JP4104201B2

JP4104201B2 - 無段変速機付きパワーユニット

Info

Publication number: JP4104201B2
Application number: JP07180198A
Authority: JP
Inventors: 善昭塚田; 一彦中村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JPH11270640A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回転部材および従動回転部材を変速回転部材に接触させるとともに、その接触部を移動させることにより動力伝達と変速とを行う無段変速機付きパワーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる無段変速機は、例えば特公昭４７−４４７号公報に記載されているように既に知られている。この種の無段変速機は、駆動回転部材が接触する円錐状の第１摩擦伝達面および従動回転部材が接触する円錐状の第２摩擦伝達面から構成された変速回転部材を備えてなり、駆動回転部材の接触部を第１摩擦伝達面の底面側に移動させるとともに従動回転部材の接触部を第２摩擦伝達面の頂点側に移動させることにより変速比をＬＯＷ側に変化させ、また駆動回転部材の接触部を第１摩擦伝達面の頂点側に移動させるとともに従動回転部材の接触部を第２摩擦伝達面の底面側に移動させることにより変速比をＴＯＰ側に変化させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような無段変速機は、駆動回転部材から入力された駆動力を無段変速して従動回転部材に出力することは可能であるが、２つの駆動源から入力される駆動力を合成して出力することはできなかった。また２つの駆動源から入力される駆動力を合成して出力する手段として遊星歯車機構が知られており、サンギヤ、リングギヤおよびキャリアの３つの要素のうちの２つの要素に駆動力を入力すると、その駆動力を合成して残りの１つの要素に出力することができる。しかしながら、この遊星歯車機構では入力された駆動力を無段変速して出力することは不可能である。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、２つの駆動力の合成と無段変速機能とを両立させることが可能な無段変速機付きパワーユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、エンジンのクランクシャフトを収容するケーシング内にはモータ及び無段変速機が、それらモータの回転軸及び無段変速機の変速機主軸をクランクシャフトと平行させて収容されてなる無段変速機付きパワーユニットであって、前記無段変速機は、変速機主軸に支持された駆動回転部材と、変速機主軸に支持された従動回転部材と、変速機主軸に沿って移動自在なキャリアと、変速機主軸の軸線を中心線とする円錐母線に沿うようにキャリアに支持された支持軸と、前記支持軸に回転自在に支持され、該支持軸の軸線に対して傾斜し且つ互いに傾斜方向を反対にした第１、第２母線を該軸線回りに回転させて形成した第１摩擦伝達面および第２摩擦伝達面が、それぞれ前記駆動回転部材および従動回転部材に接触する変速回転部材とを備えていて、それら接触部を前記第１、第２母線に沿って移動させることにより変速を行うものであり、前記変速機主軸を前記エンジンにより第１の平歯車列を介して駆動するとともに、前記キャリアを前記モータにより第２の平歯車列を介して駆動することにより、それらエンジン及びモータの駆動力の合力を任意の変速比で出力することを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、モータを停止させてエンジンを駆動すると、エンジンの駆動力が変速機主軸、駆動回転部材および変速回転部材を経て従動回転部材に無段変速されて伝達され、一方、エンジンを停止させてモータを駆動すると、モータの駆動力がキャリアおよび変速回転部材を経て従動回転部材に無段変速されて伝達され、更にエンジン及びモータを同時に駆動すると、その駆動力の合力が無段変速されて従動回転部材に出力されるので、エンジン及びモータの駆動力の合成と、入力および出力間の無段変速制御（即ちエンジンおよびモータからの入力に対する出力の変速比の任意制御）とを同時に達成することが可能となる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記無段変速機が車両に搭載されており、該無段変速機の変速比および前記エンジン及びモータの駆動力が車両の走行状態に応じて制御されることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、エンジンおよびモータを走行用駆動源とする所謂ハイブリッド車両を、エンジンおよびモータの駆動力を切り換えるクラッチ等の構成を必要とせずに成立させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図５は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両用パワーユニットの縦断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の要部拡大図（ＬＯＷレシオ）、図４は図２の要部拡大図（ＴＯＰレシオ）、図５は図２の５−５線断面図である。
【００１１】
図１に示すように、このパワーユニットＰは自動二輪車に搭載されるものであって、第１駆動源としてのエンジンＥと、第２駆動源としてのモータＭと、無段変速機Ｔを収納するケーシング１とを備える。ケーシング１は、センターケーシング２と、センターケーシング２の左側面に結合される左ケーシング３と、センターケーシング２の右側面に結合される右ケーシング４とに３分割される。センターケーシング２および左ケーシング３に一対のボールベアリング５，５を介して支持されたクランクシャフト６は、同じくセンターケーシング２および左ケーシング３に支持されたシリンダブロック７に摺動自在に嵌合するピストン８にコネクティングロッド９を介して連接される。
【００１２】
クランクシャフト６の左端には発電機１０が設けられており、この発電機１０は左ケーシング３の左側面に結合された発電機カバー１１により覆われる。右ケーシング４の内部に延出するクランクシャフト６の右端にドライブギヤ１２が固定される。
【００１３】
図２を併せて参照すると明らかなように、無段変速機Ｔの変速機主軸２１には前記ドライブギヤ１２に噛合するドリブンギヤ２５が固定される。ドリブンギヤ２５は変速機主軸２１にスプライン結合された内側ギヤ半体２６と、この内側ギヤ半体２６に複数個のゴムダンパー２８…を介して僅かに相対回転し得るように結合されて前記ドライブギヤ１２に噛合する外側ギヤ半体２７とから構成される。ドライブギヤ１２からドリブンギヤ２５を経て変速機主軸２１に伝達されるエンジントルクが変動したとき、前記ゴムダンパー２８…の変形によりショックの発生が軽減される。
【００１４】
変速機主軸２１の外周には、半径方向外側を向く摩擦接触面を備えた駆動回転部材２９がスプライン結合されるとともに、半径方向内側を向く摩擦接触面を備えた従動回転部材３０がニードルベアリング２２を介して相対回転自在に支持される。概略円錐状に形成されたキャリア第１半体３１が変速機主軸２１の外周にニードルベアリング２３を介して相対回転可能且つ軸方向摺動可能に支持され、このキャリア第１半体３１に概略カップ状のキャリア第２半体３２が結合される。キャリア第２半体３２の外周にはギヤ３２₁が形成される。
【００１５】
図１および図２から明らかなように、センターケーシング２にモータＭが支持される。センターケーシング２およびカバー部材５０間に支持した中間軸４２に第１中間ギヤ４３および第２中間ギヤ４４が設けられており、キャリア第２半体３２の外周に形成したギヤ３２₁が第１中間ギヤ４３に噛み合うとともに、モータＭの回転軸に設けたピニオン４５が第２中間ギヤ４４に噛み合っている。而して、モータＭを駆動すると、その回転がピニオン４５、第２中間ギヤ４４および第１中間ギヤ４３を介してギヤ３２₁に伝達され、キャリア第２半体３２が回転駆動される。尚、両キャリア半体３１，３２は、ギヤ３２₁が第１中間ギヤ４３に対して摺動することにより軸線Ｌ方向の移動が許容される。
【００１６】
図３および図４から明らかなように、キャリア第１半体３１に形成された複数の窓孔３１₁…を横切るように複数の支持軸３７…が架設されており、各支持軸３７にニードルベアリング３８，３８を介して変速回転部材３９が回転自在且つ軸方向摺動自在に支持される。支持軸３７…は変速機主軸２１の軸線Ｌを中心線とする円錐母線上に配置されている。各変速回転部材３９は底面を共有する円錐状の第１摩擦伝達面４０および第２摩擦伝達面４１から構成されており、第１摩擦伝達面４０は駆動回転部材２９に第１接触部Ｐ₁において当接するとともに、第２摩擦伝達面４１は従動回転部材３０に第２接触部Ｐ₂において当接する。
【００１７】
図２に示すように、キャリア第２半体３２の内部に、変速機主軸２１の回転数に応じて両キャリア半体３１，３２を軸方向に摺動させて無段変速機Ｔの変速比を変更する遠心機構５１が設けられる。遠心機構５１は、変速機主軸２１に固定された固定カム部材５２と、変速機主軸２１に軸方向摺動自在に支持されて前記固定カム部材５２と一体に回転する可動カム部材５３と、固定カム部材５２のカム面５２₁および可動カム部材５３のカム面５３₁間に配置された複数の遠心ウエイト５４…とから構成される。可動カム部材５３とキャリア第２半体３２とをボールベアリング５５で結合することにより、両者は相対回転を許容された状態で軸方向に一体に移動する。
【００１８】
変速機主軸２１の右端近傍はセンターケーシング２に固定したカバー部材５０にボールベアリング５６を介して支持されており、そのカバー部材５０とキャリア第２半体３２との間に縮設したスプリング５７の弾発力で、キャリア第１半体３１およびキャリア第２半体３２は左方向に付勢される。従って、変速機主軸２１の回転数が増加すると遠心力で遠心ウエイト５４…が半径方向外側に移動して両カム面５２₁，５３₁を押圧するため、可動カム部材５３がスプリング５７の弾発力に抗して右方向に移動し、この可動カム部材５３にボールベアリング５５を介して接続されたキャリア第２半体３２がキャリア第１半体３１と共に右方向に移動する。
【００１９】
図３および図４に示すように、変速比が何れの状態でも変速機主軸２１の軸線Ｌから測った駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁の距離Ａは一定値となり、支持軸３７から測った駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁の距離Ｂは可変値（Ｂ_L，Ｂ_T）となる。また、支持軸３７から測った従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂の距離Ｃは可変値（Ｃ_L，Ｃ_T）となり、変速機主軸２１の軸線Ｌから測った従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂の距離Ｄは一定値となる。
【００２０】
駆動回転部材２９の回転数をＮ_DRとし、従動回転部材３０の回転数をＮ_DNとして変速比ＲをＲ＝Ｎ_DR／Ｎ_DNで定義すると、変速比Ｒは、
Ｒ＝Ｎ_DR／Ｎ_DN＝（Ｂ／Ａ）×（Ｄ／Ｃ）
により与えられる。
【００２１】
図１および図２から明らかなように、変速機主軸２１の外周にボールベアリング５８を介して相対回転自在に支持された出力ギヤ５９の右端と、前記従動回転部材３０の左端との間に調圧カム機構６０が設けられる。図５から明らかなように、調圧カム機構６０は、出力ギヤ５９の右端に形成した複数の凹部５９₁…と従動回転部材３０の左端に形成した複数の凹部３０₁…との間にボール６１…を挟持したものであり、出力ギヤ５９と従動回転部材３０とに間には従動回転部材３０を右方向に付勢する予荷重を与えるように皿バネ６２が介装される。従動回転部材３０にトルクが作用して出力ギヤ５９との間に相対回転が生じると、調圧カム機構６０により従動回転部材３０が出力ギヤ５９から離反する方向（右方向）に付勢される。
【００２２】
第３減速ギヤ６３が、左ケーシング３との間に配置したボールベアリング６４、変速機主軸２１との間に配置したニードルベアリング６５および出力ギヤ５９との間に配置したボールベアリング６６によって回転自在に支持される。左ケーシング３および中央ケーシング２にボールベアリング６７およびニードルベアリング６８を介して減速軸６９が支持されており、減速軸６９に設けた第１減速ギヤ７０および第２減速ギヤ７１がそれぞれ前記出力ギヤ５９および第３減速ギヤ６３に噛合する。左ケーシング３から外部に突出する第３減速ギヤ６３の軸部先端に、無端チェーン７２を巻き掛けた駆動スプロケット７３が設けられる。従って、変速機主軸２１の回転は出力ギヤ５９、第１減速ギヤ７０、第２減速ギヤ７１、第３減速ギヤ６３、駆動スプロケット７３および無端チェーン７２を介して駆動輪に伝達される。
【００２３】
モータＭは駆動力を発生する以外に、外力により回転しないように制動力を発生することができ、また外力により自由に回転することも可能である。以下、モータＭに制動力を発生させてキャリア第１半体３１およびキャリア第２半体３２をケーシング１に回転不能に拘束した状態で、車両をエンジンＥの駆動力で走行させる場合の作用を説明する。
【００２４】
図３に示すように、エンジンＥの低速回転時にはドライブギヤ１２により駆動されるドリブンギヤ２５の回転数が低いため、遠心機構５１の遠心ウエイト５４…に作用する遠心力も小さくなり、両キャリア半体３１，３２はスプリング５７の弾発力で左方向に移動する。キャリア第１半体３１が左方向に移動すると、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁が第１摩擦伝達部材４０の底面側に移動して距離Ｂは最大値Ｂ_Lに増加するとともに、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂が第２摩擦伝達面４１の頂点側に移動して距離Ｃが最小値Ｃ_Lに減少する。
【００２５】
このとき、前記距離Ａ，Ｄは一定値であるため、距離Ｂが最大値Ｂ_Lに増加し、距離Ｃが最小値Ｃ_Lに減少すると、前記変速比Ｒが大きくなってＬＯＷレシオに変速される。
【００２６】
一方、図４に示すように、エンジンＥの高速回転時にはドライブギヤ１２により駆動されるドリブンギヤ２５の回転数が高いため、遠心機構５１の遠心ウエイト５４…に作用する遠心力も大きくなり、両キャリア半体３１，３２は遠心力で半径方向外側に移動する遠心ウエイト５４…の作用でスプリング５７の弾発力に抗して右方向に移動する。キャリア第１半体３１が右方向に移動すると、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁が第１摩擦伝達面４０の頂点側に移動して距離Ｂが最小値Ｂ_Tに減少するとともに、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂が第２摩擦伝達面４１の底面側に移動して距離Ｃが最大値Ｃ_Tに増加する。
【００２７】
このとき、前記距離Ａ，Ｄは一定値であるため、距離Ｂが最小値Ｂ_Tに減少し、距離Ｃが最大値Ｃ_Tに増加すると、前記変速比Ｒが小さくなってＴＯＰレシオに変速される。
【００２８】
上述のようにして、車両の走行中に駆動回転部材２９の回転は変速回転部材３９…を介して従動回転部材３０に所定の変速比Ｒで伝達され、更に従動回転部材３０の回転は調圧カム機構６０を介して出力ギヤ５９に伝達される。このとき、従動回転部材３０に作用するトルクで出力ギヤ５９との間に相対回転が生じると、調圧カム機構６０により従動回転部材３０が出力ギヤ５９から離反する方向に付勢される。この付勢力は皿バネ６２による付勢力と協働して、駆動回転部材２９の第１接触部Ｐ₁を第１摩擦伝達面４０に圧接する面圧と、従動回転部材３０の第２接触部Ｐ₂を第２摩擦伝達面４１に圧接する面圧とを発生させる。
【００２９】
次に、モータＭの制動力を制御して両キャリア半体３１，３２を回転させる場合の作用を説明する。
【００３０】
車両の発進時に、エンジンＥのクランクシャフト６の回転がドライブギヤ１２およびドリブンギヤ２５を介して変速機主軸２１に伝達されたとき、仮に両キャリア半体３１，３２が回転不能に固定されていれば、変速機主軸２１のトルクは駆動回転部材２９、変速回転部材３９および従動回転部材３０を経て車輪に伝達されるが、モータＭが自由に回転できる状態にあれば、両キャリア半体３１，３２が空転して従動回転部材３０にトルクが伝達されることはない。即ち、無段変速機Ｔの変速比は無限大の状態になる。
【００３１】
この状態からモータＭの制動力を次第に増加させて両キャリア半体３１，３２の回転に制動力を加えていくと、その回転数の低下に伴って変速比が無限大から減少する。そして両キャリア半体３１，３２がケーシング１に回転不能に固定されたとき、変速比は図３に示すＬＯＷの状態になる。このように、車両の発進時に両キャリア半体３１，３２を自由に回転し得る状態からケーシング１に回転不能に固定された状態へと移行させることにより、変速比を無限大からからＬＯＷまで変化させてスムーズな発進を可能にすることができる。
【００３２】
両キャリア半体３１，３２の回転を上述のように制御することにより、自動発進クラッチを廃止しても発進が可能になる。またモータＭの制動力を予め所定値に設定しておけば、無段変速機Ｔに過剰なトルクが入力したときに両キャリア半体３１，３２をケーシング１に対してスリップさせ、トルクリミッターとして機能させることもできる。
【００３３】
本実施例では自動遠心クラッチよりなる自動発進クラッチを用いていないので、エンジンブレーキを作動させたときにエンジン回転数がアイドル回転数に近づいてもエンジンＥと車輪との接続が保たれる。従って、自動遠心クラッチが係合解除した後に継続してエンジンブレーキを作動させるために従来必要であった一方向クラッチを廃止することができる。
【００３４】
次に、エンジンＥを停止させてモータＭの駆動力で車両を走行させる場合の作用を説明する。
【００３５】
エンジンＥの停止時には駆動回転部材２９は回転を拘束された状態にあり、この状態でモータＭを駆動して両キャリア半体３１，３２を正転方向または逆転方向に回転させると、停止した駆動回転部材２９に当接して回転する変速回転部材３９…の回転が従動回転部材３０に伝達されるため、車両を前進走行又は後進走行させることができる。この場合も、両キャリア半体３１，３２が図２の左方向に移動すれば変速比がＬＯＷ側に変化し、図２の右方向に移動すれば変速比がＴＯＰ側に変化する。
【００３６】
またエンジンＥの駆動力による走行中にモータＭを駆動すれば、エンジンＥの駆動力およびモータＭの駆動力を合成して動回転部材３０に伝達することができる。このときモータＭで両キャリア半体３１，３２を従動回転部材３２と同方向に駆動してやれば、従動回転部材３２の回転数が増加して変速比が小さい側にシフトし、逆に両キャリア半体３１，３２を従動回転部材３０と逆方向に駆動してやれば、従動回転部材３０の回転数が減少して変速比が大きい側にシフトする。このように、遠心機構５１による変速制御にモータＭによる変速制御を組み合わせることにより、無段変速機Ｔの変速比を一層きめ細かく制御することが可能となる。
【００３７】
更に、車両の減速時に駆動輪から逆伝達される駆動力でモータＭを駆動して回生制動を行うことにより、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【００３８】
以上のように、本実施例の無段変速機によれば、車両の走行状態に応じてエンジンＥの駆動力およびモータの駆動力（制動力を含む）を変化させることにより、エンジンＥの駆動力およびモータＭの駆動力を合成して駆動輪に出力することができ、しかもエンジンＥおよびモータＭから駆動輪に伝達される駆動力の変速比を任意に変化させることができるので、車両の運転状態に応じたきめ細かい制御を行うことが可能となる。しかも、エンジンＥの駆動力およびモータＭの駆動力を合成するのに特別のクラッチ装置等を必要としないので、簡単な構造でハイブリッド車両を成立させることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４０】
例えば、本無段変速機は車両用以外の任意の用途に使用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、モータを停止させてエンジンを駆動すると、エンジンの駆動力が変速機主軸、駆動回転部材および変速回転部材を経て従動回転部材に無段変速されて伝達され、一方、エンジンを停止させてモータを駆動すると、モータの駆動力がキャリアおよび変速回転部材を経て従動回転部材に無段変速されて伝達され、更にエンジン及びモータを同時に駆動すると、その駆動力の合力が無段変速されて従動回転部材に出力されるので、エンジン及びモータの駆動力の合成と、入力および出力間の無段変速制御（即ちエンジンおよびモータからの入力に対する出力の変速比の任意制御）とを同時に達成することが可能となる。また特に本発明の無段変速機付きパワーユニットは、エンジンのクランクシャフトを収容するケーシング内にモータ及び無段変速機が、それらモータの回転軸及び無段変速機の変速機主軸をクランクシャフトと平行させて収容されるものであって、その変速機主軸をエンジンにより第１の平歯車列を介して駆動するとともに、キャリアをモータにより第２の平歯車列を介して駆動することにより、それらエンジン及びモータの駆動力の合力を任意の変速比で出力することができる。
【００４２】
また請求項２に記載された発明によれば、エンジンおよびモータを走行用駆動源とする所謂ハイブリッド車両を、エンジンおよびモータの駆動力を切り換えるクラッチ等の構成を必要とせずに成立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用パワーユニットの縦断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図２の要部拡大図（ＬＯＷレシオ）
【図４】図２の要部拡大図（ＴＯＰレシオ）
【図５】図２の５−５線断面図
【符号の説明】
１ケーシング
６クランクシャフト
２１変速機主軸
２９駆動回転部材
３０従動回転部材
３１キャリア第１半体（キャリア）
３２キャリア第２半体（キャリア）
３７支持軸
３９変速回転部材
４０第１摩擦伝達面
４１第２摩擦伝達面
Ｅエンジン
Ｍモータ

Claims

エンジン（Ｅ）のクランクシャフト（６）を収容するケーシング（１）内にはモータ（Ｍ）及び無段変速機（Ｔ）が、それらモータ（Ｍ）の回転軸及び無段変速機（Ｔ）の変速機主軸（２１）をクランクシャフト（６）と平行させて収容されてなる無段変速機付きパワーユニットであって、
前記無段変速機（Ｔ）は、変速機主軸（２１）に支持された駆動回転部材（２９）と、変速機主軸（２１）に支持された従動回転部材（３０）と、変速機主軸（２１）に沿って移動自在なキャリア（３１，３２）と、変速機主軸（２１）の軸線を中心線とする円錐母線に沿うようにキャリア（３１，３２）に支持された支持軸（３７）と、前記支持軸（３７）に回転自在に支持され、該支持軸（３７）の軸線に対して傾斜し且つ互いに傾斜方向を反対にした第１、第２母線を該軸線回りに回転させて形成した第１摩擦伝達面（４０）および第２摩擦伝達面（４１）が、それぞれ前記駆動回転部材（２９）および従動回転部材（３０）に接触する変速回転部材（３９）とを備えていて、それら接触部を前記第１、第２母線に沿って移動させることにより変速を行うものであり、
前記変速機主軸（２１）を前記エンジン（Ｅ）により第１の平歯車列（１２，２５）を介して駆動するとともに、前記キャリア（３１，３２）を前記モータ（Ｍ）により第２の平歯車列（４５，４４，４３，３２ ₁ ）を介して駆動することにより、それらエンジン（Ｅ）及びモータ（Ｍ）の駆動力の合力を任意の変速比で出力することを特徴とする、無段変速機付きパワーユニット。
前記無段変速機（Ｔ）が車両に搭載されており、該無段変速機（Ｔ）の変速比および前記エンジン（Ｅ）及びモータ（Ｍ）の駆動力が車両の走行状態に応じて制御されることを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機付きパワーユニット。