JP2011056985A - ハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両減速時において、内燃機関のエンジンブレーキによる減速エネルギー分も効率よく回収することができると共に、車両走行時に、内燃機関の動力を使用せずに走行することができるハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の動力を、遊星摩擦車式無段変速機１０，１０Ａ，１０Ｂの入力軸２２、キャリア２３、テーパローラ２４、リングローラ２８を介して、出力軸２８に伝達し、変速リング２９を入力軸２２の軸方向に移動させて変速を行うと共に、テーパローラ２４ｂと一体で回転するローラ２４ａ，２４ｃに接触して回転するサンローラ２５の回転軸２５ｃに電動発電機３０を取り付けたハイブリッド駆動機構において、内燃機関と遊星摩擦車式無段変速機１０，１０Ａ，１０Ｂの入力軸２２の間にクラッチ４０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動発電機と無段変速機を備えたハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法に関する。

現在ある動力源として内燃機関と電動発電機を備えたハイブリッド車の構成は、大きく分けると図５〜図８に示すような構成となる。図５の構成では、内燃機関（エンジン）１に接続されたクラッチ２と無段変速機（ＣＶＴ）３との間に電動発電機（発電機兼電動機）４を取り付けている。つまり、内燃機関１、クラッチ２、電動発電機４、無段変速機３の順に接続され、無段変速機３をから車輪へ駆動力が出力される。

また、図６の構成は、内燃機関１とクラッチ２との間に電動発電機４を取り付けたものであり、この構成では、内燃機関１、電動発電機４、クラッチ２、無段変速機３の順に接続され、無段変速機３から車輪へ駆動力が出力される。また、図７の構成では、無段変速機３の後方に電動発電機４が取り付けられており、この構成では、内燃機関１、クラッチ２、無段変速機３、電動発電機４の順に接続され、無段変速機３から車輪へ駆動力が出力される。一方、図８の構成では、内燃機関１の後方に遊星ギア５を設けて、この遊星ギア５に駆動用の電動機（モータ）６と発電機（ジェネレータ）７をそれぞれ取り付けている。

図５，７，８に示すような構成を採用した場合には、図９に示すように、横軸で示す車速に対して、縦軸で示す電動発電機４又は発電機７の発電量は急激に増加して変化するが、車速が０（ｋｍ／ｈ）の場合，即ち、停車時には、発電することができないという問題がある。

また、図６に示すような構成を採用した場合には、停車時においても発電が可能であるが、図１０に示すように、内燃機関１のエンジン回転数の変化に伴って発電量が変化してしまうため、走行時において、電動発電機４の最高効率点で発電運転させることが難しいという問題がある。

このハイブリッド車両における車両の駆動装置としては、例えば、燃費向上を目指して、駆動源としてエンジン及びモータを備えるハイブリッド車両において、エンジンおよびモータと車両の前輪との間に配置された遊星歯車機構と、車両の後輪とエンジンとの間に配置された変速機構とを備えたハイブリッド車両の駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、円錐遊星歯車機構を用いた無段変速機が提案されており、例えば、遊星歯車機構において、ケースに回転自在に支持された入力軸と共に回転するキャリア、このキャリアに回転可能に支持された円錐状（テーパ状）の遊星車、この遊星車と一体に回転する遊星歯車、この遊星歯車に噛合う出力歯車と、この出力歯車と一体に回転し、且つ、ケースに回転自在に支持された出力軸と、ケースに対して回転不能に設けられ、かつ、変速操作機構により遊星車との摩擦接触位置を変更するように移動可能に設けられた変速リングとを有して構成され、変速リングの移動に伴って、入力軸の回転に対して、出力軸が順転、停止、逆転を行う遊星摩擦車式無段変速機が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−２９０６１３号公報 特開平１０−１１５３５６号公報

そこで、本発明者らは、ハイブリッド車の発電機の発電量が車速又はエンジン回転数に依存するという問題点に鑑み、車両の停車時においても発電が可能で、しかも、走行時においては、電動発電機を最高効率点で発電運転することができるようにすることを目的として、図１１に示すような、内燃機関と変速機２０Ｘと電動発電機３０を備えたハイブリッド駆動機構１Ｘにおいて、内燃機関に前記変速機２０Ｘを接続して構成すると共に、この変速機２０Ｘを、内燃機関の回転軸に接続され、且つ、この遊星摩擦車式無段変速機２０Ｘのケース２１に回転自在に支持された入力軸２２と、該入力軸２２と共に回転するキャリア２３と、該キャリア２３に回転可能に支持された遊星摩擦車２４と、該遊星摩擦車２４の一部であるテーパローラ２４ｂと、該テーパローラ２４ｂに接触して回転するリングローラ２６と、該リングローラ２６と一体に回転し、且つ、前記ケース２１に回転自在に支持された出力軸２８と、前記ケース２１に対して回転不能に設けられ、且つ、前記入力軸２２の軸方向のみに移動可能に設けられた変速リング２９と、該変速リング２９を前記入力軸２２の軸方向に移動させて、該変速リング１９と前記テーパローラ２４ｂとの接触位置を変更する変速操作機構と、前記遊星摩擦車２４の一部であるローラ２４ａ，２４ｂに接触して回転するサンローラ２５とを有し、前記入力軸２２の回転を前記出力軸２８と前記サンローラ２５に伝達する共に、前記変速操作機構により前記変速リング２９と前記テーパローラ２４ｂとの接触位置を変更することで、前記入力軸２２の回転に対して、前記出力軸２８を順転、停止、逆転させる遊星摩擦車式無段変速機２０Ｘで構成し、更に、前記遊星摩擦車式無段変速機２０Ｘの前記サンローラ２５の回転軸の端部に前記電動発電機３０を接続し、前記入力軸２２の回転で前記電動発電機３０を回転させて発電するように構成したハイブリッド駆動機構１０Ｘを考えた。この構成によれば、次のような作用効果を奏することができる。

つまり、内燃機関の回転が入力軸２２に伝達され、内燃機関があるエンジン回転数で回転している場合においても、変速リング２９とテーパローラ２４ｂとの接触位置が特定の位置（中立点）にあるときには、出力軸２８の回転が停止する。このことを利用し、出力軸２８の回転を停止する場合、即ち、車両停止の場合においても、内燃機関の回転を入力軸２２に伝達し続けて、遊星摩擦車式無段変速機２０Ｘのサンローラ２５を回転させることができるので、内燃機関の回転で、サンローラ２５の回転軸の端部に接続された電動発電機３０を回転させて発電を行うことができる。これにより、停車時においても発電が可能となる。

また、走行時においても、遊星摩擦車式無段変速機２０Ｘにおける変速リング２９とテーパローラ２４ｂとの接触位置の変更で、入力軸２２の回転に対して無段変速で出力軸２８を回転させることができるので、エンジン回転数を維持したまま、あるいは、サンローラ２５の回転数を維持したまま、車速を変更することができるので、内燃機関の回転をサンローラ２５を介して電動発電機３０に伝達して最高効率点で発電させることが可能となる。

つまり、内燃機関の回転数に関係なく、出力軸２８の回転をゼロにして車両を停止でき、しかも、走行時の出力軸の回転数を、変速リング２９とテーパローラ２４ｂとの接触位置の変更により変化させることができるので、走行時においても、エンジンの回転数、あるいは、サンローラ２５の回転数を、電動発電機３０の発電効率が良い回転数に維持して、電動発電機３０の最高効率点で発電することが可能となる。

しかしながら、このハイブリッド駆動機構１０Ｘでは、車両減速時にエンジンブレーキがかかるため、電動発電機３０の発電のための最大出力以下であっても、エンジンブレーキによりエネルギーが使用されて、発電量が減少してしまうという問題や、電動発電機３０にバッテリー等から電気を供給してモータ駆動して微速走行する時に内燃機関も駆動してしまうという問題が生じた。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、上記の状況に鑑み、車両減速時において、内燃機関のエンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができると共に、内燃機関のエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数を大きくすることが可能になり、その結果、車両の走行時に、内燃機関の動力を使用せずに走行することができるハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するためのハイブリッド駆動機構は、内燃機関と変速機と電動発電機を備え、内燃機関に前記変速機を接続して構成すると共に、この変速機を、内燃機関の回転軸に接続され、且つ、この遊星摩擦車式無段変速機のケースに回転自在に支持された入力軸と、該入力軸と共に回転するキャリアと、該キャリアに回転可能に支持された遊星摩擦車と、該遊星摩擦車の一部であるテーパローラと、該テーパローラに接触して回転するリングローラと、該リングローラと一体に回転し、且つ、前記ケースに回転自在に支持された出力軸と、前記ケースに対して回転不能に設けられ、且つ、前記入力軸の軸方向のみに移動可能に設けられた変速リングと、該変速リングを前記入力軸の軸方向に移動させて、該変速リングと前記テーパローラとの接触位置を変更する変速操作機構と、前記遊星摩擦車の一部であるローラに接触して回転するサンローラとを有し、前記入力軸の回転を前記出力軸と前記サンローラに伝達する共に、前記変速操作機構により前記変速リングと前記テーパローラとの接触位置を変更することで、前記入力軸の回転に対して、前記出力軸を順転、停止、逆転させる遊星摩擦車式無段変速機で構成し、更に、前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸の端部に前記電動発電機を接続し、前記入力軸の回転で前記電動発電機を回転させて発電するように構成したハイブリッド駆動機構において、前記遊星摩擦車式無段変速機の前記入力軸と前記内燃機関との間にクラッチを設けて構成する。

この構成によれば、車両減速時には、クラッチを切り離して、変速リングを移動して電動発電機の回転数が大きくすることにより、エンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができる。

また、微速走行時及び低負荷時には、クラッチを切り離して、内燃機関を用いずに、電動発電機に給電してモータ駆動により走行を行うことができる。つまり、内燃機関のエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数を大きくすることが可能となり、車両走行時に、内燃機関を使用せずに走行が可能となる。

上記のハイブリッド駆動機構において、前記遊星摩擦車式無段変速機を２つ、出力軸に回転を伝達する出力リングを挟んで、前記リングローラ側が互いに向かい合うように配置し、それぞれの前記リングローラが前記出力リングを回転させるように構成すると各ローラの接触部の面圧の低減、又は遊星摩擦車式無段変速機の小型化、電動発電機の小型化、又は電動発電機の数量増加による出力の増加という効果を奏することができる。

また、上記のハイブリッド駆動機構において、一方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸と、他方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸を、接続可能及び断絶可能に構成し、接続時には、一方の前記サンローラから他方の前記サンローラへ回転を伝達し、断絶時には、お互いに回転を伝達しないように構成すると共に、前記電動発電機を一方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸にのみ設けて構成する。

つまり、一方のサンローラの軸と、他方のサンローラの軸とを、例えば、軸方向に移動可能なスプライン軸で結合し、互いに他方のサンローラを駆動できるように構成し、一方のサンローラの軸にのみに一つの電動発電機を取り付けて構成する。

この構成によれば、各ローラの接触部の面圧の低減、又は遊星摩擦車式無段変速機の小型化、電動発電機の単一化という効果を奏することができる。

また、上記のハイブリッド駆動機構において、前記テーパローラの回転と、前記リングローラの回転と、前記サンローラの回転と、前記変速リングの回転の相互間の回転伝達の少なくとも１つ以上の回転伝達を、前記テーパローラと前記変速リング間を除いて、ローラによる回転伝達から歯車による回転伝達に置き換えて構成する。

この構成によれば、摩擦車式では、摩擦による伝達であるため、比較的、伝達効率が低いのに対し、歯車式では、摩擦車式に比べ、高い伝達効率を得ることができるという効果を奏することができる。

上記のような目的を達成するための車両は、上記のハイブリッド駆動機構を備えて構成される。この車両によれば、車両減速時には、クラッチを切り離して、変速リングを移動して電動発電機の回転数が大きくすることにより、エンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができ、また、微速走行時及び低負荷時には、クラッチを切り離して、内燃機関を用いずに、電動発電機に給電してモータ駆動により走行を行うことができる。つまり、内燃機関のエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数を大きくすることが可能となり、車両走行時に、内燃機関を使用せずに走行が可能となる。

また、上記のような目的を達成するための車両の制御方法は、上記の車両において、車両減速時には前記クラッチを切り離すと共に、前記変速リングを移動させて前記電動発電機の回転数を大きくし、微速走行時及び低負荷時には、前記クラッチを切り離して、内燃機関の動力を用いず、前記電動発電機に電気を供給してモータ駆動により走行を行うことを特徴とする方法である。

この車両減速時に、クラッチを切り離して変速リングを移動させて電動発電機の回転数を大きくすることにより、エンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができる。また、微速走行時及び低負荷時には、クラッチを切り離して、内燃機関の動力を用いず、電動発電機に電気を供給してモータ駆動により走行を行うことができる、つまり、エンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数を大きくすることが可能となり、走行時に、エンジンの動力を使用せずに走行が可能となる。

本発明に係るハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法によれば、車両減速時において、内燃機関のエンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができると共に、内燃機関のエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数を大きくすることが可能になり、その結果、車両の走行時に、内燃機関の動力を使用せずに走行することができる。

本発明の第１の実施の形態のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 本発明の第１の実施の形態のハイブリッド駆動機構の別の構成を示した図である。 本発明の第２の実施の形態のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 本発明の第３の実施の形態のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 従来技術の第１のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 従来技術の第２のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 従来技術の第３のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 従来技術の第４のハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 従来技術の第１、第３及び第４のハイブリッド駆動機構における車速と発電量の関係を示した図である。 従来技術の第２のハイブリッド駆動機構におけるエンジン回転数と発電量の関係を示した図である。 本発明の基となるハイブリッド駆動機構の構成を示した図である。 ローディングカム部を示す図である。 無負荷時の状態のローディングカム部の状態を示すＸ−Ｘ断面図である。 負荷時の状態のローディングカム部の状態を示すＸ−Ｘ断面図である。 差動兼ローディング機構の構造を示す部分正面図である。 図１５の差動兼ローディング機構の構造を示す部分側面図である。 差動兼ローディング機構の別の構造を示す部分正面図である。 図１７の差動兼ローディング機構の構造を示す部分側面図である。 図１７の差動兼ローディング機構で、図１７の状態から変化した状態を示す部分側面図である。

以下、本発明に係る実施の形態のハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、回転伝達媒体を摩擦によって回転を伝達するローラで形成した遊星摩擦車式無段変速機で説明しているが、これらの回転伝達媒体を歯車の歯の噛み合わせによって回転を伝達する遊星歯車式無段変速機で形成しても良い。また、ローラの全部を歯車に置き換えても良いが、ローラの一部のみを歯車に置き換えて、歯車とローラの併用で構成することもできる。

図１及び図２に、本発明の第１の実施の形態のハイブリッド駆動機構１０の構成を示す。このハイブリッド機構１０は、図示しないエンジン（内燃機関）と無段変速機２０と電動発電機３０とクラッチ４０とを備えて構成され、このエンジンの出力軸にクラッチ４０を介して無段変速機２０の入力軸２２を接続し、この無段変速機２０の出力軸２８で図示しない車輪の駆動を行うと共に、無段変速機２０のサンローラ２５に接続された電動発電機３０により発電を行う。なお、説明の便宜上、エンジンが接続される入力軸２２側を前側（矢印Ａ側）とし、車輪を駆動する出力軸２８側を後側（矢印Ｂ側）とする。

このハイブリッド機構１０は遊星摩擦車式無段変速機２０で構成され、この遊星摩擦車式無段変速機２０は次のように構成される。この無段変速機２０のサンローラ２５の回転軸２５ｃの端部に電動発電機３０を接続し、無段変速機２０の入力軸２２の回転で電動発電機３０を回転させるように構成する。図１の構成では、電動発電機３０はサンローラ２５の後側の端部に接続され、図２の構成では、電動発電機３０はサンローラ２５の前側の端部に接続されている。

遊星摩擦車式無段変速機２０の主な構成部品としては、図１及び図２に示すように、ケース２１、入力軸２２、キャリア２３、テーパローラ２４ｂを有する遊星摩擦車２４、サンローラ２５、リングローラ２６、ローディングカム２７、出力軸２８、変速リング（アウターローラ）２９等がある。

入力軸２２は、エンジンの回転軸にクラッチ４０を介して接続され、且つ、ケース２１に対して回転自在に支持される。この入力軸２２には、外周側が後側に折れ曲がった円盤状のキャリア２３が固定され、このキャリア２３は、複数の遊星摩擦車２４が、キャリア２３に設けたベアリング２３ａなどの支持機構を介して回転可能に支持されて、入力軸２２の回転に伴って回転するように構成される。

遊星摩擦車２４は、複数個、例えば、３個乃至５個程度、キャリア２３の回転軸である入力軸２２回りに関して、入力軸２２の中心から等距離にあるように、また、周方向に関しては等間隔になるように配置される。この遊星摩擦車２４には、キャリア２３側から第１ローラ２４ａとテーパローラ２４ｂと第２ローラ２４ｃが設けられる。これらのローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは回転軸２４ｄ回りに一体で回転をするように構成される。

第１ローラ２４ａと第２ローラ２４ｃは、サンローラ２５の第１ローラ２５ａと第２ローラ２５ｂとそれぞれ接触し、サンローラ２５を回転軸２５ｂ回りに回転させる。このサンローラ２５の回転軸２５ｃは入力軸２２の軸心と同じ直線上に軸心を持つように構成される。また、テーパローラ２４ｂは、ケース２１に対しては回転しない変速リング２９と接触して、キャリア２３の回転（公転）と共に回転（自転）する。

このテーパローラ２４ｂは、その外周側が入力軸２２と平行になるように、前側の外径が小さく後側の外径が大きくなるテーパ状（円錐状）に形成されると共に、傾斜角αで傾斜した状態で、テーパローラ２４ｂ即ち遊星摩擦車２４がキャリア２３に回転可能に支持される。より詳細には、テーパローラ２４ｂの外周側と遊星摩擦車２４の回転軸２４ｄとがなす傾斜角βと、遊星摩擦車２４の回転軸２４ｄと入力軸２２とがなす傾斜角αとが同じになるように（α＝β）構成される。

また、第２ローラ２４ｃは、リングローラ２６の内周側と、サンローラ２５の第２ローラ２５ｂに接触し、これらのローラ２６，２５を回転させる。

リングローラ２６は、ローディングカム２７を介して、入力軸２２と軸心が同じ直線上に配置される出力軸２８を回転させる。この出力軸２８は、ケース２１のベアリング２１ｂで回転可能に支持されている。

このローディングカム２７は、リングローラ２６、出力軸２８にＶ溝や円弧状の溝の様にテーパが回転方向についた部分（リングローラ２６、出力軸２８にずれが生じた時に内部の部品により、リングローラ２６、出力軸２８が軸方向に押し出される形状を有する部分）に球、又は円柱状のカムを前述の溝部に有したもので、負荷がかかった時に、各ローラの接触点に働く押し付け力を増加させる役割を果たす。形状の一例を図１２に示し、図１３に無負荷時の状態を、図１４に負荷時の状態を示す。

なお、キャリア２３は、与圧用ばね２３ｂとベアリング２５ｄを介してサンローラ２５の前面２４ ｅを後側に押圧している。

変速リング２９は、回転方向に関してはケース２１に対して回転しないように設けられるが、入力軸２２の軸方向、即ち、前後方向（Ａ−Ｂ方向）に関して、移動可能の構成される。この変速リング２９は、図示しない変速操作機構によって、手動又は制御装置（図示しない）からの制御信号によって、前後方向に動いて、テーパローラ２４ｂの傾斜面との接触点を移動するように構成される。

この変速リング２９の移動機構としては、例えば、変速リング２９を、入力軸２２の軸方向と平行にケース２１に設けられた複数のネジ軸２９ａに螺合して支持し、この複数のネジ軸２９ａの少なくとも一本に、ステップモータ等で形成される変速用モータ（図示しない）からの回転を伝達して、ネジ軸２９ａを回転制御できるように構成する。この変速用モータを手動又は制御装置（図示しない）からの制御信号によって、正転又は逆転する。これにより、変速リング２９をネジ軸２９ａの回転に伴って、入力軸２２の軸方向に移動させて、変速リング２９とテーパローラ２４ｂの接触位置を前後方向に移動させる。

次に、上記の構成の遊星摩擦車式無段変速機２０における回転の伝達について説明する。クラッチ４０が接続状態にされてエンジンの出力軸に接続されている入力軸２２が回転すると、入力軸２２に固定されているキャリア２３が回転し、キャリア２３に支持されている遊星摩擦車２４が公転する。この公転する遊星摩擦車２４のテーパローラ２４ｂが、ケース２１に固定されて回転しない変速リング２９と接触しているため自転する。

遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｃがリングローラ２６の内周側に接触しているので、遊星摩擦車２４の自転によりリングローラ２６が回転する。更に、リングローラ２６はローディングカム２７を介して、出力軸２８を回転させる。また、同時に、遊星摩擦者４の第１ローラ２４ａと第２ローラ２４ｃが、サンローラ２５の第１ローラ２５ａと第２ローラ２５ｂにそれぞれ接触しているので、サンローラ２５を回転させる。

この時、入力軸２２の回転方向を順転とすると、遊星摩擦車２４は順転方向に公転しながら、逆転方向に自転する。この遊星摩擦車２４は公転回転数Ｎａに対して自転回転数Ｎｂで回転する。この公転回転数Ｎａと自転回転数Ｎｂとの関係は、変速リング２９の内径Ｒａとテーパローラ２４ｂの変速リング２９が接触している部位の外径Ｒｂとの比ηａ（＝Ｒａ／Ｒｂ）に比例し、Ｎｂ＝Ｎａ×ηａとなる。

このリングローラ２６は遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｃによって回転されるが、この遊星摩擦車２４の自転回転数Ｎｂに対するリングローラ２６の回転数Ｎｃは、接触点における遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｃの外径（Ｒｃ）とリングローラ２６の内径（Ｒｄ）に関係する比率ηｂ（Ｒｃ／Ｒｄ）に比例する。つまり、Ｎｃ＝Ｎｂ×ηｂとなる。

一方、リングローラ２６のケース２１に対する回転数Ｎｄは、公転回転数Ｎａを考慮して、Ｎｄ＝Ｎｃ−Ｎａ＝Ｎａ（ηａ×ηｂ―１）となる。ここで、遊星摩擦車２４の自転回転数Ｎｂに対するリングローラ２６の回転数Ｎｃの比率ηｂ（＝Ｎｃ／Ｎｂ）は固定されるが、公転回転数Ｎａと自転回転数Ｎｂとの関係を示す比率ηａは、変速リング２９の前後位置により変化する。

また、サンローラ２５の第１ローラ２５ａと第２ローラ２５ｂは、遊星摩擦車２４の第１ローラ２４ａと第２ローラ２４ｃによってそれぞれ回転されるが、この遊星摩擦車２４の自転回転数Ｎｂに対するサンローラ２５の回転数Ｎｅは、接触点における遊星摩擦車２４の第１ローラ２４ａの外径（Ｒｅ１）とサンローラ２５の第１ローラ２５ａの外径（Ｒｆ１）に関係する比率ηｃ（Ｒｅ／Ｒｆ）に比例する。つまり、Ｎｅ＝Ｎｂ×ηｃとなる。なお、回転の伝達を円滑にするために、接触点における遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｃの外径（Ｒｅ２）とサンローラ２５の第２ローラ２５ｂの外径（Ｒｆ２）との比（Ｒｅ２／Ｒｆ２）は、接触点における遊星摩擦車２４の第１ローラ２４ａの外径（Ｒｅ１）とサンローラ２５の第１ローラ２５ａの外径（Ｒｆ１）との比（Ｒｅ１／Ｒｆ１）と同じに形成する。

また、サンローラ２５のケース２１に対する回転数Ｎｆは、公転回転数Ｎａを考慮して、Ｎｆ＝Ｎｅ−Ｎａ＝Ｎａ（ηａ×ηｃ―１）となる。ここで、遊星摩擦車２４の自転回転数Ｎｂに対するサンローラ２５の回転数Ｎｅの比率ηｃ（＝Ｎｃ／Ｎｂ）は固定されるが、公転回転数Ｎａと自転回転数Ｎｂとの関係を示す比率ηａは、変速リング２９の前後位置により変化する。

ここで、変速リング２９の内径Ｒａとテーパローラ２４ｂの内径Ｒｂとが（Ｒａ／Ｒｂ）＝ηａ＝１／ηｂとなる前後方向の変速リング２９とテーパローラ２４ｂの接触点を中立点Ｐｎとする。変速リング２９がこの中立点Ｐｎに有る場合には、入力軸２２の回転数Ｎａに関わらず、出力軸２８の回転数Ｎｄはゼロになる。一方、サンローラ２５の回転数Ｎｆは、Ｎｆ＝Ｎａ（ηａ×ηｃ―１）＝Ｎａ（ηｃ／ηｂ−１）となり、ηｃ＝ηｂでなければ、停止せずに回転することになる。

ここで、公転回転数Ｎａに対する自転回転数Ｎｂとの比ηａ（＝Ｒａ／Ｒｂ）は、変速リング２９とテーパローラ２４ｂの接触位置、言い換えれば、変速リング２９の前後方向の位置によって変化でき、この接触位置が中立点Ｐｎよりも前方にある場合には、ηａは（１／ηｂ）よりも大きくなるので、Ｎｄ＝Ｎｃ−Ｎａ＝Ｎａ×ηｂ×（ηａ―１／ηｂ）は正となり、出力軸２８は入力軸２２と同じ方向に回転数Ｎｄで回転する。一方、接触位置が中立点Ｐｎよりも後方にある場合には、ηａは（１／ηｂ）よりも小さくなるので、Ｎｄ＝Ｎｃ−Ｎａ＝Ｎａ×ηｂ×（ηａ―１／ηｂ）は負となり、出力軸２８は入力軸２２と反対方向に回転数−Ｎｄで回転する。なお、接触位置が中立点Ｐｎにある場合は、上記したように、ηａは（１／ηｂ）と等しくなるので、Ｎｄ＝Ｎｃ−Ｎａ＝Ｎａ×ηｂ×（ηａ―１／ηｂ）はゼロとなり、入力軸２２が回転しているにも関わらず、出力軸２８は回転を停止していることになる。

上記のように、出力軸２８の回転は、入力軸２２の回転に対して、変速リング２９とテーパローラ２４ｂの接触位置により、回転数及び回転方向を変化することができ、しかも連続的に無段階で回転数の変更を行うことができる。

一方、サンローラ２５の回転は、ηｃ＝ηｂとしなければ、出力軸２８が停止しても、停止せずに回転するので、ηｃをηｂとは別の値になるように、比率ηｂ（Ｒｃ／Ｒｄ）に関係する、遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｃの外径（Ｒｃ）とリングローラ２６の内径（Ｒｄ）と、比率ηｃ（Ｒｅ２／Ｒｆ２）に関係する、遊星摩擦車２４の第２ローラ２４ｂの外径（Ｒｅ２≒Ｒｃ、またはＲｅ２＝Ｒｃ）とサンローラ２５の第２ローラ２５ｂの外径（Ｒｆ２）を形成し、更に、この比率ηｃ（Ｒｅ２／Ｒｆ２）に基づいて、遊星摩擦車２４の第１ローラ２４ａの外径（Ｒｅ１）とサンローラ２５の第１ローラ２５ａの外径（Ｒｆ１）を形成する。

次に第２の実施の形態のハイブリッド駆動機構について説明する。図３に示すように、このハイブリッド駆動機構１０Ａにおいては、上記の遊星摩擦車式無段変速機２０Ａ，２０Ｂを２つ、それぞれのサンローラ２５Ａ，２５Ｂの回転軸２５Ａｃ，２５Ｂｃを直線上に配置すると共に、出力軸（図示しない）に回転を伝達する出力リング３１を挟んで、リングローラ２８Ａ，２８Ｂ側が互いに向かい合うように配置し、それぞれのリングローラ２８Ａ、２８Ｂが同じ出力リング３１を回転させるように、差動兼ローディング機構３２を備えて構成する。

この差動兼ローディング機構３２は、リングローラ２８Ａ，２８Ｂ両方の速度差を差動兼ローディング機構３２が自転することにより吸収し、且つ、前述のローディングカム２７と同様に負荷がかかった際に各ローラの押し付け力を増加させるというものである。この差動兼ローディング機構３２の構造の例を図１５〜図１９に示す。

そして、電動発電機３０Ａが遊星摩擦車式無段変速機２０Ａのサンローラ２５Ａの回転軸２５Ａｃに接続され、電動発電機３０Ｂが遊星摩擦車式無段変速機３０Ｂのサンローラ２５Ｂの回転軸２５Ｂｃに接続される。

この構成によれば、各ローラの接触部の面圧の低減、又は遊星摩擦車式無段変速機の小型化、電動発電機の小型化、又は電動発電機の数量増加による出力の増加という効果を奏することができる。

次に第３の実施の形態のハイブリッド駆動機構について説明する。図４に示すように、このハイブリッド駆動機構１０Ｂにおいては、第２の実施の形態のハイブリッド駆動機構１０Ａと同様に、上記の遊星摩擦車式無段変速機２０Ａ，２０Ｂを２つ、それぞれのサンローラ２５Ａ，２５Ｂの回転軸２５Ａｃ，２５Ｂｃを直線上に配置すると共に、出力軸（図示しない）に回転を伝達する出力リング３１を挟んで、リングローラ２８Ａ，２８Ｂ側が互いに向かい合うように配置し、それぞれのリングローラ２８Ａ，２８Ｂが出力リング３１を回転させるように、差動兼ローディング機構３２を備えて構成する。

そして、更に、一方の遊星摩擦車式無段変速機２０Ａのサンローラ２５Ａの回転軸２５Ａｃと、他方の遊星摩擦車式無段変速機２０Ｂのサンローラ２５Ｂの回転軸２５Ｂｃを、接続可能及び断絶可能に構成し、接続時には、一方のサンローラ２５Ａ（又は２５Ｂ）から他方のサンローラ２５Ｂ（２５Ａ）へ回転を伝達し、断絶時には、お互いに回転を伝達しないように構成すると共に、電動発電機３０を一方のサンローラ２５Ａの回転軸２５Ａｃにのみ設けて構成する。

つまり、一方のサンローラ２５Ａの回転軸２５Ａｃと、他方のサンローラ２５Ｂの回転軸２５Ｂｃとを、例えば、軸方向に移動可能なスプライン軸で結合し、接続時には、互いに他方のサンローラ２５Ｂ（２５Ａ）を駆動できるように構成する。また、一方のサンローラ２５Ａ（２５Ｂ）の回転軸２５Ａｃ（２５Ｂｃ）にのみに一つの電動発電機３０を取り付けて構成する。

そして、本発明の車両は、上記のハイブリッド駆動機構１０，１０Ａ，１０Ｂを備えて構成される。

次に、このハイブリッド駆動機構１０，１０Ａ，１０Ｂを備えて構成された車両の制御方法について説明する。この車両の制御方法は、上記の車両において、車両減速時にはクラッチ４０を切り離すと共に、変速リング２９を移動させて、変速リング２９とテーパローラ２４ｂとの接触位置を変更して、電動発電機３０，３０Ａ，３０Ｂの回転数Ｎｆを大きくし、微速走行時及び低負荷時には、クラッチ４０を切り離して、エンジンの動力を用いず、電動発電機３０，３０Ａ，３０Ｂに電気を供給してモータ駆動により走行を行う。

この車両減速時に、クラッチ４０を切り離して変速リング２９を移動させて、変速リング２９とテーパローラ２４ｂとの接触位置を変更して、電動発電機３０，３０Ａ，３０Ｂの回転数Ｎｆを大きくすることにより、エンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができる。また、微速走行時及び低負荷時には、クラッチ４０を切り離して、エンジンの動力を用いず、電動発電機に３０，３０Ａ，３０Ｂ電気を供給してモータ駆動により走行を行うことができる、つまり、エンジン回転数Ｎａが、アイドル回転数以下になっても、電動発電機の回転数Ｎｆを大きくすることが可能となり、走行時に、エンジンを使用せずに走行が可能となる。

上記の構成のハイブリッド駆動機構１０，１０Ａ，１０Ｂ、及び、これらのハイブリッド駆動機構１０，１０Ａ，１０Ｂを備えた車両、及び、この車両の制御方法によれば、車両減速時において、エンジンのエンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができると共に、エンジンのエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機３０，３０Ａ，３０Ｂの回転数Ｎｆを大きくすることが可能になり、その結果、車両の微速走行時及び低負荷時には、エンジンの動力を使用せずに走行することができるようになる。

本発明のハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法によれば、車両減速時において、内燃機関のエンジンブレーキによる減速エネルギー分を電気エネルギーにして効率よく回収することができると共に、内燃機関のエンジン回転数が、アイドル回転数以下になっても、電動発電機３０，３０Ａ，３０Ｂの回転数ＮＦを大きくすることが可能になり、その結果、車両の微速走行時及び低負荷時には、内燃機関の動力を使用せずに走行することができるようになるので、自動車等の車両におけるハイブリッド駆動機構、車両及びその制御方法として利用できる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ ハイブリッド駆動機構
２０，２０Ａ，２０Ｂ 遊星摩擦車式無段変速機
２１ ケース
２２ 入力軸
２３ キャリア
２４ 遊星摩擦車
２４ａ 遊星摩擦車の第１ローラ
２４ｂ テーパローラ
２４ｃ 遊星摩擦車の第２ローラ
２４ｄ 遊星摩擦車の回転軸
２５，２５Ａ，２５Ｂ サンローラ
２５ａ サンローラの第１ローラ
２５ｂ サンローラの第２ローラ
２５ｃ，２５Ａｃ，２５Ｂｃ サンローラの回転軸
２６ リングローラ
２７ ローディングカム
２８ 出力軸
２９ 変速リング
３０，３０Ａ，３０Ｂ 電動発電機
４０ クラッチ
Ａ 前側（入力軸側）
Ｂ 後側（出力軸側）
Ｎａ 公転回転数
Ｎｂ 自転回転数
Ｎｃ 遊星摩擦車の自転回転数に対するリングローラの回転数
Ｎｄ リングローラのケースに対する回転数
Ｎｅ 遊星摩擦車の自転回転数に対するサンローラの回転数
Ｒａ 変速リングの内径
Ｎｆ サンローラのケースに対する回転数
Ｐｎ 中立点
Ｒａ 変速リングの内径
Ｒｂ テーパローラの変速リングが接触している部位の外径
Ｒｃ 接触点における遊星摩擦車の第２ローラの外径
Ｒｄ 接触点におけるリングローラの内径
Ｒｅ１ 接触点における遊星摩擦車の第１ローラの外径
Ｒｅ２ 接触点における遊星摩擦車の第２ローラの外径
Ｒｆ１ 接触点におけるサンローラの第１ローラの外径
Ｒｆ２ サンローラの第２ローラの外径
α 遊星摩擦車の回転軸と入力軸とがなす傾斜角
β テーパローラの外周側と遊星摩擦車の回転軸とがなす傾斜角
ηａ 比率（＝Ｒａ／Ｒｂ）
ηｂ 比率（＝Ｒｃ／Ｒｄ）
ηｃ 比率（＝Ｒｅ／Ｒｆ＝Ｒｅ２／Ｒｆ２）

Claims (6)

1. 内燃機関と変速機と電動発電機を備え、内燃機関に前記変速機を接続して構成すると共に、
   この変速機を、
   内燃機関の回転軸に接続され、且つ、この遊星摩擦車式無段変速機のケースに回転自在に支持された入力軸と、該入力軸と共に回転するキャリアと、該キャリアに回転可能に支持された遊星摩擦車と、該遊星摩擦車の一部であるテーパローラと、該テーパローラに接触して回転するリングローラと、該リングローラと一体に回転し、且つ、前記ケースに回転自在に支持された出力軸と、前記ケースに対して回転不能に設けられ、且つ、前記入力軸の軸方向のみに移動可能に設けられた変速リングと、該変速リングを前記入力軸の軸方向に移動させて、該変速リングと前記テーパローラとの接触位置を変更する変速操作機構と、前記遊星摩擦車の一部であるローラに接触して回転するサンローラとを有し、前記入力軸の回転を前記出力軸と前記サンローラに伝達する共に、前記変速操作機構により前記変速リングと前記テーパローラとの接触位置を変更することで、前記入力軸の回転に対して、前記出力軸を順転、停止、逆転させる遊星摩擦車式無段変速機で構成し、
   更に、前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸の端部に前記電動発電機を接続し、前記入力軸の回転で前記電動発電機を回転させて発電するように構成したハイブリッド駆動機構において、
   前記遊星摩擦車式無段変速機の前記入力軸と前記内燃機関との間にクラッチを設けたことを特徴とするハイブリッド駆動機構。
2. 前記遊星摩擦車式無段変速機を２つ、出力軸に回転を伝達する出力リングを挟んで、前記リングローラ側が互いに向かい合うように配置し、それぞれの前記リングローラが前記出力リングを回転させるように構成したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド駆動機構。
3. 一方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸と、他方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸を、接続可能及び断絶可能に構成し、接続時には、一方の前記サンローラから他方の前記サンローラへ回転を伝達し、断絶時には、お互いに回転を伝達しないように構成すると共に、前記電動発電機を一方の前記遊星摩擦車式無段変速機の前記サンローラの回転軸にのみ設けたことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド駆動機構。
4. 前記テーパローラの回転と、前記リングローラの回転と、前記サンローラの回転と、前記変速リングの回転の相互間の回転伝達の少なくとも１つ以上の回転伝達を、前記テーパローラと前記変速リング間を除いて、ローラによる回転伝達から歯車による回転伝達に置き換えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド駆動機構を備えたことを特徴とする車両。
6. 請求項５記載の車両において、車両減速時には前記クラッチを切り離すと共に、前記変速リングを移動させて前記電動発電機の回転数を大きくし、微速走行時及び低負荷時には、前記クラッチを切り離して、内燃機関の動力を用いず、前記電動発電機に電気を供給してモータ駆動により走行を行うことを特徴とする車両の制御方法。

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