JP5133945B2

JP5133945B2 - ハイブリッド車の動力伝達機構

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Publication number: JP5133945B2
Application number: JP2009142433A
Authority: JP
Inventors: 良昭山田; 邦彦肥喜里; 秀一中村; 幸一井谷
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: JP2010285128A

Description

本発明は、エンジンとモータ／発電機の動力を状況に応じ切り換え／組み合わせて使用するハイブリッド車の動力伝達機構に関する。

非特許文献１に開示されるように、昨今、トラック等の商用車に於て、エンジンの負荷を下げて燃費の向上を図るため、発進時や登坂路走行時等、エンジンに負荷がかかる走行時にモータの助力を借りるハイブリッドシステムが提案されている。

図１５は非特許文献１に開示されたハイブリッド車の動力伝達機構を示し、図示するように動力伝達機構の駆動系の配列は、エンジン１，メインクラッチ（単板クラッチ）３，モータ／発電機（以下、「モータ」という）５，変速機７，終減速機９の順に総て同軸上に配置されている。そして、メインクラッチ３から変速機７に繋がるエンジン駆動軸１１にモータ５のロータ１３が取り付き、トランスミッション７と終減速機９との間に推進軸１５が連結されている。

而して、前記ハイブリッドシステムは、クラッチ３を切った状態でモータ５の駆動力だけで発進し、規定車速（約５〜６ｋｍ／ｈ前後）でエンジン１とモータ５の回転を同期させ、クラッチ３が接続されてエンジン１のみで走行を開始する。

そして、登坂路等、負荷のかかる走行時は、アクセルペダルの踏込み量に応じてエンジン１とモータ５を併用した高出力走行に入り、減速・制動時は、状況に応じてクラッチ３を切断し、モータ５を逆作用させてエンジンブレーキ相当の回生ブレーキをかけることで、制動エネルギ（回生エネルギ）をバッテリに回収する構成となっている。

しかし、前記動力伝達機構は、エンジン１の駆動力のみで走行する場合、モータ５の空回りによる損失（回転抵抗）、即ち、ロータ１３に装着した磁石の影響で機械的損失が発生してしまう欠点がある。

また、斯かる負荷損失を打ち消すためにモータ５のステータ１７に電気を流すと、新たに電気的損失が発生することとなる。

一方、このようなモータ５による機械的損失（回転抵抗）を解消するハイブリッド車の動力伝達機構として、図１６に示すようにモータ５のモータ出力軸１９をエンジン駆動軸１１と別体に構成して、モータ出力軸１９とエンジン駆動軸１１との間にドッグクラッチからなるクラッチ機構２１を装着した技術が非特許文献２に開示されている。

(株)鉄道日本社発行「月刊自動車工学」２００６年１０月号いすゞ自動車(株)発行「いすゞ技報」２００５年１１３号

しかし、前記クラッチ機構２１を構成するドッグクラッチの接，断をスムーズに行うためには、精度の高い複雑な回転数同期制御が必要となる。

更に、このドッグクラッチを用いた動力伝達機構は、２〜３トン積みの小型トラックへの装着を想定したもので、大きなモータ出力が要求される大型トラックへの適用には、ドッグクラッチの強度不足や耐久性不足が懸念されている。

また、モータが駆動力を発揮する力行、或いは発電機として制動力を発生（回生）する際、車両の走行状態により、力行では発生トルクと回転数が変化し、回生時には吸収トルクと回転数が変化する。

永久磁石同期型のモータの特性をモータトルク〜回転数マップでみると、おおよそ回転数とトルクの中央部分でもっとも効率が高く、それよりも大きい領域や小さい領域では徐々に効率が低下する特性をもっている。

従って、例えば中トルクぐらいで回転数「０」から高回転域まで使用すると、効率は低い処からスタートし、高効率領域を通り、また効率が悪くなるような運転となり、これは、制動トルクを発生トルクさせる回生発電でも同様である。

このため、力行時のエンジン負荷（モータアシスト時）やバッテリの電気エネルギを少しでも低減し、また、回生時には少しでも多くの回生発電を行い、バッテリに大きな電気エネルギを蓄電するには、高効率域を活用するモータの運転が必要となる。

本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、スムーズなモータとエンジンの入出力動力の混合，分離を可能とし、併せて入出力動力の混合，分離機構の強度を十分に確保して、積載量１０トンを超える大型ハイブリッド車への適用を可能としたハイブリッド車の動力伝達機構を提供することを目的とする。

更に本発明は、高効率なモータの運転を行うことで、エンジンの消費エネルギを低減し、車両として燃費を向上したハイブリッド車の動力伝達機構を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、エンジン，メインクラッチ，モータ，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータの動力を併用するハイブリッド車の動力伝達機構であって、前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸と別体に回転可能な前記モータのモータ出力軸と、該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、前記モータ出力軸の一端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、該モータ出力軸の一端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤとピッチ円径を同じくするアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた第１の遊星ギヤ機構と、前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、該モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤよりピッチ円径が大きいアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた第２の遊星ギヤ機構とからなり、前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、２つの前記ギヤブレーキを解放とすることで、エンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、２つの前記ギヤブレーキの一方を固定し、他方のギヤブレーキとメインクラッチ，モータブレーキを解放することで、モータの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、前記メインクラッチを繋ぎ、２つの前記ギヤブレーキの一方を固定し、他方のギヤブレーキとモータブレーキを解放することで、モータの駆動力が一方の前記遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、モータ駆動時の前記第１，２の遊星ギヤ機構の切換え操作で、モータの使用するトルク〜回転数領域を選択可能としたことを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、エンジン，メインクラッチ，モータ，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータの動力を併用するハイブリッド車の動力伝達機構であって、前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸と別体に回転可能な前記モータのモータ出力軸と、前記モータ出力軸の一端側に装着され、該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、前記モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤとピッチ円径を同じくするアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた遊星ギヤ機構と、前記遊星ギヤ機構と前記モータとの間のモータ出力軸に装着された無断変速機とからなり、前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、前記ギヤブレーキを解放とすることでエンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、前記ギヤブレーキを固定し、メインクラッチ，モータブレーキを解放することで、モータの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、前記メインクラッチを繋ぎ、前記ギヤブレーキを固定し、モータブレーキを解放することで、モータの駆動力が前記遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、前記無断変速機の変速操作で、モータの使用するトルク〜回転数領域を選択可能としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、メインクラッチとモータブレーキ、そして、第１，２の遊星ギヤ機構のギヤブレーキの解放／固定という作動切り換えにより、「エンジン駆動モード」，「モータ駆動モード」，「モータ／エンジン協調駆動モード」の３つの運転モードが可能となる。

そして、「エンジン駆動モード」でモータ出力軸が固定されて回転しないため、モータによる機械的損失，電気的損失を低減でき、エンジンの負荷が軽減して燃費が向上する利点を有する。

また、モータ出力軸とエンジン駆動軸との間の動力伝達を常時噛み合い式の第１，２の遊星ギヤ機構としたため、両軸間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。

更にまた、モータの２段の変速機構たる第１，２の遊星ギヤ機構を切り換えることで、モータの使用するトルク〜回転数領域を２種類選択可能として、運転状況に応じたモータの高効率な使用を可能としたので、力行時のバッテリの電気エネルギの消費を低減し、また、回生時には効率よく多くの回生発電を行うことができる等、バッテリの充放電を有効に活用することができ、エンジンの消費エネルギを低減して省燃費運転が可能となった。

そして、斯様に２段のモータの変速機構を備えることでモータの負荷を小さくできるため、モータの小型化が図れる利点を有する。

一方、請求項２に係る発明にあっても、メインクラッチとモータブレーキ，遊星ギヤ機構のギヤブレーキの解放／固定という作動切り換えにより、「エンジン駆動モード」，「モータ駆動モード」，「モータ／エンジン協調駆動モード」の３つの運転モードが可能となる。

また、モータ出力軸とエンジン駆動軸との間の動力伝達を常時噛み合い式の遊星ギヤ機構としたため、両軸間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。

更に、本発明は無断変速機を使用したことで、請求項１に係る発明に比しギヤ変速時の変速ショックがなく、また、モータの高効率点の使用選択の自由度が増し、高効率域を多く経由する運転方法をとることで更なる低燃費運転が可能となる。

請求項１の第一実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。エンジン駆動モードに於ける動力伝達機構の概略構成図である。「ギヤセットＨ」を使用したモータ駆動モードに於ける動力伝達機構の概略構成図である。「ギヤセットＬ」を使用したモータ駆動モードに於ける動力伝達機構の概略構成図である。モータ／エンジン協調駆動モードに於ける動力伝達機構の概略構成図である。モータのモータトルク〜回転数マップである。エンジン駆動軸換算回転数の変化を示すグラフである。モータのモータトルク〜回転数マップである。モータのモータトルク〜回転数マップである。モータのモータトルク〜回転数マップである。請求項１の第二実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。請求項２の第一実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。モータのモータトルク〜回転数マップである。請求項２の第二実施形態に係る動力伝達機構の概略構成図である。従来の動力伝達機構の概略構成図である。従来の他の動力伝達機構の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は請求項１の第一実施形態に係るハイブリッド車の動力伝達機構を示し、図１５の従来例と同様、本実施形態に係るハイブリッド車の動力伝達機構の駆動系の配列も、エンジン３１，メインクラッチ（単板クラッチ）３３，モータ３５，変速機３７，終減速機３９の順に総て同軸上に配置されており、メインクラッチ３３を介してエンジン出力軸４１にエンジン駆動軸４３が連結され、該エンジン駆動軸４３は変速機３７に接続されている。

また、図中、４５はモータ３５のロータ４７に取り付くモータ出力軸で、該モータ出力軸４５はエンジン駆動軸４３と別体に構成されて、図示しないモータボディにベアリングを介して回転可能に支持されている。そして、メインクラッチ３３側のモータ出力軸４５に、該モータ出力軸４５を解放／固定するモータブレーキ４９が装着されている。

モータブレーキ４９は、一例としてディスクブレーキの如き構造をなし、モータ出力軸４５に設けたブレーキディスク５１を図示しない制動パッドで挟むと、モータ出力軸４５の回転に制動がかかってモータ出力軸４５が固定（モータブレーキ４９の固定）され、ブレーキディスク５１から制動パッドが離間することで、モータ出力軸４５に対する制動が解除（モータブレーキ４９の解放）されるようになっている。

そして、メインクラッチ３３側のモータ出力軸４５の一端側端部とエンジン駆動軸４３との間に、遊星ギヤ機構５３が設けられている。

遊星ギヤ機構５３は、モータ出力軸４５の端部に設けられたサンギヤ５５と、該サンギヤ５５に対向してエンジン駆動軸４３に設けられたアウターギヤ５７と、前記サンギヤ５５とアウターギヤ５７が噛合する複数のプラネタリギヤ５９と、該プラネタリギヤ５９の公転運動を拾うプラネタリキャリア６１とからなり、サンギヤ５５とアウターギヤ５７は、恰も従来周知のデフ装置の左右一対のデフサイドギヤの如き形状とされて、ピッチ円径を同じくするギヤ比１対１に設定されている。

このため、図示するようにプラネタリキャリア６１に取り付くプラネタリギヤ５９の回転軸６３は、エンジン駆動軸４３に対し直角に配置されており、例えばモータ３５が１０００回転すると、エンジン駆動軸４５は同じく１０００回転する。

更に、前記プラネタリキャリア６１の他端側に、該プラネタリキャリア６１を解放／固定してプラネタリギヤ５９の公転を解放／固定するギヤブレーキ６５が設けられている。

前記モータブレーキ４９と同様、ギヤブレーキ６５もディスクブレーキの如き構造からなり、プラネタリキャリア６１の他端側に設けたブレーキディスク６７を図示しない制動パッドで挟む（ギヤブレーキ６５の固定）と、プラネタリキャリア６１の回転に制動がかかってプラネタリギヤ５９の公転が固定され、ブレーキディスク６７から制動パッドが離間（ギヤブレーキ６５の解放）すると、プラネタリキャリア６１に対する制動が解除されてプラネタリギヤ５９が公転可能に復帰するようになっている。

以下、本願明細書に於て、ギヤブレーキ６５を含めて遊星ギヤ機構５３側を「ギヤセットＨ：Ｈｉｇｈ」という。

更に、図１に示すようにモータ出力軸４５の他端側端部とエンジン駆動軸４３との間にも、前記遊星ギヤ機構５３と同様な構造からなる遊星ギヤ機構６９が設けられている。

この遊星ギヤ機構６９も、モータ出力軸４５の端部に設けられたサンギヤ７１と、該サンギヤ７１に対向してエンジン駆動軸４３に取り付けられたアウターギヤ７３と、前記サンギヤ７１とアウターギヤ７３が噛合する複数のプラネタリギヤ７５と、該プラネタリギヤ７５の公転運動を拾うプラネタリキャリア７７とからなり、前記プラネタリギヤ５９と同様、プラネタリギヤ７５の回転軸７９はエンジン駆動軸４３に対し直角に配置されている。

そして、遊星ギヤ機構６９のサンギヤ７１とアウターギヤ７３はピッチ円径を異にしてギヤ比１対２に設定されており、例えばモータ３５が１０００回転すると、エンジン駆動軸４５は減速されて５００回転するようになっている。

更に、前記プラネタリキャリア７３の他端側に、該プラネタリキャリア７３を解放／固定してプラネタリギヤ７５の公転を解放／固定するギヤブレーキ８１が設けられている。

前記ギヤブレーキ６５と同様、ギヤブレーキ８１はディスクブレーキの如き構造からなり、プラネタリキャリア７７の他端側に設けたブレーキディスク８３を図示しない制動パッドで挟む（ギヤブレーキ８１の固定）と、プラネタリキャリア７３の回転に制動がかかってプラネタリギヤ７５の公転が固定され、ブレーキディスク８３から制動パッドが離間（ギヤブレーキ８１の解放）すると、プラネタリキャリア７３に対する制動が解除されてプラネタリギヤ７５が公転可能に復帰するようになっている。

以下、本願明細書に於て、ギヤブレーキ８１を含めて遊星ギヤ機構６９側を「ギヤセットＬ：Ｌｏｗ」という。

このように本実施形態に係る動力伝達機構８５は、サンギヤ５５とアウターギヤ５７のギヤ比が１対１に設定された「ギヤセットＨ」と、サンギヤ７１とアウターギヤ７３のギヤ比が１対２に設定された「ギヤセットＬ」の２段のモータ３５の変速機構を備えており、次に、その動作について説明する。

先ず、モータ３５を使わず、エンジン３１の駆動力のみで走行する「エンジン駆動モード」では、図２に示すようにメインクラッチ３３を繋いで「固定」し、ブレーキディスク５１を制動パッドで挟んでモータブレーキ４９（モータ出力軸４５）を「固定」すると共に、制動パッドをブレーキディスク６７，８３から離間させて「ギヤセットＨ」と「ギヤセットＬ」のギヤブレーキ６５，８１（プラネタリキャリア６１，７７）を「解放」すると、モータ３５が停止してプラネタリギヤ５９，７５とプラネタリキャリア６１，７７が空回りするため、エンジン３１の駆動力がエンジン出力軸４１，エンジン駆動軸４３から変速機３７へと伝達されて、エンジン３１の駆動力のみで車両が走行する。

而して、この場合、モータ出力軸４５が固定されるため、モータ３５の空回りによる回転抵抗損失をなくすことができる。

また、エンジン３１を使わずモータ３５の駆動力だけで発進，走行する「モータ駆動モード」では、例えば図３に示すようにメインクラッチ３３を切り、「ギヤセットＨ」のブレーキディスク６７を制動パッドで挟んでギヤブレーキ６５（プラネタリキャリア６１）を「固定」し、ブレーキディスク５１，８３から制動パッドを離間させてモータブレーキ４９（モータ出力軸４５）と「ギヤセットＬ」のギヤブレーキ８１（プラネタリキャリア７１）を「解放」すると、「ギヤセットＨ」のプラネタリギヤ５９の公転が規制され、「ギヤセットＬ」のプラネタリギヤ７５やプラネタリキャリア７７が空回りするため、モータ３５の駆動力が「ギヤセットＨ」のサンギヤ５５，プラネタリギヤ５９，アウターギヤ５７を介してエンジン駆動軸４３から変速機３７へと伝達されて、モータ３５の駆動力で車両が発進，走行する。

一方、図４に示すようにメインクラッチ３３を切り、「ギヤセットＬ」のブレーキディスク８３を制動パッドで挟んでギヤブレーキ８１（プラネタリキャリア７７）を「固定」し、ブレーキディスク５１，６７から制動パッドを離間させてモータブレーキ４９（モータ出力軸４５）と「ギヤセットＨ」のギヤブレーキ６５（プラネタリキャリア５７）を「解放」すると、「ギヤセットＬ」のプラネタリギヤ７３の公転が規制され、「ギヤセットＨ」のプラネタリギヤ５９やプラネタリキャリア６１が空回りするため、モータ３５の駆動力が「ギヤセットＬ」のサンギヤ７１，プラネタリギヤ７５，アウターギヤ７３を介してエンジン駆動軸４３から変速機３７へと伝達されて、モータ３５の駆動力で車両が発進，走行する。

そして、図５に示すようにメインクラッチ２３を繋いで「固定」し、「ギヤセットＨ」または「ギヤセットＬ」のいずれか一方のギヤブレーキ６５，８１（プラネタリキャリア６１，７７）を「固定」し、他方を「解放」してモータブレーキ４９（モータ出力軸４５）を「解放」すると、モータ出力軸４５が遊星ギヤ機構５３，６９のいずれか一方を介してエンジン駆動軸４３に接続される。

この結果、モータ３５の駆動力がエンジン駆動軸４３に伝達されて、エンジン３１の駆動力にモータ３５の駆動力が混合，併用された「モータ／エンジン協調駆動モード」となる。

従って、例えば図２の「モータ駆動モード」で発進，走行後、規定車速で図５に示すようにメインクラッチ３３を繋げば、既述した「モータ／エンジン協調駆動モード」となり、また、車両の制動時に、図５の状態から図２または図３に示すようにメインクラッチ３３を切って「モータ駆動モード」に切り換え、タイヤ８７からのトルクを「ギヤセットＨ」または「ギヤセットＬ」からモータ３５に入力させてモータ３５を逆作用させると、エンジンブレーキ相当の回生ブレーキがかかって回生エネルギがバッテリに貯蔵される。

このように本実施形態に係る動力伝達機構８５は、メインクラッチ３３とモータブレーキ４９、そして、「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」のギヤブレーキ６５，８１の解放／固定という作動切り換えにより、「エンジン駆動モード」，「モータ駆動モード」，「モータ／エンジン協調駆動モード」の３つの運転モードを可能とすると共に、「モータ駆動モード」及び「モータ／エンジン協調駆動モード」に於て、以下の如く「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」の２段のモータ３５の変速機構を切り換えることで、モータ３５の使用するトルク〜回転数領域を２種類選択可能として運転状況に応じたモータ３５の高効率な使用を可能としている。

図６及び図８乃至図１０はモータ３５の特性を示すモータトルク〜回転数マップを示し、図中、Ｘはモータ３５の等出力曲線で、図示するように回転数とモータトルクの中央部分（図中、Ｐ領域）でもっとも効率が高く、それよりも大きい領域や小さい領域では徐々に効率が低下する特性を有している。尚、図６に於て、トルク”Ｈ”は「ギヤセットＨ」をいい、トルク”Ｌ”は「ギヤセットＬ」をいう。

また、図７に於て、ギヤセット”Ｌ＝２”は、サンギヤ７１とアウターギヤ７３のギヤ比が１対２に設定された「ギヤセットＬ」をいい、ギヤセット”Ｈ＝１”は、サンギヤ５５とアウターギヤ５７のギヤ比が１対１に設定された「ギヤセットＨ」をいう。そして、「ギヤセットＨ」を使う場合が「モータ低速」時であり、「ギヤセットＬ」を使う場合が「モータ高速」時である。

而して、図６による説明の便宜上、変速機３７，終減速機３９のギヤ比を１とすると、例えば図４に示す「モータ駆動モード」での「ギヤセットＬ」を使う「モータ高速」時の走行中、登りの坂道等で中トルクの加速を必要とするとき、図６に示すようにモータ３５の回転数を１０００回転から２０００回転まで増加させると、図７に示すように変速機３７への入力となるエンジン駆動軸４３の回転数は５００回転から１０００回転となる。

ここで、図６に示すように動力伝達機構８５を「ギヤセットＨ」に切り換えると同時に、モータ３５の回転数を１０００回転にして１５００回転まで増加させると、図７に示すようにエンジン駆動軸４３の回転数は当初の５００回転から１５００回転まで増加することとなり、「ギヤセットＬ」，「ギヤセットＨ」を続けて使用することで、図６に示すようにモータ３５を、モータトルク〜回転数マップのうち効率のよい中央部分（図中、Ｐ領域）で使用することとなる。

そして、「ギヤセットＬ」を使う「モータ高速」時は、既述したようにギヤ比２に設定されているため、少ないモータトルク（例えば１００）で、大きなエンジン駆動軸換算トルク（変速機３７への入力トルク：１００×２＝２００）を発生させることができ、このような高トルクが必要な場合は、発進時や急な登りの坂道での加速時、また、高速からの回転制動時等で、平坦な道での巡航時にモータ３５を使用する場合、大きなエンジン駆動軸換算トルクは必要としない。

従って、このように発進時や急な登りの坂道での加速時，高速からの回転制動時等、高トルクを必要とする「モータ駆動モード」や「モータ／エンジン協調駆動モード」での走行時には、図９に示すように「ギヤセットＬ」を選択，使用することで、モータ３５の効率のよい領域を使用することができ、また、回生制動時にも「ギヤセットＬ」を選択，使用することで、回生ブレーキが良好にかかって回生エネルギがバッテリに効率よく貯蔵されることとなる。

また、図６を用いて既述したように、中トルクを必要とする「モータ駆動モード」や「モータ／エンジン協調駆動モード」での走行時には、図８に示すように「ギヤセットＬ」，「ギヤセットＨ」を続けて使用することで、モータ３５の効率のよい領域を使用することができ、回生制動時にも「ギヤセットＨ」から「ギヤセットＬ」を選択，使用することで、回生ブレーキが良好にかかって回生エネルギがバッテリに効率よく貯蔵されることとなる。

更に、平坦な道での巡航時等、モータ３５による大きなエンジン駆動軸換算トルクを必要としない場合には、図１０に示すように「ギヤセットＨ」を選択，使用することで、モータ３５の効率のよい領域を使用することができ、回生制動時にも「ギヤセットＨ」を選択，使用することで、回生ブレーキが良好にかかって回生エネルギがバッテリに効率よく貯蔵されることとなる。

そして、これらの切換え操作は、図示しない制御手段が車速やアクセルペダルの踏込み量，モータ３５の回転数等を検知してモータ３５の回転数制御を行うと共に、斯かる運転状況に応じて、制御手段がメインクラッチ３３やモータブレーキ４９，「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」のギヤブレーキ６５，８１を切換え制御すればよい。

このように本実施形態は、メインクラッチ３３とモータブレーキ４９、そして、「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」のギヤブレーキ６５，８１の解放／固定という作動切り換えにより、「エンジン駆動モード」，「モータ駆動モード」，「モータ／エンジン協調駆動モード」の３つの運転モードを可能としたが、図２に示すように「エンジン駆動モード」に於てモータ出力軸４５を固定させた構造上、図１５に示す従来例に比しモータ３５による機械的損失，電気的損失を低減できるため、エンジン３１の負荷が軽減して燃費が向上する利点を有する。

また、本実施形態は、図１６のドッグクラッチからなるクラッチ機構２１に代え、モータ出力軸４５とエンジン駆動軸４３間の動力伝達を常時噛み合い式の遊星ギヤ機構５３，６９としたため、モータ出力軸４５とエンジン駆動軸４３との接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構５３，６９の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。

そして、本実施形態は、「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」の２段のモータ３５の変速機構を切り換えることで、モータ３５の使用するトルク〜回転数領域を２種類選択可能として、運転状況に応じたモータ３５の高効率な使用を可能としたので、力行時のバッテリの電気エネルギの消費を低減し、また、回生時には効率よく多くの回生発電を行うことができる等、バッテリの充放電を有効に活用することができ、エンジン３１の消費エネルギを低減して省燃費運転が可能となった。

而も、２段のモータ３５の変速機構を備えることでモータの負荷を小さくできるため、モータの小型化が図れる利点を有する。

尚、前記実施形態は、遊星ギヤ機構５３のサンギヤ５５とアウターギヤ５７を、恰もデフ装置の左右一対のデフサイドギヤの如き形状に形成して、ピッチ円径を同じくするギヤ比１対１に設定すると共に、プラネタリキャリア６１に取り付くプラネタリギヤ５９の回転軸６３をエンジン駆動軸４３と直角に配置したが、図１１に示す請求項２の第二実施形態のように、「ギヤセットＨ」たる遊星ギヤ機構８９のサンギヤ９１とアウターギヤ９３をピッチ円径を同じくするギヤ比１対１の平歯車系とすると共に、両ギヤ９１，９３の両方に噛み合うプラネタリギヤ９５を平歯車系として、プラネタリキャリア９５に取り付くプラネタリギヤ９７の回転軸９９をエンジン駆動軸４３と平行に配置してもよい。

また、図１１に示すように「ギヤセットＬ」たる遊星ギヤ機構１０１の構成も、サンギヤ１０３とアウターギヤ１０５，プラネタリギヤ１０７の噛合形態を変更し、サンギヤ１０３とアウターギヤ１０５のピッチ円径を異にしてギヤ比１対２に設定すると共に、プラネタリキャリア１０９に取り付くプラネタリギヤ１０７の回転軸１１１をエンジン駆動軸４３と平行に配置してもよい。

尚、その他の構成は図１の第一実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。

本実施形態に係る動力伝達機構１１３はこのように構成されており、本実施形態によっても、前記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能で、「エンジン駆動モード」に於けるモータ３５の機械的損失，電気的損失を低減でき、また、モータ出力軸４５とエンジン駆動軸４３間の接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構８９，１０１の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である
そして、バッテリの充放電を有効に活用することができ、エンジン３１の消費エネルギを低減して省燃費運転が可能となる。

図１２は請求項２の第一実施形態に係るハイブリッド車の動力伝達機構を示し、本実施形態に係る動力伝達機構１１５は、図１の動力伝達機構８５の構成に変更を加え、メインクラッチ３３側のモータ出力軸４５の一端側端部にモータブレーキ４９を装着し、モータ出力軸４５の他端側に前記遊星ギヤ機構５３を装着すると共に、該遊星ギヤ機構５３とモータ３５との間のモータ出力軸４５に周知の無断変速機１１７を装着して、エンジン３１，メインクラッチ３３，モータ３５，無断変速機１１７，遊星ギヤ機構５３，変速機３７，終減速機３９を総てエンジン駆動軸４３上に同軸に配置したことを特徴としている。

従来周知のように無断変速機は、変速ギヤを使用せず、プーリーと呼ばれる滑車を用いて無段階での滑らかな変速を可能にした変速機で、２つのプーリーにベルトを通し、プーリーの径を変化させることで連続的な変速を可能にするものである。

そこで、図１２に示すように本実施形態は、入力側（モータ出力軸４５）にドライブプーリー１１９を装着し、遊星ギヤ機構５３への出力側にドリブンプーリー１２１を配置して、両プーリー１１９，１２１間にベルト１２３を掛け渡したもので、ドリブンプーリー１２１の回転軸１２５と遊星ギヤ機構５３のサンギヤ５５が取り付くモータ出力軸４５との間に２枚のギヤ１２７，１２９が連結されている。

尚、その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。

本実施形態はこのように構成されているから、モータ３５を使わず、エンジン３１の駆動力のみで走行する「エンジン駆動モード」では、図１の実施形態と同様、メインクラッチ３３を繋いで「固定」し、ブレーキディスク５１を制動パッドで挟んでモータブレーキ４９（モータ出力軸４５）を「固定」すると共に、制動パッドをブレーキディスク６７から離間させてギヤブレーキ６５（プラネタリキャリア６１）を「解放」すると、モータ３５が停止してプラネタリギヤ５９とプラネタリキャリア６１が空回りするため、エンジン３１の駆動力がエンジン出力軸４１，エンジン駆動軸４３から変速機３７へと伝達されて、エンジン３１の駆動力のみで車両が走行する。

また、エンジン３１を使わずモータ３５の駆動力だけで発進，走行する「モータ駆動モード」では、メインクラッチ３３を切り、ブレーキディスク６７を制動パッドで挟んでギヤブレーキ６５（プラネタリキャリア６１）を「固定」すると、プラネタリギヤ５９の公転が規制されるため、モータ３５の駆動力が無断変速機１１７を介してギヤ１２７，１２９からサンギヤ５５，プラネタリギヤ５９，アウターギヤ５７を経て変速機３７へ伝達されて、モータ３５の駆動力で車両が発進，走行する。

而して、この「モータ駆動モード」での無断変速機１１７によるモータ３５の駆動に当たり、図１３に示すように無断変速機１１７によってモータ３５のモータトルクと回転数を調整することで、モータ３５の高効率域での使用が可能となる。

そして、メインクラッチ２３とギヤブレーキ６５を「固定」すると、モータ３５の駆動力がエンジン駆動軸４３に伝達されて、エンジン３１の駆動力にモータ３５の駆動力が混合，併用された「モータ／エンジン協調駆動モード」となり、この「モータ／エンジン協調駆動モード」での無断変速機１１７によるモータ３５の駆動に於ても、図１３に示すように無断変速機１１７によってモータ３５のモータトルクと回転数を調整することで、モータ３５の高効率域での使用が可能となる。

このように本実施形態に係る動力伝達機構１１５も、メインクラッチ３３とモータブレーキ４９，ギヤブレーキ６５の解放／固定という作動切り換えにより、「エンジン駆動モード」，「モータ駆動モード」，「モータ／エンジン協調駆動モード」の３つの運転モードを可能とすると共に、「モータ駆動モード」及び「モータ／エンジン協調駆動モード」に於て、無断変速機１１７によってモータ３５のモータトルクと回転数を調整することで、モータ３５の高効率域での使用を可能としている。

従って、本実施形態によっても、図１の動力伝達機構８５と同様、所期の目的を達成することが可能で、図１５に示す従来例に比しモータ３５による機械的損失，電気的損失を低減でき、エンジン３１の負荷が軽減して燃費が向上する利点を有する。

また、本実施形態も、図１６のドッグクラッチからなるクラッチ機構２１に代え、モータ出力軸４５とエンジン駆動軸４３間の動力伝達を常時噛み合い式の遊星ギヤ機構５３としているため、モータ出力軸４５とエンジン駆動軸４３との接，断をスムーズに行うことができると共に、遊星ギヤ機構５３の十分な強度が確保できるため、大きなモータ出力が必要とされる大型トラックへの適用が可能である。

而も、本実施形態は、前記動力伝達機構８５の「ギヤセットＨ」，「ギヤセットＬ」のモータ３５の２段の変速機構に代えて無断変速機１１７を使用したことで、ギヤ変速時の変速ショックがなく、また、図１３に示すようにモータ３５の高効率点の使用選択の自由度が増し、図８〜図１０に比し高効率域を多く経由する運転方法をとることで、より低燃費運転が可能となる。

図１４は請求項２の第二実施形態に係る動力伝達機構を示し、本実施形態に係る動力伝達機構１３１は、総てを同軸上に配置した前記実施形態に代え、モータ３５を外部に配置したもので、外部に配したモータ３５のモータ出力軸４５-1にドライブプーリー１１９を装着し、遊星ギヤ機構５３のサンギヤ５５が取り付くモータ出力軸４５にドリブンプーリー１２１が設けられている。

尚、その他の構成は前記実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。

本実施形態はこのように構成されており、本実施形態によっても、前記実施形態と同様、所期の目的を達成することができることは勿論、モータ３５を外部に配置することで入出力軸が増えるため、モータ３５の駆動力を利用するより多くの利用方法が考えられると共に、モータ３５の故障時のメンテナンスが容易となる利点を有する。

３１エンジン
３３メインクラッチ
３５モータ
３７変速機
３９終減速機
４１エンジン出力軸
４３エンジン駆動軸
４５，４５-1 モータ出力軸
４７ロータ
４９モータブレーキ
５１，６７，８３ブレーキディスク
５３，６９，８９，１０１遊星ギヤ機構
５５，７１，９１，１０３サンギヤ
５７，７３，９３，１０５アウターギヤ
５９，７５，９７，１０７プラネタリギヤ
６１，７７，９５，１０９プラネタリキャリア
６５，８１ギヤブレーキ
８５，１１３，１１５，１３１動力伝達機構
８７タイヤ
１１７無断変速機
１１９ドライブプーリー
１２１ドリブンプーリー
１２３ベルト

Claims

エンジン，メインクラッチ，モータ／発電機，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータ／発電機の動力を併用するハイブリッド車の動力伝達機構であって、
前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸と別体に回転可能な前記モータ／発電機のモータ出力軸と、
該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、
前記モータ出力軸の一端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、該モータ出力軸の一端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤとピッチ円径を同じくするアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた第１の遊星ギヤ機構と、
前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、該モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤよりピッチ円径が大きいアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた第２の遊星ギヤ機構とからなり、
前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、２つの前記ギヤブレーキを解放とすることで、エンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、
２つの前記ギヤブレーキの一方を固定し、他方のギヤブレーキとメインクラッチ，モータブレーキを解放することで、モータ／発電機の駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、
前記メインクラッチを繋ぎ、２つの前記ギヤブレーキの一方を固定し、他方のギヤブレーキとモータブレーキを解放することで、モータ／発電機の駆動力が一方の前記遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、
モータ／発電機駆動時の前記第１，２の遊星ギヤ機構の切換え操作で、モータ／発電機の使用するトルク〜回転数領域を選択可能としたことを特徴とするハイブリッド車の動力伝達機構。
エンジン，メインクラッチ，モータ／発電機，変速機，終減速機を同軸上に配置し、エンジンとモータ／発電機の動力を併用するハイブリッド車の動力伝達機構であって、
前記メインクラッチから変速機に繋がるエンジン駆動軸と別体に回転可能な前記モータ／発電機のモータ出力軸と、
前記モータ出力軸の一端側に装着され、該モータ出力軸を解放／固定するモータブレーキと、
前記モータ出力軸の他端側と前記エンジン駆動軸との間に装着され、前記モータ出力軸の他端側に設けられたサンギヤ，前記エンジン駆動軸に設けられ、該サンギヤとピッチ円径を同じくするアウターギヤ，前記サンギヤとアウターギヤが噛合する複数のプラネタリギヤ，該プラネタリギヤの公転運動を拾うプラネタリキャリア，該プラネタリキャリアの一端側に装着され、該プラネタリキャリアを解放／固定するギヤブレーキとを備えた遊星ギヤ機構と、
前記遊星ギヤ機構と前記モータ／発電機との間のモータ出力軸に装着された無断変速機とからなり、
前記メインクラッチとモータブレーキを固定とし、前記ギヤブレーキを解放とすることでエンジンの駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、
前記ギヤブレーキを固定し、メインクラッチ，モータブレーキを解放することで、モータ／発電機の駆動力のみがエンジン駆動軸から変速機に伝達され、
前記メインクラッチを繋ぎ、前記ギヤブレーキを固定し、モータブレーキを解放することで、モータ／発電機の駆動力が前記遊星ギヤ機構からエンジン駆動軸に伝達されてエンジンの駆動力と混合し、
前記無断変速機の変速操作で、モータ／発電機の使用するトルク〜回転数領域を選択可能としたことを特徴とするハイブリッド車の動力伝達機構。