JP5747081B2 - 自動車用駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、走行用の駆動源として、エンジン（主として内燃機関）と２つの電動モータを備えたハイブリッド型の自動車用駆動システムに関するものである。

従来のこの種の自動車用駆動システムとして、特許文献１に示されるように、エンジンとトランスミッションとモータジェネレータを組み合わせ、トランスミッションの駆動軸と被駆動軸とを、駆動軸に設けられた偏心体駆動装置と被駆動軸に設けられたワンウェイ・クラッチとにより接続し、トランスミッションの駆動軸にエンジンの出力を導入すると共に、モータジェネレータをクラッチを介して、トランスミッションの入力側、または、ワンウェイ・クラッチの出力側に選択的に接続可能とし、あるいは、トランスミッションの入力側とワンウェイ・クラッチの出力側の両方に同時に接続可能に構成したハイブリッド型の駆動システムが知られている。

この駆動システムでは、エンジンの駆動力だけを利用したエンジン走行、モータジェネレータの駆動力だけを利用したＥＶ走行、エンジンの駆動力とモータジェネレータの駆動力の両方を利用したパラレル走行を行うことができる。また、モータジェネレータの回生動作を利用することにより、減速時に回生エネルギーを得ることができると同時に、回生ブレーキを駆動車輪に利かせることもできる。また、モータジェネレータでエンジンを始動させることもできる。さらに、この駆動システムでは、偏心体駆動装置によりトランスミッションの変速比を無段階に調整することにより、エンジンを最適な回転数で駆動することができる。

日本国特表２００５−５０２５４３号公報

ところで、この駆動システムでは、モータジェネレータの駆動力によってＥＶ走行している状態からエンジン走行へ切り替える時に、モータジェネレータの駆動力で走行しながら同時にモータジェネレータの駆動力でエンジンを始動させなければならないため、駆動車輪へ伝達するトルクに変動が生じるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＶ走行からエンジン走行へ切り替えるときの駆動車輪に伝達するトルクの変動を無くしてスムーズな走行を行うことを可能にする自動車用駆動システムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、請求項１に係る自動車用駆動システム（例えば、後述の実施形態における自動車用駆動システム１）は、
回転動力を発生するエンジン（例えば、後述の実施形態におけるＥＮＧ）と、
該エンジンの発生する回転動力を変速して出力する無段変速機構（例えば、後述の実施形態におけるトランスミッションＴＭ）と、
該無段変速機構の出力部に設けられ、入力部材（例えば、後述の実施形態における入力部材１２２）と出力部材（例えば、後述の実施形態における出力部材１２１）と入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材（例えば、後述の実施形態におけるローラ１２３）とを有し、前記無段変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチ（例えば、後述の実施形態におけるワンウェイ・クラッチＯＷＣ）と、
該ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪（例えば、後述の実施形態における駆動車輪２）に伝える被回転駆動部材（例えば、後述の実施形態における被回転駆動部材１１）と、
前記エンジンと無段変速機構との間に配置された第１の電動モータ（例えば、後述の実施形態における第１のモータジェネレータＭＧ１）と、
前記被回転駆動部材に接続された第２の電動モータ（例えば、後述の実施形態における第２のモータジェネレータＭＧ２）と、
を備え、
前記第２の電動モータにより前記出力部材に回転動力を伝達させている状態から前記エンジンにより前記出力部材に回転動力を伝達させる状態に切り替えるとき、前記無断変速機の変速比を前記ワンウェイ・クラッチの入力側回転数が出力側回転数よりも小さくなるように設定することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、
前記エンジンと前記第１の電動モータとの間に、動力の伝達および遮断が可能なクラッチ機構（例えば、後述の実施形態におけるクラッチ機構ＣＬ）が設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の構成において、
前記無段変速機構が、
回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、後述の実施形態における入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、後述の実施形態における入力軸１０１）と、
該入力中心軸線の周囲に周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、後述の実施形態における偏心量ｒ１）を変更可能な各第１支点（例えば、後述の実施形態における第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の偏心ディスク（例えば、後述の実施形態における偏心ディスク１０４）と、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、後述の実施形態における出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、後述の実施形態における出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、後述の実施形態における入力部材１２２）と、入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材（例えば、後述の実施形態におけるローラ１２３）とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチ（例えば、後述の実施形態におけるワンウェイ・クラッチ１２０）と、
それぞれ一端が前記各偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、後述の実施形態における第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材（例えば、後述の実施形態における連結部材１３０）と、
前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータ（例えば、後述の実施形態におけるアクチュエータ１８０）を備え、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構（例えば、後述の実施形態における変速比可変機構１１２）と、
を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる４節リンク機構式の無段変速機構として構成されており、
前記第１の電動モータが前記無段変速機構の入力軸に連結され、
前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチ（例えば、後述の実施形態におけるワンウェイ・クラッチ１２０）が、前記無段変速機構の出力部と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチ（例えば、後述の実施形態におけるワンウェイ・クラッチＯＷＣ）を兼ねていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、エンジンの駆動力を利用したエンジン走行、第１の電動モータまたは／および第２の電動モータの駆動力を利用したＥＶ走行、エンジンの駆動力と第１の電動モータまたは／および第２の電動モータの駆動力を利用したパラレル走行を任意に選択して実行することができる。特に第１の電動モータの駆動力を利用して走行する際に、無段変速機構の変速比を調整することにより、第１の電動モータを、最も高い効率点を無段階で選択しながら運転することができる。また、第２の電動モータの駆動力を利用してＥＶ走行している状態でエンジン走行に切り替える場合、無段変速機構の変速比の設定により、第１の電動モータによってショックなくエンジンを始動させることができる。つまり、無段変速機構の変速比を、ワンウェイ・クラッチの入力側回転数が出力側回転数より小さくなるように設定することにより、エンジンおよび第１の電動モータを駆動車輪側から切り離すことができ、駆動車輪側にトルクの変動が伝わらないようにエンジンの始動を行うことができ、スムーズな走行を実現することができる。また、ワンウェイ・クラッチの働きにより、第２の電動モータの駆動力で走行している状態から、第１の電動モータまたは／およびエンジンの駆動力で走行する状態に切り替える動作、またはその逆に、第１の電動モータまたは／およびエンジンの駆動力で走行している状態から、第２の電動モータの駆動力で走行する状態に切り替える動作をスムーズに行うことができる。

請求項２の発明によれば、クラッチ機構を切断状態にすることにより、エンジンを引き摺ることなく、また無段変速機構を介することにより駆動車輪側の回転数に関係なく、要求出力に対して最も高効率な点で第１の電動モータを運転することができ、エネルギーロスを減らすことができる。

請求項３の発明によれば、４節クランク機構式の無段変速機構の中の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、無段変速機構の出力部と被回転駆動部材との間に設けられたワンウェイ・クラッチを兼ねているため、ワンウェイ・クラッチの数を減らすことができ、構成を簡素化することができる。

本発明の実施形態の自動車用駆動システムのスケルトン図である。 同システムの要部である無限・無段変速機構の具体的な構成を示す断面図である。 同変速機構の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。 同変速機構における変速比可変機構による変速原理の前半部分の説明図であり、（ａ）は偏心ディスク１０４の中心点である第１支点Ｏ３の回転中心である入力中心軸線Ｏ１に対する偏心量ｒ１を「大」にして変速比ｉを「小」に設定した状態を示す図、（ｂ）は偏心量ｒ１を「中」にして変速比ｉを「中」に設定した状態を示す図、（ｃ）は偏心量ｒ１を「小」にして変速比ｉを「大」に設定した状態を示す図、（ｄ）は偏心量ｒ１を「ゼロ」にして変速比ｉを「無限大（∞）」に設定した状態を示す図である。 同変速機構における変速比可変機構による変速原理の後半部分の説明図であって、偏心ディスクの偏心量ｒ１を変更して変速比ｉを変えた場合のワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２の変化を示す図であり、（ａ）は偏心量ｒ１を「大」にし変速比ｉを「小」にすることで、入力部材１２２の揺動角度θ２が「大」になった状態を示す図、（ｂ）は偏心量ｒ１を「中」にし変速比ｉを「中」にすることで、入力部材１２２の揺動角度θ２が「中」になった状態を示す図、（ｃ）は偏心量ｒ１を「小」にし変速比ｉを「大」にすることで、入力部材１２２の揺動角度θ２が「小」になった状態を示す図である。 ４節リンク機構として構成された前記無限・無段変速機構の駆動力伝達原理の説明図である。 同変速機構において、入力軸と共に等速回転する偏心ディスクの偏心量ｒ１（変速比ｉ）を「大」、「中」、「小」と変化させた場合の、入力軸の回転角度θとワンウェイ・クラッチの入力部材の角速度ω２の関係を示す図である。 同変速機構において、複数の連結部材によって入力側（入力軸や偏心ディスク）から出力側（ワンウェイ・クラッチの出力部材）へ動力が伝達される際の出力の取り出し原理を説明するための図である。 同実施形態の駆動システムにおいて、第１のモータジェネレータの駆動力によりＥＶ走行する際の効率の良さを説明するための図であり、（ａ）は第１のモータジェネレータの下流側に無限・無段変速機構が付いている本実施形態の場合のモータ効率マップを示す特性図、（ｂ）は第１のモータジェネレータの下流側に無限・無段変速機構が付いておらず変速比が一定のギヤが付いている比較例の場合のモータ効率マップを示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態の自動車用駆動システムのスケルトン図、図２は同駆動システムの要部である無限・無段変速機構の具体的な構成を示す断面図、図３は同無限・無段変速機構の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。

《全体構成》
図１に示すように、この自動車用駆動システム１は、回転動力を発生するエンジン（内燃機関）ＥＮＧと、エンジンＥＮＧの下流側に設けられ、エンジンＥＮＧの発生する回転動力を無段階に変速して出力するトランスミッション（無段変速機構）ＴＭと、エンジンＥＮＧとトランスミッションＴＭの間に配置された第１のモータジェネレータ（第１の電動モータ）ＭＧ１と、トランスミッションＴＭの出力部に設けられ、エンジンＥＮＧ側から駆動車輪２側への動力のみ伝達するワンウェイ・クラッチＯＷＣと、このワンウェイ・クラッチＯＷＣを介して伝達された出力回転を受けて駆動車輪２に伝達する被回転駆動部材１１と、この被回転駆動部材１１に接続された第２のモータジェネレータ（第２の電動モータ）ＭＧ２と、を備える。また、自動車用駆動システム１は、エンジンＥＮＧと第１のモータジェネレータＭＧ１との間に設けられて、エンジンＥＮＧと第１のモータジェネレータＭＧ１との間の動力の伝達／遮断が可能なクラッチ機構ＣＬと、エンジンＥＮＧとクラッチ機構ＣＬの間に設けられたフライホイールＦＷと、第１のモータジェネレータＭＧ１および／または第２のモータジェネレータＭＧ２との間で電力のやりとりが可能なバッテリ（図示略）と、各種要素を制御することで走行パターンなどの制御を行う制御手段（図示略）と、をさらに備えている。

ワンウェイ・クラッチＯＷＣは、図３に示すように、入力部材（クラッチアウタ）１２２と、出力部材（クラッチインナ）１２１と、これら入力部材１２２および出力部材１２１の間に配されて両部材１２２、１２１を互いにロック状態または非ロック状態にする複数のローラ（係合部材）１２３と、ロック状態を与える方向にローラ１２３を付勢する付勢部材１２６とを有する。そして、トランスミッションＴＭからの各回転動力を受ける入力部材１２２の正方向（矢印ＲＤ１方向）の回転速度が、出力部材１２１の正方向の回転速度を上回ったとき、入力部材１２２と出力部材１２１が互いにロック状態になることにより、入力部材１２２に入力された回転動力を出力部材１２１に伝達する。

ワンウェイ・クラッチＯＷＣはディファレンシャル装置１０に隣接して配置されており、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの出力部材１２１は被回転駆動部材１１に連結されている。被回転駆動部材１１は、ディファレンシャル装置１０のデフケースを備えて構成されており、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの出力部材１２１に伝達された回転動力は、ディファレンシャル装置１０および左右のアクスルシャフト１３Ｌ、１３Ｒを介して、左右の駆動車輪２に伝達される。ディファレンシャル装置１０のデフケース（被回転駆動部材１１）には、図示しないデフピニオンやサイドギヤが取り付けられており、左右のサイドギヤに左右のアクスルシャフト１３Ｌ、１３Ｒが連結され、左右のアクスルシャフト１３Ｌ、１３Ｒは差動回転する。

図１に示すように、第２のモータジェネレータＭＧ２と被回転駆動部材１１は、第２のモータジェネレータＭＧ２のロータ軸（出力軸）Ｓ２に取り付けたドライブギヤ１５と被回転駆動部材１１に設けたドリブンギヤ１２とが噛合することにより、動力伝達可能に接続されている。例えば、第２のモータジェネレータＭＧ２がモータとして機能するときは、第２のモータジェネレータＭＧ２から被回転駆動部材１１に駆動力が伝達される。また、第２のモータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させるときは、被回転駆動部材１１から第２のモータジェネレータＭＧ２に動力が入力され、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。同時に、第２のモータジェネレータＭＧ２から被回転駆動部材１１に回生制動力が作用する。なお、第２のモータジェネレータＭＧ２と被回転駆動部材１１との間の動力伝達は、ドライブギヤ１５とドリブンギヤ１２からなる減速ギヤ機構の代わりに、遊星ギヤ機構によって行われてもよい。

また、第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ軸Ｓ１は、トランスミッションＴＭの入力軸１０１に接続されるとともに、エンジンＥＮＧの出力軸ＳにフライホイールＦＷ及びクラッチ機構ＣＬを介して接続され、エンジンＥＮＧの出力軸ＳとトランスミッションＴＭの入力軸１０１との間で動力の相互伝達を行う。この場合も、第１のモータジェネレータＭＧ１がモータとして機能するときは、第１のモータジェネレータＭＧ１からトランスミッションＴＭの入力軸１０１や、クラッチ機構ＣＬを介してエンジンＥＮＧの出力軸Ｓに駆動力が伝達される。また、第１のモータジェネレータＭＧ１が発電機として機能するときは、エンジンＥＮＧの出力軸Ｓから第１のモータジェネレータＭＧ１に動力が伝達される。

以上の要素を備えたこの駆動システム１では、エンジンＥＮＧおよび第１のモータジェネレータＭＧ１の発生する回転動力が、トランスミッションＴＭを介してワンウェイ・クラッチＯＷＣに入力され、ワンウェイ・クラッチＯＷＣを介して被回転駆動部材１１に入力されて、ディファレンシャル装置１０から駆動車輪２に伝達される。あるいは、第２のモータジェネレータＭＧ２の発生する回転動力が、ギヤ１５、１２を介して被回転駆動部材１１に入力されて、ディファレンシャル装置１０から駆動車輪２に伝達される。

《トランスミッションの構成》
次に、この駆動システム１に用いられているトランスミッションＴＭについて説明する。
トランスミッションＴＭは無段変速機構により構成されている。この場合の無段変速機構は、ＩＶＴ（Infinity Variable Transmission＝クラッチを使用せずに変速比を無限大にして出力回転をゼロにできる方式の変速機構）と呼ばれるものの一種であり、変速比（レシオ＝ｉ）を無段階に変更できると共に、変速比の最大値を無限大（∞）に設定することのできる、無限・無段変速機構ＢＤにより構成されている。

この無限・無段変速機構ＢＤは、図２および図３に構成を示すように、エンジンＥＮＧからの回転動力を受けることで入力中心軸線Ｏ１の周りを回転する入力軸１０１と、入力軸１０１と一体回転する複数の偏心ディスク１０４と、入力側と出力側を結ぶための偏心ディスク１０４と同数の連結部材１３０と、出力側に設けられたワンウェイ・クラッチ１２０とを備えている。

複数の偏心ディスク１０４は、それぞれ第１支点Ｏ３を中心とした円形形状に形成されている。第１支点Ｏ３は、入力軸１０１の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが、入力中心軸線Ｏ１に対する偏心量ｒ１を変更可能で、且つ、該偏心量ｒ１を保ちつつ、入力中心軸線Ｏ１の周りに入力軸１０１と共に回転するように設定されている。従って、複数の偏心ディスク１０４は、それぞれに偏心量ｒ１を保った状態で、入力中心軸線Ｏ１の周りに入力軸１０１の回転に伴って偏心回転するように設けられている。

偏心ディスク１０４は、図３に示すように、外周側円板１０５と、入力軸１０１に一体形成された内周側円板１０８とで構成されている。内周側円板１０８は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１に対して一定の偏心距離だけ中心を偏奇させた肉厚円板として形成されている。外周側円板１０５は、第１支点Ｏ３を中心にした肉厚円板として形成されており、その中心（第１支点Ｏ３）を外れた位置に中心を持つ第１円形孔１０６を有している。そして、この第１円形孔１０６の内周に回転可能に内周側円板１０８の外周が嵌っている。

また、内周側円板１０８には、入力中心軸線Ｏ１を中心とすると共に周方向の一部が内周側円板１０８の外周に開口した第２円形孔１０９が設けられており、その第２円形孔１０９の内部にピニオン１１０が回転自在に収容されている。ピニオン１１０の歯は、第２円形孔１０９の外周の開口を通して、外周側円板１０５の第１円形孔１０６の内周に形成した内歯歯車１０７に噛み合っている。この場合、ピニオン１１０の歯数と内歯歯車１０７の歯数の比は１：２となっている。

このピニオン１１０は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１と同軸に回転するように設けられている。即ち、ピニオン１１０の回転中心と入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１とが一致している。ピニオン１１０は、図２に示すように、直流モータ及び減速機構によって構成されるアクチュエータ１８０により、第２円形孔１０９の内部で回転させられる。通常時は、入力軸１０１の回転と同期させてピニオン１１０を回転させ、同期する回転数を基準として、ピニオン１１０に入力軸１０１の回転数を上回るか下回るかする回転数を与えることにより、ピニオン１１０を入力軸１０１に対して相対回転させる。例えば、ピニオン１１０およびアクチュエータ１８０の出力軸が互いに連結されるように配置し、アクチュエータ１８０の回転が入力軸１０１の回転に対して回転差が生じる場合には、その回転差に減速比をかけた分だけ入力軸１０１とピニオン１１０の相対角度が変化する減速機構（例えば遊星歯車）を用いることで実現できる。この際、アクチュエータ１８０と入力軸１０１の回転差がなく同期している場合には偏心量ｒ１は変化しない。

従って、ピニオン１１０を回すことにより、ピニオン１１０の歯が噛合している内歯歯車１０７つまり外周側円板１０５が内周側円板１０８に対して相対回転し、それにより、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）と外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）との間の距離（つまり偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１）が変化する。

この場合、ピニオン１１０の回転によって、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）に外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）を一致させることができるように設定されており、両中心を一致させることにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」に設定できる。

また、ワンウェイ・クラッチ１２０は、入力中心軸線Ｏ１から離れた出力中心軸線Ｏ２の周りを回転する出力部材（クラッチインナ）１２１と、外部から回転方向の動力を受けることで出力中心軸線Ｏ２の周りを揺動するリング状の入力部材（クラッチアウタ）１２２と、これら入力部材１２２および出力部材１２１を互いにロック状態または非ロック状態にするために入力部材１２２と出力部材１２１の間に挿入された複数のローラ（係合部材）１２３と、ロック状態を与える方向にローラ１２３を付勢する付勢部材１２６とを有する。そして、ワンウェイ・クラッチ１２０は、入力部材１２２の正方向（例えば、図３中の矢印ＲＤ１で示す方向）の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を上回ったとき、入力部材１２２に入力された回転動力を出力部材１２１に伝達し、それにより、入力部材１２２の揺動運動を出力部材１２１の回転運動に変換することができるようになっている。

図２に示すように、ワンウェイ・クラッチ１２０の出力部材１２１は、軸方向に一体に連続した部材として構成されたものであるが、入力部材１２２は、軸方向に複数に分割されており、偏心ディスク１０４および連結部材１３０の数だけ、軸方向に各々独立して揺動できるように配列されている。そして、ローラ１２３は、入力部材１２２毎に、入力部材１２２と出力部材１２１との間に挿入されている。

リング状の各入力部材１２２上の周方向の１箇所には張り出し部１２４が設けられており、その張り出し部１２４に、出力中心軸線Ｏ２から離間した第２支点Ｏ４が設けられている。そして、各入力部材１２２の第２支点Ｏ４上にピン１２５が配置され、このピン１２５によって、連結部材１３０の先端（他端部）１３２が入力部材１２２に回転自在に連結されている。

連結部材１３０は、一端側にリング部１３１を有し、そのリング部１３１の円形開口１３３の内周が、ベアリング１４０を介して、偏心ディスク１０４の外周に回転自在に嵌合されている。従って、このように連結部材１３０の一端が偏心ディスク１０４の外周に回転自在に連結されると共に、連結部材１３０の他端が、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２上に設けられた第２支点Ｏ４に回動自在に連結されることにより、入力中心軸線Ｏ１、第１支点Ｏ３、出力中心軸線Ｏ２、第２支点Ｏ４の４つの節を回動点とする四節リンク機構が構成される。そして、入力軸１０１から偏心ディスク１０４に与えられる回転運動が、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２に対して該入力部材１２２の揺動運動として伝えられ、その入力部材１２２の揺動運動が出力部材１２１の回転運動に変換される。

その際、ピニオン１１０、ピニオン１１０を収容する第２円形孔１０９を備えた内周側円板１０８、内周側円板１０８を回転可能に収容する第１円形孔１０６を備えた外周側円板１０５、アクチュエータ１８０などにより構成された変速比可変機構１１２の前記ピニオン１１０をアクチュエータ１８０で動かすことにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を変化させることができる。そして、偏心量ｒ１を変更することで、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を変更することができ、それにより、入力軸１０１の回転数に対する出力部材１２１の回転数の比（変速比：レシオｉ）を変えることができる。即ち、入力中心軸線Ｏ１に対する第１支点Ｏ３の偏心量ｒ１を調節することで、偏心ディスク１０４からワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２に伝えられる揺動運動の揺動角度θ２を変更する。それにより、入力軸１０１に入力される回転動力が、偏心ディスク１０４および連結部材１３０を介してワンウェイ・クラッチ１２０の出力部材１２１に回転動力として伝達される際の変速比を変更することができる。

本実施形態では、エンジンＥＮＧの出力軸Ｓと連結された第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ軸Ｓ１が、この無限・無段変速機構ＢＤの入力軸１０１に一体に連結されている。また、無限・無段変速機構ＢＤの構成要素であるワンウェイ・クラッチ１２０が、トランスミッションＴＭと被回転駆動部材１１との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチＯＷＣを兼ねている。

図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、無限・無段変速機構ＢＤにおける変速比可変機構１１２による変速原理の説明図である。図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、変速比可変機構１１２のピニオン１１０を回転させて、内周側円板１０８に対して外周側円板１０５を回転させることにより、偏心ディスク１０４の入力中心軸線Ｏ１（ピニオン１１０の回転中心）に対する偏心量ｒ１を調節することができる。

例えば、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「大」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を大きくすることができるので、小さな変速比ｉを実現することができる。また、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「中」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「中」にすることができるので、中くらいの変速比ｉを実現することができる。また、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「小」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を小さくすることができるので、大きな変速比ｉを実現することができる。また、図４（ｄ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「ゼロ」にすることができるので、変速比ｉを「無限大（∞）」にすることができる。

図６は４節リンク機構として構成された前記無限・無段変速機構ＢＤの駆動力伝達原理の説明図、図７は同変速機構ＢＤにおいて、入力軸１０１と共に等速回転する偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１（変速比ｉ）を「大」、「中」、「小」と変化させた場合の、入力軸１０１の回転角度（θ）とワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の角速度ω２の関係を示す図、図８は同変速機構ＢＤにおいて、複数の連結部材１３０によって入力側（入力軸１０１や偏心ディスク１０４）から出力側（ワンウェイ・クラッチ１２０の出力部材１２１）へ動力が伝達される際の出力の取り出し原理を説明するための図である。

図６に示すように、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２は、連結部材１３０を介して偏心ディスク１０４から与えられる動力により揺動運動する。偏心ディスク１０４を回転させる入力軸１０１が１回転すると、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２は１往復揺動する。図７に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１の値に関係なく、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２の揺動周期は常に一定である。入力部材１２２の角速度ω２は、偏心ディスク１０４（入力軸１０１）の回転角速度ω１と偏心量ｒ１によって決まる。

入力軸１０１とワンウェイ・クラッチ１２０を繋ぐ複数の連結部材１３０の一端（リング部１３１）は、入力中心軸線Ｏ１の周りに周方向等間隔で設けられた偏心ディスク１０４に回転自在に連結されている。したがって、各偏心ディスク１０４の回転運動によりワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２にもたらされる揺動運動は、図８に示すように、一定の位相で順番に起こることになる。

その際、ワンウェイ・クラッチ１２０の入力部材１２２から出力部材１２１への動力（トルク）の伝達は、入力部材１２２の正方向（図３中矢印ＲＤ１方向）の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えた条件でのみ行われる。つまり、ワンウェイ・クラッチ１２０では、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より高くなったときに初めてローラ１２３を介しての噛み合い（ロック）が発生し、連結部材１３０により、入力部材１２２の動力が出力部材１２１に伝達され、駆動力が発生する。

１つの連結部材１３０による駆動が終了した後は、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より低下すると共に、他の連結部材１３０の駆動力によってローラ１２３によるロックが解除されて、フリーな状態（空転状態）に戻る。これが、連結部材１３０の数だけ順番に行われることで、揺動運動が一方向の回転運動に変換される。そのため、出力部材１２１の回転速度を超えたタイミングの入力部材１２２の動力のみが出力部材１２１に順番に伝えられ、ほぼ平滑に均された回転動力が出力部材１２１に与えられる。

また、この４節リンク機構式の無限・無段変速機構ＢＤでは、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を変更することで、変速比（レシオ＝エンジンＥＮＧの出力軸であるクランク軸の１回転でどれだけ被回転駆動部材１１を回転させるか）を決めることができる。この場合、偏心量ｒ１をゼロに設定することで、変速比ｉを無限大に設定することができ、エンジンＥＮＧの回転中にも拘わらず、入力部材１２２に伝達される揺動角度θ２をゼロにすることができる。

また、この駆動システムでは、エンジンＥＮＧの回転数、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの入力部材１２２の回転数および出力部材１２１の回転数、被回転駆動部材１１の回転数などをそれぞれ検出するための回転検出手段（図示略）を備えている。ここで、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの出力部材１２１の回転数と被回転駆動部材１１の回転数は同じであり、被回転駆動部材１１の回転数は、車軸（足軸）や第２のモータジェネレータＭＧ２の回転数と等価と見なす。

《制御手段の主な働き》
次に、この駆動システム１において実行する制御内容について説明する。
制御手段は、エンジンＥＮＧ、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、トランスミッションＴＭを構成する無限・無段変速機構ＢＤのアクチュエータ１８０、クラッチ機構ＣＬなどに制御信号を送って、これらの要素を制御することにより、様々な走行パターン（動作パターンとも言う）制御を行う。また、制御手段には、要求出力検出手段、各種要素の回転検出手段、その他の検出手段の信号が入力されている。

そして、制御手段は、エンジンＥＮＧの駆動力のみによるエンジン走行を制御するエンジン走行制御モード、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力または／および第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力によるＥＶ走行を制御するＥＶ走行制御モードなどを選択して実行する機能を有する。また、制御手段は、エンジンＥＮＧの駆動力と第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力または／および第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力の両方を利用して走行するパラレル走行モードを実行する機能も有する。なお、エンジン走行、ＥＶ走行、パラレル走行は、要求駆動力やバッテリの残容量（ＳＯＣ）に応じて、選択して実行される。

以下、第１のモータジェネレータＭＧ１と第２のモータジェネレータＭＧ２の特徴的な使われ方の例について説明する。まず、エンジンＥＮＧを使わず、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力のみでＥＶ走行する場合は、クラッチ機構ＣＬを切断状態にして第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動する。そうすることにより、エンジンＥＮＧを引き摺ることなく、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力を無駄なく、トランスミッションＴＭを介して駆動車輪２側に伝えることができる。この際、トランスミッションＴＭを構成する無限・無段変速機構ＢＤの変速比を調整することにより、駆動車輪２側の回転数に関係なく、第１のモータジェネレータＭＧ１を、要求出力に対して最も高効率な点を無段階に選択しながら運転することができ、エネルギー効率を高めることができる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力によりＥＶ走行する際の効率の良さを説明するための図である。図９（ａ）は第１のモータジェネレータＭＧ１の下流側に無限・無段変速機構ＢＤが付いている本実施形態の場合のモータ効率マップを示す特性図、図９（ｂ）は第１のモータジェネレータＭＧ１の下流側に無限・無段変速機構ＢＤが付いておらず変速比が一定のギヤが付いている比較例の場合のモータ効率マップを示す特性図である。図９（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、横軸は第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数（ＮＭｏｔ：ｒｐｍ）、縦軸は第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク（ＴＲＱ_Ｍｏｔ：Ｎｍ）であり、白丸がＥＶ走行する際の各運転点を示している。

図９（ｂ）の比較例の場合にはＥＶ運転点が効率のあまり良くない範囲にまで広がっているが、図９（ａ）の実施形態の場合にはＥＶ運転点が効率の良い範囲にまとまっている。従って、運転点を高効率点に選択することができるようになり、エネルギー効率の向上が図れることがわかる。

次に、第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力のみでＥＶ走行する場合は、無限・無段変速機構ＢＤの変速比の操作により、無限・無段変速機構ＢＤの上流側と下流側と切り離すことが可能なため、引き摺り損失をほとんど無くすことができる。また、この状態で、駆動車輪２側の回転が第２のモータジェネレータＭＧ２の回転を上回る場合、第２のモータジェネレータＭＧ２を回生運転させることができ、駆動車輪２側に回生制動力を利かせることができる。その場合も、無限・無段変速機構ＢＤの変速比の操作により、無限・無段変速機構ＢＤの上流側と下流側とを切り離しておくことができるため、引き摺り損失を無くしてエネルギー効率を向上させることができる。

また、第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力を利用してＥＶ走行している状態でエンジン走行に切り替える場合、クラッチ機構ＣＬを締結し、第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動してエンジンＥＮＧを始動させるが、その際、無限・無段変速機構ＢＤの変速比の設定により、第１のモータジェネレータＭＧ１によってショックなくエンジンＥＮＧを始動させることができる。つまり、無限・無段変速機構ＢＤの変速比を、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの入力側回転数が出力側回転数より小さくなるように設定することにより、エンジンＥＮＧおよび第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動車輪２側から切り離すことができるので、駆動車輪２側にトルクの変動が伝わらないようにエンジンＥＮＧの始動を行うことができて、スムーズな走行を実現することができる。また、このように第１のモータジェネレータＭＧ１によってエンジンＥＮＧを始動させることができるので、エンジンスタータを別途搭載する必要を無くすことができる。

そして、エンジンＥＮＧの回転数が上昇した段階で、無限・無段変速機構ＢＤの変速比を大側から小側に調節することにより、ワンウェイ・クラッチＯＷＣを介してエンジンＥＮＧの駆動力を駆動車輪２側に乗せることができ、それによりエンジン走行に切り替えることができる。

また、ワンウェイ・クラッチＯＷＣの働きにより、第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力で走行している状態から、第１のモータジェネレータＭＧ１または／およびエンジンＥＮＧの駆動力で走行する状態に切り替える動作、またはその逆に、第１のモータジェネレータＭＧ１または／およびエンジンＥＮＧの駆動力で走行している状態から、第２のモータジェネレータＭＧ２の駆動力で走行する状態に切り替える動作もスムーズに行うことができる。

また、エンジンＥＮＧと第１のモータジェネレータＭＧ１との間に、動力の伝達および遮断が可能なクラッチ機構ＣＬが設けられている。従って、クラッチ機構ＣＬを切断状態にすることにより、エンジンＥＮＧを引き摺ることなく、また無限・無段変速機構ＢＤを介することにより駆動車輪側の回転数に関係なく、要求出力に対して最も高効率な点で第１のモータジェネレータＭＧ１を運転することができ、エネルギーロスを減らすことができる。

また、本実施形態では、４節クランク機構式の無限・無段変速機構ＢＤの中の構成要素であるワンウェイ・クラッチ１２０が、トランスミッションＴＭの出力部と被回転駆動部材１１との間に設けられたワンウェイ・クラッチＯＷＣを兼ねているため、ワンウェイ・クラッチの数を減らすことができ、構成を簡素化することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上記実施形態では、トランスミッションＴＭが、偏心ディスク１０４や連結部材１３０、ワンウェイ・クラッチ１２０を使用した形式のもので構成されている場合を示したが、その他のＣＶＴなどの無段変速機構を用いてもよい。その他の形式の無段変速機構を用いた場合は、ワンウェイ・クラッチＯＷＣを無段変速機構の下流側に装備してもよい。

なお、本発明は、２０１１年７月１４日出願の日本特許出願（特願２０１１−１５５９１８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ 自動車用駆動システム
２ 駆動車輪
１１ 被回転駆動部材（デフケース）
１０１ 入力軸
１０４ 偏心ディスク
１１２ 変速比可変機構
１２０ ワンウェイ・クラッチ
１２１ 出力部材
１２２ 入力部材
１２３ ローラ（係合部材）
１３０ 連結部材
１３１ 一端部（リング部）
１３２ 他端部
１８０ アクチュエータ
ＥＮＧ エンジン
Ｓ 出力軸
ＴＭ 無段変速機構
ＯＷＣ ワンウェイ・クラッチ
ＭＧ１ 第１のモータジェネレータ（第１の電動モータ）
Ｓ１ ロータ軸
ＭＧ２ 第２のモータジェネレータ（第２の電動モータ）
Ｓ２ ロータ軸
ＣＬ クラッチ機構
Ｏ１ 入力中心軸線
Ｏ２ 出力中心軸線
Ｏ３ 第１支点
Ｏ４ 第２支点
ｒ１ 偏心量

Claims (3)

1. 回転動力を発生するエンジンと、
   該エンジンの発生する回転動力を変速して出力する無段変速機構と、
   該無段変速機構の出力部に設けられ、入力部材と出力部材と前記入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記無段変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチと、
   該ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪に伝える被回転駆動部材と、
   前記エンジンと無段変速機構との間に配置された第１の電動モータと、
   前記被回転駆動部材に接続された第２の電動モータと、
   を備え、
   前記第２の電動モータにより前記出力部材に回転動力を伝達させている状態から前記エンジンにより前記出力部材に回転動力を伝達させる状態に切り替えるとき、前記無断変速機の変速比を前記ワンウェイ・クラッチの入力側回転数が出力側回転数よりも小さくなるように設定することを特徴とする自動車用駆動システム。
2. 前記エンジンと前記第１の電動モータとの間に、動力の伝達および遮断が可能なクラッチ機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用駆動システム。
3. 前記無段変速機構が、
   回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
   該入力中心軸線の周囲に周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な各第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の偏心ディスクと、
   前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチと、
   それぞれ一端が前記各偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材と、
   前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを備え、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構と、
   を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる４節リンク機構式の無段変速機構として構成されており、
   前記第１の電動モータが前記無段変速機構の入力軸に連結され、
   前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記無段変速機構の出力部と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチを兼ねていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用駆動システム。

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