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JP4415536B2 - Power transmission device for hybrid vehicles - Google Patents
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JP4415536B2 - Power transmission device for hybrid vehicles - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動用のエンジンと、電動機及び発電機に兼用される回転電機とを備えたハイブリッド車のエンジンと回転電機との間に設けられるハイブリッド車用動力伝達装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンジン(内燃機関)と電動機とを駆動源として用いるハイブリッド車両において、エンジンを始動するために用いる始動用電動機と、エンジンアシスト用の電動機とでは、必要とされる動作特性が相違する。
【0003】
始動用電動機によりエンジンを始動する際には、エンジンをクランキングするために大きなトルクを発生させる必要があるが、エンジンを始動させることができればよいため、電動機の回転速度は、それほど高くなる必要はなく、その無負荷回転速度は、エンジンのアイドリング速度よりも低くてよい。
【0004】
一方、エンジンが始動した後、電動機によりエンジンをアシストする(エンジンによる負荷の駆動を助ける)際には、電動機の無負荷回転速度をエンジンのアイドリング速度よりも十分に高くして、電動機をアイドリング速度よりも高い速度で運転することができるようにしておく必要がある。
【0005】
一般には、エンジンアシスト時の電動機の無負荷回転速度をエンジンの出力がピークに達する回転速度付近の速度に設定することが多い。
【0006】
図6は、エンジンを始動する際、及びエンジンをアシストする際に電動機に要求されるトルク対回転速度特性を示したもので、同図の曲線aは、エンジンを始動する際に要求される特性を示し、曲線bはエンジンをアシストする際に要求される特性を示している。
【0007】
エンジンのクランク軸と1台の電動機の回転軸とを減速比1:1で連結して、該電動機によりエンジンの始動と、アシストとの双方を行わせようとすると、電動機は、エンジンの始動時に要求される特性とアシスト時に要求される特性との双方を満足する図6の曲線cのような特性を有していることが必要とされる。
【0008】
電動機として運転した際に、図6の曲線cのような特性を有する回転電機を発電機として動作させて、該回転電機の出力によりバッテリを充電するようにした場合、発電出力が大きくなるため、バッテリに流れる充電電流が過大になるおそれがあり、またバッテリの過充電を防止するための出力電圧の調整も容易ではない。
【0009】
回転電機が磁石回転子を備えた磁石界磁回転形のものである場合には、発電出力が過大になったときに回転電機の出力を短絡することにより電圧調整を行うことができるが、この場合、回転電機の電機子巻線に大きな短絡電流が流れるため、巻線からの発熱が多くなり、好ましくない。また図6の曲線cのような特性を有する回転電機は、大形で重量が重くなる上にコストが高くなるのを避けられない。
【0010】
上記の問題を解決するため、エンジンを始動する際には、回転電機の回転を大きな減速比で減速してエンジンのクランク軸に伝達し、エンジンをアシストする際には、回転電機の回転を小さな減速比で減速してエンジンのクランク軸に伝達するように、回転電機とエンジンとの間に設ける動力伝達装置を構成することが考えられる。
【0011】
車両用の回転電機とエンジンとの間に設ける動力伝達装置に係わる従来技術としては、例えば特許文献1に示すように、遊星歯車機構を用いたものがある。
【0012】
図7は、特許文献1に示された動力伝達装置の構成を模式的に示した構成図で、同図において、1はエンジン、2はエンジン1のクランク軸1aに変速機3を介して連結された車両の駆動輪、4は電動機と発電機とに兼用される回転電機(M/G)、5はエンジン1側の回転軸(クランク軸1aまたはクランク軸に適宜の伝達機構若しくは継手を介して連結された回転軸)6と回転電機4側の回転軸(回転電機の回転軸または回転電機の回転軸に継手などを介して連結された回転軸)7との間に設けられた動力伝達装置である。
【0013】
動力伝達装置5は、回転電機4側の回転軸7に取りつけられた太陽歯車501と、太陽歯車501を同軸的に囲むように設けられた内接歯車502と、エンジン1側の回転軸6に取りつけられたキャリア503と、キャリア503に遊星歯車軸504を介して回転自在に支持されて太陽歯車501と内接歯車502とに噛み合わされた遊星歯車505と、内接歯車502を固定したり、該内接歯車の固定を解除したりする電磁クラッチ506と、回転電機側の回転軸7と遊星歯車軸504とに結合されて、エンジン側の回転軸6からキャリア503と遊星歯車軸504とを通して伝達される動力を回転電機4側の回転軸7に伝達するワンウェイクラッチ507とからなっている。
【0014】
図7に示した動力伝達装置5は、エンジンを始動する際に電磁クラッチ506をオン状態にして内接歯車502を固定することにより、始動用電動機として駆動される回転電機4の回転を太陽歯車501と遊星歯車505と内接歯車502とからなる遊星歯車機構により減速してエンジン1のクランク軸に伝達する。
【0015】
またエンジンを始動した後は、電磁クラッチ506をオフ状態にして内接歯車の固定を解除することにより、エンジン1の回転を回転軸6と遊星歯車軸504とワンウェイクラッチ507とを通して回転電機4側の回転軸7に1対1の減速比で伝達し、これにより回転電機4を駆動して、該回転電機を発電機として運転する。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−298900号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示した従来の動力伝達装置によれば、エンジンの始動時に回転電機の回転を減速してエンジンに伝達することができるため、小形の回転電機を用いてエンジンに大きなトルクを伝達することができる。またエンジンが始動した後は、エンジンの回転が遊星歯車機構により増速されることなく、1対1の減速比で回転電機に伝達されるため、回転電機の回転が高くなりすぎるのを防ぐことができる。
【0018】
しかしながら、図7に示した動力伝達装置は、回転電機の回転軸4aと遊星歯車軸504との間にワンウェイクラッチ507が設けられているため、回転電機4からエンジン1に1対1の減速比で動力を伝達することができず、車両の走行中に回転電機4を電動機として動作させて、エンジンをアシストすることができないという問題があった。そのため、この動力伝達装置は、車両の走行中、回転電機を電動機として動作させて、該電動機によりエンジンをアシストするハイブリッド車には適用することができなかった。
【0019】
本発明の目的は、エンジンの始動時には回転電機の回転を大きな減速比をもってエンジンのクランク軸に伝達して、小形の回転電機でエンジンを始動することを可能にし、エンジンが始動した後は回転電機とエンジンのクランク軸との間を始動時よりも小さい減速比をもって結合して、回転電機をエンジンアシスト用の電動機として運転したり、バッテリ充電用発電機として運転したりすることを可能にするハイブリッド車用の動力伝達装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両駆動用のエンジンと、電動機及び発電機に兼用される回転電機とを備えたハイブリッド車のエンジン側の回転軸と回転電機側の回転軸との間に設けられるハイブリッド車用動力伝達装置に係わるものである。
【0021】
上記「エンジン側の回転軸」は、エンジンのクランク軸自体でもよく、クランク軸にベルト伝達機構などの適宜の伝達機構を介して連結された回転軸、あるいはクランク軸にカップリング(継手)を介して連結された回転軸でもよい。
【0022】
上記「回転電機側の回転軸」は、回転電機の回転軸自体でもよく、回転電機の回転軸にカップリング等を介して連結された回転軸でもよい。
【0023】
本発明においては、上記動力伝達装置が、回転電機側の回転軸に取りつけられた太陽歯車と、強磁性材料からなっていて、太陽歯車と回転電機との間に位置させた状態で回転電機側の回転軸に対して回転自在に、かつ回転電機側の回転軸の軸線方向にスラスト可能に支持された可動部材と、可動部材を太陽歯車側に付勢するバネと、可動部材を取り囲むように設けられて励磁された際にバネの付勢力に抗して可動部材を回転電機側に駆動する電磁コイルと、太陽歯車を同軸的に囲むように設けられて可動部材に支持された内接歯車と、エンジン側の回転軸に取りつけられたキャリアと、キャリアに回転自在に支持されるとともに、内接歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車とを備えた機構部と、この機構部を収容するように構成されて回転電機のハウジング及び前記エンジンのケースに対して固定された機構ケースと、内接歯車側に設けられた第1のクラッチ構成用可動側歯部と、電磁コイルが励磁されて可動部材が太陽歯車から離れる方向に駆動されて内接歯車が可動部材とともに変位させられたときに第1のクラッチ構成用可動側歯部に噛み合い、電磁コイルが消勢されてバネの付勢力により可動部材が太陽歯車側に変位させられたときに第1のクラッチ構成用可動側歯部から外れるように配設位置が定められて機構ケースに対して固定された第1のクラッチ構成用固定側歯部と、電磁コイルが消勢されて可動部材がバネの付勢力により太陽歯車側に駆動されたときに太陽歯車の歯に噛み合って内接歯車と太陽歯車とを機械的に一体化するように結合し、電磁コイルが励磁されて可動部材が太陽歯車から離れる側に駆動されたときに太陽歯車の歯部から外れて内接歯車と太陽歯車との結合を解除するように配設位置が定められて可動部材に対して固定された第2のクラッチ構成用歯部とにより構成される。
【0024】
上記の構成では、第2のクラッチ構成用歯部を可動部材側に設けて、該第2のクラッチ構成用歯部を太陽歯車に噛み合せるようにしているが、該第2のクラッチ構成用歯部をキャリア側に設けて、該第2のクラッチ構成用歯部を内接歯車に噛み合わせるようにしてもよい。
【0025】
即ち、電磁コイルが消勢されて可動部材がバネの付勢力により太陽歯車側に駆動されたときに内接歯車の歯に噛み合って内接歯車とキャリアとを機械的に一体化するように結合し、電磁コイルが励磁されて可動部材が太陽歯車から離れる側に駆動されたときに内接歯車の歯部から外れて内接歯車とキャリアとの結合を解除するように配設位置が定められた第2のクラッチ構成用歯部を、キャリアに対して固定した状態で設けるようにしてもよい。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0027】
図1は本発明の第1の実施形態の構成を概略的に示したもので、同図において、11はエンジン、12はエンジン11のクランク軸11aに変速機13を介して連結された車両の駆動輪、14は電動機と発電機とに兼用される回転電機(M/G)、15はエンジン11側の回転軸16と回転電機14側の回転軸17との間に設けられた動力伝達装置である。
【0028】
動力伝達装置15は、回転電機側の回転軸17とともに回転するように設けられた太陽歯車20と、太陽歯車20を囲むように設けられて回転可能に支持された内接歯車21と、エンジン側の回転軸16に取りつけられたキャリア22と、キャリア22に遊星歯車軸23を介して回転自在に支持されて内接歯車21と太陽歯車20とに噛み合わされた遊星歯車24とを備えた遊星歯車機構25と、内接歯車21を固定してその回転を阻止した状態であるオン状態と、内接歯車21の固定を解除した状態であるオフ状態とに切り換えが可能な第1のクラッチ機構C1と、キャリア22と太陽歯車20とを同じ速度で回転させるようにキャリア22と太陽歯車20との間を機械的に結合した状態にする状態であるオン状態と、キャリア22と太陽歯車20との間で相対的な回転が生じるのを許容するようにキャリア22と太陽歯車20との間の結合を解除した状態であるオフ状態とに切り換えが可能な第2のクラッチ機構C2と、第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2の一方をオン状態にしたときに他方をオフ状態にするように第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2を操作するクラッチ操作機構(図1には図示せず。)とにより構成されている。
【0029】
第1のクラッチ機構C1は、内接歯車21または内接歯車21に機械的に結合された部材に係合して該内接歯車21を固定する状態(オン状態)と、該内接歯車21の固定を解除する状態(オフ状態)をとり得るように構成すればよく、種々の構成をとることができるが、図1に示した例では、内接歯車21の外周に固定された環状部材26と、電磁石により駆動されて環状部材26の係止と該係止の解除とを行なう係止具27とにより第1のクラッチ機構C1が構成されている。
【0030】
第2のクラッチ機構C2は、キャリア22と太陽歯車20との間を機械的に結合した状態と、キャリア22と太陽歯車20との間の結合を解除した状態とをとり得るものであればよく、その構成は任意であるが、図1に示した例では、回転電機側の回転軸17に取り付けられた回転電機側クラッチ板28と、キャリア22に機械的に結合されたエンジン側クラッチ板29と、電磁石を駆動源としてクラッチ板28と29とを相互に機械的に結合した状態と、該結合を解除した状態とに切り換えられるクラッチ部材30とにより第2のクラッチ機構C2が構成されている。
【0031】
図1に示した動力伝達装置においては、回転電機の動作状態に応じて、図2に示すようにクラッチ機構C1及びC2のオンオフの状態が決められる。即ち、回転電機14を始動用電動機として運転してエンジンを始動する際には、第1のクラッチ機構C1をオン状態にし、第2のクラッチ機構C2をオフ状態にして、回転電機14の回転を太陽歯車20と遊星歯車24とキャリア22とを通してエンジンのクランク軸に伝達する。太陽歯車の歯数をZ1、内接歯車の歯数をZ3とすると、エンジンの始動時には、回転電機側の回転軸17の回転がZ1/(Z1+Z3)の減速比で減速されてエンジン側の回転軸16に伝達され、回転電機の出力トルクが(Z1+Z3)/Z1倍となってエンジン側に伝達される。従って、小形の回転電機を用いてエンジンのクランキングを行なわせてエンジンを始動することができる。
【0032】
またエンジンが始動した後は、第1のクラッチ機構C1をオフ状態にし、第2のクラッチ機構C2をオン状態にする。この状態では、太陽歯車20と遊星歯車24とキャリア22とが相対的に回転しないように固定されて、太陽歯車20とキャリア22とが一体に回転するように相互に機械的に結合されるとともに、内接歯車21が回転自在な状態になるため、エンジン側の回転軸16と回転電機側の回転軸17との間が双方向に1対1の減速比で結合された状態になる。
【0033】
従ってこの状態では、回転電機14を発電機として運転する状況にあるのか、回転電機14を電動機として動作させて車両を加速するためにエンジンをアシストする状況にあるのかを判断して、状況に応じて回転電機を制御することにより、回転電機を発電機として運転してバッテリの充電を行なわせたり、回転電機を電動機として動作させてエンジンをアシストしたりすることができる。
【0034】
図1に示した例では、第1のクラッチ機構C1と、第2のクラッチ機構C2と、これらのクラッチ機構のいずれか一方をオン状態にしたときに他方をオフ状態にするように両クラッチ機構を操作するクラッチ操作機構とにより、遊星歯車の減速比を切り換える減速比切換機構が構成されている。
【0035】
この減速比切換機構は、回転電機14の回転を減速してエンジン11側に伝達するべく内接歯車21を固定して遊星歯車24の遊星運動を許容した状態を第1の状態とし、回転電機14とエンジン11との間で1対1の減速比で動力の伝達を行わせるべく内接歯車の固定を解除するとともにキャリア22と太陽歯車20との間を機械的に結合した状態を第2の状態として、遊星歯車機構25の状態を第1の状態と第2の状態とに切り換えて遊星歯車機構の減速比を切り換える。
【0036】
動力伝達装置15の更に具体的な構成例を図3に示した。図3の上側の半部は第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2をそれぞれオン状態及びオフ状態にした状態を示しており、図3の下側の半部は第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2をそれぞれオフ状態及びオン状態にした状態を示している。
【0037】
図3において、31は図示しない回転電機14のハウジング及びエンジン11のケースに対して固定された機構ケースで、図示の機構ケース31は、カップ状に形成されたケース本体32と、該ケース本体の開口部を閉じる蓋板33とからなっている。ケース本体32の開口部と反対側の端部には、外側に突出した円筒状の突出部34が形成され、この突出部34の端部壁に軸受35を介してエンジン側回転軸16が支持されている。回転電機側の回転軸17はエンジン側の回転軸16と中心軸線を共有した状態で配置されていて、該回転軸17が蓋板33に軸受36を介して回転自在に支持されている。
【0038】
エンジン側の回転軸16の機構ケース31内に配置された端部には円筒状のボス部37が一体に形成され、ボス部37の先端部に円板状のキャリア22が一体に形成されている。ボス部37内に回転電機側の回転軸17の先端が挿入され、回転軸17の先端部とボス部37とが軸受39を介して結合されている。
【0039】
回転電機側の回転軸17のキャリア22寄りの部分に太陽歯車20が固定されている。回転軸17にはまた、太陽歯車20よりも回転電機側位置させた状態で、ころがり軸受41が取り付けられ、このころがり軸受41の外輪に強磁性材料からなる円筒状の可動部材43がスライド自在に嵌合されている。従って可動部材43は、軸受41を介して回転軸17に対して回転自在に、かつ軸線方向にスラスト可能に支持されている。回転軸17にはまたバネ受け板44が固定され、このバネ受け板44と可動部材43との間に、該可動部材43を太陽歯車20側に付勢するバネ45が配設されている。可動部材43の太陽歯車側の端部の外周から径方向の外側に突出させた状態で内接歯車支持部46が設けられ、この支持部46の外周部に、太陽歯車20を同軸的に取り囲む内接歯車21が支持されている。
【0040】
キャリア22には複数の遊星歯車24が遊星歯車軸23を介して回転自在に支持され、これらの遊星歯車24が、太陽歯車20と内接歯車21とに噛み合わされている。可動部材43を同心的に取り囲むように電磁コイル50が設けられていて、この電磁コイル50が励磁されたときに生じる磁気吸引力により可動部材43がバネ45の付勢力に抗して回転電機側に駆動され、電磁コイル50が消勢されたときにバネ45の付勢力により可動部材43が太陽歯車20側に駆動されるようになっている。
【0041】
内接歯車21は、環状に形成された基体21aの内周に歯21bを刻設したものからなっていて、基体21aの回転電機側の端部外周には第1のクラッチ構成用可動側歯部51が形成され、機構ケース31のケース本体32の周壁部の内面には、第1のクラッチ構成用固定側歯部52が形成されている。第2のクラッチ構成用歯部52は、電磁コイル50が励磁されて可動部材43が太陽歯車20から離れる方向に駆動されて内接歯車21が可動部材とともに変位させられたときに第1のクラッチ構成用可動側歯部51に噛み合い、電磁コイル50が消勢されてバネ45の付勢力により可動部材43が太陽歯車側に変位させられたときに第1のクラッチ構成用可動側歯部51から外れるようにその配設位置が定められている。
【0042】
また、可動部材43の太陽歯車側の端部の内周に、第2のクラッチ構成用歯部53が形成されている。第2のクラッチ構成用歯部53は、電磁コイル50が消勢されて可動部材43がバネ45の付勢力により太陽歯車20側に駆動されたときに太陽歯車20の歯に噛み合って内接歯車21と太陽歯車20とを機械的に一体化するように結合し、電磁コイル50が励磁されて可動部材43が太陽歯車20から離れる側に駆動されたときに太陽歯車20の歯部から外れて内接歯車21と太陽歯車20との結合を解除するようにその配設位置が定められている。
【0043】
この例では、キャリア22と、太陽歯車20と、内接歯車21と、遊星歯車24とにより遊星歯車機構25が構成され、この遊星歯車機構25とバネ45と、電磁コイル50とにより構成された動力伝達装置15の機構部が機構ケース31内に収容されている。
【0044】
また第1のクラッチ構成用可動側歯部51と、第1のクラッチ構成用固定側歯部52とにより、内接歯車21を固定してその回転を阻止した状態であるオン状態と、内接歯車21の固定を解除した状態であるオフ状態とに切り換えが可能な第1のクラッチ機構C1が構成され、第2のクラッチ構成用歯部53と太陽歯車20とにより、キャリア22と太陽歯車20とを同じ速度で回転させるようにキャリア22と太陽歯車20との間を機械的に結合した状態であるオン状態と、キャリア22と太陽歯車20との間で相対的な回転が生じるのを許容するようにキャリア22と太陽歯車20との間の結合を解除した状態であるオフ状態とに切り換えが可能な第2のクラッチ機構C2が構成されている。
【0045】
更に、電磁コイル50と可動部材43とにより、第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2の一方をオン状態にしたときに他方をオフ状態にするように第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2を操作するクラッチ操作機構が構成されている。
【0046】
また上記第1及び第2のクラッチ機構とクラッチ操作機構とにより、回転電機14の回転を減速してエンジン11側に伝達するべく内接歯車21を固定して遊星歯車24の遊星運動を許容した状態を第1の状態とし、回転電機14とエンジン11との間で1対1の減速比で動力の伝達を行わせるべく内接歯車21の固定を解除するとともにキャリア22と太陽歯車20との間を機械的に結合した状態を第2の状態として、遊星歯車機構25の状態を第1の状態と第2の状態とに切り換えて遊星歯車機構25の減速比を切り換える減速比切換機構が構成されている。
【0047】
図3に示した動力伝達装置において、電磁コイル50が励磁されている状態では、同図の上半分に示されているように、内接歯車21の外周に形成された第1のクラッチ構成用可動側歯部51が機構ケース32の内周に形成された第1のクラッチ構成用固定側歯部52に噛み合って、第1のクラッチ機構C1がオン状態にあるため、内接歯車21はその回転が阻止された状態にある。またこのとき可動部材43の内周に形成された第2のクラッチ構成用歯部53が太陽歯車20から離脱した状態にあって、第2のクラッチ機構C2がオフ状態にあり、太陽歯車20と遊星歯車24との間、及び遊星歯車24と内接歯車21との間で相対的な回転運動が行なわれるのが許容された状態にあるため、回転電機が電動機として運転されて回転軸17が回転駆動されると、その回転が太陽歯車20と遊星歯車24とキャリア22とを介してエンジン側の回転軸16に伝達される。このとき回転電機の回転は遊星歯車機構25により減速された状態でエンジンに伝達されるため、回転電機として小形のものを用いても、エンジンに大きなトルクを伝達して、エンジンのクランキングを支障なく行なわせることができる。
【0048】
エンジンを始動した後、電磁コイル50を消勢すると、図3の下半分に示されているように、可動部材43がバネ45により駆動されて太陽歯車20側に移動させられるため、第1のクラッチ構成用可動側歯部51が第1のクラッチ構成用固定側歯部52から離脱するとともに、第2のクラッチ構成用歯部53が太陽歯車20に噛み合う。これにより第1のクラッチ機構C1がオフ状態にされて、内接歯車21が可動部材43とともに自在に回転し得る状態にされるとともに、第2のクラッチ機構C2がオン状態にされて、内接歯車21と太陽歯車20とが相互に結合されて遊星歯車24と太陽歯車20との間及び遊星歯車24と内接歯車21との間で相対的な回転運動が生じるのが阻止された状態になるため、太陽歯車20とキャリア22とが一体に回転するように相互に機械的に結合された状態になり、回転電機側回転軸17とエンジン側回転軸16との間が双方向に1対1の減速比で結合された状態になる。この状態では、エンジンにより回転電機を駆動する状態にすることにより回転電機を発電機として動作させてバッテリの充電などを行なうことができ、回転電機を電動機として動作させて回転電機からエンジンにトルクを伝達することにより、エンジンをアシストすることができる。
【0049】
図3に示した例では、可動部材43の内周側に設けた第2のクラッチ構成用歯部53と、太陽歯車20とにより第2のクラッチ機構C2を構成して、第2のクラッチ構成用歯部53を太陽歯車20に噛み合わせることにより、第2のクラッチ機構C2をオン状態にして太陽歯車20とキャリア22とを一体に回転させるように両者を機械的に結合するようにしたが、第2のクラッチ機構C2は、必ずしもこのように構成する場合に限定されない。例えば図4に示したように、キャリア22の外周に第2のクラッチ構成用固定側歯部55を形成して、この第2のクラッチ構成用固定側歯部55と内接歯車21とにより第2のクラッチ機構C2を構成するようにしてもよい。
【0050】
図4においても、上側半部は第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2をそれぞれオン状態及びオフ状態にした状態を示しており、下側の半部は第1のクラッチ機構C1及び第2のクラッチ機構C2をそれぞれオフ状態及びオン状態にした状態を示している。
【0051】
図4に示した例では、電磁コイル50が励磁されて、同図の上半部に示されたように、可動部材43が回転電機側に移動させられたときに第1のクラッチ構成用可動側歯部51が機構ケース31の内周の第1のクラッチ構成用固定側歯部52に噛み合うため、第1のクラッチ機構C1がオン状態になる。このとき内接歯車21はキャリア22の外周の第2のクラッチ構成用固定側歯部55から離脱しているため、第2のクラッチ機構C2はオフ状態にある。この状態では、内接歯車21が固定され、遊星歯車24と内接歯車21との間及び遊星歯車24と太陽歯車20との間で相対的な回転運動が行なわれるのが許容されるため、回転電機の回転が遊星歯車機構25により減速されてエンジンのクランク軸に伝達される。
【0052】
電磁コイル50が消勢され、可動部材43がバネ45により付勢されて太陽歯車20側に移動させられると、内接歯車21がキャリア22の外周に設けられた第2のクラッチ構成用固定側歯部55に噛み合って第2のクラッチ機構C2がオン状態になる。この状態では、遊星歯車24と内接歯車21との間及び遊星歯車24と太陽歯車20との間で相対的な回転運動が行なわれるのが阻止された状態になるため、太陽歯車20とキャリア22との間が双方向に減速比1対1で機械的に結合されて、回転電機とエンジンとの間で双方向に動力が伝達される状態になる。
【0053】
図1に示したハイブリッド車で用いる回転電機14の一例を、該回転電機を制御する電気回路とともに図5に示した。
【0054】
図5に示された回転電機14は、カップ状に形成された回転子ヨーク60の周壁部の内周に2つの永久磁石61及び62を取り付けて2極の磁石界磁を構成した磁石回転子63と、120°間隔で設けられた3つの歯部64uないし64wを有する電機子鉄心64の歯部64uないし64wにそれぞれ電機子コイルLuないしLwを巻装してなる固定子65とからなっている。
【0055】
なお図5に示した例では、回転電機14がアウタロータ形に構成されているが、回転電機14はインナーロータ形のものでもよい。
【0056】
図5においてBはバッテリで、バッテリBの出力はインバータINVを通して回転電機14の電機子コイルに供給されている。図示のインバータINVは、オンオフ制御が可能な6個のスイッチ素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy及びQzを3相ブリッジ接続して構成したスイッチ素子のブリッジ回路と、該ブリッジ回路を構成するスイッチ素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy及びQzにそれぞれ逆並列接続された帰還用ダイオードDu,Dv,Dw,Dx,Dy及びDzとを備えた周知のブリッジ形のインバータで、該インバータINVの直流側端子ta,tb間にバッテリBが接続されている。図示の例では、インバータを構成するスイッチ素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy及びQzとしてMOSFETが用いられ、これらのスイッチを構成するFETのドレインソース間に形成された寄生ダイオードが帰還用ダイオードDu,Dv,Dw,Dx,Dy及びDzとして用いられている。
【0057】
なおインバータに用いるスイッチ素子はFETに限られるものではなく、バイポーラトランジスタやIGBTなどでもよい。
【0058】
インバータINVの3相の交流側端子tu,tv及びtwにそれぞれ回転電機2の3相の電機子コイルLu,Lv及びLwから引き出された3相の端子が接続されている。
【0059】
図5においてCNTは、マイクロプロセッサとインバータのドライブ回路とを備えたコントローラで、該コントローラCNTのドライブ回路からインバータINVの6個のスイッチ素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy及びQzの制御端子(図示の例ではFETのゲート)に駆動信号(スイッチ素子をオン状態にするための信号)U,V,W,X,Y及びZが与えられるようになっている。
【0060】
コントローラCNTには、回転電機2の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサhu,hv及びhwの出力Hu,Hv及びHwと、アクセル操作部材のポジションを検出するアクセルセンサ66の出力とが入力されている。 回転電機の回転子の磁石界磁の回転角度位置を検出する位置センサhu〜hwは、通常ホールICからなっていて、回転電機の3相の電機子コイルのそれぞれに対して設けられ、3相の位置センサhu〜hwは、3相の電機子コイルLu〜Lwに対してそれぞれ設定された所定の検出位置で図示しない回転子の磁極の極性を検出して、検出している磁極の極性に応じて高レベルまたは低レベルを示す矩形波状の位置検出信号Hu,Hv及びHwを出力する。
【0061】
コントローラCNTは、回転電機を電動機として運転する際に、上記位置検出信号から、回転電機の回転子を所定の方向(エンジンを始動させる方向またはエンジンをアシストする方向)に回転させるために励磁する必要がある相(励磁相)を決定して、決定した励磁相の電機子コイルに駆動電流を流すべく、ドライブ回路からインバータINVの所定のスイッチ素子(オン状態にするスイッチ素子)に駆動信号を与える。
【0062】
アクセルセンサ66はアクセル操作部材(アクセルグリップやアクセルペダル)に入力軸が連結されたポテンショメータからなっていて、アクセル操作部材のポジションに比例した電気信号を発生する。コントローラCNTは、回転電機を電動機として運転する際に、該電動機の電機子電流の平均値をアクセル操作部材のポジションに見合った大きさとするように、インバータINVのブリッジの上辺または下辺を構成するスイッチ素子を所定のデューティ比でオンオフ制御して、バッテリBからインバータINVを通して回転電機14の電機子コイルLuないしLwに供給する駆動電流をPWM制御する。
【0063】
コントローラCNTはまた、車両に搭載されたバッテリBの両端の電圧を目標値に保つようにインバータINVを制御する電圧調整手段を備えている。この電圧調整手段は、バッテリBの電圧を検出して、その検出電圧が目標値より低く、かつ回転速度が無負荷回転速度以下のときにチョッパ制御またはドライブ制御を行ってバッテリの充電を行い、検出電圧が目標値より低く、回転速度が無負荷回転速度以上のときには、ドライブ制御を行ってバッテリの充電を行うか、または整流モード(インバータのすべてのスイッチ素子をオフ状態にするモード)でバッテリの充電を行う。
【0064】
上記電圧調整手段はまた、検出電圧が目標値より高く、かつ回転速度が無負荷回転速度以下であるときには、インバータのすべてのスイッチ素子をオフ状態にし、検出電圧が目標値よりも高く、かつ回転速度が無負荷回転速度を超えているときには、ドライブ制御または短絡制御を行って、バッテリの両端の電圧を目標値に保つように制御する。
【0065】
上記ドライブ制御は、磁石界磁回転形の回転電機において、電機子コイルの誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧をバッテリからインバータを通して電機子コイルに印加するように、インバータを構成する各スイッチ素子の駆動期間(スイッチ素子をオン状態にする期間)と非駆動期間(スイッチ素子をオフ状態にする期間)とを定めて、定められた駆動期間の間各スイッチ素子をオン状態にするための駆動信号を各スイッチ素子に与えるスイッチ制御装置を設けて、出力(回転電機の出力電圧または出力電流)対回転速度特性を所望の特性とするべく、電機子コイルの誘起電圧に対する交流制御電圧の位相を変化させる制御である。
【0066】
磁石界磁回転形の回転電機においては、バッテリからインバータを通して電機子コイルに印加する交流制御電圧の位相を変化させることにより、電機子コイルに作用する磁界を制御することができるため、該回転電機が発電機として運転される際の出力対回転速度特性や入力トルク対回転速度特性などを適宜に変化させることができる。
【0067】
一般に、電機子コイルの現在の誘起電圧の位相に対して進角した位相角を有する交流制御電圧をバッテリからインバータを通して電機子コイルに印加することにより発電出力を低下させてバッテリの充電電流を小さくすることができ、電機子コイルの現在の誘起電圧の位相に対して遅角した位相角を有する交流制御電圧をバッテリからインバータを通して電機子コイルに印加することにより発電出力を増加させて、バッテリの充電電流を増加させることができる。
【0068】
従って、上記のドライブ制御を行うと、回転速度が回転電機の無負荷回転速度以下のときであっても、電機子コイルの現在の誘起電圧の位相に対する制御電圧の位相角を遅れ側に変化させることにより、電機子コイルからバッテリに充電電流を供給することができ、回転速度が無負荷回転速度を超えていて、バッテリの電圧が目標値を超えているときには、電機子コイルの現在の誘起電圧の位相に対する制御電圧の位相角を進み側に変化させることにより、バッテリの充電電流を抑制してバッテリの過充電を防ぐことができる。
【0069】
なお上記のドライブ制御は、特開平11−46456号に示されているように既に公知である。
【0070】
また上記チョッパ制御は、インバータのブリッジの下辺を構成するすべてのスイッチ素子Qx,Qy及びQzを同時にオンオフさせることにより、電機子コイルを流れる電流を断続させて、電機子コイルの誘起電圧を昇圧する制御である。回転速度が無負荷回転速度以下の状態でバッテリの両端の電圧が低く、その充電を必要としているときに、上記のようなチョッパ制御を行うと、回転速度が無負荷回転速度以下の状態でもバッテリを充電することができる。
【0071】
なお回転電機のチョッパ制御は、例えば特開昭59−35538号に示されているように既に公知である。
【0072】
また上記短絡制御は、エンジン11の回転速度が回転電機14の無負荷回転速度を超えている状態で、バッテリBの両端の電圧が目標値を超えたときに、インバータのブリッジの下辺を構成するスイッチ素子Qx,Qy及びQzを同時にオン状態にしてこれらのスイッチ素子といずれかの帰還用ダイオードとを通して回転電機14の端子間を短絡し、バッテリBの両端の電圧が目標値以下になったときにスイッチ素子Qx,Qy及びQzをオフ状態にして回転電機の端子間の短絡を解除するように、バッテリの両端の電圧に応じてインバータのブリッジの下辺のスイッチ素子Qx,Qy及びQzのオンオフを制御するものである。
【0073】
このような制御を行うことにより、回転速度が無負荷回転速度を超えている状態でバッテリに過大な電圧が印加されたり、過大な充電電流が流れたりするのを防いで、バッテリの両端の電圧を目標値に保つことができる。
【0074】
なおこのようにインバータを構成するスイッチ素子を制御して発電機からインバータ内の整流回路を通してバッテリに印加される電圧を調整する方法は既に公知である。
【0075】
コントローラCNTは、エンジンの点火時期を制御したり、エンジンの燃料を供給するインジェクタからの燃料噴射量を制御したりする手段等、エンジンを動作させるために必要な各種の制御手段を更に備えているが、これらの手段は従来のものと同様であるので、その説明は省略する。
【0076】
図1に示したハイブリッド車において、コントローラCNTは、エンジン11の始動時に、図示しないキースイッチなどにより始動指令が与えられたときに第1のクラッチ機構C1をオン状態にし、第2のクラッチ機構C2をオフ状態にする。動力伝達装置が図3または図4に示すように構成されている場合には、電磁コイル50を励磁することにより、第1のクラッチ機構及び第2のクラッチ機構をそれぞれオン状態及びオフ状態にする。この状態で、回転電機14をスタータモータとして運転するようにインバータINVを制御し、エンジンの始動を行なわせる。
【0077】
コントローラCNTは、モータとして運転されている回転電機14の回転速度が始動完了速度に達したときに、第1のクラッチ機構C1をオフ状態にするとともに、第2のクラッチ機構C2をオン状態にする。動力伝達装置が図3または図4に示すように構成されている場合には、電磁コイル50を消勢することにより、第1のクラッチ機構及び第2のクラッチ機構をそれぞれオフ状態及びオン状態にする。この状態では、回転電機14側の回転軸17がエンジン側の回転軸16に1:1の減速比で双方向に結合されるため、回転電機14側の回転軸17の回転速度はエンジン側回転軸16のの回転速度と同じになる。
【0078】
この状態で回転電機14を電動機として運転すると、回転電機のトルクが回転軸17−太陽歯車20−遊星歯車24−キャリア22−回転軸16の経路でエンジン11のクランク軸に伝達され、エンジンが回転電機によりアシストされる。この状態では、車両の駆動輪12がエンジン11と回転電機14との双方により駆動される。
【0079】
このように、回転電機14をエンジンアシスト用の電動機として運転する際には、回転電機の出力トルクを増大させるように、回転電機の励磁相の切替位相を、位置検出器の出力Hu,Hv及びHwの出力により決まる理論的な切替位相よりも進ませる進み角制御を行わせるのが好ましい。
【0080】
上記のように、回転電機14側の回転軸17とエンジン側の回転軸16とを減速比1対1で結合している状態で、バッテリBの充電が必要なとき(バッテリの両端の電圧が目標値以下のとき)には、エンジン11の出力トルクを回転電機14に伝達して、回転電機14を駆動することにより、回転電機14を発電機として運転する。
【0081】
このように、回転電機14が発電機として運転されるようになると、回転電機14の電機子コイルLu〜LwからインバータINV内の帰還用ダイオードDu,Dv,Dw,Dx,Dy及びDzと、スイッチ素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy及びQzにより構成された回路を通してバッテリBに充電電流が流れ、該バッテリが充電される。このようにバッテリBを充電している状態で、バッテリBの充電が完了してその両端の電圧が目標値を超えると、コントローラCNTがインバータINVのブリッジの下辺のスイッチ素子Qx〜Qzを同時にオン状態にして回転電機の出力を短絡する短絡制御を行うか、または前記ドライブ制御を行い、これによりバッテリBの充電を停止させるかまたは抑制して、バッテリBの過充電を防止する。
【0082】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、太陽歯車が回転電機側の回転軸とともに回転し、遊星歯車を保持したキャリアがエンジン側の回転軸とともに回転するように設けられた遊星歯車機構と、回転電機の回転を遊星歯車機構により減速してエンジン側の回転軸に伝達する状態と太陽歯車及びキャリアを一体に回転させる状態とを切り換える減速比切換機構とを設けたので、エンジンの始動時には、回転電機の回転を遊星歯車機構により減速してエンジンに伝達することができ、エンジンが始動した後は、回転電機側の回転軸とエンジン側の回転軸との間を1対1の減速比で結合して、回転電機とエンジンとの間で双方向に動力の伝達を行なわせることができる。
【0083】
このように、本発明に係わる動力伝達装置を用いれば、エンジンの始動時に回転電機の回転を減速してエンジンに伝達することができるため、回転電機を小形に構成してもエンジンの始動を支障なく行なわせることができる。
【0084】
また本発明によれば、エンジンが始動した後は、回転電機側の回転軸とエンジン側の回転軸との間を1対1の減速比で双方向に結合することができるため、回転電機を電動機として運転することによりエンジンをアシストしたり、回転電機を発電機として動作させて、該回転電機の出力でバッテリを充電したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わるハイブリッド車の構成例を模式的に示した構成図である。
【図2】 図1に示した車両において、回転電機の動作状態と、動力伝達装置のクラッチ機構の状態との関係を示した図表である。
【図3】 図1に示した車両で用いる動力伝達装置の具体的な構成例を示した断面図である。
【図4】 図1に示した車両で用いる動力伝達装置の他の具体的構成例を示した断面図である。
【図5】 図1に示したハイブリッド車両において用いる回転電機の具体例と、該回転電機を制御する電気回路の一例とを示した回路図である。
【図6】 エンジンを始動する際及びエンジンをアシストする際に回転電機に要求されるトルク対回転速度特性を示したグラフである。
【図7】 回転電機を発電機と始動用電動機として兼用するようにした車両の構成を模式的に示した構成図である。
【符号の説明】
11:エンジン、14:回転電機、15:動力伝達装置、16:エンジン側回転軸、17:回転電機側回転軸、20:太陽歯車、21:内接歯車、22:キャリア、23:遊星歯車軸、24:遊星歯車、25:遊星歯車機構、C1:第1のクラッチ機構、C2:第2のクラッチ機構、31:機構ケース、50:電磁コイル、43:可動部材、45:バネ、51:第1のクラッチ構成用可動側歯部、52:第1のクラッチ構成用固定側歯部、53,55:第2のクラッチ構成用歯部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention includes an engine for driving a vehicle, and a rotating electrical machine that is also used as an electric motor and a generator.hybridInstalled between the car engine and the rotating electrical machinehybridThe present invention relates to a vehicle power transmission device.
[0002]
[Prior art]
  In a hybrid vehicle using an engine (internal combustion engine) and an electric motor as drive sources, the required operating characteristics are different between the starting electric motor used for starting the engine and the engine assisting electric motor.
[0003]
  When starting the engine with the starting motor, it is necessary to generate a large torque in order to crank the engine, but it is sufficient that the engine can be started, so the rotational speed of the motor needs to be so high. The no-load rotational speed may be lower than the engine idling speed.
[0004]
  On the other hand, when assisting the engine with the electric motor after starting the engine (helping to drive the load by the engine), the no-load rotation speed of the electric motor is set sufficiently higher than the idling speed of the engine so that the electric motor is driven at the idling speed. It is necessary to be able to drive at a higher speed.
[0005]
  In general, the no-load rotational speed of the electric motor at the time of engine assist is often set to a speed near the rotational speed at which the engine output reaches its peak.
[0006]
  FIG. 6 shows the torque vs. rotational speed characteristics required of the electric motor when starting the engine and assisting the engine. A curve a in FIG. 6 indicates the characteristics required when starting the engine. The curve b shows the characteristics required when assisting the engine.
[0007]
  If the crankshaft of an engine and the rotating shaft of one motor are connected at a reduction ratio of 1: 1, and the motor tries to both start and assist the engine, the motor It is necessary to have a characteristic as shown by a curve c in FIG. 6 that satisfies both the required characteristic and the characteristic required at the time of assist.
[0008]
  When operating as a motor, the rotating electrical machine having the characteristics as shown by the curve c in FIG. 6 is operated as a generator, and the battery is charged by the output of the rotating electrical machine. There is a possibility that the charging current flowing through the battery becomes excessive, and it is not easy to adjust the output voltage to prevent the battery from being overcharged.
[0009]
  If the rotating electrical machine is of the magnet field rotating type with a magnet rotor, the voltage can be adjusted by short-circuiting the output of the rotating electrical machine when the power generation output becomes excessive. In this case, since a large short-circuit current flows in the armature winding of the rotating electrical machine, heat generation from the winding increases, which is not preferable. In addition, the rotating electric machine having the characteristics shown by the curve c in FIG. 6 is inevitably large and heavy, and the cost is inevitable.
[0010]
  In order to solve the above problem, when starting the engine, the rotation of the rotating electrical machine is reduced by a large reduction ratio and transmitted to the crankshaft of the engine, and when assisting the engine, the rotation of the rotating electrical machine is reduced. It is conceivable to configure a power transmission device provided between the rotating electrical machine and the engine so as to decelerate at a reduction ratio and transmit it to the crankshaft of the engine.
[0011]
  As a prior art related to a power transmission device provided between a rotating electrical machine for a vehicle and an engine, for example, as shown in Patent Document 1, there is one using a planetary gear mechanism.
[0012]
  FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the power transmission device disclosed in Patent Document 1, in which 1 is an engine and 2 is connected to a crankshaft 1 a of the engine 1 via a transmission 3. 4 is a rotating electric machine (M / G) that is used as both an electric motor and a generator, and 5 is a rotating shaft on the engine 1 side (the crankshaft 1a or the crankshaft via an appropriate transmission mechanism or joint). Power transmission provided between a rotating shaft 6 connected to each other and a rotating shaft on the rotating electrical machine 4 side (a rotating shaft of the rotating electrical machine or a rotating shaft connected to the rotating shaft of the rotating electrical machine via a joint) 7. Device.
[0013]
  The power transmission device 5 includes a sun gear 501 attached to the rotating shaft 7 on the rotating electrical machine 4 side, an internal gear 502 provided so as to surround the sun gear 501 coaxially, and the rotating shaft 6 on the engine 1 side. The mounted carrier 503, the planetary gear 505 rotatably supported by the carrier 503 via the planetary gear shaft 504 and meshed with the sun gear 501 and the internal gear 502, and the internal gear 502 are fixed, The electromagnetic clutch 506 for releasing the fixing of the internal gear, the rotating shaft 7 on the rotating electric machine side, and the planetary gear shaft 504 are coupled to the rotating shaft 6 on the engine side through the carrier 503 and the planetary gear shaft 504. It consists of a one-way clutch 507 that transmits the transmitted power to the rotating shaft 7 on the rotating electrical machine 4 side.
[0014]
  When the engine is started, the power transmission device 5 shown in FIG. 7 turns on the electromagnetic clutch 506 and fixes the internal gear 502 to fix the rotation of the rotating electrical machine 4 that is driven as the starter motor. The speed is reduced by a planetary gear mechanism including a gear 501, a planetary gear 505, and an internal gear 502, and is transmitted to the crankshaft of the engine 1.
[0015]
  Further, after starting the engine, the electromagnetic clutch 506 is turned off to release the fixing of the internal gear, thereby rotating the engine 1 through the rotary shaft 6, the planetary gear shaft 504, and the one-way clutch 507. Is transmitted to the rotary shaft 7 at a reduction ratio of 1: 1, thereby driving the rotary electric machine 4 and operating the rotary electric machine as a generator.
[0016]
[Patent Document 1]
        JP 2001-298900 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
  According to the conventional power transmission device shown in FIG. 7, since the rotation of the rotating electrical machine can be decelerated and transmitted to the engine when the engine is started, a large torque is transmitted to the engine using a small rotating electrical machine. Can do. In addition, after the engine is started, the rotation of the rotating electrical machine is transmitted to the rotating electrical machine at a 1: 1 reduction ratio without being accelerated by the planetary gear mechanism, so that the rotational speed of the rotating electrical machine is prevented from becoming too high. Can do.
[0018]
  However, since the one-way clutch 507 is provided between the rotating shaft 4a of the rotating electrical machine and the planetary gear shaft 504, the power transmission device shown in FIG. Therefore, there is a problem that the engine cannot be assisted by operating the rotating electrical machine 4 as an electric motor during traveling of the vehicle. Therefore, this power transmission device cannot be applied to a hybrid vehicle that operates a rotating electric machine as an electric motor during driving of the vehicle and assists the engine by the electric motor.
[0019]
  The object of the present invention is to transmit the rotation of the rotating electrical machine to the crankshaft of the engine with a large reduction ratio when starting the engine, and to start the engine with a small rotating electrical machine. Hybrid that enables the rotating electrical machine to operate as an engine assisting motor or as a battery charging generator by connecting the engine and the engine crankshaft with a smaller reduction ratio than at the start. It is in providing the power transmission device for vehicles.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention includes an engine for driving a vehicle, and a rotating electrical machine that is also used as an electric motor and a generator.hybridProvided between the rotating shaft on the car engine side and the rotating shaft on the rotating electrical machine sidehybridThe present invention relates to a vehicle power transmission device.
[0021]
  The “engine-side rotating shaft” may be the engine crankshaft itself, a rotating shaft connected to the crankshaft via an appropriate transmission mechanism such as a belt transmission mechanism, or a coupling (joint) to the crankshaft. The rotating shafts connected together may be used.
[0022]
  The above-mentioned “rotating electric machine side rotating shaft” may be the rotating electric machine rotating shaft itself, and is coupled to the rotating electric machine rotating shaft via a coupling or the like.A rotating shaft may be used.
[0023]
  In the present invention,The power transmission device is made of a ferromagnetic material and a sun gear attached to the rotating shaft on the rotating electrical machine side, and is positioned between the sun gear and the rotating electrical machine with respect to the rotating shaft on the rotating electrical machine side. And a movable member supported so as to be rotatable in the axial direction of the rotating shaft on the rotating electrical machine side, a spring for urging the movable member toward the sun gear, and provided so as to surround the movable member. An electromagnetic coil that drives the movable member toward the rotating electrical machine against the biasing force of the spring, an internal gear that is provided so as to surround the sun gear coaxially and is supported by the movable member, A mechanism that includes a carrier attached to the rotating shaft, a planetary gear that is rotatably supported by the carrier and meshed with the internal gear and the sun gear, and is configured to accommodate the mechanism. Rotating electric housing And a mechanism case fixed to the case of the engine, a first clutch-forming movable side tooth portion provided on the inscribed gear side, and a direction in which the movable member is separated from the sun gear when the electromagnetic coil is excited. When the internal gear is driven and displaced together with the movable member, it engages with the movable first tooth portion for constituting the clutch, the electromagnetic coil is deenergized, and the movable member is displaced toward the sun gear by the biasing force of the spring. The first clutch-constituting fixed-side tooth portion fixed to the mechanism case and positioned so as to be disengaged from the first clutch-constituting movable-side tooth portion, and the electromagnetic coil deenergized. When the movable member is driven to the sun gear side by the biasing force of the spring, it engages with the teeth of the sun gear and mechanically integrates the internal gear and the sun gear, and the electromagnetic coil is excited. The movable member The second position is fixed to the movable member with the arrangement position determined so as to be disengaged from the tooth portion of the sun gear and release the coupling between the internal gear and the sun gear when driven to the side away from the positive gear. The clutch constituting tooth portion.
[0024]
  In the above configuration, the second clutch constituting tooth portion is provided on the movable member side so that the second clutch constituting tooth portion meshes with the sun gear. A portion may be provided on the carrier side so that the second clutch constituting tooth portion meshes with the internal gear.
[0025]
  That is, when the electromagnetic coil is de-energized and the movable member is driven to the sun gear side by the biasing force of the spring, it is engaged with the teeth of the internal gear and mechanically unites the internal gear and the carrier. When the electromagnetic coil is excited and the movable member is driven to the side away from the sun gear, the disposition position is determined so as to release from the tooth portion of the internal gear and release the coupling between the internal gear and the carrier. The second clutch constituting tooth portion may be provided in a fixed state with respect to the carrier.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0027]
  FIG. 1 schematically shows the configuration of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is an engine, 12 is a vehicle connected to a crankshaft 11a of the engine 11 via a transmission 13, and FIG. A drive wheel, 14 is a rotating electrical machine (M / G) used both as an electric motor and a generator, and 15 is a power transmission device provided between a rotating shaft 16 on the engine 11 side and a rotating shaft 17 on the rotating electrical machine 14 side. It is.
[0028]
  The power transmission device 15 includes a sun gear 20 provided to rotate together with the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine side, an internal gear 21 provided so as to surround the sun gear 20 and rotatably supported, and an engine side. A planetary gear having a carrier 22 attached to the rotary shaft 16 and a planetary gear 24 rotatably supported by the carrier 22 via a planetary gear shaft 23 and meshed with the internal gear 21 and the sun gear 20. A first clutch mechanism C1 that can be switched between an on state in which the mechanism 25 and the internal gear 21 are fixed and the rotation of the internal gear 21 is blocked, and an off state in which the internal gear 21 is released from being fixed. An ON state in which the carrier 22 and the sun gear 20 are mechanically coupled so as to rotate the carrier 22 and the sun gear 20 at the same speed, and the carrier 22 and the sun. A second clutch mechanism C2 that can be switched to an off state in which the coupling between the carrier 22 and the sun gear 20 is released so as to allow relative rotation between the vehicle 20 and the vehicle 20; The clutch operating mechanism that operates the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 so that when one of the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 is turned on, the other is turned off. (Not shown in FIG. 1).
[0029]
  The first clutch mechanism C1 is engaged with the internal gear 21 or a member mechanically coupled to the internal gear 21 to fix the internal gear 21 (on state), and the internal gear 21 In this example, an annular member fixed to the outer periphery of the internal gear 21 can be used. However, in the example shown in FIG. The first clutch mechanism C <b> 1 is configured by 26, and a locking tool 27 that is driven by an electromagnet to lock and release the annular member 26.
[0030]
  The second clutch mechanism C2 may be any mechanism that can take a state in which the carrier 22 and the sun gear 20 are mechanically coupled and a state in which the coupling between the carrier 22 and the sun gear 20 is released. In the example shown in FIG. 1, the rotating electrical machine side clutch plate 28 attached to the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine side, and the engine side clutch plate 29 mechanically coupled to the carrier 22 are used. And a clutch member 30 that can be switched between a state in which the clutch plates 28 and 29 are mechanically coupled to each other using an electromagnet as a drive source and a state in which the coupling is released constitutes a second clutch mechanism C2. .
[0031]
  In the power transmission device shown in FIG. 1, the on / off states of the clutch mechanisms C1 and C2 are determined as shown in FIG. 2 according to the operating state of the rotating electrical machine. That is, when the rotary electric machine 14 is operated as a starter motor and the engine is started, the first clutch mechanism C1 is turned on, the second clutch mechanism C2 is turned off, and the rotary electric machine 14 is rotated. The sun gear 20, the planetary gear 24, and the carrier 22 are transmitted to the engine crankshaft. When the number of teeth of the sun gear is Z1 and the number of teeth of the internal gear is Z3, when the engine is started, the rotation of the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine side is decelerated at a reduction ratio of Z1 / (Z1 + Z3) and the engine side rotates. The torque is transmitted to the shaft 16, and the output torque of the rotating electrical machine is multiplied by (Z1 + Z3) / Z1 and transmitted to the engine side. Therefore, the engine can be started by cranking the engine using a small rotating electric machine.
[0032]
  Further, after the engine is started, the first clutch mechanism C1 is turned off and the second clutch mechanism C2 is turned on. In this state, the sun gear 20, the planetary gear 24, and the carrier 22 are fixed so as not to rotate relatively, and the sun gear 20 and the carrier 22 are mechanically coupled to each other so as to rotate integrally. Since the internal gear 21 is in a rotatable state, the engine-side rotating shaft 16 and the rotating electrical machine-side rotating shaft 17 are coupled in a one-to-one reduction ratio in both directions.
[0033]
  Therefore, in this state, it is determined whether the rotating electrical machine 14 is in a state of operating as a generator or whether the rotating electrical machine 14 is operated as an electric motor to assist the engine in order to accelerate the vehicle. By controlling the rotating electric machine, the rotating electric machine can be operated as a generator to charge the battery, or the rotating electric machine can be operated as an electric motor to assist the engine.
[0034]
  In the example shown in FIG. 1, the first clutch mechanism C1, the second clutch mechanism C2, and both clutch mechanisms so that when one of these clutch mechanisms is turned on, the other is turned off. A reduction ratio switching mechanism for changing the reduction ratio of the planetary gear is configured by the clutch operation mechanism for operating the.
[0035]
  In this reduction ratio switching mechanism, the state in which the internal gear 21 is fixed and the planetary gear 24 is allowed to undergo planetary motion to decelerate and transmit the rotation of the rotating electrical machine 14 to the engine 11 side is set as the first state. A state in which the fixing of the internal gear is released so that power is transmitted between the engine 14 and the engine 11 at a reduction ratio of 1: 1, and the carrier 22 and the sun gear 20 are mechanically coupled to each other in the second state. In this state, the planetary gear mechanism 25 is switched between the first state and the second state to switch the reduction ratio of the planetary gear mechanism.
[0036]
  A more specific configuration example of the power transmission device 15 is shown in FIG. The upper half of FIG. 3 shows a state in which the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 are turned on and off, respectively, and the lower half of FIG. 3 shows the first clutch mechanism. The state where C1 and the second clutch mechanism C2 are in the off state and the on state, respectively, is shown.
[0037]
  In FIG. 3, 31 is a mechanism case fixed to the housing of the rotating electrical machine 14 and the case of the engine 11 (not shown). The mechanism case 31 shown in the figure includes a case main body 32 formed in a cup shape, and the case main body. It consists of a lid plate 33 that closes the opening. A cylindrical protrusion 34 protruding outward is formed at the end opposite to the opening of the case body 32, and the engine-side rotary shaft 16 is supported on the end wall of the protrusion 34 via a bearing 35. Has been. The rotating shaft 17 on the rotating electrical machine side is arranged in a state of sharing the central axis with the rotating shaft 16 on the engine side, and the rotating shaft 17 is rotatably supported on the cover plate 33 via a bearing 36.
[0038]
  A cylindrical boss portion 37 is integrally formed at an end portion of the engine-side rotating shaft 16 disposed in the mechanism case 31, and a disc-shaped carrier 22 is integrally formed at the tip of the boss portion 37. Yes. The tip end of the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine side is inserted into the boss portion 37, and the tip end portion of the rotating shaft 17 and the boss portion 37 are coupled via a bearing 39.
[0039]
  A sun gear 20 is fixed to a portion of the rotating shaft 17 near the carrier 22 on the rotating electric machine side. Further, a rolling bearing 41 is attached to the rotating shaft 17 in a state of being positioned on the rotating electrical machine side with respect to the sun gear 20, and a cylindrical movable member 43 made of a ferromagnetic material is slidable on an outer ring of the rolling bearing 41. It is mated. Therefore, the movable member 43 is supported via the bearing 41 so as to be rotatable with respect to the rotary shaft 17 and capable of being thrust in the axial direction. A spring receiving plate 44 is also fixed to the rotating shaft 17, and a spring 45 that biases the movable member 43 toward the sun gear 20 is disposed between the spring receiving plate 44 and the movable member 43. An inscribed gear support portion 46 is provided in a state of projecting radially outward from the outer periphery of the end portion of the movable member 43 on the sun gear side, and the sun gear 20 is coaxially surrounded on the outer periphery of the support portion 46. An internal gear 21 is supported.
[0040]
  A plurality of planetary gears 24 are rotatably supported on the carrier 22 via planetary gear shafts 23, and these planetary gears 24 are meshed with the sun gear 20 and the internal gear 21. An electromagnetic coil 50 is provided so as to surround the movable member 43 concentrically, and the movable member 43 resists the biasing force of the spring 45 by the magnetic attractive force generated when the electromagnetic coil 50 is excited. When the electromagnetic coil 50 is deenergized, the movable member 43 is driven to the sun gear 20 side by the urging force of the spring 45.
[0041]
  The internal gear 21 is formed by engraving teeth 21b on the inner circumference of a base body 21a formed in an annular shape, and the first clutch-constituting movable side teeth are formed on the outer periphery of the end of the base body 21a on the rotating electric machine side. A portion 51 is formed, and a first clutch constituting fixed side tooth portion 52 is formed on the inner surface of the peripheral wall portion of the case body 32 of the mechanism case 31. The second clutch-constituting tooth portion 52 is the first clutch when the electromagnetic coil 50 is excited and the movable member 43 is driven away from the sun gear 20 and the internal gear 21 is displaced together with the movable member. When the electromagnetic coil 50 is de-energized and the movable member 43 is displaced to the sun gear side by the biasing force of the spring 45, the first clutch constituent movable side tooth 51 is engaged. The arrangement position is determined so as to be detached.
[0042]
  A second clutch constituting tooth portion 53 is formed on the inner periphery of the end portion of the movable member 43 on the sun gear side. When the electromagnetic coil 50 is de-energized and the movable member 43 is driven to the sun gear 20 side by the biasing force of the spring 45, the second clutch constituting tooth portion 53 meshes with the teeth of the sun gear 20 and is connected to the internal gear. 21 and the sun gear 20 are mechanically integrated, and when the electromagnetic coil 50 is excited and the movable member 43 is driven to the side away from the sun gear 20, it is disengaged from the teeth of the sun gear 20. The arrangement position is determined so as to release the coupling between the internal gear 21 and the sun gear 20.
[0043]
  In this example, a planetary gear mechanism 25 is configured by the carrier 22, the sun gear 20, the internal gear 21, and the planetary gear 24, and the planetary gear mechanism 25, the spring 45, and the electromagnetic coil 50 are configured. The mechanism portion of the power transmission device 15 is accommodated in the mechanism case 31.
[0044]
  In addition, the first clutch constituting movable side tooth portion 51 and the first clutch constituting fixed tooth portion 52 fix the internal gear 21, and prevent its rotation, A first clutch mechanism C1 that can be switched to an off state, which is a state where the fixing of the gear 21 is released, is configured, and the carrier 22 and the sun gear 20 are constituted by the second clutch constituting tooth portion 53 and the sun gear 20. And allowing the relative rotation to occur between the carrier 22 and the sun gear 20 and the on state, which is a state where the carrier 22 and the sun gear 20 are mechanically coupled to each other so as to rotate at the same speed. Thus, the second clutch mechanism C <b> 2 that can be switched to an OFF state, which is a state in which the coupling between the carrier 22 and the sun gear 20 is released, is configured.
[0045]
  Further, the electromagnetic coil 50 and the movable member 43 allow the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 to be turned off when one of the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 is turned on. A clutch operating mechanism for operating the second clutch mechanism C2 is configured.
[0046]
  Further, the internal gear 21 is fixed by the first and second clutch mechanisms and the clutch operation mechanism so that the rotation of the rotating electrical machine 14 is decelerated and transmitted to the engine 11 side, and the planetary gear 24 is allowed to perform planetary motion. The state is set to the first state, the internal gear 21 is unlocked and the carrier 22 and the sun gear 20 are fixed to transmit power between the rotating electrical machine 14 and the engine 11 at a reduction ratio of 1: 1. A reduction ratio switching mechanism that switches the reduction ratio of the planetary gear mechanism 25 by switching the state of the planetary gear mechanism 25 between the first state and the second state by setting the state in which the two are mechanically coupled to each other as a second state. Has been.
[0047]
  In the power transmission device shown in FIG. 3, when the electromagnetic coil 50 is excited, as shown in the upper half of FIG. 3, the first clutch configuration formed on the outer periphery of the internal gear 21. Since the movable side tooth portion 51 meshes with the first clutch constituting fixed side tooth portion 52 formed on the inner periphery of the mechanism case 32 and the first clutch mechanism C1 is in the ON state, the internal gear 21 The rotation is blocked. At this time, the second clutch constituting tooth portion 53 formed on the inner periphery of the movable member 43 is detached from the sun gear 20, and the second clutch mechanism C2 is in an off state. Since the relative rotational movement between the planetary gear 24 and between the planetary gear 24 and the internal gear 21 is allowed, the rotating electric machine is operated as an electric motor and the rotating shaft 17 is moved. When driven to rotate, the rotation is transmitted to the rotating shaft 16 on the engine side via the sun gear 20, the planetary gear 24 and the carrier 22. At this time, the rotation of the rotating electrical machine is transmitted to the engine in a state of being decelerated by the planetary gear mechanism 25. Therefore, even if a small rotating electrical machine is used, a large torque is transmitted to the engine to hinder engine cranking. Can be done without.
[0048]
  When the electromagnetic coil 50 is de-energized after the engine is started, the movable member 43 is driven by the spring 45 and moved to the sun gear 20 side as shown in the lower half of FIG. The clutch-constituting movable side tooth portion 51 is disengaged from the first clutch-constituting fixed side tooth portion 52, and the second clutch-constituting tooth portion 53 is engaged with the sun gear 20. As a result, the first clutch mechanism C1 is turned off so that the internal gear 21 can freely rotate together with the movable member 43, and the second clutch mechanism C2 is turned on so that the internal The gear 21 and the sun gear 20 are coupled to each other to prevent relative rotational movement between the planetary gear 24 and the sun gear 20 and between the planetary gear 24 and the internal gear 21. Therefore, the sun gear 20 and the carrier 22 are mechanically coupled to each other so as to rotate integrally, and a pair of the rotating electrical machine side rotating shaft 17 and the engine side rotating shaft 16 is bidirectionally paired. Combined at a reduction ratio of 1. In this state, the rotating electrical machine can be operated as a generator to charge the battery by setting the rotating electrical machine to be driven by the engine, and the rotating electrical machine can be operated as an electric motor to generate torque from the rotating electrical machine to the engine. By transmitting, the engine can be assisted.
[0049]
  In the example shown in FIG. 3, the second clutch mechanism C <b> 2 is constituted by the second clutch constituting tooth portion 53 provided on the inner peripheral side of the movable member 43 and the sun gear 20, and the second clutch constitution is obtained. By meshing the tooth portion 53 with the sun gear 20, the second clutch mechanism C2 is turned on and the sun gear 20 and the carrier 22 are mechanically coupled to rotate together. The second clutch mechanism C2 is not necessarily limited to such a configuration. For example, as shown in FIG. 4, a second clutch constituting fixed side tooth portion 55 is formed on the outer periphery of the carrier 22, and the second clutch constituting fixed side tooth portion 55 and the internal gear 21 Two clutch mechanisms C2 may be configured.
[0050]
  Also in FIG. 4, the upper half shows a state in which the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C2 are turned on and off, respectively, and the lower half shows the first clutch mechanism C1 and the second clutch mechanism C1. The second clutch mechanism C2 is shown in an off state and an on state, respectively.
[0051]
  In the example shown in FIG. 4, when the electromagnetic coil 50 is excited and the movable member 43 is moved to the rotating electrical machine side as shown in the upper half of the figure, the first clutch configuration movable Since the side tooth portion 51 meshes with the first clutch constituting fixed side tooth portion 52 on the inner periphery of the mechanism case 31, the first clutch mechanism C1 is turned on. At this time, the internal gear 21 is disengaged from the second clutch constituting fixed tooth portion 55 on the outer periphery of the carrier 22, so that the second clutch mechanism C2 is in an OFF state. In this state, the internal gear 21 is fixed, and relative rotational movement between the planetary gear 24 and the internal gear 21 and between the planetary gear 24 and the sun gear 20 is allowed. The rotation of the rotating electrical machine is decelerated by the planetary gear mechanism 25 and transmitted to the engine crankshaft.
[0052]
  When the electromagnetic coil 50 is de-energized, and the movable member 43 is urged by the spring 45 and moved to the sun gear 20 side, the internal gear 21 is provided on the outer periphery of the carrier 22 and the second clutch-constituting fixed side. The second clutch mechanism C2 is turned on by meshing with the tooth portion 55. In this state, relative rotational movement is prevented from being performed between the planetary gear 24 and the internal gear 21 and between the planetary gear 24 and the sun gear 20. 22 is mechanically coupled bidirectionally with a reduction ratio of 1: 1, and power is transmitted bidirectionally between the rotating electrical machine and the engine.
[0053]
  An example of the rotating electrical machine 14 used in the hybrid vehicle shown in FIG. 1 is shown in FIG. 5 together with an electric circuit for controlling the rotating electrical machine.
[0054]
  The rotating electrical machine 14 shown in FIG. 5 is a magnet rotor in which two permanent magnets 61 and 62 are attached to the inner periphery of a peripheral wall portion of a rotor yoke 60 formed in a cup shape to form a two-pole magnet field. 63 and a stator 65 formed by winding armature coils Lu to Lw around the tooth portions 64u to 64w of the armature core 64 having three tooth portions 64u to 64w provided at intervals of 120 °. Yes.
[0055]
  In the example shown in FIG. 5, the rotating electrical machine 14 is configured as an outer rotor type, but the rotating electrical machine 14 may be an inner rotor type.
[0056]
  In FIG. 5, B is a battery, and the output of the battery B is supplied to the armature coil of the rotating electrical machine 14 through the inverter INV. The illustrated inverter INV includes a switch circuit bridge circuit formed by connecting six switch elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, and Qz that can be turned on / off in a three-phase bridge, and switches that constitute the bridge circuit. A well-known bridge-type inverter having feedback diodes Du, Dv, Dw, Dx, Dy, and Dz connected in reverse parallel to elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, and Qz, respectively, and a direct current of the inverter INV A battery B is connected between the side terminals ta and tb. In the illustrated example, MOSFETs are used as the switch elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy and Qz constituting the inverter, and a parasitic diode formed between the drain and source of the FET constituting these switches is a feedback diode Du. , Dv, Dw, Dx, Dy and Dz.
[0057]
  Note that the switch element used in the inverter is not limited to the FET, and may be a bipolar transistor or IGBT.
[0058]
  The three-phase terminals tu, tv, and tw of the inverter INV are connected to the three-phase terminals drawn from the three-phase armature coils Lu, Lv, and Lw of the rotating electrical machine 2, respectively.
[0059]
  In FIG. 5, a CNT is a controller including a microprocessor and an inverter drive circuit. From the drive circuit of the controller CNT, control terminals of six switch elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy and Qz of the inverter INV ( In the illustrated example, drive signals (signals for turning on the switch elements) U, V, W, X, Y, and Z are given to the gate of the FET.
[0060]
  The controller CNT includes position sensors hu, hv, and hw outputs Hu, Hv, and Hw that detect the rotational angle position of the magnet field of the rotor of the rotating electrical machine 2, and an accelerator sensor 66 that detects the position of the accelerator operation member. Output is input. The position sensors hu to hw for detecting the rotational angle position of the magnet field of the rotor of the rotating electric machine are usually made of Hall ICs and are provided for each of the three-phase armature coils of the rotating electric machine. The position sensors hu to hw detect the polarity of the magnetic poles of the rotor (not shown) at the predetermined detection positions set for the three-phase armature coils Lu to Lw, respectively. In response, rectangular wave position detection signals Hu, Hv and Hw indicating a high level or a low level are output.
[0061]
  The controller CNT needs to be excited in order to rotate the rotor of the rotating electrical machine in a predetermined direction (direction for starting the engine or assisting the engine) from the position detection signal when the rotating electrical machine is operated as an electric motor. A certain phase (excitation phase) is determined, and a drive signal is given from the drive circuit to a predetermined switch element (switch element to be turned on) of the inverter INV so that a drive current flows through the armature coil of the determined excitation phase. .
[0062]
  The accelerator sensor 66 is composed of a potentiometer having an input shaft connected to an accelerator operation member (accelerator grip or accelerator pedal), and generates an electric signal proportional to the position of the accelerator operation member. The controller CNT is a switch that constitutes the upper side or the lower side of the bridge of the inverter INV so that the average value of the armature current of the electric motor is set to a magnitude corresponding to the position of the accelerator operating member when the electric rotating machine is operated as an electric motor. The element is turned on / off at a predetermined duty ratio, and the drive current supplied from the battery B to the armature coils Lu to Lw of the rotating electrical machine 14 through the inverter INV is PWM-controlled.
[0063]
  The controller CNT also includes voltage adjusting means for controlling the inverter INV so as to keep the voltage across the battery B mounted on the vehicle at a target value. This voltage adjusting means detects the voltage of the battery B, performs the chopper control or drive control when the detected voltage is lower than the target value and the rotation speed is equal to or less than the no-load rotation speed, and charges the battery. When the detection voltage is lower than the target value and the rotation speed is equal to or higher than the no-load rotation speed, the battery is charged by performing drive control, or the battery is switched in a rectification mode (a mode in which all switch elements of the inverter are turned off) Charge the battery.
[0064]
  The voltage adjusting means also turns off all the switching elements of the inverter when the detected voltage is higher than the target value and the rotational speed is equal to or less than the no-load rotational speed, the detected voltage is higher than the target value, and When the speed exceeds the no-load rotation speed, drive control or short-circuit control is performed to control the voltage across the battery at a target value.
[0065]
  In the above-mentioned drive control, in the rotating electric machine of the magnet field rotation type, the inverter is configured such that an AC control voltage having a predetermined phase angle with respect to the induced voltage of the armature coil is applied to the armature coil from the battery through the inverter. A drive period (a period during which the switch element is turned on) and a non-drive period (a period during which the switch element is turned off) are determined, and each switch element is turned on during the predetermined drive period. AC control for the induced voltage of the armature coil in order to provide a desired characteristic of output (output voltage or output current of the rotating electrical machine) versus rotational speed characteristics by providing a switch control device that provides a drive signal to each switch element This control is to change the phase of the voltage.
[0066]
  In a magnetic field rotation type rotating electric machine, the magnetic field acting on the armature coil can be controlled by changing the phase of the AC control voltage applied to the armature coil from the battery through the inverter. The output versus rotational speed characteristic, the input torque versus rotational speed characteristic, and the like when operating as a generator can be appropriately changed.
[0067]
  In general, by applying an AC control voltage having a phase angle advanced with respect to the phase of the current induced voltage of the armature coil from the battery to the armature coil through the inverter, the power generation output is lowered to reduce the charging current of the battery. The power generation output is increased by applying an AC control voltage having a phase angle retarded with respect to the phase of the current induced voltage of the armature coil from the battery through the inverter to the armature coil. The charging current can be increased.
[0068]
  Therefore, when the above drive control is performed, the phase angle of the control voltage with respect to the phase of the current induced voltage of the armature coil is changed to the delay side even when the rotation speed is equal to or less than the no-load rotation speed of the rotating electric machine. The charging current can be supplied from the armature coil to the battery, and when the rotation speed exceeds the no-load rotation speed and the battery voltage exceeds the target value, the current induced voltage of the armature coil By changing the phase angle of the control voltage with respect to the phase to the advance side, the battery charging current can be suppressed and overcharging of the battery can be prevented.
[0069]
  The above drive control is already known as disclosed in JP-A-11-46456.
[0070]
  In the chopper control, all the switching elements Qx, Qy, and Qz that form the lower side of the inverter bridge are simultaneously turned on and off to interrupt the current flowing through the armature coil and boost the induced voltage of the armature coil. Control. If the voltage at both ends of the battery is low when the rotation speed is less than the no-load rotation speed and the battery needs to be charged, performing the chopper control as described above will cause the battery even if the rotation speed is less than the no-load rotation speed. Can be charged.
[0071]
  The chopper control of the rotating electrical machine is already known as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-35538.
[0072]
  The short-circuit control constitutes the lower side of the inverter bridge when the voltage at both ends of the battery B exceeds the target value while the rotational speed of the engine 11 exceeds the no-load rotational speed of the rotating electrical machine 14. When the switch elements Qx, Qy, and Qz are simultaneously turned on and the terminals of the rotating electrical machine 14 are short-circuited through these switch elements and any of the feedback diodes, and the voltage across the battery B becomes equal to or lower than the target value. The switching elements Qx, Qy and Qz on the lower side of the inverter bridge are turned on / off according to the voltage across the battery so that the switching elements Qx, Qy and Qz are turned off and the short circuit between the terminals of the rotating electrical machine is released. It is something to control.
[0073]
  By performing such control, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied to the battery or an excessive charging current to flow while the rotational speed exceeds the no-load rotational speed. Can be maintained at the target value.
[0074]
  A method for adjusting the voltage applied to the battery from the generator through the rectifier circuit in the inverter by controlling the switching elements constituting the inverter is already known.
[0075]
  The controller CNT further includes various control means necessary for operating the engine, such as a means for controlling the ignition timing of the engine and a fuel injection amount from an injector for supplying engine fuel. However, since these means are the same as the conventional ones, the description thereof is omitted.
[0076]
  In the hybrid vehicle shown in FIG. 1, when the engine 11 is started, the controller CNT turns on the first clutch mechanism C1 when a start command is given by a key switch (not shown) or the like, and the second clutch mechanism C2 Is turned off. When the power transmission device is configured as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the first clutch mechanism and the second clutch mechanism are turned on and off, respectively, by exciting the electromagnetic coil 50. . In this state, the inverter INV is controlled so that the rotating electrical machine 14 is operated as a starter motor, and the engine is started.
[0077]
  The controller CNT turns off the first clutch mechanism C1 and turns on the second clutch mechanism C2 when the rotational speed of the rotating electrical machine 14 operated as a motor reaches the start completion speed. . When the power transmission device is configured as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the electromagnetic clutch 50 is de-energized so that the first clutch mechanism and the second clutch mechanism are turned off and on, respectively. To do. In this state, the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine 14 side is coupled bi-directionally to the rotating shaft 16 on the engine side with a reduction ratio of 1: 1, so the rotational speed of the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine 14 side is the engine-side rotation. The rotational speed of the shaft 16 is the same.
[0078]
  When the rotary electric machine 14 is operated as an electric motor in this state, the torque of the rotary electric machine is transmitted to the crankshaft of the engine 11 through the path of the rotary shaft 17 -the sun gear 20 -the planetary gear 24 -the carrier 22 -the rotary shaft 16 and the engine rotates. Assisted by an electric machine. In this state, the drive wheels 12 of the vehicle are driven by both the engine 11 and the rotating electrical machine 14.
[0079]
  Thus, when the rotating electrical machine 14 is operated as an engine assisting motor, the switching phase of the excitation phase of the rotating electrical machine is set to the output Hu, Hv and the position detector so as to increase the output torque of the rotating electrical machine. It is preferable to carry out the advance angle control to advance the theoretical switching phase determined by the output of Hw.
[0080]
  As described above, when the rotating shaft 17 on the rotating electrical machine 14 side and the rotating shaft 16 on the engine side are coupled at a reduction ratio of 1: 1, when the battery B needs to be charged (the voltage at both ends of the battery is When the value is equal to or less than the target value, the output torque of the engine 11 is transmitted to the rotating electrical machine 14 and the rotating electrical machine 14 is driven to operate the rotating electrical machine 14 as a generator.
[0081]
  Thus, when the rotating electrical machine 14 is operated as a generator, the feedback diodes Du, Dv, Dw, Dx, Dy, and Dz in the inverter INV from the armature coils Lu to Lw of the rotating electrical machine 14 and the switch A charging current flows to the battery B through a circuit constituted by the elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy and Qz, and the battery is charged. When the battery B is fully charged and the voltage at both ends thereof exceeds the target value while the battery B is charged in this way, the controller CNT simultaneously turns on the switch elements Qx to Qz on the lower side of the inverter INV bridge. In this state, short-circuit control for short-circuiting the output of the rotating electrical machine is performed, or the drive control is performed, thereby stopping or suppressing charging of the battery B to prevent overcharging of the battery B.
[0082]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the sun gear rotates with the rotating shaft on the rotating electrical machine side, and the planetary gear mechanism provided so that the carrier holding the planetary gear rotates with the rotating shaft on the engine side, A reduction ratio switching mechanism that switches between the state in which the rotation of the electric machine is decelerated by the planetary gear mechanism and transmitted to the rotation shaft on the engine side and the state in which the sun gear and the carrier are rotated together is provided. The rotation of the electric machine can be decelerated by the planetary gear mechanism and transmitted to the engine. After the engine is started, the rotating shaft on the rotating electric machine side and the rotating shaft on the engine side are coupled at a reduction ratio of 1: 1. Thus, power can be transmitted bidirectionally between the rotating electrical machine and the engine.
[0083]
  As described above, when the power transmission device according to the present invention is used, the rotation of the rotating electrical machine can be decelerated and transmitted to the engine when the engine is started. Can be done without.
[0084]
  In addition, according to the present invention, after the engine is started, the rotary shaft on the rotating electrical machine side and the rotary shaft on the engine side can be coupled bidirectionally with a 1: 1 reduction ratio. The engine can be assisted by operating as an electric motor, or the rotating electrical machine can be operated as a generator to charge the battery with the output of the rotating electrical machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration example of a hybrid vehicle according to the present invention.
2 is a chart showing a relationship between an operating state of a rotating electrical machine and a state of a clutch mechanism of a power transmission device in the vehicle shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of a power transmission device used in the vehicle shown in FIG.
4 is a cross-sectional view showing another specific configuration example of the power transmission device used in the vehicle shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific example of a rotating electrical machine used in the hybrid vehicle shown in FIG. 1 and an example of an electric circuit for controlling the rotating electrical machine.
FIG. 6 is a graph showing torque versus rotational speed characteristics required for a rotating electrical machine when starting an engine and assisting the engine.
FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a vehicle in which a rotating electrical machine is used as a generator and a starting motor.
[Explanation of symbols]
  11: Engine, 14: Rotating electric machine, 15: Power transmission device, 16: Engine side rotating shaft, 17: Rotating electric machine side rotating shaft, 20: Sun gear, 21: Internal gear, 22: Carrier, 23: Planetary gear shaft 24: planetary gear, 25: planetary gear mechanism, C1: first clutch mechanism, C2: second clutch mechanism, 31: mechanism case, 50: electromagnetic coil, 43: movable member, 45: spring, 51: first 1 clutch-constituting movable side tooth portion, 52: first clutch-constituting fixed tooth portion, 53, 55: second clutch-constituting tooth portion.

Claims (2)

車両駆動用のエンジンと、電動機及び発電機に兼用される回転電機とを備えたハイブリッド車の前記エンジン側の回転軸と前記回転電機側の回転軸との間に設けられるハイブリッド車用動力伝達装置において、A hybrid vehicle power transmission device provided between a rotating shaft on the engine side and a rotating shaft on the rotating electrical machine side of a hybrid vehicle including a vehicle driving engine and a rotating electrical machine that is also used as an electric motor and a generator. In
前記回転電機側の回転軸に取りつけられた太陽歯車と、強磁性材料からなっていて、前記太陽歯車と前記回転電機との間に位置させた状態で前記回転電機側の回転軸に対して回転自在に、かつ前記回転電機側の回転軸の軸線方向にスラスト可能に支持された可動部材と、前記可動部材を前記太陽歯車側に付勢するバネと、前記可動部材を取り囲むように設けられて励磁された際に前記バネの付勢力に抗して前記可動部材を前記回転電機側に駆動する電磁コイルと、前記太陽歯車を同軸的に囲むように設けられて前記可動部材に支持された内接歯車と、前記エンジン側の回転軸に取りつけられたキャリアと、前記キャリアに回転自在に支持されるとともに、前記内接歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車とを備えた機構部と、The sun gear mounted on the rotating shaft on the rotating electrical machine side, and made of a ferromagnetic material, and rotates with respect to the rotating shaft on the rotating electrical machine side in a state of being positioned between the sun gear and the rotating electrical machine. A movable member supported freely and thrustably in the axial direction of the rotating shaft on the rotating electrical machine side, a spring that biases the movable member toward the sun gear, and a movable member is provided so as to surround the movable member. An electromagnetic coil that drives the movable member toward the rotating electrical machine against the biasing force of the spring when excited, and an inner coil that is provided so as to surround the sun gear and is supported by the movable member. A mechanism unit including a contact gear, a carrier attached to the rotation shaft on the engine side, and a planetary gear that is rotatably supported by the carrier and meshed with the internal gear and the sun gear;
前記機構部を収容するように構成されて前記回転電機のハウジング及び前記エンジンのケースに対して固定された機構ケースと、A mechanism case configured to accommodate the mechanism part and fixed to the housing of the rotating electrical machine and the case of the engine;
前記内接歯車側に設けられた第1のクラッチ構成用可動側歯部と、A first clutch constituting movable side tooth portion provided on the inscribed gear side;
前記電磁コイルが励磁されて前記可動部材が前記太陽歯車から離れる方向に駆動されて前記内接歯車が前記可動部材とともに変位させられたときに前記第1のクラッチ構成用可動側歯部に噛み合い、前記電磁コイルが消勢されて前記バネの付勢力により前記可動部材が前記太陽歯車側に変位させられたときに前記第1のクラッチ構成用可動側歯部から外れるように配設位置が定められて前記機構ケースに対して固定された第1のクラッチ構成用固定側歯部と、  When the electromagnetic coil is excited and the movable member is driven in a direction away from the sun gear, and the internal gear is displaced together with the movable member, the first clutch constituting movable side tooth portion is engaged. When the electromagnetic coil is de-energized and the movable member is displaced toward the sun gear by the biasing force of the spring, the disposition position is determined so as to be disengaged from the first clutch-constituting movable side tooth portion. A first clutch-constituting fixed-side tooth portion fixed to the mechanism case
前記電磁コイルが消勢されて前記可動部材が前記バネの付勢力により前記太陽歯車側に駆動されたときに前記太陽歯車の歯に噛み合って前記内接歯車と前記太陽歯車とを機械的に一体化するように結合し、前記電磁コイルが励磁されて前記可動部材が前記太陽歯車から離れる側に駆動されたときに前記太陽歯車の歯部から外れて前記内接歯車と前記太陽歯車との結合を解除するように配設位置が定められて前記可動部材に対して固定された第2のクラッチ構成用歯部と、When the electromagnetic coil is de-energized and the movable member is driven to the sun gear side by the biasing force of the spring, the internal gear and the sun gear are mechanically integrated by meshing with the teeth of the sun gear. When the electromagnetic coil is excited and the movable member is driven away from the sun gear, the internal gear and the sun gear are coupled with each other by disengaging from the tooth portion of the sun gear. A second clutch-constituting tooth portion that is fixed with respect to the movable member and is positioned so as to release
を具備してなるハイブリッド車用動力伝達装置。A power transmission device for a hybrid vehicle comprising:
車両駆動用のエンジンと、電動機及び発電機に兼用される回転電機とを備えたハイブリッド車の前記エンジン側の回転軸と前記回転電機側の回転軸との間に設けられるハイブリッド車用動力伝達装置において、A hybrid vehicle power transmission device provided between a rotating shaft on the engine side and a rotating shaft on the rotating electrical machine side of a hybrid vehicle including a vehicle driving engine and a rotating electrical machine that is also used as an electric motor and a generator. In
前記回転電機側の回転軸に取りつけられた太陽歯車と、強磁性材料からなっていて、前記太陽歯車と前記回転電機との間に位置させた状態で前記回転電機側の回転軸に対して回転自在に、かつ前記回転電機側の回転軸の軸線方向にスラスト可能に支持された可動部材と、前記可動部材を前記太陽歯車側に付勢するバネと、前記可動部材を取り囲むように設けられて励磁された際に前記バネの付勢力に抗して前記可動部材を前記太陽歯車から離れる方向に駆動する電磁コイルと、前記太陽歯車を同軸的に囲むように設けられて前記可動部材に支持された内接歯車と、前記エンジン側の回転軸に取りつけられたキャリアと、前記キャリアに回転自在に支持されるとともに、前記内接歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車とを備えた機構部と、The sun gear mounted on the rotating shaft on the rotating electrical machine side, and made of a ferromagnetic material, and rotates with respect to the rotating shaft on the rotating electrical machine side in a state of being positioned between the sun gear and the rotating electrical machine. A movable member supported freely and thrustably in the axial direction of the rotating shaft on the rotating electrical machine side, a spring that biases the movable member toward the sun gear, and a movable member is provided so as to surround the movable member. An electromagnetic coil that drives the movable member away from the sun gear against the biasing force of the spring when excited, and is provided so as to surround the sun gear coaxially and is supported by the movable member. And a planetary gear that is rotatably supported by the carrier and meshed with the internal gear and the sun gear. When
前記機構部を収容するように構成されて前記回転電機のハウジング及び前記エンジンのケースに対して固定された機構ケースと、A mechanism case configured to accommodate the mechanism part and fixed to the housing of the rotating electrical machine and the case of the engine;
前記内接歯車側に設けられた第1のクラッチ構成用可動側歯部と、A first clutch constituting movable side tooth portion provided on the inscribed gear side;
前記電磁コイルが励磁されて前記可動部材が前記太陽歯車から離れる方向に駆動されて前記内接歯車が前記可動部材とともに変位させられたときに前記第1のクラッチ構成用可動側歯部に噛み合い、前記電磁コイルが消勢されて前記バネの付勢力により前記可動部材が前記太陽歯車側に変位させられたときに前記第1のクラッチ構成用可動側歯部から外れるように配設位置が定められて前記機構ケースに対して固定された第1のクラッチ構成用固定側歯部と、When the electromagnetic coil is excited and the movable member is driven in a direction away from the sun gear, and the internal gear is displaced together with the movable member, the first clutch constituting movable side tooth portion is engaged. When the electromagnetic coil is de-energized and the movable member is displaced toward the sun gear by the biasing force of the spring, the disposition position is determined so as to be disengaged from the first clutch-constituting movable side tooth portion. A first clutch-constituting fixed-side tooth portion fixed to the mechanism case
前記電磁コイルが消勢されて前記可動部材が前記バネの付勢力により前記太陽歯車側に駆動されたときに前記内接歯車の歯に噛み合って前記内接歯車と前記キャリアとを機械的に一体化するように結合し、前記電磁コイルが励磁されて前記可動部材が前記太陽歯車から離れる側に駆動されたときに前記内接歯車の歯部から外れて前記内接歯車と前記キャリアとの結合を解除するように配設位置が定められて前記キャリアに対して固定された第2のクラッチ構成用歯部と、When the electromagnetic coil is de-energized and the movable member is driven to the sun gear side by the biasing force of the spring, it meshes with the teeth of the internal gear and mechanically integrates the internal gear and the carrier. When the electromagnetic coil is excited and the movable member is driven away from the sun gear, the internal gear and the carrier are coupled with each other by disengaging from the tooth portion of the internal gear. A second clutch-constituting tooth portion, the disposition position of which is fixed to the carrier and fixed to the carrier;
を具備してなるハイブリッド車用動力伝達装置。A power transmission device for a hybrid vehicle comprising:
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