JP4445185B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関及びモータ・ジェネレータを併せ備えた車両用動力伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低排気ガス、低燃費を目的とし動力源として内燃機関及びモータ・ジェネレータを併せ備えたいわゆるハイブリット車両の開発が進んでいる。こうした車両では、車両の駆動及びエネルギー回生用のモータ・ジェネレータが追加された結果、従来の内燃機関始動用のモータ（スタータ）、バッテリ充電用のオルタネータと併せて大きなモータ等を３個備えることになり、車両搭載の困難さに加えてコストの増大を余儀なくされている。
【０００３】
このモータ等の個数を少なくする試みとして、例えば特開２００２−１１４０４８号公報に記載された車両用動力伝達装置が知られている。同公報記載の装置は、上記内燃機関始動用のモータとモータ・ジェネレータとを兼用することでモータ等の個数削減を実現している。
【０００４】
すなわち、この車両用動力伝達装置は、手動変速機で採用されている伝達効率に優れた歯車式有段変速機に、内燃機関及び歯車式有段変速機間のクラッチ操作（接続・遮断）を自動化する機構とシフト操作（変速段の切り替え）を自動化する機構とを追加した変速機を備えている。そして、この変速機とモータ・ジェネレータとを組み合せることで、内燃機関始動用のモータとの兼用を実現している。
【０００５】
つまり、この変速機に周知のシフト装置に類似した機構を介してモータ・ジェネレータを取り付け、これを用いて動力の入力時と出力時とでその伝達経路を切り替えている。これにより、時にはギヤを介して変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結する。そして、例えばモータ・ジェネレータを駆動してその回転トルクを変速機の入力軸からクラッチを介して内燃機関に伝達し、同機関を始動する。若しくは、内燃機関の回転トルクをクラッチから変速機の入力軸を介してモータ・ジェネレータの回転軸に伝達し、発電を行う。
【０００６】
また、時には、ギヤを介してモータ・ジェネレータの回転軸と車両の駆動輪に繋がる変速機の出力軸とを連結し、車両の駆動若しくはエネルギー回生を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この車両用動力伝達装置では、モータ・ジェネレータの回転軸と変速機の入力軸（若しくは出力軸）とは、モータ・ジェネレータの駆動・発電に関わらずそれぞれ所定のギヤ比に基づく共通の回転速度比で連結されている。従って、例えば変速機の入力軸とモータ・ジェネレータの回転軸とを連結して内燃機関の始動又は発電をさせようとすると、効率等の悪い状態での使用を余儀なくされる。
【０００８】
すなわち、モータ・ジェネレータは特定の回転速度近傍で駆動及び発電の効率が優れている。一方、内燃機関を始動させる場合、一般にその回転速度は２５０ｒｐｍ程度の低回転域であるのに対し、車両走行時に支配的になる回転速度は２０００〜２５００ｒｐｍ程度の高回転域となる。従って、モータ・ジェネレータの駆動・発電に関わらず一系統の動力伝達経路を利用する場合には、効率等の悪い状態で使用することになる。
【０００９】
あるいは、低回転域・高回転域の広範囲で駆動・発電に効率のよいモータ・ジェネレータを採用する場合、そのコストが増大するという別の問題が生じる。
本発明の目的は、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる車両用動力伝達装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、モータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの前記キャリア軸と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に設けられ、内燃機関を始動するために前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、前記モータ・ジェネレータの前記回転軸と前記歯車式有段変速機との間に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、モータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達する第１経路と、前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第２経路と、前記第１経路に設けられ、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、前記第２経路に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、前記内燃機関と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、モータ・ジェネレータと、前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達する第１経路と、前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第２経路と、前記第１経路に設けられ、前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転速度が前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度を上回った場合に前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、前記第２経路に設けられ、前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度が前記モータ・ジェネレータの回転速度を上回った場合に前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、を備えたことを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用動力伝達装置において、前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用動力伝達装置において、前記第２ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の車両用動力伝達装置において、前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の車両用動力伝達装置において、前記第２ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを要旨とする。ことを要旨とする。
【００１４】
（作用）
請求項１又は４に記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、内燃機関を始動するためのプラネタリギヤによる第１回転速度比に応じたモータ・ジェネレータの回転トルクは、第１ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転トルクは、プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第２ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータに伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第２ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータに伝達される。従って、例えば第１ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、歯車式有段変速機及び第２ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【００１５】
請求項２又は４に記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクは、第１経路に設けられた第１ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からの回転トルクは、第１経路における第１ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介した回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第２経路に設けられた第２ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第２経路における第２ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。従って、例えば第１経路において第１ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、第２経路において歯車式有段変速機及び第２ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【００１６】
請求項３又は６に記載の発明によれば、クラッチが接続状態にあるとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクは、プラネタリギヤを介したモータ・ジェネレータの回転速度が歯車式有段変速機を介した内燃機関の回転速度を上回ることで第１経路に設けられた第１ワンウェイクラッチを介してのみ、歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される。このとき、モータ・ジェネレータの回転軸の一側からのプラネタリギヤを介した回転トルクは、第１経路における第１ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介した回転速度で内燃機関に伝達される。一方、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、歯車式有段変速機を介した内燃機関の回転速度がモータ・ジェネレータの回転速度を上回ることで第２経路に設けられた第２ワンウェイクラッチを介してのみ、モータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。このとき、内燃機関の歯車式有段変速機を介した回転トルクは、第２経路における第２ワンウェイクラッチを介した回転速度でモータ・ジェネレータの回転軸の他側に伝達される。従って、例えば第１経路において減速機、第１ワンウェイクラッチ及び歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達される回転速度を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関を低回転域で始動する。あるいは、第２経路において歯車式有段変速機及び第２ワンウェイクラッチを介してモータ・ジェネレータに伝達される回転速度を増速し、モータ・ジェネレータを高回転域で発電させる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率が向上する。
また、クラッチが遮断状態にあるとき、モータ・ジェネレータでの発電とともに車輪側に制動力を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することができる。このとき、クラッチが遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関での機械的損失として浪費されることを防止できる。
請求項５に記載の発明によれば、第２ワンウェイクラッチは歯車式有段変速機にギヤ連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤが共用される。従って、例えば歯車式有段変速機に専用のギヤを設けて第２ワンウェイクラッチとギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大が抑制される。
請求項７に記載の発明によれば、第２ワンウェイクラッチは歯車式有段変速機にギヤ連結され、該歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤが共用される。従って、例えば歯車式有段変速機に専用のギヤを設けて第２ワンウェイクラッチとギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大が抑制される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について図１に従って説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態が適用されるハイブリッド車両用の動力伝達装置を示すシステム構成図である。この装置は、出力を調整可能な電子スロットルアクチュエータを備える内燃機関１と、クラッチ２と、歯車式有段変速機３と、モータ・ジェネレータ４と、インバータ５と、バッテリ６とを備える。
【００１９】
上記クラッチ２は、内燃機関１及び歯車式有段変速機３の間に配装されており、内燃機関１のクランクシャフト１１に固定されたフライホイール１２と、クラッチディスク１３とを有する。クラッチ２は、上記内燃機関１及び歯車式有段変速機３間の動力の接続・遮断を切り替える。なお、本実施形態では、クラッチ２による上記動力の接続・遮断を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態（内燃機関１の運転状態、走行状態、バッテリ６の蓄電状態など）に応じ、上記動力の接続・遮断が自動的に切り替えられるようになっている。
【００２０】
上記歯車式有段変速機３は、複数の変速段に切り替え可能であって、入力軸１４と、同入力軸１４に略平行に配置された出力軸１５とを有する。入力軸１４には、上記クラッチディスク１３がスプライン等で軸線方向に摺動自在に、周方向に回動不能に連結されている。そして、この入力軸１４には、一側（クラッチ２側である図１の左側）から１速用駆動ギヤ１６、後退用駆動ギヤ１７、２速用駆動ギヤ１８が一体的に設けられている。また、入力軸１４には、２速用駆動ギヤ１８に隣接して一側（図１の左側）から３速用駆動ギヤ１９、４速用駆動ギヤ２０、５速用駆動ギヤ２１が空転可能に装着されている。
【００２１】
出力軸１５には、一側（図１の左側）においてディファレンシャル装置２２の従動ギヤ２２ａに噛合連結された駆動ギヤ２３が一体的に設けられている。従って、出力軸１５が回転すると、回転トルクが駆動ギヤ２３を介してディファレンシャル装置２２（従動ギヤ２２ａ）に伝達され、車両の両駆動輪と連結されたシャフト２２ｂ，２２ｃを駆動する。
【００２２】
また、出力軸１５には、入力軸１４に対応して一側（図１の左側）から１速用従動ギヤ２４、２速用従動ギヤ２５が空転可能に装着され、３速用従動ギヤ２６、４速用従動ギヤ２７、５速用従動ギヤ２８が一体的に設けられている。そして、これら従動ギヤ２４〜２８は、対応する駆動ギヤ１６，１８〜２１に噛合連結されている。
【００２３】
出力軸１５において、１速用及び２速用従動ギヤ２４，２５間には、外周にスプラインが設けられたハブ部材３１が同出力軸１５と一体的に回転するように設けられている。そして、１速及び２速用従動ギヤ２４，２５には、それぞれハブ部材３１側において同ハブ部材３１と同様のスプラインを有する突出部２４ａ，２５ａが設けられている。
【００２４】
一方、入力軸１４において、３速及び４速用駆動ギヤ１９，２０間及び５速用駆動ギヤ２１の他側（クラッチ２の反対側である図１の右側）には、それぞれ外周にスプラインが設けられたハブ部材３２，３３が同入力軸１４と一体的に回転するように設けられている。そして、３速〜５速用駆動ギヤ１９〜２１には、それぞれハブ部材３２，３３側において同ハブ部材３２，３３と同様のスプラインを有する突出部１９ａ，２０ａ，２１ａが設けられている。
【００２５】
そして、ハブ部材３１〜３３の外周側には、同ハブ部材３１〜３３のスプラインと係合するとともに対応する突出部１９ａ〜２１ａ，２４ａ，２５ａのスプラインと選択的に係合可能なスプラインを内周側に有するスリーブ３４，３５，３６が配設されている。これらスリーブ３４〜３６は、図示しないフォーク部材により軸線方向に移動されてハブ部材３１〜３３と対応する突出部１９ａ〜２１ａ，２４ａ，２５ａ（ギヤ１９〜２１，２４，２５）とを連結し、或いは中立位置に配置（中立状態）されて連結を解除する。
【００２６】
このフォーク部材を介したスリーブ３４〜３６の移動によりハブ部材３１〜３３と対応する突出部１９ａ〜２１ａ，２４ａ，２５ａ（ギヤ１９〜２１，２４，２５）とが選択的に連結・解除され、歯車式有段変速機３における複数の変速段が実現されている。
【００２７】
なお、スリーブ３４の外周側には、後退用従動ギヤ３７が設けられている。そして、入力軸１４及び出力軸１５と平行に配置された軸３８には、軸線方向に移動可能なアイドラギヤ３９が設けられている。このアイドラギヤ３９は、軸線方向の位置に応じて上記後退用駆動ギヤ１７及び後退用従動ギヤ３７に噛合連結されることで後退の変速段を実現する。それ以外の変速段では、アイドラギヤ３９は中立位置に配置されて連結が解除され、空転する。
【００２８】
本実施形態では、フォーク部材を介したスリーブ３４〜３６の移動等を図示しないコントローラによって駆動制御されるアクチュエータにて行っている。そして、コントローラにより検出等された各種状態（内燃機関１の運転状態、走行状態、バッテリ６の蓄電状態など）に応じ、変速段が自動的に切り替えられるようになっている。
【００２９】
なお、入力軸１４の他側（クラッチ２の反対側である図１の右側）端には、前記モータ・ジェネレータ４に噛合連結されたギヤ４１ａを外周部に有する第１ワンウェイクラッチ４１が設けられている。
【００３０】
上記モータ・ジェネレータ４は、外力にてその回転軸４２が回転駆動されることで発電等を行うとともに給電により回転軸４２を回転させる周知の交流機であって、歯車式有段変速機３に並設されている。このモータ・ジェネレータ４は、回転軸４２の一側（図１の左側）に第２ワンウェイクラッチ４３が設けられている。この第２ワンウェイクラッチ４３は、前記入力軸１４の２速用駆動ギヤ１８に噛合連結されたギヤ４３ａを外周部に有しており、入力軸１４（２速用駆動ギヤ１８）が一側（図１における回転方向Ａ）に回転駆動される場合のみその回転トルクをギヤ４３ａを介して回転軸４２に伝達する。そして、回転軸４２は、入力軸１４に対し２速用駆動ギヤ１８及びギヤ４３ａのギヤ比に応じた回転速度にて他側（図１における回転方向Ａと反対の回転方向Ｂ）に回転する。
【００３１】
また、モータ・ジェネレータ４は、回転軸４２の他側（図１の右側）においてこれと同軸にプラネタリギヤ４４のサンギヤ４４ａが設けられている。従って、回転軸４２の回転速度はサンギヤ４４ａの回転速度と一致する。このプラネタリギヤ４４のリングギヤ４４ｂは不動部に固着されており、ダブルピニオン構造を有するキャリア軸４４ｃには、前記第１ワンウェイクラッチ４１のギヤ４１ａに噛合連結されたギヤ４５が一体的に設けられている。上記第１ワンウェイクラッチ４１は、キャリア軸４４ｃ（ギヤ４５）が他側（図１における回転方向Ｂ）に回転駆動される場合のみその回転トルクをギヤ４１ａを介して入力軸１４に伝達する。従って、キャリア軸４４ｃは、回転軸４２に対しプラネタリギヤ４４での減速比（第１回転速度比）に応じた回転速度にて回転する。そして、入力軸１４は、キャリア軸４４ｃに対しギヤ４５，４１ａのギヤ比に応じた回転速度にて一側（図１における回転方向Ａ）に回転する。
【００３２】
なお、入力軸１４が一側（図１における回転方向Ａ）に回転駆動されるとき、上記第１ワンウェイクラッチ４１は空転するように配置されている。従って、入力軸１４の一側への回転トルクは、第１ワンウェイクラッチ４１においてギヤ４１ａへと伝達されない。また、回転軸４２（キャリア軸４４ｃ）が他側（図１における回転方向Ｂ）に回転駆動されるとき、上記第２ワンウェイクラッチ４３は空転するように配置されている。従って、回転軸４２（キャリア軸４４ｃ）の他側への回転トルクは、第２ワンウェイクラッチ４３において入力軸１４（２速用駆動ギヤ１８）へと伝達されない。
【００３３】
上記インバータ５は、図示しないコントローラにて駆動制御されており、バッテリ６からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ４に給電し、あるいはモータ・ジェネレータ４において発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ６を充電する。
【００３４】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。
まず、モータ・ジェネレータ４による内燃機関１の始動について説明する。このとき、クラッチ２を動力の接続状態にするとともにコントローラによりスリーブ３４〜３６及びアイドラギヤ３９を中立状態にして歯車式有段変速機３をニュートラルの状態にする。そして、インバータ５を駆動してモータ・ジェネレータ４に交流電力を給電し、回転軸４２を回転方向Ｂに駆動する。回転軸４２の回転トルクは、プラネタリギヤ４４を介した減速に伴い増大されてそのキャリア軸４４ｃに伝達される。入力軸１４が従動側であり、第１ワンウェイクラッチ４１がロック状態となることから、キャリア軸４４ｃの回転トルクはギヤ４５，４１ａを介した減速に伴い更に増大されて入力軸１４に伝達される。なお、ギヤ４５，４１ａは、内燃機関１の始動に十分な回転トルクが得られるようその減速比を大きくしている。そして、入力軸１４の回転トルクはクラッチ２を介して伝達され、クランクシャフト１１が回転を開始する。クランクシャフト１１の回転速度が上昇し、例えば２００ｒｐｍ程度の回転速度に達すると内燃機関１の始動が可能になる。
【００３５】
内燃機関１が始動してクラッチ２及び歯車式有段変速機３（入力軸１４）とともに回転速度が上昇し、例えば６００ｒｐｍ程度の回転速度に達すると、入力軸１４の回転速度がギヤ４１ａの回転速度を上回る。そして、第１ワンウェイクラッチ４１のロック状態は自然に解放される。同時に、２速用駆動ギヤ１８を介したギヤ４３ａの回転速度が回転軸４２の回転速度を上回る。これにより、第２ワンウェイクラッチ４３がロック状態になり、ギヤ４３ａを介した２速用駆動ギヤ１８の回転トルクが、回転軸４２に伝達される。なお、２速用駆動ギヤ１８及びギヤ４３ａは、内燃機関１の全回転域においてモータ・ジェネレータ４が過回転しない程度で減速比を小さくしている。そして、内燃機関１の動力によってモータ・ジェネレータ４の回転軸４２が回転駆動される。このように、内燃機関１が高速回転しているときは、負荷としてモータ・ジェネレータ４に発電させ、インバータ５を介してバッテリ６の充電が可能になる。すなわち、この状態におけるモータ・ジェネレータ４は、いわゆるオルタネータとしての役目を果たしている。
【００３６】
ここで、モータ・ジェネレータ４の発電について更に説明する。モータ・ジェネレータ４を無通電状態にし、クラッチ２の接続・遮断状態に関わらず、入力軸１４の回転方向Ａへの回転トルクを２速用駆動ギヤ１８、ギヤ４３ａに伝達する。このとき、モータ・ジェネレータ４が無通電状態であることから、第２ワンウェイクラッチ４３はロック状態となり回転軸４２は回転方向Ｂに回転させられる。従って、回転方向Ｂに対して負荷となるようにモータ・ジェネレータ４を制御することで、その発電が可能になる。
【００３７】
特に、車両停止時では、歯車式有段変速機３をニュートラルの状態にする。そして、クラッチ２を接続状態にして内燃機関１のアイドル回転を同様に回転軸４２に伝達することで発電が可能になる。
【００３８】
また、例えばバッテリ６の充電容量が十分の状態で、内燃機関１が比較的低速で回転している場合には、モータ・ジェネレータ４を電動機として力行させて内燃機関１の出力を補い、車両の加速を助けることもできる。従って、内燃機関１の駆動力による走行中に更にモータ・ジェネレータ４を駆動すれば、モータ・ジェネレータ４の駆動力が加味され内燃機関１のみによる走行よりも力強い走行が可能となって、登坂路走行や追越し加速時に利用できる。
【００３９】
さらに、バッテリ６の充電容量が通常状態では、モータ・ジェネレータ４の発電量を内燃機関１に加える負荷として制御する。これにより、内燃機関１を燃焼効率がよりよい状態で駆動させ、燃料消費率を向上できる。
【００４０】
さらにまた、車両の減速時では、歯車式有段変速機３がニュートラル以外のいずれかの変速段にある状態においてクラッチ２の動力伝達を遮断し、モータ・ジェネレータ４を発電機としてその発電量（負荷）を制御する。これにより、モータ・ジェネレータ４での発電とともに車輪側に制動力（いわゆるエンジンブレーキに相当）を付加し、車輪側の運動エネルギーを回生することもできる。このとき、クラッチ２が遮断されていることから、車輪側の運動エネルギーが内燃機関１での機械的損失として浪費されることを防止できる。
【００４１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、モータ・ジェネレータ４の回転トルクは、プラネタリギヤ４４により減速された回転速度（キャリア軸４４ｃの回転速度）で内燃機関１に伝達される。一方、内燃機関１の回転トルクは、プラネタリギヤ４４においてそのままの回転速度（サンギヤ４４ａの回転速度）でモータ・ジェネレータ４に伝達される。従って、モータ・ジェネレータ４の回転を減速し、より大きな回転トルクで内燃機関１を低回転域で始動することができる。あるいは、内燃機関１を高速で回転し、モータ・ジェネレータ４を高回転域で発電させることができる。以上により、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関１の始動性及びモータ・ジェネレータ４の発電効率を向上することができる。
【００４２】
（２）本実施形態では、プラネタリギヤ４４のリングギヤ４４ｂは、不動部に固着されている。従って、例えばリングギヤにブレーキを設けてプラネタリギヤの動作制御（回転速度比の制御）を行う場合に比べ、その構造を簡易化できる。
【００４３】
（３）本実施形態では、第２ワンウェイクラッチ４３は歯車式有段変速機３にギヤ連結される。このギヤ連結において、歯車式有段変速機３は入力軸１４と一体回転（同期回転）する変速段切り替え用のギヤ（２速用駆動ギヤ１８）が共用される。従って、例えば歯車式有段変速機３に専用のギヤを設けて第２ワンウェイクラッチ４３とギヤ連結する場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【００４４】
（４）本実施形態では、モータ・ジェネレータ４を従来のスタータ及びオルタネータの代用として内燃機関１の始動及びバッテリ６の充電をできる。従って、これらスタータ及びオルタネータを廃止することができ、部品点数とコストの削減が可能となる。また、車両への搭載性も向上することができる。
【００４５】
（５）本実施形態では、モータ・ジェネレータ４により走行エネルギーを効率よく回生して電力を得ることができる。このため、内燃機関１による駆動で行うモータ・ジェネレータ４での発電頻度が低減され、燃料消費率を向上することができる。
【００４６】
（６）本実施形態では、構造体である第１及び第２ワンウェイクラッチ４１，４３及びプラネタリギヤ４４等を追加するのみの極めて簡易な構成で、内燃機関１の始動性及びモータ・ジェネレータ４の発電効率を向上することができる。
【００４７】
（７）本実施形態では、従来の歯車式有段変速機３を流用してその機能を一部追加するのみで実現することができる。また、例えばモータ・ジェネレータの出力方向を切り替える特別な機構を付加する必要はなく、コストの増大を抑制できる。
【００４８】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態について図２に従って説明する。なお、説明の便宜上、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００４９】
図２は、本実施形態において歯車式有段変速機３に連結されるモータ・ジェネレータ５０を示す構成図である。同図に示されるように、モータ・ジェネレータ５０の回転軸５１は略円筒状に形成されており、その一側（図２の右側）にプラネタリギヤ５２のサンギヤ５２ａが設けられている。このプラネタリギヤ５２のリングギヤ５２ｂは不動部に固着されており、シングルピニオン構造を有するキャリア軸５２ｃは上記回転軸５１に回転自在に挿入されている。そして、このキャリア軸５２ｃの一側（図２の右側）に前記第１ワンウェイクラッチ４１のギヤ４１ａに噛合連結された第１実施形態と同様のギヤ４５が一体的に設けられている。また、キャリア軸５２ｃの他側（図１の左側）に第１実施形態と同様の第２ワンウェイクラッチ４３が設けられている。
【００５０】
次に、この動力伝達装置の動作について説明する。なお、モータ・ジェネレータ５０による内燃機関１の始動については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５１】
内燃機関１が回転して第１ワンウェイクラッチ４１のロック状態が解放されるとともに第２ワンウェイクラッチ４３がロック状態になると、２速用駆動ギヤ１８の回転が、ギヤ４３ａを介してキャリア軸５２ｃに伝達される。そして、キャリア軸５２ｃの回転はサンギヤ５２ａを介して更に増速されて回転軸５１に伝達される。以上により、内燃機関１の動力によってモータ・ジェネレータ５０の回転軸５１が回転駆動される。これにより、負荷としてモータ・ジェネレータ５０に発電させ、インバータ５を介してバッテリ６への充電が可能になる。
【００５２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加えて以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、内燃機関１の駆動時において、内燃機関１の回転は入力軸１４の２速用駆動ギヤ１８を介して第２ワンウェイクラッチ４３からキャリア軸５２ｃに伝達される。そして、キャリア軸５２ｃの回転はプラネタリギヤ５２（サンギヤ５２ａ）を介してモータ・ジェネレータ５０に伝達される。従って、内燃機関１の駆動時において、キャリア軸５２ｃの回転速度は２速用駆動ギヤ１８により内燃機関１の回転速度に対して減速される。内燃機関１に対して減速されたキャリア軸５２ｃは、プラネタリギヤ５２によって増速され、モータ・ジェネレータ５０（回転軸５１）に伝達される。つまり、キャリア軸５２ｃによりモータ・ジェネレータ５０を駆動させる場合に、前記第１実施形態に比べてより高速にモータ・ジェネレータ５０を回転させることができる。
【００５３】
これによると、一般に発電効率に優れた高速回転域でモータ・ジェネレータ５０を発電機として作用させることが可能になる。また、バッテリ６が十分に充電され且つ内燃機関１が低速回転のときにおいて、モータ・ジェネレータ５０として力行させて車両の出力を補う際に、モータ・ジェネレータ５０を発電から力行へ移行させる際にモータ・ジェネレータ５０の回転速度を大きくさせる必要がなく、好適である。
【００５４】
（２）本実施形態では、従来ギヤ（２速用駆動ギヤ１８）とプラネタリギヤ５２とを使用することで減速比を確保でき、モータ・ジェネレータ５０の小型化が可能となる分、コストを低減できる。また、車両搭載性も向上することができる。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機３とモータ・ジェネレータ４，５０とを２速用駆動ギヤ１８及びギヤ４３ａを介してギヤ連結した。これに対し、歯車式有段変速機３とモータ・ジェネレータ４，５０とは、入力軸１４と常時一体的に回転（同期回転）するギヤ、すなわち１速用駆動ギヤ１６、１速及び２速用従動ギヤ２４，２５のいずれかを介してギヤ連結してもよい。例えば、２速用駆動ギヤ１８とギヤ４３ａとを直接噛み合わせた構成に代えて、２速用従動ギヤ２５を経由してギヤ連結してもよい。これにより、装置全体での配置場所に自由度が増し、車両搭載性が向上する。
【００５６】
・前記各実施形態においては、歯車式有段変速機３及びモータ・ジェネレータ４，５０をギヤ連結したが、例えばベルトやチェーン連結を採用してもよい。
・前記各実施形態において、動力伝達の構成は一例であって、本発明を逸脱しない範囲において変更を加えてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至４、６に記載の発明によれば、コストの増大を抑制しつつ、内燃機関の始動性及びモータ・ジェネレータの発電効率を向上することができる。
【００５８】
請求項５又は７に記載の発明によれば、部品点数の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のシステム構成図。
【図２】本発明に係る第２実施形態のシステム構成図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
３ 歯車式有段変速機
４，５０ モータ・ジェネレータ
１８ 変速段切り替え用のギヤとしての２速用駆動ギヤ
４１ 第１ワンウェイクラッチ
４２，５１ 回転軸
４３ 第２ワンウェイクラッチ
４４，５２ プラネタリギヤ
４４ａ，５２ａ サンギヤ
４４ｂ，５２ｂ リングギヤ
４４ｃ，５２ｃ キャリア軸

Claims (7)

  1. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    モータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記プラネタリギヤの前記キャリア軸と前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に設けられ、内燃機関を始動するために前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、
    前記モータ・ジェネレータの前記回転軸と前記歯車式有段変速機との間に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    モータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達する第１経路と、
    前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第２経路と、
    前記第１経路に設けられ、前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、
    前記第２経路に設けられ、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  3. 内燃機関のクランクシャフトと接続可能な入力軸及びディファレンシャル装置と連結する出力軸を有し、複数の変速段に切り替え可能な歯車式有段変速機と、
    モータ・ジェネレータと、
    前記歯車式有段変速機と前記モータ・ジェネレータとの間に配設され、前記モータ・ジェネレータの回転軸に設けられたサンギヤと、前記歯車式有段変速機の前記入力軸と連結するキャリア軸と、固定軸であるリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
    前記回転軸の一側から前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して内燃機関に伝達する第１経路と、
    前記回転軸の他側から前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達する第２経路と、
    前記第１経路に設けられ、前記プラネタリギヤを介した前記モータ・ジェネレータの回転速度が前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度を上回った場合に前記モータ・ジェネレータの前記プラネタリギヤによる第１回転速度比に応じた回転トルクを前記歯車式有段変速機を介して前記内燃機関に伝達するとともに、前記内燃機関の前記歯車式有段変速機を介した回転トルクを前記モータ・ジェネレータに伝達しない第１ワンウェイクラッチと、
    前記第２経路に設けられ、前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転速度が前記モータ・ジェネレータの回転速度を上回った場合に前記歯車式有段変速機を介した前記内燃機関の回転トルクを前記プラネタリギヤの前記キャリア軸を介することなく前記モータ・ジェネレータの前記回転軸に伝達するとともに、前記モータ・ジェネレータの回転トルクを前記歯車式有段変速機に伝達しない第２ワンウェイクラッチと、
    前記内燃機関の前記クランクシャフトと前記歯車式有段変速機の前記入力軸との間に配設され、前記内燃機関及び前記歯車式有段変速機の間の動力の接続・遮断を切り替えるクラッチと、
    を備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  4. 請求項１又は２に記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  5. 請求項１又は２に記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第２ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  6. 請求項３に記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチの少なくとも一方は、前記モータ・ジェネレータ及び前記歯車式有段変速機の少なくとも一方にギヤ連結されたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  7. 請求項３に記載の車両用動力伝達装置において、
    前記第２ワンウェイクラッチは前記歯車式有段変速機にギヤ連結され、前記歯車式有段変速機は入力軸と同期回転する変速段切り替え用のギヤを共用したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
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