KR19990072728A - 변속장치및이것을사용한차량및자전거 - Google Patents

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KR19990072728A
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driving
gear
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마사키료소
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
    • F16H37/0826—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts with only one output shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

본 발명에 있어서는, 차량의 구동에너지를 발생하는 엔진(1)과, 선 기어, 플래니터리 및 링 기어로 구성되는 유성기어(4, 6)와, 선 기어를 각각 제어하는 모터(8, 9)를 구비하고, 유성기어(4, 6)는, 플래니터리를 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축에, 차륜을 구동하는 출력축에 링 기어를 접속한다. 여기서, 유성기어(4, 6)의 입력부터 출력까지의 기어비를 다른 값으로 설정한다. 이 구성에 의하여, 입력에너지를 최적의 출력에너지로 변환하기 위한 모터와 차동기구를 사용한 변속장치에 있어서, 원동기 및 변속장치를 포함한 시스템효율을 항상 고효율로 할 수 있다.

Description

변속장치 및 이것을 사용한 차량 및 자전거{TRANSMISSION, VEHICLE AND BICYCLE USING THE SAME}
본 발명은 모터와 차동(差動)기구로 구성되는 변속장치와, 이것을 사용한 차량 및 자전거에 관한 것이다.
엔진의 저연비화(低燃費化)를 도모하는 구동시스템으로서, 모터의 구동력을 이용하는 하이브리드차량이 있다. 하이브리드차량(hybrid electric vehicle)은 직렬방식(series-hybrid electric vehicle), 병렬방식(parallel-hybrid electric vehicle) 등, 각종 방법이 제안되어 있으나, 2개의 모터와 1개의 유성(遊星)기어를 사용한 직렬 병렬 하이브리드방식이 제안되어 있다. 예를 들어, 일본국 특개 평7-135701호에는, 엔진의 구동력을 유성기어에 입력하여, 유성기어의 출력축으로부터 얻어진 구동력에 의하여 차량을 구동하도록 발전기로 제어되는 방식이 기재되어 있다. 엔진의 에너지의 일부는 발전기에 의하여 발전하면서 출력축에 연결한 모터로부터 구동력을 어시스트함으로써, 항상 엔진을 효율이 좋은 고토오크영역에서 구동하고, 또한 변속기능을 겸비하게 할 수 있는 특징을 가지고 있다. 또, 일본국 특개 소49-112067호, 일본국 특개 소58-191364호에도 동일한 원리가 기재되어 있다. 여기서는, 이들 공지예를 제 1 방법이라 한다.
또, 일본국 특개 소60-95238호와 같이, 엔진의 구동력을 좌우의 구동륜에 전달하는 사이에 각각 모터에 의하여 제어되는 유성기어를 구비한 방식도 제안되어 있다. 이것을 제 2 방법이라 한다.
제 3 방법으로서는, 일본국 특개 소57-47054호에 기재된 방법이 있다. 복수의 유성기어를 각각 모터에 의하여 구동하고 그들 중의 어느 하나를 전환하여 출력하는 구성으로 되어 있으므로, 동작점에 따라 항상 최적의 모터구동을 행할 수 있는 특징을 가지고 있다.
또한, 제 4 방법으로서, Alternative Cars in the 21st Century -A New Personal Transportation Paradigm-, Robert Q. Riley, Published by Secietyof Automotive Engineers, Inc., 400 Commonwealth Drive Warrendale, PA15096-0001, U.S.A의 P149-P153에 기재되어 있는 무단변속기 CVT(continuous variable transmission)와 유성기어를 병용한 변속장치가 알려져 있다. 이 방식은 무단변속기 CVT의 변속비를 소정의 값으로 함으로써 클러치(clutch) 없이 엔진을 회전시키면서 차량을 정지할 수 있으므로, 무단변속기 CVT의 변속비를 제어하는 것만으로 원활하게 발진할 수 있는 특징을 가지고 있다.
그러나, 제 1 방법은 변속기능을 실현하기 위해서는, 발전기로 발전하고 모터로 구동하기 때문에 전기적인 에너지손실이 발생한다. 그 때문에, 엔진은 항상 효율이 좋은 동작점에서 구동할 수 있음에도 불구하고 차량 전체로서의 효율은 전기의 에너지손실분이 저하되게 된다는 문제점이 있다.
제 2 방법은 좌우가 다른 출력축에 대하여 각각 유성기어를 사용하는 방법이며, 통상의 병렬 하이브리드차량의 구성을 좌우륜으로 확장한 것이므로, 변속에 따라 전기에너지의 입출력을 동반하므로 상기와 동일한 과제가 있다.
제 3 방법은 제 1 방법을 확장한 것으로서, 전기에너지의 손실에 관해서는 동일한 문제점이 있다.
제 4 방법에 대해서는, 차량을 구동하기 위해서는, 엔진을 항상 회전해야만 하므로, 정차시를 포함하여 주행거리당 연료소비량을 저감하는 것에 대해서는 한계가 있다.
상기 문제점을 감안하여, 본 발명의 제 1 목적은, 모터에 의한 무단변속기능을 실현하고, 또한 전기의 에너지손실을 최소로 하여 효율이 좋은 변속장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 상기 변속장치를 사용하여, 주행거리당 연료소비량을 더욱 저감한 차량을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 3 목적은, 운전자의 피로가 보다 적은 자전거를 제공하는 데에 있다.
도 1은 모터에 의하여 선 기어를 제어하는 유성(遊星)기어를 2개 사용하여, 변속기능을 실현하는 하이브리드차량에 본 발명을 적용하였을 때의 일 실시형태를 나타낸 구성도,
도 2는 도 1의 하이브리드차량을 구동하는 제어방법의 개요를 나타낸 플로우 차트,
도 3은 구동상태에 대하여 동작해야 할 이상(理想)모드를 결정하는 동작점의 범위를 나타낸 구동력-차속특성,
도 4는 도 1의 하이브리드차량을 운전할 때의 동작모드의 천이방법을 나타낸 상태천이도,
도 5는 도 2의 통상모드처리의 제어방법을 나타낸 플로우 차트,
도 6은 도 2의 이행모드처리의 제어방법을 나타낸 플로우 차트,
도 7은 CVT 모드로 기어비를 높여 구동할 때, 엔진, 모터, 유성기어에 대하여 에너지의 흐름, 속도, 토오크의 관계를 나타낸 토오크-속도특성의 일례,
도 8은 CVT 모드로 기어비를 낮추어 구동할 때, 엔진, 모터, 유성기어에 대하여 에너지의 흐름, 속도, 토오크의 관계를 나타낸 토오크-속도특성의 일례,
도 9는 CVT 모드로 구동하면서, 배터리에 충전하거나 배터리의 에너지로 모터구동을 어시스트하기 위한 동작점의 변경방법을 나타낸 토오크-속도특성도,
도 10은 모터가 고장난 경우의 처리방법을 나타낸 플로우 차트,
도 11은 기어의 구성방법이 도 1과 다른 하이브리드차량의 일 실시형태를 나타낸 구성도,
도 12는 2개의 유성기어의 입력과 출력의 기어비가 동일한 경우의 일 실시형태를 나타낸 구성도,
도 13는 자전거에 본 발명을 적용한 경우의 일 실시형태를 나타낸 구성도,
도 14는 체인을 사용하지 않고 구동계를 구성하는 자전거에 본 발명을 적용한 경우의 일 실시형태를 나타낸 구성도.
상기한 제 1 목적은, 구동원의 에너지를 복수의 차동기구에 분배하는 기구와, 상기한 복수의 차동기구에 접속된 복수의 모터와, 상기한 복수의 차동기구의 출력에너지를 합성하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 변속장치에 의하여 달성된다.
또 상기한 제 1 목적은, 모터에 의하여 입력축과 출력축의 회전수의 차를 제어하는 복수의 차동기구를 구비하고, 상기한 복수의 차동기구의 입력축과 출력축을 각각 공통의 축으로 하는 것을 특징으로 하는 변속장치에 의하여 달성된다.
바람직하게는, 복수의 차동기구의 입력축부터 출력축까지의 기어비(比)를 다른 값으로 설정함으로써 효율을 더욱 향상할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
상기한 제 2 목적은, 차량을 구동하는 구동에너지를 발생하는 엔진과, 선 기어, 플래니터리 및 링 기어로 구성되는 제 1 및 제 2 유성기어와, 선 기어를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 구비하며, 상기한 제 1 및 제 2 유성기어는, 모두 플래니터리와 링 기어 중 한쪽이 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축에 접속되고, 다른쪽이 차체를 구동하는 출력축에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 차량에 의하여 달성된다.
상기한 제 3 목적은, 자전거에 있어서, 운전자에 의하여 구동되는 입력축, 차륜을 출력축으로 하는 제 1 및 제 2 차동기구와, 제 1 및 제 2 차동기구를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 구비함으로써 달성된다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1에 의하여 설명한다.
도 1은 엔진(1)의 에너지를 사용하여 구동축(2)을 거쳐 타이어(3a, 3b)를 회전하여 차체를 구동하는 자동차이다. 본 발명의 중요한 구성요소인 유성기어A(4),유성기어B(6)는 각각 선 기어(4s, 6s), 플래니터리(4p, 6p), 링 기어(4r, 6r)로 구성되어 있고, 선 기어(4s, 6s)는 전력변환기(10, 11)로 제어된 모터A(8), 모터B(9)에 의하여 각각 구동된다. 배터리(12)는 이들의 모터가 필요로 하는 에너지를 공급하거나 모터에 의해 발전한 에너지를 축전(蓄電)하기 위하여 사용된다. 또, 플래니터리(4p, 6p)는 동일한 입력축으로 체결되어 있고, 엔진(1)의 구동토오크를 유성기어A(4), 유성기어B(6)에 분배하는 구성으로 되어 있다. 링 기어에 대해서는, 출력쪽에 기어비(比)가 다른 기어가 배치되어 있다. 링 기어(4r)에는 기어비가 큰 기어(5)가, 링 기어(6r)에는 기어비가 작은 기어(7)가 각각 설치되어 있다. 이들 기어(5, 7)는 공통의 출력축으로 되어 있고, 유성기어A(4), 유성기어B(6)로부터 출력된 출력토오크(τva, τvb)는 여기서 합성되어 차량구동토오크(τv)로 된다. 이에 따라, 차량은 운전자가 의도한 가감속을 얻을 수 있다. 또, 전력변환기(10, 11)에 의하여 모터A(8), 모터B(9)의 모터토오크(τa, τb)나 모터속도(ωa, ωb)를 제어함으로써 선 기어(4s, 6s)를 구동하면, 차량구동토오크(τv)나 엔진속도(ωe)를 조정시키는 것이 가능하다.
이어서, 도 1의 엔진(1), 모터A(8), 모터B(9)의 제어를 행하기 위한 기본적인 처리방법에 대하여 도 2의 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 도 2의 스텝(101)에 있어서, 액셀러레이터밟음량(Xa), 브레이크밞음량(Xb), 전후진·뉴트럴 등을 지시하는 전환신호(Xc) 등, 운전자가 의도하는 운전지령을 입력함과 동시에, 차량속도(ωv), 배터리(12)의 충전상태, 각 부분의 온도 등, 차량상태도 입력한다. 스텝(102)에서는, 이들 값에 의거하여 차량의 구동력지령치(τr)를 연산한다. 다음으로, 스텝(103)은 차량구동력지령치(τr)와 차량속도(ωv)에 의하여, 이상적인 운전방법을 나타낸 기준운전모드(Mref)를 결정한다.
예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 차량속도(ωv)가 저속일 때나 후진시에는, 엔진(1)을 정지하여 모터A(8), 모터B(9)만으로 구동하는 모터구동모드로 한다. 도 3에 있어서, 사선으로 나타난 모터구동모드 이외의 영역은 엔진(1)을 시동하여 엔진(1)의 구동력을 이용하는 1속(速) 모드, 2속 모드, CVT 모드로 구성되어 있다. 1속 모드는 차량속도(ωv)가 저속이고, 또한 구동력이 필요한 경우에, 변속상태를 로우 기어 상당으로 제어하기 위한 영역이다. 차량속도(ωv)가 중속(中速) 이상이고, 또한 저토오크영역일 경우에는, 엔진효율을 향상할 수 있는 2속 모드로 설정하고 있다. 또, CVT 모드는 중속 이상의 차량속도(ωv)이고, 또한 고토오크가 필요한 경우에 설정하는 것으로서, 모터의 구동토오크를 가산하여 고토오크의 구동력을 얻는 것을 주요 취지로 하고 있다. 또한, 구동력지령치(τr)가 음일 경우에는 가능한 한 모터A(8), 모터B(9)를 발전기로서 이용하여 회생에너지를 배터리(12)에 축전하기 위하여 CVT 모드에 의하여 제어된다.
그런데, 도 3의 운전모드는 고정되어 있는 것이 아니라, 배터리(12)의 충전상태나 배터리온도 등에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다. 또, 실제의 운전모드(M)은 현재까지의 운전모드와 상기 방법에 의하여 구해진 기준운전모드(Mref)를 바탕으로 결정된다. 예를 들어 모터구동모드로 운전하고 있는 상태에서 기준운전모드(Mref)가 1속 모드가 된 경우에도, 엔진(1)을 갑자기 구동할 수는 없으므로, 엔진(1)을 시동하는 처리를 행해야만 한다. 또, 엔진(1)의 기동정지를 필요 이상으로 반복하는 것은 반대로 연료소비량을 증대시키게 되므로, 엔진(1)이 기동한 경우나 정지한 경우에는 소정 시간은 변경한 운전모드를 유지하는 처리를 행한다. 이와 같은 것을 고려한 연산이 스텝(103)에서 행하여지고, 현재까지의 운전모드와 기준운전모드(Mref)로부터 운전모드(M)이 결정된다.
스텝(104)에서는, 운전모드(M)이 도 3에 나타낸 통상모드인지 운전모드를 변경하기 위한 이행모드인지를 판단한다. 그 판단을 바탕으로 스텝(105)의 통상모드처리 또는 스텝(106)의 이행모드처리가 행하여진다.
도 4에 운전모드(M)의 상태천이를 나타낸 상태천이도의 일례를 나타낸다. 통상모드는 모터구동모드, 1속 모드, 2속 모드, CVT 모드이고, 이행모드는 엔진시동모드, 체결장치B 해제모드로 이루어진다. 키 오프 모드는 키가 오프되어 있을 때의 상태에서 키가 온 되면, 차량기동모드로 되어 각종 제어장치가 제어 가능한 상태로 스타트 업한다. 모든 기동처리가 행하여지면 모터구동모드로 되어 운전자가 액셀러레이터를 조작함으로써 모터A(8), 모터B(9)가 회전하여 차량을 구동할 수 있다. 차량속도(ωv)가 중속 이상이 된 경우나 큰 구동토오크가 필요하게 된 경우에는, 1속 모드, 2속 모드 또는 CVT 모드로 할 필요가 발생한다. 그때에는, 엔진을 시동하기 위한 엔진시동모드라는 이행모드를 거쳐, 엔진으로 구동하는 소정의 통상모드로 변경된다. 1속 모드, 2속 모드, CVT 모드의 사이에서는, 원래 이행모드를 거치는 일 없이 모드변경을 행할 수 있으나, 후기하는 체결수법을 채용하는 본 실시형태의 경우에는, 2속 모드에서 다른 모드로 변경할 때에는, 체결장치B 해제모드라는 이행모드의 처리를 행한 후, 다른 모드로 변경하는 방법을 채용하고 있다. 또한, 어떤 페일이 생긴 경우에는, 그것에 대응한 페일 모드로 이행하여 적절한 처리가 행하여진다. 또한, 키가 오프된 경우에는, 안전한 정지처리가 행하여진 후, 키 오프 모드로 제어를 정지하도록 되어 있다.
이어서, 도 2에서 나타낸 통상모드의 처리방법에 대하여 그 상세를 도 5를 이용하여 설명한다. 여기서, 설명을 용이하게 하기 위하여, 도 1의 시스템구성에 있어서 성립하는 수학식 1 내지 수학식 10까지의 등식을 하기에 나타낸다.
ωe = kpωa + kaωv
ωe = kpωb + kbωv
τe = τea + τeb
τv = τva + τvb
τea = τa/kp = τva/ka
τeb = τb/kp = τvb/kb
Pe = Pea + Peb
Pv = Pva + Pvb
Pea = Pa + Pva
Peb = Pb + Pvb
단, ωe, ωv, ωa, ωb는 엔진 속도, 차량 속도, 모터A 속도, 모터B 속도를, τe, τea, τeb, τa, τb, τv, τva, τvb는 엔진토오크, 유성기어A 분담 엔진토오크, 유성기어B 분담 엔진토오크, 모터A 토오크, 모터B 토오크, 차량토오크, 유성기어A 분담 차량토오크, 유성기어B 분담 차량토오크를 각각 나타낸다. 또, Pe, Pea, Peb, Pa, Pb, Pv, Pva, Pvb는 각각 엔진 파워, 유성기어A 입력파워, 유성기어B 입력파워, 모터A 파워, 모터B 파워, 차량구동파워, 유성기어A 출력파워, 유성기어B 출력파워를 나타낸다. 또한, 기어비의 관계를 나타내는 정수(ka와 kb)의 관계는 다음 식과 같이 한다.
ka＞kb
즉, 유성기어A의 입력과 출력의 기어비는 유성기어B의 그것보다 커지도록 구성해 둔다.
통상모드는 상기한 바와 같이 4개의 동작모드가 있어, 도 5의 스텝(111)에서 동작모드(M)를 판단한다.
모터구동모드의 경우에는, 스텝(112)부터 스텝(114)까지의 처리를 행한다. 스텝(112)에서는, 수학식 2에 따라, 차량속도(ωv)를 기초로 모터B 속도(ωb)를 제어하여 엔진속도(ωe)가 0으로 되도록 속도제어를 행한다. 다음의 스텝(113)에서는, 모터A의 토오크(τa)를 제어함으로써 차량구동토오크(τv)를 제어한다. 이 때, 수학식 3에 있어서, τe = 0으로 되도록 제어되면서 수학식 4부터 수학식 6까지의 식에 의하여 차량구동토오크(τv)가 결정된다.
통상, τv＞0으로 하기 위해서는, 수학식 11의 관계로부터, 모터A가 역행상태, 모터B가 발전상태로 차량이 구동되게 된다. 당연한 일이지만, 엔진제어는 계속 정지하도록 스텝(114)에서 처리가 행하여진다.
1속 모드에서는, 스텝(115)에서 모터A 속도(ωa)를 0으로 하는 속도제어를 행함과 동시에 스텝(116)에서 모터B의 제어를 정지하는 처리를 행한다. 이에 따라, 모터(A)는 전기적으로 잠금 상태로, 모터B를 프리 런 상태로 할 수 있다. 이 처리에 의하여, 입력과 출력의 기어비가 큰 유성기어A(4)가 선 기어(4s)를 고정한 상태로 엔진(1)에 의하여 구동되게 된다. 즉, 통상의 매뉴얼변속기를 로우 기어로 설정한 것과 등가가 되기 때문에 엔진토오크(τe)를 증대시킨다. 따라서, 스텝(117)에 있어서 엔진제어를 행함으로써 필요한 차량구동토오크를 제어할 수 있다. 또한, 모터A(8), 모터B(9) 모두 에너지의 입출력을 행하지 않으므로, 전기적 에너지 손실을 최소로 할 수 있는 특징을 가지고 있다.
CVT 모드에서는, 스텝(118)에서 모터A 토오크(τa)를 제어하고, 스텝(119)에서 모터B 속도(ωb)를 제어함과 동시에, 스텝(120)에서 엔진제어에 의하여 엔진(1)의 파워를 제어함으로써 무단변속기능을 실현할 수 있다. 이 상세의 설명에 대해서는 도 7 내지 도 9에 의하여 후기한다.
2속 모드에 대해서는, 스텝(121)부터 스텝(126)까지의 처리를 행한다. 먼저, 스텝(121)에 있어서, 모터B 속도(ωb)가 0이 되었는지를 판단하여, 모터B가 정지상태가 아닌 경우에는 스텝(122)에서 모터B 속도(ωb)를 0으로 하는 속도제어를 행한다. 모터A에 대해서는, 스텝(123)에서 제어를 정지하여 프리 런 상태로 한다. 이 제어에 의하여, 1속 모드와 반대로 입력과 출력의 기어비가 작은 유성기어B(6)의 선 기어(6s)가 고정되게 되므로, 통상의 매뉴얼변속기의 하이 기어로 전환한 것과 등가가 된다. 이 상태에서, 스텝(124)에서 엔진제어를 행하면 엔진(1)은 항상 고토오크영역에서 구동하게 되므로, 엔진(1)의 고효율운전이 가능하게 된다. 그 때, 1속 모드와 동일하게 모터A(8), 모터B(9) 모두 에너지의 입출력을 행하지 않으므로, 전기적 에너지의 손실도 최소로 하는 것이 가능하다.
또한, 스텝(121)에 있어서, 모터B 속도(ωb)가 0이라고 판단된 경우에는, 스텝(125)으로 점프하여 체결장치B(13)를 온 하여 선 기어(6s)를 기계적으로 잠금 상태로 한다. 이어서, 스텝(126)에서 모터A(8), 모터B(9) 모두 제어를 정지한 후, 스텝(124)의 엔진제어를 행한다. 이와 같이 하면, 모터B(9)의 전류로 전기적으로 잠금 상태로 하였을 경우에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 손실을 0으로 할 수 있으므로, 또한 차량의 저연비화를 도모할 수 있는 특징이 얻어진다. 엔진(1)으로 구동하는 경우, 가속시를 제외하고 장시간 2속 모드로 구동되게 되므로, 2속 모드로 전기적인 에너지의 손실을 방지할 수 있는 것이 저연비화에 크게 공헌하게 된다.
이어서, 도 6을 이용하여 통상모드 사이를 이행하기 위한 이행모드에 대하여 설명한다.
이행모드에는, 엔진시동모드와 체결장치B 해제모드가 있으므로, 스텝(131)에서 어느 쪽의 모드인지를 판단하여, 엔진시동모드일 경우에는 스텝(132)부터 스텝(135)까지의 처리를, 체결장치B 해제모드일 경우에는 스텝(136)부터 스텝(139)까지의 처리를 각각 행한다.
엔진시동모드의 경우에는, 통상모드의 모터구동모드로부터의 이행처리이고, 먼저 스텝(132)에서 모터A(8)와 모터B(9)의 속도제어를 각각 행한다. 수학식 1, 수학식 2로부터
ωv = kp(ωa-ωb)/(ka-kb)
ωe = kp(kaωb-kbωa)/(ka-kb)
라는 등식이 얻어지므로, 이 식에서 차량속도(ωv)를 현재의 값으로 일정하게 하는 제어를 행하면서 엔진(1)을 서서히 가속하도록 수학식 12, 수학식 13에 따라 제어한다. 이에 따라, 엔진시동에 따른 차량토오크의 변동을 발생하는 일 없이 엔진속도(ωe)를 소정의 엔진시동속도까지 상승시킬 수 있다. 수학식 12, 수학식 13에서 알 수 있는 바와 같이, 이 제어는 차량속도(ωv)의 크기에 관계없이 정지상태에서나 주행상태에서나 엔진(1)을 시동할 수 있음을 의미하고 있다. 이와 같이, 본 실시형태는 클러치리스임에도 불구하고 엔진시동에 따른 쇼크를 방지하면서 언제라도 엔진을 시동, 정지할 수 있다. 이어서, 스텝(133)에서는, 엔진(1)이 소정의 시동속도에 도달하였는지 여부를 판단하여, 시동속도에 도달하지 않은 경우에는 스텝(135)에서 엔진제어를 정지상태대로 하고 있다. 시동하기에 충분한 시동속도에 도달한 경우에는 스텝(134)에서 엔진제어를 개시하여 엔진(1)를 구동제어하는 통상모드로 이행을 완료한다.
체결장치B 해제모드를 행하는 경우란, 도 4의 상태천이도에 나타낸 바와 같이, 2속 모드에서 다른 모드로 변경할 때이며, 처음에 스텝(136)에서 체결장치B를 오프한다. 이에 따라, 선 기어(6s)는 기계적인 잠금 상태로부터 개방된다. 다음의 스텝(137)에 있어서, 모터B 속도(ωb)를 0으로 하는 속도제어를 행한다. 이에 따라, 체결장치B를 오프한 것에 따른 차량구동토오크(τv)의 변동을 방지할 수 있다. 스텝(138)에서는, 모터A의 제어는 정지상태대로 해 두는 처리를 행한다. 또한, 스텝(139)에서 엔진제어에 의하여 차량의 구동토오크(τv)를 제어한다. 즉, 체결장치B는 개방하면서 2속 모드와 동일한 제어를 행함으로써, 모드변경에 따른 쇼크를 방지할 수 있다.
또한, 이행모드를 거치지 않고 직접 통상모드간의 변경을 행하는 경우에는, 모터제어의 방법을 변경하는 일도 있으므로, 모드변경한 경우에는 제어 초기값의 설정을 이전모드의 경우와 맞추는 방법을 채용함으로써 모드변경에 따른 토오크변동을 방지할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 CVT 모드에 관하여, 도 1의 시스템구성으로 왜 무단변속기능을 실현할 수 있는가에 대하여 알기 어려우므로, 도 7, 도 8을 이용하여 에너지의 흐름을 상세하게 설명해 간다. 이들 도면에서는, ka = 2, kb = 0.5로 한 경우의 특성을 나타내고 있다. 따라서, 1속 모드, 2속 모드에서는, 기어비는 각각 2, 0.5로 되고, 그 중간영역에 있어서 변속비를 임의로 얻는 CVT 모드의 동작을 설명한다.
도 7은 변속비가 0.5 내지 1.0 사이일 경우의 동작을 나타낸 토오크-속도특성도이다. 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 엔진의 동작점(×)에 대하여, 구동하고자 하는 차량의 동작점(○)이 저속, 고토오크방향(도면에서 왼쪽위방향)에 있는 경우, 유성기어A(4), 유성기어B(6)에는 각각 유성기어A 입력파워(Pea), 유성기어B 입력파워(Peb)가 엔진파워(Pe)를 분배하여 입력된다. 유성기어A(4), 유성기어B(6)의 입력축의 속도는 동일하고, 엔진토오크(τe)를 유성기어A 분담 엔진토오크(τea), 유성기어B 분담 엔진토오크(τeb)로 분할함으로써 각각의 파워가 결정된다. 또한, 이 분담의 비율에 대해서는 모든 에너지수지의 관계에 의해 결정되므로, 한쪽 모터의 제어만으로 결정되는 것이 아니다. 도 7(b)에 나타낸 유성기어A의 입력쪽의 동작점(□)에서는, 엔진으로부터 입력된 유성기어A 입력파워(Pea)에 모터A(8)로 선 기어(4s)를 구동함으로써 입력되는 모터A 파워(Pa)를 가산함으로써 결정된다. 유성기어는 증속(增速), 감속함으로써 에너지의 입출력을 행하게 되므로, 횡축의 속도방향으로 에너지가 추가되게 된다. 도 7(c)에 대해서는, 유성기어A(4)의 출력쪽에서 기어비 ka = 2에 의하여 감속되므로, 차량속도(ωv)가 kaωv에 대하여 1/2배로, 유성기어A 분담 차량토오크(τva)가 유성기어A 분담 엔진토오크(τea)에 대하여 2배로 되어 있다. 즉, 동작점(□)에서 동작점(△)로 동작점이 변하는 것을 나타내고 있다.
마찬가지로, 도 7(d)는 유성기어B의 입력쪽의 동작점(□)의 에너지의 흐름을 나타낸 것이다. 유성기어B 입력파워(Peb)에 대하여, 모터B(9)는 선 기어(6s)에 의하여 출력쪽의 속도를 낮추는 방향으로 동작하기 때문에 발전상태로 된다. 따라서, 모터B 파워(Pb)에 의하여 동작점(□)이 도 7(d)의 위치가 된다. 유성기어B(6)의 출력쪽에서는 기어비 kb = 0.5에 의하여 증속되게 되므로, 도 7(e)의 동작점(□)과 동작점(△)으로 나타낸 바와 같이, 차량속도(ωv)는 2배로 증속, 유성기어B 분담 차량토오크(τvb)는 반감한다. 유성기어A 분담 차량토오크(τva)와 유성기어B 분담 차량토오크(τvb)를 합계한 토오크가 차량토오크(τv)이고, 도 7(a)의 동작점(○)의 위치에서 동작하게 된다. 이상과 같은 동작원리에 의하여, 엔진(1)의 동작점을 저속으로, 또한 고토오크영역으로 변속할 수 있다. 각 모터의 파워를 제어하면, 엔진(1)의 동작점을 일정하게 하면서 차량의 동작점을 임의로 제어하는 것이 가능함을 알 수 있다. 또, 모터A로 구동하는 파워(Pa)와 모터B로 발전하는 파워(Pb)의 절대치를 일치시키면 배터리(12)의 충방전동작을 동반하지 않으므로 배터리용량을 작은 값으로 할 수 있어, 차량의 중량저감에 효과가 있다. 또한, 1속 모드란, 도 7에 있어서 모터A 속도(ωa)를 0, 모터B 토오크(τb)를 0으로 하였을 때의 모드이며, CVT 모드의 특수한 경우라고 생각할 수도 있다.
도 8은 변속비가 1 내지 2 사이일 경우의 동작을 나타낸 토오크-속도특성도이다. 도 8(a)는 엔진의 동작점(×)으로부터 구동하고자 하는 차량의 동작점(○)으로 변속하는 경우의 동작원리를 나타낸 것으로서, 도 8(b)(c)에 나타낸 유성기어A의 입력과 출력쪽의 동작점은 도 7의 경우보다 더욱 고속, 저토오크쪽으로 이동하고 있음을 알 수 있다. 모터A(8)는 고속회전하면서 저토오크로 구동하게 된다. 이에 대하여, 도 8(d)(e)에 나타낸 유성기어(B)의 입력 및 출력쪽의 동작점에서는, 도 7보다 모터B 속도(ωb)가 작고, 모터B 토오크(τb)가 커지고 있다. 2속 모드의 경우에는, 모터A 토오크(τa)를 0으로, 모터B 속도(ωb)를 0으로 한 경우이므로, 1속 모드부터 2속 모드까지 모터A와 모터B를 제어하면, 연속적으로 변속하는 무단변속기능을 달성할 수 있다. 이상의 것으로부터, 통상의 저토오크운전에서는 기어비를 가장 작게 한 제어를 하기 때문에, 엔진(1)을 고토오크이고 고효율인 동작점에서 운전할 수 있는 것 외에, 토오크가 필요한 경우에는 고속으로 CVT 모드로 이행할 수 있으므로 쾌적한 운전성을 얻을 수 있는 특징이 있다.
도 9는 차량에 탑재한 배터리(12)를 유효하게 이용하여 보다 고출력의 하이브리드차량을 실현하기 위한 제어방법을 행하였을 때의 동작점의 변경을 나타낸 것이다. 도 9(a)는 도 7(a)의 엔진동작점(×)을 X의 점에서 Y의 점으로 이동하였을 때의 특성도이다. 차량의 동작점(○)이 변화하지 않도록 모터A, 모터B를 제어하면, 엔진(1)에서 발생한 에너지가 잉여로 되기 때문에, 구동에 필요한 모터A의 파워(Pa)는 감소하고, 모터B의 발전하는 파워(Pb)의 절대치는 증가하게 된다. 그 때문에, 배터리(12)에는 엔진(1)의 고효율구동으로부터 얻어진 잉여에너지가 충전된다.
도 9(b)는 배터리(12)에 축전된 에너지를 유효하게 이용하고자 하였을 경우의 동작점의 변경예이다. 도 8(a)의 경우의 엔진의 동작점(×)을 U에서 V로 엔진의 출력을 저하시키면서 이동하고, 또한 차량의 동작점(○)을 일정하게 하였을 때의 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 동작점을 설정하기 위해서는, 모터A 속도(ωa)를 증가시켜 모터A 파워(Pa)를 증가시키고, 모터B 속도(ωb)를 감속시킴으로써 발전파워를 저감하게 된다. 이에 따라, 상대적으로는 모터의 구동력으로 엔진의 구동력을 어시스트하게 된다. 실제로는, 항상 엔진의 연비가 양호한 동작점에서 구동하도록 배터리의 입출력파워의 제어를 함으로써, 저연비화를 도모할 수 있다.
도 10은 2개의 모터 중 어느 하나가 고장난 경우의 처리방법을 나타낸 플로우 차트이다. 스텝(141)에서는, 2개의 모터 중, 제어하여 정상으로 구동 가능한 모터가 있는지, 2개의 모터 모두 고장났는지를 판단하여, 정상으로 동작 가능한 모터가 있는 경우에는 스텝(142)에, 없는 경우에는 스텝(148)의 처리를 행한다. 하나라도 모터가 정상으로 제어 가능한 경우에는, 스텝(142)에서 엔진(1)이 회전중인지 여부를 판단한다. 엔진(1)이 회전하고 있지 않을 때에는, 스텝(142)부터 스텝(145)까지의 처리에 의하여 엔진(1)을 시동한 후, 스텝(146) 내지 스텝(147)의 처리에 의하여 엔진(1)과 정상으로 제어할 수 있는 모터로 차량을 구동하기 위한 제어를 행한다. 또한, 스텝(142)에서 엔진(1)이 회전하고 있다고 판단하였을 경우에는 스텝(146)부터의 처리를 행하면 된다.
스텝(143)에서는, 차량의 주행상태를 차량속도(ωv)로부터 판단하여, 주행하고 있지 않을 때에는, 스텝(144)에서 차량을 정지상태대로 해 두기 위하여 타이어(3a, 3b)를 잠금상태로 하는 조작을 행한다. 이 조작은, 체결, 개방이 가능한 브레이크장치를 구비해 두고 제어장치에 의해 자동적으로 제어하는 방법을 채용할 수도 있고, 운전자에게의 통지수단을 설치해 두고 그 지시에 따라 운전자가 브레이크를 조작하였음을 판단하는 방법을 채용해도 된다. 다음의 스텝(145)에서는, 정상으로 제어할 수 있는 모터를 이용하여 그 모터속도를 증가함으로써 엔진(1)의 시동속도까지 엔진속도(ωe)를 상승시킨다. 정차상태일 때에는, 스텝(144)에서 차량을 잠금 상태로 하고 있으므로, 반발력으로 차량이 후진하는 일은 없다. 또, 차량이 주행중에는 차량속도(ωv)에 따라 모터속도를 상승시킴으로써 엔진(1)을 시동할 수 있다. 그 때, 엔진(1)을 시동하는 반발력으로 약간 차량에 음의 구동토오크가 발생하게 되나, 엔진(1)에 대하여 차체의 관성은 매우 크므로 운전성을 저하시키게 되지는 않는다. 이와 같이 하여, 엔진속도(ωe)가 시동속도까지 도달하였을 때, 연료분사제어, 드로틀제어 등에 의하여 엔진제어를 행하면 엔진(1)을 구동할 수 있다. 이와 같은 상태로, 스텝(146)에서 정상으로 구동할 수 있는 모터의 속도제어를 행함으로써 엔진(1)의 엔진속도(ωe)를 소정의 값으로 제어할 수 있다. 또한,엔진제어를 행함으로써 차량토오크(τv)를 제어할 수 있으므로, 하나의 모터가 고장났을 경우에도 차량을 주행하는 것이 가능하다. 또한, 배터리(12)에 축전되어 있는 에너지에 의하여 모터로 어시스트할 수 있는 시간이나 파워가 제한되기 때문에, 차량속도(ωv) 등으로 제약된 운전방법밖에 취할 수 없는 경우도 있다.
스텝(141)에서 정상으로 제어할 수 있는 모터가 없다고 판단되었을 경우에는 스텝(148)부터 스텝(151)까지의 처리를 행한다. 먼저, 스텝(148)에서는, 엔진(1)이 회전중인지를 확인한다. 엔진(1)이 회전하고 있을 경우에는, 스텝(149)에서 엔진제어를 행함과 동시에 스텝(150)에서 체결장치B(13)의 온/오프제어를 행하여 엔진(1)이 정지하지 않도록 제어한다. 차량속도(ωv)가 중속 이상일 때와 같이, 엔진(1)이 정지하지 않는 등의 경우에는 체결장치B(13)는 온 상태로 하여 선 기어(6s)를 잠금상태로 하는 것이 바람직하다.
엔진(1)이 회전하고 있지 않을 경우에는, 구동할 수 없으므로, 스텝(151)에서 페일 램프를 점등하는 처리를 행한다. 이상과 같은 처리를 행함으로써 모터고장시에도 어느 정도 차량을 구동할 수 있으므로, 신뢰성을 향상할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가능한 한 전기의 에너지의 수수를 행하지 않고 엔진효율이 가장 좋은 영역에서 항상 운전할 수 있으므로, 대폭적인 저연비화를 도모할 수 있는 특징을 가지고 있다. 또, 2개의 모터를 협조하여 제어함으로써 무단변속기와 동등한 기능을 얻을 수 있으므로, 변속쇼크가 없는 자동차를 제공할 수 있는 등, 많은 특징을 가지고 있다.
도 11은 도 1과 기어 등의 시스템의 구성방법이 다른 하이브리드차량의 다른 실시형태이다. 이 시스템에서는, 배터리(12) 대신에 콘덴서(14)를 이용하고 있다. 콘덴서(14)는 배터리(12)에 비하여 중량당 파워를 크게 할 수 있으므로, 차량에 탑재하는 축전장치의 중량을 대폭 저감할 수 있다. 이에 따라, 차중(車重)을 저감할 수 있으므로 연료에 대한 주행거리의 비율을 더욱 연장할 수 있다. 또한, 에너지밀도는 콘덴서쪽이 작으므로, 콘덴서(14) 에너지의 입출력은 도 1의 실시형태보다는 적어지도록 제어한다.
또, 체결장치(17, 18, 19)를 엔진(1), 모터A(8), 차량구동축의 회전부에 구비한 점, 유성기어A(4)와 유성기어B(6)의 기어비를 바꾸기 위한 기어를 도 1의 기어(5, 7)에서 기어(15, 16)로 변경한 점도 도 1의 실시형태와 다르다.
체결장치(17, 18, 19)는 각각 다음과 같은 역할을 한다. 먼저, 체결장치(17)는 엔진(1)의 회전을 정지하기 위한 장치로서, 엔진(1)으로 구동하지 않는 경우에 체결장치(17)를 온 하여 체결한다. 이와 같은 상태에서, 모터구동모드에 의하여 제어한 경우, 모터A(8)와 모터B(9)는 엔진속도(ωe)가 0으로 되는 등의 협조속도제어를 행할 필요가 없으므로, 한쪽만 또는 양쪽의 모터로 차량토오크(τv)를 제어하면 된다. 즉, 모터의 제어방법이 매우 간단해진다는 특징이 있다. 또, 도 1의 실시형태의 경우, 협조제어를 행하면 한쪽의 모터가 구동, 다른쪽의 모터가 발전으로 되기 때문에 입출력하는 전기에너지가 컸던 것에 대하여, 본 실시형태에서는 구동에 필요한 최소한의 전기에너지를 사용하면 된다. 그 때문에, 또한 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 체결장치(17)는 원웨이 클러치를 사용해도 된다. 원웨이클러치를 사용하였을 경우에는, 엔진(1)을 정지하고 있을 때에 역방향으로 회전시키는 토오크가 발생하더라도 자동적으로 정지상태를 유지할 수 있으므로, 체결장치(17)를 제어할 필요가 없는 특징이 있다.
체결장치(18)는 모터A(8)를 잠금상태로 하기 위한 것으로서, 1속 모드에 있어서 모터A 속도(ωa)를 0으로 제어한 후에 온 한다. 그 후, 모터A(8)의 제어를 정지한다. 이에 따라, 1속 모드에서도 모터로 전기에너지를 사용하지 않고 엔진(1)을 구동하게 되므로, 또한 저연비화를 도모할 수 있다.
체결장치(19)는 차량을 잠금상태로 하기 위하여 제어할 수 있으므로, 도 10의 스텝(143)으로 나타낸 차량 잠금 처리를 제어장치에 의해 자동적으로 행할 수 있다. 그 때문에, 운전자에게 부담을 주는 일 없이 모터고장시의 엔진시동을 행할 수 있는 특징이 있다.
도 1의 기어(5, 7)에서 기어(15, 16)로 변경하면, 기능적으로는 동일한 효과가 얻어지는 것 외에, 유성기어A(4), 유성기어B(6)의 출력부터 구동축(2)까지의 구성이 간단해지기 때문에, 모터A(8), 모터B(9)를 포함하여 변속장치부분을 구동축 주위에 콤팩트하게 배치할 수 있다. 따라서, 하이브리드차량임에도 불구하고 엔진 룸 내에 있어서의 엔진의 배치를 자유롭게 설정할 수도 있다.
이상과 같이, 본 실시형태를 이용하면, 또한 시스템의 고효율화를 도모할 수 있는 특징을 가지고 있다.
도 12는 도 1과 다른 그 밖의 실시형태를 나타낸 구성도이다. 이 시스템은 유성기어(20, 21)의 입력과 출력의 기어비를 동일하게 설정하고 있다. 기어비를 변경함으로써 얻어지는 1속 모드, 2속 모드라는 특징은 없기는 하나, 본 시스템에서는, 병렬 하이브리드차량으로서 새로운 효과가 얻어진다. 즉, 배터리(12)로부터의 에너지를 이용하여 엔진(1)의 구동력을 모터에 의하여 어시스트할 때를 생각한다. 그 어시스트할 구동토오크가 작은 경우에는, 모터A(8) 또는 모터B(9) 중의 한쪽만을 구동함으로써 모터를 효율이 좋은 동작점에서 제어하게 된다. 또, 어시스트할 구동토오크가 하나의 모터용량을 넘는 등의 경우에는, 양자의 모터를 사용함으로써 대응할 수 있으므로, 종래의 병렬 하이브리드차량의 경우보다 콤팩트하게 시스템을 구성할 수 있다.
이어서, 도 13은 본 발명의 변속장치를 자전거에 적용한 경우의 실시형태이다. 자전거의 차체(22)에 설치된 변속장치(23)는 운전자가 페달(24a, 24b)을 밟음으로써 얻어지는 회전구동력을 변속한다. 그 변속한 후의 회전구동력은 체인(30)을 거쳐 후륜의 타이어(25b)에 전달되어 자전거가 전진하게 된다. 변속장치(23)는 박형(薄型)의 모터(26, 27)와 그들에 의하여 제어되는 유성기어(28, 29)로 구성되어 있다. 유성기어(28, 29)의 입력과 출력의 기어비는 도 1의 실시형태와 동일하게 다른 값으로 설정함으로써 1속 모드, 2속 모드, CVT 모드를 실현할 수 있다. 따라서, 기술하고 있지 않은 변속지시장치에 의하여, 운전자가 희망하는 변속비로 되도록 모터(26, 27)를 제어한다. 이에 따라, 운전자가 가장 편안하게 운전할 수 있으므로 쾌적한 운전성을 갖는 자전거를 제공할 수 있다. 또, 축전장치를 탑재함으로써, 내리막길이나 평탄로에서 서서히 충전한 에너지를 이용하여 오르막길을 최적의 변속비로 편안하게 올라갈 수 있다.
또, 도 14는 도 13과는 변속장치의 회전방향을 90도 바꾸었을 때의 다른 실시형태이다. 도 14가 도 13과 다른 점은 변속장치(31)의 배치방향이 90도 바뀌어져 있는 점, 체인(30) 대신에 샤프트(37)에 의하여 구동력을 타이어(25b)에 전달하는 점이다. 페달(24a, 24b)의 회전구동력은 베벨 기어를 거쳐 샤프트(36)에 전달되어 변속장치에 입력된다. 이 변속장치(31)는 모터(32, 33), 유성기어(34, 35)로 구성되어 있어, 다른 실시형태와 동일하게 변속동작을 행할 수 있으나, 그 회전방향이 자전거의 진행방향에 대하여 90도 다른 가로방향이다. 변속한 회전구동력은 샤프트(37)에 의하여 그대로 타이어(25b)까지 전달할 수 있으므로 체인을 사용할 필요가 없다. 그 때문에, 간단한 구성으로 전달효율이 좋은 자전거를 구성할 수 있다. 또, 도 13에 비하여 도 14의 실시형태에서는 페달사이에 배치하는 변속장치의 폭을 작게 할 수 있으므로, 자전거에의 탑재성도 우수한 특징을 가지고 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 운전자는 보다 가벼운 힘으로 자전거를 밟으면서 주행할 수 있다. 또한, 이 변속장치를 회전축이 수직방향이 되도록 배치하면, 자이로스코프효과를 갖게 할 수 있기 때문에, 자전거의 자세를 안정화시키는 효과를 더불어 갖게 할 수 있다.
이상이 본 발명의 일 실시형태이며, 모터에 의하여 제어되는 2개의 유성기어로 구성되는 변속장치와 이것을 사용한 하이브리드차량, 자전거에 대하여 설명하였다. 유성기어는 3개 이상인 경우에도 적용할 수 있으므로, 더욱 다단의 변속장치를 구성할 수도 있다. 모터는 주로 유성기어의 선 기어를 제어하는 방식을 나타냈으나, 다른 기어를 제어하는 방식으로 할 수도 있다. 또, 예를 들어 한쪽의 유성기어는 선 기어를, 다른쪽의 유성기어는 플래니터리를 각각 모터에 의해 제어하는 등의 좌우가 대칭이 되지 않는 구성방법에도 적용할 수 있다. 차동기구로서는, 유성기어의 경우에 대하여 설명하고 있으나, 일반적인 차동기어에도 적용할 수 있는 것 외에, 정숙성(靜肅性)을 중시하기 위해서는 하모닉 기어로 실현해도 된다. 또한, 자동차뿐만 아니라 선박, 철도차량 등도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 구동원의 에너지를 복수의 차동기구에 분배하는 기구와, 상기한 복수의 차동기구에 접속된 복수의 모터와, 상기한 복수의 차동기구의 출력에너지를 합성하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 변속장치, 또는 모터에 의하여 입력축과 출력축의 회전수의 차를 제어하는 복수의 차동기구를 구비하고, 상기한 복수의 차동기구의 입력축과 출력축을 각각 공통의 축으로 하는 것을 특징으로 하는 변속장치에 의하여, 모터에 의한 무단변속기능을 실현하고, 또한 전기의 에너지손실을 최소로 하여 효율이 좋은 변속장치를 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 차량을 구동하는 구동에너지를 발생하는 엔진과, 선 기어, 플래니터리 및 링 기어로 구성되는 제 1 및 제 2 유성기어와, 선 기어를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 구비하며, 상기한 제 1 및 제 2 유성기어는, 모두 플래니터리와 링 기어 중의 한쪽이 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축에 접속되고, 다른쪽이 차체를 구동하는 출력축에 접속됨으로써, 가속시를 제외하고 가능한 한 전기에너지를 사용하지 않고 기계적인 기어에 의하여 구동토오크를 전달하는 무단변속기능을 구성할 수 있으며, 엔진도 항상 고효율의 동작점에서 구동할 수 있으므로, 주행거리당 연료소비량을 보다 저감한 차량을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 운전자에 의하여 구동되는 입력축, 차륜을 출력축으로 하는 제 1 및 제 2 차동기구와, 제 1 및 제 2 차동기구를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 구비함으로써, 운전자의 피로가 보다 적은 자전거를 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 구동원의 에너지를 복수의 차동기구에 분배하는 기구와, 상기한 복수의 차동기구에 접속된 복수의 모터와, 상기한 복수의 차동기구의 출력에너지를 합성하는 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 변속장치.
  2. 모터에 의하여 입력축과 출력축의 회전수의 차를 제어하는 복수의 차동기구를 구비하고, 상기한 복수의 차동기구의 입력축과 출력축을 각각 공통의 축으로 하는 것을 특징으로 하는 변속장치.
  3. 차량을 구동하는 구동에너지를 발생하는 엔진과, 상기 엔진의 회전속도를 변속하여 차륜에 구동력을 전달하는 변속장치를 가지며, 상기 변속장치는, 적어도 상기 엔진이 발생하는 구동력을 입력으로 하고 또한 상기 차륜의 구동력을 출력으로 하는 제 1 및 제 2 차동기구와, 상기한 제 1 및 제 2 차동기구를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
  4. 차량을 구동하는 구동에너지를 발생하는 엔진과, 선 기어, 플래니터리 및 링 기어로 구성되는 제 1 및 제 2 유성기어와, 선 기어를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 가지며, 상기한 제 1 및 제 2 유성기어는 모두 플래니터리와 링 기어 중 한쪽이 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축에 접속되고, 다른쪽이 차체를 구동하는 출력축에 접속되는 것을 특징으로 하는 차량.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기한 제 1 및 제 2 모터를 구동하는 에너지를 축전하는 축전수단을 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기한 제 1 차동기구는, 공통의 입력축부터 출력축까지의 기어비가 상기한 제 2 차동기구의 기어비보다 큰 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔진은, 상기한 제 1 및 제 2 모터를 상기 축전수단의 에너지를 이용하여 제어함으로써 시동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진은, 상기한 제 1 및 제 2 모터를 제어함으로써 차량의 속도를 일정하게 유지하면서 시동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 차량은, 제 1 및 제 2 모터에 의하여 상기 엔진을 정지하면서 구동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진에 의하여 차량을 구동할 때, 상기한 제 1 모터를 잠금상태로 하고 상기한 제 2 모터를 프리 런 상태로 하는 제 1 운전모드와, 상기한 제 1 모터를 프리 런 상태로 하고 상기한 제 2 모터를 잠금상태로 하는 제 2 운전모드를 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기한 제 2 모터는, 기계적으로 체결되는 체결수단을 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기한 제 1 및 제 2 모터는, 기계적으로 체결되는 체결수단을 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 체결수단은, 상기한 제 1 또는 제 2 운전모드로 이행하였을 때, 상기한 제 1 또는 제 2 모터가 전기적으로 잠금상태로 된 후, 상기 모터의 축을 기계적으로 체결하는 것을 특징으로 하는 차량.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진에 의하여 차량을 구동할 때, 상기한 제 1 모터는 역행상태로 되고, 상기한 제 2 모터는 역행상태 또는 회생상태로 되는 것을 특징으로 하는 차량.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기한 제 1 모터는, 상기 엔진에 의하여 차량을 구동할 때, 상기한 제 2 모터에 의하여 발전한 에너지에 의한 역행상태로 되는 것을 특징으로 하는 차량.
  16. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기한 제 1 또는 제 2 중의 어느 한쪽의 모터가 제어불능일 때, 제어 가능한 다른쪽의 모터와 상기 엔진에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  17. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 차량은, 정차시에 상기한 제 1 또는 제 2 모터가 제어 불능일 때, 제어 가능한 다른쪽의 모터에 의하여 상기 엔진을 시동한 후, 상기한 제어 가능한 모터와 엔진에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기한 제 1 및 제 2 유성기어의 출력쪽 기어부터 출력축까지의 기어비가 서로 다른 값인 것을 특징으로 하는 차량.
  19. 운전자가 발생하는 구동력을 입력, 차륜을 구동하는 구동력을 출력으로 하는 제 1 및 제 2 차동기구와, 상기한 제 1 및 제 2 차동기구를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 가지는 것을 특징으로 하는 자전거.
  20. 입력축과 출력축을 각각 공통의 축으로 하는 복수의 차동기구를 가지며, 상기한 복수의 차동기구 중 적어도 하나의 차동기구는 제 1 모터에 의하여 입력축과 출력축의 회전수의 차를 제어하고, 다른 적어도 하나의 차동기구는 제 2 모터에 의하여 토오크제어하는 것을 특징으로 하는 변속장치.
  21. 입력축과 출력축을 각각 공통의 축으로 하고, 적어도 3가지의 기어요소로 구성된 복수의 차동기구와, 상기 차동기구의 3가지 기어요소 중, 상기 입력축 및 상기 출력축에 접속된 요소와는 다른 그 밖의 기어요소의 축에 각각 직결된 복수의 모터를 가지는 것을 특징으로 하는 변속장치.
  22. 엔진과, 선 기어, 플래니터리 및 링 기어로 구성되는 제 1 및 제 2 유성기어와, 상기한 선 기어를 각각 제어하는 제 1 및 제 2 모터를 가지며, 상기한 제 1 및 제 2 유성기어는, 모두 플래니터리와 링 기어 중 한쪽이 상기 엔진에 의하여 구동되는 입력축에 접속되고, 다른쪽이 차체를 구동하는 출력축에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 차량.
  23. 엔진과, 상기 엔진의 구동력을 입력으로 하는 복수의 차동기구와, 상기한 복수의 차동기구의 출력에 의하여 차량을 구동하는 구동기구와, 상기한 복수의 차동기구에 각각 접속된 복수의 모터와, 엔진의 회전을 정지하는 체결장치를 가지는 것을 특징으로 하는 차량.
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