に結合された第１の回転電機と、第３の回転軸に結合された第２の回転電機とをさらに備える。

この発明によれば、新たにギヤ固定用の油圧制御回路を設けることなく、簡易な構成で、かつエネルギーロスを少なくした動力伝達装置を実現することができる。

また、車速に応じて内燃機関の運転点をきめ細かく選択することが可能となる。

さらに、高負荷を駆動するときの車両の燃費を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の車両駆動装置１０の構成を示した図である。

図２は、図１に示した駆動装置の各ギヤの形状をより具体的に表わしたイメージ図である。

図１、図２を参照して、車両駆動装置１０は、エンジン５０と、プラネタリギヤ２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、シフト切換機構６０とを含む。

プラネタリギヤ２０は、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２５に結合されたサンギヤ２１と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸２６に結合されたリングギヤ２２と、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に配置され、サンギヤ２１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ２３と、クランクシャフト５６の端部に結合され各ピニオンギヤ２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ２４とを含む。

プラネタリギヤ２０は、サンギヤ２１、リングギヤ２２およびプラネタリキャリヤ２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸２５、リングギヤ軸２６およびクランクシャフト５６の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。

リングギヤ２２には、動力の取出用の動力取出ギヤ２８がモータジェネレータＭＧ１側に結合されている。動力取出ギヤ２８は、チェーンベルト２９により動力伝達ギヤ１１に接続されている。そして動力取出ギヤ２８と動力伝達ギヤ１１との間で動力の伝達がなされる。動力伝達ギヤ１１は回転軸１２でギヤ１３と結合されており、ギヤ１３はデファレンシャルギヤ１４を駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がデファレンシャルギヤ１４に伝達され、ギヤ１３はデファレンシャルギヤ１４によって駆動される。

モータジェネレータＭＧ１は、複数個の永久磁石３５が外周に配置されたロータ３２と、回転磁界を形成する３層コイル３４が巻回されたステータ３３とを含む。ロータ３２は、プラネタリギヤ２０のサンギヤ２１と一体的に回転するサンギヤ軸２５に結合されている。ステータ３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ１は、永久磁石３５による磁界と３層コイル３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石３５による磁界とロータ３２の回転との相互作用により３層コイル３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

モータジェネレータＭＧ２は、複数個の永久磁石４５が外周に配置されたロータ４２と、回転磁界を形成する３層コイル４４が巻回されたステータ４３とを含む。ロータ４２は、プラネタリギヤ２０のリングギヤ２２と一体的に回転するリングギヤ軸２６に結合されている。ステータ４３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石４５による磁界とロータ４２の回転との相互作用により３層コイル４４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石４５による磁界と３層コイル４４によって形成される磁界との相互作用によりロータ４２を回転駆動する電動機として動作する。

シフト切換機構６０は、リングギヤ２２と一体的に回転するパーキングギヤ６１と、パーキングギヤの回転を停止させるためのポール６２と、ポール６２をパーキングギヤ６１に噛み合う状態に押込むためのカム６６と、カム６６の位置をシフトさせるためにカムに取付けられているロッド６５とを含む。

シフト切換機構６０は、さらに、サンギヤ軸２５に取付けられサンギヤ２１と一体的に回転するギヤ６３と、ギヤ６３を停止状態に固定するためのポール６４と、ポール６４をギヤ６３に噛み込む状態に押込むためのカム６８と、カム６８の位置をシフトさせるためのロッド６７とを含む。ポール６４は、高速走行時に燃費を改善する場合にカム６８によって押込まれギヤ６３を停止状態に固定する。

パーキングギヤ６１、ポール６２、ギヤ６３、ポール６４はプラネタリギヤの回転軸を固定する固定機構である。また、カム６６，６８、ロッド６５，６７は、固定手段の状態を選択するための状態選択機構である。

シフト切換機構６０は、モータ６９をさらに含む。モータ６９は状態選択機構を駆動するものであり、ロッド６５および６７を動かす。モータ６９が時計回りに回転するとカム６６がポール６２を押し下げてパーキング状態となる。逆に、モータ６９が反時計回りに回転すると、カム６６はポール６２から引抜かれパーキングロックが解除される。そしてさらに、モータ６９が反時計回りに回転すると、カム６８がポール６４を押し下げることにより、モータジェネレータＭＧ１のロータ３２の回転が停止される。

図３は、図２に示したプラネタリギヤ２０の基本的な動作を説明するための共線図である。

図２、図３を参照して、エンジンが停止状態にありプラネタリキャリヤ２４が回転数０であるときには、図の直線Ｌ１に示すように、リングギヤに結合されたモータジェネレータＭＧ２の回転数がＮＲ１である場合には、サンギヤ２１に結合されたモータジェネレータＭＧ１の回転数は逆回転のＮＳ１となる。

ピニオンギヤ２３はリングギヤ２２とサンギヤ２１との両方に噛み合うものである。したがって、サンギヤが１回転すると、リングギヤはサンギヤとリングギヤの歯数の逆比であるρ回転する。つまりキャリヤの回転数が０であると、回転数ＮＲ１：ＮＳ１＝ρ：１である。

サンギヤＳの縦軸の位置とキャリヤＣの縦軸の位置とリングギヤＲの縦軸の位置を、図３に示すようにキャリヤＣの軸とサンギヤＳの縦軸の距離を１とするとキャリヤＣの軸とリングギヤＲの縦軸の距離をρとなるような配置にする。すると、サンギヤの回転数とリングギヤの回転数とは、キャリヤの回転数０の点を通る直線Ｌ１が各軸と交わる点に位置する。直線Ｌ１と回転数０の水平軸とサンギヤおよびリングギヤの回転数を示す縦軸で形成される三角形の相似から、回転数がＮＲ１：ＮＳ１＝ρ：１となることが容易に理解できる。

この状態でエンジンが回転するとキャリヤの回転数が０からＮＣ２に増加する。これはリングギヤとサンギヤも同じ回転数だけ回転が増加した状態であると考えればよい。結果としてサンギヤおよびリングギヤの回転数も同じだけ増え、直線Ｌ１は直線Ｌ２に平行移動する。

今ここで、回転数ＮＣ２はエンジンが最高効率を発揮する回転数であるとする。この状態で車速をさらに増加させたい場合には、動力取出ギヤ２８と一体となって回転するリングギヤ２２の回転数をＮＲ２からＮＲ３に増加させる必要がある。このためには、モータジェネレータＭＧ１の回転数をＮＳ２からＮＳ３に減少させて共線図上の動作条件を直線Ｌ２上から直線Ｌ３上に変える必要がある。

つまりさらに加速するためには、モータジェネレータＭＧ１を制御して回転数をＮＳ３に下げることにより、エンジンの回転数を効率のよい回転数ＮＣ２に維持しつつ車速を増加させることができる。

しかしながら、車速をある一定値以上に上げて高速低負荷走行すると、エンジン回転数を所定の回転数ＮＣ２に維持したままでは、サンギヤに接続されたモータジェネレータＭＧ１は回転数が負回転となる。このため、エンジントルクと駆動力とのバランスを保つために、サンギヤＳに接続されたモータジェネレータＭＧ１は力行動作を行ない、一方、モータジェネレータＭＧ２は発電動作を行なう。このような動作モードは動力循環モードと呼ばれ、燃費が悪くなる。

そこで、高速走行の場合にはサンギヤを図１のシフト切換機構６０を用いて回転数０に固定し、エンジン回転数を最高効率領域を超えてさらに上昇させる。

図４は、図１におけるシフト切換機構６０の動作を説明するための図である。

図４を参照して、モータ６９は、時計方向および反時計方向に回転が可能である。時計方向に回転量Ｒ１だけモータ６９が回転するとパーキングロックが働く。反時計方向に回転量Ｒ２だけモータ６９が回転するとモータジェネレータＭＧ１の回転が機械的に回転数０に固定され高速走行時の燃費向上モードとなる。

パーキングロック時にはモータ６９が時計回りに回転量Ｒ１だけ回転すると、ロッド６５は方向Ｘ１に移動し、これに応じてカム６６がパーキングポール６２を押込む。パーキングポール６２は押込まれるとパーキングギヤ６１と噛み合い、パーキングギヤ６１を回転停止状態に固定する。

このように停車時のパーキングロックを従来のようにシフトレバーの動きを機械的にパーキングロックに伝達するのではなく、電気信号を与えることによりモータ６９を動かして行なわせることは、シフトバイワイヤ技術と呼ばれる。シフトバイワイヤとは、ギヤのシフトをシフトレバーの移動に伴う機械的な力の伝達によって行なうのではなく、シフトレバーの位置を一旦電気信号として検出し、この検出した電気信号を信号線（ワイヤ）によって駆動するモータ等を用いてシフトを行なわせる技術である。

シフトバイワイヤ技術によれば、シフトレバーの配置の自由度が大幅に向上し、またシフトレバーの形状は、たとえばボタンのようなものでもよくなる。これにより、車室内の操作レバー等の入力装置の配置の自由度が向上することが知られている。

これに対し実施の形態１では、高速走行時の燃費を向上させるためにギヤ６３とこれを回転停止状態に固定させるポール６４が設けられている。このポール６４を押し下げる場合には、モータ６９は反時計回りＲ２に回転し、ロッド６７が方向Ｘ２にシフトする。これによりカム６８がポール６４を押し下げる。

パーキング時は、すなわち車速が０のときである。パーキング時と高速走行時とは、車速によって確実に判別することができ、また同時に成立することは無い。したがって、モータ６９をカム６６とカム６８の駆動のために共用することが可能である。高速走行時の燃費向上モードのためにカム６８を動かすアクチュエータを新たに設けなくてすむので製造コストを抑えることができる。

図５は、図３に示したシフト機構のさらに具体的な形状を説明するための図である。

図５を参照して、モータ６９の回転軸はシャフト７１に結合されており、シャフト７１の回転に伴いディテントプレート７２も回転する。ディテントプレート７２にはロッド６５および６７が取付けられており、シャフト７１が時計回りに回転量Ｒ１だけ回転すると、ロッド６５がＸ１方向にシフトする。これに応じてカム６６がポール６２をＹ１方向に移動させてポール６２はパーキングギヤ６１に噛み合う。そしてパーキングギヤ６１は回転停止状態に固定される。

図６は、カム６６がポール６２をパーキングギヤ６１に噛み込ませた状態を示した図である。

この図６は図４の方向Ｖ１からポールを見た図になる。ポール６２の突起がパーキングギヤ６１の歯と歯の間の谷に噛み込むことにより、ギヤ６１は回転停止状態に固定される。

再び図５を参照して、モータ６９によりシャフト７１が反時計回りに回転量Ｒ２だけ回転すると、カム６８がロッド６７によってＸ２方向に移動する。これと同時に、カム６６は引抜かれパーキングロックが解除される。カム６８が図３のギヤ６３とポール６４とを噛み込ませることについては、カム６６の場合と同様であるので説明は繰返さない。

ディテントプレート７２の外周部分にはギヤのように複数の歯が刻まれており、ブロック７５に固定されたディテントスプリング７３がこの歯と歯の間の谷に噛み込むことにより、モータ６９が通電停止後であってもシャフト７１の回転位置が保持される。

なお、図４では、モータ６９でシャフト７１を回転させる例を示したが、駆動源はモータに限られるものではない。また、ロッド６５とロッド６７が別々に設けられている場合を示したが、ロッド６５とロッド６７とを１本のロッドとしてこれをたとえばリニアアクチュエータで駆動させる構成とすることも可能である。

図７は、シフト切換機構６０の取り得る３つの状態を説明するための図である。

図７を参照して、モータの回転方向が時計回りの回転量Ｒ１である場合には、停止時のパーキングロックが作用し、一方燃費向上のためのギヤのロックは非作用状態となる。

図８は、パーキング状態のカムとギヤの位置を示した概念図である。

図８に示すように、モータ６９が時計回りに回転量Ｒ１だけ回転するとロッドはＸ１方向に移動しカム６６がパーキングギヤ６１を停止状態に固定する。

再び図７を参照して、基本位置においてはパーキングロックと燃費向上用ロックはともに非作用状態とされる。この状態は、図３に示したようにパーキングポール６２およびポール６４のいずれもカムにより押込まれていない状態である。この状態においては、通常の走行がなされ図１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン５０の回転数を最高効率の回転数に維持しつつ、車を走行させることができる。

車速が増加していくとモータジェネレータＭＧ１の回転数が０となる瞬間が生ずる。すると、モータが基本位置から反時計回りに回転量Ｒ２だけ回転し、パーキングロックは非作用状態で、かつ燃費向上用のギヤのロックが作用する状態となる。

図９は、燃費向上用のロックが作用した状態を示した図である。

図９に示すように、モータ６９が反時計方向に回転量Ｒ２だけ回転すると、ロッドがＸ２方向にシフトし、応じてカム６８によってギヤ６３は回転停止状態に固定される。

以上説明したように、実施の形態１の車両駆動装置では、パーキングロックを行なわせるためのモータ６９を高速走行時の燃費向上用のギヤのロックにも用いる。これにより、高速走行用のギヤをロックさせるためのアクチュエータを省略することができる。また、クラッチやブレーキなどを用いないので摩擦による損失も少ない、したがって簡易な構成で高速走行時における燃費向上を実現することができる。

［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２の車両駆動装置１１０の構成を示した図である。

図１０を参照して、車両駆動装置１１０は、図１に示した車両駆動装置１０の構成においてプラネタリギヤ２０に代えてダブルプラネタリギヤ１２０を含み、シフト切換機構６０に代えてシフト切換機構１６０を含む。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２やエンジン５０等の他の部分については、車両駆動装置１１０は図１に示した車両駆動装置１０と同様であるので、同一要素には同一符号を付してその説明は繰返さない。

ダブルプラネタリギヤ１２０は、２つのプラネタリギヤが組合せられたものであり、プラネタリキャリヤが共有され、２つのリングギヤが一体として回転する構成となっている。ダブルプラネタリギヤ１２０は、４つの回転軸を有する遊星歯車機構である。

ダブルプラネタリギヤ１２０は、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２５に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト５６の端部に結合されピニオンギヤ１２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ１２４とを含む。

ダブルプラネタリギヤ１２０は、さらに、サンギヤ軸２５に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２９に結合されたサンギヤ１２５と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸に結合されリングギヤ１２２と一体的に回転するリングギヤ１２７と、サンギヤ１２５とリングギヤ１２７との間に配置され、サンギヤ１２５の外周を自転しながら公転する複数のピニオンギヤ１２６と、リングギヤ１２２および１２７と一体的に回転し図示しないデファレンシャルギヤを駆動する動力取出ギヤ１２８とを含む。ピニオンギヤ１２６は、ピニオンギヤ１２３と同じ回転軸で回転自在に支持される。

リングギヤ１２２および１２７には、動力の取出用の動力取出ギヤ１２８がモータジェネレータＭＧ１側に結合されている。動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト２９により動力伝達ギヤ１１に接続されている。そして動力取出ギヤ２８と動力伝達ギヤ１１との間で動力の伝達がなされる。動力伝達ギヤ１１は回転軸１２でギヤ１３と結合されており、ギヤ１３はデファレンシャルギヤ１４を駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がデファレンシャルギヤ１４に伝達され、ギヤ１３はデファレンシャルギヤ１４によって駆動される。

シフト切換機構１６０は、リングギヤ１２２および１２７と一体的に回転するパーキングギヤ１６１と、パーキングギヤの回転を停止させるためのポール１６２と、ポール１６２をパーキングギヤ１６１に噛み合う状態に押込むためのカム１６６と、カム１６６の位置をシフトさせるためにカムに取付けられているロッド１６５とを含む。

シフト切換機構１６０は、さらに、サンギヤ軸２５に取付けられサンギヤ２１と一体的に回転するギヤ１６３と、ギヤ１６３を停止状態に固定するためのポール１６４と、ポール１６４をギヤ１６３に噛み込む状態に押込むためのカム１６８と、カム１６８の位置をシフトさせるためのロッド１６７とを含む。ポール１６４は、高速走行時の第１の条件において燃費を改善する場合にカム１６８によって押込まれギヤ１６３を停止状態に固定する。

シフト切換機構１６０は、さらに、サンギヤ軸１２９に取付けられサンギヤ１２５と一体的に回転するギヤ１７１と、ギヤ１７１を停止状態に固定するためのポール１７２と、ポール１７２をギヤ１７１に噛み込む状態に押込むためのカム１７３とを含む。

カム１７３はカム１６８とともにロッド１６７に取付けられている。カム１６８がロッド１６７の先端に取付けられ、カム１７３はロッド１６７のモータ寄りに取付けられている。ポール１７２は、高速走行時の第２の条件において燃費を改善する場合にカム１７３によって押込まれギヤ１７１を停止状態に固定する。

パーキングギヤ１６１、ポール１６２、ギヤ１６３，１７１、ポール１６４，１７２はプラネタリギヤの回転軸を固定する固定機構である。また、カム１６６，１６８，１７３、ロッド１６５，１６７は、固定手段の状態を選択するための状態選択機構である。

シフト切換機構１６０は、モータ１６９をさらに含む。モータ６９は状態選択機構を駆動するものである。モータ１６９は、ロッド１６５および１６７を動かす。

モータ１６９が時計回りに回転するとカム１６６がポール１６２を押し下げてパーキング状態となる。この状態から、モータ１６９が反時計回りに回転すると、カム１６６はポール１６２から引抜かれパーキングロックが解除される。そして、さらにモータ１６９が反時計回りに回転すると、カム１６８がポール１６４を押し下げることにより、モータジェネレータＭＧ１のロータ３２の回転が停止される。

そして、さらにモータ１６９が反時計回りに回転すると、カム１６８はポール１６４を乗り越えてしまいギヤ１６３のロックが開放され、そしてカム１７３がポール１７２を押し下げることによりサンギヤ１２５の回転が停止される。

つまり、カム１７３はカム１６８と同じロッド１６７に取付けられている。そして、ロッド１６７が動くことによりカム１６８とカム１７３のいずれか１つのみが対応するポールを押し下げることができるように、ギヤ１７１とギヤ１６３の間隔に対して。カム１７３とカム１６８の間隔が定められている。

また、カム１６８は、ロッド１６７が右方向に動くにしたがって、次第にポール１６４をギヤ１６３に近接させこれらを噛み合わせる。そして、さらにロッド１６７が右方向に動くとそれに伴い今度は次第にポール１６４をギヤ１６３から遠ざける。このためカム１６８は、中央部がもっとも膨らんだ形状となっている。

図１１は、高速走行時のエンジン５０の運転ポイントと効率の関係を示すグラフである。

図１１を参照して、エンジン５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線Ｂ１〜Ｂ４のような等効率線を描くことができる。また、トルクＴと回転数Ｎとの積で表わされるエネルギー一定の曲線、たとえば曲線Ｃ１〜Ｃ３を描くことができる。エネルギーをＰとすると、Ｐ∝ＴＮの関係があるので、トルクＴを縦軸に回転数Ｎを横軸にとると曲線Ｃ１〜Ｃ３は反比例のグラフ形状となる。

図１１に示すように、出力するエネルギーが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン５０の効率は大きく異なる。たとえば、エネルギー一定の曲線Ｃ１上では、エンジン５０を運転ポイントＰ１（トルクＴ１，回転数Ｎ１）で運転することによりその効率を最も高くすることができる。

このような効率が最も高い運転ポイントは、各エネルギー一定の曲線上に存在し、出力エネルギー一定の曲線Ｃ２，Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＰ２およびＰ３が相当する。図１１中の曲線Ａはこれらのことに基づき、各エネルギーに対してエンジン５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。

図１２は、図１０で示したダブルプラネタリギヤ１２０の共線図である。

図１０、図１２を参照して、ダブルプラネタリギヤ１２０は、２つのプラネタリギヤにおいてリングギヤとプラネタリキャリヤが共有されている。したがって共線図を描くと、サンギヤ１２５の回転数とサンギヤ１２１の回転数は同じ直線上に存在することになる。ここで図１２のＰ３で示す直線は、実施の形態１においてモータジェネレータＭＧ１を回転しない状態に固定した状態に対応するモードである。これにより油圧で駆動されるクラッチやブレーキを使用せずギヤをポールで固定することにより、エネルギーロスが少なく高速走行における燃費の向上を図ることができる。

しかしながら、同じ高速走行であっても、すなわち車速が等しくリングギヤに結合される動力取出ギヤ１２８の回転数が等しい場合であっても、運転する道路が登り坂であるような場合には、負荷が定常よりも高負荷となるので、エンジンもエネルギーを多く出力する必要がある。

図１１に示したように、エネルギーがＣ３からＣ１に増加した場合には、効率のよい運転ポイントはＰ３からＰ１に移動し、エンジンの回転数はＮ３からＮ１に増加させた方が効率がよい。このような場合には、サンギヤ１２１を正回転させサンギヤ１２５を固定させることによって運転ポイントをＰ３からＰ１に変化させることができる。

図１３は、図１０に示した車両駆動装置１１０のモータ１６９の回転とそれに対応する動作モードを説明するための図である。

図１３を参照して、図１３のパーキングというのはパーキングギヤ１６１がポール１６２によってロックされるか否かを示し、図１３の高負荷というのはギヤ１７１がポール１７２によってロックされるか否かを示し、図１３の低負荷というのはギヤ１６３がポール１６４によってロックされるか否かを示す。まず基本位置においてはパーキングギヤ１６１および高負荷時のギヤ１７１および低負荷時のギヤ１６３はすべてロックが作用していない状態にある。

図１４は、車両駆動装置１１０の基本位置を示した図である。

図１４に示すように、基本位置においては、カム１６６，１７３および１６８はすべてギヤを固定させていない状態にある。

したがって、パーキングギヤ１６１およびギヤ１７１，１６３はすべて回転自在の状態である。この状態では、基本的にはエンジンが最高効率となる回転数に維持されるように、車速に応じてモータジェネレータＭＧ１の回転数が制御される。

図１５は、モータ１６９が時計方向に回転量Ｒ１だけ回転した状態を示す図である。

図１３、図１５を参照して、モータ１６９が時計方向に回転量Ｒ１だけ回転すると、カム１６６がポール１６２に作用しパーキングギヤ１６１がロックされる。この一方でギヤ１７１および１６３にはロックは作用していない。

図１６は、モータ１６９がさらに回転量Ｒ２だけ反時計方向に回転した状態を示した図である。

図１３、図１６を参照して、モータ１６９が回転量Ｒ２だけ反時計方向に回転すると、カム１６８はポール１６４をロック用ギヤ１６３に噛み込ませロック用ギヤ１６３を停止状態に固定する。これにより車両駆動装置１１０は、図１２のＰ３で示した共線図のようにサンギヤ１２１が固定された状態で動作することになる。

図１７は、モータ１６９がさらに回転量Ｒ３だけ反時計方向に回転した状態を示した図である。

図１３、図１７を参照して、モータ１６９がさらに回転量Ｒ３だけ回転すると、図１６の状態からさらにロッド１６７が押されることにより、カム１６８はポール１６４を乗り越えて再びポール１６４はロック用のギヤ１６３を解放した状態に戻る。この状態においては、カム１７３はまだポール１７２を押し下げるに至っていない。したがってパーキングギヤ１６１およびロック用のギヤ１６１，ギヤ１６３はすべてロックが働いていない状態となる。この状態では、再びモータジェネレータＭＧ１の回転が制御され車速に対するエンジン回転数が定まる。

図１８は、モータ１６９がさらに回転量Ｒ４だけ反時計方向に回転した状態を示す図である。

図１３、図１８を参照して、モータ１６９がさらに回転量Ｒ４だけ回転すると、カム１７３がポール１７２をロック用ギヤ１７１に噛み込ませ、これによりギヤ１７１は停止状態に固定される。これにより図１２の共線図では運転ポイントＰ１に対応する状態（高負荷の状態）で動作が行なわれるようになる。したがって負荷が高い場合においても効率のよい運転ポイントでエンジンを運転させることができる。

以上説明したように、実施の形態２の車両駆動装置では、パーキングロックを行なわせるためのモータ６９を高速走行時の燃費向上用のギヤのロックにも用いる。これにより、高速走行用のギヤをロックさせるためのアクチュエータを省略することができる。また、クラッチやブレーキなどを用いないので摩擦による損失も少ない、したがって簡易な構成で高速走行時における燃費向上を実現することができる。

実施の形態２の車両駆動装置では、さらに、おなじ高速走行時であっても負荷に応じて内燃機関の運転点をきめ細かく選択することが可能となるので、高速走行時において高負荷を駆動するときの車両の燃費を向上させることができる。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２のダブルプラネタリギヤ１２０は種々の変形例が考えられる。

図１９は、第１の変形例であるダブルプラネタリギヤ２２０の構成を説明するための図である。

ダブルプラネタリギヤ２２０は、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２５に結合されたサンギヤ２２１と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸２６に結合されたリングギヤ２２２と、サンギヤ２２１とリングギヤ２２２との間に配置されサンギヤ２２１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ２２３と、クランクシャフト５６の端部に結合されピニオンギヤ２２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ２２４とを含む。

ダブルプラネタリギヤ２２０は、さらに、サンギヤ軸２５に結合されサンギヤ２２１と一体的に回転するサンギヤ２２５と、プラネタリキャリヤ２２４と一体に回転するリングギヤ２２７と、サンギヤ２２５とリングギヤ２２７との間に配置されサンギヤ２２５の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ２２６と、ピニオンギヤ２２６の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ２２８とを含む。

プラネタリキャリヤ２２８はロック用ギヤ２７１を固定させることで回転を停止させることができる。またサンギヤ軸２５はロック用ギヤ２６３を図示しないカムとポールで固定することに回転を停止させることができる。つまり図１９（ａ）で示した構成は、図１９（ｂ）で示したようにサンギヤ２２１とサンギヤ２２５の回転が等しくまたプラネタリキャリヤ２２４とリングギヤ２２７の回転が等しい。

なお、シフト切換機構については、図１０におけるシフト切換機構１６０のカム１６８，１７３およびポール１６４，１７２と同様な構成をギヤ２６３，２７１に作用させればよいので、説明は繰返さない。

図２０は、第２の変形例であるダブルプラネタリギヤ３２０の構成を説明するための図である。

図２０（ａ）を参照して、ダブルプラネタリギヤ３２０は、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２５に結合されたサンギヤ３２１と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸２６に結合されたリングギヤ３２２と、サンギヤ３２１とリングギヤ３２２との間に配置されサンギヤ３２１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ３２３と、クランクシャフト５６の端部に結合されピニオンギヤ３２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ３２４とを含む。

ダブルプラネタリギヤ３２０は、さらに、プラネタリキャリヤ３２４と一体的に回転するサンギヤ３２５と、サンギヤ軸２５と一体的に回転するリングギヤ３２７と、サンギヤ３２５とリングギヤ３２７との間に配置されサンギヤ３２５の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ３２６と、ピニオンギヤ３２６の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ３２８とを含む。

プラネタリキャリヤ３２８にはロック用のギヤ３７１が結合されている。またサンギヤ軸２５にはロック用のギヤ３６３が結合されている。

なお、シフト切換機構については、図１０におけるシフト切換機構１６０のカム１６８，１７３およびポール１６４，１７２と同様な構成をギヤ３６３，３７１に作用させればよいので、説明は繰返さない。

この構成では、サンギヤ３２１とリングギヤ３２７が同じ回転数となり、またプラネタリキャリヤ３２４とサンギヤ３２５が同じ回転数となるので、共線図は図２０（ｂ）に示すようになる。

図２１は、第３の変形例であるダブルプラネタリギヤ４２０の構成を説明するための図である。

図２１（ａ）を参照して、ダブルプラネタリギヤ４２０は、クランクシャフト５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸２５に結合されたサンギヤ４２１と、クランクシャフト５６と同軸上のリングギヤ軸２６に結合されたリングギヤ４２２と、サンギヤ４２１とリングギヤ４２２との間に配置されサンギヤ４２１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ４２３と、クランクシャフト５６の端部に結合されピニオンギヤ４２３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ４２４とを含む。

ダブルプラネタリギヤ４２０は、さらに、リングギヤ軸２６に結合されるサンギヤ４２５と、プラネタリキャリヤ４２４に回転軸４２９を支持されサンギヤ４２５の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ４２６と、回転軸４２９によってピニオンギヤ４２６と一体的に回転するように結合されているピニオンギヤ４２７と、ピニオンギヤ４２７に噛み合うリングギヤ４２８とを含む。ピニオンギヤ４２７はリングギヤ４２８の内周を自転しながら公転する。

ピニオンギヤ４２６とピニオンギヤ４２７とは、回転軸４２９に結合されており直径および歯数が等しい。またピニオンギヤ４２２は回転軸４２９の回りに自在に回転可能である。

リングギヤ４２８にはロック用のギヤ４７１が結合されており、図示しないカムとポールによりロック用のギヤ４７１を固定することによりリングギヤ４２８を固定することができる。またサンギヤ軸２５にはロック用のギヤ４６３が結合されており、図示しないカムおよびポールによりロック用のギヤ４６３を固定することができる。

なお、シフト切換機構については、図１０におけるシフト切換機構１６０のカム１６８，１７３およびポール１６４，１７２と同様な構成をギヤ４６３，４７１に作用させればよいので、説明は繰返さない。

この構成においては、キャリヤ４２４がピニオンギヤ４２６，４２３および４２７で共有されている。またリングギヤ４２２とサンギヤ４２５とが一体的に回転する。したがって共線図は図２１（ｂ）に示すようになる。

以上、図１９〜図２１で示した種々の変形例においても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１の車両駆動装置１０の構成を示した図である。 図１に示した駆動装置の各ギヤの形状をより具体的に表わしたイメージ図である。 図２に示したプラネタリギヤ２０の基本的な動作を説明するための共線図である。 図１におけるシフト切換機構６０の動作を説明するための図である。 図３に示したシフト機構のさらに具体的な形状を説明するための図である。 カム６６がポール６２をパーキングギヤ６１に噛み込ませた状態を示した図である。 シフト切換機構６０の取り得る３つの状態を説明するための図である。 パーキング状態のカムとギヤの位置を示した概念図である。 燃費向上用のロックが作用した状態を示した図である。 実施の形態２の車両駆動装置１１０の構成を示した図である。 高速走行時のエンジン５０の運転ポイントと効率の関係を示すグラフである。 図１０で示したダブルプラネタリギヤ１２０の共線図である。 図１０に示した車両駆動装置１１０のモータ１６９の回転とそれに対応する動作モードを説明するための図である。 車両駆動装置１１０の基本位置を示した図である。 モータ１６９が時計方向に回転量Ｒ１だけ回転した状態を示す図である。 モータ１６９がさらに回転量Ｒ２だけ反時計方向に回転した状態を示した図である。 モータ１６９がさらに回転量Ｒ３だけ反時計方向に回転した状態を示した図である。 モータ１６９がさらに回転量Ｒ４だけ反時計方向に回転した状態を示す図である。 第１の変形例であるダブルプラネタリギヤ２２０の構成を説明するための図である。 第２の変形例であるダブルプラネタリギヤ３２０の構成を説明するための図である。 第３の変形例であるダブルプラネタリギヤ４２０の構成を説明するための図である。

符号の説明

１０，１１０ 車両駆動装置、１１ 動力伝達ギヤ、１２ 回転軸、１３，６３，１６３，１７１，１６３，２６３，２７１，３６３，３７１，４６３，４７１ ギヤ、１４ デファレンシャルギヤ、２０ プラネタリギヤ、２１，１２１，１２５，２２１，２２５，３２１，３２５，４２１，４２５ サンギヤ、２２，１２２，１２７，２２２，２２７，３２２，３２７，４２２，４２８ リングギヤ、２３，１２３，１２６，２２３，２２６，３２３，３２６，４２３，４２６，４２７ ピニオンギヤ、２４，１２４，２２４，２２８，３２４，３２８，４２４ プラネタリキャリヤ、２５，１２９ サンギヤ軸、２６ リングギヤ軸、２８，１２８ 動力取出ギヤ、２９ チェーンベルト、３２，４２ ロータ、３３，４３ ステータ、３４，４４ コイル、３５，４５ 永久磁石、５０ エンジン、５６ クランクシャフト、６０，１６０ シフト切換機構、６１，１６１ パーキングギヤ、６２ パーキングポール、６４，１６２，１６４，１７２ ポール、６５，６７，１６５，１６７ ロッド、６６，６８，１６６，１６８，１７３ カム、６９，１６９ モータ、７１ シャフト、７２ ディテントプレート、７３ ディテントスプリング、７５ ブロック、１２０，２２０，３２０，４２０ ダブルプラネタリギヤ、４２９ 回転軸、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (7)

1. 車輪の回転に連動して回転する第１の回転軸と、内燃機関の出力軸に結合された第２の回転軸と、前記第１、第２の回転軸の回転数に応じて回転が定まる第３の回転軸とを有する遊星歯車機構と、
   電気的制御により走行レンジの切換を行なうシフト切換機構とを備え、
   前記シフト切換機構は、
   前記第１の回転軸の回転を固定する第１の固定手段と、
   前記第３の回転軸の回転を固定する第２の固定手段と、
   前記第１の固定手段を作用させ前記第２の固定手段を非作用にさせる第１の状態と、前記第１の固定手段を非作用にさせ前記第２の固定手段を作用させる第２の状態と、前記第１、第２の固定手段のいずれも非作用にさせる第３の状態を選択する状態選択機構と、
   前記状態選択機構を電気的制御に応じて作動させる駆動手段とを含む、動力伝達装置。
2. 前記駆動手段は、
   出力伝達部材を有するアクチュエータを含み、
   前記第３の状態が選択される前記出力伝達部材の位置を基準とすると、前記出力伝達部材が所定方向に変位すると前記状態選択機構に前記第１の状態を選択させ、前記所定方向と逆方向に変位すると前記状態選択機構に前記第２の状態を選択させる、請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記遊星歯車機構は、第４の回転軸をさらに有し、
   前記シフト切換機構は、
   前記第４の回転軸の回転を固定する第３の固定手段をさらに含み、
   前記状態選択機構は、前記第１〜第３の状態において前記第３の固定手段を非作用にさせ、前記第１、第２の固定手段を非作用にさせ前記第３の固定手段を作用させる第４の状態をさらに選択可能であり、
   前記第２の状態と前記第４の状態では、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間の回転比が変化する、請求項１に記載の動力伝達装置。
4. 前記駆動手段は、
   出力伝達部材を有するアクチュエータを含み、
   前記第３の状態が選択される前記出力伝達部材の位置を基準とすると、前記出力伝達部材が所定方向に変位すると前記状態選択機構に前記第１の状態を選択させ、前記所定方向と逆方向に変位すると前記状態選択機構に前記第２、第４の状態を選択させ、
   前記第２、第４の状態の選択は、車輪駆動の負荷状況に応じて行なわれる、請求項３に記載の動力伝達装置。
5. 前記アクチュエータは、モータであり、
   前記出力伝達部材は、前記モータの回転軸であり、
   前記所定方向の変位は、正回転であり、
   前記所定方向と逆方向の変位は、逆回転である、請求項２または４に記載の動力伝達装置。
6. 前記第２の固定手段は、
   前記３の回転軸に取付けられた第１のロック用ギヤと、
   前記第１のロック用ギヤを停止状態に固定する第１のポールとを含み、
   前記第３の固定手段は、
   前記４の回転軸に取付けられた第２のロック用ギヤと、
   前記第２のロック用ギヤを停止状態に固定する第２のポールとを含み、
   前記状態選択機構は、
   軸方向に移動可能なロッドと、
   前記ロッドに取付けられ、前記第２、第３の固定手段にそれぞれ作用する第１、第２のカムとを含み、
   前記第１、第２のカムのいずれか一方は、前記ロッドが一方向に移動すると対応するポールを次第に対応するロックギヤに近接させ、前記ロッドがさらに前記一方向に移動すると前記対応するポールを前記対応するロックギヤから次第に遠ざけるような形状を有する、請求項３に記載の動力伝達装置。
7. 前記動力伝達装置は、ハイブリッド車に用いられ、
   前記第１の回転軸に結合された第１の回転電機と、
   前記第３の回転軸に結合された第２の回転電機とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の動力伝達装置。

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