JP7234325B2 - ハイブリッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両のハイブリッドシステムに関する。

近年、エンジンおよび駆動モータを駆動源として備えるハイブリッドシステムを搭載した車両、いわゆるハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が急速に普及している。

従来のハイブリッドシステムでは、たとえば、エンジンの動力が発電機（発電用モータジェネレータ）で電力に変換され、発電機で発生する電力が電池に蓄えられて、駆動モータ（駆動用モータジェネレータ）の駆動に使用される。駆動モータの動力は、その回転軸に一体回転するように支持されたモータギヤからデファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤからドライブシャフトを介して駆動輪に伝達される。これにより、ハイブリッドシステムを搭載した車両が走行する。

特開２００７－１８６０３８号公報

従来のハイブリッドシステムの構成では、駆動モータの出力によって、ハイブリッドシステムを搭載した車両の加速力や最高車速などの走行性能が決まる。最大出力が大きい大型の駆動モータを採用すれば、良好な走行性能を得ることができるが、駆動モータに電力を供給する電池の容量（電池を構成する二次電池の数）を増大させる必要が生じる。

本発明の目的は、小型の駆動モータであっても、車両の良好な走行性能を得ることができる、ハイブリッドシステムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るハイブリッドシステムは、車両に搭載されるハイブリッドシステムであって、エンジンと、エンジンの動力を電力に変換する発電機と、発電機の発電電力を使用して駆動され、車両の走行のための動力を出力する駆動モータと、デファレンシャルギヤと、サンギヤ、キャリヤ、リングギヤ、およびキャリヤと一体に回転するキャリヤギヤを備える遊星歯車機構とを含み、キャリヤギヤにエンジンの動力が入力され、サンギヤに駆動モータの動力が入力され、リングギヤが固定されており、キャリヤとデファレンシャルギヤとの間で動力が伝達される。

この構成によれば、遊星歯車機構のサンギヤに駆動モータの動力が入力され、リングギヤが固定されている。そのため、駆動モータの動力により回転するサンギヤの回転は、サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との和をサンギヤの歯数で除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤに伝達される。そして、キャリヤからデファレンシャルギヤに動力が伝達され、その動力がデファレンシャルギヤからドライブシャフトを介して車両の駆動輪に伝達される。これにより、駆動モータのトルクが増大されてデファレンシャルギヤに伝達されるので、最大出力が小さい小型の駆動モータであっても、大きな加速力を得ることができる。また、キャリヤと一体に回転するキャリヤギヤが設けられ、このキャリヤギヤにエンジンの動力が入力される。そのため、デファレンシャルギヤ（駆動輪）に伝達される駆動モータの動力をエンジンの動力でアシストすることができる。

よって、小型の駆動モータであっても、ハイブリッドシステムが搭載された車両の良好な走行性能を得ることができる。また、変速機のローギヤ化および駆動モータの小型化により、ハイブリッドシステムのエネルギ効率の向上を図ることができ、駆動モータの駆動用の電力を蓄えておくための電池の容量を低減することができる。

遊星歯車機構は、サンギヤと噛合するラージピニオンと、ラージピニオンよりも小さいギヤ径を有し、リングギヤと噛合するスモールピニオンとを一体的に有するステップドピニオンギヤを備える構成であってもよい。

このステップドピニオンギヤが遊星歯車機構に採用されることにより、遊星歯車機構の変速比を大きく（ローギヤ化）することができる。

本発明の他の局面に係るハイブリッドシステムは、車両に搭載されるハイブリッドシステムであって、エンジンと、前記エンジンの動力を電力に変換する発電機と、前記発電機の発電電力を使用して駆動され、前記車両の走行のための動力を出力する駆動モータと、デファレンシャルギヤと、サンギヤ、キャリヤ、リングギヤ、および前記サンギヤと一体に回転するドリブンギヤを備える遊星歯車機構とを含み、前記ドリブンギヤに前記エンジンの動力が入力され、前記キャリヤに前記駆動モータの動力が入力され、前記リングギヤが固定されており、前記サンギヤと前記デファレンシャルギヤとの間で動力が伝達される。

この構成によれば、本発明の一の局面に係るハイブリッドシステムの構成と同様の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、小型の駆動モータであっても、ハイブリッドシステムが搭載された車両の良好な走行性能を得ることができる。言い換えれば、ハイブリッドシステムが搭載された車両の良好な走行性能を確保しながら、駆動モータの小型化を図ることができる。その結果、駆動モータの駆動用の電力を蓄えておくための電池の容量を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムのスケルトン図である。 図１に示されるハイブリッドシステムの各動力伝達モードにおけるブレーキ、クラッチおよび駆動モータの状態を示す図である。 図１に示される遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 ハイブリッドシステムの遊星歯車機構にステップドピニオンギヤを採用した構成を示すスケルトン図である。 ステップドピニオンギヤが採用された遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 本発明の他の実施形態に係るハイブリッドシステムのスケルトン図である。 図６に示されるハイブリッドシステムの各動力伝達モードにおけるクラッチ、ツーウェイクラッチおよび駆動モータの状態を示す図である。 図６に示される遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 ハイブリッドシステムにワンウェイクラッチを採用した構成を示すスケルトン図である。 図９に示されるハイブリッドシステムの各動力伝達モードにおけるクラッチ、ワンウェイクラッチおよび駆動モータの状態を示す図である。 図９に示される遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るハイブリッドシステムのスケルトン図である。 図１２に示されるハイブリッドシステムの各動力伝達モードにおけるブレーキ、クラッチおよび駆動モータの状態を示す図である。 図１２に示される遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るハイブリッドシステムのスケルトン図である。 図１５に示される遊星歯車機構のサンギヤ、キャリヤおよびリングギヤの回転数の関係を示す共線図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッドシステムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステム１のスケルトン図である。

ハイブリッドシステム１は、エンジン２、発電機３および駆動モータ４を含む。

エンジン２には、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。

発電機３は、モータジェネレータ（ＭＧ１）からなる。発電機３には、インバータなどを内蔵する発電機コントローラが接続されている。発電機コントローラには、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる電池が接続されている。発電機３から出力される交流電力は、発電機コントローラにより直流電力に変換されて、その直流電力が電池に供給されることにより、電池が充電される。

駆動モータ４は、モータジェネレータ（ＭＧ２）からなる。駆動モータ４には、インバータなどを内蔵するモータコントローラが接続されている。モータコントローラには、電池が接続されている。電池から出力される直流電力がモータコントローラに供給され、その直流電力がモータコントローラにより交流電力に変換されて、交流電力が駆動モータ４に供給されることにより、駆動モータ４が駆動される。

エンジン２のクランクシャフト１１と一体回転するように、エンジンギヤ１２が設けられている。また、発電機３の回転軸１３と一体回転するように、発電機ギヤ１４が設けられている。エンジンギヤ１２と発電機ギヤ１４とは、噛合している。発電機ギヤ１４は、エンジンギヤ１２よりもギヤ径が小さい。そのため、エンジン２の動力は、エンジンギヤ１２から発電機ギヤ１４に増速して伝達される。

駆動モータ４の回転軸１５は、遊星歯車機構１６に接続されている。遊星歯車機構１６は、サンギヤ２１、キャリヤ２２およびリングギヤ２３を備えている。サンギヤ２１は、駆動モータ４の回転軸１５と一体回転するように設けられている。キャリヤ２２は、複数個のピニオンギヤ２４を回転可能に支持している。複数個のピニオンギヤ２４は、円周上に配置され、サンギヤ２１と噛合している。リングギヤ２３は、複数個のピニオンギヤ２４を一括して取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ２４に回転径方向の外側から噛合している。

また、遊星歯車機構１６は、キャリヤ２２と一体回転するキャリヤギヤ２５を備えている。キャリヤギヤ２５には、伝達ギヤ２６が噛合している。伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１と同一の回転軸線を有し、その回転軸線を中心に回転可能に設けられている。

キャリヤギヤ２５の中心には、駆動モータ４の回転軸１５と平行な方向に延びるアウトプット軸３１が接続されている。アウトプット軸３１と一体回転するように、出力ギヤ３２が設けられている。出力ギヤ３２は、デファレンシャルギヤ３３のデフケース３４に結合されたリングギヤ３５と噛合している。

また、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が設けられている。クラッチＣ１は、たとえば、油圧により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とを一体回転可能に結合する係合状態と、その結合を解除する解放状態とに切り替えられる。ブレーキＢ１は、たとえば、油圧により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３を固定（制動）する係合状態と、その固定を解除し、リングギヤ２３の回転を許容する解放状態とに切り替えられる。

ハイブリッドシステム１では、エンジン２の動力がエンジンギヤ１２から発電機ギヤ１４に入力され、発電機３により、発電機ギヤ１４に入力されるエンジン２の動力が電力に変換される。

駆動モータ４の動力は、遊星歯車機構１６および出力ギヤ３２を介して、デファレンシャルギヤ３３のリングギヤ３５に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して、ハイブリッドシステム１が搭載された車両の駆動輪３７に伝達される。これにより、駆動輪３７が回転し、車両が走行する。

＜動力伝達モード＞
図２は、ハイブリッドシステム１の各動力伝達モードにおけるブレーキＢ１、クラッチＣ１および駆動モータの状態を示す図である。図３は、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１、キャリヤ２２およびリングギヤ２３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。図２において、「○」は、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が係合状態であることを示している。「×」は、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が解放状態であることを示している。

ハイブリッドシステム１は、動力伝達モードとして、駆動モータ４の動力により車両が前進する「前進」モード、駆動モータ４の動力およびエンジン２の動力により車両が前進する「前進＋直達」モード、駆動モータ４の動力により車両が後進する「後進」モード、ならびに駆動モータ４の動力およびエンジン２の動力により車両が後進する「後進＋直達」モードを有している。

「前進」モードでは、クラッチＣ１が解放され、ブレーキＢ１が係合される。また、駆動モータ４が正転駆動される。クラッチＣ１の解放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、キャリヤギヤ２５に伝達されない。また、ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、駆動モータ４の動力によるサンギヤ２１の回転は、図３に実線で示されるように、サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との和でサンギヤ２１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ２２に伝達される。キャリヤ２２に伝達される駆動モータ４の動力は、出力ギヤ３２からデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、車両が前進する。

「前進」モードでクラッチＣ１が係合されると、「前進」モードから「前進＋直達」モードに切り替わる。クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。そのため、エンジン２が動作中であれば、エンジン２の動力は、伝達ギヤ２６を介してキャリヤギヤ２５に伝達される。そして、エンジン２の動力は、キャリヤギヤ２５から出力ギヤ３２を介してデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、図３に二点鎖線で示されるように、駆動モータ４の動力がエンジン２の動力でアシストされる。

「後進」モードでは、クラッチＣ１が解放され、ブレーキＢ１が係合される。そして、駆動モータ４が逆転駆動（「前進」モード時とは逆方向に回転）される。クラッチＣ１の解放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、キャリヤギヤ２５に伝達されない。また、ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、駆動モータ４の動力により回転するサンギヤ２１の回転は、「前進」モード時と逆回転であり、図３に破線で示されるように、サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との和をサンギヤ２１の歯数で除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ２２に伝達される。キャリヤ２２の回転方向が「前進」モード時と逆方向になるので、キャリヤ２２から出力ギヤ３２、デファレンシャルギヤ３３およびドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される回転（動力）も「前進」モード時と逆方向になり、車両が後進する。

「後進」モードでクラッチＣ１が係合されると、「後進」モードから「後進＋直達」モードに切り替わる。クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。エンジン２は、停止されている。そのため、キャリヤ２２の回転がキャリヤギヤ２５を介して伝達ギヤ２６に伝達され、伝達ギヤ２６の回転がエンジンギヤ１２を介して発電機ギヤ１４に伝達される。発電機３により、発電機ギヤ１４の回転を電力に変換することができる。

＜作用効果＞
以上のように、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１に駆動モータ４の動力が入力され、リングギヤ２３が固定されている。そのため、駆動モータ４の動力により回転するサンギヤ２１の回転は、サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との和でサンギヤ２１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ２２に伝達される。そして、キャリヤ２２からデファレンシャルギヤ３３に動力が伝達され、その動力がデファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して車両の駆動輪３７に伝達される。これにより、駆動モータ４のトルクが増大されてデファレンシャルギヤ３３に伝達されるので、最大出力が小さい小型の駆動モータ４であっても、大きな加速力を得ることができる。また、キャリヤ２２と一体に回転するキャリヤギヤ２５が設けられ、「前進＋直達」モードでは、そのキャリヤギヤ２５にエンジン２の動力が入力される。そのため、デファレンシャルギヤ３３（駆動輪３７）に伝達される駆動モータ４の動力をエンジン２の動力でアシストすることができる。

よって、小型の駆動モータ４であっても、ハイブリッドシステム１が搭載された車両の良好な走行性能を得ることができる。言い換えれば、ハイブリッドシステム１が搭載された車両の良好な走行性能を確保しながら、駆動モータ４の小型化を図ることができる。その結果、駆動モータ４の駆動用の電力を蓄えておくための電池の容量を低減することができる。

＜ステップドピニオンギヤを採用した構成＞
図４は、ハイブリッドシステム１の遊星歯車機構１６にステップドピニオンギヤ５１を採用した構成を示すスケルトン図である。図４において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略し、図４に示される構成について、図１に示される構成との相違点のみを説明する。

図４に示される構成では、遊星歯車機構１６に、ステップドピニオンギヤ５１が採用されている。ステップドピニオンギヤ５１は、スモールピニオン５２およびラージピニオン５３を一体に有している。ラージピニオン５３は、スモールピニオン５２よりもギヤ径が大きく歯数が多い。ラージピニオン５３は、サンギヤ２１と噛合している。リングギヤ２３は、複数個のステップドピニオンギヤ５１のスモールピニオン５２を一括して取り囲み、各スモールピニオン５２と噛合している。

図５は、ステップドピニオンギヤ５１が採用された遊星歯車機構１６のサンギヤ２１、キャリヤ２２およびリングギヤ２３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。

ステップドピニオンギヤ５１は、スモールピニオン５２の歯数がラージピニオン５３の歯数よりも小さいので、ステップドピニオンギヤ５１が採用された構成では、図１に示される構成の場合（図５に点線で示す。）と比較して、遊星歯車機構１６の変速比を大きく（ローギヤ化）することができる。

＜ハイブリッドシステムの他の構成＞
図６は、本発明の他の実施形態に係るハイブリッドシステム１０１のスケルトン図である。図６において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略し、ハイブリッドシステム１０１について、図１に示されるハイブリッドシステム１との相違点のみを説明する。

ハイブリッドシステム１０１では、駆動モータ４の回転軸１５は、遊星歯車機構１０２に接続されている。遊星歯車機構１０２は、サンギヤ１１１、キャリヤ１１２およびリングギヤ１１３を備えている。サンギヤ１１１は、駆動モータ４の回転軸１５と一体回転するように設けられている。キャリヤ１１２は、複数個のピニオンギヤ１１４を回転可能に支持している。複数個のピニオンギヤ１１４は、円周上に配置され、サンギヤ１１１と噛合している。リングギヤ１１３は、複数個のピニオンギヤ１１４を一括して取り囲む円環状を有し、各ピニオンギヤ１１４に回転径方向の外側から噛合している。

また、遊星歯車機構１０２は、リングギヤ１１３と一体回転するエクスターナルギヤ１１５を備えている。エクスターナルギヤ１１５には、伝達ギヤ２６が噛合している。

さらに、キャリヤ１１２と一体回転するように、出力ギヤ３２が設けられている。

そして、ハイブリッドシステム１０１には、図１に示されるブレーキＢ１に代えて、ツーウェイクラッチ１１６が設けられている。ハイブリッドシステム１が搭載される車両の車室内には、車両に対して車両の駐車（Ｐ）、後進（Ｒ）、中立（Ｎ）および前進（Ｄ）を指示するためのシフトレバー（セレクトレバー）が配設されている。ツーウェイクラッチ１１６は、駐車（Ｐ）または後進（Ｒ）が指示されているときに、リングギヤ１１３が駆動モータ４の正転方向と同方向に回転するのを阻止（正転ロック）し、中立（Ｎ）または前進（Ｄ）が指示されているときに、リングギヤ１１３が駆動モータ４の逆転方向と同方向に回転するのを阻止（逆転ロック）する。

＜動力伝達モード＞
図７は、ハイブリッドシステム１０１の各動力伝達モードにおけるクラッチＣ１、ツーウェイクラッチ１１６および駆動モータ４の状態を示す図である。図８は、遊星歯車機構１０２のサンギヤ１１１、キャリヤ１１２およびリングギヤ１１３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。図７において、「○」は、クラッチＣ１が係合状態であることを示している。「×」は、クラッチＣ１が解放状態であることを示している。

ハイブリッドシステム１０１は、動力伝達モードとして、「前進Ｌｏｗ」モード、「前進Ｈｉｇｈ」モードおよび「後進」モードを有している。

「前進Ｌｏｗ」モードでは、クラッチＣ１が解放され、駆動モータ４が正転駆動される。クラッチＣ１の解放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、エクスターナルギヤ１１５に伝達されない。また、シフトレバーの操作により前進（Ｄ）が指示されているので、ツーウェイクラッチ１１６は、リングギヤ１１３が駆動モータ４の正転方向と逆方向に回転するのを阻止（逆転ロック）する。そのため、駆動モータ４の動力によるサンギヤ２１の回転は、図８に実線で示されるように、サンギヤ１１１の歯数とリングギヤ１１３の歯数との和でサンギヤ１１１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ１１２に伝達される。キャリヤ１１２に伝達される駆動モータ４の動力は、出力ギヤ３２からデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、車両が前進する。

「前進Ｌｏｗ」モードでクラッチＣ１が係合されると、「前進Ｌｏｗ」モードから「前進Ｈｉｇｈ」モードに切り替わる。クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。そのため、エンジン２が動作中であれば、エンジン２の動力は、伝達ギヤ２６を介してエクスターナルギヤ１１５に伝達される。これにより、遊星歯車機構１０２のリングギヤ１１３の回転数がつり上げられて、キャリヤ１１２の回転数が上昇し、遊星歯車機構１０２は、「前進Ｌｏｗ」モードと比較してハイギヤードになる。

「後進」モードでは、クラッチＣ１が開放され、駆動モータ４が逆転駆動（「前進」モード時とは逆方向に回転）される。クラッチＣ１の開放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、エクスターナルギヤ１１５に伝達されない。また、シフトレバーの操作により後進（Ｒ）が指示されているので、ツーウェイクラッチ１１６は、リングギヤ１１３が駆動モータ４の正転方向と同方向に回転するのを阻止（正転ロック）する。そのため、駆動モータ４の動力によるサンギヤ１１１の回転は、「前進」モード時と逆回転であり、図８に破線で示されるように、サンギヤ１１１の歯数とリングギヤ１１３の歯数との和でサンギヤ１１１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ１１２に伝達される。キャリヤ１１２の回転方向が「前進」モード時と逆方向になるので、キャリヤ１１２から出力ギヤ３２、デファレンシャルギヤ３３およびドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される回転（動力）も「前進」モード時と逆方向になり、車両が後進する。

＜作用効果＞
このハイブリッドシステム１０１の構成によっても、図１に示されるハイブリッドシステム１の構成と同様の作用効果を奏することができる。

＜ワンウェイクラッチを採用した構成＞
図９は、ハイブリッドシステム１０１にワンウェイクラッチ１２１を採用した構成を示すスケルトン図である。図９において、図６に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略し、図９に示される構成について、図６に示される構成との相違点のみを説明する。

図９に示される構成では、図６に示されるツーウェイクラッチ１１６に代えて、ワンウェイクラッチ１２１が採用されている。ワンウェイクラッチ１２１は、リングギヤ１１３が駆動モータ４の正転方向と逆方向に回転するのを阻止（逆転ロック）する。

＜動力伝達モード＞
図１０は、ハイブリッドシステム１０１の各動力伝達モードにおけるクラッチＣ１、ワンウェイクラッチ１２１および駆動モータ４の状態を示す図である。図１１は、遊星歯車機構１０２のサンギヤ１１１、キャリヤ１１２およびリングギヤ１１３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。図１０において、「○」は、クラッチＣ１が係合状態であることを示している。「×」は、クラッチＣ１が解放状態であることを示している。

ワンウェイクラッチ１２１は、リングギヤ１１３が駆動モータ４の正転方向と逆方向に回転するのを阻止するので、「前進Ｌｏｗ」モードおよび「前進Ｈｉｇｈ」モードにおける各部の動作は、図６に示される構成と同じになる。

「後進」モードでは、クラッチＣ１が係合され、駆動モータ４が逆転駆動される。クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。そのため、エンジン２が動作中であれば、エンジン２の動力は、伝達ギヤ２６を介してエクスターナルギヤ１１５に伝達される。遊星歯車機構１０２のキャリヤ１１２が駆動モータ４の逆転方向と同方向に回転するまで、エンジン２の動力が増大されて、リングギヤ１１３の回転数がつり上げられる。キャリヤ１１２の回転方向が駆動モータ４の逆転方向と同方向であると、キャリヤ１１２から出力ギヤ３２、デファレンシャルギヤ３３およびドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される回転（動力）が「前進」モード時と逆方向になり、車両が後進する。

＜ハイブリッドシステムのさらに他の構成＞
図１２は、本発明のさらに他の実施形態に係るハイブリッドシステム２０１のスケルトン図である。図１２において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略し、ハイブリッドシステム２０１について、図１に示されるハイブリッドシステム１との相違点のみを説明する。

ハイブリッドシステム２０１には、図１に示されるハイブリッドシステム１の構成からクラッチＣ２が追加で設けられている。クラッチＣ２は、たとえば、油圧により、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１とアウトプット軸３１とを連結する係合状態と、その連結を解除する解放状態とに切り替えられる。

＜動力伝達モード＞
図１３は、ハイブリッドシステム２０１の各動力伝達モードにおけるクラッチＣ１，Ｃ２、ブレーキＢ１および駆動モータの状態を示す図である。図１４は、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１、キャリヤ２２およびリングギヤ２３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。図１３において、「○」は、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１が係合状態であることを示している。「×」は、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１が解放状態であることを示している。

ハイブリッドシステム２０１は、動力伝達モードとして、「前進Ｌｏｗ」モード、「前進Ｈｉｇｈ」モードおよび「後進」モードを有している。

「前進Ｌｏｗ」モードでは、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１が係合され、クラッチＣ２が解放される。また、駆動モータ４が正転駆動される。ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、駆動モータ４の動力によるサンギヤ２１の回転は、図１４に実線で示されるように、サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との和でサンギヤ２１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ２２に伝達される。キャリヤ２２に伝達される駆動モータ４の動力は、出力ギヤ３２からデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、車両が前進する。

また、クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。そのため、エンジン２が動作中であれば、エンジン２の動力は、伝達ギヤ２６を介してキャリヤギヤ２５に伝達される。このとき、エンジン２の回転数は、たとえば、キャリヤ２２の回転数を変動させないように制御される。そのため、エンジン２の動力によるトルクがキャリヤギヤ２５から出力ギヤ３２を介してデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。

ハイブリッドシステム１を搭載した車両が「前進Ｌｏｗ」モードで走行している状態から、ブレーキＢ１が解放され、クラッチＣ２が係合されることにより「前進Ｌｏｗ」モードから「前進Ｈｉｇｈ」モードに切り替わる。ブレーキＢ１の解放により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が回転可能になる。その状態でクラッチＣ２の係合が開始されると、キャリヤ２２の回転数が上昇する。また、キャリヤ２２の回転数の上昇に伴って、リングギヤ２３の回転数が上昇する。そして、クラッチＣ２が完全係合すると、図１４に二点鎖線で示されるように、キャリヤ２２の回転数がサンギヤ２１の回転数と一致し、リングギヤ２３がサンギヤ２１およびキャリヤ２２と一体的に回転する。そのため、「前進Ｈｉｇｈ」モードでは、駆動モータ４の動力がローギヤードのときよりも小さい変速比で変速されて（具体的には、変速比１で変速されて、言い換えれば、変速されずに）キャリヤ２２に伝達される。

「後進」モードでは、ブレーキＢ１が係合され、クラッチＣ１，Ｃ２が開放される。駆動モータ４が逆転駆動（「前進」モード時とは逆方向に回転）される。クラッチＣ１の開放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、エクスターナルギヤ１１５に伝達されない。また、ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、駆動モータ４の動力によるサンギヤ２１の回転は、「前進」モード時と逆回転であり、図１４に破線で示されるように、サンギヤ２１の歯数とリングギヤ２３の歯数との和でサンギヤ２１の歯数を除して得られる除算値を変速比として、その変速比で減速されてキャリヤ２２に伝達される。キャリヤ２２の回転方向が「前進」モード時と逆方向になるので、キャリヤ２２から出力ギヤ３２、デファレンシャルギヤ３３およびドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される回転（動力）も「前進」モード時と逆方向になり、車両が後進する。

＜作用効果＞
このハイブリッドシステム２０１の構成によっても、図１に示されるハイブリッドシステム１の構成と同様の作用効果を奏することができる。

＜ハイブリッドシステムのさらに他の構成＞
図１５は、本発明のさらに他の実施形態に係るハイブリッドシステム３０１のスケルトン図である。図１５において、図１に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略し、ハイブリッドシステム３０１について、図１に示されるハイブリッドシステム１との相違点のみを説明する。

ハイブリッドシステム３０１では、駆動モータ４の回転軸１５が遊星歯車機構１６のキャリヤ２２の回転中心に接続され、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１の回転中心に、アウトプット軸３１が接続されている。また、ハイブリッドシステム３０１では、図1に示されるキャリヤギヤ２５に代えて、ドリブンギヤ３１１がアウトプット軸３１に一体回転するように支持されており、ドリブンギヤ３１１に伝達ギヤ２６が噛合している。

＜動力伝達モード＞
図１６は、遊星歯車機構１６のサンギヤ２１、キャリヤ２２およびリングギヤ２３の回転数（回転速度）の関係を示す共線図である。
ハイブリッドシステム１は、動力伝達モードとして、駆動モータ４の動力により車両が前進する「前進」モード、駆動モータ４の動力およびエンジン２の動力により車両が前進する「前進＋直達」モード、駆動モータ４の動力により車両が後進する「後進」モード、ならびに駆動モータ４の動力およびエンジン２の動力により車両が後進する「後進＋直達」モードを有している。

「前進」モードでは、クラッチＣ１が解放され、ブレーキＢ１が係合される。また、駆動モータ４が正転駆動される。クラッチＣ１の解放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、ドリブンギヤ３１１に伝達されない。また、ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、図１６に実線で示されるように、駆動モータ４の動力によるキャリヤ２２の回転が増速されてサンギヤ２１に伝達される。サンギヤ２１に伝達される駆動モータ４の動力は、出力ギヤ３２からデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、車両が前進する。

「前進」モードでクラッチＣ１が係合されると、「前進」モードから「前進＋直達」モードに切り替わる。クラッチＣ１の係合により、エンジン２のクランクシャフト１１と伝達ギヤ２６とが結合される。そのため、エンジン２が動作中であれば、エンジン２の動力は、伝達ギヤ２６を介してドリブンギヤ３１１に伝達される。そして、エンジン２の動力は、ドリブンギヤ３１１から出力ギヤ３２を介してデファレンシャルギヤ３３に伝達され、デファレンシャルギヤ３３からドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される。これにより、図１６に二点鎖線で示されるように、駆動モータ４の動力がエンジン２の動力でアシストされる。

「後進」モードでは、クラッチＣ１が解放され、ブレーキＢ１が係合される。そして、駆動モータ４が逆転駆動（「前進」モード時とは逆方向に回転）される。クラッチＣ１の解放により、伝達ギヤ２６は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転と無関係に自由に回転可能である。したがって、エンジン２の動力は、ドリブンギヤ３１１に伝達されない。また、ブレーキＢ１の係合により、遊星歯車機構１６のリングギヤ２３が固定されるので、駆動モータ４の動力により回転するサンギヤ２１の回転は、図１６に破線で示されるように、「前進」モード時と逆回転であり、増速されてキャリヤ２２に伝達される。キャリヤ２２の回転方向が「前進」モード時と逆方向になるので、キャリヤ２２から出力ギヤ３２、デファレンシャルギヤ３３およびドライブシャフト３６を介して駆動輪３７に伝達される回転（動力）も「前進」モード時と逆方向になり、車両が後進する。

＜作用効果＞
ハイブリッドシステム３０１の構成によっても、ハイブリッドシステム１の構成と同様の作用効果を奏することができる。また、ハイブリッドシステム３０１の構成では、ハイブリッドシステム１の構成と比較して、最高回転数が低い小型の駆動モータであっても、駆動輪を高速回転させることができ、ハイブリッドシステム３０１が搭載された車両の最高速度を高めることができる。

＜変形例＞
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。また、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１，１０１，２０１：ハイブリッドシステム
２：エンジン
３：発電機
４：駆動モータ
３３：デファレンシャルギヤ
１６，１０２：遊星歯車機構（変速機）
２１：サンギヤ
２２：キャリヤ
２３：リングギヤ
２５：キャリヤギヤ
５１：ステップドピニオンギヤ
５２：スモールピニオン
５３：ラージピニオン

Claims (3)

1. 車両に搭載されるハイブリッドシステムであって、
   エンジンと、
   前記エンジンの動力を電力に変換する発電機と、
   前記発電機の発電電力を使用して駆動され、前記車両の走行のための動力を出力する駆動モータと、
   デファレンシャルギヤと、
   サンギヤ、キャリヤ、リングギヤ、および前記キャリヤと一体に回転するキャリヤギヤを備え、前記駆動モータの動力が前記サンギヤに入力され、前記キャリヤから前記デファレンシャルギヤに動力を伝達する遊星歯車機構と、
   前記キャリヤギヤに噛合する伝達ギヤと、
   前記エンジンの動力を前記伝達ギヤに伝達する係合状態とその伝達を解除する解放状態とに切り替えられるクラッチとを含み、
   動力伝達モードとして、前記駆動モータの動力により前記車両が前進する「前進」モード、前記駆動モータの動力および前記エンジンの動力により前記車両が前進する「前進＋直達」モード、前記駆動モータの動力により前記車両が後進する「後進」モード、ならびに前記駆動モータの動力および前記エンジンの動力により前記車両が後進する「後進＋直達」モードを有し、
   前記動力伝達モードによらず、前記リングギヤが常に固定されている、ハイブリッドシステム。
2. 前記遊星歯車機構は、前記サンギヤと噛合するラージピニオンと、前記ラージピニオンよりも小さいギヤ径を有し、前記リングギヤと噛合するスモールピニオンとを一体的に有するステップドピニオンギヤを備えている、請求項１に記載のハイブリッドシステム。
3. 車両に搭載されるハイブリッドシステムであって、
   エンジンと、
   前記エンジンの動力を電力に変換する発電機と、
   前記発電機の発電電力を使用して駆動され、前記車両の走行のための動力を出力する駆動モータと、
   デファレンシャルギヤと、
   サンギヤ、キャリヤ、リングギヤ、および前記サンギヤと一体に回転するドリブンギヤを備え、前記駆動モータの動力が前記キャリヤに入力され、前記サンギヤから前記デファレンシャルギヤに動力を伝達する遊星歯車機構と、
   前記エンジンの動力を前記ドリブンギヤに伝達する係合状態とその伝達を解除する解放状態とに切り替えられるクラッチとを含み、
   動力伝達モードとして、前記駆動モータの動力により前記車両が前進する「前進」モード、前記駆動モータの動力および前記エンジンの動力により前記車両が前進する「前進＋直達」モード、前記駆動モータの動力により前記車両が後進する「後進」モード、ならびに前記駆動モータの動力および前記エンジンの動力により前記車両が後進する「後進＋直達」モードを有し、
   前記動力伝達モードによらず、前記リングギヤが常に固定されている、ハイブリッドシステム。

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