JP2007050860A - トルク伝達装置、その制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータジェネレータを備えたトルク伝達装置において、モータジェネレータの回生効率を向上させる。
【解決手段】 トルク伝達装置１は、エンジン８の出力トルクをトランスミッション９に伝達するとともにエンジン８をアシストするためのトルク伝達装置１であって、フライホイール８２に連結された第１入力部材２１と、トランスミッション９の入力シャフト９１と、入力シャフト９１との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータ３と、入力シャフト９１とモータジェネレータ３との間に配置され入力シャフト９１およびモータジェネレータ３の一方から他方へ伝達される回転運動の速度を変速可能な変速機構４とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トルク伝達装置、その制御装置およびその制御方法、特に、モータジェネレータが設けられたトルク伝達装置、その制御装置およびその制御方法に関する。

近年、自動車の燃費を向上させるために、モータジェネレータが設けられたトルク伝達装置が提案されている。この種のトルク伝達装置としては、例えばエンジンとトランスミッションとの間に湿式多板クラッチとモータジェネレータとが配置されたハイブリッド駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

このハイブリッド駆動装置は、フライホイールとモータジェネレータとの間でトルクを伝達あるいは遮断する第１クラッチと、モータジェネレータとトランスミッションの入力シャフトとの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチとを備えている。エンジンの出力トルクをトランスミッションへ伝達する場合やエンジンおよびモータジェネレータの出力トルクをトランスミッションへ伝達する場合は第１クラッチおよび第２クラッチが連結される。モータジェネレータの出力トルクのみをトランスミッションへ伝達する場合は第１クラッチが切断され第２クラッチが連結される。また、モータジェネレータにより回生を行う場合は、第１クラッチが切断され第２クラッチが連結され、トランスミッション側の回転運動がロータに伝達される。

このように、このハイブリッド駆動装置では、エンジンの効率に応じて第１クラッチおよび第２クラッチにより駆動源を選択したり、あるいはモータジェネレータにより回生を行い運動エネルギを電気エネルギに変換したりすることで、車両の運動エネルギを有効利用し、燃費の向上を図っている。
特開２００２−８７０８０号公報

以上に述べたトルク伝達装置は、さらなる燃費の向上を目的として様々な改良がなされている。例えば、このトルク伝達装置ではモータジェネレータによる回生時には車両の運動エネルギを有効利用しているため、モータジェネレータの回生効率の向上が燃費に大きく影響する。したがって、燃費を向上させるためにモータジェネレータの回生効率を向上させることが求められている。

本発明の課題は、モータジェネレータを備えたトルク伝達装置において、モータジェネレータの回生効率を向上させることにある。

請求項１に記載のトルク伝達装置は、エンジンの出力トルクをトランスミッションに伝達するとともにエンジンをアシストするためのトルク伝達装置であって、エンジン側の部材に連結された入力側部材と、トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、出力側部材とモータジェネレータとの間に配置され出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動の速度を変速可能な変速機構とを備えている。

モータジェネレータの回生効率はモータジェネレータのロータの回転速度により変動する。具体的には、モータジェネレータの固有特性にもよるが、一般的にロータの回転速度が大きくなるとモータジェネレータの回生効率は向上する。このトルク伝達装置では、出力側部材とモータジェネレータとの間に変速機構が設けられているため、出力側部材の回転速度に比べてモータジェネレータの回転速度を増速することができる。これにより、従来に比べてモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

請求項２に記載のトルク伝達装置は、請求項１において、変速機構が出力側部材からモータジェネレータに伝達される回転運動の速度を増速可能である。

このトルク伝達装置では、出力側部材の回転速度に比べてモータジェネレータのロータの回転速度を増速することができ、モータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

請求項３に記載のトルク伝達装置は、請求項１または２において、モータジェネレータおよび変速機構を内部に収容するためのハウジングをさらに備えている。モータジェネレータは、ステータと、ステータと相対回転可能に配置されたロータとを有している。変速機構は、ロータに装着されたリングギヤと、リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤとを有している。

このトルク伝達装置では、変速機構が遊星歯車機構を有しているため、軸方向寸法の増大を抑えつつモータジェネレータの回生効率の向上を図ることができる。

請求項４に記載のトルク伝達装置は、請求項３において、変速機構がサンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチをさらに有している。

このトルク伝達装置では、第２クラッチを連結することによりサンギヤをハウジングに固定することができるため、プラネタリギヤおよびリングギヤによりロータの回転速度を確実に増速させることができる。

請求項５に記載のトルク伝達装置は、請求項３または４において、変速機構がリングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチをさらに有している。

前述のようにロータの回転速度が大きくなると、モータジェネレータの回生効率は向上する。しかし、ロータの回転速度がある一定の値を超えると、ロータの回転速度が大きくなるにしたがって回生効率が低下してしまう。このトルク伝達装置では、第３クラッチを連結することによりリングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの相対運動を規制することができる。すなわち、変速機構での変速が行われない。これにより、ロータの回転速度が一定の値を超えた場合にでも、モータジェネレータの回生効率の低下を防止することができる。

請求項６に記載のトルク伝達装置は、請求項１から５のいずれかにおいて、入力側部材およびモータジェネレータの間でトルクを伝達あるいは遮断するための第１クラッチをさらに備えている。

このトルク伝達装置では、回生時において第１クラッチを切断することによりエンジンでのフリクションロスがモータジェネレータへ伝達されるのを防止することができ、車両の運動エネルギをより有効に利用することができる。

請求項７に記載の回生制御装置は、エンジン側の部材に連結された入力側部材と、トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、ステータとステータの内周側に相対回転可能に配置されたロータとを有し出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、出力側部材とモータジェネレータとの間に配置され出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動の速度を変速可能な変速機構とを備えたトルク伝達装置の回生制御装置であって、車両の走行状態に基づいて回生開始および回生停止を判断するための回生制御部と、ロータの回転速度を検出するための回転速度検出部と、変速機構の変速を切り換えるための変速切換部と、回生制御部、回生速度検出部および変速切換部と接続された変速制御部とを備えている。変速制御部は、回生制御部からの回生開始信号が入力された場合に、回転速度検出部から出力される回転速度と予め設定された基準回転速度とを比較し、回転速度が基準回転速度を超えているか否かを判断するとともに、判断結果に基づいて変速切換部へ変速切換信号を出力する。

前述のようにロータの回転速度が大きくなると、モータジェネレータの回生効率は向上する。しかし、ロータの回転速度がある一定の値を超えると、ロータの回転速度が大きくなるにしたがって回生効率が低下してしまう。この回生制御装置では、変速制御部によりロータの回転速度と基準回転速度とを比較し、ロータの回転速度が基準回転速度を超えているか否かで変速機構での変速を切り換えることができる。すなわち、この回生制御装置では、モータジェネレータの回生効率が向上するようにロータの回転速度を増速させたりあるいは回生効率が低下しないようにロータの回転速度を増速させなかったりすることができる。これにより、この回生制御装置では従来よりもモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

請求項８に記載の回生制御装置は、請求項７において、検出した回転速度が基準回転速度以下である場合のみ変速制御部は出力側部材からロータへ伝達される回転運動の速度を増速させる。

請求項９に記載の回生制御装置は、請求項７または８において、変速機構がロータに装着されたリングギヤと、リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤと、サンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチと、リングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチとを有している。変速制御部は、第２および第３クラッチの連結および切断を切換可能である。

この回生制御装置では、変速制御部が第２および第３クラッチの連結および切断を切換可能であるため、変速機構の変速を第２および第３クラッチにより切り換えることができる。

請求項１０に記載の制御方法は、エンジン側の部材に連結された入力側部材と、トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、ステータとステータの内周側に相対回転可能に配置されたロータとを有し出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、出力側部材およびモータジェネレータとの間に配置され出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動を変速可能な変速機構と、モータジェネレータの回生を制御するための回生制御装置とを備えたトルク伝達装置の制御方法であって、回生制御装置においてロータの回転速度を検出する回転速度検出工程と、回生制御装置において検出した回転速度と予め設定された基準回転速度とを比較し、検出した回転速度が基準回転速度を超えているか否かを判断する判断工程と、回生制御装置において判断工程からの判断結果に基づいて変速機構での変速を切り換える変速切換工程とを含んでいる。

この制御方法では、回転速度検出工程と、判断工程と、変速切換工程とを含んでいるため、モータジェネレータの回生効率が向上するようにロータの回転速度を増速させたりあるいは回生効率が低下しないようにロータの回転速度を増速させなかったりすることができる。これにより、この回生制御装置では従来よりもモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

請求項１１に記載の制御方法は、請求項１０において、変速切換工程では検出した回転速度が基準回転速度以下である場合のみ出力側部材からロータへ伝達される回転運動の速度を増速させる。

請求項１２に記載の制御方法は、請求項１０または１１において、変速機構がロータに装着されたリングギヤと、リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤと、サンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチと、リングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチとを有している。変速切換工程では、検出した回転速度が基準回転速度以下である場合には第２クラッチが連結および第３クラッチが切断され、検出した回転速度が基準回転速度を超えている場合には第２クラッチが切断および第３クラッチが連結される。

この制御方法では、ロータの回転速度に応じて第２および第３クラッチの連結および切断を切換可能であるため、モータジェネレータの回生効率が向上するロータの回転速度を選択することができる。これにより、モータジェネレータの回生効率をより向上させることができる。

本発明に係るトルク伝達装置では、モータジェネレータと出力側部材との間に変速機構を設けることでモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

本発明に係る回生制御装置および制御方法では、モータジェネレータの回生効率が向上するロータの回転速度を選択することができ、モータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

本発明の各実施形態を図面を参照しながら説明する。

Ａ．第１実施形態
１．トルク伝達装置の構成
図１に本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の構成図、図２に本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の縦断面概略図を示す。トルク伝達装置１は、エンジン８の出力トルクをトランスミッション９に伝達するための装置であって、図１および図２に示すようにハウジング５と、ダンパー機構６と、第１クラッチ２と、モータジェネレータ３と、変速機構４とを備えている。

（１）ハウジング５
図１および図２に示すように、ハウジング５は、第１クラッチ２、モータジェネレータ３および変速機構４を内部に収容しており、第１ハウジング５１と、第２ハウジング５２と、第３ハウジング５３とを有している。

第１ハウジング５１は、第１クラッチ２、モータジェネレータ３および変速機構４の外周側に配置された筒状の部材であり、図２に示すようにエンジン８のハウジング８１に固定されている。第２ハウジング５２は、第１ハウジング５１のトランスミッション９側に配置されており、第１ハウジング５１に固定されている。また、第１および第２ハウジング５１、５２は、トランスミッション９側のハウジング９２に固定されている。第３ハウジング５３は、後述するモータジェネレータ３のステータ３１とともに第１ハウジング５１の内周側に固定されている。トランスミッション９の入力シャフト９１（出力側部材）は第２ハウジング５２を貫通しており、その貫通部は第１シール部材５２ａによりシールされている。第１クラッチ２の第１入力部材２１は第３ハウジング５３を貫通しており、その貫通部は第２シール部材５３ａによりシールされている。

（２）ダンパー機構６
ダンパー機構６は、エンジン８の燃焼変動による回転振動を吸収するためのもので、エンジン８のフライホイール８２に連結されている。図２に示すように、ダンパー機構６は、外周部に過大トルクの伝達を防止するためのトルク制限部６ａを有している。ダンパー機構６は、後述する第１クラッチ２の第１入力部材２１（入力側部材）とスプライン係合している。エンジン８の出力トルクは、フライホイール８２およびダンパー機構６を介して第１入力部材２１に入力される。ダンパー機構６の構成は従来のものと何ら変わるところがないため、詳細な説明は省略する。

（３）第１クラッチ２
図３に第１クラッチ２周辺の縦断面概略図を示す。第１クラッチ２は、ダンパー機構６と後述するモータジェネレータ３との間でトルクを伝達あるいは遮断するための湿式多板クラッチであって、図３に示すように第１入力部材２１と、第１摩擦連結部２２と、第１付勢力発生機構２３と、第１出力部材２４と、第１係止部材２５とを有している。第１入力部材２１は、第１軸受５３ｂにより第３ハウジング５３に対して相対回転可能に支持されている。第１出力部材２４および第１係止部材２５は、後述するモータジェネレータ３のロータ３２に一体回転可能に固定されている。第１係止部材２５は、第２軸受５３ｃにより第３ハウジング５３に対して相対回転可能に支持されている。

第１摩擦連結部２２は、第１入力部材２１と第１出力部材２４とを摩擦力により連結するためのもので、複数の第１ドライブプレート２２ａと、複数の第１ドリブンプレート２２ｂとを有している。第１ドライブプレート２２ａは、環状のプレート部材であり、第１入力筒状部２１ａの外周部に相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第１ドリブンプレート２２ｂは、環状のプレート部材であり、第１出力部材２４の内周部に相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第１ドライブプレート２２ａおよび第１ドリブンプレート２２ｂは、軸方向に交互に配置されている。

第１付勢力発生機構２３は、第１摩擦連結部２２へ軸方向の付勢力を与えるためのもので、第１ピストン２３ａと、第１保持部材２３ｂと、第１弾性部材２３ｃとを有している。第１ピストン２３ａは、環状の部材であり、第１出力部材２４に軸方向に相対移動可能に係合している。第１保持部材２３ｂは、第１出力部材２４に固定された環状の部材である。第１保持部材２３ｂの外周部と第１ピストン２３ａとの係合部は、シールされている。第１弾性部材２３ｃは、第１ピストン２３ａと第１保持部材２３ｂとの軸方向間に圧縮された状態で配置されている。第１ピストン２３ａと第１出力部材２４との間には、環状の第１油圧室２３ｄが形成されている。第１ピストン２３ａと第１保持部材２３ｂとの間には、環状の第１油圧キャンセル室２３ｅが形成されている。

（４）モータジェネレータ３
モータジェネレータ３は、エンジン８をアシストするための動力源であり、ステータ３１と、ロータ３２とを有している。ステータ３１は、ハウジング５の内周部に固定された環状の部材である。ステータ３１は、コイル３３が巻回されており、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）に電気的に接続されている。ロータ３２は、ステータ３１の内周側に相対回転可能に配置された環状の部材であり、外周側に永久磁石からなるロータマグネットを有している。ロータ３２には、前述の第１出力部材２４、第１係止部材２５および後述のリングギヤ４１が固定されている。したがって、ロータ３２、第１出力部材２４、第１係止部材２５およびリングギヤ４１が一体で回転する。

（５）変速機構４
図４に変速機構４周辺の縦断面概略図を示す。変速機構４は、トランスミッション９およびモータジェネレータ３の間で伝達される回転速度を変速するためのもので、図４に示すように遊星歯車機構４０と、第２クラッチ４４と、第３クラッチ４７とを有している。

１）遊星歯車機構４０
遊星歯車機構４０は、モータジェネレータ３およびトランスミッション９の間の回転速度を変速するためのもので、リングギヤ４１と、複数のプラネタリギヤ４２と、サンギヤ４３と、第１キャリア４２ｃと、第２キャリア４２ｅとを有している。リングギヤ４１は、図３に示すようにロータ３２に固定された環状の部材である。プラネタリギヤ４２は、リングギヤ４１の内周側に配置されており、リングギヤ４１と噛合している。サンギヤ４３は、複数のプラネタリギヤ４２の内周側に配置されており、プラネタリギヤ４２と噛合している。プラネタリギヤ４２には、第３軸受４２ｂを介してピン４２ａが相対回転可能に設けられている。

第１キャリア４２ｃおよび第２キャリア４２ｅは、プラネタリギヤ４２のエンジン８側およびトランスミッション９側に配置された環状の部材であり、第３軸受４２ｂに装着されている。すなわち、プラネタリギヤ４２は、第１キャリア４２ｃおよび第２キャリア４２ｅにより円周方向に連結されている。

第１キャリア４２ｃは、第２ハウジング５２の外周側に配置されており、第４軸受５２ｃにより第２ハウジング５２に対して相対回転可能に支持されている。第１キャリア４２ｃは、トランスミッション９の入力シャフト９１の端部にスプライン係合している。第１キャリア４２ｃの外周部には第１出力部材２４が挿嵌されており、第１出力部材２４は第５軸受５２ｄにより第１キャリア４２ｃに対して相対回転可能に支持されている。また、第１入力部材２１は、第６軸受２１ｂにより第１キャリア４２ｃに対して相対回転可能に支持されており、第６軸受２１ｃにより第１キャリア４２ｃに対して軸方向へ相対移動不能に支持されている。

第２キャリア４２ｅは、プラネタリギヤ４２に対して第１キャリア４２ｃの反対側に配置されている。第２キャリア４２ｅの外周部には、後述する第３クラッチ４７の第３摩擦連結部４８が相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。

２）第２クラッチ４４
第２クラッチ４４は、サンギヤ４３とハウジング５との間でトルクを伝達あるいは遮断するための湿式多板クラッチで、第２摩擦連結部４５と、第２付勢力発生機構４６とを有している。第２摩擦連結部４５は、サンギヤ４３とハウジング５とを摩擦力により連結するためのもので、複数の第２ドライブプレート４５ａと、複数の第２ドリブンプレート４５ｂとを有している。第２ドライブプレート４５ａは、環状のプレート部材であり、サンギヤ４３の外周部に相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第２ドリブンプレート４５ｂは、環状のプレート部材であり、第２ハウジング５２に固定された複数の支持部材４５ｃに相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第２ドライブプレート４５ａおよび第２ドリブンプレート４５ｂは、軸方向に交互に配置されている。

第２付勢力発生機構４６は、第２摩擦連結部４５へ軸方向の付勢力を与えるためのもので、第２ピストン４６ａと、第２保持部材４６ｂと、第２弾性部材４６ｃと、第２係止部材４６ｆとを有している。第２ピストン４６ａは、環状の部材であり、第２係止部材４６ｆに対して軸方向に相対移動可能に係合している。第２保持部材４６ｂは、支持部材４５ｃに嵌め込まれた環状の部材である。第２弾性部材４６ｃは、第２ピストン４６ａと第２保持部材４６ｂとの軸方向間に圧縮された状態で配置されている。第２係止部材４６ｆと第２ピストン４６ａとの軸方向間には、環状の第２油圧室４６ｄが形成されている。第２係止部材４６ｆと第２ピストン４６ａとの半径方向間には、環状の第２油圧キャンセル室４６ｅが形成されている。

３）第３クラッチ４７
第３クラッチ４７は、プラネタリギヤ４２とサンギヤ４３との間でトルクを伝達あるいは遮断するための湿式多板クラッチで、第３摩擦連結部４８と、第３付勢力発生機構４９とを有している。第３摩擦連結部４８は、プラネタリギヤ４２とサンギヤ４３とを摩擦力により連結するためのもので、複数の第３ドライブプレート４８ａと、複数の第３ドリブンプレート４８ｂとを有している。第３ドライブプレート４８ａは、環状のプレート部材であり、第２キャリア４２ｅの外周部に相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第３ドリブンプレート４８ｂは、環状のプレート部材であり、サンギヤ４３に相対回転不能にかつ軸方向へ相対移動可能に係合している。第３ドライブプレート４８ａおよび第３ドリブンプレート４８ｂは、軸方向に交互に配置されている。

第３付勢力発生機構４９は、第３摩擦連結部４８へ軸方向の付勢力を与えるためのもので、第３ピストン４９ａと、第３保持部材４９ｂと、第３弾性部材４９ｃとを有している。第３ピストン４９ａは、環状の部材であり、サンギヤ４３に対して軸方向に相対移動可能に係合している。第３保持部材４９ｂは、サンギヤ４３に固定された環状の部材である。第３保持部材４９ｂの外周部と第３ピストン４９ａとの係合部はシールされている。第３弾性部材４９ｃは、第３ピストン４９ａと第３保持部材４９ｂとの軸方向間に圧縮された状態で配置されている。第３ピストン４９ａとサンギヤ４３との間には、環状の第３油圧室４９ｄが形成されている。第３ピストン４９ａと第３保持部材４９ｂとの間には、環状の第３油圧キャンセル室４９ｅが形成されている。

２．ロータの回転速度と回生効率との関係について
モータジェネレータは、電気エネルギにより駆動力を発生させるとともに、トランスミッションから伝達される回転運動を電気エネルギに変換する回生を行う。モータジェネレータにより回生を行うことで、車両のもつ運動エネルギを電気エネルギに変換し再利用することができる。したがって、モータジェネレータの回生効率は、車両の燃費に大きく影響する。

モータジェネレータのチューニングの状態にもよるが、一般的にモータジェネレータの回生効率はロータの回転速度により変動する。図５にロータ回転速度と回生効率との関係を示す。図５のグラフはほんの一例であり、チューニングの状態により回転速度と回生効率との関係は変動する。

図５から明らかなように、ロータの回転速度が大きくなるとモータジェネレータの回生効率が向上する。そしてロータの回転速度がある一定の値を超えると、ロータの回転速度が大きくなるにしたがって回生効率が徐々に低下する。図５の場合、ロータの回転速度が４０００〜５０００ｒｐｍを境にロータの回転速度と回生効率との関係が変化している。したがって、回生時においてトランスミッションの入力シャフトの回転速度に比べてロータの回転速度を大きくすることで、ある一定の範囲内でモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

３．変速機構４のギヤ比と動作について
前述のようにロータの回転速度が大きくなるとモータジェネレータの回生効率が向上する。しかし、従来のトルク伝達装置では回生時においてトランスミッションの入力シャフトとロータとの間で回転速度が変速されていない。そのため、トランスミッション側の回転速度に相当する回生効率しか得ることができない。

そこで本発明に係るトルク伝達装置１では、変速機構４によりトランスミッションの入力シャフトとロータとの間で回転速度を変速可能な構成としている。具体的には、このトルク伝達装置１ではエンジン８およびモータジェネレータ３での正駆動時とモータジェネレータ３の回生時である逆駆動時とで変速機構４により変速比を変えることができる構成としている。図６に変速機構４の速度線図を示す。図６は、リングギヤ４１、プラネタリギヤ４２およびサンギヤ４３の歯数Ｎｒ、Ｎｐ、ＮｓがＮｒ＝６３、Ｎｐ＝３９、Ｎｓ＝２４である場合を示している。図６において、「Ｓ」はサンギヤ４３、「Ｃ」は第１キャリア４２ｃ、「Ｒ」はリングギヤ４１を示している。

正駆動時においては、変速機構４の第２クラッチ４４が切断されるとともに、第３クラッチ４７が連結される。第３クラッチ４７が連結されると、プラネタリギヤ４２およびサンギヤ４３の相対回転が規制される。この結果、リングギヤ４１、プラネタリギヤ４２およびサンギヤ４３が一体で回転する。これにより、正駆動時においては変速機構４により変速されずエンジン８およびモータジェネレータ３の回転はそのままトランスミッション９へ伝達される。図６において、この状態は速度線Ａで示されている。

一方、モータジェネレータ３の逆駆動時においては、第２クラッチ４４が連結されるとともに、第３クラッチ４７が切断される。この結果、サンギヤ４３はハウジング５に対して固定され、プラネタリギヤ４２およびリングギヤ４１の間で回転速度が変速される。前述のギヤ比の場合、図６に示すようにリングギヤ４１の回転速度は第１キャリア４２ｃすなわち入力シャフト９１の回転速度１．３８１倍となる。図６では、この状態は速度線Ｂで示されている。

そして、これを前述の図５で説明すると、例えばトランスミッション９の入力シャフト９１の回転速度が２０００ｒｐｍの場合、その回転がロータ３２に変速されずに伝達されると、モータジェネレータ３の回生効率は約８５％となる。それに対して、変速機構４によりロータ３２の回転速度を増速した場合、ロータ３２の回転速度は約２８００ｒｐｍとなる。この結果、モータジェネレータ３の回生効率は約８８％に上昇する。

このように、変速機構４によりトランスミッション９側の回転速度に比べてロータ３２の回転速度を増速させることで、従来よりもモータジェネレータ３の回生効率を向上させることができる。

４．制御方法について
前述のように、モータジェネレータの回生効率を向上させることができるのは、例えば図５に示すようにロータの回転速度が０〜５０００ｒｐｍの範囲内である。ロータの回転速度が５０００ｒｐｍを超えると、モータジェネレータの回生効率は低下する。したがって、より回生効率を向上させるためには逆駆動時において必ずロータ３２の回転速度を変速機構４により増速するわけではなく、ロータ３２の回転速度に応じて増速または変速なしを切り換える必要がある。ここでは、その制御について説明する。

図７に回生制御装置７０の構成概略図を示す。回生制御装置７０は、各部からの信号等に基づいてモータジェネレータ３での回生および変速機構４での変速切換を制御するためのもので、回転速度検出部７２と、モータジェネレータ制御部７７と、インバータ７３と、バッテリ７４と、油圧制御部７５（変速切換部）と、回生制御部７１と、変速制御部７６とを備えている。回生制御装置７０は、例えば車両のトルク伝達制御装置（図示せず）の一部を構成している。

回転速度検出部７２は、ロータ３２の回転速度を検出するためのもので、回転速度センサ７２ａと、速度変換部７２ｂとを有している。回転速度センサ７２ａは、ロータ３２の回転速度を検出するためのもので、図２に示すように第１係止部材２５の外周部に近接して配置されており、第３ハウジング５３に固定されている。速度変換部７２ｂは、図７に示すように回転速度センサ７２ａと電気的に接続されており、回転速度センサ７２ａからの電気信号を回転速度に変換し、後述する変速制御部７６に出力する。

モータジェネレータ制御部７７は、インバータ７３を介してモータジェネレータ３の出力トルクや回生制動トルク等を制御するためのものである。バッテリ７４は、モータジェネレータ３の回生により発生した電気エネルギを充電するためのものである。油圧制御部７５は、第１クラッチ２、第２クラッチ４４および第３クラッチ４７へ油圧を供給して連結および切断を切り換えるためのものであり、複数のバルブブロックや油圧ポンプ等から構成されている。油圧制御部７５は、変速制御部７６からの出力信号により各クラッチの連結および切断を切り換える。インバータ７３、バッテリ７４および油圧制御部７５は、従来のものと何ら変わるところがないため、詳細な説明は省略する。

回生制御部７１は、回生制御装置７０の中枢をなすものであり、各部の信号に基づいて変速制御部７６に回生開始および回生停止信号を出力する。具体的には、回生制御部７１は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムにしたがって信号処理を実行する。例えば回生制御部７１は、車両のアクセルおよびブレーキの操作量等の信号に基づいて車両の加速および減速等の状態を判断し、車両が減速している場合は変速制御部７６に回生開始信号を出力し、車両が加速あるいは一定速度で走行する場合は変速制御部７６に回生停止信号を出力する。

変速制御部７６は、各部の信号に基づいて回生効率が向上するように変速機構４の変速を切り換えるためのもので、回生制御部７１、回転速度検出部７２、モータジェネレータ制御部７７および油圧制御部７５に接続されている。

ここで、回生制御装置７０における制御方法について説明する。図８に回生制御装置７０の制御フロー図の一例を示す。

回生制御部７１が変速制御部７６へ回生開始信号を出力すると（Ｓ１）、変速制御部７６はロータ３２の回転速度を検出するよう回転速度検出部７２へ回転速度検出信号を出力する。回転速度検出部７２は、回転速度センサ７２ａおよび速度変換部７２ｂによりロータ３２の回転速度を検出すると、変速制御部７６へ回転速度信号を出力する（回転速度検出工程Ｓ２）。回転速度検出部７２はロータ３２の回転速度を常時検出してもよいし、変速制御部７６からの回転速度検出信号に基づいて回転速度を検出してもよい。回転速度検出部７２からの回転速度信号が変速制御部７６へ入力されると、変速制御部７６は、ロータ３２の回転速度と予め設定された基準回転速度とを比較し、ロータ３２の回転速度が基準回転速度を超えているか否かを判断する（判断工程Ｓ３）。基準回転速度としては、前述のように例えば４０００〜５０００ｒｐｍが考えられる。

ロータ３２の回転速度が基準回転速度以下である場合、ロータ３２の回転速度を増速させると回生効率が向上するため、変速制御部７６はロータ３２の回転速度がトランスミッション９の入力シャフト９１の回転速度よりも増速されるように油圧制御部７５へ増速信号（変速切換信号）を出力する。変速制御部７６からの増速信号が油圧制御部７５に入力されると、油圧制御部７５は、変速制御部７６からの増速信号に基づいて、第２クラッチ４４を連結するとともに、第３クラッチ４７を切断する（変速切換工程Ｓ４）。そして、変速制御部７６からの回生開始信号がモータジェネレータ制御部７７へ入力されると、モータジェネレータ３およびインバータ７３により回生が開始される（Ｓ６）。これにより、ロータ３２の回転速度が増速され、モータジェネレータ３の回生効率が向上する。なお、回生開始および回生停止信号は、変速制御部７６ではなく回生制御部７１からモータジェネレータ制御部７７へ直接出力されてもよい。

また、ロータ３２の回転速度が基準回転速度を超えている場合は、ロータ３２の回転速度を増速させると回生効率が低下するため、変速制御部７６はロータ３２の回転速度がトランスミッション９の入力シャフト９１の回転速度よりも増速されないように油圧制御部７５に減速信号（変速切換信号）を出力する。変速制御部７６からの減速信号が油圧制御部７５に入力されると、油圧制御部７５は、変速制御部７６からの減速信号に基づいて、第２クラッチ４４を切断するとともに、第３クラッチ４７を連結する（変速切換工程Ｓ５）。そして、変速制御部７６からの回生開始信号がモータジェネレータ制御部７７へ入力されると、モータジェネレータ３およびインバータ７３により回生が開始される（Ｓ６）。これにより、ロータ３２および入力シャフト９１の回転速度が等しくなり、モータジェネレータ３の回生効率の低下を防止することができる。

また、回生開始から回生停止までの間に判断工程Ｓ３においてロータ３２の回転速度と基準回転速度との関係が変化した場合は、その判断結果に基づいて第２クラッチ４４および第３クラッチ４７の連結および切断が行われる（Ｓ７）。そして、回生制御部７１から変速制御部７６へ回生停止信号が出力されると、変速制御部７６からモータジェネレータ制御部７７へ回生停止信号が入力され、モータジェネレータ３およびインバータ７３による回生が停止される（Ｓ７、Ｓ８）。

さらに、回生時において第１クラッチ２を切断した場合、エンジン８でのフリクションロスによりモータジェネレータ３での発電量が低下するのを防止することができ、車両の運動エネルギをより有効利用することができる。

以上に述べた回生制御装置７０によりロータ３２の増速等の切り換えを行うことで、従来よりもトルク伝達装置１の回生効率をさらに向上させることができる。

５．トルク伝達装置の動作
トルク伝達装置１の動作について車両の走行状態ごとに図１を参照しながら説明する
（１）発進時
車両の発進時においては、第１クラッチ２および第２クラッチ４４が切断され、第３クラッチ４７が連結された状態で、モータジェネレータ３に電力が供給される。この結果、モータジェネレータ３から駆動力が発生し、この駆動力が遊星歯車機構４０を介してトランスミッション９の入力シャフト９１に伝達され、車両がモータジェネレータ３の駆動力のみで発進される。このとき、第２クラッチ４４が切断されており、第３クラッチ４７が連結されているため、プラネタリギヤ４２とサンギヤ４３とが一体回転する。すなわち、ロータ３２と遊星歯車機構４０とが一体となって回転し、遊星歯車機構４０により回転速度が変速されない。そして、モータジェネレータ３のロータ３２の回転速度がエンジン８のアイドリング回転速度相当になった時点で、エンジン８が始動するとともに第１クラッチ２が連結される。

（２）低負荷加速走行
車両の加速時においては、エンジン８の駆動力を増加させつつモータジェネレータ３の駆動力を低下させていき、最終的にはモータジェネレータ３の駆動力をゼロとしてエンジン８の駆動力のみで加速する。

（３）モータジェネレータのみによる微速走行
第１クラッチ２の連結を解除した状態で、エンジン８への燃料供給を停止し、モータジェネレータ３のみを駆動する。この場合は、モータジェネレータ３の駆動力が遊星歯車機構４０および入力シャフト９１に伝達されて車両が走行する。一方、モータジェネレータ３の駆動力は、第１クラッチ２が切断されているためエンジン８には伝達されない。この結果、エンジン８はモータジェネレータ３で駆動されることはなく、エンジン８でのフリクションロスを防止でき、エネルギ効率を向上させることができる。また、モータジェネレータ３の回転制御で速度を微調節でき、複雑な半クラッチ制御を行う必要がなくなる。

（４）エンジンのみによる走行
第１クラッチ２を連結しエンジン８を駆動する一方、モータジェネレータ３には電力供給を行わない。この結果、エンジン８からの駆動力は、ダンパー機構６、第１クラッチ２、ロータ３２および遊星歯車機構４０を介して入力シャフト９１に入力され、車両はエンジン８の駆動力のみで走行する。

（５）高負荷走行
第１クラッチ２を連結した状態で、エンジン８およびモータジェネレータ３の両方を駆動する。この場合は、エンジンからの駆動力がダンパー機構６、第１クラッチ２、ロータ３２および遊星歯車機構４０を介して入力シャフト９１に伝達されるとともに、モータジェネレータ３の駆動力がロータ３２および遊星歯車機構４０を介して入力シャフト９１に伝達される。これにより、両者の駆動力がトランスミッション９に伝達され、高負荷走行が可能となる。

（６）軽減速・軽制動
第１クラッチ２および第３クラッチ４７の連結を解除するとともに、第２クラッチ４４を連結する。この場合は、トランスミッション９側からの駆動力が、入力シャフト９１および遊星歯車機構４０を介してロータ３２に伝達される。すなわち、トランスミッション９側からの駆動力によりモータジェネレータ３が逆駆動される。これにより、車両の運動エネルギの一部がモータジェネレータ３にて回生され電気エネルギとしてバッテリに充電されると共に、回生制動が実現される。

このとき、第３クラッチ４７が切断され第２クラッチ４４が連結されているため、サンギヤ４３がハウジング５に固定されるとともに、プラネタリギヤ４２が回転可能となる。この結果、入力シャフト９１の回転がプラネタリギヤ４２およびリングギヤ４１を介してロータ３２に伝達される。

プラネタリギヤ４２からリングギヤ４１へトルクが伝達される際、リングギヤ４１の回転がプラネタリギヤ４２および第１キャリア４２ｃの回転よりも増速される。具体的には、例えば前述の歯数の組み合わせの場合、ロータ３２およびリングギヤ４１の回転速度はプラネタリギヤ４２の回転速度の約１．４倍となる。そして図５に示すように、ロータ３２の回転速度が大きくなると、モータジェネレータ３の回生効率が向上する。したがって、変速機構４により回生時のロータ３２の回転速度を増速することで、モータジェネレータ３の回生効率を向上させることができる。

また、第１クラッチ２が切断されているため、エンジン８側に駆動力は伝達されず、エンジン８の逆駆動によるフリクションロスが発生せず、モータジェネレータ３での発電量の低下を防止することができる。

（７）急減速・急制動
この場合、第１クラッチ２を連結する。そうすると、トランスミッション９側からの駆動力でモータジェネレータ３およびエンジンの両者が逆駆動される。これにより回生制動に加えてエンジン８のフリクションも利用でき、高い減速力・制動力が得られる。

Ｂ．第２実施形態
前述の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の軸方向寸法を短縮するために、第２実施形態が考えられる。図８に本発明の第２実施形態としてのトルク伝達装置１０１の構成図を示す。

このトルク伝達装置１０１は、第１実施形態のトルク伝達装置１と基本構成は同じである。しかし図８に示すように、このトルク伝達装置１０１では、モータジェネレータ１０３のロータ１３２の内周側に第１クラッチ１０２ではなく変速機構１０４の遊星歯車機構１４０が配置されている。第１クラッチ１０２はモータジェネレータ１０３のエンジン側に配置されている。これにより、トルク伝達装置１０１の軸方向寸法の短縮が可能となる。

また、このトルク伝達装置１０１では、リングギヤ１４１とサンギヤ１４３との間に第３クラッチ１４７が設けられている。これにより、第１実施形態と同様に第３クラッチ１４７を連結すると、遊星歯車機構１４０を一体で回転させることができ、ロータ１３２の回転速度の変速を切り換えることができる。なお、第３クラッチ１４７は、リングギヤ１４１とプラネタリギヤ１４２との間に設けられていてもよい。

Ｃ．その他の実施形態
（１）変速機構
前述の実施形態では、変速機構として遊星歯車機構を用いているが、これに限定されない。回生時にトランスミッションの入力シャフトの回転速度に対してロータの回転速度を増速することができれば、他の変速機構（例えばＣＶＴ等）であってモータジェネレータの回生効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の構成図。 本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の縦断面概略図。 本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の第１クラッチ２周辺の縦断面概略図。 本発明の第１実施形態としてのトルク伝達装置１の変速機構４周辺の縦断面概略図。 ロータの回転速度と回生効率との関係を示す図。 変速機構４の速度線図。 回生制御装置７０の構成概略図。 回生制御装置７０の制御フローの一例。 本発明の第２実施形態としてのトルク伝達装置１０１の構成図。

符号の説明

１ トルク伝達装置
２ 第１クラッチ
３ モータジェネレータ
４ 変速機構
５ ハウジング
６ ダンパー機構
８ エンジン
８２ フライホイール（入力側部材）
９ トランスミッション
９１ 入力シャフト（出力側部材）
３１ ステータ
３２ ロータ
３３ コイル
４１ リングギヤ
４２ プラネタリギヤ
４３ サンギヤ
４４ 第２クラッチ
４５ 第２摩擦連結部
４６ 第２付勢力発生機構
４７ 第３クラッチ
４８ 第３摩擦連結部
４９ 第３付勢力発生機構
５１ 第１ハウジング
５２ 第２ハウジング
５３ 第３ハウジング
７０ 回生制御装置
７１ 回生制御部
７２ 回転速度検出部
７３ インバータ
７４ バッテリ
７５ 油圧制御部（変速切換部）
７６ 変速制御部
７７ モータジェネレータ制御部

Claims (12)

1. エンジンの出力トルクをトランスミッションに伝達するとともに前記エンジンをアシストするためのトルク伝達装置であって、
   前記エンジン側の部材に連結された入力側部材と、
   前記トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、
   前記出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、
   前記出力側部材と前記モータジェネレータとの間に配置され、前記出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動の速度を変速可能な変速機構と、
   を備えたトルク伝達装置。
2. 前記変速機構は、前記出力側部材から前記モータジェネレータへ伝達される回転運動の速度を増速可能である、
   請求項１に記載のトルク伝達装置。
3. 前記モータジェネレータおよび変速機構を内部に収容するためのハウジングをさらに備え、
   前記モータジェネレータは、ステータと、前記ステータと相対回転可能に配置されたロータとを有し、
   前記変速機構は、前記ロータに装着されたリングギヤと、前記リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、前記複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤとを有している、
   請求項１または２に記載のトルク伝達装置。
4. 前記変速機構は、前記サンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチをさらに有している、
   請求項３に記載のトルク伝達装置。
5. 前記変速機構は、前記リングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチをさらに有している、
   請求項３または４に記載のトルク伝達装置。
6. 前記入力側部材およびモータジェネレータの間でトルクを伝達あるいは遮断するための第１クラッチをさらに備えた、
   請求項１から５のいずれかに記載のトルク伝達装置。
7. エンジン側の部材に連結された入力側部材と、トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、ステータと前記ステータの内周側に相対回転可能に配置されたロータとを有し前記出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、前記出力側部材と前記モータジェネレータとの間に配置され前記出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動の速度を変速可能な変速機構とを備えたトルク伝達装置の回生制御装置であって、
   車両の走行状態に基づいて回生開始および回生停止を判断するための回生制御部と、
   前記ロータの回転速度を検出するための回転速度検出部と、
   前記変速機構の変速を切り換えるための変速切換部と、
   前記回生制御部、回生速度検出部および変速切換部と接続され、前記回生制御部からの回生開始指令が下された場合に、前記回転速度検出部から出力される前記回転速度と予め設定された基準回転速度とを比較し、前記回転速度が前記基準回転速度を超えているか否かを判断するとともに、判断結果に基づいて前記変速切換部へ変速切換指令を下すための変速制御部と、
   を備えた回生制御装置。
8. 前記変速制御部は、前記検出した回転速度が前記基準回転速度以下である場合のみ前記出力側部材から前記ロータへ伝達される回転運動の速度を増速させる、
   請求項７に記載の回生制御装置。
9. 前記変速機構は、前記ロータに装着されたリングギヤと、前記リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、前記複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤと、前記サンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチと、前記リングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチとを有しており、
   前記変速制御部は、前記第２および第３クラッチの連結および切断を切換可能である、
   請求項７または８に記載の回生制御装置。
10. エンジン側の部材に連結された入力側部材と、トランスミッション側の部材に連結された出力側部材と、ステータと前記ステータの内周側に相対回転可能に配置されたロータとを有し前記出力側部材との間でトルク伝達が可能なモータジェネレータと、前記出力側部材およびモータジェネレータとの間に配置され前記出力側部材およびモータジェネレータの一方から他方へ伝達される回転運動を変速可能な変速機構と、前記モータジェネレータの回生を制御するための回生制御部とを備えたトルク伝達装置の制御方法であって、
    前記回生制御部において前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出工程と、
    前記回生制御部において前記検出した回転速度と予め設定された基準回転速度とを比較し、前記検出した回転速度が前記基準回転速度を超えているか否かを判断する判断工程と、
    前記回生制御部において前記判断工程からの判断結果に基づいて前記変速機構での変速を切り換える変速切換工程と、
    を含んでいるトルク伝達装置の制御方法。
11. 前記変速切換工程では、前記検出した回転速度が前記基準回転速度以下である場合のみ前記出力側部材から前記ロータへ伝達される回転運動の速度を増速させる、
    請求項１０に記載のトルク伝達装置の制御方法。
12. 前記変速機構は、前記ロータに装着されたリングギヤと、前記リングギヤと噛み合う複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤおよび出力側部材を連結するキャリアと、前記複数のプラネタリギヤと噛み合うサンギヤと、前記サンギヤおよびハウジングの間でトルクを伝達あるいは遮断する第２クラッチと、前記リングギヤ、プラネタリギヤおよびサンギヤのいずれか２つの間でトルクを伝達あるいは遮断する第３クラッチとを有しており、
    前記変速切換工程では、前記検出した回転速度が前記基準回転速度以下である場合には前記第２クラッチが連結および前記第３クラッチが切断され、前記検出した回転速度が前記基準回転速度を超えている場合には前記第２クラッチが切断および前記第３クラッチが連結される、
    請求項１０または１１に記載のトルク伝達装置の制御方法。

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