JPH07277014A - 自動車用複合原動機の原動機間動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動車用複合原動機の性能を向上する。 【構成】内燃機関１と電動機４との間を、トルクコンバ
ータ２及びクラッチ３を介して連結する。これにより、
高速領域で内燃機関１を併用運転できることは勿論、低
速走行領域で高出力を要する緊急時にもクラッチ３を接
続して、内燃機関１を中速以上の領域で運転し、トルク
コンバータ２により減速しつつトルクを増幅して伝達す
ることができ、要求出力を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機と内燃機関とを
原動機とする自動車用複合原動機において、これら２つ
の原動機間で動力を伝達する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車の開発が盛んである
が、電動機のみを原動機とすると加速走行時等に十分な
出力を確保することは難しいとの考えから、内燃機関を
補助的に使用する複合原動機を搭載したものについても
開発が進められている。このように電動機と内燃機関と
を備えて構成された複合原動機では、電動機と内燃機関
との間の動力伝達方法が、その効果を発揮する上で極め
て重要である。補助的な原動機である内燃機関によって
発生された駆動力を一旦電力に変え、蓄電してから、又
は直接に電動機に与えて動力を発生するという方法は、
発電の効率が100 ％ではなく、電動機の効率も100 ％で
はないことを考慮すると、変換による損失が重なってい
くだけで好ましい方法ではないことが明らかである。

【０００３】即ち、内燃機関を運転している間は、それ
によって発生した回転力は電力に変換することなく、直
接駆動輪に伝達すべきであり、余剰があれば電力に変換
して蓄電し、不足があれば蓄電池からの電力によって電
動機として作用させることにより駆動力を補完し、内燃
機関と発電機又は電動機の合計の駆動力が自動車の走行
に必要な駆動力と一致するように制御するのがエネルギ
ー効率上得策である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電動機と内
燃機関とを合体させて、一体の複合原動機として作動さ
せるのは馬と牛の二頭立てで馬車を走らせるに似て、適
切な制御が不可欠であるが、その前に相性の良い電動機
と内燃機関とを設計しなければならない。しかし、電動
機と内燃機関とを単純に直結するだけで相互に十分な性
能を発揮するのは至難の技といっても過言ではない。

【０００５】したがって、電動機と内燃機関との動力の
伝達，該伝達の切り離しのために最低限クラッチが不可
欠であることは、特願平−１５０５１６でも主張した
が、それとは別に簡易さを多少犠牲にしても実用化を容
易にするためには更に何らかの工夫を要する。本発明
は、このような従来の実状に鑑みてされたもので、複合
原動機の機能を最大限発揮できるように構成した自動車
用複合原動機の原動機間動力伝達装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、電動機と内燃機関とを原動機とする自動車用
複合原動機において、電動機と内燃機関との間にトルク
コンバータとクラッチとを直列に介在させたことを特徴
とする。また、請求項２に係る発明は、同上の自動車用
複合電動機において、前記トルクコンバータの入出力軸
間を断続自由な第２のクラッチを介在させたことを特徴
とする。

【０００７】また、請求項３に係る発明は、同じく複合
電動機において、電動機と内燃機関との間に変速機とク
ラッチとを直列に介在させたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１に係る発明では、クラッチにより内燃
機関の運転と停止とを切り換える一方、本来内燃機関を
停止するか空転させておくべき低速走行又は停車中にお
いても、非常に大きな駆動力を必要とする緊急時にはク
ラッチを接続し、内燃機関を運転して駆動力の発生に寄
与させる。この場合、内燃機関は低速回転領域では大き
なトルクを発生できないが、トルクコンバータの介在に
より内燃機関を使用可能な回転速度域に高めて運転させ
ることにより、トルクコンバータで大きなトルクに変換
することが可能となる。

【０００９】また、該複合原動機を搭載した自動車等
で、通常走行時に自動的に操作されるクラッチの断続の
衝撃がトルクコンバータによって乗員に感知できない程
度に軽減でき、高級感が与えられる。次に、請求項２に
係る発明では、内燃機関の始動時にクラッチ及び第２の
クラッチを接続して電動機を駆動すると、電動機の回転
力が直接内燃機関に伝達されるので、良好な始動を行う
ことができ、内燃機関の始動に専用の電動機が不要とな
る。

【００１０】また、内燃機関の運転領域でも、トルクコ
ンバータ本来のトルクの増幅作用が不要な領域では、第
２のクラッチを接続して駆動軸と直結することにより、
トルクコンバータの不可避的な伝導損失が無くなり燃費
を良好に維持できる。次に、請求項３に係る発明では、
内燃機関と電動機とで夫々の望ましい特性を発揮する回
転速度領域が大きく相違している場合でも、両者間に介
在された変速機によって夫々を好ましい回転速度領域で
駆動させつつ併用運転することができるため、出力，燃
費性能を可及的に向上できるものである。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、請求項１に係る発明の実施例を示す。図に
おいて、内燃機関１の出力軸にトルクコンバータ２，ク
ラッチ３を直列に介在して電動機４が連結され、該電動
機４の出力軸が図示しない減速機を介して後輪５の車軸
に連結されている。

【００１２】このように構成された原動機間動力伝達装
置の作用について説明する。既述したように、この種の
複合原動機においては、効率の面から所定以下の出力で
足りる通常走行時は電動機４のみを運転し、補助的に内
燃機関１を運転する方式を採用するため、内燃機関１を
運転しないときは、クラッチ３を遮断して内燃機関１を
負荷とすることなく電動機４のみを運転する。

【００１３】高速走行時や加速時等の高出力を必要する
運転時は、内燃機関１を原動機として使用するため、ク
ラッチ３を接続し、内燃機関１だけで目標出力に見合っ
た出力が得られる場合には、電動機４と図示しない蓄電
池との接続を断って運転する。この場合、電動機４の回
転抵抗は単に慣性回転による損失のみであり十分小さく
保持されるので、良好な燃費性能を確保できる。また、
内燃機関１のみでは、目標出力を確保することができな
い高出力領域では、電動機４も駆動して出力を補うよう
にし、逆に内燃機関１の出力が目標出力に対して過剰で
ある場合には、電動機４を発電機として機能させること
により、蓄電池に電力としてエネルギーを回収する。
尚、かかるエネルギー回収は、内燃機関１の出力を目標
出力まで低減しても出力の低減の割りには燃費が改善さ
れず、電力として回収した方が得な場合や、急に目標出
力まで変化させることが難しいような状況で行われる。

【００１４】ところで、内燃機関１は、低速域ではトル
クが小さいため、十分なトルクを発生するためには、中
速以上の回転速度領域で運転する必要がある。したがっ
て、内燃機関と電動機との間にクラッチのみを介在させ
て、内燃機関と電動機とを直結する方式では、低速走行
域で内燃機関１の回転速度域が下がりすぎるため内燃機
関１を原動機として使用することができない。一方、電
動機は低速域でも比較的大きなトルクが得られるため、
電動機と車軸との間に変速機 (トランスミッション) を
用いたくないところである。しかし、自動車走行におい
ては、低速走行域でも危急的に、あるいは臨時的に大き
な駆動力を必要とする場合があり、その場合、電動機の
みでは出力が不足してしまうこととなる。

【００１５】ところが、本実施例では動力伝達装置とし
てクラッチ３と直列にトルクコンバータ２を介在させて
いるため、低速走行域でも前記高出力が要求される場合
には、クラッチ３を接続して内燃機関１を中速以上の回
転速度領域で運転させれば、トルクコンバータ２によっ
て減速しつつ高トルクに変換して車軸に伝達することが
でき、直結では使用不可能な低速走行域での内燃機関１
の使用領域を大幅に拡大できる。したがって、電動機を
大型化したりトランスミッションを用いたりすることな
くコンパクトな構造で、低速から高速の全走行速度域で
自動車走行に必要なトルク性能を確保することができ
る。尚、該低速走行域で駆動力を内燃機関１のみから得
るか電動機４の駆動力を併用するかは、要求出力の大き
さに応じて決めればよい。

【００１６】また、クラッチ３は、図示しない制御用の
コンピュータによって自動的に操作され、断続時の衝撃
はいくらか残るものであるが、トルクコンバータ２を介
在させることによって乗員がクラッチの断続を感知しえ
ない程度に軽減できる効果もあり、高級感が与えられる
ので高級乗用車には適用すべき構成である。尚、内燃機
関１のみを原動機として使用する場合には、電動機４が
介在していても既述したように蓄電池と遮断して慣性で
回転させるだけでよいのに対し、電動機４のみを原動機
として使用する場合には内燃機関１を直結することは大
きな負荷となるため不可能であるが、トルクコンバータ
２を介在してもやはり引きずり運転による負荷が大きい
ため、クラッチ３を遮断する必要がある。したがってク
ラッチ３は不可欠なのであるが、クラッチ３の構造とし
ては、内燃機関１から電動機４への駆動力のみが伝達さ
れ、逆方向にはフリーとなるようなワンウエイクラッチ
など簡易なものを使用することができる。

【００１７】図２は、請求項２に係る発明の実施例を示
す。本実施例では、前記図１の構成に加えて、トルクコ
ンバータ２の入出力軸間を断続する第２のクラッチを介
在させた構成とする (したがって、外観図は図１と同様
である) 。該第２のクラッチ11は、トルクコンバータ２
の内部に形成される。即ち、内燃機関１の出力軸と接続
されるトルクコンバータ２の入力軸側と一体に固定され
たケース２ａの流体収容空間に望む内壁面に第１のクラ
ッチ板11ａを連結すると共に、電動機４とクラッチ３を
介して断続される出力軸側に連結された第２のクラッチ
板11ｂを前記第１のクラッチ板11ａに対向して設け、か
つ、該第２のクラッチ板11ｂの中心部に係合して通電時
に第２のクラッチ板11ｂを第１のクラッチ板11ａ方向に
引き込んで圧着させて接続するソレノイド11ｃと、該ソ
レノイド11ｃの通電遮断時にその付勢力によって第２の
クラッチ板11ｂを第１のクラッチ板11ａから切り離すリ
ターンスプリング11ｄと、を設けて構成されている。

【００１８】かかる第２のクラッチ11を設けたことによ
る作用を説明する。現在の内燃機関搭載車両では、内燃
機関の始動はスタータと称される電動機により内燃機関
を外側から強制駆動させて行うものであるが、複合原動
機では走行用の電動機が内燃機関に対して動力伝達可能
に設けられているのであるから、該電動機を内燃機関始
動用のスタータとして利用することは、コスト面，コン
パクト性の面からしても当然の理である。

【００１９】ところが、前記したように低速走行域での
内燃機関１の使用領域拡大のためにトルクコンバータ２
を設けたことにより、電動機４で内燃機関１を始動させ
るときにトルクコンバータ２が介在すると、該トルクコ
ンバータ２を介して電動機４側から内燃機関１側にトル
クを伝達することは、トルク損失が大きくなり過ぎて、
内燃機関１を始動させることが困難となる。

【００２０】そこで、本実施例のように第２のクラッチ
11を設けることにより、内燃機関１の始動時にクラッチ
３と共に、第２のクラッチ11を接続して電動機４を内燃
機関１の出力軸に直結して運転することにより、トルク
コンバータ２によるトルク損失が無くなり電動機４のト
ルクがそのまま内燃機関１に伝達され、内燃機関１を強
制回転させて始動させることができる。

【００２１】また、前記低速走行域のようなトルクコン
バータ２によるトルク増幅作用の不要な運転領域では、
トルクコンバータ２の不可避的な伝導損失が問題となる
が、本実施例では、このような運転領域では前記第２の
クラッチ11を接続して運転することにより、トルクコン
バータ２の伝導損失が無くなり、燃費の改善，最高出力
の向上を図ることができる。

【００２２】次に、請求項３に係る発明の実施例につい
て説明する。上記実施例でも述べてきたように、望まし
い特性を発揮できる電動機の回転速度領域と内燃機関の
回転速度領域とは必ずしも一致しておらず、将来的に
は、後述するように更にかけ離れたものとなることが予
想される。即ち、高出力化を目指すとき、内燃機関，電
動機の別を問わず、発生馬力は回転力と回転速度との積
に比例するため、この両者を大きくすることに努力が傾
けられる。内燃機関の場合、回転力はピストンの断面積
とその行程との積に概ね比例すると言える。これは所謂
総排気量という数値であり、次元としては体積を意味す
るから内燃機関の大きさを代表する指標と言える。つま
り、内燃機関の回転力は概略その重量に比例するといえ
る。電動機の回転力は磁気回路に存在する磁力線の総量
に比例する。磁力線の総量は磁気回路を構成する磁性材
料の量と、磁力を生じさせるコイルの量によって決ま
る。つまり、電動機の回転力は磁性材料とコイルの合計
重量に比例する。

【００２３】このように、内燃機関、電動機を問わず、
それが発生しうる回転力は、それらの重量に関わるの
で、小型・軽量を保持しつつ高出力化を目指すときに
は、必然的に回転速度を高める方向に進まざるをえな
い。電動機は原理的に円筒型か円盤型のローター (回転
子) によって回転力を発生する機構なので往復運動を行
う部分がなく、磁気回路、コイル等に高速化に対する制
限要素が存在するものの、内燃機関の高速化の困難性に
比較すれば、未だ十分に高速化しうる余地が残されてい
るようである。つまり、小型・軽量・高出力化のために
内燃機関及び電動機を高速回転化するとすれば、内燃機
関の場合は現状よりも高速化するのは極めて困難であろ
うと思われるし、５０又は６０ヘルツの商用電力によっ
て固定的な回転速度によって運転されてきた電動機はい
ままで小型・軽量・高出力化の開発意欲に乏しく、６極
誘導機では１２００ＲＰＭ，４極では１８００ＲＰＭ，
２極では３６００ＲＰＭの同期速度とすればよいという
常識からすれば、本気で取り組めば飛躍的な高速化が可
能であろうと判断される。

【００２４】以上の点に鑑みれば、内燃機関と電動機と
で夫々が最高の段階に到達した暁には、適切な回転領域
はかけ離れたものになることが確信される。このように
適切な回転速度領域がかけ離れた内燃機関と電動機とを
合体した複合電動機とする場合には、最早、トルクコン
バータ程度でカバーしきれないことが予想される。本実
施例は、かかる将来を見た複合原動機に対応するもの
で、電動機と内燃機関との間に変速機を介在させること
によって、両者の回転速度差を調節するようにしたもの
である。また、内燃機関の非運転時に電動機と切り離す
ことの必要性から、クラッチが不可欠であることに代わ
りはないので、変速機とクラッチとを直列に介在させ
る。

【００２５】本実施例を図４に示す。図示のように、内
燃機関１と電動機４との間には変速機21及びクラッチ３
を直列に介在させた動力伝達装置が設けられる。かかる
変速機21の介在により、内燃機関１と電動機４とを夫々
適切な回転速度領域で運転させることができるため、小
型・軽量性を満たしつつ、可及的に高出力化された複合
原動機とすることができる。

【００２６】なお、高速走行域でのみ内燃機関１を運転
する場合には、前記変速機21は高速域で運転される電動
機４との回転速度差を調節するように内燃機関１の回転
速度を増速して電動機４に伝達する一段の増速機として
簡易的に構成してもよく、始動時に電動機４で内燃機関
１を強制駆動する場合は、変速機が減速機として機能
し、伝達トルクを増幅できるので始動性も向上する。し
かし、前記第２の実施例で述べたように、低速走行域で
電動機４を低速運転している時に内燃機関１の駆動力を
使用したい場合、或いは、それ以外の領域でも内燃機関
１の運転領域 (単独若しくは電動機との併用で運転) を
拡大するためには、複数段に変速比を切り換えられる構
成とすることが好ましい。

【００２７】また、内燃機関と変速機との間にトルクコ
ンバータを介在させ、更には該トルクコンバータの入出
力軸間を断続自由な第２のクラッチを設ける構成とし
て、クラッチ断続時や複数段の変速機の変速切換時のシ
ョックを解消することもできる。また、内燃機関と電動
機との出力軸方向を前輪又は後輪の車軸方向と平行に配
置し、前記トルクコンバータ，クラッチ，変速機等をト
ランスファーに内蔵し、該トランスファーを介して車軸
に連結したパワートレイン構造としてもよく、客室の床
下に蓄電池等の嵩張る必需品を配置できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように請求項１に係る
発明によれば、内燃機関と電動機との間にトルクコンバ
ータを介在させたことにより、低速走行域で一時的に大
きな駆動力が要求される場合、内燃機関の駆動力を寄与
させて該要求に応えることができ、内燃機関の使用領域
が拡大する。また、クラッチの断続時のショックを乗員
に感知できない程度に緩和することができ乗り心地が向
上し、高級感が与えられる。

【００２９】また、請求項２に係る発明によれば、前記
トルクコンバータの入出力軸間を断続自由な第２のクラ
ッチを設けたことにより、内燃機関の始動時には第２の
クラッチを接続して前記電動機による始動を可能とする
ことができる。また、請求項３に係る発明によれば、内
燃機関と電動機との夫々高トルクを発生する適切な回転
速度領域が大きくかけ離れた場合でも、これらの回転速
度差を調節する変速機を設けたことにより、複合原動機
としての高出力化を可及的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明の実施例を示す側面図。

【図２】請求項２に係る発明の実施例を示すトルクコン
バータの断面図。

【図３】請求項３に係る発明の実施例を示す側面図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ トルクコンバータ ３ クラッチ ４ 電動機 11 第２のクラッチ 21 変速機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機と内燃機関とを原動機とする自動車
   用複合原動機において、電動機と内燃機関との間にトル
   クコンバータとクラッチとを直列に介在させたことを特
   徴とする自動車用複合原動機の原動機間動力伝達装置。
2. 【請求項２】前記トルクコンバータの入出力軸間を断続
   自由な第２のクラッチを介在させたことを特徴とする請
   求項１に係る自動車用複合原動機の原動機間動力伝達装
   置。
3. 【請求項３】電動機と内燃機関とを原動機とする複合原
   動機において、電動機と内燃機関との間に変速機とクラ
   ッチとを直列に介在させたことを特徴とする自動車用複
   合原動機の原動機間動力伝達装置。