(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、電動発電機と、クラッチと、変速機とがこの順序に回転駆動力が伝達されるように接続されたハイブリッド自動車において、
前記内燃機関と前記電動発電機との間に、回転駆動力が前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機から前記内燃機関には伝達されない一方向性クラッチを設け、
前記電動発電機の回転子の内径空間に前記一方向性クラッチが配置され、この回転子の外周空間に前記電動発電機の固定子が配置され、
始動発電機が設けられ、前記一方向性クラッチと前記内燃機関との間に前記始動電動機からの回転駆動力を前記内燃機関に伝達する機構が設けられた
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記一方向性クラッチおよび前記電動発電機を収容するステータ・ハウジングを設け、前記電動発電機の固定子はこのステータ・ハウジングの内側に固着された請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
前記電動発電機の回転子は前記ステータ・ハウジングに収容されたフライホイールに固着され、このフライホイールに多数のスリットが形成されたスリット・リングが固着され、前記ステータ・ハウジングの内側に前記スリット・リングのスリットを透過する光を送受信する回転センサが取付けられた請求項２記載のハイブリッド自動車。
【請求項４】
前記ステータ・ハウジングは、前記電動発電機の固定子が取付けられた第一のピースと、前記回転センサが取付けられた第二のピースとを含む請求項３記載のハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関および電動発電機を併用するハイブリッド自動車に関する。本発明は、電気回転機を１個のみ搭載して燃料消費量の小さいシリーズパラレル・ハイブリッド方式を実現する新しいハイブリッド自動車に関する。特に、電動発電機および一方向性クラッチの実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、本願とは別の特許出願により、新しいハイブリッド自動車に関する発明を出願した（特願２０００−０１４７１５号）。これは、内燃機関と、電動発電機と、クラッチと、変速機とがこの順序に回転駆動力が伝達されるように接続されたハイブリッド自動車であって、前記内燃機関と前記電動発電機との間に、回転駆動力が前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機から前記内燃機関には伝達されない一方向性クラッチを設ける構成である。一方向性クラッチは、自転車の後輪駆動軸に設けられた回転ラチェット機構と同等の動作原理のクラッチであり、内燃機関のクランク軸の回転速度が電動発電機の回転子の回転速度より大きいときには、その一方向性クラッチは結合状態であり、内燃機関のクランク軸の回転速度が電動発電機の回転子の回転速度より小さいときには、その一方向性クラッチはスリップするように構成されている。
【０００３】
このような構成とすることにより、自動車の動作モードとして、
（１）電動発電機を電動機として動作させ変速機を介して車軸を駆動する電動走行モード、
（２）電動発電機を電動機として動作させ内燃機関とともに変速機を介して車軸を駆動するパラレル走行モード、
（３）電動発電機を空転させ前記内燃機関により変速機を介して車軸を駆動するエンジン走行モード、
（４）電動発電機を発電機として動作させ内燃機関によりその電動発電機および変速機を介して車軸を駆動するとともにその電動発電機が発生する電気エネルギを蓄電手段に充電する走行充電モード、
（５）電動発電機を発電機として動作させ変速機からその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを蓄電手段に充電する回生モード、
（６）電動発電機を発電機として動作させ内燃機関によりその電動発電機を駆動してその発生する電気エネルギを蓄電手段に充電する停車充電モード、
のいずれかのモードを設定して運転することができる。
【０００４】
このモードをさらに説明すると、
（１）電動走行モードでは、内燃機関は停止または低速回転の状態にあり、一方向性クラッチをスリップさせた状態で蓄電手段（バッテリまたはウルトラキャパシタ）から電気エネルギが供給されて車両は電気動力により走行し、
（２）パラレル走行モードでは、内燃機関は燃料を消費しながら回転エネルギを出力し、電動発電機には蓄電手段から電気エネルギが供給され、内燃機関および電動機がともに車両を走行駆動させ、
（３）エンジン走行モードでは、電動発電機への電力の供給および取出を行わず電動発電機を空転状態とすることにより、一般の内燃機関による自動車と同等に内燃機関のみで車両を走行駆動し、
（４）走行充電モードでは、内燃機関により車両を走行駆動するとともに、電動発電機を発電機として動作させて、内燃機関から供給される回転機械エネルギにより電力の発電を行い発生する電気エネルギを蓄電手段に充電し、
（５）回生モードは、車両が減速するとき、あるいは車両が下り坂を走行するときの電気制動状態であって、電動発電機は発電機として動作し、制動により生じる電気エネルギを蓄電手段に充電し、
（６）停車充電モードは、車両が停車状態にあるときに、内燃機関により電動発電機を発電機として駆動し、発生する電気エネルギを蓄電手段に充電する。
【０００５】
このように、この構成の装置は、バスやトラックなどの大型商用車に利用するに適する装置であって、シリーズ方式のハイブリッド自動車の利点およびパラレル方式のハイブリッド自動車の利点をともに利用することができる。すなわち、登坂時や発進時には内燃機関および電動機がともに車軸を駆動して、発生するトルクを大きくすることができるとともに、充電特性をよくして燃料効率を大きく改善することができる。すなわち、この構造では車両の制動時および下り坂走行時の回生モードで、電動発電機から内燃機関が切り離されるので、内燃機関のフリクションによりエネルギが消費されることなく、回生充電効率を高くすることができる。またこの構造は、電気回転機を１台のみ搭載して車両重量を小さくすることができるから燃料効率を高くすることができる。
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の装置は、従来のパラレル方式のハイブリッド自動車にくらべると、その機関全体の軸方向長さが長くなる。すなわち、従来のパラレル方式では、内燃機関のクランク軸に電動発電機の回転子が直結され、その回転子の軸にクラッチおよび変速機がその順に連結された。しかし、上記のシリーズ・パラレル方式では、従来から備えられているクラッチのほかに、内燃機関と電動発電機との間に一方向性クラッチが新たに加わることになるから、その分だけ機関全体の軸長さが大きくなってしまう。これはトラックの場合のキャブ構造、バスの場合の後部エンジンルームの構造の新たな設計を必要とする可能性もあり、長い実績のある車体構造の性能にも影響する。
【０００６】
本発明は、このような背景に行われたものであって、機関回転軸の長さを従来のパラレル方式のハイブリッド自動車と同等程度にするシリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車を提供することを目的とする。本発明は、一方向性クラッチを追加することにより、基本的に車体設計の変更を必要としない装置を提供することを目的とする。本発明は、一方向性クラッチの合理的な実装構造を提供することを目的とする。本発明は、一方向性クラッチを備えることにより燃料効率を高くする利点を最大限に発揮できるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方向性クラッチを電動発電機の回転子の内径空間（または内側空間）に配置することを最大の特徴とする。一方向性クラッチはその基本的な構造および動作は、自転車の後輪駆動軸に配置された回転ラチェット機構と同等であり、外輪と内輪およびその間を結合するスプラグとを有する。したがってこの外輪を内燃機関のクランク軸に結合し、その内輪を電動発電機の回転子の内側に結合することによりその構造が実現される。
【０００７】
すなわち本発明は、内燃機関（１）と、電動発電機（２）と、クラッチ（３）と、変速機（４）とがこの順序に回転駆動力が伝達されるように接続されたハイブリッド自動車であって、前記内燃機関（１）と前記電動発電機（２）との間に、回転駆動力が前記内燃機関から前記電動発電機には伝達され前記電動発電機から前記内燃機関には伝達されない一方向性クラッチ（５）を設ける構造であって、前記電動発電機の回転子（２１）の内径空間にこの一方向性クラッチ（５）が配置され、この回転子の外周空間に前記電動発電機の固定子（２２）が配置されたことを特徴とする。
【０００８】
上記括弧内の数字は、後から詳しく説明する実施例図面の参照符号であり、これは発明の内容をわかりやすくするための併記であり、本願発明の構成を実施例に限定して解釈するためのものではない。以下の括弧内の数字についても同様である。
【０００９】
この構造により、内燃機関のクランク軸から変速機までの回転軸の長さは、一方向性クラッチを設けたことによっても実質的に増大しない。
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例装置の要部内部構造を示す模式図である。この図１は全体の各要素の配置と、その動力伝達構造が概念的に理解できるように、接合されている箇所およびかい離されている箇所を強調して描いてある。また、ベアリング、シール、ボルト、ナット、その他小さい部品を図から省略してある。
【００１０】
図１においてこの装置は、図の左側に一点鎖線で示す内燃機関１と、電動発電機２と、クラッチ３と、図の右側に一点鎖線で示す変速機４とがこの順序に回転駆動力が伝達されるように接続され、内燃機関１と電動発電機２との間に、回転駆動力が内燃機関１から電動発電機２には伝達され電動発電機２から内燃機関１には伝達されない一方向性クラッチ５を設け、電動発電機の回転子２１の内径空間にこの一方向性クラッチ５が配置され、この回転子２１の外周空間に電動発電機２の固定子２２が配置されている。
【００１１】
図１の右上がりの斜線を施した部分は内燃機関のクランク軸１１と共に回転する部分であり、左上がりの斜線を施した部分はフライホイール７と共に回転する部分である。
【００１２】
図２は一方向性クラッチの構造および動作原理を説明する図である。図２（ａ）はこの実施例装置に利用された一方向性クラッチの要部構造図である。この一方向性クラッチ５は、内燃機関１のクランク軸１１に結合された外輪５１と、電動発電機２の回転子２１に接続された内輪５２と、この間に多数配置されたスプラグ５３とを備える。各スプラグ５３の間は等間隔に維持されるように保持器５４およびスプリング５５が配置され、このスプリング５５が各スプラグ５３を矢印の方向に力を加えるように設定される。このスプリング５５の作用によりスプラグ５３には矢印の方向に回転力が印加される。
【００１３】
図２（ｂ）に示すように、外輪５１に右向き矢印の方向の回転力が与えられると、スプラグと外輪およびスプラグと内輪との間に働く摩擦力により、各スプラグは同図（ｂ）のように傾斜して内輪と外輪にともにつよくかみ合って、外輪の回転力は内輪に伝達される。逆に、図２（ｃ）に示すように内輪に対して外輪に左向き矢印の方向の回転力が与えられると、各スプラグは同図（ｃ）のように反対方向に傾斜して、内輪と外輪との間のかみ合いは解かれて外輪は空転する。
図１にもどって、この一方向性クラッチ５および電動発電機２を収容するステータ・ハウジング６を設け、前記電動発電機の固定子２２はこのステータ・ハウジング６の内側に固着された構造となっている。
【００１４】
電動発電機の回転子２１は前記ステータ・ハウジング６に収容されたフライホイール７に固着され、このフライホイール７に多数のスリットが形成されたスリット・リング７１が固着され、このステータ・ハウジング６の内側にこのスリット・リング７１のスリットを透過する光を送受信する回転センサ９が取付けられる。
【００１５】
図３は本発明実施例装置のさらに詳しい構造図である。この図には、組み立て用のボルト、ベアリング、などが記入されていて、その組み立て構造を詳しく開示するものである。この図はこのまま製造組み立て図となる。図３には図１と同一の符号が付してあるので詳しい説明は省略する。さらに、クラッチ部分の内部構造はよく知られているので図から省略する。
【００１６】
図３から理解することができるように、この構造ではステータ・ハウジング６は、前記電動発電機２の固定子２２がブラケット２３により取付けられた第一のピース６１と、前記回転センサ９が取付けられた第二のピース６２と、フライホイール７を覆う第三のピース６３とをボルトで接続することにより構成される。この構造によりその組み立ておよび分解を合理的に行うことができる。
【００１７】
ここで、図２および図３にその取り付け構造を図示するように、この装置は始動電動機８を備え、これがピニオンギヤ８１を介して、リングギヤ８２に連結できるように構成される。すなわち、このシリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車では、一方向性クラッチ５を設けることにより電動発電機２から内燃機関１へ回転駆動力を伝えることができないから、内燃機関１を始動させるために電動発電機２を利用することができなくなる。このために通常の内燃機関に装備されているものと同等の始動電動機８が必要である。
【００１８】
【発明の効果】
上述のように、本発明により一方向性クラッチの合理的な実装構造を提供することができる。すなわち、一方向性クラッチを設ける構造であっても、機関回転軸の長さを従来のパラレル方式のハイブリッド自動車と同等程度にするシリーズ・パラレル方式のハイブリッド自動車を提供することができる。この構造により、一方向性クラッチを追加しても、基本的に車体設計の変更を必要としないから、従来から実績のある車体を利用することができる。本発明により、一方向性クラッチを備えることにより燃料効率を高くする利点を最大限に発揮できるハイブリッド自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置の全体構造図。
【図２】一方向性クラッチの構造および動作を説明する図。
【図３】本発明実施例装置の組み立て構造図。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  電動発電機
３  クラッチ
４  変速機
５  一方向性クラッチ
６  ステータ・ハウジング
７  フライホイール
８  始動電動機
９  回転センサ
１１  内燃機関のクランク軸
２１  電動発電機の回転子
２２  電動発電機の固定子
２３  ブラケット
５１  一方向性クラッチの外輪
５２  一方向性クラッチの内輪
５３  スプラグ
５４  保持器
５５  スプリング
６１  ステータハウジングの第一のピース
６２  ステータハウジングの第二のピース
６３  ステータハウジングの第三のピース
７１  フライホイールに固着されたスリット・リング
８１  始動電動機のピニオンギヤ
８２  始動電動機のリングギヤ
【図１】
0003836286.tif 000002
【図２】
0003836286.tif 000003
【図３】
0003836286.tif 000004