駆動装置
【課題】電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができ、かつ低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ・ジェネレータ１１が正転方向に回転している場合に第１一方向クラッチ１５が係合状態に切り替わってモータ・ジェネレータ１１の動力がディファレンシャル機構３に伝達される第１ギア列Ｇ１と、第１ギア列Ｇ１とは減速比が異なり、モータ・ジェネレータ１１が逆転方向に回転している場合に第２一方向クラッチ２０が係合状態に切り替わってモータ・ジェネレータ１１の動力がディファレンシャル機構３に伝達される第２ギア列Ｇ２とを備えた駆動装置において、制御装置３０は、車速及び車両１Ａに要求される駆動力に応じてモータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替え、かつ車速が所定の判定速度Ｖａ以下の場合にはモータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替える制御を禁止する。
【解決手段】モータ・ジェネレータ１１が正転方向に回転している場合に第１一方向クラッチ１５が係合状態に切り替わってモータ・ジェネレータ１１の動力がディファレンシャル機構３に伝達される第１ギア列Ｇ１と、第１ギア列Ｇ１とは減速比が異なり、モータ・ジェネレータ１１が逆転方向に回転している場合に第２一方向クラッチ２０が係合状態に切り替わってモータ・ジェネレータ１１の動力がディファレンシャル機構３に伝達される第２ギア列Ｇ２とを備えた駆動装置において、制御装置３０は、車速及び車両１Ａに要求される駆動力に応じてモータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替え、かつ車速が所定の判定速度Ｖａ以下の場合にはモータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替える制御を禁止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行う駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータで出力軸を回転駆動する装置において、電動モータの回転方向を切り替えることにより変速を行うことが可能な装置が知られている。例えば、電動モータと出力軸との間に、減速比が互いに異なるとともに一方は出力軸が電動モータと同じ方向に回転し、他方は出力軸が電動モータと異なる方向に回転するように動力を伝達する２つのギア列を設ける。そして、電動モータの回転方向に応じて各ギア列に設けた一方向クラッチでこれらギア列を選択的に切り替えることにより変速を行う装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０５０４１４号公報
【特許文献２】特開２００８−０８１０９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２０４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、出力軸の回転時に電動モータの回転方向を切り替えると、まずそれまで係合していた一方の一方向クラッチが解放され、その後他方の一方向クラッチが係合される。この際、一方の一方向クラッチが解放されてから他方の一方向クラッチが係合されるまでの間、両方の一方向クラッチが解放状態になるフリー期間が生じる。そして、このフリー期間は回転方向を切り替えたときの出力軸の回転数が低いほど短くなる。すなわち、電動モータの回転方向を切り替えるときの出力軸の回転数が低いほど一方のギア列から他方のギア列に切り替わる時間が短くなる。そのため、電動モータの回転方向及び回転数を出力軸に要求される駆動力及び回転数で制御し、かつ出力軸の回転数が低いときに外乱等により出力軸に要求される駆動力が変動した場合には、ギア列の切り替えが短時間の間に複数回発生する、いわゆる多重変速が発生し、振動や騒音等が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができ、かつ低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制可能な駆動装置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】
【０００６】
本発明の駆動装置は、電動機と出力部材とが同じ方向に回転するように前記電動機の動力を前記出力部材に伝達可能な第１動力伝達機構と、前記電動機の動力を前記第１動力伝達機構とは異なる減速比で前記電動機と前記出力部材とが互いに異なる方向に回転するように前記出力部材に伝達可能な第２動力伝達機構と、を備え、前記第１動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への所定の正転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向とは逆の逆転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第１一方向クラッチが設けられ、前記第２動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への前記逆転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第２一方向クラッチが設けられた駆動装置において、前記出力部材に要求される回転数及び駆動力の少なくともいずれか一方に応じて前記電動機の回転方向を切り替える制御手段と、前記出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には前記制御手段による前記電動機の回転方向を切り替える制御を禁止する禁止手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の駆動装置によれば、電動機の回転方向を切り替えることにより電動機と出力部材との間の動力伝達経路を第１動力伝達機構又は第２動力伝達機構に切り替えることができる。そして、第１動力伝達機構と第２動力伝達経路とは減速比が互いに異なっているので、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができる。また、本発明の駆動装置では、出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には電動機の回転方向の切り替えが禁止されるので、外乱によって出力部材に要求される駆動力が変動しても動力伝達機構が切り替えられない。これにより多重変速の発生を抑制できるので、低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制できる。
【０００８】
本発明の駆動装置は、電動機を駆動源とする種々の装置や機械に適用できる。例えば、前記駆動装置は、車両に搭載され、前記出力部材は、前記車両の駆動輪に連結されたディファレンシャル機構であってもよい（請求項２）。また、前記車両は、前記電動機の他に動力源として内燃機関が搭載されたハイブリッド車両であり、前記内燃機関は、前記第１動力伝達機構又は前記第２動力伝達機構のいずれか一方に動力を出力可能なように設けられてもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、本発明の駆動装置によれば、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができる。また、出力部材の回転速度が判定速度以下の場合には電動機の回転方向の切り替えを禁止するので、多重変速の発生を抑制することができる。そのため、低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を模式的に示す図。
【図２】駆動装置の各駆動モードにおけるモータ・ジェネレータの回転方向、第１一方向クラッチの状態、及び第２一方向クラッチの状態を示す図。
【図３】モータ・ジェネレータの回転数と車速との対応関係を示す図。
【図４】駆動装置の駆動力線図。
【図５】制御装置が実行する切替禁止制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】本発明の駆動装置が搭載されたパラレル式ハイブリッド車両の要部を模式的に示す図。
【図７】本発明の駆動装置が搭載されたシリーズ式ハイブリッド車両の要部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を模式的に示している。駆動装置１０は、電動機としてのモータ・ジェネレータ１１を動力源として備え、このモータ・ジェネレータ１１で車両１Ａの駆動輪２を駆動する。駆動装置１０が車両１Ａに搭載されることにより、その車両１Ａは電気自動車として構成される。モータ・ジェネレータ１１は、電動機及び発電機として機能する周知のものであり、ロータ軸１１ａと一体回転するロータ１１ｂと、ロータ１１ｂの外周に同軸に配置されて不図示のケースに固定されたステータ１１ｃとを備えている。
【００１２】
駆動装置１０は、第１動力伝達機構としての第１ギア列Ｇ１と、第２動力伝達機構としての第２ギア列Ｇ２とを備えている。第１ギア列Ｇ１は、第１ドライブギア１２と、第１中間ギア１３と、第１出力ギア１４とを備えている。第１ドライブギア１２は、ロータ軸１１ａに相対回転可能に支持されるとともに、第１一方向クラッチ１５を介してロータ軸１１ａと接続されている。第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａが所定の正転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度（回転数）が第１ドライブギア１２の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向とは逆の逆転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わるように構成されている。そのため、第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａから第１ドライブギア１２への正転方向のトルクの伝達は許容するが、ロータ軸１１ａから第１ドライブギア１２への逆転方向のトルクの伝達及び第１ドライブギア１２からロータ軸１１ａへのトルクの伝達は阻止する。第１中間ギア１３は、自転可能かつ第１ドライブギア１２と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第１出力ギア１４は、第１中間ギア１３と噛み合うように駆動輪２に連結された出力部材としてのディファレンシャル機構３のケース３ａに固定されている。
【００１３】
第２ギア列Ｇ２は、第２ドライブギア１６と、第２中間ギア１７と、第３中間ギア１８と、第２出力ギア１９とを備えている。第２ドライブギア１６は、ロータ軸１１ａに相対回転可能に支持されるとともに第２一方向クラッチ２０を介してロータ軸１１ａと接続されている。第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａが逆転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わるように構成されている。そのため、第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａから第２ドライブギア１６への逆転方向のトルクの伝達は許容するが、ロータ軸１１ａから第２ドライブギア１６への正転方向のトルクの伝達及び第２ドライブギア１６からロータ軸１１ａへのトルクの伝達は阻止する。第２中間ギア１７は、自転可能かつ第２ドライブギア１６と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第３中間ギア１８は、自転可能かつ第２中間ギア１７と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第２出力ギア１９は、第３中間ギア１８と噛み合うようにケース３ａに固定されている。第２ギア列Ｇ２は、ロータ軸１１ａとディファレンシャル機構３との間の減速比が第１ギア列Ｇ１の減速比よりも小さくなるように各ギア間のギア比が設定されている。
【００１４】
この駆動装置１０では、モータ・ジェネレータ１１が正転方向に動作している場合には第１一方向クラッチ１５が係合状態に切り替わり、かつ第２一方向クラッチ２０が解放状態に切り替わる。そのため、モータ・ジェネレータ１１の動力が第１ギア列Ｇ１を介して駆動輪２に伝達される。第１ギア列Ｇ１は３個のギアで構成されているため、駆動輪２は正転方向に回転する。以下、このように駆動装置１０を動作させるモードを正転駆動モードと称する。一方、モータ・ジェネレータ１１が逆転方向に動作している場合には第２一方向クラッチ２０が係合状態に切り替わり、かつ第１一方向クラッチ１５が解放状態に切り替わる。そのため、モータ・ジェネレータ１１の動力が第２ギア列Ｇ２を介して駆動輪２に伝達される。第２ギア列Ｇ２は４個のギアで構成されているため、この場合にも駆動輪２は正転方向に回転する。以下、このように駆動装置１０を動作させるモードを逆転駆動モードと称する。このように駆動装置１０では、モータ・ジェネレータ１１を正転方向に動作させても逆転方向に動作させても駆動輪２が正転方向に回転する。上述したように第２ギア列Ｇ２の減速比は第１ギア列Ｇ１の減速比よりも小さいので、モータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替えて駆動装置１０のモードを切り替えることにより変速を行うことができる。図２は、上述した各駆動モードにおけるモータ・ジェネレータ１１の回転方向、第１一方向クラッチ１５の状態、及び第２一方向クラッチ２０の状態をまとめて示している。
【００１５】
図３は、モータ・ジェネレータ１１の回転数と車速との対応関係を示している。周知のように車速はディファレンシャル機構３の回転速度（回転数）と相関しているので、この図の横軸はディファレンシャル機構３の回転速度でもある。この図において線Ｌ１は第１ドライブギア１２の回転数の変化を示し、線Ｌ２は第２ドライブギア１６の回転数の変化を示している。上述したように第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａが所定の正転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向とは逆の逆転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わる。一方、第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａが逆転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わる。そのため、この図において線Ｌ１と縦軸とで囲まれた第１範囲Ａ１では、第１一方向クラッチ１５のみが係合状態に切り替わる。一方、線Ｌ２と縦軸とで囲まれた第２範囲Ａ２では、第２一方向クラッチ２０のみが係合状態に切り替わる。そして、線Ｌ１と線Ｌ２とで囲まれた第３範囲Ａ３では両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態に切り替わる。そのため、正転駆動モードにおいて車両１が車速Ｖで走行しているときに駆動モードを逆転駆動モードに切り替えた場合、モータ・ジェネレータ１１の回転数が＋Ｒ１から−Ｒ２になるまでの期間Ｔは両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態になる。この図に示すようにこの両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態になるフリー期間Ｔは、車速が低くなるほど短くなる。
【００１６】
図１に示すようにモータ・ジェネレータ１１は、インバータ２１を介してバッテリ２２と電気的に接続されている。インバータ２１は、モータ・ジェネレータ１１に供給される電力を制御可能な周知のものである。
【００１７】
インバータ２１の動作は、駆動装置１０の制御を行うコンピュータとして構成された制御手段としての制御装置３０にて制御される。制御装置３０は、インバータ２１の動作を制御し、これにより駆動装置１０の駆動モード及びモータ・ジェネレータ１１の回転数等を制御する。制御装置３０には、このような制御に使用するパラメータを取得するため、各種センサが接続されている。制御装置３０には、例えば車両１Ａの速度に応じた信号を出力する車速センサ３１及びアクセルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３２等が接続されている。この他にも制御装置３０には、種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００１８】
次に制御装置３０による駆動装置１０の制御方法について説明する。制御装置３０は、車両１Ａの走行状態等に応じて駆動装置１０の駆動モードを制御する。図４は、駆動装置１０の駆動力線図を示している。制御装置３０は、車速及び駆動力で特定される駆動装置１０の動作状態がこの図の範囲Ａｎ内の場合には駆動モードを正転駆動モードに切り替え、範囲Ａｒ内の場合には駆動モードを逆転駆動モードに切り替える。なお、駆動装置１０の動作状態が正転駆動モードの範囲Ａｎと逆転駆動モードの範囲Ａｒとが重なる範囲Ａｎｒ内にある場合には、車速、要求駆動力、多重変速、及び効率等を考慮して適宜に駆動モードが切り替えられる。具体的に説明すると制御装置３０は、例えば、登り坂等で駆動輪２に高トルクが要求される場合には駆動モードを減速比の大きい正転駆動モードに切り替える。また、制御装置３０は、車両１Ａの高速走行時等駆動輪２を高回転で駆動する必要がある場合には、駆動モードを逆転駆動モードに切り替える。この他、制御装置３０は、モータ・ジェネレータ１１の効率、各ギア列Ｇ１、Ｇ２の減速比、及び駆動装置１０に要求される駆動力等に基づいてエネルギの無駄な消費が抑えられるように駆動モードを切り替える。
【００１９】
図５は、このように制御装置３０が駆動装置１０の動作を制御するために実行する制御ルーチンの１つを示している。この制御ルーチンは、駆動装置１０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２０】
この制御ルーチンにおいて制御装置３０は、まずステップＳ１で車両１Ａの走行状態を取得する。車両１Ａの走行状態としては、例えば車速、アクセル開度等が取得される。次のステップＳ２において制御装置３０は、車速が予め設定した所定の判定速度Ｖａより大きいか否か判定する。図３に示したように車速が低くなるほど第１ドライブギア１２の回転数と第２ドライブギア１６の回転数とが近くなってフリー期間Ｔが短くなるので、車両１Ａが低速で走行しているときには駆動モードの切り替えが短時間で行われる。そのため、車両１Ａが低速で走行しているときに外乱等により駆動輪２に要求される駆動力や回転数が変動すると、駆動装置１０においてギア列の切り替えが短時間の間に複数回発生する、いわゆる多重変速が発生する。多重変速が発生すると各一方向クラッチ１５、２０の状態が短時間の間に複数回切り替わるので、振動や騒音等が発生するおそれがある。そこで、判定速度Ｖａには、この多重変速の発生を十分に抑制することが可能な車速が設定される。
【００２１】
車速が判定速度Ｖａ以下と判定した場合にはステップＳ３に進み、制御装置３０は駆動モードの切り替えを禁止することを示すモード切替禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。モード切替禁止フラグは制御装置３０が実行する他の制御ルーチンにて参照され、このフラグがオンの場合には駆動モードの切り替えが禁止される。一方、車速が判定速度Ｖａより大きいと判定した場合にはステップＳ４に進み、制御装置３０はモード切替禁止フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。制御装置３０は、この切替禁止制御ルーチンを実行することにより、本発明の禁止手段として機能する。
【００２２】
以上に説明したように、本発明の駆動装置１０によれば、車速が判定速度Ｖａ以下の場合には駆動モードの切り替えが禁止される。これにより多重変速の発生を抑制できるので、振動や騒音等の発生を抑制できる。そのため、ドライバビリティを改善できる。
【００２３】
なお、駆動装置１０の制御方法は、上述した制御方法に限定されない。例えば、制御装置３０は、アクセル開度センサ３２の出力信号に基づいてアクセルの踏み込みの加速度を計測し、モード切替禁止フラグがオンの状態であっても車両１Ａに対して急加速が要求された場合には駆動モードを減速比の大きい正転駆動モードに切り替えてもよい。この際には、駆動モードの切り替えが迅速に行われるように制御装置３０は、モータ・ジェネレータ１１の回転数をその時点における第１ドライブギア１２の回転数よりも高い回転数に迅速に変更する。すなわち、急加速が要求された場合には各一方向クラッチ１５、２０の状態を急に切り替えることが許容される。
【００２４】
本発明の駆動装置は、電気自動車に限定されずパラレル式ハイブリッド車両やシリーズ式ハイブリッド車両に搭載してもよい。図６は本発明の駆動装置が搭載されたパラレル式ハイブリッド車両の要部を模式的に示し、図７は本発明の駆動装置が搭載されたシリーズ式ハイブリッド車両の要部を模式的に示している。なお、図６及び図７において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図６に示したようにパラレル式ハイブリッド車両１Ｂでは、内燃機関５０と、内燃機関５０の出力を変速する変速機５１とがさらに設けられている。なお、これらはハイブリッド車両に搭載される周知の内燃機関及び変速機であるため、詳細な説明を省略する。この図に示すように変速機５１の出力ギア５１ａは、第１ドライブギア１２と噛み合わされている。そのため、この車両１Ｂでは、モータ・ジェネレータ１１の動力及び内燃機関５０の動力で駆動輪２を駆動可能である。
【００２６】
図７に示したようにシリーズ式ハイブリッド車両１Ｃでは、内燃機関６０と、内燃機関６０にて駆動される発電機６１とがさらに設けられている。発電機６１は、インバータ６２を介してバッテリ２２と電気的に接続されている。なお、これらはハイブリッド車両に搭載される周知の内燃機関、発電機、及びインバータであるため、詳細な説明を省略する。この車両１Ｃでは、内燃機関６０で発電機６１を駆動して発電を行い、その電気をバッテリ２２に充電することができる。そして、そのバッテリ２２に充電した電気で車両１Ｃを駆動することができる。
【００２７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の駆動装置の適用対象は車両に限定されない。本発明の駆動装置は、電動機を動力源として使用可能な種々の装置や機械に適用してよい。
【００２８】
本発明の駆動装置の各ギア列のギアの個数は３個と４個に限定されない。一方のギア列を介して動力が伝達される場合にはモータ・ジェネレータと駆動輪とが同方向に回転し、他方のギア列を介して動力が伝達される場合にはモータ・ジェネレータと駆動輪とが異なる方向に回転するように一方のギア列が奇数個のギアで構成され、他方のギア列が偶数個のギアで構成されていればよい。また、各ギア列の減速比は、一方のギア列と他方のギア列とで減速比が互いに異なるように設定されていればよい。
【００２９】
各ギア列において一方向クラッチが設けられる位置は、モータ・ジェネレータのロータ軸と各ギア列の最もモータ・ジェネレータ側のギアとの間に限定されない。一方向クラッチは、ギア列の途中に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 車両
３ ディファレンシャル機構（出力部材）
１０ 駆動装置
１１ モータ・ジェネレータ（電動機）
１５ 第１一方向クラッチ
２０ 第２一方向クラッチ
３０ 制御装置（制御手段、禁止手段）
５０ 内燃機関
Ｇ１ 第１ギア列（第１動力伝達機構）
Ｇ２ 第２ギア列（第２動力伝達機構）
Ｖａ 判定速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行う駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータで出力軸を回転駆動する装置において、電動モータの回転方向を切り替えることにより変速を行うことが可能な装置が知られている。例えば、電動モータと出力軸との間に、減速比が互いに異なるとともに一方は出力軸が電動モータと同じ方向に回転し、他方は出力軸が電動モータと異なる方向に回転するように動力を伝達する２つのギア列を設ける。そして、電動モータの回転方向に応じて各ギア列に設けた一方向クラッチでこれらギア列を選択的に切り替えることにより変速を行う装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０５０４１４号公報
【特許文献２】特開２００８−０８１０９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２０４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、出力軸の回転時に電動モータの回転方向を切り替えると、まずそれまで係合していた一方の一方向クラッチが解放され、その後他方の一方向クラッチが係合される。この際、一方の一方向クラッチが解放されてから他方の一方向クラッチが係合されるまでの間、両方の一方向クラッチが解放状態になるフリー期間が生じる。そして、このフリー期間は回転方向を切り替えたときの出力軸の回転数が低いほど短くなる。すなわち、電動モータの回転方向を切り替えるときの出力軸の回転数が低いほど一方のギア列から他方のギア列に切り替わる時間が短くなる。そのため、電動モータの回転方向及び回転数を出力軸に要求される駆動力及び回転数で制御し、かつ出力軸の回転数が低いときに外乱等により出力軸に要求される駆動力が変動した場合には、ギア列の切り替えが短時間の間に複数回発生する、いわゆる多重変速が発生し、振動や騒音等が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができ、かつ低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制可能な駆動装置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】
【０００６】
本発明の駆動装置は、電動機と出力部材とが同じ方向に回転するように前記電動機の動力を前記出力部材に伝達可能な第１動力伝達機構と、前記電動機の動力を前記第１動力伝達機構とは異なる減速比で前記電動機と前記出力部材とが互いに異なる方向に回転するように前記出力部材に伝達可能な第２動力伝達機構と、を備え、前記第１動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への所定の正転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向とは逆の逆転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第１一方向クラッチが設けられ、前記第２動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への前記逆転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第２一方向クラッチが設けられた駆動装置において、前記出力部材に要求される回転数及び駆動力の少なくともいずれか一方に応じて前記電動機の回転方向を切り替える制御手段と、前記出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には前記制御手段による前記電動機の回転方向を切り替える制御を禁止する禁止手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の駆動装置によれば、電動機の回転方向を切り替えることにより電動機と出力部材との間の動力伝達経路を第１動力伝達機構又は第２動力伝達機構に切り替えることができる。そして、第１動力伝達機構と第２動力伝達経路とは減速比が互いに異なっているので、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができる。また、本発明の駆動装置では、出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には電動機の回転方向の切り替えが禁止されるので、外乱によって出力部材に要求される駆動力が変動しても動力伝達機構が切り替えられない。これにより多重変速の発生を抑制できるので、低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制できる。
【０００８】
本発明の駆動装置は、電動機を駆動源とする種々の装置や機械に適用できる。例えば、前記駆動装置は、車両に搭載され、前記出力部材は、前記車両の駆動輪に連結されたディファレンシャル機構であってもよい（請求項２）。また、前記車両は、前記電動機の他に動力源として内燃機関が搭載されたハイブリッド車両であり、前記内燃機関は、前記第１動力伝達機構又は前記第２動力伝達機構のいずれか一方に動力を出力可能なように設けられてもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、本発明の駆動装置によれば、電動機の回転方向を切り替えることにより変速を行うことができる。また、出力部材の回転速度が判定速度以下の場合には電動機の回転方向の切り替えを禁止するので、多重変速の発生を抑制することができる。そのため、低回転時に振動や騒音等が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を模式的に示す図。
【図２】駆動装置の各駆動モードにおけるモータ・ジェネレータの回転方向、第１一方向クラッチの状態、及び第２一方向クラッチの状態を示す図。
【図３】モータ・ジェネレータの回転数と車速との対応関係を示す図。
【図４】駆動装置の駆動力線図。
【図５】制御装置が実行する切替禁止制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】本発明の駆動装置が搭載されたパラレル式ハイブリッド車両の要部を模式的に示す図。
【図７】本発明の駆動装置が搭載されたシリーズ式ハイブリッド車両の要部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を模式的に示している。駆動装置１０は、電動機としてのモータ・ジェネレータ１１を動力源として備え、このモータ・ジェネレータ１１で車両１Ａの駆動輪２を駆動する。駆動装置１０が車両１Ａに搭載されることにより、その車両１Ａは電気自動車として構成される。モータ・ジェネレータ１１は、電動機及び発電機として機能する周知のものであり、ロータ軸１１ａと一体回転するロータ１１ｂと、ロータ１１ｂの外周に同軸に配置されて不図示のケースに固定されたステータ１１ｃとを備えている。
【００１２】
駆動装置１０は、第１動力伝達機構としての第１ギア列Ｇ１と、第２動力伝達機構としての第２ギア列Ｇ２とを備えている。第１ギア列Ｇ１は、第１ドライブギア１２と、第１中間ギア１３と、第１出力ギア１４とを備えている。第１ドライブギア１２は、ロータ軸１１ａに相対回転可能に支持されるとともに、第１一方向クラッチ１５を介してロータ軸１１ａと接続されている。第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａが所定の正転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度（回転数）が第１ドライブギア１２の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向とは逆の逆転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わるように構成されている。そのため、第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａから第１ドライブギア１２への正転方向のトルクの伝達は許容するが、ロータ軸１１ａから第１ドライブギア１２への逆転方向のトルクの伝達及び第１ドライブギア１２からロータ軸１１ａへのトルクの伝達は阻止する。第１中間ギア１３は、自転可能かつ第１ドライブギア１２と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第１出力ギア１４は、第１中間ギア１３と噛み合うように駆動輪２に連結された出力部材としてのディファレンシャル機構３のケース３ａに固定されている。
【００１３】
第２ギア列Ｇ２は、第２ドライブギア１６と、第２中間ギア１７と、第３中間ギア１８と、第２出力ギア１９とを備えている。第２ドライブギア１６は、ロータ軸１１ａに相対回転可能に支持されるとともに第２一方向クラッチ２０を介してロータ軸１１ａと接続されている。第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａが逆転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わるように構成されている。そのため、第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａから第２ドライブギア１６への逆転方向のトルクの伝達は許容するが、ロータ軸１１ａから第２ドライブギア１６への正転方向のトルクの伝達及び第２ドライブギア１６からロータ軸１１ａへのトルクの伝達は阻止する。第２中間ギア１７は、自転可能かつ第２ドライブギア１６と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第３中間ギア１８は、自転可能かつ第２中間ギア１７と噛み合うように不図示のケースに支持されている。第２出力ギア１９は、第３中間ギア１８と噛み合うようにケース３ａに固定されている。第２ギア列Ｇ２は、ロータ軸１１ａとディファレンシャル機構３との間の減速比が第１ギア列Ｇ１の減速比よりも小さくなるように各ギア間のギア比が設定されている。
【００１４】
この駆動装置１０では、モータ・ジェネレータ１１が正転方向に動作している場合には第１一方向クラッチ１５が係合状態に切り替わり、かつ第２一方向クラッチ２０が解放状態に切り替わる。そのため、モータ・ジェネレータ１１の動力が第１ギア列Ｇ１を介して駆動輪２に伝達される。第１ギア列Ｇ１は３個のギアで構成されているため、駆動輪２は正転方向に回転する。以下、このように駆動装置１０を動作させるモードを正転駆動モードと称する。一方、モータ・ジェネレータ１１が逆転方向に動作している場合には第２一方向クラッチ２０が係合状態に切り替わり、かつ第１一方向クラッチ１５が解放状態に切り替わる。そのため、モータ・ジェネレータ１１の動力が第２ギア列Ｇ２を介して駆動輪２に伝達される。第２ギア列Ｇ２は４個のギアで構成されているため、この場合にも駆動輪２は正転方向に回転する。以下、このように駆動装置１０を動作させるモードを逆転駆動モードと称する。このように駆動装置１０では、モータ・ジェネレータ１１を正転方向に動作させても逆転方向に動作させても駆動輪２が正転方向に回転する。上述したように第２ギア列Ｇ２の減速比は第１ギア列Ｇ１の減速比よりも小さいので、モータ・ジェネレータ１１の回転方向を切り替えて駆動装置１０のモードを切り替えることにより変速を行うことができる。図２は、上述した各駆動モードにおけるモータ・ジェネレータ１１の回転方向、第１一方向クラッチ１５の状態、及び第２一方向クラッチ２０の状態をまとめて示している。
【００１５】
図３は、モータ・ジェネレータ１１の回転数と車速との対応関係を示している。周知のように車速はディファレンシャル機構３の回転速度（回転数）と相関しているので、この図の横軸はディファレンシャル機構３の回転速度でもある。この図において線Ｌ１は第１ドライブギア１２の回転数の変化を示し、線Ｌ２は第２ドライブギア１６の回転数の変化を示している。上述したように第１一方向クラッチ１５は、ロータ軸１１ａが所定の正転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向とは逆の逆転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第１ドライブギア１２の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わる。一方、第２一方向クラッチ２０は、ロータ軸１１ａが逆転方向に回転し、かつロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度以上の場合に係合状態に切り替わり、ロータ軸１１ａが正転方向に回転している場合又はロータ軸１１ａの回転速度が第２ドライブギア１６の回転速度未満の場合には解放状態に切り替わる。そのため、この図において線Ｌ１と縦軸とで囲まれた第１範囲Ａ１では、第１一方向クラッチ１５のみが係合状態に切り替わる。一方、線Ｌ２と縦軸とで囲まれた第２範囲Ａ２では、第２一方向クラッチ２０のみが係合状態に切り替わる。そして、線Ｌ１と線Ｌ２とで囲まれた第３範囲Ａ３では両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態に切り替わる。そのため、正転駆動モードにおいて車両１が車速Ｖで走行しているときに駆動モードを逆転駆動モードに切り替えた場合、モータ・ジェネレータ１１の回転数が＋Ｒ１から−Ｒ２になるまでの期間Ｔは両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態になる。この図に示すようにこの両方の一方向クラッチ１５、２０が解放状態になるフリー期間Ｔは、車速が低くなるほど短くなる。
【００１６】
図１に示すようにモータ・ジェネレータ１１は、インバータ２１を介してバッテリ２２と電気的に接続されている。インバータ２１は、モータ・ジェネレータ１１に供給される電力を制御可能な周知のものである。
【００１７】
インバータ２１の動作は、駆動装置１０の制御を行うコンピュータとして構成された制御手段としての制御装置３０にて制御される。制御装置３０は、インバータ２１の動作を制御し、これにより駆動装置１０の駆動モード及びモータ・ジェネレータ１１の回転数等を制御する。制御装置３０には、このような制御に使用するパラメータを取得するため、各種センサが接続されている。制御装置３０には、例えば車両１Ａの速度に応じた信号を出力する車速センサ３１及びアクセルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３２等が接続されている。この他にも制御装置３０には、種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００１８】
次に制御装置３０による駆動装置１０の制御方法について説明する。制御装置３０は、車両１Ａの走行状態等に応じて駆動装置１０の駆動モードを制御する。図４は、駆動装置１０の駆動力線図を示している。制御装置３０は、車速及び駆動力で特定される駆動装置１０の動作状態がこの図の範囲Ａｎ内の場合には駆動モードを正転駆動モードに切り替え、範囲Ａｒ内の場合には駆動モードを逆転駆動モードに切り替える。なお、駆動装置１０の動作状態が正転駆動モードの範囲Ａｎと逆転駆動モードの範囲Ａｒとが重なる範囲Ａｎｒ内にある場合には、車速、要求駆動力、多重変速、及び効率等を考慮して適宜に駆動モードが切り替えられる。具体的に説明すると制御装置３０は、例えば、登り坂等で駆動輪２に高トルクが要求される場合には駆動モードを減速比の大きい正転駆動モードに切り替える。また、制御装置３０は、車両１Ａの高速走行時等駆動輪２を高回転で駆動する必要がある場合には、駆動モードを逆転駆動モードに切り替える。この他、制御装置３０は、モータ・ジェネレータ１１の効率、各ギア列Ｇ１、Ｇ２の減速比、及び駆動装置１０に要求される駆動力等に基づいてエネルギの無駄な消費が抑えられるように駆動モードを切り替える。
【００１９】
図５は、このように制御装置３０が駆動装置１０の動作を制御するために実行する制御ルーチンの１つを示している。この制御ルーチンは、駆動装置１０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２０】
この制御ルーチンにおいて制御装置３０は、まずステップＳ１で車両１Ａの走行状態を取得する。車両１Ａの走行状態としては、例えば車速、アクセル開度等が取得される。次のステップＳ２において制御装置３０は、車速が予め設定した所定の判定速度Ｖａより大きいか否か判定する。図３に示したように車速が低くなるほど第１ドライブギア１２の回転数と第２ドライブギア１６の回転数とが近くなってフリー期間Ｔが短くなるので、車両１Ａが低速で走行しているときには駆動モードの切り替えが短時間で行われる。そのため、車両１Ａが低速で走行しているときに外乱等により駆動輪２に要求される駆動力や回転数が変動すると、駆動装置１０においてギア列の切り替えが短時間の間に複数回発生する、いわゆる多重変速が発生する。多重変速が発生すると各一方向クラッチ１５、２０の状態が短時間の間に複数回切り替わるので、振動や騒音等が発生するおそれがある。そこで、判定速度Ｖａには、この多重変速の発生を十分に抑制することが可能な車速が設定される。
【００２１】
車速が判定速度Ｖａ以下と判定した場合にはステップＳ３に進み、制御装置３０は駆動モードの切り替えを禁止することを示すモード切替禁止フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。モード切替禁止フラグは制御装置３０が実行する他の制御ルーチンにて参照され、このフラグがオンの場合には駆動モードの切り替えが禁止される。一方、車速が判定速度Ｖａより大きいと判定した場合にはステップＳ４に進み、制御装置３０はモード切替禁止フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。制御装置３０は、この切替禁止制御ルーチンを実行することにより、本発明の禁止手段として機能する。
【００２２】
以上に説明したように、本発明の駆動装置１０によれば、車速が判定速度Ｖａ以下の場合には駆動モードの切り替えが禁止される。これにより多重変速の発生を抑制できるので、振動や騒音等の発生を抑制できる。そのため、ドライバビリティを改善できる。
【００２３】
なお、駆動装置１０の制御方法は、上述した制御方法に限定されない。例えば、制御装置３０は、アクセル開度センサ３２の出力信号に基づいてアクセルの踏み込みの加速度を計測し、モード切替禁止フラグがオンの状態であっても車両１Ａに対して急加速が要求された場合には駆動モードを減速比の大きい正転駆動モードに切り替えてもよい。この際には、駆動モードの切り替えが迅速に行われるように制御装置３０は、モータ・ジェネレータ１１の回転数をその時点における第１ドライブギア１２の回転数よりも高い回転数に迅速に変更する。すなわち、急加速が要求された場合には各一方向クラッチ１５、２０の状態を急に切り替えることが許容される。
【００２４】
本発明の駆動装置は、電気自動車に限定されずパラレル式ハイブリッド車両やシリーズ式ハイブリッド車両に搭載してもよい。図６は本発明の駆動装置が搭載されたパラレル式ハイブリッド車両の要部を模式的に示し、図７は本発明の駆動装置が搭載されたシリーズ式ハイブリッド車両の要部を模式的に示している。なお、図６及び図７において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図６に示したようにパラレル式ハイブリッド車両１Ｂでは、内燃機関５０と、内燃機関５０の出力を変速する変速機５１とがさらに設けられている。なお、これらはハイブリッド車両に搭載される周知の内燃機関及び変速機であるため、詳細な説明を省略する。この図に示すように変速機５１の出力ギア５１ａは、第１ドライブギア１２と噛み合わされている。そのため、この車両１Ｂでは、モータ・ジェネレータ１１の動力及び内燃機関５０の動力で駆動輪２を駆動可能である。
【００２６】
図７に示したようにシリーズ式ハイブリッド車両１Ｃでは、内燃機関６０と、内燃機関６０にて駆動される発電機６１とがさらに設けられている。発電機６１は、インバータ６２を介してバッテリ２２と電気的に接続されている。なお、これらはハイブリッド車両に搭載される周知の内燃機関、発電機、及びインバータであるため、詳細な説明を省略する。この車両１Ｃでは、内燃機関６０で発電機６１を駆動して発電を行い、その電気をバッテリ２２に充電することができる。そして、そのバッテリ２２に充電した電気で車両１Ｃを駆動することができる。
【００２７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の駆動装置の適用対象は車両に限定されない。本発明の駆動装置は、電動機を動力源として使用可能な種々の装置や機械に適用してよい。
【００２８】
本発明の駆動装置の各ギア列のギアの個数は３個と４個に限定されない。一方のギア列を介して動力が伝達される場合にはモータ・ジェネレータと駆動輪とが同方向に回転し、他方のギア列を介して動力が伝達される場合にはモータ・ジェネレータと駆動輪とが異なる方向に回転するように一方のギア列が奇数個のギアで構成され、他方のギア列が偶数個のギアで構成されていればよい。また、各ギア列の減速比は、一方のギア列と他方のギア列とで減速比が互いに異なるように設定されていればよい。
【００２９】
各ギア列において一方向クラッチが設けられる位置は、モータ・ジェネレータのロータ軸と各ギア列の最もモータ・ジェネレータ側のギアとの間に限定されない。一方向クラッチは、ギア列の途中に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 車両
３ ディファレンシャル機構（出力部材）
１０ 駆動装置
１１ モータ・ジェネレータ（電動機）
１５ 第１一方向クラッチ
２０ 第２一方向クラッチ
３０ 制御装置（制御手段、禁止手段）
５０ 内燃機関
Ｇ１ 第１ギア列（第１動力伝達機構）
Ｇ２ 第２ギア列（第２動力伝達機構）
Ｖａ 判定速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と出力部材とが同じ方向に回転するように前記電動機の動力を前記出力部材に伝達可能な第１動力伝達機構と、前記電動機の動力を前記第１動力伝達機構とは異なる減速比で前記電動機と前記出力部材とが互いに異なる方向に回転するように前記出力部材に伝達可能な第２動力伝達機構と、を備え、
前記第１動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への所定の正転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向とは逆の逆転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第１一方向クラッチが設けられ、
前記第２動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への前記逆転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第２一方向クラッチが設けられた駆動装置において、
前記出力部材に要求される回転数及び駆動力の少なくともいずれか一方に応じて前記電動機の回転方向を切り替える制御手段と、前記出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には前記制御手段による前記電動機の回転方向を切り替える制御を禁止する禁止手段と、を備えている駆動装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、車両に搭載され、
前記出力部材は、前記車両の駆動輪に連結されたディファレンシャル機構である請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記車両は、前記電動機の他に動力源として内燃機関が搭載されたハイブリッド車両であり、
前記内燃機関は、前記第１動力伝達機構又は前記第２動力伝達機構のいずれか一方に動力を出力可能なように設けられている請求項２に記載の駆動装置。
【請求項１】
電動機と出力部材とが同じ方向に回転するように前記電動機の動力を前記出力部材に伝達可能な第１動力伝達機構と、前記電動機の動力を前記第１動力伝達機構とは異なる減速比で前記電動機と前記出力部材とが互いに異なる方向に回転するように前記出力部材に伝達可能な第２動力伝達機構と、を備え、
前記第１動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への所定の正転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向とは逆の逆転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第１一方向クラッチが設けられ、
前記第２動力伝達機構には、前記電動機から前記出力部材への前記逆転方向のトルクの伝達は許容し、前記電動機から前記出力部材への前記正転方向のトルクの伝達及び前記出力部材から前記電動機へのトルクの伝達は阻止する第２一方向クラッチが設けられた駆動装置において、
前記出力部材に要求される回転数及び駆動力の少なくともいずれか一方に応じて前記電動機の回転方向を切り替える制御手段と、前記出力部材の回転速度が所定の判定速度以下の場合には前記制御手段による前記電動機の回転方向を切り替える制御を禁止する禁止手段と、を備えている駆動装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、車両に搭載され、
前記出力部材は、前記車両の駆動輪に連結されたディファレンシャル機構である請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記車両は、前記電動機の他に動力源として内燃機関が搭載されたハイブリッド車両であり、
前記内燃機関は、前記第１動力伝達機構又は前記第２動力伝達機構のいずれか一方に動力を出力可能なように設けられている請求項２に記載の駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４７５９８（Ｐ２０１２−１４７５９８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８４８（Ｐ２０１１−４８４８）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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