JP3345576B2 - 原動機の変速制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原動機の変速制御
装置に関し、特に変速機の出力軸が所定速度で回転して
いるときにクラッチ等を用いないで変速する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複合原動機として、信号待ち
の時やのろのろ運転の際には出来る限り走行用電動機
（主電動機）に依存して走行し、加速時やある程度の高
速運転時には内燃機関など、熱機関の発生動力に依存し
て走行し、究極の省エネ効果と低公害化を両立させるた
めに、内燃機関と走行用電動機との間にクラッチを設け
たシステム、内燃機関と走行用電動機との間、あるいは
走行用電動機と駆動輪との間に変速機を設けたシステム
が各種提案されている（特開平５−５９９７３号、特開
平７−１７０６１０号、特開平８−２６６０１２号、特
開平７−２７７００９号、特開平７−２７７０１４号、
特開平７−３０４３４３号公報等参照）。

【０００３】また、これらのものと思想的に類似のもの
は特願平８−１９６５５７号にも開示されているが、上
記のように第２の変速機を設けて構成することで特別な
効果を得られることが分かってきた。なお、ここで言う
ところの変速機は、固定的な変速比を実現する減速機な
どではな〈、少なくとも２段階以上の速度比を実現でき
る機構を意味している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる従来
の原動機及びその制御装置は、変速機及びクラッチを備
えることは、理論的には究極のシステムとも考えられる
が、実用化する場合、不都合な点もある。まず、第１
に、大きさを考慮すると変速機の伝達容量の大きさが制
限される。特に無段変速機では、トラック等に適用する
のは難しいということである。

【０００５】第２に、無段変速機はトルコンよりも効率
的であるがギアによる伝動効率には及ばない。第３に、
伝達容量を考慮するとかなり大きくなり、制御部も強力
なものを必要とする。第４に、大容量の機種まで信頼
性、耐久性を確保しつつ、低コストにするのは難しい。

【０００６】一方、内燃機関の出力に依存するある程度
の高速領域では市街地のように頻繁に加減速を繰り返す
という運転頻度は少なく、交通の流れは実体としてほぼ
一定速で行われていることが観測される。また、無段変
速機を装備することによって極低速領域の駆動力を確保
する効果をねらったが、電動機と車輪の間に簡易な変速
機を設けることで比較的簡単に目的を達することが出来
る。

【０００７】従来から提案してきた内燃機関の運転速度
を車速の変化にかかわらず一定に保つことは、内燃機関
の低公害化と省エネのためにはきわめて望ましいことで
あるが、それを実現するためにはシステムの中に必ず無
段変速機を備えなければならない。この無段変速機とい
うのは回転速度を無段階に変更できるという点では有用
な構成要素であるが、変速機構そのものに大きいストレ
スを含む機構でもある。ここを一歩譲って、一定速を一
定範囲と条件緩和すれば、通常の歯車を用いた機械式変
速機の採用の可能性も考えられる。

【０００８】内燃機関を完全な一定速、かつ一定トルク
で運転することが可能という従来のシステムの特徴から
は後退するが、車速に応じてある範囲の内燃機関速度の
変更を許容すれば機械式の変速機を備えることによっ
て、ほぼ従来の機能に近似した効果を発揮できるシステ
ムを実現できる。ただし、原動機の運転方法として、低
速領域、加速時、中高速クルージング領域では、従来の
無段変速機等を用いて構成した複合原動機と比較して以
下のような点に留意することが必要である。

【０００９】１．低速領域では、内燃機関の運転を停止
するか、シリアルハイブリッドとして機能する。即ち、
低速領域では、元来、内燃機関の望ましい運転領域、つ
まり出力と自動車が必要とする動力との間に大きな乖離
（内燃機関出力が過剰）が存在し、内燃機関とモータの
合体運転では電動機が常時大きな発電機として機能し、
とりわけ減速時には車体の持つ運動エネルギーをも回生
するため、このような大電流を効率的に蓄えることが困
難になってくる。また、この領域では、小刻みな加減速
を頻繁に伴うので、制御がかなり煩雑で耐久性にも問題
を起こしそうな恐れがある。とりわけ、減速時のトルク
の問題は、内燃機関を一定出力で定点運転をしつつ、車
速に合わせて無段変速機によって車軸位置での回転速度
を低下させると、減速したいにもかかわらず、車軸には
大きな駆動力を発生し、発電能力の衰えた低速域で電動
機がかなり無理をして制動するというストレスのある状
態が出現する。ここはいっそのこと走行は電動機に任せ
て、内燃機関は停止するか、あまり大きくない出力範囲
で発電に徹するというのが得策である。

【００１０】そのように発想の転換を図ることによっ
て、速度変化の頻繁な低速領域から内燃機関を切り離
し、無段変速機の必要性を減じ、機械式変速機採用の可
能性を開くことにつながる。２．加速時では、駆動力分
担割合を内燃機関依存から電動機依存に若干シフトす
る。

【００１１】即ち、従来のものでは、低速領域において
電動機のみによる駆動力では加速力が不足し、現行の自
動車の性能に及ばないため、内燃機関の駆動力を無段変
速機などによって減速し、低速域で大きな駆動力を得
て、電動機の駆動力に重畳して駆動軸に伝えるという方
法を採ってきた。しかし、無段変速機の代わりに機械式
の変速機を採用するとした環境のもとでは、低速領域で
は短時間内に急峻な内燃機関速度の変化が頻繁に起きが
ちである。前述のように低速領域では、内燃機関の回転
と駆動軸の関係を切り離すか、間接的なものとすれば、
加速時に内燃機関出力を利用できなくなるので、不足す
る加速力を補充する別の手段を講じなければならない。
従って、電動機と車軸の間に変速機を設けて加速時や登
坂時などに電動機の発生トルクを増幅して車軸に伝える
メカニズムが良いと考えられる。つまり、加速時など、
大きな駆動力を必要とする局面では、内燃機関の回転力
を減速、増幅して利用するとしたコンセプトを、登坂時
など一定速度の大きな駆動力を必要とする場合は内燃機
関の出力をあてにするが、速度の変化を伴う加速時など
には、電動機の発生トルクを増幅して利用するというよ
うに場合分けして適用される。

【００１２】３．中高速クルージング領域では、内燃機
関依存を増加する。即ち、従来構造の自動車では中低速
領域で内燃機関出力が効率的に生かされる環境にないこ
とが問題であるが、中高速、とりわけ高速では遺憾なく
内燃機関性能が発揮されている場合が多い。高速領域で
はよけいなことをすればするほど省エネ効果などを損な
うことを体験する。内燃機関の回転力によって発電し、
その発生電力を再び電動機によって回転力にかえて走行
するといういわゆるシリアルハイブリッドなどは高速領
域ではもってのほかで、低速領域で得た利得を高速領域
できれいに消耗してしまうという結果になる。高速領域
では内燃機関の出力をなるべく直接的に車軸に伝えるこ
とが肝要であり、電動機の役割は加速時の補助、減速時
の電力回生など、補助的な機能に限定する方が総合的な
効果を得やすい。

【００１３】つまり、省エネおよび公害防止という目標
に対してウェートの高い市街地走行など、一般的な走行
条件では電動機を主原動機とする性格を強め、高速道の
走行では内燃機関依存度を高めることが、より望ましい
姿といえる。内燃機関の回転力をエネルギー変換を伴う
ことなく車輪に伝えて、高速領域での効率的な走行を維
持しながら、低速では電動機による走行に依存する度合
いを高めれば、結果として無段変速機を備えたものに近
いか、または匹敵するものを実現できる可能性が推定さ
れる。機械式にすることによって、非常にコンパクトな
まとまりの良い複合原動機を安価に製作することが可能
となる。実績のある歯車を採用すれば大型トラック用の
変速機も従来の技術的な蓄積によって製作が可能であ
り、複合原動機を自動車全般への適用の道を拓くもので
ある。

【００１４】これらの留意点については従来と何ら変わ
るものではないが、機械式変速機を用いた複合原動機で
は、無段変速機を用いて構成した複合原動機と比較して
上記の点をやや強調する必要があると思われる。本発明
は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、通
常の歯車を用いた機械式変速機を採用した原動機の変速
制御装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかる原動機の変速制御装置は、図１に示すよう
に、走行用の主電動機と、主電動機の駆動力を補助する
補助原動機と、を備えて構成され駆動力を発生する原動
機と、前記主電動機と補助原動機との間に介装され、両
者間を歯車を介して変速する機械式の変速機と、前記変
速機の補助原動機側の入力軸回転速度と主電動機側の出
力軸回転速度とを検出する回転速度検出手段と、変速
時、前記変速機の歯車の噛み合わせを解除して変速機の
中立点に移行するときは、前記補助原動機を無負荷運転
し、該中立点において前記変速機の歯車を噛み合わせる
ときは、前記出力軸回転速度に前記入力軸回転速度が同
期するように前記補助原動機を制御する原動機制御手段
と、前記補助原動機の無負荷運転中に、変速機の歯車の
噛み合わせを解除して中立点に移行させ、前記入力軸回
転速度が前記出力軸回転速度に略同期したときに歯車を
噛み合わせるように前記変速機を制御する変速制御手段
と、を備えたことを特徴とする原動機の変速制御装置。

【００１６】かかる構成によれば、変速時、原動機制御
手段により補助原動機の駆動力が零となるように制御さ
れ、変速制御手段により主電動機と補助原動機との間で
歯車の噛み合わせが解除されて変速機は中立点に移行す
る。変速機の補助原動機側の入力軸回転速度と主電動機
側の出力軸回転速度は、回転速度検出手段によって検出
され、補助原動機は、原動機制御手段により、検出され
た変速機の出力軸及び入力軸の回転速度に基づいて変速
機の入力軸の回転速度が出力軸の回転速度に同期するよ
うに制御され、略同期したとき、変速制御手段により変
速機の歯車の噛み合わせが実行される。

【００１７】請求項２の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、前記変速機は、出力軸の最高回転速度と入力
軸に連結された原動機の最高回転速度とに基づいて第１
の変速比を設定し、第ｎ（ｎ≧１）の変速比において原
動機の最適回転速度の下限値で第（ｎ＋１）の変速比に
変速されたとき、原動機が最適回転速度の範囲内で駆動
されるように、順次、第（ｎ＋１）の変速比が設定され
たものである。

【００１８】かかる構成によれば、変速機の第１の変速
比は、出力軸の最高回転速度と入力軸に連結された原動
機の最高回転速度とに基づいて設定される。そして、例
えば、第２の変速比は、第１の変速比において原動機の
最適回転速度の下限値で第２の変速比に変速されたと
き、原動機の最適回転速度の範囲内となるように設定さ
れる。このようにして順次、変速比が設定される。

【００１９】請求項３の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、前記変速制御手段は、変速機の噛み合わせる
べき出力軸側歯車と入力軸側歯車との周速差が所定範囲
内になったとき、歯車を噛み合わせるようにした。かか
る構成によれば、変速機の噛み合わせるべき出力軸側歯
車と入力軸側歯車との周速差が所定範囲内になったとき
歯車の噛み合わせが行われる。

【００２０】請求項４の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、原動機及び変速機は自動車に適用したもので
あって、アクセルの踏込量を検出するアクセル踏込量検
出手段を備える一方、前記変速制御手段は、検出された
原動機の回転速度とアクセル踏込量とに応じて歯車の噛
み合わせ又は噛み合わせが解除された中立点への移行を
行うように変速機を制御する。

【００２１】かかる構成によれば、アクセルの踏込量
は、自動車走行時の負荷を代表するものとしてアクセル
踏込量検出手段により検出され、検出された主電動機の
回転速度とアクセル踏込量とに応じて歯車の噛み合わせ
又は噛み合わせが解除された中立点への移行が行われ
る。従って、自動車の運転状態に応じた変速制御が行わ
れる。

【００２２】請求項５の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、検出された主電動機の回転速度とアクセル踏
込量とに基づいて変速機の変速比を選択する。かかる構
成によれば、検出された主電動機の回転速度とアクセル
踏込量とに基づいて変速機の変速比が選択される。

【００２３】かかる構成によれば、原動機と駆動軸との
間に介装された変速機に、上記変速制御が適用される。

【００２４】請求項６の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、前記補助原動機の回転軸と主電動機の回転軸
とを同軸上に配置し、変速機は、補助原動機の回転軸に
連結された歯車と、主電動機の回転軸に連結された歯車
と、両歯車に噛み合う歯車と、を備えて構成され、これ
らの歯車のいずれか１つを出力歯車とするように構成さ
れている。

【００２５】かかる構成によれば、補助原動機の回転軸
に連結された歯車、主電動機の回転軸に連結された歯車
及び両歯車に噛み合う歯車のいずれか１つから駆動力が
出力される。請求項７の発明にかかる原動機の変速制御
装置では、走行用の主電動機と、主電動機の駆動力を補
助する補助原動機と、を備えて構成され駆動力を発生す
る原動機と、 前記主電動機と補助原動機との間に介装さ
れ、歯車を介して変速する機械式の第１の変速機と、 前
記主電動機と駆動軸との間に介装され、歯車を介して変
速する機械式の第２の変速機と、 前記変速機の入力軸回
転速度と出力軸回転速度とを検出する回転速度検出手段
と、 変速時、前記変速機の歯車の噛み合わせを解除して
変速機の中立点に移行するときは、前記原動機を無負荷
運転し、該中立点において前記変速機の歯車を噛み合わ
せるときは、前記出力軸回転速度に前記入力軸回転速度
が同期するように前記主電動機及び補助原動機を制御す
る原動機制御手段と、 前記原動機の無負荷運転中に、変
速機の歯車の噛み合わせを解除して中立点に移行させ、
前記入力軸回転速度が前記出力軸回転速度に略同期した
ときに歯車を噛み合わせるように前記第１の変速機及び
第２の変速機を制御する変速制御手段と、 を備えたこと
を特徴とする。

【００２６】かかる構成によれば、走行用の主電動機と
補助原動機との間、駆動軸と主電動機との間に、夫々、
第１、第２の変速機が介装された構成となり、かかる変
速機に上記変速制御が適用される。請求項８の発明にか
かる原動機の変速制御装置では、前記第１の変速機、第
２の変速機の少なくとも一方は、変速可能な遊星歯車
と、２つの歯車を噛み合わせることによって駆動力を伝
達するクラッチと、を備えて構成されている。

【００２７】かかる構成によれば、遊星歯車によって変
速が行われる。請求項９の発明にかかる原動機の変速制
御装置では、主電動機の回転軸と補助原動機の回転軸と
を同軸上に配置し、第１の変速機は、主電動機及び補助
原動機の回転軸と平行にカウンターシャフトを備え、第
２の変速機は、その回転軸がカウンターシャフトと平行
に配置されて該カウンターシャフトを共有するように構
成されている。

【００２８】かかる構成によれば、第１の変速機と第２
の変速機とは、カウンターシャフトを共有することにな
る。請求項１０の発明にかかる原動機の変速制御装置で
は、前記第１の変速機及び第２の変速機は、カウンター
シャフトを出力軸とするように構成されている。かかる
構成によれば、カウンターシャフトから駆動力が出力さ
れる。

【００２９】請求項１１の発明にかかる原動機の変速制
御装置では、前記主電動機は同期電動機であって、回転
速度検出手段は、同期電動機の界磁の回転速度を検出
し、該界磁の回転速度に基づいて同期電動機の回転速度
を検出するように構成されている。かかる構成によれ
ば、同期電動機のロータが界磁に同期して回転している
ので、同期電動機の界磁の回転速度を検出することによ
り、同期電動機の回転速度が検出される。

【００３０】請求項１２の発明にかかる原動機の変速制
御装置では、前記主電動機は誘導電動機であって、前記
回転速度検出手段は、誘導電動機が無負荷で運転された
とき、ロータの回転速度が安定する所定時間経過後に界
磁の回転速度を検出し、該界磁の回転速度に基づいて誘
導電動機の回転速度を検出するように構成されている。

【００３１】かかる構成によれば、誘導電動機の回転速
度が変化したときでもその回転速度で無負荷運転された
ときは、ロータの回転速度は界磁の回転速度に追従して
所定時間経過後に安定する。従って、この界磁の回転速
度を検出することにより、主電動機の回転速度が検出さ
れることになる。請求項１３の発明にかかる原動機の変
速制御装置では、前記補助原動機は、内燃機関である。

【００３２】かかる構成によれば、内燃機関が原動機制
御手段によって制御され、上記変速制御が行われる。請
求項１４の発明にかかる原動機の変速制御装置では、前
記補助原動機は、内燃機関と、該内燃機関の回転速度を
制御する制御電動機と、を備えて構成されている。

【００３３】かかる構成によれば、内燃機関は原動機制
御手段だけでなく、制御電動機によっても回転速度が制
御された上で、変速制御が行われる。請求項１５の発明
にかかる原動機の変速制御装置では、変速機の歯車の噛
み合わせが解除されて中立点に移行しているとき、原動
機制御手段は、内燃機関を始動するときは制御電動機を
セルモータとして駆動し、内燃機関が運転されていると
きは制御電動機を発電機として動作するように構成され
ている。

【００３４】かかる構成によれば、制御電動機は、変速
制御に用いられるだけでなく、変速機が中立点に移行し
ているときは、内燃機関の制御にも用いられる。請求項
１６の発明にかかる原動機の変速制御装置では、変速機
の歯車が噛み合っているとき、原動機制御手段は、電力
を必要とするときは制御電動機を発電機として動作さ
せ、電力を必要としないときは制御電動機を電動機とし
て駆動する。

【００３５】かかる構成によれば、制御電動機は、変速
制御に用いられるだけでなく、変速機の歯車が噛み合っ
ているときは、発電機又は電動機として用いられる。請
求項１７の発明にかかる原動機の変速制御装置では、主
電動機によって駆動される潤滑用のオイルポンプを備え
ている。かかる構成によれば、走行時に主電動機が回転
しているときは、オイルポンプも主電動機によって駆動
され、常時、潤滑油が供給される。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図２
〜図１５に基づいて説明する。まず、第１の実施の形態
について説明する。

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】このものは、原動機を内燃機関と主電動機
とで構成し、内燃機関と主電動機との間に、さらに第２
の変速機を設け、第１の変速機は車軸の回転速度を基準
に主電動機の回転速度を合わせて変速し、第２の変速機
は主電動機の回転速度を基準に補助原動機の回転速度を
合わせて変速するように制御したものである。

【００５０】図２に第１の実施の形態の構成を示す。こ
の図において、内燃機関２１は、熱機関であり、主電動
機１の駆動力を補助するために設けられた補助原動機で
ある。内燃機関２１と主電動機１との間に変速機２２が
介装されている。この変速機２２は、歯車を噛み合わせ
て内燃機関２１から主電動機１への駆動力を変速する機
械式変速機であり、複数の変速比と中立点を有してい
る。

【００５１】内燃機関２１には、内燃機関２１の回転速
度を検出する回転速度センサ２３が備えられ、回転速度
センサ２３のセンサ信号は制御コンピュータ９に入力さ
れる。また、内燃機関２１は、補助原動機制御装置であ
る燃料供給装置２４から燃料が供給される。この燃料供
給装置２４は、制御コンピュータ７によって制御され
る。

【００５２】変速比選択装置２５は、変速機２２の変速
比を選択するものであり、制御コンピュータ９によって
制御される。次に動作を説明する。補助原動機として内
燃機関２１を用いた場合、変速機２２の変速比は図３に
示すように設定される。

【００５３】即ち、内燃機関２１の望ましい回転速度範
囲として、下限回転速度Ｖmin 、上限回転速度Ｖmax が
設定される。まず、原動機としての能力を最高度に絞り
出すため、それぞれの最高回転速度を同時に利用できる
変速比を設定する。たとえば内燃機関２１の最高回転速
度を６０００ｒｐｍ、主電動機１の最高回転速度を９０
００ｒｐｍとすれば変速比は２／３程度となり、これを
変速比１とする。これは原動機が動力を発生するための
装置であることから避けられない命題であり、省エネや
排気を考える前に、まず、考えなければならないことで
ある。

【００５４】次に、変速比１における上限回転速度Ｖma
x との交点Ｙ１が決定され、内燃機関２１の回転速度を
下限回転速度Ｖmin まで低下させ、主電動機１の回転速
度を一定にして内燃機関２１の上限回転速度Ｖmax から
交点Ｘ１が決定され、変速比２が、交点Ｘ１，Ｙ１の間
を通過する直線として決定される。同様にして順次、変
速比（ｎ＋１）が交点ＸｎとＹｎの間を通過する直線と
して決定される。

【００５５】これを基準として変速すれば、限界速度に
達する前に次の変速比が用意されていることになり、望
ましい運転領域を逸脱しないようになる。このように、
変速機２及び変速機２２を備えることにより、変速機２
２によって主電動機１の低速トルクの不足が補われ、補
助原動機としての内燃機関２１の動力は変速機２と変速
機２２の両方によって変速され、多段の変速を実現し、
適切な速度範囲で補助原動機に含まれる内燃機関２１を
運転することが可能となる。

【００５６】たとえば変速機２の変速段数を４段、変速
機２２の段数を２段とすれば、内燃機関２１から駆動輪
４までの間の変速段数は８段、主電動機１と駆動輪４と
の間の変速段数は２段となり、内燃機関２１に対しては
きめの細かい回転制御、主電動機１に対しては駆動輪４
との間の効率的な回転力の伝達の両立が可能となる。従
来、低速領域を電動機だけで駆動する場合、主電動機と
駆動輪との間にトルコンを設けたものでは、電動機の低
速トルクが強力なため作動油の温度が上昇し、また、燃
費効率も改善されない。

【００５７】電動機の極数を低速領域で多くしたとき
は、出力の割には電動機が大きくなり、重量がかさむ。
また、内燃機関の回転力を無段変速機によって増幅して
電動機に重畳した場合、内燃機関を定点運転すると減速
時に無理が生じ、回生制動が追いつかなくなる他、無段
変速機構には今のところ伝動容量的に限界がある。ま
た、歯車などと比較してストレスの大きいメカニズムで
あり、傾斜プーリーの制御に大きな力が必要なので制御
機構などを含めると結構かさばってしまう。

【００５８】しかし、第１の実施の形態のものでは、簡
単に発生トルクを増幅することができる。また、無段変
速機とは異なり、車速が変わると内燃機関２１の回転速
度も変わるが、きめ細かな変速段数を得やすく、ベルト
または作動油による回転力の伝達に比較すれば効率的で
あり、耐久性、信頼性、コストなどの点についても実用
化できる可能性がある。

【００５９】尚、レイアウトとしては、内燃機関２１、
変速機２、主電動機１、変速機２２のように直列的に配
置する必要はなく、要するに内燃機関２１の速度が多段
に変速されて駆動輪４に伝えられればよい。また、本実
施の形態でも、主電動機１として容量が十分である同期
電動機を用いれば、その回転速度を検出するのに、常に
界磁の回転速度を用いて検出することができる。

【００６０】同期電動機では、別に直流電源を設けてロ
ータの励磁を行うか、永久磁石によって行われる。ロー
タの回転は界磁の回転と同期して行われ、界磁の回転速
度とロータの回転速度は常に一致している。界磁の回転
速度は制御コンピュータによって発生した交流周波数で
把握されている。以上のような理由で同期電動機を用い
たときは、該電動機の回転速度検出のための回転速度セ
ンサを省略することができ、システムの簡略化に寄与す
る。また、信頼性も高まる。

【００６１】さらに、変速機２の入力軸と出力軸の回転
速度を調節して、変速を意図する対象歯車の相対速度が
略ゼロになった時にシフト操作を行おうとする場合、制
御コンピュータ９の指示の通りに回転速度を制御できる
同期電動機の利用価値は高い。同期電動機の場合には制
御コンピュータの指令のままに回転速度を制御できると
いう簡便さと共に、正確さがある。

【００６２】一方、主電動機１に誘導電動機を用いた場
合でも、変速中の無負荷運転時に界磁の回転速度を利用
して回転速度を検出することができる。誘導電動機では
界磁の回転速度とロータの回転速度は必ずしも一致しな
い。それは界磁の回転速度とロータの回転速度の差によ
ってロータ側のコイルに電流が流れ、その電流によって
励磁されてトルクを発生するという作動原理のために常
に界磁の回転速度とロータの回転速度には差があるため
である。

【００６３】しかし、誘導電動機が無負荷運転されてい
る場合には界磁速度とロータの回転速度とは概略一致す
る。界磁速度を高速化する方向にステップ状に変更して
無負荷運転したとき、ロータ速度は、図４に示すように
界磁速度に追従して一旦界磁速度を上回る速度まで上昇
し、その後、界磁速度をわずかに下回る速度に収束す
る。

【００６４】また、界磁速度を低下方向にステップ状に
変化させて無負荷運転したとき、ロータ速度は、図５に
示すように、界磁速度よりも低い速度にオーバーシュー
トした後に、やや持ち直して界磁速度に近接したわずか
に下回る速度に収束する。これらの現象から、誘導電動
機を無負荷運転したときには、ある程度の時間を経過す
ればロータ速度は界磁速度をわずかに下回る速度に収束
する。

【００６５】この現象はロータの慣性モーメントや軸受
けの良否、界磁速度の変化の程度によっても多少の差異
は認められるが、共通性のある現象である。この界磁速
度とロータの収束回転速度との差は無負荷運転時の軸受
抵抗や冷却用送風ファンに消費される抵抗力に由来する
ものと見られ、環境温度によってわずかに変動があるも
のの、回転速度によって一義的に決定されると言っても
過言ではない。つまり、その差は実験値によって把握で
き、その収束に必要な時間も実験によって把握できるの
で、適切な収束時間経過後の界磁速度から無負荷運転中
の誘導電動機の回転速度を決定できる。

【００６６】また、変速操作が完了して変速機のいずれ
かの歯車が噛み合い状態にあるときには、車速センサ７
による回転速度と歯車の変速比率によって主電動機１の
回転速度を計算によって、正確に検出することができ
る。

【００６７】また、回転速度を略一致させることによっ
て変速を行う場合、非常に精度の高いデータを必要と
し、それをロータリーエンコーダによって実現しようと
すれば１周あたりのパルス数を１０００個以上、フォト
インタラプタの応答速度は２００キロヘルツ以上、とい
うような高性能を要求される。しかし、このような回転
速度センサは、人工衛星のジャイロの速度を検出するセ
ンサ等として少数製造されてはいるが、高価である。自
動車のような民生品においては、コストを無視すること
はできないし、設置環境温度などの制約もある。

【００６８】しかし、このように車速センサ７を利用す
ることにより、取り付け可能な部位にセンサ１個を取り
付けて、他の部位の回転速度は計算によって求めること
により、省スペース化を図ることができる。次に、第２
の実施の形態について説明する。このものは、例えば、
図２の構成において、少なくとも主電動機１の回転速度
とアクセル踏込量を信号源として、変速機２２の接・断
を制御し、また、接続すべき条件が成立しているときに
主電動機１と内燃機関２１との間に介装された変速機２
２の変速比を選択し、さらに主電動機１と駆動軸３との
間に介装された変速機２の変速比を選択するようにした
ものである。

【００６９】尚、図示しないが、アクセルにはアクセル
の踏込量を検出するアクセルセンサを備えておき、セン
サ信号を制御コンピュータ９に入力するようにしてお
く。図６は主電動機１の回転速度とアクセル踏込量とを
信号源としたときの制御方法を示す図である。図６に示
すように、主電動機１の回転速度及びアクセル踏込量に
予め閾値Ｅhigh，Ｅlow を定めておく。

【００７０】この閾値Ｅhigh，Ｅlow は、内燃機関２１
が、例えば図７、８に示すような最適な使用領域で運転
されるように設定される。ある程度以下の低速領域では
内燃機関２１と駆動軸４との機械的接続を解除して主電
動機１によって走行する。ただし、登坂時などのように
低速ではあってもアクセル踏込量が大きい場合には内燃
機関２１と駆動軸４との機械的な接続を行う。

【００７１】これは、低速領域では、大きな動力を必要
とせず、小刻みな加減速が多頻度発生して速度変動が多
い市街地走行などでは補助原動機を切り離す領域を拡大
して内燃機関２１の運転を休止または発電用途に限定
し、主電動機１による走行の比重を高める。その一方、
トラックが長坂路を登坂する際のように、低速走行で
も、比較的大きな駆動力を必要とする時、速度変動の小
さい登坂時などでは内燃機関の発生動力を直接的に利用
するものである。

【００７２】無段変速機を採用すれば、内燃機関の回転
速度を一定に保つために車速と内燃機関の回転速度との
間の速比を任意に調節できるが、機械式変速機を用いた
ものでは、車速の変化はそのまま内燃機関の回転速度の
変化となり、回転速度など、出力の急激な変化は公害対
策や省エネにとって望ましい姿ではない。この際、内燃
機関２１と駆動軸４との機械的な接続関係を制御する手
段としては変速機の歯車を中立にすることが重要な問題
となり、変速のために動力が遮断される領域を定めてお
く。

【００７３】そして、変速機は、太線で示された線上で
接続状態であり、その他の領域では遮断状態となる。た
だし、アクセル踏込量が非常に大きい場合には、Ｅmax,
Ｅmin まで内燃機関２１の使用領域を拡張する。主電動
機１の速度が低いときに接続した場合、内燃機関２１の
下限速度が維持できない場合、または、アクセル踏込量
が小さく、時には中立位置を選ぶように制御する。

【００７４】しかし、精密な制御を前提にシステムを構
築するとなれば、単純な閾値のみではなく、遮断領域と
接続領域、さらには変速実行中の遷移領域などに分けて
制御できるし、また、そうするのが原動機としての性能
を高めるのに有効である。この際の境界条件は車速とア
クセル踏込量をもとに計算値として与えても良いし、予
め求めておいた実験値を記憶素子に記憶させ、必要に応
じて読み出して使用しても良い。

【００７５】さらに、このクラッチ機能を決定する要因
として回転速度を正確に把握する必要があり、車速が一
定かどうかを判定する必要がある。これを判定するには
一定の時間間隔を置いてサンプリングした車速の平均値
と、最新のサンプリング値との差を求めて判定するのが
比較的安定した良い結果をもたらす。例えば直前の値と
最新の値の単純な比較ではきわめて速いサイクルでサン
プリングされているので差を見つけるのは容易ではない
が、１０００サイクルぐらいの間隔を置いてサンプリン
グするとその差がはっきりする。また、比較対象を過去
の複数値の平均値とすれば、加速または減速の一方的な
兆候のない速度変動、たとえば８０Ｋｍ／ｈｒで走って
いるつもりでも実際は７５〜８５の間でふらつきがある
場合に加速または減速と判定する危険が少なく、これを
一定速度で走行しているものと判定できるので判定が安
定する。

【００７６】１０００回に一回のサンプリングを行う方
法は、カウンタを設けて１サイクル毎に１を加算して１
０００になったら、または予めカウンタに１０００をセ
ットして置いて１サイクル毎に引き算をして０になった
ら、またはサイクル番号を設けて置いて１０００で割っ
て割り切れたならば、車速及びアクセル値を取り込む。
これはソフト的に実行することも、ハード的に実行する
ことも可能である。

【００７７】過去の複数値の平均値を求める方法は、Ｒ
ＡＭ上に平均値の格納場所を確保し、初期値としては０
をセットする。たとえば１０個の平均値としたい場合は
平均値の９倍値に最新のサンプリング値を加えて、結果
を１０で割ることによって行う。これを新たに平均値の
格納場所にセットし、次回の判定に備える。尚、主電動
機１の回転速度とアクセルの踏込量を主な判断材料とし
てクラッチ機能を制御するが、蓄電池などの電源電圧や
エンジンの暖機状態によって、クラッチ制御の境界条件
を調節すると発電電力の有効利用や排気の発生を抑制す
る上で効果的である。

【００７８】熟練者がクラッチの壊れた自動車を運転す
る際に、内燃機関の回転を慎重に合わせて、ギアチェン
ジを行っているのを時折見かける。自動車整備士などは
商売柄お手の物で、このようなクラッチの路上故障では
近ければ牽引するまでもなく、自走して引き取ることが
ある。このように回転速度を同期させることが出来れ
ば、あたかもクラッチが正常であるかのように運転でき
る。例えば、後述する内燃機関と制御電動機とを合体し
て補助原動機としたものでは、内燃機関の回転速度をか
なり精密に制御できるので、中立点を利用してこの機能
を働かせれば、多分、熟練した運転者の能力以上のもの
が期待できる。

【００７９】このように、主電動機１の回転速度とアク
セル踏込量を信号源として変速機２２の接・断を制御す
るようにしたので、自動車の運転状況に応じて変速機を
制御することができ、また、熱効率や耐久性など内燃機
関を最適な状態で運転することができる。尚、このよう
な接・断制御は、変速機２にも適用できる。

【００８０】次に、変速機２２の変速比を選択する動作
について説明する。内燃機関２１と主電動機１とは、固
定的な速度比で連結されているので、主電動機１の回転
速度と内燃機関２１の回転速度との間には、ギアを変え
なければ一定の比例関係が成り立つ。図９は主電動機１
の回転速度を基準とした変速比の選択を示す図である。
この図では、低速ギアと高速ギアの２速切換が可能な変
速機２を例にして変速比の選定について示してある。

【００８１】第１の実施の形態と同じように、内燃機関
２１には、熱効率や公害対策、耐久性などを勘案して適
性な上限回転速度Ｖmaxと下限回転速度Ｖminを設ける。
さたにこの間にあって、アクセル踏込量に応じてシフト
アップ制御点Ｖupとシフトダウン制御点Ｖdownを設け
る。一般にアクセル踏込量が小さいときは内燃機関２１
の使用領域をやや低速域に移し、アクセル踏込量が大き
いときは高速域に移す。

【００８２】変速動作を行うかどうかの判別は、以下の
ようにして行われる。即ち、内燃機関２１を適切な一定
の速度範囲内で運転するために、内燃機関２１の回転速
度がその範囲内にあるかどうかが判断材料になる。主電
動機１の回転速度を基準に、最適なギア比を計算して、
最適値に最も近いギア比、または複数ギアを用いる場合
はそれらの組み合わせ、を決定し、現在の状態が最適
値、または問題のない状態であれば現在の状態を維持
し、現在の状態が最適ではないときは変速動作を行う。
変速不要の場合は次の処理をスキップする。

【００８３】変速動作を行うと判断したときは、噛み合
い対象歯車の回転速度差を計算し、大小関係を判別す
る。即ち、歯車の嵌合を解除して、変速のために噛み合
いを実行しようとする歯車の入力回転速度と出力回転速
度とを計測する。その差が適切な範囲内であればアクチ
ュエータとしての変速比選択装置に信号を送って噛み合
いの変更を実行する。

【００８４】その差が適切な範囲を逸脱している場合
は、内燃機関のスロットルバルブなどを操作して出力を
加減し、内燃機関側の回転速度を調節してその差が小さ
くなるようにする。このようにして入力と出力の回転速
度差がなくなるように調節し、差が許容範囲内であれば
変速を実行する。変速を実行できない状態であれば回転
速度の大小関係を検出し、その差を解消する方向にさら
に調節する。

【００８５】このように、主電動機１の回転速度とアク
セル踏込量を信号源として変速機２２の変速比を選択す
るようにしたので、自動車の運転状態を考慮しつつ、熱
効率や耐久性など内燃機関を最適な状態で運転すること
ができる。次に、主電動機1 と駆動軸３との間に介装さ
れた変速機２の変速比を選択する動作について説明す
る。

【００８６】図１０は、変速機２の変速比選択の動作を
示す図である。複合原動機に限らず、電動機を主たる原
動機として走行する自動車では、電動機と駆動軸との間
の動力伝達装置に関しては苦悶すべき問題を抱えてい
る。内燃機関を原動機とする自動車のように変速機を必
要とすることが結論づけられていれば困ることはないの
であるが、どうにかすると電気自動車の場合には変速機
を備えなくても結構走れるという電動機特有の長所がか
えって問題となる。可能ならば変速機を取り付けたくな
いとする気持ちも作用する。

【００８７】しかし、これから電気自動車が浸透する世
界では、ほとんどその全部が高性能の内燃機関を搭載し
た自動車である。スタートダッシュをそれらと互角に走
れるようにしようとすれば低速時の駆動力が問題とな
る。従来は変速機は取り付けたくないという心理から変
速機なしで低速トルクを稼ぐ方法を追求してきたが、変
速機を用いて低速時の問題を解消しなければならない。

【００８８】図１０に示すように、アクセルペダルの踏
込量が小さいときには停止状態から最高速まで、高速ギ
アによって走ることが可能である。低速でアクセルペダ
ルの踏込量が大きいときには、大きな回転力を求められ
ている訳であり、磁気飽和などによって発生トルクの増
加が阻害されたり、主電動機１としての効率が低下する
領域では低速ギアにギアチュンジすることが得策であ
る。しかし、低速ギアでは主電動機１の許容回転速度を
上回る高速領域では運転が不可能であり、いくらアクセ
ルが踏まれても高速ギアによって走らざるを得ない。

【００８９】次に、第３の実施の形態について説明す
る。このものは、内燃機関と制御電動機とを結合して補
助原動機とし、内燃機関及び制御電動機を制御して主電
動機１の回転速度に同期させることによって、補助原動
機と主電動機１との間の変速比率を変更するようにした
ものである。第３の実施の形態を示す図１１において、
制御電動機３１は内燃機関２１に連結され、電力制御装
置３２から電力が供給され、電力制御装置３２は、制御
コンピュータ９によって制御される。

【００９０】主電動機１と駆動軸４の間に設ける変速機
２については、主電動機１の回転速度の制御がさほど困
難なことではないことから制御用の同期装置を備えるこ
とは比較的容易である。しかし、内燃機関２１と主電動
機１との間の変速機２２における問題として、主電動機
１の回転速度に内燃機関２１の回転速度を同期させると
いうことはさほど容易ではない。

【００９１】その一方で主電動機１が車速に応じて回転
するので、緩慢な変化を伴う車速そのものというところ
はあるものの、従来の無段変速機を設けた構成のよう
に、だいたい同期したならばクラッチをつなぐというわ
けにはいかず、クラッチを用いない機械式変速機では、
同期への要求レベルは高い。制御電動機３１を備えれ
ば、補助原動機を内燃機関２１だけで構成した場合に比
べて回転制御が容易となるので、精密かつ迅速な回転制
御が容易となる。

【００９２】変速を行う際は、内燃機関２１を無負荷運
転とせずに、内燃機関２１が所定のトルクを発生したま
ま、制御電動機３１を発電機として利用し、徐々に必要
な回転速度まで移行する。また、歯車による動力の伝達
を遮断しているときに、内燃機関２１を始動する時は、
かかる制御電動機３１を強力な始動電動機として作動さ
せる。これにより、初発完爆に寄与し、始動中の未燃焼
炭化水素の排出を最小限にくい止めることができる。

【００９３】動力の伝達が遮断されているときに、内燃
機関２１を運転しているときは、制御電動機３１を発電
機として動作させる。これにより、内燃機関２１を無負
荷運転することなく、有効に発電に利用できる。変速機
２２の歯車が噛み合って動力が伝達されているときは、
内燃機関２１と制御電動機３１、それに主電動機１の回
転速度はそれぞれの間に設けられた変速機２、２２の変
速比のもとに等価であり、制御電動機３１は主電動機１
と一体となって、必要に応じて発電機または電動機とし
て機能する。

【００９４】即ち、制御電動機３１と主電動機１の一方
が発電機、他方が電動機として別々に作動することはな
く、電力を必要とするときは、制御電動機３１は主電動
機１と共に発電機として作動し、駆動力を必要とすると
きは電動機として作動する。ただし、小さい動力で足り
るような走行条件ではそれぞれの電動機の特質、とりわ
け効率などを考慮してそのいずれかのみが作動し、他方
は休止するという運転も可能となる。

【００９５】このように、補助原動機に制御電動機３１
を備えることにより、同期速度への速度制御を精密に行
うことができ、内燃機関２１の速度を確実に目的の速度
に素早く設定することができる。また、内燃機関２１の
回転力を車輪に伝えることの出来ない信号待ちなどにお
いて内燃機関２１の動力を発電に有効に利用することが
でき、始動時には、内燃機関２１を確実に始動し、未燃
焼炭化水素の排出を極小にすることもできる。

【００９６】従って、燃費を低減することができ、歯車
式変速機におけるこの制御電動機３１の重要性は大き
い。次に第４の実施の形態について説明する。このもの
は、変速機に遊星歯車を用い、変速機能とクラッチ機能
を含むようにしたものである。

【００９７】内燃機関と電動機、および変速機を全体と
してコンパクトに連結する必要があり、とりわけ内燃機
関と電動機との間に介装された変速機には、クラッチ機
能を含むことが必須となる。遊星歯車はその目的に適合
しやすい構成要素となる。尚、ここでいうクラッチと
は、歯車状又は凹凸を設けたカップリング状のものをい
い、歯車自体のスライドによって回転力伝達の接・断を
行える部位についてはそのように行い、歯車自体を常時
噛み合せる必要がある部位には凹凸を設けたカップリン
グ状のものを設け、この一方を嵌合することによって回
転力を伝達し、開放することによって遮断する構造のも
のをいう。第５〜第７の実施の形態についても同様であ
る。

【００９８】変速機は主電動機の入出力軸、または一方
にかためて配置することになるが、主電動機の形状が回
転軸を中心とする同心円状であることから、カウンター
シャフトを必要とする一般的な歯車による変速機では、
外形が回転軸を中心とする同心円状ではなく、いびつな
形になってしまう。これはコンパクトに構成したいとす
る要求に逆行するものであり、電動機の外形に沿った同
心円状の変速機が求められる。

【００９９】また、実用的には、例えば、主電動機と内
燃機関との間の変速機が２段、駆動軸と主電動機との間
の変速機が２段程度の単純なものでも可能ではないかと
推定できるが、この程度であれば軸方向寸法が遊星歯車
を採用することによってかなり圧縮できる。さらに、内
燃機関と主電動機の間の回転力の伝達は、場合によって
は遮断できるというクラッチ機能を含むことが求められ
るが、遊星歯車によって簡易にクラッチ機能を構成でき
る。

【０１００】例えば、 太陽歯車の歯数：Ｚａ 遊星歯車の歯数：Ｚｂ 内歯車の歯数 ：Ｚｃ として、 ａ．プラネタリー型遊星歯車として使用した場合 減速比＝１／｛（Ｚｃ／Ｚａ）＋１｝ ｂ．ソーラー型遊星歯車として使用した場合 減速比＝１／｛（Ｚａ／Ｚｃ）＋１｝ ｃ．スター型遊星歯車として使用した場合 減速比＝−（Ｚａ／Ｚｃ） （但し、−は逆転） のようになり、一例としてそれぞれの速比は下表のよう
になる。

【０１０１】

【表１】

【０１０２】これらを変速機に応用する場合には、例え
ばソーラ型の場合、表１の速比は遊星歯車機構の太陽歯
車を固定した時に得られる速度比であり、それを解放す
ると内歯車と遊星歯車の関係は解放される。つまり、回
転力は伝達されなくなる。太陽歯車にブレーキを設けて
固定と解放を任意に操作すれば、これは周知のごとくク
ラッチ機能そのものであり、複合原動機にこの機能を取
り入れることに意義がある。また、太陽歯車を固定状態
からは解放した上で、内歯車、または遊星歯車のキャリ
アと接続すれば、遊星歯車機構は三者が一体となって回
転し、入力速度は出力速度と一致する。つまり変速しな
いでそのまま出力する状態を実現できる。

【０１０３】補助原動機と主電動機との間に速比１．
５、主電動機と駆動軸との間に速比３の遊星歯車機構を
設けるとすれば、主電動機の回転力は３倍に増幅して使
用でき、内燃機関と駆動軸間の速比については１，１．
５，３，４．５の４段階に調節できる。補助原動機と主
電動機の間に必要な変速機として遊星歯車機構を取り入
れることは、変速機能とともにクラッチ機能を容易に実
現できることからきわめて望ましい選択であると言え
る。

【０１０４】なお、原動機から駆動軸に動力を伝える局
面では、原動機は浸水などによる被害を避けるためにあ
る程度の高さを保った位置に設置されるのにたいして車
軸中心の位置は低いので、この間には回転中心を偏心さ
せるか、または方向を変えるか、平歯車または笠歯車な
どの一般的な歯車の方が適している場合が多い。図１２
にソーラ型の遊星歯車を用いた場合の変速機の構成を示
す。

【０１０５】尚、この例では、補助原動機に、第３の実
施の形態と同様に内燃機関と制御電動機とを合体させた
ものを用いている。補助原動機と主電動機１の間には補
助原動機側に遊星歯車４１が設けられ、補助原動機の回
転軸は外周内歯歯車４２に、主電動機１の回転軸は遊星
歯車４２のキャリア４３に接続されている。太陽歯車４
４はサンギアクラッチ４５によって固定または自由転動
のいずれかが選択できる。外周内歯歯車４２と遊星歯車
４１のキャリア４３はキャリアクラッチ４６によって等
速回転または自由回転のいずれかが選択できる。尚、こ
の接続関係はこれに限定されるものではなく、この例で
は内燃機関２１と主電動機１の許容回転速度や構成の容
易さからこのように構成されている。

【０１０６】主電動機１の回転軸にはこの原動機として
の出力歯車４７が取り付けられ、カウンターギア４８に
回転力を伝える。カウンターギア４８とカウンターギア
４９は固定的に結合され、等速回転する。それらはレシ
ーブギア５０とレシーブギア５１と嵌合し、レシーブギ
ア５０、５１はそれぞれ別個の速度で回転する。ギアシ
フトフォーク５２が左右に動くことによっていずれかの
レシーブギアが選択されるか、ギアシフトフォーク５２
を中間で止めれば中立位置となるように構成されてい
る。これによって出力ギア５３を経由してファイナルギ
ア５４に回転力が伝えられる。その回転は差動ギア５５
によって左右輪の回転力に振り分けられ、それぞれの駆
動輪を駆動する。

【０１０７】ここで補助原動機と主電動機１の間に設け
た遊星歯車機構に特徴がある。ソレノイドバルブ５６と
ソレノイドバルブ５７には油圧源（図示せず）から適当
な油圧が供給されているが、ソレノイドバルブ５６が開
いて、サンギアクラッチ板の背面に油圧がかかるとクラ
ッチ板が左方に動いて太陽歯車４４を停止させる。油圧
を抜けば圧着力は消失して停止トルクを失うので太陽歯
車４４の自由転動が可能となる。

【０１０８】ソレノイドバルブ５７を開けばキャリアー
クラッチ４６の背面に油圧がかかり、内歯歯車４２を含
むケースと等速回転を始める。この両者がいずれも自由
転動の場合は補助原動機からの動力は主電動機１側には
伝わらず、クラッチが遮断された状態となる。いずれも
接続された状態では駐車ブレーキがかかった状態にな
る。これらの関係をまとめると次のようになる。

【０１０９】 サンギアクラッチ キヤリアークラツチ 作動状態 １ 解放 解放 動力遮断 ２ 解放 固定 等速伝達 ３ 固定 解放 所定の変速比による伝達 ４ 固定 固定 駐車ブレーキ状態 次に第６の実施の形態について説明する。

【０１１０】このものは、主電動機と補助原動機との間
の変速機と、駆動軸と主電動機との間の変速機と、がカ
ウンターシャフトを共有し、主電動機から駆動軸に至る
回転力伝達経路の一点から駆動されて作動するオイルポ
ンプを備えるようにしたものである。補助原動機と主電
動機の間の変速機、主電動機と駆動軸の間の変速機とい
う明瞭な機能の相違があるが、この２つの変速機は、一
体の複合原動機を構成するためには密接、不可分な存在
でもある。

【０１１１】原理的には内燃機関によって発生した回転
力は第１変速機と第２変速機を経由して駆動軸に伝えら
れるが、複雑な伝動経路を経るほど損失が大きくなり、
その分、実効熱効率は低下する。クラッチなしでも変速
を行えるという原理を満足させながら、補助原動機と主
電動機および駆動軸３の三者の関係において、最も単純
かつ短絡的な方法としてはカウンターシャフトを共有す
る方法が適切である。

【０１１２】これは主電動機と補助原動機との間の変速
機のカウンターシャフトは駆動軸と主電動機との間の変
速機のカウンターシャフトでもあるという構造であり、
補助原動機と主電動機が等速の場合には補助原動機の出
力は主電動機のドライブギアを介してカウンターシャフ
トに、補助原動機と主電動機の間に変速機能が挿入され
た場合には補助原動機側のドライブギアによってカウン
ターシャフトに伝達される。このとき、主電動機側のド
ライブギアは補助原動機によってドライブされるドリブ
ンギアにもなる。

【０１１３】また、主電動機から車軸に至る回転力伝達
経路の一点から駆動されて作動するオイルポンプを備え
るようにしたのは、主電動機の回転速度が１０，０００
ＲＰＭまたはそれ以上にも達する場合もあり得るので、
変速機自体の潤滑や、その他の目的のために充分な潤滑
は不可欠であるからである。とくに、第１変速機と第２
変速機、それに差動ギアなどを一体に構成してパワート
ランスファ装置とするとき、主電動機の位置は差動ギア
に比較して高い位置に設けられることが、冠水路の走破
性能などの確保のために必須である。また、高い位置で
高速回転するために潤滑ポンプの駆動には特別の配慮が
必要である。

【０１１４】２つの変速機を合体させたパワートランス
ファの回転系統は２種類になる。１つは補助原動機の回
転に由来、関連するもので、補助原動機の回転速度に比
例した速度で回転する系統である。もう１つは主電動機
１の回転に由来、関連するもので、主電動機１の回転速
度に比例した速度で回転するものである。次に、オイル
ポンプに関しては、オイルポンプを駆動する動力源とし
て補助原動機系と主電動機系を比較した場合、補助原動
機系にオイルポンプを連結すると、主電動機１のみによ
って走行する際には油圧を発生することが出来ず、結果
として主電動機１につながる歯車やベアリングに油膜切
れなどの悪影響を来す。主電動機系によってオイルポン
プを駆動する場合は走行中、常に油圧を発生することが
出来、順調に潤滑効果をあげることが可能となる。

【０１１５】また、このようにして発生した油圧を主電
動機の潤滑にも利用でき、さらに容量的に余裕があれば
補助原動機側の機器の潤滑にも利用可能であるため、シ
ステムの潤滑の一元化に効果を発揮する。図１３に第５
の実施の形態の構成を示す。この図において、主電動機
１と補助原動機との間の第１変速機６１と、駆動軸３と
主電動機１との間の変速機６２と、がカウンターシャフ
ト６３を共有している。オイルポンプ６８は、出力軸６
７に取り付けられている。

【０１１６】補助原動機と主電動機１の間の伝動路は、
クラッチ６４を接続したとき、直結され、遮断して歯車
７１→７３→セレクタ６５→歯車７４→７２のように伝
動すれば変速が可能となる。補助原動機からカウンター
シャフト６３に至る経路は歯車７１→７３による場合と
クラッチ６４→歯車７２→７４による２通りがある。カ
ウンターシャフト６３から出力軸６７に至る経路は、セ
レクタ６６によって歯車７５→７７か、歯車７６→７８
のいずれかを選択することによって２通りであり、これ
により変速比を選択できる。

【０１１７】つまり、このような構造によって補助原動
機から出力軸６７に至る変速比を４段に、主電動機１か
ら出力軸６７に至る変速比を２段に実現できる。なお、
この方法は原動機部分である補助原動機と主電動機１と
をむすぶ回転軸と出力軸６７とを、相当にオフセット出
来るという特徴があり、最終出力を歯車による構造の場
合には複合原動機のパワートランスファ機構として実状
に適合したレイアウトを提供する。

【０１１８】まとめると以下の通りとなる。 １．補助原動機と主電動機１の連絡経路 直結の場合 クラッチ６４によって直接結合 変速の場合 歯車７１→７３→７４→７２ ２．補助原動機と出力軸６７の連絡経路 低速の場合 歯車７１→７３→７５→７７ 高速の場合 歯車７１→７３→７６→７８ ３．主電動機１と出力軸６７の連絡経路 低速の場合 歯車７２→７４→７５→７７ 高速の場合 歯車７２→７４→７６→７８ 次に第７の実施の形態について説明する。

【０１１９】このものは、主電動機と補助原動機との間
の変速機と、駆動軸と主電動機との間の変速機と、によ
って共有されたカウンターシャフトを出力軸とするよう
にしたものである。第５の実施の形態では、補助原動機
または主電動機によって発生した回転力は２組の歯車を
介して出力軸に伝えられるが、一般に自動車の使用状況
を観察するとトップギアなど、ある特定の変速比によっ
て走行する頻度が高い。歯車による回転力の伝達は他の
方法と比較して効率的ではあるが必ずしも１００％とい
う訳ではない。とりわけ、高速・高荷重にさらされる歯
面では磨耗と摩擦熱による潤滑油の劣化は避けられず、
耐久性にも問題を生ずる。

【０１２０】これを解決する方法としては使用頻度の多
い変速比に対して、出来る限り歯車を使用せず、直接伝
動を図るべきである。現行の機械式変速機ではたいてい
トップギアが歯車を介さず、ドライブシャフトから直接
ドリブンシャフトに伝動するが、これと同機なコンセプ
トを複合原動機のパワートランスファ機構にも織り込む
必要がある。

【０１２１】図１４は第６の実施の形態の構成を示す。
この図において、このパワートランスファ機構は第１変
速機８１と第２変速機８２を含み、それらはカウンター
シャフト８３を共有している。上図ではクラッチ８４は
補助原動機と主電動機の伝動略を直接連結としうるもの
で、クラッチ８５はカウンターシャフト８３から出力軸
８８への伝動路を制御している。

【０１２２】両方のクラッチを接続した状態によって形
成されるギア比は原動機と出力軸を単純な伝動路によっ
て接続される。補助原動機と主電動機１の間の伝動経路
は、クラッチ８４が接続している場合には直結である。
クラッチ８４が遮断状態の時にはセレクタ８６によって
歯車９３とカウンターシャフト８３とが連結され、歯車
９１→歯車９３→歯車９４→歯車９２という経路で変速
されて伝動される。このように補助原動機と主電動機１
の間の速度比は直結と所定の変速比との２通りが可能と
なる。

【０１２３】次に、クラッチ８５を接続したときは、カ
ウンターシャフト８３の回転力は直接出力される。クラ
ッチ８５を遮断したときは、セレクタ８７によって歯車
９５→歯車９７→歯車９８→歯車９６の経路を有効と
し、変速して出力できる。つまり、カウンターシャフト
８３の回転は直接に、または変速して、２通りの速比に
よって出力できる。

【０１２４】クラッチ８４とセレクタ８６とを共に遮断
状態にすれば補助原動機を切り離して停止状態におくこ
ともできる。このシステムの特徴はクラッチ８５を接続
した場合に補助原動機及び主電動機１のいずれからも一
組の歯車を介して出力できることで、それを使用頻度の
高い変速比に割り当てれば、潤滑油の劣化を防ぎ、装置
の耐久性、信頼性を著しく高めることが出来る。また、
当然のことではあるが変速に伴うエネルギーロスを回避
できるので省エネ走行を実現できる。

【０１２５】一般的な自動車の使用環境の中では使用頻
度の多い変速段は限られている。例えばそれはトッブギ
アであったりオーバードライブギアであったりする。ギ
ア比の設定が決まれば使用頻度の多いギア比も自ずと決
まってくる。そこでそのギア比における特別に単純な回
転力の伝達経路を設ければ、変速ロスの少ない、効率的
な変速機を実現できる。

【０１２６】次に第７の実施の形態について説明する。
このものは、変速機を、補助原動機の出力歯車と主電動
機の出力歯車を同軸上に設け、この軸を回転軸とする出
力歯車またはその出力歯車に噛み合う歯車を介して回転
力を出力するように構成したものである。図１５は第７
の実施の形態の構成を示す。

【０１２７】この方法は、歯車１１２にスプロケットな
どを併置して、ベルトによって出力する場合に好適な構
造を提供する。主旨は第７の実施の形態と同様である
が、使用する歯車の数を削減してコストダウンを図ると
共に変速段数を増加し、出力歯車に至る経路を単純化で
きる。補助原動機と主電動機の連絡経路は、以下の４通
りが可能である。

【０１２８】１．クラッチ１０１，１０２経由で直接連
結 ２．歯車１１１→１１４→１１５→１１２による変速連
結 ３．歯車１１１→１１４→１１６→１１３による変速連
結 ４．歯車１１２→１１５→１１６→１１３による変速連
結 また、主電動機１から出力歯車に至る経路は、以下の３
通りが可能である。

【０１２９】１．クラッチ１０２を接続して直接連結 ２．歯車１１３→１１６→１１５→１１２（出力歯車）
による変速連結 ３．歯車１１３→１１６→１１４→１１１（出力歯車）
による変速連結 の３通りが可能である。総合的には補助原動機と主電動
機１の両方を運転する場合は、これらを組み合わせた７
種類の変速段を実現できる。また、補助原動機または主
電動機１を切り離すこともでき、一方を切り離して他の
原動機のみによって運転する場合の変速段はそれぞれ２
段と２段、全部で１１種類の回転力の伝達モードを選択
できる。４種類と３種類の掛け合わせが１２種類に成ら
ず、７種類にとどまるのは、補助原動機と主電動機１の
連絡経路の内、経路２はクラッチ１０２が接続されてい
るときのみ可能となり、主電動機１から出力歯車に至る
経路の内、経路３．はクラッチ１０１が接続されている
ときのみ可能なので、（１２−２−３）で７種類となる
ためである。

【０１３０】以上のように歯車の数を削減して、変速段
数を増加できるのでコストダウンを図りながら高機能化
を実現できる。また、セレクタ１０３を接続してクラッ
チ１０１を接続すれば補助原動機の回転力は歯車１１２
まで直接伝達することができ、変速ロスを無くすことが
出来る。同様にクラッチ１０２を接続すれば主電動機１
の回転力を変速することなく出力歯車である歯車１１２
に伝えることが出来る。

【０１３１】出力歯車は歯車１１２に限らず、これと併
設されたスプロケットや直接噛み合い状態にある他の歯
車、たとえば歯車１１５などでも同様な効果がある。実
際に複合原動機のパワートランスファ装置として車載す
る場合には、ここで示した歯車１１２の位置と車輪の中
心軸はかなりオフセットしているのが普通である。した
がって、出力をベルトによって取り出すか、歯車１１５
からアイドラーギアを介して差動ギアに至る経路を構成
して取り出す。

【０１３２】但し、この場合はベルト駆動が望ましい。

【０１３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる原動機の変速制御装置によれば、クラッチ等を用
いずに、機械式の変速機を用いて変速できるので、小型
化し、省スペース化を図ることができ、また、変速機の
伝達容量の大きさが制限されることもない。また、機械
式変速機は伝達効率が良好であり、大容量の機種まで信
頼性、耐久性を確保しつつ、低コスト化することができ
る。

【０１３４】請求項２の発明にかかる原動機の変速制御
装置によれば、原動機を望ましい運転領域内で運転する
ことができる。請求項３の発明にかかる原動機の変速制
御装置によれば、円滑な歯車の切り換えを行うことがで
きる。請求項４の発明にかかる原動機の変速制御装置に
よれば、自動車を、最適な運転条件で運転することがで
きる。

【０１３５】請求項５の発明にかかる原動機の変速制御
装置によれば、最適な変速比を選択することができる。

【０１３６】請求項６の発明にかかる原動機の変速制御
装置によれば、使用する歯車の数を削減してコストダウ
ンを図ると共に、変速段数を増やすことができる。請求
項７の発明にかかる原動機の変速制御装置によれば、主
電動機、補助原動機に最適な変速制御を行うことができ
る。請求項８の発明にかかる原動機の変速制御装置によ
れば、遊星歯車を用いることにより、変速機がコンパク
トになる。

【０１３７】請求項９の発明にかかる原動機の変速制御
装置によれば、第１の変速機と第２の変速機がカウンタ
ーシャフトを共有するため、エネルギー損失も少なくな
る。請求項１０の発明にかかる原動機の変速制御装置に
よれば、効率よく駆動力を出力することができ、変速機
の耐久性も向上する。

【０１３８】請求項１１の発明にかかる原動機の変速制
御装置によれば、同期電動機の界磁の回転速度を検出す
ることにより主電動機の回転速度を検出することがで
き、主電動機の回転速度検出手段を省略することができ
る。請求項１２の発明にかかる原動機の変速制御装置に
よれば、無負荷運転されている誘導電動機の界磁の回転
速度を検出することにより、主電動機の回転速度を検出
することができ、主電動機の回転速度センサを車速セン
サで代用することもできる。

【０１３９】請求項１３の発明にかかる原動機の変速制
御装置によれば、補助原動機として内燃機関を用いたも
のに、かかる変速制御を適用することができる。請求項
１４の発明にかかる原動機の変速制御装置によれば、制
御電動機により内燃機関の回転速度を制御するので、よ
り正確な速度制御を行うことができ、変速制御を容易に
行うことができ、また、変速制御の際の排気や燃費の問
題も解消される。

【０１４０】請求項１５の発明にかかる原動機の変速制
御装置によれば、歯車による動力伝達が遮断されている
ときは、制御電動機をセルモータ、発電機等、多用途に
用いることができる。請求項１６の発明にかかる原動機
の変速制御装置によれば、歯車が噛み合っているとき
は、制御電動機を発電機又は電動機として、多用途に用
いることができる。

【０１４１】請求項１７の発明にかかる原動機の変速制
御装置によれば、走行時は主電動機が常時回転し、油圧
が発生するので、順調な潤滑効果を期待できる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すクレーム対応図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の構成図。

【図３】図２ の変速機の変速比の特性図。

【図４】 電動機に誘導電動機を用いたときの回転速度の
説明図。

【図５】 同上説明図。

【図６】本 発明の第２の実施の形態の変速制御の説明
図。

【図７】 アクセル踏込量と回転速度領域との関係を示す
説明図。

【図８】 アクセル踏込量と発生トルク領域との関係を示
す説明図。

【図９】 変速比の選択方法を示す説明図。

【図１０】 変速する際の動作を示す説明図。

【図１１】 本発明の第３の実施の形態の構成図。

【図１２】 本発明の第４の実施の形態の構成図。

【図１３】 本発明の第５の実施の形態の構成図。

【図１４】 本発明の第６の実施の形態の構成図。

【図１５】 本発明の第７の実施の形態の構成図。

【符号の説明】

１ 主電動機 ２，２２ 変速機 ３ 駆動軸 ４ 駆動輪 ７ 車速センサ９ 制御コンピュータ ２３ 回転速度センサ ２１ 内燃機関 ３１ 制御電動機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｌ 15/20 Ｋ 15/20 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｄ Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｆ１６Ｈ 61/02 Ｆ１６Ｈ 61/02 59:18 // Ｆ１６Ｈ 59:18 59:40 59:40 59:42 59:42 Ｂ６０Ｋ 9/00 ＺＨＶＥ (56)参考文献 特開 平６−319211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−69712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−5127（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−157163（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 41/00 - 41/28 F16H 59/00 - 61/12 F16H 61/16 - 61/24 F16H 63/40 - 63/48 B60L 1/00 - 15/42 F02D 29/00 - 29/06 B60K 17/04 B60K 6/02 - 6/06

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行用の主電動機と、主電動機の駆動力を
   補助する補助原動機と、を備えて構成され駆動力を発生
   する原動機と、 前記主電動機と補助原動機との間に介装され、両者間を
   歯車を介して変速する機械式の変速機と、 前記変速機の補助原動機側の入力軸回転速度と主電動機
   側の出力軸回転速度とを検出する回転速度検出手段と、 変速時、前記変速機の歯車の噛み合わせを解除して変速
   機の中立点に移行するときは、前記補助原動機を無負荷
   運転し、該中立点において前記変速機の歯車を噛み合わ
   せるときは、前記出力軸回転速度に前記入力軸回転速度
   が同期するように前記補助原動機を制御する原動機制御
   手段と、 前記補助原動機の無負荷運転中に、変速機の歯車の噛み
   合わせを解除して中立点に移行させ、前記入力軸回転速
   度が前記出力軸回転速度に略同期したときに歯車を噛み
   合わせるように前記変速機を制御する変速制御手段と、 を備えたことを特徴とする原動機の変速制御装置。
2. 【請求項２】前記変速機は、出力軸の最高回転速度と入
   力軸に連結された原動機の最高回転速度とに基づいて第
   １の変速比を設定し、第ｎ（ｎ≧１）の変速比において
   原動機の最適回転速度の下限値で第（ｎ＋１）の変速比
   に変速されたとき、原動機が最適回転速度の範囲内で駆
   動されるように、順次、第（ｎ＋１）の変速比が設定さ
   れたものであることを特徴とする請求項１に記載の原動
   機の変速制御装置。
3. 【請求項３】前記変速制御手段は、変速機の噛み合わせ
   るべき出力軸側歯車と入力軸側歯車との周速差が所定範
   囲内になったとき、歯車を噛み合わせることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載の原動機の変速制御装
   置。
4. 【請求項４】原動機及び変速機は自動車に適用したもの
   であって、アクセルの踏込量を検出するアクセル踏込量
   検出手段を備える一方、前記変速制御手段は、検出され
   た原動機の回転速度とアクセル踏込量とに応じて歯車の
   噛み合わせ又は噛み合わせが解除された中立点への移行
   を行うように変速機を制御することを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれか１つに記載の原動機の変速制御
   装置。
5. 【請求項５】検出された主電動機の回転速度とアクセル
   踏込量とに基づいて変速機の変速比を選択することを特
   徴とする請求項４に記載の原動機の変速制御装置。
6. 【請求項６】 前記補助原動機の回転軸と主電動機の回転
   軸とを同軸上に配置し、変速機は、補助原動機の回転軸
   に連結された歯車と、主電動機の回転軸に連結された歯
   車と、両歯車に噛み合う歯車と、を備えて構成され、こ
   れらの歯車のいずれか１つを出力歯車とするように構成
   されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか
   １つに記載の原動機の変速制御装置。
7. 【請求項７】走行用の主電動機と、主電動機の駆動力を
   補助する補助原動機と、を備えて構成され駆動力を発生
   する原動機と、 前記主電動機と補助原動機との間に介装され、歯車を介
   して変速する機械式の第１の変速機と、 前記主電動機と駆動軸との間に介装され、歯車を介して
   変速する機械式の第２の変速機と、 前記変速機の入力軸回転速度と出力軸回転速度とを検出
   する回転速度検出手段と、 変速時、前記変速機の歯車の噛み合わせを解除して変速
   機の中立点に移行するときは、前記原動機を無負荷運転
   し、該中立点において前記変速機の歯車を噛み合わせる
   ときは、前記出力軸回転速度に前記入力軸回転速度が同
   期するように前記主電動機及び補助原動機を制御する原
   動機制御手段と、 前記原動機の無負荷運転中に、変速機の歯車の噛み合わ
   せを解除して中立点に移行させ、前記入力軸回転速度が
   前記出力軸回転速度に略同期したときに歯車を噛み合わ
   せるように前記第１の変速機及び第２の変速機を制御す
   る変速制御手段と、 を備えたことを特徴とする原動機の変速制御装置 。
8. 【請求項８】 前記第１の変速機、第２の変速機の少なく
   とも一方は、変速可能な遊星歯車と、２つの歯車を噛み
   合わせることによって駆動力を伝達するクラッチと、を
   備えて構成されたことを特徴とする請求項７に記載の原
   動機の変速制御装置。
9. 【請求項９】 主電動機の回転軸と補助原動機の回転軸と
   を同軸上に配置し、第１の変速機は、主電動機及び補助
   原動機の回転軸と平行にカウンターシャフトを備え、第
   ２の変速機は、その回転軸がカウンターシャフトと平行
   に配置されて該カウンターシャフトを共有するように構
   成されたことを特徴とする請求項７に記載の原動機の変
   速制御装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の変速機及び第２の変速機は、
    カウンターシャフトを出力軸とするように構成されたこ
    とを特徴とする請求項９に記載の原動機の変速制御装
    置。
11. 【請求項１１】 前記主電動機は同期電動機であって、前
    記回転速度検出手段は、同期電動機の界磁の回転速度を
    検出し、該界磁の回転速度に基づいて同期電動機の回転
    速度を検出するように構成されたことを特徴とする請求
    項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の原動機の変速
    制御装置。
12. 【請求項１２】 前記主電動機は誘導電動機であって、前
    記回転速度検出手段は、誘導電動機が無負荷で運転され
    たとき、ロータの回転速度が安定する所定時間経過後に
    界磁の回転速度を検出し、該界磁の回転速度に基づいて
    誘導電動機の回転速度を検出するように構成されたこと
    を特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記
    載の原動機の変速制御装置。
13. 【請求項１３】 前記補助原動機は、内燃機関であること
    を特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記
    載の原動機の変速制御装置。
14. 【請求項１４】 前記補助原動機は、内燃機関と、該内燃
    機関の回転速度を制御する制御電動機と、を備えて構成
    されたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれ
    か１つに記載の原動機の変速制御装置。
15. 【請求項１５】 変速機の歯車の噛み合わせが解除されて
    中立点に移行しているとき、原動機制御手段は、内燃機
    関を始動するときは制御電動機をセルモータとして駆動
    し、内燃機関が運転されているときは制御電動機を発電
    機として動作するように構成されたことを特徴とする請
    求項１４に記載の原動機の変速制御装置。
16. 【請求項１６】 変速機の歯車が噛み合っているとき、原
    動機制御手段は、電力を必要とするときは制御電動機を
    発電機として動作させ、電力を必要としないときは制御
    電動機を電動機として駆動することを特徴とする請求項
    １４又は請求項１５に記載の原動機の変速制御装置。
17. 【請求項１７】 主電動機によって駆動される潤滑用のオ
    イルポンプを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項
    １６のいずれか１つに記載の原動機の変速制御装置。