(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸をそれぞれ共通とし、前記複数の差動機構の前記入力軸から出力軸までのギヤ比を互いに異なる値にし、前記入力軸から前記複数の差動機構のモータまでのギヤ比を互いに異なる値にした変速装置。
【請求項２】
少なくともサンギヤ，プラネタリー，リングギヤの３つの要素から構成される第１及び第２の遊星歯車と、前記第１及び第２の遊星歯車のサンギヤをそれぞれ制御する第１及び第２のモータと、前記第１及び第２の遊星歯車のプラネタリーに接続された入力軸と、前記第１及び第２の遊星歯車のリングギヤに接続された出力軸を備え、前記入力軸から前期第１及び第２のモータまでのギヤ比を異なる値にした変速装置。
【請求項３】
少なくともサンギヤ，プラネタリー，リングギヤの３つの要素から構成される第１及び第２の遊星歯車と、前記第１及び第２の遊星歯車のサンギヤをそれぞれ制御する第１及び第２のモータと、前記第１及び第２の遊星歯車のリングギヤに接続された入力軸と、前記第１及び第２の遊星歯車のプラネタリーに接続された出力軸を備え、前記入力軸から前期第１及び第２のモータまでのギヤ比を異なる値にした変速装置。
【請求項４】
駆動力を入力する入力軸と、駆動力を出力する出力軸と、サンギヤ，プラネタリー、及びリングギヤから構成される第１及び第２の遊星歯車と、該第１及び第２の遊星歯車のサンギヤを制御する第１及び第２のモータを備え、前記入力軸には前記第１の遊星歯車のプラネタリーと前記第２の遊星歯車のリングギヤが接続され、前記出力軸には前記第１の遊星歯車のリングギヤと前記第２の遊星歯車のプラネタリーが接続されている変速装置。
【請求項５】
モータで駆動されるモータ軸により入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸がそれぞれ共通の軸とされ、前記複数の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比が異なる値に設定され、前記複数の差動機構のうち少なくともギヤ比が大きい差動機構のモータ軸を締結・開放する締結機構を有する変速装置。
【請求項６】
車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備え、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１及び第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を異なる値にし、前記入力軸から前記第１及び第２のモータまでのギヤ比を異なる値にした車両。
【請求項７】
車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備え、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比よりも大きい値に設定し、少なくとも前記第１のモータの駆動力を前記第１の差動機構に伝達するモータ軸を締結・開放する締結機構を有する車両。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載において、上記モータ軸の回転速度が所定値以上のとき、上記締結機構を開放する車両。
【請求項９】
請求の範囲第７項記載において、上記第１のモータがトルク発生を停止したとき、上記締結機構を開放する車両。
【請求項１０】
請求の範囲第７項記載において、上記第１のモータにより上記締結機構のモータ軸の回転速度を揃速制御した後、上記締結機構を締結する車両。
【請求項１１】
請求の範囲第７項記載において、上記締結機構の故障を検知する故障検知手段を備え、該故障検知手段の信号により上記車両の速度、あるいは、上記エンジンの速度を制限する速度制限手段を有する車両。
【請求項１２】
請求の範囲第７項記載において、上記締結機構の故障を検知する故障検知手段を備え、該故障検知手段の信号により上記第１のモータの逆起電力を抑制する電圧抑制手段を有する車両。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はモータと差動機構から構成される変速装置と、それを用いた車両に関する。
背景技術
エンジンの低燃費化を図る駆動システムとして、モータの駆動力を利用するハイブリッド車がある。
ハイブリッド車はシリーズ方式，パラレル方式など、各種の方法が提案されているが、２つのモータと１つの遊星歯車を用いたシリーズ−パラレルハイブリッド方式が提案されている。例えば、特開平7−135701号公報には、エンジンの駆動力を遊星歯車に入力し、遊星歯車の出力軸から得られた駆動力により車両を駆動するように発電機で制御される方式が記載されている。エンジンのエネルギーの一部は発電機により発電しながら、出力軸に連結したモータから駆動力をアシストすることで、常にエンジンを効率の良い高トルク領域で駆動し、かつ、変速機能を合わせ持たせることができる特徴を持っている。
また、特開昭49−112067号公報，特開昭58−191364号公報にも同様の原理が記載されている。
しかし、この方法は変速機能を実現するためには、発電機で発電し、モータで駆動するため、電気的なエネルギー損失が発生する。そのため、エンジンは常に効率の良い動作点で駆動できるにも関わらず、車両全体としての効率は電気のエネルギー損失分低下してしまうという問題点がある。
上記に鑑み本発明は、電気のエネルギー損失を最小にしながら、エンジンの効率が高い領域で運転できる無段変速機能を、小型モータにより構成される小型変速装置で実現することを第１の課題とする。
また本発明は、電気のエネルギー損失を最小にしながら、エンジンの効率が高
い領域で運転できる車両を提供することを第２の課題とする。
発明の開示
上記第１の課題は、モータにより入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸はそれぞれ共通とし、前記複数の差動機構の前記入力軸から出力軸までのギヤ比を互いに異なる値にし、かつ、前記入力軸から前記複数の差動機構のモータまでのギヤ比を互いに異なる値にした変速装置により解決される。
特に、入力軸から出力軸までのギヤ比が小さいほうの差動機構を制御するモータを小型化するのに有効である。
また上記第１の課題は、モータで駆動されるモータ軸により入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸はそれぞれ共通にし、前記複数の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比が異なる値に設定し、前記複数の差動機構のうち、少なくともギヤ比が大きい差動機構のモータ軸を締結・開放する締結機構を備えた変速装置により解決される。
この場合には、特に、締結機構を備えた側のモータを小型化できるので、両者の手段を同時に用いることにより、さらに小型の変速装置を実現することができる。
上記第２の課題は、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備えた車両において、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１及び第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を異なる値にし、かつ、前記入力軸から前記第１及び第２のモータまでのギヤ比を異なる値にすることにより解決される。
また上記第２の課題は、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備えた車両において、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比よりも大きい値に設定し、かつ、少なくとも前記第１のモータの駆動力を前記第１の差動機構に伝達するモータ軸を締結・開放する締結機構を備えることにより解決される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施形態をなす、モータによりサンギヤを制御する遊星歯車を２つ用いて変速機能を実現するハイブリッド車の構成図を示す。
第２図は、第１図のモータ８，モータ９の速度−トルク特性図を示す。
第３図は、第１図において、クラッチ１４がなく、かつ、入力側のギア比が同じ場合のモータ８，モータ９の速度−トルク特性図を示す。
第４図は、第１図のハイブリッド車の制御フローチャートを示す。
第５図は、第４図のモータ８，クラッチ１４の制御フローチャートを示す。
第６図は、第４図のクラッチ１４異常時の処理フローチャートを示す。
第７図は、本発明の他の実施形態をなす、遊星歯車４の入力と出力の歯車の構成方法が第１図と異なるハイブリッド車の構成図を示す。
第８図は、本発明の他の実施形態をなす、遊星歯車４の入力にサンギヤ４ｓを用いたときのハイブリッド車の構成図を示す。
第９図は、本発明の他の実施形態をなす、構成する歯車の数をより低減したハイブリッド車の構成図を示す。
第１０図は、第４図の他の実施形態である処理フローチャートを示す。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態を第１図により説明する。
第１図はエンジン１のエネルギーを用いて駆動軸２ａ，２ｂを介してタイヤ３ａ，３ｂを回転し、車体を駆動する自動車である。本発明の重要な構成要素である遊星歯車４，遊星歯車６はそれぞれサンギヤ４ｓ，６ｓ，プラネタリー４ｐ，６ｐ，リングギヤ４ｒ，６ｒから構成されており、サンギヤ４ｓ，６ｓは電力変換器１０，１１で制御されたモータ８，モータ９によりそれぞれ駆動される。自動車用のモータとしては、永久磁石を用いた永久磁石同期モータが高効率，小型化の点から最も適している。バッテリー１２はこれらのモータが必要とするエネルギーを供給したり、モータで発電したエネルギーを蓄電するために用いられる。
エンジン１の回転は歯車１５，１６，１７により、遊星歯車６のプラネタリー６ｐに伝達されるとともに、歯車１６に連結された歯車１９，２０により、遊星歯車４のプラネタリー４ｐにも伝達される。従って、歯車１５から歯車２０までの構成によりエンジン１の駆動トルクを遊星歯車４，遊星歯車６に分配するようになっている。本発明で重要な点は、歯車１５から歯車１７までのギヤ比と歯車１５から歯車２０までのギヤ比が異なることである。この動作については、その詳細を後述する。
また、リングギヤについても、出力側にギヤ比が異なる歯車が配置されている。リングギヤ４ｒには歯車２１が連結されており、歯車５を回転する。リングギヤ６ｒには歯車１８が連結しており、歯車７を回転するようになっている。なお、歯車５と歯車７は締結しており、両者から伝達されるトルクによりタイヤ３ａ，３ｂを駆動するようになっている。ここで、入力側にある歯車１５から遊星歯車４を介して出力側にある歯車５までのギヤ比（サンギヤ４ｓをロックしたときの歯車１５の回転周期に対する歯車５の回転周期の比を意味する。以下、ギヤ比Ｌとよぶ）を、歯車１５から遊星歯車６を介して歯車７までのギヤ比（以下、ギヤ比Ｈとよぶ）よりも大きい値に設定しておく。一般的には、ギヤ比Ｌはギヤ比Ｈに対して３倍から６倍の値に設定することが望ましい。特に、自動車に適用する場合には、４倍から５倍程度に設定すると、車両の駆動性能，変速装置の小型化に有利である。
次に、第１図の制御装置２３で行われる車両を駆動する一方法について述べる。制御装置２３では、車両が低速，低トルクで駆動される場合には、クラッチ１４を締結し、締結装置１３を開放することにより、モータ８とモータ９のトルクにより車両を駆動できるように制御する。モータ８とモータ９とを協調して速度制御することにより、エンジン１のエンジン速度ωｅを０にしながら、車両を駆動される。運転者がアクセルを踏むことで、車両の加速を要求する場合には、高トルク駆動ができるように、モータ８とモータ９との協調速度制御により、エンジン１を始動可能速度まで回転し、エンジン始動を行う。エンジン１が始動した後、モータ９をフリーラン状態にするとともに、モータ８を電気的にロックする。これにより、歯車１５から歯車５までのギヤ比Ｌで駆動されることになるので、低速，高トルクの駆動力をタイヤ３ａ，３ｂで発生できる。手動の変速装置のローギヤ相当の変速比と同等であるとみなせる。
また、中速以上の速度での走行時にエンジン１により駆動する場合には、モータ８を電気的にフリーラン状態にし、モータ９を電気的にロックした後、締結装置１３で機械的にロックする。これにより、歯車１５から歯車７までのギヤ比Ｈで駆動されることになる。そのため、エンジン１は低速，高トルク領域で動作し、変速装置で高速側に変速されて車両を駆動することになる。この定常状態では、エンジン１はトルクが高い高効率領域で動作することになり、しかも、モータ８，９で電気エネルギーを利用しないので、電気的損失がなく、低い燃料消費量で車両の走行距離を延ばすことができる特徴がある。中速以上の速度で走行中に加速する場合には、モータ８を駆動状態、モータ９を駆動状態または発電状態とすることにより、無段変速装置と同様な機能を達成したり、ハイブリッド自動車と同様にエンジン駆動力にモータアシストトルクを付加する機能を行うことができる。
高速走行時において、所定の車速を超えた場合には、クラッチ１４を開放する制御を行う。モータ９をロックすると、モータ８が高速に回転させられるので、クラッチ１４を開放することにより、モータ８が高速に回転することを防止している。モータ８として、自動車に適した永久磁石同期モータを用いると、高速回転により過大な逆起電力が発生する。過大な逆起電力は電力変換器を破壊することになるので、これに留意した設計をする必要がある。モータの設計により、過大な逆起電力が発生しないようにするためには、巻線の巻数を少なくし、流す電流を大きくすることにより必要なトルクを確保する方法が採られる。本実施形態のように、高速回転を防止する構成を採用することで、巻線の巻数を多くしたモータ設計を行える。従って、本実施形態の場合、モータ８の電流を小さくできるので、熱設計上からモータ８の小型化，電力変換器１０の小容量化を達成できる。
以上のような動作を実施する場合に、歯車１５から歯車１７までのギヤ比を歯車１５から歯車２０までのギヤ比よりも小さく設定することの有利性について述べる。歯車１５から歯車５までのギヤ比Ｌは歯車１５から歯車７までのギヤ比Ｈよりも数倍大きく設定している。しかも、歯車５と歯車７は共通の軸で結合している。
仮に、それらのギヤ比を同じ値にした場合には、モータ８のモータ速度範囲に対して、モータ９のモータ速度範囲は狭い範囲で動作することになる。そこで、歯車１５から歯車１７までのギヤ比を歯車１５から歯車２０までのギヤ比よりも小さく設定すると、モータ９が動作する最高速度は高くなる。それに伴って、モータ９の最大トルクを小さく抑えることができる。従って、ギヤ比を変えることで、モータ９の体格を小型にすることができる。なお、この実施形態の場合、遊星歯車４のプラネタリー４ｐからモータ８までのギヤ比と遊星歯車６のプラネタリー６ｐからモータ９間でのギヤ比は同じであるので、遊星歯車の入力部までについてのみ説明した。
第２図に第１図の実施形態のモータ８とモータ９の速度−トルク特性（Ｎ−Ｔ特性）を示す。比較のために、第１図において、クラッチ１４を用いないで、かつ、歯車１５から歯車１７までのギヤ比と歯車１５から歯車２０までのギヤ比が同じとしたときの特性を第３図に示す。クラッチ１４を用いることにより、モータ８の特性は第３図（ａ）に比べて第２図（ａ）のように高速領域をカットした特性となっている。これにより、巻線の巻数を増加してモータ電流を低減したモータ設計を行うことができ、モータ８，電力変換器１０の小型化を達成できる。また、第３図（ｂ）に比べて、第２図（ｂ）の特性はモータ９の最大トルクを低減できることを意味しており、モータ９の小型化に有効である。当然のことながら、モータ９の最大トルクを小さくできることはモータ電流も低減することになり、電力変換器１１も小型化できることになる。
第４図は制御装置２３で行われる第１図のシステムの制御方法を示したフローチャートである。第４図のステップ１０１において、アクセル踏み込み量Ｘａ，ブレーキ踏み込み量Ｘｂ，前後進・ニュートラルなどを指示する切替信号Ｘｃなど、運転者が意図する運転指令を入力するとともに、車両速度ωｖ，バッテリー１２の充電状態，各部の温度など、車両状態も入力する。ステップ１０２では、第１図に示す故障検知装置２４により、クラッチ１４が正常であるか否かを判断する。クラッチが正常の場合には、ステップ１０３からステップ１０７までの通常の制御を行い、異常と判断した場合には、ステップ１０８のクラッチ異常時処理を実施する。ステップ１０８の処理内容については、第６図を用いて後述する。
クラッチ１４が正常と判断したとき、ステップ１０３からの処理を行う。ステップ１０３では、ステップ１０１で入力した車両状態、運転者指令を示す情報の値に基づいて、車両の駆動力指令値τｒを演算する。次に、ステップ１０４は車両駆動力指令値τｒと車両速度ωｖにより、エンジン１，モータ８，モータ９の駆動力をどのように配分するかをクラッチ１４の開閉指令を含めて決定する。それにより、それぞれの駆動指令値（トルク指令値あるいは速度指令値）が決定される。ステップ１０５では、エンジン１の駆動力指令値に基づいて、エンジン制御演算が行われ、駆動力指令値となるようにエンジン１を制御する。また、ステップ１０６では、モータ９の駆動力指令値に対して、モータ制御演算が行われ、所定の駆動力を発生する。さらに、ステップ１０７では、モータ８の駆動力指令値となるように制御されるが、クラッチ１４の制御を含めて処理する必要があるため、第５図にその詳細を示す。なお、第１図の動作説明でも述べたように、クラッチを開放する条件は車速が所定値を超えた場合である。車速の代わりに、モータの回転速度が所定の値を超えたときにクラッチを開放しても、効果としては等価である。また、モータ８のトルク指令値が０となっている場合にも、クラッチ１４を開放する指令を与えれば、モータ連れ回しによる機械損を低減することができる。
第５図において、ステップ１１１では、現在のクラッチ１４の状態を判断し、締結状態であれば、ステップ１１２の処理を行い、開放状態であれば、ステップ１１６の処理を行う。ステップ１１２において、クラッチ１４の指令が締結指令の場合、締結状態を続行すればよいので、ステップ１１３でモータ８の駆動力指令となるように制御処理を行う。また、ステップ１１２でクラッチ指令が開放指令の場合には、ステップ１１４でクラッチを開放する処理を行う。次に、ステップ１１５において、モータ８の制御を停止する。クラッチ１４が開放されているので、モータ８も駆動を停止すればよい。
現在のクラッチ１４の状態が開放状態の場合には、ステップ１１１からステップ１１６の処理に移行して、クラッチ１４の指令値を判断する。クラッチ指令が開放であれば、引き続き、開放状態を保持すればよいので、ステップ１１５でモータ８の制御を停止する処理を行う。ステップ１１６でクラッチ指令が締結指令であれば、ステップ１１７でモータ８のモータ速度をサンギヤ４ｓの回転速度に一致させるように、モータ８の揃速制御を行う。次に、ステップ１１８で揃速制御が完了したかを判断し、揃速制御が完了した場合だけ、ステップ１１９でクラッチ１４を締結する処理を行う。以上のような処理を行うことにより、モータ８からの駆動力を制御している。
第４図におけるクラッチの異常時処理方法を第６図のフローチャートを用いて説明する。ステップ１２１では、クラッチ１４の締結不良を判断する。締結不良の場合には、ステップ１２２において、車両が発生できる最大トルクを制限する処理を行う。最大トルクは遊星歯車４を介してエンジン１，モータ８から伝達されるが、クラッチ１４が締結できない場合、遊星歯車６だけを介してエンジン１，モータ９から発生するトルクが車両を駆動する駆動トルクとなる。そのため、ギヤ比の設定条件から発生できる最大トルクは制限されるので、運転者に制限されていることを知らせるとともに、トルク指令値も制限する処理を行う。なお、クラッチ１４の締結不良がない場合には、ステップ１２３において、最大トルク制限を解除する処理を行う。
次に、クラッチ１４の開放不良を判断する。ステップ１２４でクラッチ開放不良の有無を判断し、不良がある場合には、ステップ１２５からステップ１２７の処理を行う。ステップ１２５では、車速の最高速度を制限する処理を行う。制限したときの最高速度は第２図（ａ）に示すモータ速度が１を超えるときの車速以下とする。次に、ステップ１２６でモータ８の制御を停止し、ステップ１２７では、エンジン１とモータ９の制御を制限された速度範囲，トルク範囲内で実施する。このような処理を行うことで、クラッチ１４の開放不良時に高速回転での逆起電力により電力変換器１０を破損することを防止できる。また、ステップ１２４で開放不良がないと判断した場合には、ステップ１２８で最高速度の制限を解除し、最大トルクの制限状態の下で、ステップ１２９でエンジン１，モータ８，モータ９の制御を行う。
従って、本実施形態によれば、無段変速機能，モータアシスト機能を有する小型で、かつ、低コストの変速装置を提供できる。また、この変速装置を用いれば、通常の自動車の他に、ハイブリッド自動車にも適用することができる。なお、この実施形態では、車速の最高速度を制限する方法を採用したが、エンジンの最高速度を制限する方法を採用しても同等の効果を得ることができる。
第７図は自動車においてギヤの構成方法が第１図と異なる他の実施形態である。第７図の構成が第１図と異なる点は、入力側と出力側に接続する遊星歯車４のギヤの接続方法である。第７図において、入力側の歯車１９と噛み合っている歯車２０は遊星歯車４のリングギヤ４ｒに連結している。また、プラネタリー４ｐと結合している歯車２１は出力側の歯車５に接続している。つまり、第１図と比較して、第７図は入力と出力に接続されている遊星歯車４のギヤが逆になっている構成である。遊星歯車において、リングギヤからプラネタリーまでのギヤ比は１より大きいので、歯車１５から歯車２０までのギヤ比、歯車２１から歯車５までのギヤ比は第１図の場合に比べて小さくすることができる。
第１図の場合、歯車１５から歯車５までのギヤ比Ｌを歯車１５から歯車７までのギヤ比Ｈに比べて数倍大きい値に設定していることを述べた。第７図の実施形態で同様の設定をした場合、遊星歯車４の入力側，出力側のギヤ比をそれぞれ遊星歯車６の入力側，出力側のギヤ比に近づけることができる。従って、ギヤの設計が容易となり、ギヤをコンパクトに配置することができる。そのため、より小型の変速装置を実現することができる。
第８図は第７図ともギヤの構成方法が異なる他の実施形態である。この実施形態の特徴は歯車１５が歯車１７と噛み合い、その歯車１７が遊星歯車６のプラネタリー６ｐと結合している一方、遊星歯車４のサンギヤ４ｓにも連結していることである。モータ８にクラッチ１４を介して接続されるギヤは遊星歯車のプラネタリー４ｐであり、リングギヤ４ｒが逆回転のための歯車２２を介して出力側の歯車５に接続されている。遊星歯車４のサンギヤ４ｓからプラネタリー４ｐまでのギヤ比は、リングギヤ４ｒからプラネタリー４ｐまでのギヤ比により通常数倍大きい。そのため、歯車１７をサンギヤ４ｓに連結することで、第１図，第７図の場合よりもギヤ比を大きくすることができ、第１図，第７図で配置した歯車１６，１９、及び、２０を取り除くことができる。当然のことながら、第１図の２つの遊星歯車の入力側においてギヤ比を異なる値に設定することによるモータの小型化という効果を第８図の実施形態でも得ることができる。なお、遊星歯車４のサンギヤ４ｓの回転方向とそれにより回転させられるリングギヤ４ｒの回転方向が逆になるため、歯車２２により回転方向を反転させている。これにより、エンジン１が駆動したとき、通常のモータの速度範囲内で、歯車５と歯車７が同一回転になるようにしている。
従って、本実施形態を用いることにより、歯車の数を低減することができるので、さらにコンパクトな変速装置を実現できる。
第９図はさらに歯車の数が少ない変速装置を用いた自動車の実施形態である。遊星歯車に関する基本的な構成方法としては、第７図のシステムと同様であるので、第７図と比較しながら説明する。エンジン１の回転軸は遊星歯車６のプラネタリー６ｐと結合するとともに、歯車１５を介して歯車２１を回転する。この歯車２１は遊星歯車４のリングギヤ４ｒと締結している。この構成では、第７図における歯車１５から歯車１７までのギヤ比を１とした場合に相当し、第９図の歯車１５から歯車２０までのギヤ比は第７図の歯車１５から歯車２０までのギヤ比に相当する。従って、これらの設定値を一致させれば、同等の特性を得ることができる。
また、第９図において、遊星歯車６のリングギヤ６ｒは接合されている歯車１８を介して歯車７にトルクを出力する構成となっている。遊星歯車４はプラネタリー４ｐにより歯車７と同じ軸に連結しており、この軸からタイヤ３ａ，タイヤ３ｂに駆動トルクが出力される。このように、遊星歯車の出力側の構成についても、第９図の構成は第７図に対応させることができる。つまり、第９図の歯車１８から歯車７までのギヤ比は第７図の歯車１８から歯車７までのギヤ比に相当し、第７図の歯車２１から歯車５までのギヤ比を１とすれば第９図の構成と同等になる。
以上のことから、第７図と同様の性能を歯車をより少なくしたシステム構成により達成できるので、本実施形態はより低コストの変速機能を有するハイブリッド自動車を実現できる特徴を有している。
第１０図は第４図のクラッチ異常時の処理方法を示す第６図の実施形態とは異なる他の実施形態である。第６図のステップ１２５，ステップ１２６の代わりに、第１０図のステップ１３０を設けたことが異なる点である。ステップ１３０はクラッチ１４が開放不良となった場合に処理するものであり、このときは、モータ８を弱め界磁制御する処理を行う。この弱め界磁制御とは、永久磁石同期モータであるモータ８において、永久磁石により発生する界磁をモータ電流によりある程度打ち消す制御方法である。これを行うことにより、モータ８が高速に回転させられても、実質の磁束が減少されるので、逆起電力は過大になることはなくなる。従って、車両の最高速度を制限しないでも、電力変換器１０を損傷させることはないので、クラッチ故障時の運転性を改善することができる。
以上が、本発明の一実施形態であり、モータにより制御される２つの遊星歯車から構成される変速装置とそれを用いたハイブリッド車について説明した。遊星歯車は３つ以上の場合にも適用できるので、さらに多段の変速装置を構成することもできる。モータは主に永久磁石を用いた同期モータを対象として説明したが、界磁に永久磁石を用いた直流モータでも適用できるほか、永久磁石を用いない誘導モータや同期モータを用いた場合にも有用である。もちろん、それらを組み合わせた構成としても有効であることはいうまでもない。遊星歯車のサンギヤをモータで制御する方式を中心に実施形態を示したが、他のギヤを制御する方式など、多くの組合せ方法で本発明を実施できる。差動機構としては、遊星歯車の場合について述べているが、一般的な差動ギヤでも適用できるほか、静粛性を重視するためには、ハーモニックギヤで実現しても良い。さらに、自動車だけでなく、船舶，鉄道車両，自動車などの各種車両にも本発明の変速装置を適用できることはいうまでもない。
本発明において、モータにより入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸はそれぞれ共通とし、前記複数の差動機構の前記入力軸から出力軸までのギヤ比を異なる値にし、かつ、前記入力軸から前記複数の差動機構のモータまでのギヤ比を異なる値にすることにより、低トルクの小型モータと高回転を防止したモータを備え、電気のエネルギー損失を最小にしながら、エンジンの効率が高い領域で運転できる無段変速機能を有する変速装置を提供できる。
また、モータで駆動されるモータ軸により入力軸と出力軸の回転数の差を制御する複数の差動機構を備え、該複数の差動機構の入力軸と出力軸はそれぞれ共通にし、前記複数の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比が異なる値に設定し、前記複数の差動機構のうち、少なくともギヤ比が大きい差動機構のモータ軸を締結・開放する締結機構を備えたことを特徴とする変速装置によっても、低トルクの小型モータと高回転を防止したモータを備え、電気のエネルギー損失を最小にしながら、エンジンの効率が高い領域で運転できる無段変速機能を有する変速装置を提供できる。
また本発明において、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備えた車両において、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１及び第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を異なる値にし、かつ、前記入力軸から前記第１及び第２のモータまでのギヤ比を異なる値にすることにより、低コストで、かつ、燃料消費量の少ない車両を提供できる。
また、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの回転速度を変速して車輪に駆動力を伝達する変速装置を備えた車両において、前記変速装置は少なくとも前記エンジンが発生する駆動力を入力、前記車輪の駆動力を出力とする第１及び第２の差動機構と、該第１及び第２の差動機構をそれぞれ制御する第１及び第２のモータを備え、前記第１の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比を第２の差動機構の入力軸から出力軸までのギヤ比よりも大きい値に設定し、かつ、少なくとも前記第１のモータの駆動力を前記第１の差動機構に伝達するモータ軸を締結・開放する締結機構を備えることによっても、低コストで、かつ、燃料消費量の少ない車両を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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