JP2023019016A - ハイブリッド動力伝達機構 - Google Patents

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JP2023019016A
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JP
Japan
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gear
clutch
motor
shaft
state
Prior art date
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JP2021123457A
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English (en)
Inventor
壽美夫 柳生
Sumio Yagyu
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0851—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0859—Circuits or control means specially adapted for starting of engines specially adapted to the type of the starter motor or integrated into it
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

【課題】モータ・ジェネレータが始動モータとして機能する状態とアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態とを切り替え可能とする。【解決手段】ハイブリッド動力伝達機構は、エンジン、ロータとステータを有するモータ・ジェネレータ、被動機、太陽歯車と内歯車と遊星歯車と遊星キャリア軸を有する遊星歯車機構、第１クラッチ、第２クラッチを備え、遊星キャリア軸は、遊星歯車の回転軸方向の一方側と他方側に延伸し、一方側にエンジンの動力を出力する第１軸が接続され、他方側に被動機に動力を入力する第２軸が接続され、内歯車はロータと接続され、第１クラッチは、第１軸と内歯車との間の動力の伝達を許容する接続状態と、第１軸と内歯車との間の動力の伝達を許容しない遮断状態と、に切り替え可能であり、第２クラッチは、太陽歯車の回転を許容する許容状態と、太陽歯車の回転を許容しない阻止状態と、に切り替え可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ・ジェネレータとエンジンとの組み合わせの動力を被動機に伝達することができるハイブリッド動力伝達機構に関する。
従来、特許文献１に開示されたハイブリッド動力伝達機構が知られている。
特許文献１に開示されたハイブリッド動力伝達機構は、エンジンと、エンジンに設けられたクランク軸と、モータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータの動力が伝達される被動機と、被動機に設けられた入力軸と、クランク軸に連結されたフライホイールと、フライホイールと入力軸とを連結する弾性体カップリングと、モータ・ジェネレータに設けられ且つフライホイールに連結されたロータと、備えている。
ＷＯ２０１５／１９４４１９号公報
上記特許文献１に開示されたハイブリッド動力伝達機構によれば、モータ・ジェネレータとエンジンとの組み合わせの動力を被動機に伝達することができる。しかしながら、このハイブリッド動力伝達機構は、モータ・ジェネレータがエンジンを始動させる始動モータとして機能する状態と、モータ・ジェネレータがエンジンの動力を補助するアシストモータ又はエンジンの動力により発電するジェネレータとして機能する状態とを切り替え可能な構成を備えているものではない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータ・ジェネレータが始動モータとして機能する状態と、モータ・ジェネレータがアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態とを、容易に且つ確実に切り替えることができるハイブリッド動力伝達機構を提供する。
本発明が上記課題を解決するために講じた技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
本発明の一態様に係るハイブリッド動力伝達機構は、エンジンと、ロータとステータとを有するモータ・ジェネレータと、前記エンジン及び／又は前記モータ・ジェネレータからの動力が伝達される被動機と、太陽歯車と、内歯車と、前記太陽歯車及び前記内歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を前記太陽歯車回りに回転可能に支持する遊星キャリア軸と、を有する遊星歯車機構と、第１クラッチと、第２クラッチと、を備え、前記遊星キャリア軸は、前記遊星歯車の回転軸方向の一方側と他方側に延伸し、前記一方側に前記エンジンの動力を出力する第１軸が接続され、前記他方側に前記被動機に動力を入力する第２軸が接続され、前記内歯車は、前記ロータと接続され、前記第１クラッチは、前記第１軸と前記内歯車との間の動力の伝達を許容する接続状態と、前記第１軸と前記内歯車との間の動力の伝達を許容しない遮断状態と、に切り替え可能であり、前記第２クラッチは、前記太陽歯車の回転を許容する許容状態と、前記太陽歯車の回転を許容しない阻止状態と、に切り替え可能である。
好ましくは、ハイブリッド動力伝達機構は、前記第１クラッチが前記接続状態にあるときに前記内歯車の回転を減速して前記第１軸に伝達する変速機構を備えている。
好ましくは、前記変速機構は、前記第１クラッチが接続状態にあるときに前記第１軸の回転を増速して前記内歯車に伝達可能である。
好ましくは、前記変速機構は、第１歯車と、前記第１歯車と接続されて前記第１歯車と同期して回転する第２歯車と、前記第２歯車よりも歯数が多く且つ前記第２歯車と噛み合う第３歯車と、を有し、前記第１歯車は、前記内歯車と噛み合い、前記第３歯車は、前記第１クラッチを介して前記第１軸と接続されている。
好ましくは、前記内歯車は、第１内歯と第２内歯とを有し、前記第１内歯は、前記第１
歯車と噛み合い、前記第２内歯は、前記遊星歯車と噛み合う。
好ましくは、ハイブリッド動力伝達機構は、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの動作を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記モータ・ジェネレータを、前記エンジンを始動させる始動モータとして作動させるときは、前記第１クラッチを前記接続状態とし且つ前記第２クラッチを前記許容状態とし、前記モータ・ジェネレータを、前記エンジンの動力を補助するアシストモータ又はエンジンの動力により発電するジェネレータとして作動させるときは、前記第１クラッチを前記遮断状態とし且つ前記第２クラッチを前記阻止状態とする。
好ましくは、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、一方向クラッチであり、前記ロータは、前記モータ・ジェネレータが前記エンジンを始動させる始動モータとして作動するとき第１方向に回転し、前記モータ・ジェネレータが前記エンジンの動力を補助するアシストモータ又は前記エンジンの動力により発電するジェネレータとして作動するとき第２方向に回転し、前記第１クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したときは前記接続状態となり、前記ロータが前記第２方向に回転したときは前記遮断状態となり、前記第２クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したときは前記許容状態となり、前記ロータが前記第２方向に回転したときは前記阻止状態となる。
好ましくは、前記第１クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したとき、前記第１軸の回転数が所定回転数に達するまでは前記接続状態となり、前記第１軸の回転数が所定回転数に達したとき前記遮断状態となる。
本発明に係るハイブリッド動力伝達機構は、第１クラッチ及び第２クラッチを切り替えることによって、モータ・ジェネレータが始動モータとして機能する状態と、モータ・ジェネレータがアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態とを、容易に且つ確実に切り替えることができる。
本発明に係るハイブリッド動力伝達機構の一例を示す全体構成図である。 モータ・ジェネレータを、エンジンを始動させる始動モータとして作動させる場合の動力伝達機構の動作（第１動作）を説明する図である。 モータ・ジェネレータを、エンジンの動力を補助するアシストモータ又はエンジンの動力により発電するジェネレータとして作動させる場合の動力伝達機構の動作（第２動作）を説明する図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッド動力伝達機構１（以下、単に「動力伝達機構１」という場合がある）の一例を示す全体構成図である。以下、説明の便宜上、エンジン２から被動機４に向かう方向（図１の右方向）を一方と称し、被動機４からエンジン２に向かう方向（図１の左方向）を他方と称する。
動力伝達機構１は、エンジン２、モータ・ジェネレータ３、被動機４、遊星歯車機構５を備えている。
エンジン２は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン等である。エンジン２には、当該エンジン２の動力を出力するクランク軸２ａが設けられている。クランク軸２ａは、被動機４側（一方側）を向いて突出している
モータ・ジェネレータ３は、ロータ３１とステータ３２とを有している。ステータ３２は、円環状に構成されている。ロータ３１は、ステータ３２の内周側に配置されている。ロータ３１は、ステータ３２に対して相対的に回転する。
モータ・ジェネレータ３としては、例えば、永久磁石埋込式の三相交流同期モータが使用されるが、これに限定はされない。例えば、ロータにコイルを巻いた積層鋼板を嵌着した同期モータ等であってもよい。また、モータ・ジェネレータ３は、交流モータでも直流モータでもよい。
モータ・ジェネレータ３は、ステータ３２のコイルに電流を流すことによって、ロータ
３１が回転し、モータとして機能する。また、モータ・ジェネレータ３は、ロータ３１を回転させることによって、ステータ３２に起電力が生じ、ジェネレータとして機能する。
動力伝達機構１において、モータ・ジェネレータ３は、エンジン２を始動させる始動モータとして作動することができる。また、モータ・ジェネレータ３は、エンジン２の動力を補助するアシストモータとして作動することができる。さらに、モータ・ジェネレータ３は、エンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動することができる。
被動機４は、エンジン２及び／又はモータ・ジェネレータ３からの動力を受けて駆動する。被動機４は、例えば油圧ポンプであり、具体的には静油圧式トランスミッションの油圧ポンプを例示することができる。但し、被動機４は、油圧ポンプには限定されず、トランスミッション等であってもよい。
遊星歯車機構５は、太陽歯車５１、内歯車５２、遊星歯車５３、遊星キャリア軸５４を有している。遊星歯車機構５は、モータ・ジェネレータ３のロータ３１の内周側に配置されている。内歯車５２の外周面は、ロータ３１の内周面と接続されている。これにより、内歯車５２とロータ３１とは一体的に回転可能である。内歯車５２の内周面は、軸受６により支持されている。内歯車５２は、第１内歯５２ａと第２内歯５２ｂとを有している。第１内歯５２ａと第２内歯５２ｂとは、一方側と他方側とに並んで配置されている。第１内歯５２ａは、他方側（エンジン２側）に設けられている。第２内歯５２ｂは、一方側（被動機４側）に設けられている。第１内歯５２ａと第２内歯５２ｂとは一体的に回転する。
太陽歯車５１は、内歯車５２の内周側に配置されている。太陽歯車５１の回転中心（回転軸）と、ロータ３１の回転中心（回転軸）と、内歯車５２の回転中心（回転軸）とは、同一直線上に配置されている。遊星歯車５３は、太陽歯車５１及び内歯車５２（内歯車５２の第２内歯５２ｂ）と噛み合っている。遊星キャリア軸５４は、遊星歯車５３を太陽歯車５１回りに回転可能に支持している。
遊星キャリア軸５４は、遊星歯車５３の回転軸方向の一方側と他方側に延伸している。本実施形態の場合、遊星キャリア軸５４は、遊星歯車５３の中心を貫通して、一方側と他方側に延伸している。以下、遊星キャリア軸５４の、遊星歯車５３の回転軸方向の一方側に延伸した軸を第１延伸軸５４ａという。遊星キャリア軸５４の、遊星歯車５３の回転軸方向の他方側に延伸した軸を第２延伸軸５４ｂという。
第１延伸軸５４ａには、エンジン２の動力を出力する第１軸７が接続されている。本実施形態の場合、第１軸７は、エンジン２のクランク軸２ａと接続されている。但し、第１軸７は、エンジン２のクランク軸２ａであってもよい。第１延伸軸５４ａと第１軸７とは、直接的に接続されていてもよいし、他の軸又は機構等を介して間接的に接続されていてもよい。
第２延伸軸５４ｂには、被動機４に動力を入力する第２軸８が接続されている。本実施形態の場合、第２軸８は被動機４の入力軸である。但し、第２軸８は、被動機４の入力軸と接続された他の軸であってもよい。第２延伸軸５４ｂと第２軸８とは、直接的に接続されていてもよいし、他の軸又は機構等を介して間接的に接続されていてもよい。
動力伝達機構１は、第１クラッチ９と第２クラッチ１０とを備えている。第１クラッチ９及び第２クラッチ１０は、電磁クラッチから構成されている。但し、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０は、電磁クラッチには限定されない。
第１クラッチ９は、第１軸７と内歯車５２との間の動力の伝達を許容する接続状態と、第１軸７と内歯車５２との間の動力の伝達を許容しない遮断状態と、に切り替え可能である。この第１クラッチ９の切り替え動作は、後述する制御装置１７の制御により実行することができる。
第２クラッチ１０は、太陽歯車５１の回転を許容する許容状態と、太陽歯車５１の回転を許容しない阻止状態と、に切り替え可能である。この第２クラッチ１０の切り替え動作は、後述する制御装置１７の制御により実行することができる。第２クラッチ１０は、接続状態と分離状態とが切り替わる２つの部分の一方が接地しており、他方が太陽歯車５１の中心軸と接続されている。これにより、第２クラッチ１０は、接続すると阻止状態とな
り、分離すると許容状態となる。
動力伝達機構１は、第１クラッチ９が接続状態にあるときに、内歯車５２の回転を減速して第１軸７に伝達する変速機構１２を備えている。
変速機構１２は、第１歯車１３、第２歯車１４、第３歯車１５を有している。第１歯車１３は、内歯車５２の第１内歯５２ａと噛み合っている。第２歯車１４は、入力ギア軸１６を介して第１歯車１３と接続されている。入力ギア軸１６は、第１軸７と平行に配置されている。第２歯車１４は、第１歯車１３と同期して回転する。第１歯車１３の歯数は、第２歯車１４の歯数よりも多い。第３歯車１５は、第２歯車１４と噛み合っている。第３歯車１５の歯数は、第２歯車１４の歯数よりも多い。
第３歯車１５は、第１クラッチ９を介して第１軸７と接続されている。第１クラッチ９が接続状態にあるとき、第３歯車１５の回転が第１軸７に伝達される。第１クラッチ９が遮断状態にあるとき、第３歯車１５の回転は第１軸７に伝達されない。
第１クラッチ９が接続状態にあるとき、内歯車５２が回転すると、第１内歯５２ａと噛み合う第１歯車１３が回転する。第１歯車１３が回転すると、第２歯車１４が同期して同じ速度で回転する。第２歯車１４が回転すると、第２歯車１４と噛み合う第３歯車１５が回転する。このとき、第３歯車１５の回転速度（回転数）は、第２歯車１４の回転速度（回転数）に比べて減少する。第３歯車１５の回転は、第１クラッチ９を介して第１軸７に伝達される。これにより、内歯車５２の回転が減速されて第１軸７に伝達される。
動力伝達機構１は、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の動作を制御する制御装置１７を備えている。制御装置１７は、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶部とを備えたコンピュータである。制御装置１７は、記憶部に記憶された制御プログラム等に従って第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の動作を制御する。制御装置１７は、エンジン２の駆動の制御を行うこともできる。また、制御装置１７は、モータ・ジェネレータ３の回転動作の制御を行うこともできる。上記した各制御を行う制御装置１７は、１つの装置から構成してもよいし、複数の装置から構成してもよい。
制御装置１７は、第１クラッチ９を接続状態とし且つ第２クラッチ１０を許容状態とした状態と、第１クラッチ９を遮断状態とし且つ第２クラッチ１０を阻止状態とした状態と切り替えることができる。
制御装置１７は、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２を始動させる始動モータとして作動させる場合、第１クラッチ９を接続状態とし且つ第２クラッチ１０を許容状態とする。以下、図２を参照しながら、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２を始動させる始動モータとして作動させる場合の動力伝達機構１の動作（第１動作）について説明する。図２は、動力伝達機構１を他方側（図１の右側）から見たときの図である。
モータ・ジェネレータ３を、エンジン２を始動させる始動モータとして作動させる場合、ステータ３２のコイルに電流を流してロータ３１を回転させる。このときのロータ３１の回転方向を第１方向（図２の矢印Ａ１参照）という。第１方向は、動力伝達機構１を他方側（図１の右側）から見たときに、左回り（反時計回り）の方向である。
ロータ３１が第１方向に回転すると、ロータ３１に接続された内歯車５２が第１方向に回転する。内歯車５２が第１方向に回転すると、第１歯車１３及び第２歯車１４も第１方向に回転する。第２歯車１４が第１方向に回転すると、第３歯車１５は第１方向と反対方向である第２方向（図２の矢印Ａ２方向）に回転する。第２方向は、動力伝達機構１を他方側（図１の右側）から見たときに、右回り（時計回り）の方向である。ここで、第１クラッチ９は接続状態にあるため、第３歯車１５の回転は、第１クラッチ９を介して第１軸７に伝達される。これにより、第１軸７が第２方向に回転し、エンジン２が始動する。
上記した第１動作において、ロータ３１及び内歯車５２の回転は変速機構１２によって減速されて第１軸７に伝達されるため、モータ・ジェネレータ３の回転トルクに比べて第１軸７の回転トルクが増加する。そのため、第１軸７から高いトルクの回転動力がエンジン２に入力され、エンジン２を確実に始動させることが可能となる。これにより、モータ・ジェネレータ３を始動モータとして作動させるために高い出力トルクを有する大型のモータ・ジェネレータ３を使用する必要がなく、モータ・ジェネレータ３を小型化することが可能となる。
尚、上記した第１動作が実行されるとき、第２クラッチ１０は許容状態にあるため、太陽歯車５１はフリーで回転し、遊星歯車５３は太陽歯車５１の周囲を第２方向に公転する。これにより、遊星キャリア軸５４が第２方向に回転し、遊星キャリア軸５４と共に第２軸８が第２方向に回転する。第２軸８は、太陽歯車５１がフリーで回転することにより、遊星歯車５３が無い場合と同様に（遊星歯車５３によって回転が規制されることなく）回転する。第２軸８の回転動力は被動機４に入力され、被動機４が駆動する。
制御装置１７は、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動させるときは、第１クラッチ９を遮断状態とし且つ第２クラッチ１０を阻止状態とする。以下、図３を参照しながら、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動させる場合の動力伝達機構１の動作（第２動作）について説明する。図３は、動力伝達機構１を他方側（図１の右側）から見たときの図である。
モータ・ジェネレータ３を、エンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動させる場合、エンジン２は駆動状態にある。エンジン２の動力により第１軸７が第１方向（図３の矢印Ａ３方向）に回転する。第１軸７の回転は、遊星キャリア軸５４に伝達される。このとき、第１クラッチ９は遮断状態にあるため、エンジン２の動力は第１軸７から変速機構１２には伝達されない。遊星キャリア軸５４は、第１軸７の回転を受けて第２方向に回転し、遊星歯車５３が太陽歯車５１の回りを第２方向（図３の矢印Ａ４の方向）に公転する。このとき、第２クラッチ１０は阻止状態にあるため、太陽歯車５１は回転しない。遊星キャリア軸５４が第２方向に回転すると、遊星キャリア軸５４と共に第２軸８が第２方向（図３の矢印Ａ３方向）に回転する。第２軸８の回転動力は被動機４に入力され、被動機４が駆動する。
ここで、ステータ３２のコイルに電流を流してロータ３１を第１方向に回転させると、ロータ３１の回転は内歯車５２から遊星歯車５３を介して遊星キャリア軸５４に伝達される。これにより、遊星キャリア軸５４と共に第２軸８が第２方向に回転し、第２軸８の回転動力は被動機４に入力される。そのため、被動機４は、エンジン２の動力に加えて、モータ・ジェネレータ３のロータ３１の回転による動力を受けて回転する。つまり、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２の動力を補助するアシストモータとして作動させることができる。また、ロータ３１の回転によってステータ３２のコイルに起電力が生じるため、モータ・ジェネレータ３をエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動させることができる。
また、動力伝達機構１において、第１クラッチ９を接続状態として、エンジン２を駆動して第１軸７を回転させると、第１軸７の回転は、変速機構１２によって増速されて内歯車５２及びロータ３１に伝達される。つまり、変速機構１２は、第１クラッチ９が接続状態にあるときに、第１軸７の回転を増速して内歯車５２及びロータ３１に伝達可能である。そのため、エンジン２の回転速度（回転数）に比べてモータ・ジェネレータ３の回転速度（回転数）が増加し、モータ・ジェネレータ３をエンジン２よりも高速回転で駆動することができる。そのため、モータ・ジェネレータ３を大型化して高速回転に対応する必要がなく、モータ・ジェネレータ３を小型化することができる。これにより、モータ・ジェネレータ３を高速回転するために必要な電流量が少なくなり、モータ・ジェネレータ３の発熱が減少する。その結果、モータ・ジェネレータ３の効率が向上するとともに、モータ・ジェネレータ３を冷却するための冷却装置を小型化することができる。
上述したように、第１クラッチ９は、動力伝達機構１において、モータ・ジェネレータ３のスタータ機能（エンジン２を始動する始動モータとしての機能）の入り切りの切り替えを行うことができる。具体的には、第１クラッチ９を接続状態とすると、スタータ機能を実行することができる。第１クラッチ９を遮断状態とすると、スタータ機能を解除することができる。
また、第２クラッチ１０は、動力伝達機構１において、モータ・ジェネレータ３のアシ
スト機能（エンジン２の動力を補助するアシストモータとしての機能）及びジェネレータ機能（エンジン２の動力により発電するジェネレータとしての機能）の入り切りの切り替えを行うことができる。具体的には、第２クラッチ１０を阻止状態とすると、アシスト機能及びジェネレータ機能を実行することができる。第２クラッチ１０を許容状態とすると、アシスト機能及びジェネレータ機能を解除することができる。
また、第２クラッチ１０は、動力伝達機構１において、エンジン２とモータ・ジェネレータ３とが一定の回転速度比で同期回転する状態と、エンジン２とモータ・ジェネレータ３とが非同期回転する状態との切り替えを行うことができる。具体的には、第２クラッチ１０を阻止状態とすると、エンジン２とモータ・ジェネレータ３とが一定の回転速度比で同期回転する。第２クラッチ１０を許容状態とすると、エンジン２とモータ・ジェネレータ３とが非同期回転する。
動力伝達機構１は、パラレルハイブリッド動力伝達機構として使用する場合は、ほぼインライン構成となり、且つ遊星歯車機構５がモータ・ジェネレータ３のロータ３１の内周側に配置されているため、コンパクトな構成となる。また、動力伝達機構１は、シリーズハイブリッド動力伝達機構として使用する場合は、第２軸８が不要となるため、更にコンパクトな構成となる。
動力伝達機構１においては、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０として、回転方向に関わらず回転力を伝達するクラッチを使用してもよいし、一方向にのみ回転力を伝達する一方向クラッチを使用してもよい。
第１クラッチ９及び第２クラッチ１０として、回転方向に関わらず回転力を伝達するクラッチを使用する構成（第１構成）を採る場合、制御装置１７によって第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替えの制御を行う。
第１クラッチ９及び第２クラッチ１０として、一方向にのみ回転力を伝達する一方向クラッチを使用する構成（第２構成）を採る場合、制御装置１７の制御に依らずに第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替えを自動的に行うことができる。以下、この第２構成について詳しく説明する。
第１クラッチ９と第２クラッチ１０は、回転力を伝達する方向が互いに反対である一方向クラッチが使用される。具体的には、第１クラッチ９は、ロータ３１が第１方向（図２の矢印Ａ１参照）に回転したときは接続状態となり、ロータ３１が第２方向（図３の矢印Ａ５方向）に回転したときは遮断状態となる。第２クラッチ１０は、ロータ３１が第１方向に回転したときは許容状態となり、ロータ３１が第２方向に回転したときは阻止状態となる。
上述したように、モータ・ジェネレータ３がエンジン２を始動させる始動モータとして作動するとき、ロータ３１は第１方向に回転する（図２の矢印Ａ１参照）。すると、第１クラッチ９は接続状態となり、第２クラッチ１０は許容状態となる。一方、モータ・ジェネレータ３がエンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動するとき、ロータ３１は第１方向に回転する（図２の矢印Ａ５参照）。すると、第１クラッチ９は遮断状態となり、第２クラッチ１０は阻止状態となる。
このように、第２構成によれば、ロータ３１の回転方向の切り替えによって、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替えを自動的に行うことができる。そのため、制御装置１７によってロータ３１の回転方向を制御すれば、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替え動作を自動的に行うことが可能となる。
尚、第１クラッチ９は、ロータ３１が第１方向に回転したとき、第１軸７の回転数が所定回転数に達するまでは接続状態となり、第１軸７の回転数が所定回転数に達したとき遮断状態となるように構成されることが好ましい。このような構成を採ることにより、エンジン２が始動するまでは、第１クラッチ９を接続状態としてモータ・ジェネレータ３の回転動力を第１軸７に伝達し、エンジン２が始動して所定回転数に達した後は、第１クラッチ９を遮断状態としてモータ・ジェネレータ３の回転動力が第１軸７に伝達されないようにすることができる。
上記実施形態のハイブリッド動力伝達機構１は、以下の効果を奏することができる。
ハイブリッド動力伝達機構１は、エンジン２と、ロータ３１とステータ３２とを有するモータ・ジェネレータ３と、エンジン２及び／又は前記モータ・ジェネレータ３からの動力が伝達される被動機４と、太陽歯車５１と、内歯車５２と、太陽歯車５１及び内歯車５２と噛み合う遊星歯車５３と、遊星歯車５３を太陽歯車５１回りに回転可能に支持する遊星キャリア軸５４と、を有する遊星歯車機構５と、第１クラッチ９と、第２クラッチ１０と、を備え、遊星キャリア軸５４は、遊星歯車５３の回転軸方向の一方側と他方側に延伸し、一方側にエンジン２の動力を出力する第１軸７が接続され、他方側に被動機４に動力を入力する第２軸８が接続され、内歯車５２はロータ３１と接続され、第１クラッチ９は、第１軸７と内歯車５２との間の動力の伝達を許容する接続状態と、第１軸７と内歯車５２との間の動力の伝達を許容しない遮断状態と、に切り替え可能であり、第２クラッチ１０は、太陽歯車５１の回転を許容する許容状態と、太陽歯車の回転を許容しない阻止状態と、に切り替え可能である。
この構成によれば、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０を切り替えることによって、モータ・ジェネレータ３が始動モータとして機能する状態と、モータ・ジェネレータ３がアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態とを、容易に且つ確実に切り替えることができる。詳しくは、第１クラッチ９を接続状態とし且つ第２クラッチ１０を許容状態とすることにより、モータ・ジェネレータ３が始動モータとして機能する状態となる。また、第１クラッチ９を遮断状態とし且つ第２クラッチ１０を阻止状態とすることにより、モータ・ジェネレータ３がアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態となる。さらに、ハイブリッド動力伝達機構１は、遊星歯車機構５と第１クラッチ９及び第２クラッチ１０とを組み合わせて構成されているため、コンパクトな構成により上述の切り替え機能を実現することができる。
また、ハイブリッド動力伝達機構１は、第１クラッチ９が接続状態にあるときに内歯車５２の回転を減速して第１軸７に伝達する変速機構１２を備えている。
この構成によれば、モータ・ジェネレータ３の回転トルクに比べて第１軸７の回転トルクが増加する。そのため、第１軸７から高いトルクの回転動力がエンジン２に入力され、エンジン２を確実に始動させることが可能となる。そのため、モータ・ジェネレータ３を始動モータとして作動させるために高い出力トルクをもつ大型のモータ・ジェネレータ３を使用する必要がなく、モータ・ジェネレータ３を小型化することができる。
また、変速機構１２は、第１クラッチ９が接続状態にあるときに第１軸７の回転を増速して内歯車５２に伝達可能である。
この構成によれば、エンジン２の回転速度（回転数）に比べてモータ・ジェネレータ３の回転速度（回転数）が増加し、モータ・ジェネレータ３をエンジン２よりも高速回転で駆動することができる。そのため、モータ・ジェネレータ３を大型化して高速回転に対応させる必要がなく、モータ・ジェネレータ３を小型化することができる。これにより、モータ・ジェネレータ３の発熱が減少し、モータ・ジェネレータ３の効率向上と、モータ・ジェネレータ３を冷却するための冷却装置の小型化を実現することができる。
また、変速機構１２は、第１歯車１３と、第１歯車１３と接続されて第１歯車１３と同期して回転する第２歯車１４と、第２歯車１４よりも歯数が多く且つ第２歯車１４と噛み合う第３歯車１５と、を有し、第１歯車１３は内歯車５２と噛み合い、第３歯車１５は第１クラッチ９を介して第１軸７と接続されている。
この構成によれば、変速機構１２をコンパクトに構成することができるとともに、変速機構１２による変速を確実に行うことができる。
また、内歯車５２は第１内歯５２ａと第２内歯５２ｂとを有し、第１内歯５２ａは第１歯車１３と噛み合い、第２内歯５２ｂは遊星歯車５３と噛み合う。
この構成によれば、１つの内歯車５２によって、第１歯車１３との間での動力伝達と遊星歯車５３と間での動力伝達とを行うことができるため、ハイブリッド動力伝達機構１を小型化することができる。
また、ハイブリッド動力伝達機構１は、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の動作を
制御する制御装置１７を備え、制御装置１７は、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２を始動させる始動モータとして作動させるときは、第１クラッチ９を接続状態とし且つ第２クラッチ１０を許容状態とし、モータ・ジェネレータ３を、エンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動させるときは、第１クラッチ９を遮断状態とし且つ第２クラッチ１０を阻止状態とする。
この構成によれば、制御装置１７による制御によって、モータ・ジェネレータ３が始動モータとして機能する状態と、モータ・ジェネレータ３がアシストモータ又はジェネレータとして機能する状態とを、確実且つ容易に切り替えることが可能となる。
また、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０は一方向クラッチであり、ロータ３１は、モータ・ジェネレータ３がエンジン２を始動させる始動モータとして作動するとき第１方向に回転し、モータ・ジェネレータ３がエンジン２の動力を補助するアシストモータ又はエンジン２の動力により発電するジェネレータとして作動するとき第２方向に回転し、第１クラッチ９は、ロータ３１が第１方向に回転したときは接続状態となり、ロータ３１が第２方向に回転したときは遮断状態となり、第２クラッチ１０は、ロータ３１が第１方向に回転したときは許容状態となり、ロータ３１が第２方向に回転したときは阻止状態となる。
この構成によれば、ロータ３１の回転方向の切り替えによって、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替えを自動的に行うことができる。そのため、第１クラッチ９及び第２クラッチ１０の切り替え動作を制御装置１７の制御に依らずに行うことができる。
また、第１クラッチ９は、ロータ３１が第１方向に回転したとき、第１軸７の回転数が所定回転数に達するまでは接続状態となり、第１軸７の回転数が所定回転数に達したとき遮断状態となる。
この構成によれば、エンジン２が始動するまでは、モータ・ジェネレータ３の回転動力を第１軸７に伝達し、エンジン２が始動して所定回転数に達した後は、モータ・ジェネレータ３の回転動力が第１軸７に伝達されないようにすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ ハイブリッド動力伝達機構
２ エンジン
３ モータ・ジェネレータ
３１ ロータ
３２ ステータ
４ 被動機
５ 遊星歯車機構
５１ 太陽歯車
５２ 内歯車
５２ａ 第１内歯
５２ｂ 第２内歯
５３ 遊星歯車
５４ 遊星キャリア軸
７ 第１軸
８ 第２軸
９ 第１クラッチ
１０ 第２クラッチ
１２ 変速機構
１３ 第１歯車
１４ 第２歯車
１５ 第３歯車
１７ 制御装置

Claims (8)

  1. エンジンと、
    ロータとステータとを有するモータ・ジェネレータと、
    前記エンジン及び／又は前記モータ・ジェネレータからの動力が伝達される被動機と、
    太陽歯車と、内歯車と、前記太陽歯車及び前記内歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を前記太陽歯車回りに回転可能に支持する遊星キャリア軸と、を有する遊星歯車機構と、
    第１クラッチと、
    第２クラッチと、
    を備え、
    前記遊星キャリア軸は、前記遊星歯車の回転軸方向の一方側と他方側に延伸し、前記一方側に前記エンジンの動力を出力する第１軸が接続され、前記他方側に前記被動機に動力を入力する第２軸が接続され、
    前記内歯車は、前記ロータと接続され、
    前記第１クラッチは、前記第１軸と前記内歯車との間の動力の伝達を許容する接続状態と、前記第１軸と前記内歯車との間の動力の伝達を許容しない遮断状態と、に切り替え可能であり、
    前記第２クラッチは、前記太陽歯車の回転を許容する許容状態と、前記太陽歯車の回転を許容しない阻止状態と、に切り替え可能であるハイブリッド動力伝達機構。
  2. 前記第１クラッチが前記接続状態にあるときに前記内歯車の回転を減速して前記第１軸に伝達する変速機構を備えている請求項１に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  3. 前記変速機構は、前記第１クラッチが接続状態にあるときに前記第１軸の回転を増速して前記内歯車に伝達可能である請求項２に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  4. 前記変速機構は、第１歯車と、前記第１歯車と接続されて前記第１歯車と同期して回転する第２歯車と、前記第２歯車よりも歯数が多く且つ前記第２歯車と噛み合う第３歯車と、を有し、
    前記第１歯車は、前記内歯車と噛み合い、
    前記第３歯車は、前記第１クラッチを介して前記第１軸と接続されている請求項２又は３に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  5. 前記内歯車は、第１内歯と第２内歯とを有し、
    前記第１内歯は、前記第１歯車と噛み合い、
    前記第２内歯は、前記遊星歯車と噛み合う請求項４に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  6. 前記第１クラッチ及び前記第２クラッチの動作を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記モータ・ジェネレータを、前記エンジンを始動させる始動モータとして作動させるときは、前記第１クラッチを前記接続状態とし且つ前記第２クラッチを前記許容状態とし、
    前記モータ・ジェネレータを、前記エンジンの動力を補助するアシストモータ又はエンジンの動力により発電するジェネレータとして作動させるときは、前記第１クラッチを前記遮断状態とし且つ前記第２クラッチを前記阻止状態とする請求項１～５のいずれか１項に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  7. 前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、一方向クラッチであり、
    前記ロータは、前記モータ・ジェネレータが前記エンジンを始動させる始動モータとして作動するとき第１方向に回転し、前記モータ・ジェネレータが前記エンジンの動力を補助するアシストモータ又は前記エンジンの動力により発電するジェネレータとして作動するとき第２方向に回転し、
    前記第１クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したときは前記接続状態となり、前記ロータが前記第２方向に回転したときは前記遮断状態となり、
    前記第２クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したときは前記許容状態となり、前記ロータが前記第２方向に回転したときは前記阻止状態となる請求項１～６のいずれか１項に記載のハイブリッド動力伝達機構。
  8. 前記第１クラッチは、前記ロータが前記第１方向に回転したとき、前記第１軸の回転数が所定回転数に達するまでは前記接続状態となり、前記第１軸の回転数が所定回転数に達したとき前記遮断状態となる請求項７に記載のハイブリッド動力伝達機構。
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