(57)【要約】【課題】  無段変速機構及び有段変速機構の利点を活かし燃費が向上し且つモータの小型化に伴うコストダウン可能な動力伝達装置を提供する。【解決手段】  本発明の動力伝達装置１は、内燃機関と直列的に結合された無断変速機構３と、有段変速機構２とを有し、無断変速機構３は、モータ３３と、遊星歯車機構３と、有段変速機構２の変速段の切り替えを検知し切替信号を取得する切替検知手段と、現変速段から変速される次変速段を取得する変速段取得手段と、有段変速機構２の変速段の切り替えによって有段変速機構２の現変速段のギヤ接続が外れ有段変速機構２の出力軸２２との接続が切断された有段変速機構２の入力軸２１の回転数をモータに入出力される電力を制御し次変速段の減速比から算出される入力軸２１側の回転数に同期させる同期手段を有する制御部と、で構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2008279937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸から出力される回転動力が入力される入力軸と該入力軸から入力された該回転動力を所定範囲内で制御される所定減速比にて変換して出力する出力軸とを持つ無断変速機構と、
前記無断変速機構の出力軸から出力される回転動力が入力される入力軸及び該入力軸から入力された該回転動力を切り替え可能な複数の減速比にて変換して出力する出力軸とを持つ有段変速機構と、を有し、
前記無断変速機構は、モータと、
サンギヤ、プラネタリーギヤ及びリングギヤを有し、該各ギヤのうちの何れか１つが該モータに接続され、残りの該各ギヤのうちの１つが前記入力軸に接続され、残りが前記出力軸に接続される遊星歯車機構と、
前記有段変速機構の変速段の切り替えを検知し切替信号を取得する切替検知手段と、現変速段から変速される次変速段を取得する変速段取得手段と、該有段変速機構の該変速段の該切り替えによって該有段変速機構の該現変速段のギヤ接続が外れ該有段変速機構の前記出力軸との接続が切断された該有段変速機構の前記入力軸の回転数をモータに入出力される電力を制御し該次変速段の減速比から算出される該入力軸側の回転数に同期させる同期手段を有する制御部とで構成されることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記無段変速機構は、該無段変速機構の前記入力軸間の直結・解除を切り替え可能な固定機構を持つ請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記固定機構は、前記遊星歯車機構の前記各ギヤのうち２つの該ギヤの相対位置の固定・解除を切り替え可能な機構である請求項２に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記遊星歯車機構は、前記サンギヤが該遊星歯車機構の前記入力軸に接続され且つ前記プラネタリーギヤが前記モータに接続され且つ前記リングギヤが該遊星歯車機構の前記出力軸に接続され、
前記固定機構は、前記プラネタリーギヤと前記リングギヤとの相対位置を固定する請求項３に記載の動力伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の動力伝達装置であって、更に、蓄電装置を有し、
前記モータは、発電機及び電動機の両機能を備え且つ前記蓄電装置を電動源とし且つ発電された電力を該蓄電装置に蓄電可能であることを特徴とする。
【請求項６】
前記内燃機関の出力軸と有段変速機構の入力軸との間が直結されている請求項１〜５の何れかに記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の動力伝達装置に関し、特に内燃機関及び電動モータの２つの動力源から動力の供給を行うハイブリッド車用の動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）を用いた車両は一般に変速機構を備える動力伝達機構を有し、速度に応じた適正な減速比に切り替えて利用している。変速機構には無段変速機構又は有段変速機構が存在する。一般に有段変速機構は歯車式伝動機構により実現されており、減速比制御の自由度は小さいものの、入出力軸間での動力伝達効率に優れた機構として知られている。
【０００３】
一方、無段変速機構は連続的に減速比を制御可能で車両の走行状況に応じて内燃機関の性能を最大限に発揮できる減速比が設定できることから、燃費を向上させる装置として知られているが、機構が複雑化しがちで有段変速機構を超える伝達効率を実現することが困難である。
【０００４】
ところで、近年、内燃機関に加え、電動モータを動力源として併せ持つハイブリッド車が開発されている。ハイブリッド車は内燃機関と電動モータとを用い、互いに効率が高い回転数領域を利用することが可能である。従来技術のハイブリッド車における動力伝達装置としては、手動式有段変速機構を基本とした有段変速機構とモータからなる無段変速機構とを備えた動力伝達装置がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の手動式有段変速機構を基本とした動力伝達装置は、一般的に有段変速機構への入力を断続する機構であるクラッチを有している。そのため、内燃機関、無段変速機構、クラッチ及び有段変速機構が直列的に結合され、大型化し重量も増大するので搭載性が悪く、コストアップになる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、無段変速機構及び有段変速機構のそれぞれの利点を活かして燃費が向上し且つ装置全体としての小型化に伴うコストダウンが可能な動力伝達装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の動力伝達装置は、内燃機関の出力軸から出力される回転動力が入力される入力軸と該入力軸から入力された該回転動力を所定範囲内で制御される所定減速比にて変換して出力する出力軸とを持つ無断変速機構と、前記無断変速機構の出力軸から出力される回転動力が入力される入力軸及び該入力軸から入力された該回転動力を切り替え可能な複数の減速比にて変換して出力する出力軸とを持つ有段変速機構と、を有し、前記無断変速機構は、モータと、サンギヤ、プラネタリーギヤ及びリングギヤを有し、該各ギヤのうちの何れか１つが該モータに接続され、残りの該各ギヤのうちの１つが前記入力軸に接続され、残りが前記出力軸に接続される遊星歯車機構と、前記有段変速機構の変速段の切り替えを検知し切替信号を取得する切替検知手段と、現変速段から変速される次変速段を取得する変速段取得手段と、該有段変速機構の該変速段の該切り替えによって該有段変速機構の該現変速段のギヤ接続が外れ該有段変速機構の前記出力軸との接続が切断された該有段変速機構の前記入力軸の回転数をモータに入出力される電力を制御し該次変速段の減速比から算出される該入力軸側の回転数に同期させる同期手段を有する制御部とで構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の動力伝達装置は、内燃機関と有段変速機構との間に無段変速機構を配置し、無段変速機構はモータと遊星歯車機構とで実現される。この構成を採用することにより、本発明の動力伝達装置は内燃機関及び無段変速機構の双方の利点を有する回転動力伝達効率に優れた機構になった。また、無段変速機構は有段変速機構による減速比の切り替えを補助できれば充分なので減速比の制御の幅が小さくても充分な性能を発揮することが可能になるので本発明で採用した簡易な構造を採用することができる。
【０００９】
更に、本発明の動力伝達装置は内燃機関と無段変速機構のモータとの２つの動力源を有し、互いの動力源の間で効率が高いものを選択することが可能になって、車両に適用した場合に燃費を向上することが可能になる。例えば、車両発進時には低回転時における高出力が得意なモータで発進し、定常走行に移行した後は燃費最適域を維持した内燃機関を動力源として採用することができる。定常走行時においてもモータの出力を加えることも可能である。
【００１０】
また、有段変速機構にて大きく減速比を切り替えることができるので、無段変速機構によって変化させるべき減速比の幅を小さくすることが可能になるので、無段変速機構を簡略化することができる。そして、反対に、無段変速機構による減速比の増減分があることから、有段変速機構の変速段を削減することで有段変速機構を簡略化することができる。
【００１１】
そして、制御部は、制御部が有している各手段により変速しようとしている有段変速機構の変速段の減速比から適正な有段変速機構の入力軸の回転数を算出して、無段変速機構の出力軸を同期させる。そのため、有段変速機構により変速段を切り替える時に、有段変速機構の変速のショックを無くすあるいは小さくできる。その結果、有段変速機構のシンクロメッシュ機構を小型化、縮小化あるいは取り除くことも可能になり、有段変速機構の簡素化、小型化によるコストダウンが可能になる。
【００１２】
前記無段変速機構は該無段変速機構の前記入出力軸間の直結・解除を切り替え可能な固定機構を持つことで無段変速機構の入出力軸間を直結することが可能になり無段変速機構を有さない有段変速機構単独の場合と同程度の伝達効率が実現できる。特にこの固定機構としては、前記遊星歯車機構の前記各ギヤのうち２つの該ギヤの相対位置の固定・解除を切り替え可能な機構であることが望ましい。遊星歯車機構の各ギヤの何れか２つの相対位置を固定することで、プラネタリーギヤは自転できなくなり、全てのギヤが同方向で等速に回転する直結状態になる。つまり、ＣＶＴなどの無段変速機構と異なり、無段変速機構の入出力が直結して伝達効率を上げることが容易である。
【００１３】
前記遊星歯車機構は、前記サンギヤが該遊星歯車機構の前記入力軸に接続され且つ前記プラネタリーギヤが前記モータに接続され且つ前記リングギヤが該遊星歯車機構の前記出力軸に接続され、前記固定機構は、前記プラネタリーギヤと前記リングギヤとの相対位置を固定することが好ましい。プラネタリーギヤとリングギヤとの相対位置が固定されているためプラネタリーギヤは自転できず、サンギヤ及びリングギヤの回転と同方向に公転する。これにより、サンギヤから入力される回転動力によりサンギヤが回転すると、同方向にプラネタリーギヤ及びリングギヤが一体回転する。この状態で、プラネタリーギヤに接続されているモータの回転動力が入力されるとリングギヤからの出力が加算された回転動力になる。よって、モータにより回転動力の加算が行えるので、内燃機関の回転動力ではトルクが充分ではない場合、例えば上り坂や坂道発進等の時に、スムーズな走行（発進）が可能になる。
【００１４】
本発明の動力伝達装置は、更に、蓄電装置を有し、前記モータは発電機及び電動機の両機能を備え且つ前記蓄電装置を電動源とし且つ発電された電力を該蓄電装置に蓄電可能であることが好ましい。これにより、電気エネルギーをモータの回転動力（機械エネルギー）に変換して内燃機関の回転動力を加算するだけでなく、内燃機関及びモータの回転動力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換することで、エアコン等の電気エネルギーとして利用することも可能である。また、蓄電装置を備えることで蓄電装置を電動源とすることもでき、且つ内燃機関及びモータの回転動力（機械エネルギー）を電気エネルギーとして蓄電することができる。これにより、回転動力が必要ない時、例えば走行停止時や降り坂走行時の回転動力を電気エネルギーとして蓄電できるため、エネルギーの損失を極力抑え蓄電された電気エネルギーによるモータの利用率が向上し、内燃機関の利用率の低下による燃費向上も可能になる。
【００１５】
本発明の動力伝達装置が備える無段変速機構は減速比を無限大近くにまで制御可能で入力軸に回転動力が入力されている状態で出力軸を停止させることができるものである。従って、本発明の動力伝達装置は、前記内燃機関の出力軸と有段変速機構の入力軸との間が直結される形態が採用可能である。動力伝達装置が、無段変速機構及び有段変速機構を直列的に結合し、クラッチなどを介さないため全長が短縮化され、搭載性が良くなる。また、クラッチ及びクラッチの操作機構を用いないことで、その機構のコストがカットでき、その上組み付けも簡素化されるため、大幅なコストダウンが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の動力伝達装置によれば、無段変速機構と有段変速機構とを組み合わせることで、有段変速機構によって、大まかに減速比を制御した上で無段変速機構によって細かく減速比が決定できる構成を採用し、更に、制御部において切替検知手段で切替信号を取得し、変速段取得手段で次変速段を取得し、同期手段で無段変速機構の減速比を有段変速機構の所定減速比に応じて適正に制御することで、有段変速機構の変速のショックを無くすあるいは小さくできる。その結果、有段変速機構のシンクロメッシュ機構を小型化、縮小化あるいは取り除くこともできるので、コストダウンや有段変速機構の簡素化、小型化もできる。
【００１７】
そして、本発明の動力伝達装置によれば、無段変速機構と有段変速機構とを組み合わせることで、有段変速機構によって、大まかに減速比を制御した上で無段変速機構によって細かく減速比を決定する構成が採用可能になるので、有段変速機構並びに無段変速機構共に、単独で変速機構として動力伝達装置に採用する場合と比較して小型化することができる。
【００１８】
つまり、無段変速機構による減速比の増減分があるため、有段変速機構の変速段を削減できると共に、無段変速機構としては有段変速機構によって切り替えられる減速比の間を補完する程度の減速比の範囲にて増減可能なもので充分であるので、両者共に小型化が可能になる。
【００１９】
また、本発明の動力伝達装置は、有段変速機構及び無段変速機構として動作するモータと遊星歯車機構とからなる無段変速機構の両方を兼ね備え、両方の変速機構としての利点を利用することができる。例えば、有段変速機構は動力の伝達効率が良いことで燃費が良く、無段変速機構は連続的に変速できるため走行状況に応じて内燃機関の性能を最大限に発揮できる減速比が設定できるため燃費を向上させることができる。また、内燃機関とモータとの２つの出力により、内燃機関の不得意な回転数領域ではモータを補助的に使い、高車速時には内燃機関による燃費最適回転数領域にて運転を行って、必要に応じてモータによる回転動力を加算する等、常に燃費が良くなる状態で動力伝達装置を使用できる。
【００２０】
更に、内燃機関の出力軸と有段変速機構の入力軸との間が直結されていることで、内燃機関、無段変速機構及び有段変速機構を直列的に結合した場合、クラッチなどを介さないため全長が短縮化され、搭載性が良くなり、重量も軽くなる。また、クラッチ及びクラッチの操作機構の廃止により、その機構のコストがカットでき、その上組み付けも簡素化されるため、大幅なコストダウンが可能になる。
【００２１】
また、遊星歯車機構の各ギヤの何れか２つの相対位置を固定することで、プラネタリーギヤは自転できなくなり、全てのギヤが同方向で等速に回転する。つまり、無段変速機構に入力される回転動力が出力される際に同じであり、無段変速機構がない状態の動力伝達装置になる。
【００２２】
特に、遊星歯車機構のサンギヤを遊星歯車機構の入力軸に接続し、プラネタリーギヤをモータに接続し、リングギヤを遊星歯車機構の出力軸に接続し、固定機構でプラネタリーギヤとリングギヤとの相対位置を固定すると、プラネタリーギヤは自転できず、リングギヤの回転と同方向に公転する。これにより、サンギヤから入力される回転動力によりサンギヤが回転すると、同方向にプラネタリーギヤ及びリングギヤが一体回転する。この状態で、プラネタリーギヤに接続されているモータの回転動力が入力されるとリングギヤからの出力が加算された回転動力になる。よって、モータにより回転動力の加算が行えるため、内燃機関の回転動力でトルクが足りない時、例えば高車速時の上り坂や坂道発進等の時に、スムーズな走行（発進）が可能になる。
【００２３】
更に、本発明の動力伝達装置が蓄電装置を有し、モータが発電機及び電動機の両機能を備え且つ前記蓄電装置を電動源とし且つ発電された電力を該蓄電装置に蓄電可能である場合、電気エネルギーをモータの回転動力（機械エネルギー）に変換して内燃機関の回転動力を加算するだけでなく、内燃機関及びモータの回転動力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換することで、エアコン等の電気エネルギーとして利用することも可能である。また、蓄電装置を備えることで蓄電装置を電動源とすることもでき、且つ内燃機関及びモータの回転動力（機械エネルギー）を電気エネルギーとして蓄電することができる。これにより、回転動力が必要ない時、例えば走行停止時や降り坂走行時の回転動力を電気エネルギーとして蓄電できるため、エネルギーの損失を極力抑え蓄電された電気エネルギーによるモータの利用率が向上し、内燃機関の利用率の低下による燃費向上も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態に係る動力伝達装置は内燃機関から出力される回転動力を適正に伝達・出力する装置である。本実施形態の動力伝達装置が有する有段変速機構としては、例えば変速段の切り替えを電気的又は機械的に行う自動変速装置や、運転者の手動により変速操作可能なマニュアルトランスミッションを組み込んだ動力伝達装置を一部改良することで実現することができる。
【００２５】
（実施例）
本実施例の動力伝達装置１は、図１に示すように、車体に取り付けられるケース１０内に配設される有段変速機構２と、内燃機関（図示省略）及び有段変速機構２の間に配設される無段変速機構３と、有段変速機構２の出力軸側に結合されている差動機構５とを有する。
【００２６】
内燃機関としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が挙げられる。内燃機関は、図１において、後述する無段変速機構３の右側に位置し、無段変速機構３の入力軸に出力軸（図略）が連結される。
【００２７】
ケース１０は、有段変速機構２のハウジング１２と、無段変速機構３のハウジング１３と、差動機構５のハウジング１５とからなり、それらが所定位置でねじ止めされて一体的なハウジングを形成する。
【００２８】
有段変速機構２は、入力軸２１と出力軸２２とを有し、入力軸２１から入力される回転動力を切り替え可能な複数の減速比に変換して出力することができる複数の変速段からなる歯車式の有段変速機構である。前進方向で５速あるいは６速の変速段と後進方向で１段の変速段とを有する既存の手動式の有段変速機構を用いることができる。本実施例の有段変速機構は手動で変速段の切り替えを行う代わりに電動機や油圧装置などを動力源とするアクチュエーターにて変速段の切り替えを行う機構である。アクチュエーターの制御方法は特に限定されず、操作者からの操作信号に従って変速段の切り替えを行うものや、変速段の決定を車速などから決定して切り替えを行うものなどが例示できる。操作者の操作によって操作信号を出力する装置としては、例えば、車両内の床（下方）から突設したセレクトレバーを前後方向に操作するいわゆるＡＴのセレクトレバー式のスイッチやステアリングの奥側（運転者の前方でステアリングを挟んだ裏側）に配置される変速段アップあるいはダウンを指示するパドル状のスイッチなどが挙げられる。
【００２９】
有段変速機構２は、図１における左方に位置し、入力軸２１が上方で出力軸２２がその下方に位置し、入力軸２１と出力軸２２とは軸が略平行に配置される。入力軸２１の一方（図１において有段変速機構２の右端）側は後述する後述する無段変速機構３の出力軸３２に接続される。出力軸２２は、一方（図１において有段変速機構２の下方の右端）側に後述する差動機構５のディファレンシャルギヤ５１に噛合連結されたファイナルギヤ５２が一体的に設けられている。従って、出力軸２２が回転すると、回転動力がファイナルギヤ５２を介して差動機構５のディファレンシャルギヤ５１に伝達され、車両の両駆動輪（図示略）と連結されたシャフト９１、９２を駆動する。
【００３０】
無段変速機構３は、内燃機関と有段変速機構２との間、図１において有段変速機構２の右側に位置し、内燃機関の出力軸と直結している入力軸３１と、有段変速機構２の入力軸２１と接続する出力軸３２と、更にモータ３３と、遊星歯車機構３４と、固定機構３５と、制御部（図示略）とを有する。無段変速機構３はモータ３３の回転子３３１から後述するプラネタリーギヤ３４２に入力する回転動力を制御することで減速比を変化させる機構である。
【００３１】
入力軸３１は、内燃機関の出力軸と同軸的に配置され、後述する遊星歯車機構３４のサンギヤ３４１と直結する。つまり、内燃機関から出力される回転動力はサンギヤ３４１に入力される。出力軸３２は、後述する遊星歯車機構３４のリングギヤ３４３に直結される。
【００３２】
モータ３３は、回転子３３１と固定子３３２とを有し、無段変速機構３の入力軸３１側の外周に配置され、遊星歯車機構３４のプラネタリーギヤ３４２に回転子３３１が接続される。モータ３３は、回転子３３１が回転することで発電等を行うとともに給電により回転子３３１を回転させる周知の電動機である。モータ３３は、動力伝達装置１が有する蓄電装置（図示略）から制御部を介して電気エネルギーが供給され、回転動力を出力する。
【００３３】
本発明の動力伝達装置１は、内燃機関の出力軸、無段変速機構３の入力軸３１及び有段変速機構２の入力軸２１が同一軸線上に配置され、無段変速機構３のモータ３３はモータ３３の回転子３３１の回転中心が無段変速機構３の入力軸３１と同心になるように、該入力軸３１を囲うように配置される。
【００３４】
遊星歯車機構３４は、サンギヤ３４１、プラネタリーギヤ３４２及びリングギヤ３４３を有する。サンギヤ３４１は無段変速機構３の入力軸３１であり、内燃機関の出力軸に連結し、プラネタリーギヤ３４２はモータ３３の回転子３３１に連結し、リングギヤ３４３は無段変速機構３の出力軸３２であり、有段変速機構２の入力軸２１に連結する。つまり、内燃機関の出力はサンギヤ３４１からプラネタリーギヤ３４２を伝達してリングギヤ３４３に出力される。また、モータ３３の出力はプラネタリーギヤ３４２からリングギヤ３４３に出力される。よって、内燃機関が停止した状態でもモータ３３が駆動することで、無段変速機構３から回転動力が出力される。ここで、サンギヤ３４１、プラネタリーギヤ３４及びリングギヤ３４３がそれぞれ接続する組み合わせは変更可能である。例えば、モータ３３の配置場所の違いやモータ３３の出力の大きさの違いなどに合わせて、接続の組み合わせを変更できる。
【００３５】
固定機構３５は、遊星歯車機構３４の外周側に位置し、軸方向にスライドして遊星歯車機構３４のプラネタリーギヤ３４２とリングギヤ３４３との相対位置の固定・解除を行うことで、無段変速機構３の入出力軸間を結合する。図１において、無段変速機構３の下方に、スライドしてプラネタリーギヤ３４２とリングギヤ３４３との相対位置を固定している固定機構３５が実線で示されており、スライドする前が点線で示されている。
【００３６】
制御部は、クラッチなしで有段変速機構２の変速段の切り替えに無段変速機構３の出力を適正に制御するために、切替検知手段（図示略）と、変速段取得手段（図示略）と、同期手段（図示略）とを有する。
【００３７】
切替検知手段は、有段変速機構の変速段の切り替えを行おうとしていることを検知し、それを切替信号として取得する。切替信号は、例えば、前述のセレクトレバーの前後方向への操作や、ステアリングの奥側に配置されるパドル状のスイッチの操作によって出力される。変速段取得手段は、切替検知手段によって切替信号を取得すると、有段変速機構２の変速段が現変速段から切り替えられる次の次変速段を取得する手段である。つまり、操作者が変速を意図してスイッチを操作した場合は、変速段の切り替えを行うことと次にどの変速段が選択されるかの両方の情報を一度に取得することが可能である。有段変速機構２として、変速段の決定についても自動化されている機構を採用している場合には、有段変速機構２を制御して変速段の決定を行う制御手段から変速段を切り替えを行う旨の切替信号と次の変速段を取得することができる。
【００３８】
同期手段は、モータ３３に入出力される電力を制御し、有段変速機構２の出力軸２２の回転数に有段変速機構２の入力軸２１の回転数を同期させるための手段であり、変速段取得手段で取得された次変速段の減速比から有段変速機構２の入力軸２１を回転させるべき回転数を算出する。そして、モータ３３の入出力により回転するプラネタリーギヤ３４２を回転させて、有段変速機構２の変速段の切り替えによって現変速段のギヤ接続が外れ有段変速機構２の出力軸２２と切断された有段変速機構２の入力軸２１を該回転数に同期させる。同期手段は無段変速機構３の出力軸３２の回転数を取得する手段を備え、取得した出力軸３２の回転数に基づきフィードバック制御を行うこともできる。
【００３９】
差動機構５は、有段変速機構２の出力軸２２に一体回転するように結合されているファイナルギヤ５２と、ファイナルギヤ５２と噛合するディファレンシャルギヤ５１とを有し、ディファレンシャルギヤ５１から駆動輪に接続されるシャフト９１、９２に有段変速機構２の出力軸２２の回転動力を分割して伝達する装置である。差動機構５は、図１において、無段変速機構３の左下に位置し、差動機構５の左右に左右方向に延在するシャフト９１、９２が連結する。
【００４０】
次に、本実施例の動力伝達装置１の無段変速機構３が減速比を変化させる動作について説明する。基本的な回転動力の伝達の流れとして、無段変速機構３の入力軸３１（遊星歯車機構３４のサンギヤ３４１）に内燃機関から入力された回転動力がプラネタリーギヤ３４２及びリングギヤ３４３に伝達される流れがある。無段変速機構３はモータ３３の回転子３３１からプラネタリーギヤ３４２に入力する回転動力、すなわち、モータ３３に入出力する電力を制御することで減速比を変化させている。
【００４１】
まず、モータ３３への電力の入出力がない場合に、無段変速機構３の減速比は無限大になり、入力軸３１に入力される回転動力は出力軸３２には出力されない。つまり、モータ３３への電力の入出力がない場合には、モータ３３の回転子３３１からは回転動力が出力されないので回転子３３１はフリーの（抵抗がない）状態である。そこに、入力軸３１（遊星歯車機構３４のサンギヤ３４１）に回転動力が入力されると、有段変速機構２の入力軸２１が接続され回転させるために必要なトルクが大きいリングギヤ３４３は回転せず、モータ３３の回転子３３１に連結しており回転に要するトルクが小さいプラネタリーギヤ３４２だけが回転することになる。この場合に、モータ３３を発電機として利用して電力を取り出すことも可能である。但し、後述するように、電力を取り出すことで回転子３３１にトルクが加わると出力軸３２側にも回転動力が伝達されるので出力軸３２側に回転動力が出力されない程度に電力を取り出すように制御する。
【００４２】
次に、モータ３３に電力を供給すると、回転子３３１からプラネタリーギヤ３４２に回転動力が伝達される。すると、モータ３３からの回転動力の出力がない場合と違いプラネタリーギヤ３４２にはトルクが加わって、そのトルクの大きさによって入力軸３１（サンギヤ３４１）に入力された回転動力のうちの所定割合が出力軸３２（リングギヤ３４３）に伝達される。この入力軸３１に入力された回転動力のうち出力軸３２に伝達される割合である所定割合が変化することで減速比が変化する。
【００４３】
ここで、所定割合は、遊星歯車機構３４の各ギヤ間のギヤ比を考慮して換算された入力軸３１、出力軸３２及びモータ３３の回転子３３１のそれぞれから入力されるトルクの大きさによって制御できる。具体的には、換算後のトルクの大きさが、出力軸３２側と回転子３３１とでそれぞれ加わるトルクの大きさの比に応じて、そのトルクの比に応じた割合の回転動力が出力軸３２側に伝達される。回転子３３１から出力されるトルクの大きさは、モータ３３に供給する電力を変えることで制御できる。モータ３３に供給する電力の大きさによっては入力軸３１の回転数を超えた回転数にて出力軸３２に回転動力を伝達することも可能になって減速・等速を超えて増速するように制御することもできる。
【００４４】
なお、モータ３３を逆回転させることで、無段変速機構３の出力軸３２を逆回転させることも可能である。その場合には、有段変速機構２のリバース機能と同じ機能を発揮することになり、無段変速機構３のみでもリバース可能であるので、有段変速機構２のリバース用のギヤを省略することもできる。
【００４５】
次に、本実施例の動力伝達装置１の動作について説明する。まず、発進時は、有段変速機構２はどのギヤにも接続されておらず、制御部は制御部の変速段取得手段で有段変速機構２の次変速段がファーストギヤ（第１速、図示略）であることを取得し、同期手段でファーストギヤの減速比から有段変速機構２の入力軸２１を回転させるべき適正な回転数を算出する。そして、内燃機関の出力軸から出力された回転動力は、無段変速機構３の入力軸３１に伝達され、遊星歯車機構３４のサンギヤ３４１が回転する。制御部の同期手段は、無段変速機構３の出力軸３２である遊星歯車機構３４のリングギヤ３４３の回転数が、有段変速機構２のファーストギヤの減速比に合った回転数に同期するように、モータ３３の入出力される電力を制御する。そして、リングギヤ３４３に連結している有段変速機構２の入力軸２１が該回転数で回転し、有段変速機構２のファーストギヤのギヤが接続され、有段変速機構２の出力軸２２が回転し、その回転動力が差動機構５へと伝達され、車両の駆動輪が回転し車両が発進（前進）する。この発進時、内燃機関を停止しモータ３３の出力のみ、あるいは内燃機関の出力にモータ３３の出力を加算した出力にすることもできる。モータ３３のみの場合、無段変速機構３の入力軸３１に内燃機関からの出力が入力されずモータ３３からの出力により遊星歯車機構３４のプラネタリーギヤ３４２からの入力によりリングギヤ３４３が回転し、無段変速機構３の出力軸３２を回転させることになる。内燃機関の出力にモータ３３の出力を加算する場合、モータ３３の出力を内燃機関の出力より大きくする。これにより、無段変速機構３の出力軸３２には、内燃機関からの出力により回転するサンギヤ３４１とモータ３３の出力により回転するプラネタリーギヤ３４２とが加算された回転動力が伝達される。一般的に内燃機関は発進時などの低回転時における効率が良くないので、モータ３３のみを回転動力としたり、モータ３３で回転動力を加算したりすることで燃費を向上可能である。なお、内燃機関を停止してモータ３３のみの出力を利用する場合には、内燃機関の出力軸への回転動力の逆流を防止する目的でサンギヤ３４１を固定状態にすることができるクラッチを設け、内燃機関の停止制御と併せて協調制御することが望ましい。
【００４６】
また、本実施例の動力伝達装置１を搭載した車両が定常走行している時の変速段を変更する場合について説明する。例えば、自動車の運転者が変速段を上げるためにアップスイッチ（下げるためにダウンスイッチ）を押した場合について説明を行う。アップスイッチを押すことで、制御部の切替検知手段は、変速段を切り替えることを検知し切替信号として取得する。そして、制御部の変速段取得手段は、次の変速段である次変速段を取得し（アップスイッチならば現在の変速段の１つ上の変速段）、制御部の同期手段は取得した次変速段の減速比から有段変速機構２の入力軸２１を回転させる回転数を算出する。
【００４７】
アップスイッチ（ダウンスイッチ）が押されたことにより取得した切替信号に基づき、有段変速機構２は現変速段のギヤ接続を切断する。そして、制御部の同期手段は、無段変速機構３の出力軸３２（遊星歯車機構３４のリングギヤ３４３）がモータ３３の入出力を制御することによってその回転数に制御され、出力軸３２に連結されている有段変速機構２の入力軸２１がその回転数に同期する。この後、有段変速機構２では、次変速段のギヤが接続され、変速が完了する。
【００４８】
ちなみに、本実施例の動力伝達装置１を搭載した車両が定常走行する時は、内燃機関を燃費最適域で維持させることを目的として、有段変速機構２の減速比はそのままで無段変速機構３の減速比を変化させて、有段変速機構２の各減速比の間を補い、有段変速機構２の変速を可及的に少なくすることが望ましい。
【００４９】
また、無段変速機構３は、固定機構３５を軸方向内燃機関側にスライドさせて固定することでプラネタリーギヤ３４２とリングギヤ３４３との相対位置が固定され、内燃機関から出力され無段変速機構３の入力軸３１に入力された回転動力は、モータ３３の出力に影響を受けず、無段変速機構３の出力が出力軸３２に出力される。これは、無段変速機構３の機能を使用せず、内燃機関の出力を有段変速機構２の入力に直結した状態になり、内燃機関から有段変速機構２への回転動力の伝達効率が良くなる。無段変速機構３の入出力軸間を直結した場合にはモータ３３への電力の入出力を行う回路をオープン状態にすることで、モータ３３の回転子３３１が回転することに伴う回転動力の損失は低減できる。発電が必要な場合には電力を取り出すように回路構成を切り替える。
【００５０】
本実施例の動力伝達装置１によれば、有段変速機構２及びモータ３３と遊星歯車機構３４とからなる無段変速機構３を組み合わせることで、有段変速機構によって、大まかに減速比を制御した上で無段変速機構によって細かく減速比を決定する構成が採用可能になるので、有段変速機構並びに無段変速機構共に、単独で変速機構として動力伝達装置に採用する場合と比較して小型化することができる。
【００５１】
つまり、無段変速機構３による減速比の増減分があるため、有段変速機構２の変速段を削減することができると共に、無段変速機構としては有段変速機構によって切り替えられる減速比の間を補完する程度の減速比の範囲にて増減可能なもので充分であるので、無段変速機構のモータ３３の小型化及び有段変速機構３の変速段の削減が可能であり、小型化及び削減によりコストダウンできる。
【００５２】
また、有段変速機構２の変速操作時に無段変速機構３の減速比を制御部にて適正に制御することで、変速後の有段変速機構２の入力軸２１の回転数に無段変速機構３の出力軸３２の回転数を同期させることができるので、有段変速機構２の変速のショックを無くす乃至小さくできる。従って、有段変速機構２のシンクロメッシュ機構を小型化、縮小化あるいは取り除くこともできるので、コストダウンや有段変速機構２の簡素化、小型化もできる。
【００５３】
そして、有段変速機構２及びモータ３３と遊星歯車機構３４とからなる無段変速機構３の両方を兼ね備え、両方の変速機構としての利点を利用することができる。その上、内燃機関の出力軸と有段変速機構２の入力軸２１との接続又は切断を行うクラッチを用いないで、内燃機関、無段変速機構３及び有段変速機構２を直列的に結合するので、全長が短縮化され重量も軽くでき搭載性が良い。クラッチを搭載しない動力伝達装置は、クラッチ及びクラッチの操作機構を廃止できるので、機構が取り除かれた分とその機構の組み付けの簡素化によって、大幅なコストダウンが可能になる。そして、有段変速機構２は動力の伝達効率が良いことで燃費が良く、無段変速機構は連続的に減速比を制御できるので走行状況に応じて内燃機関の性能を最大限に発揮できる減速比が設定でき、燃費を向上させることができる。
【００５４】
そして、モータ３３が電動機と発電機の両機能を備えるものとした場合、モータ３３の駆動は蓄電装置を電動源とし、内燃機関の出力をモータ３３に入力して発電し蓄電装置に蓄電することもできる。車両停車時の内燃機関の出力を蓄えられたり、蓄えられた電力により車両の発進を行い車両走行後に内燃機関を始動する等もできる。十分に電力が蓄電されているならば、内燃機関を停止した状態での走行も可能である。これにより、回転動力等のエネルギーの損失を極力抑え蓄電された電気エネルギーによるモータ３３の利用率が向上し、内燃機関の利用率の低下による燃費向上も可能になる。また、無段変速機構３が備えるモータ３３によりスターターの作用を発揮させることもできる。
【００５５】
（変形例１）
変形例１の動力伝達装置は、実施例の有段変速機構２の変速段を切り替えるための手段として車両内の床（下方）から突設されるシフトレバーを採用した装置である。このシフトレバーは有段変速機構２に機械的に接続され、有段変速機構２における変速段の切り替えを行う。つまり、本変形例の動力伝達装置における有段変速機構２は一般的な手動式有段変速機構である。
【００５６】
本変形例における制御部の切替検知手段では、運転者がシフトレバーに接触した、シフトレバーを操作しようとして力を入れたあるいはシフトレバーがゲートの現変速段の位置から移動したことを検知することで変速段の切り替えが行われようとしていることを検知し切替信号を取得する。シフトレバーに接触したことを検知する手段としては、シフトレバーの先端部分に手が触れたことを感知する接触感知センサーや熱感知センサー等が考えられる。シフトレバーに力が加わったことを検知する手段としては、棒状部分における歪発生を検知する等の方法が考えられる。そして、ゲートの現変速段の位置から移動したことを検知する手段としては、ゲート途中にシフトレバーの棒状部分が通過したことを検知するセンサーを用いることが考えられる。
【００５７】
そして、制御部の変速段取得手段では、シフトレバーがゲートのニュートラル位置から次の変速段に入れられてその変速段のゲートを通過したことを検知し、次変速段を取得する。この検知は、変速による運転者の操作感を考慮すると、検知はなるべく早いことが望ましいため、シフトレバーがニュートラル位置から次の変速段に入れられた直後、つまりシフトレバーを各変速段の奥まで押し込む状態になる前にできるだけ早く次変速段を取得できる位置で検知することが好ましい。
【００５８】
なお、制御部の切替検知手段が取得する切替信号及び変速段取得手段が取得する次変速段は、変速を検知し且つ変速に係る必要な信号を取得し且つ有段変速機構の変速段の切り替えを制御する本変形例１の動力伝達装置とは別の装置から信号等を取得するものとすることができる。
【００５９】
本変形例１の動力伝達装置が有段変速機構の変速段を切り替えるには、例えばファーストギヤ（第１速）からセカンドギヤ（第２速）に切り替えるために運転者がシフトレバーを握り、握ったことによって変速が行われることが検知され切替検知手段が切替信号を取得する。次に、シフトレバーがセカンドギヤの位置にゲートを移動し入った直後にセカンドギヤが次の変速段であることを変速段取得手段が次変速段として取得する。そして、同期手段でモータの入出力を制御することによって無段変速機構の出力軸を有段変速機構の次変速段の減速比から算出される有段変速機構の入力軸側の回転数に制御して、有段変速機構２の入力軸２１の回転数に無段変速機構３の出力軸３２の回転数を同期させる。最後に、運転者がシフトレバーをセカンドギヤに押し込むと、次の変速段に有段変速機構のギヤが切り替わり、変速が完了する。
【００６０】
本変形例１の動力伝達装置では、無段変速機構の制御部の同期手段で次の変速段の減速比から有段変速機構の入力軸側の回転数を算出し、無段変速機構の出力軸をその回転数に同期させ、クラッチがなくても有段変速機構の入力軸に結合可能になるので、変速の際のクラッチ操作を省略することができる。
【００６１】
（変形例２）
変形例２の動力伝達装置は、変形例１の動力伝達装置において、有段変速機構２と無段変速機構３との間にクラッチを有し、車両内で運転者の足下（前下方）にクラッチ用のペダルがあるものとする。運転者によってペダルが踏み込まれると動力伝達装置のクラッチが、無段変速機構の出力軸と有段変速機構の入力軸とを切断する。
【００６２】
本変形例２の動力伝達装置は、制御部の切替検知手段及び変速段取得手段が変形例１と同様のものを用いることができる。また、切替検知手段としてクラッチの操作に基づき切替信号を取得するものを採用することができる。つまり、クラッチにより無段変速機構３と有段変速機構２との間を切断したことをもって、切替信号を取得することができる。有段変速機構の変速の際、有段変速機構の変速段はシフトレバーを手動で操作することでギヤ接続が切り替わり、無段変速機構の制御部の同期手段における無段変速機構の出力軸の回転数の制御は、切替検知手段及び変速段取得手段から得られた信号等によって行われる。
【００６３】
本変形例２の動力伝達装置が有段変速機構の変速段を切り替えるには、例えばファーストギヤ（第１速）からセカンドギヤ（第２速）に切り替えるために運転者がシフトレバーを握り、握ったことによって変速が行われることが検知され切替検知手段が切替信号を取得する。次に、シフトレバーをニュートラル位置に移動し運転者が足下のペダルを踏み込むと、動力伝達装置のクラッチが無段変速機構の出力軸と有段変速機構の入力軸との切断を行う。次に、シフトレバーがセカンドギヤの位置にゲートを移動し入った直後にセカンドギヤが次の変速段であることを変速段取得手段が次変速段として取得する。そして、同期手段でモータの入出力を制御することによって無段変速機構の出力軸を有段変速機構の次変速段の減速比から算出される有段変速機構の入力軸側の回転数に制御する。そして、運転者がペダルの踏み込みを止めることで、クラッチで無段変速機構の出力軸と有段変速機構の入力軸とが結合され、有段変速機構の入力軸の回転数を該回転数に同期させる。最後に、運転者がシフトレバーをセカンドギヤに押し込むと、次の変速段に有段変速機構のギヤが切り替わり、変速が完了する。
【００６４】
本変形例２の動力伝達装置では、無段変速機構の制御部の同期手段で次の変速段の減速比から有段変速機構の入力軸側の回転数を算出し、無段変速機構の出力軸を該回転数に同期させ、クラッチによって有段変速機構の入力軸に結合するので、変速の際のショックを小さくあるいは無くすことができる。そして、クラッチを動力伝達装置内に有するため、全長は短縮されないが、既存の手動式有段変速機構を有する車両への適用が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施例１の動力伝達装置１の構成を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：動力伝達装置
２：有段変速機構
３：無段変速機構、３１：入力軸、３２：出力軸、３３：モータ、３３１：回転子、３３２：固定子、３４：遊星歯車機構、３４１：サンギヤ、３４２：プラネタリーギヤ、３４３：リングギヤ、３５：固定機構
５：差動機構、５１：ディファレンシャルギヤ、５２：ファイナルギヤ
９１、９２：シャフト
【図１】
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